DE2232755B2

DE2232755B2 - Use of a nickel-chromium alloy

Info

Publication number: DE2232755B2
Application number: DE19722232755
Authority: DE
Inventors: Stuart Walter Ker Sutton Coldfield Warwickshire Shaw (Grossbritannien)
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1971-07-07
Filing date: 1972-07-04
Publication date: 1975-09-18
Also published as: DE2232755A1; GB1333014A; FR2145308A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer Nickel-Chrom-Legierung mit 0,03 bis 0,15% Kohlenstoff, 10,5 bis 14% Chrom, 7 bis 12% Wolfram, 1,5 bis 6 % Tantal, 4 bis 7 % Aluminium, 0,25 bis 3,5 % Titan, bei einem Gesamtgehalt an (%A1) + 0,7(%Ti) von 5,4 bis 7,3%, 0,05 bis 0,25% Zirkonium und 0,005 bis 0,03% Bor, Rest Nickel einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.The invention relates to the use of a nickel-chromium alloy with 0.03 to 0.15% Carbon, 10.5 to 14% chromium, 7 to 12% tungsten, 1.5 to 6% tantalum, 4 to 7% aluminum, 0.25 to 3.5% Titanium, with a total content of (% A1) + 0.7 (% Ti) of 5.4 to 7.3%, 0.05 to 0.25% zirconium and 0.005 to 0.03% boron, the remainder nickel including impurities caused by the melting process.

Legierungen der vorerwähnten Art sind bekannt; so wird in der britischen Patentschrift 9 67 447 eine Nickel-Chrom-Legierung mit 8 bis 25% Chrom, 0,005 bis 0,5% Kohlenstoff, über 5 bis 15% Wolfram, bis 8% Titan, 1 bis 8% Aluminium, 0 bis 1 % Zirkonium, 0,005 bis 5% Bor, 0,1 bis 5% Tantal und/oder 0,1 bis 5% Niob, Rest mindestens 30% Nickel beschrieben. Diese Legierung wird pulvermetallurgisch hergestellt und soll eine hohe Kriechfestigkeit besitzen. Eine ähnlich zusammengesetzte Legierung ist aus der britischen Patentschrift 715 140 bekannt; sie enthält 10 bis 25% Chrom, Kohlenstoff, bis 10% Wolfram, bis 5% Niob und/oder Tantal, 0,5 his 4% Aluminium, 1,8 bis 4,0% Titan, bis 0,3% Zirkonium und bis 0,05% Bor und soll als Knetlegierung für Gegenstände zur Verwendung kommen, die wie Turbinenschaufeln eine hohe Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen besitzen müssen.Alloys of the aforementioned type are known; so in British Patent 9 67 447 a Nickel-chromium alloy with 8 to 25% chromium, 0.005 to 0.5% carbon, over 5 to 15% tungsten, up to 8% titanium, 1 to 8% aluminum, 0 to 1% zirconium, 0.005 to 5% boron, 0.1 to 5% tantalum and / or 0.1 to 5% niobium, the remainder at least 30% nickel. This alloy becomes powder metallurgical manufactured and should have a high creep resistance. A similarly composed alloy is known from British Patent 715 140; it contains 10 to 25% chromium, carbon, up to 10% Tungsten, up to 5% niobium and / or tantalum, 0.5 to 4% aluminum, 1.8 to 4.0% titanium, up to 0.3% zirconium and up to 0.05% boron and is said to be used as a wrought alloy for objects such as Turbine blades must have a high creep resistance at high temperatures.

Die Erfindung ist auf eine Nickel-Chrom-Gußlegierung gerichtet, die sich als Werkstoff für unmittelbar in Form gegossene Gegenstände eignet, die wie Statorschaufeln von Gasturbinen einen hohen Schmelzpunkt, eine hohe Zeitstandfestigkeit sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit und geringe Versprödungsempfindüchkeit besitzen müssen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Verwendung der eingangs erwähnten Nickel-Chrom-Legierung vorgeschlagen.The invention is based on a cast nickel-chromium alloy directed, which is suitable as a material for directly cast objects that like stator blades of gas turbines have a high melting point, a high creep rupture strength as well good corrosion resistance and low sensitivity to embrittlement must own. According to the invention, this object is achieved by using proposed the nickel-chromium alloy mentioned at the beginning.

ίο Als Verunreinigungen kommen in erster Linie Eisen, Silizium und Mangan in Frage. Dabei soll der Gesamtgehalt dieser Elemente so gering wie möglich sein und 3 % nicht übersteigen. Vorzugsweise beträgt der jeweilige Höchstgehalt an Eisen 0,5 %, an Silizium 0,3% und an Mangan 0,3%.ίο As impurities come in the first place Iron, silicon and manganese in question. The total content of these elements should be as low as possible and not exceed 3%. The respective maximum content of iron is preferably 0.5%, of silicon 0.3% and manganese 0.3%.

Um die gewünschten Eigenschaften zu gewährleisten, müssen die Gehalte der Legierungsbestandteile in den aufgeführten Bereichen liegen. Der verhältnismäßig hohe Chrcmgehalt verleiht der in ihrer Zusammensetzung kritische Wechselbeziehungen aufweisenden Legierung nach der Erfindung eine gute Korrosionsbeständigkeit. In order to ensure the desired properties, the content of the alloy components in the listed areas. The relatively high chromium content gives it its composition critical interrelationship alloy according to the invention has good corrosion resistance.

Vorzugsweise werden als Höchstgehalte 0,07% Kohlenstoff, 13% Chrom und 2,5% Titan sowie als Mindestgehalte 5,1% Zirkonium und 1,01% Bor eingestellt.The maximum contents are preferably 0.07% carbon, 13% chromium and 2.5% titanium as well as Minimum contents of 5.1% zirconium and 1.01% boron set.

Um bei einem langzeitigen Einsatz der erfindungsgemäßen Legierung» bei hohen Temperaturen gleichzeitig optimale Werte für die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Versprödungsunempfindlichkeit zu erzielen, enthält die Legierung vorzugsweise mindestens 11 % Chrom, 3 bis 5 % Tantal, 4,5 bis 6,5 % Aluminium und mindestens 0,75% Titan einzeln oder nebeneinander. For long-term use of the alloy according to the invention »at high temperatures at the same time optimal values for strength, corrosion resistance and insensitivity to embrittlement achieve, the alloy preferably contains at least 11% chromium, 3 to 5% tantalum, 4.5 to 6.5% aluminum and at least 0.75% titanium individually or side by side.

Die Legierung ist im wesentlichen frei von Niob. Dabei ist jedoch m berücksichtigen, daß handelsübliches Tantal gewöhnlich etwa bis zu Vio seines Gewichts an Niob enthält; das auf diese Weise als Verunreinigung eingebrachte Niob ist als Teil des Tantalgehalts zu betrachten.The alloy is essentially free of niobium. However, it should be taken into account m, that commercially available tantalum up to about Vio usually contains its weight of niobium; the niobium introduced as an impurity in this way is to be regarded as part of the tantalum content.

Die Legierung kam im Gußzustand ohne Wärmebehandlung verwendet werden. Sie kann aber auch, beispielsweise 1 bis 4 Stunden bei 1150 bis 125O°C lösungsgeglüht und anschließend beispielsweise 8 bis 24 Stunden bei 950 bis 1100⁰C warmausgehärtet werden.The alloy came to be used as-cast without any heat treatment. But it may also, for example, 1 to 4 hours at 1150 to 125O ° C solution treated and warm then cured, for example, 8 to 24 hours at 950-1100 ⁰ C.

Als Beispiele sind in der Tabelle Legierungen 1 bis 6 aufgeführt, die eine Zusammensetzung gemäß der Erfindung aufweisen. Sie wurden unter Vakuum erschmolzen und zu Rohlingen vergossen, aus denen Proben zur Ermittlung des Zeitstandverhaltens und der Korrosionsbeständigkeit gefertigt wurden. Eine Legierung A ohne Titangehalt wurde auf gleiche Weise erschmolzen und dient zum Vergleich.As examples, alloys 1 to 6 are listed in the table, which have a composition according to Invention. They were melted under vacuum and cast into blanks from which Samples to determine the creep behavior and the corrosion resistance were made. One Alloy A without titanium content was melted in the same way and is used for comparison.

Alle Legierungen weisen folgende Sollzusammensetzung auf: 0,04% Kohlenstoff, 12% Chrom, 0,2% Zirkon, 0,02% Bor; die jeweiligen Anteile an Wolfram, Tantal, Titan und Aluminium sind in der Tabelle ausgewiesen. Der Rest einschließlich erschmelzungs-All alloys have the following target composition on: 0.04% carbon, 12% chromium, 0.2% zirconium, 0.02% boron; the respective proportions of tungsten, Tantalum, titanium and aluminum are shown in the table. The rest including melting

⁶" bedingter Verunreinigungen ist Nickel. ⁶ "conditional impurities is nickel.

Die Tabelle gibt auch die Ergebnisse der Zeitstandversuche unter einer Belastung von 108 MN/m² bei 1030⁰C und der Korrosionsversuche bei 870⁰C und 1050⁰C wieder. Bei den Korrosionsversuchen wurden die Proben in eine Schmelze aus 0,5% Natriumchlorid und 99,5% Natriumsulfat auf die Dauer von 16 Stunden zur Hälfte eingetaucht. Keine der Proben war vor dem Versuch wärmebehandelt worden.The table also shows the results of the creep tests under a load of 108 MN / m ² at 1030 ^° C. and the corrosion ^{tests at 870 °} C. and 1050 ^° C. again. In the corrosion tests, the samples were half immersed in a melt of 0.5% sodium chloride and 99.5% sodium sulfate for a period of 16 hours. None of the samples had been heat treated prior to testing.

Tabel

9
9
11
9
9
9
99
9
11
9
9
9
9

2 2 2 4 4 4 22 2 2 4th 4th 4th 2

0,50.5

0,880.88

1,91.9

0,850.85

1,31.3

1,071.07

StandzeitService life Korrosioncorrosion 1050⁰C1050 ⁰ C (h)(H) 870^uC870 ^u C mäßigmoderate 226226 mäßigmoderate schwachweak 242242 mäßigmoderate schwachweak 210210 mäßigmoderate schwachweak —- schwachweak schwachweak —- schwachweak 225, 239225, 239 sehr starkvery strong 133, 158133, 158 starkstrong

Unter den genannten Bedingungen trat bei den Proben aus erSndungsgemäß verwendeten Legierungen erst n*ch mehr als 200 Stunden der Bruch ein. Ein Vergleich der Legierungen 1, 2 und 3 läßt erkennen,Under the conditions mentioned, the samples made of alloys used according to the invention occurred The break only occurs after more than 200 hours. A Comparison of alloys 1, 2 and 3 shows

n^a _RRo^die _h ^K°^r _Q°_o ^S;^Onsbe ₁.^ständig^keit ™t von 0,5% über 0,88/ b.s 1,9/_o zunehmendem Titangehalt zunimmt Beim Vergleich der Legierungen 2 und 4 ist eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit auch für eine Zunahme des Tantalgehalts von 2 % auf 4 % erkennbar. Ein Vergleich der Legierungen 3 und 5 zeigt ferner eine bessere Korrosionsbeständigkeit der hochtantalhaltigen Legierungen. Die Werte für die Legierung 6 lassen das gute Zeitstandverhalten von den Legierungen 4 und 5 vergleichbar zusammengesetzten Legierungen erkennen.n ^a _RR o ^die _h ^K ° ^r _Q ° _o ^S ; ^Onsbe ₁ . ^ständi g ^ness ™ t of 0.5% on 0.88 / bs 1.9 / _o increasing titanium content increases when comparing the alloys 2 and 4 is an improvement of corrosion resistance can also be seen for an increase in the tantalum content of 2% to 4%. A comparison of alloys 3 and 5 also shows better corrosion resistance of the high-tantalum-containing alloys. The values for alloy 6 show the good creep behavior of alloys 4 and 5 with a comparable composition.

Claims

Patent claims:

1. Use of a nickel-chromium alloy, Consists of 0.03 to 0.15% carbon, 10.5 to 14% chromium, 7 I is 12% tungsten, 1.5 to 6% Tantalum, 4 to 7% aluminum, 0.25 to 3.5% titanium, with a total content of (% A1) + 0.7 (% Ti) from 5.4 to 7.3, 0.05 to 0.25% zirconium and 0.005 to 0.03% boron, the remainder nickel with melting-related Impurities including up to a total of 3% iron, silicon and manganese, as a material for such objects cast directly in the form, such as stator blades gas turbines have a high melting point, high creep strength and good corrosion resistance and low sensitivity to embrittlement must own.

2. Use of an alloy of the composition according to claim I, but each at most 0.07% carbon, 13% chromium, 2.5% titanium and at least 0.1% zirconium and Containing 0.01% boron for the purpose of claim 1.

3. Use of an alloy of the composition according to claim 2, but at least Contains 11% chromium for the purpose of claim 1.

4. Use of an alloy of the composition according to claim 2 or 3, but at least Containing 0.75% titanium for the purpose of claim 1.

5. Use of an alloy of the composition according to one or more of claims 1 to 4, which however contains 3 to 5% tantalum, for the purpose according to claim 1.

6. Use of an alloy of the composition according to one or more of claims 1 to 5 but containing 4.5 to 6.5% aluminum for the purpose of claim 1.