DE2260539A1

DE2260539A1 - Verfahren zum herstellen von werkstuecken aus legiertem stahl mit gutem mechanischen verhalten in gegenwart von wasserstoff und danach erhaltene werkstuecke

Info

Publication number: DE2260539A1
Application number: DE19722260539
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. P C22c 39-00 Antrag
Original assignee: Creusot Loire SA
Current assignee: Creusot Loire SA
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1972-12-11
Publication date: 1973-07-12
Also published as: JPS4885414A; FR2166585A5

Description

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310-19.896Ρ 11. 12. 1972

CREUSOT-LOIRE. Paris (Frankreich)

Verfahren zum Herstellen von Werkstücken aus legiertem Stahl mit gutem mechanischen Verhalten in Gegenwart von Wasserstoff und danach erhaltene Werkstücke

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Werkstücken aus legiertem Stahl, die gute mechanische Eigenschaften in Gegenwart von Wasserstoff oder von zur Erzeugung von Wasserstoff geeigneten Gasen bewahren müssen. Sie ist beispielsweise insbesondere auf Werkstücke, die in Wasserstoff unter Druck arbeiten, oder auf Anlagen zur Synthese von Ammoniak anwendbar, in denen die Werkstücke in Gegenwart von naszierendem Wasserstoff sind, der durch die chemischen Reaktionen freigesetzt wird. Diese Stähle können zur Herstellung von geschmiedeten, gewalzten oder geschweißten Werkstücken verwendet werden.

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Die Erfindung bezieht sich gleichfalls auf die nach diesem Verfahren erhaltenen Werkstücke·

Es ist bekannt, daß die mechanischen Eigenschaften von Stählen erheblich schlechter werden, wenn sie in einer Atmosphäre von Wasserstoff unter Druck oder in Gegenwart von naszierendem Wasserstoff arbeiten. Der Stahl reichert sich nämlich dabei durch Diffusion von Wasserstoff in Form von Protonen ionisierter Wasserstoffatome in den Eisenkristall an Wasserstoff an. Die Folgen dieser Anreicherung an Was· serstoff variieren je nach der Temperatur:

über etwa 220 °C besteht die Gefahr der Zersetzung der Karbide des Stahls unter Bildung von Methan,

unter etwa 200 C besteht die Gefahr der Blockierung der kristallinen Gleitebenen, wodurch sich eine Verringerung der Verformbarkeit und eine Gefahr von sprödem Bruch ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Werkstücken aus legiertem Stahl mit gutem mechanischem Verhalten in Gegenwart von Wasserstoff unter Druck oder von zur Erzeugung von Wasserstoff geeigneten Gasen anzugeben, mit dem man einen Stahl erhält, der von den auf eine Wasserstoffanreicherung zurückzuführenden Eigenschaftsverschlechterungen möglichst frei ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man von einem Stahl der Gewichtszusammensetzung 0,05 bis 0,35 $>, 0,1 bis 1 # Si, 0,3 bis 1 f> Mn, 0,5 bis 4 $ Cr, 0,2 bis 1,5 # Mo, 0,5 bis k $ Ni, 0 bis 0,2 # V und Rest Fe sowie unvermeidliche Verunreinigungen ausgeht und diesen Stahl einer Wärmebehandlung in zwei Stufen unter-

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■wirft, und zwar einer ersten, Austenitisierungsstufe bei einer Temperatur zwischen 800 ⁰C und 1000 °C mit anschließender Wasserabkühlung und einer zweiten Anlaßstufe bei einer Temperatur zwischen 625 und 750 C, wobei die genaue Zusammensetzung und die Bedingungen der Wärmebehandlung als Funktion der angestrebten mechanischen Eigenschaften und der Wanddicke der Werkstücke zwecks Erzielens eines Anlaßbainit-Endgefüges bestimmt werden.

Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Stahl, wenn die Werkstücke dazu bestimmt sind, durch Schweißen untereinander verbunden zu werden, nach dem Schweißen einer ergänzenden Anlaßwärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 600 °C und 700 °C unterworfen.

Die Erfindung wird im folgenden in ihren Einzelheiten anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Dieses Beispiel bezieht sich auf durch Schweißen verbundene Schmiedewerkstücke, die zum Bau von Reaktoren zur Ammoniaksynthese bestimmt sind; diese Werkstücke haben eine Wanddicke von etwa 200 mm. Man verwendete einen Stahl folgender Gewichtszusammensetzung: 0,2 $ C, 0,3 $ Si, 0,7 $ Mn, 0,8 56 Ni, 2,5 ^ Cr. 0,35 # Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen. Diese Werkstücke erfuhren eine Austenitisierungsbehandlung bei 975 °C mit anschließender Abschreckung in Wasser. Sie wurden dann bei 650 °G vier Stunden angelassen. Schließlich wurden sie nach dem Schweißen einer Anlaßbehandlung bei 625 °C unterworfen. Diese Werkstücke, die keine Versprödung im Betrieb in Gegenwart von Ammoniak zeigten, hatten eine Bruchfestigkeit R = 80 kg/mm und eine Elastizitätsgrenze E = 65 kg/mm . Ihr

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GefUge ist das eines vergüteten und feinen Bainits

Beispiel 2

Dieses Beispiel bezieht sich auf durch Schweißen ver bundene Schmiedewerkstücke, die ebenfalls zum Bau von Ammoniaksynthese-Reaktoren bestimmt sind und Wanddicken von höchstens 100 mm aufweisen. Man ging von einem Stahl aus, dessen Zusammensetzung sich von der des ersten Beispiels nur durch einen Kohlenstoffgehalt von 0,08 $ unterschied, und die Wärmebehandlung war die gleiche wie im Beispiel So hergestellte Proben überstanden mehr als 1000 Stunden unter einem mechanischen Zug von 50 kg/mm und in Gegenwart von durch Elektrolyse erzeugtem naszierendem Wasserstoff. Ihr Gefüge ist das eines vergüteten oder angelas-

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senen Bainits. E = 50 kg/mm , R = 65 kg/mm .

Beispiel 3

Es bezieht sich auf Behälter zur Ammoniaksynthese aus durch Schweißen verbundenen Werkstücken aus gewalztem Stahl mit einer Wanddicke von etwa 100 mm. Man verwendete einen Stahl der Gewichtszusammensetzung 0,13 $ C, 0,3 % Si, 1 # Mn, 0,8 $ Ni, 1,5 # Cr, 0,2 % Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen. Die Platten machten eine Austenitisierungsbehandlung bei 925 °C mit anschließender Abschrekkung in Wasser durch. Sie wurden anschließend einer Vergütung bei 680 C während vier Stunden unterworfen. Nach der Krümmung und Schweißung erfuhren sie schließlich eine ergänzende Anlaßbehandlung bei 65O ⁰C. Diese Werkstücke hatten ein Endgefüge von Vergütungsbainit und die mechanischenEigenschaften E = 45 kg/mm , R = 60 kg/mm . Sie zeigten keine Versprödung im Betrieb in Gegenwart von Ammoniak.

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Beispiel k

Dieses Beispiel bezieht sich auf Deckel von Behältern zur Ammoniaksynthese aus geschmiedetem Stahl mit Wanddicken in der Größenordnung von 600 mm. Man ging von einem Stahl der Gewichtszusammensetzung 0,26 $ C, ,0,30 $ Si, 0,34 # Mn, 3,5 # Ni, 1,73 % Cr. 0,4 $> Mo, 0,11 ^ V, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen aus. Diese Werkstücke wurden einer Austenitisierungsbehandlung bei 835 C mit anschließender Abschreckung in Wasser unterworfen. Sie erfuhren danach eine Anlaßbehandlung von 12 Stunden bei 625 C mit Abkühlung im Ofen, Diese Werkstücke zeigten ein gutes Verhalten im Betrieb in Gegenwart von Ammoniak und hatten die Πίθο ' ρ

chanischen Eigenschaften E = 70 kg/mm , R = 87 kg/mm sowie ein Gefüge von Vergütungsbainit.

Beispiel 5

Es bezieht sich auf dicke Werkstücke zum Herstellen von Einblockkörpern für die Synthese von Ammoniak. Man verwendete einen Stahl der Gewichtszusammensetzung 0,27 $ C, 0,25 # Si, 0,65 # Mn, 0,45 # Ni, 3,2 # Cr. 0,57 # Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen. Diese Werkstücke wurden einer Austenitisierungsbehandlung bei 900 °C mit anschließender Abschreckung im Wassernebel und danach einer Vergütungsbehandlung von 16 Stunden bei 63O ⁰G mit Abkühlung im Ofen unterworfen. Diese Werkstücke zeigten ein gutes Verhalten im Betrieb in Gegenwart von Ammoniak und wiesen die mechanischen Eigenschaften E = 6k kg/mm ,R= 78 kg/mm sowie ein Gefüge von Vergütungsbainit auf.

Die so nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Werkstücke haben den Vorteil, Chrom- und Molybdänkarbide

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zu enthalten, die der Zersetzung zu Methan durch Wasserstoff unter Druck bis zu Temperaturen von 200 °C bis **00 °C widerstehen. Andererseits ist das bei hoher Temperatur stabilisierte Gefüge, das frei von mechanischen inneren Spannungen ist, sehr wenig in Gefahr, daß hier ein Versprödungseffekt zwischen 100 °C und 200 °C auftritt.

Natürlich ist die Erfindung nicht eng auf die gegebenen Beispiele beschränkt. So sind die genaue Zusammensetzung des Stahls und die exakten Bedingungen der Wärmebehandlung jeweils Funktion der angestrebten mechanischen Eigenschaften und der Dicke des fertigen Werkstücks, wobei die Zusammensetzung und die Wärmebehandlung zu einem Endgefüge von Anlaß- bzw. Vergütungsbainit fuhren müssen.

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Claims

Patentansprüche

T. Verfahren zum Herstellen von Werkstücken aus legiertem Stahl zur Verwendung in Gegenwart von Wasserstoff unter Druck oder von zur Erzeugung von Wasserstoff geeigneten Gasen, dadurch gekennzeichnet , daß man von einem Stahl der Gewichtszusammensetzung 0,05 bis 0,35 1° C, 0,1 bis 1 $> Si, 0,3 bis 1 # Mn, 0,5 bis 4 # Cr, 0,2 bis 1,5 $> Mo, 0,5 bis k # Ni, 0 bis 0,2 $ V und Rest Fe sowie unvermeidliche Verunreinigungen ausgeht und diesen Stahl einer Wärmebehandlung in zwei Stufen unterwirft, und zwar einer ersten Austenitisierungsstufe bei einer Temperatur zwischen 800 °C und 1000 ⁰C mit anschließender rascher Abkühlung und einer zweiten Anlaßstufe bei einer Temperatur zwischen 625 °C und 750 °C, wobei die genaue Zusammensetzung und die Bedingungen der Wärmebehandlung als Funktion der angestrebten mechanischen Eigenschaften und der Wanddicke der Werkstücke zwecks Erzielens eines Anlaßbainit-Endgefüges bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Werkstücke zur gegenseitigen Verbindung durch Schweißen bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl nach dem Schweißen einer ergänzenden Anlaßwärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 600 C und 700 C unterworfen wird·
3. Verfahren nach Anspruch 2 für geschmiedete Werkstücke mit einer Dicke von etwa 200 mm, die durch Schweißen verbunden werden und eine Elastizitätsgrenze E = 65 kg/

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mm und eine Festigkeit R = 80 kg/mm aufweisen müssen, dadurch gekennzeichnet , daß man von einem Stahl der Gewichtszusammensetzung 0,2 # C, 0,3 <f> Si,

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0,7 $> Mn, 0,8 $> Ni, 2,5 # Cr, 0,35 # Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen ausgeht und daß man die Austenitisierung nach dem Schmieden bei 975 C mit anschließender Abschreckung in Wasser, das Anlassen h Stunden bei 650 C und die ergänzende Anlaßbehandlung nach dem Schweißen bei 625 °C durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch 2 für geschmiedete Werkstücke einer maximalen Dicke von 100 mm, die durch Schweißen verbunden werden und eine Elastizitätsgrenze E ■» 50 kg/

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mm und eine Festigkeit R = 65 kg/mm aufweisen müssen, dadurch gekennzeichnet , daß man von einem Stahl der Gewichtszusammensetzung 0,08 $ C, 0,3 % Si, 0,7 # Mn, 0,8 # Ni, 2,5 # Cr, 0,35 # Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen ausgeht und daß man die Austenitisierung nach dem Schmieden bei 975 C mit anschließender Abschreckung in Wasser, das Anlassen k Stunden bei 650 °C und die ergänzende Anlaßbehandlung nach dem Schweißen bei 625 °C durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 2 für gewalzte Werkstücke

einer Dicke von etwa 100 mm, die durch Schweißen verbunden

2 werden und eine Elastizitätsgrenze E = 45 kg/mm und eine

Festigkeit R = 60 kg/mm aufweisen müssen, dadurch gekennzeichnet , daß man von einem Stahl der Gewichtszusammensetzung 0,13 # C, 0,3 # Si, 1 i» Mn, 0,8 % Ni, 1,5 % Cr, 0,2 ήα Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen ausgeht und daß man die Austenitisierung nach dem Walzen bei 925 °C mit anschließender Abschreckung in Wasser, das Anlassen h Stunden bei 680 °C und die ergänzende Anlaßbehandlung nach dem Schweißen bei 65Ο °C durchfuhrt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 für geschmiedete Werk-

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stücke einer Dicke von etwa 6OO mm, die. eine Elastizitäts-

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grenze E = 70 kg/mm und eine Festigkeit R = 87 kg/mm aufweisen müssen, dadurch gekennzeichnet, daß man von einem Stahl der Gewichtszusammensetzung 0,26 $ C, 0,30 % Si, 0,34 i» Mn, 3,5 1° Ni, 1,73 # Cr, 0,4 $> Mo, 0,»11 # V, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen ausgeht und daß man die Austenitisierung bei 855 C mit anschließender Abschreckung in Wasser und das Anlassen 12 Stunden bei 625 ⁰C mit nachfolgender Abkühlung im Ofen durchführt.
7· Verfahren nach Anspruch 1 für Werkstücke großer Dicke, die eine Elastizitätsgrenze E = 64 kg/mm und eine Festigkeit R = 78 kg/mm aufweisen müssen, dadurch gekennzeichnet , daß man von einem Stahl der Gewichtszusammensetzung 0,27 $ C, 0,29 # Si, 0,65 # Mn, 0,45 $ Ni, 3,2 % Cr, 0,57 $ Mo, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen ausgeht und daß man die Austenitisierung bei 900 ⁰C mit anschließender Abschreckung im Wassernebel und das Anlassen 16 Stunden bei 63O ⁰C mit nachfolgender Abkühlung im Ofen durchführt.
8. Verwendung von Werkstücken, die gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt sind, in Gegenwart von Wasserstoff unter Druck oder von zur Erzeugung von Wasserstoff geeigneten Gasen.

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