DE2522402C3

DE2522402C3 - Process for the heat treatment of heat-resistant chromium-nickel steels with 0.2 to 13% carbon

Info

Publication number: DE2522402C3
Application number: DE19752522402
Authority: DE
Inventors: Mitsuru Tokio; Komatsu Hajime Kawasaki Kanagawa; Takemura Susumu Hikari Yamaguchi; Tanino (Japan)
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1974-05-22
Filing date: 1975-05-21
Publication date: 1977-12-01

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Wärmebehandeln hitzebeständiger Chrom-Nickel-Stähle mit 0,2 bis 1,5% Kohlenstoff.The invention relates to a method for heat treatment of heat-resistant chromium-nickel steels with 0.2 to 1.5% carbon.

Kohlenstoffreiche und hitzebeständige rostfreie Stähle mit ausreichenden mechanischen Eigenschaften und hoher Oxydationsbeständigkeit bei Temperaturen über 800°C kommen in großem Umfange im chemi- .is sehen Apparatebau zur Verwendung. Derartige Stähle besitzen jedoch zumeist nur eine begrenzte Verformbarkeit, weswegen sie sich nicht zu Rohren verarbeiten lassen. Die erforderlichen Rohre bestehen daher im allgemeinen aus Schleuderguß. So wird beispielsweise in großem Umfange der kohlenstoffreiche Chrom-Nickel-Gußstahl HK 40 als Werkstoff zum Herstellen chemischer Apparate wie beispielsweise öfen zum thermischen Kracken von Äthylen oder für Dampfreformer benutzt, da dieser Stahl ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und eine hohe Oxydationsbeständigkeit bei Temperaturen über etwa 800°C besitzt. Außerdem eignet sich dieser Gußstahl auch als Werkstoff gasgekühlter Hochtemperatur-Reaktoren.Carbon-rich and heat-resistant stainless steels with sufficient mechanical properties and high resistance to oxidation at temperatures above 800 ° C come to a large extent in chemi- .is see Apparatebau for use. However, such steels usually have only a limited deformability, which is why they cannot be processed into pipes. The required pipes are therefore in generally made of centrifugal casting. For example, carbon-rich chrome-nickel cast steel is being used on a large scale HK 40 as a material for the manufacture of chemical devices such as ovens for thermal Cracking of ethylene or used for steam reformers, as this steel is excellent mechanical Has properties and a high resistance to oxidation at temperatures above about 800 ° C. Besides that this cast steel is also suitable as a material for gas-cooled high-temperature reactors.

Solche Rohre besitzen jedoch eine unsaubere, durch so Gußfehler beeinträchtigte Innenoberfläche sowie eine geringe Maßhaltigkeit. Hinzu kommt, daß sich nach dem Schleudergußverfahren nicht Rohre beliebiger Abmessung und insbesondere lange Rohre geringen Durchmessers und geringer Wanddicke erzeugen lassen.However, such pipes have a messy, so Casting defects impaired inner surface as well as poor dimensional accuracy. In addition, after the Centrifugal casting process does not allow pipes of any size and in particular long pipes of small diameter and create a thin wall thickness.

Andererseits lassen sich Rohre, Profile und Flachmaterial auch durch übliches Warm- und Kaltverformen, beispielsweise durch Strangpressen und Walzen von in üblicher Weise erzeugten Vorblöcken, herstellen. Dabei ergeben sich zwar keine Abmessungsprobleme; es stellt <«ι sich jedoch der Nachteil ein, daß aus kohlenstoffreichen hitzebeständigen Chrom-Nickel-Stählen hergestelltes Walzgut eine geringere Zeitstandfestigkeii besitzt als ein entsprechend zusammengesetzter Schleuderguß. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei Schleuderguß (>> die Karbidphase infolge der hohen Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Erstarren zum großen Teil aus dem Karbid M₇Cj besteht und dieses Karbid im Betrieb in das Karbid M23C6 umwandelt, wobei der dabei freiwerdende Kohlenstoff eine neue feindisperse M₂₃C₆-Pnase bildet, so daß sich eine hohe Zeitstandfestigkeit bzw. Kriechfestigkeit ergibt. Bei warm- und kaltverformten Stählen existiert dagegen bereits von Anfang an eine grobkörnige M₂₃C₆-PtIaSe, die im Betrieb bei Temperaturen über 800° C noch grobkörniger wird.On the other hand, tubes, profiles and flat material can also be produced by customary hot and cold forming, for example by extrusion and rolling, of blooms produced in the customary manner. This does not result in any dimensional problems; However, there is the disadvantage that rolling stock produced from high-carbon, heat-resistant chromium-nickel steels has a lower creep strength than a correspondingly composed centrifugal casting. This is due to the fact that in centrifugal casting (>> the carbide phase _{consists largely of the carbide M 7} Cj as a result of the high cooling rate after solidification and this carbide converts into the carbide M23C6 during operation, whereby the carbon released in the process creates a new, finely dispersed M ₂₃ C ₆ -pase forms, so that there is a high creep rupture strength or creep strength. In the case of hot and cold-formed steels, on the other hand, a coarse-grained M ₂₃ C ₆ -PtIaSe already exists from the beginning, which becomes even coarser-grained in operation at temperatures above 800 ° C will.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Zeitstandfestigkeit warm- und kaltverformter rostfreier Chrom-Nickel-Stähle mit 0,2 bis 1,5% C bei Temperaturen über 800° C so weit zu verbessern, daß sie mindestens der Zeitstandfestigkeit von Schleuderguß entspricht bzw. bei 1000° C und einer Belastung von 1,5 hbar mindesrens 1900 Stunden beträgt. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der Feststellung, daß die Zeitstandfestigkeit hitzebeständiger Chrom-Nickel-Stähle mit hohem C-Gehalt in starkem Maße durch die Art und Morphologie der Karbide bestimmt wird. So wurde beispielsweise festgestellt, daß sich bei gleichem Kohlenstoffgehalt eine optimale Zeitstandfestigkeit nur dann ergibt, wenn die Eisenmatrix mindestens 25% des eutektischen Karbids M₇C₃ enthält. Im einzelnen besteht die Erfindung darin, daß ein Chrom-Nickel-Stahl mit 0,2 bis 1,5% Kohlenstoff, 15 bis 40% Chrom, 10 bis 50% Nickel, höchstens 5% Silizium, höchstens 15% Mangan und 0 bis 0,01% Bor, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigung nach dem Warm- und Kaltverformen eine bis 60 Minuten im Temperaturbereich zwischen dem Ausscheidungsbeginn der eutektischen Karbidphase M₇Cj und der Solidustemperatur geglüht und dann abgeschreckt wird, um ein eutektisch-karbidisches Gefüge aus einer Eisenmatrix und mit einer mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 50% Karbiden des Typs M₇C₃ einzustellen. Im Einzelfall richten sich die Glühtemperatur- und -zeit nach der jeweiligen Zusammensetzung des Stahls innerhalb der angegebenen Gehaltsgrenzen.The invention is therefore based on the object of improving the creep rupture strength of hot and cold formed stainless chromium-nickel steels with 0.2 to 1.5% C at temperatures above 800 ° C. to such an extent that it corresponds or at least to the creep rupture strength of centrifugal casting at 1000 ° C and a load of 1.5 hbar is at least 1900 hours. The solution to this problem is based on the finding that the creep strength of heat-resistant chromium-nickel steels with a high C content is largely determined by the type and morphology of the carbides. For example, it has been found that, with the same carbon content, optimum creep rupture strength is only obtained if the iron matrix contains at least 25% of the eutectic carbide M ₇ C ₃ . In detail, the invention consists in that a chromium-nickel steel with 0.2 to 1.5% carbon, 15 to 40% chromium, 10 to 50% nickel, a maximum of 5% silicon, a maximum of 15% manganese and 0 to 0 , 01% boron, remainder iron including impurities caused by the melting process, after hot and cold forming, annealing is carried out for one to 60 minutes in the temperature range between the start of precipitation of the eutectic carbide phase M ₇ Cj and the solidus temperature, and then quenched to form a eutectic-carbidic structure consisting of an iron matrix and with at least 25%, preferably at least 50%, carbides of the M ₇ C ₃ type. In individual cases, the annealing temperature and time depend on the respective composition of the steel within the specified content limits.

Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nimmt der Anteil der Graphitphase naturgemäß zu. Übersteigt der Kohlenstoffgehalt jedoch 1,5%, dann ergeben sich Schwierigkeiten beim Warm- und Kaltverformen sowie beim Lösen der grobkörnigen M2₃Ct,-Zeilen, währenc des Glühens nach dem Warm- und Kaltverformen. Au« diesem Grunde übersteigt der Kohlenstoffgehalt de; Stahls 1,5% nicht. Liegt der Kohlenstoffgehalt dageger unter 0,2%, dann ergibt sich nach dem Glühen keir eutektisches Gefüge und ist die Zeitstandfestigkei unzureichend. Der Kohlenstoffgehalt beträgt dahe mindestens 0,2% und liegt im Hinblick auf eine optimali Kombination von Verformbarkeit und Zugfestigkei vorzugsweise bei 0,3 bis 1,0%.The proportion of the graphite phase naturally increases with increasing carbon content. However, if the carbon content exceeds 1.5%, difficulties arise in hot and cold working and in loosening the coarse-grained M2 ₃ Ct, lines during annealing after hot and cold working. For this reason the carbon content exceeds de; Stahls 1.5% not. If, on the other hand, the carbon content is below 0.2%, then after annealing there is no eutectic structure and the creep strength is insufficient. The carbon content is therefore at least 0.2% and, with a view to an optimal combination of deformability and tensile strength, is preferably 0.3 to 1.0%.

Um bei hohen Temperaturen eine ausreichendi Oxydationsbeständigkeit zu gewährleisten, muß de Stahl mindestens 15% Chrom enthalten. Allzu höh Chromgehalte beeinträchtigen jedoch die Verformbar keit und Langzeitduktilität, weswegen der Chromgehal 40% nicht übersteigt.In order to ensure sufficient resistance to oxidation at high temperatures, de Steel contain at least 15% chromium. However, too high a chromium content affects the deformability and long-term ductility, which is why the chromium content does not exceed 40%.

Das Nickel wirkt als Austenitbildner und begünstig ein eutektisches Gefüge mit dem Karbid M₇C₃. Bi Nickelgehalten unter 10% ergibt sich jedoch kein ausreichende Zeitstandfestigkeit bei hohen Temperati ren, während Nickelgehalte über 50% nur die Koste: nicht aber die Zeitstandfestigkeit erhöhen. Der Nicke gehalt beträgt daher 10 bis 50%.The nickel acts as an austenite former and favors a eutectic structure with the carbide M ₇ C ₃ . With nickel contents below 10%, however, there is insufficient creep rupture strength at high temperatures, while nickel contents above 50% only increase the cost: but not increase the creep rupture strength. The pitch is therefore 10 to 50%.

Der Stahl enthält Mangan aus Gründen de Desoxydation und im Hinblick auf die Gefahr ein« Warmversprödung. Außerdem zählt das Mangan zu de Karbidbildnern und vermag daher das teurere Nickel 2The steel contains manganese for reasons of deoxidation and in view of the danger of a « Hot embrittlement. In addition, manganese is one of the carbide formers and is therefore capable of the more expensive nickel 2

ersetzen. Allzu hohe Mangangehalte beeinträchtigen jedoch die Oxydationsbeständigkeit, weswegen der Mangangehalt 15% nicht übersteigt.substitute. Too high a manganese content, however, affects the resistance to oxidation, which is why the Manganese content does not exceed 15%.

Das fakkultative Bor bewirkt eine iemdisperse und stabile Karbidphase; es erleichtert zudem die M₇C₃-BiI-dung und erhöht damit die Zeitstandfestigkeit. Borgehalte über 0,01% beeinträchtigen jedoch die Warmverformbarkeit und Schweißbarkeit, weswegen der Borgehalt diesen Wert nicht übersteigen darf.The optional boron causes an externally dispersed and stable carbide phase; it also facilitates the M ₇ C ₃ formation and thus increases the creep strength. However, boron contents above 0.01% impair the hot formability and weldability, which is why the boron content must not exceed this value.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung sowie von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing and exemplary embodiments explained. In the drawing shows

Fig. 1 ein Diagramm mit den Phasengrenzlinien und Karbidtypen eines Chrom-Nickel-Stahls mit 04% Kohlenstoff, 25% Chrom, 20% Nickel, 1% Silizium und l,5°/b Mangan nach einem 1- bis 60minütigen Glühen bei 1300 bis 1350⁰C,1 shows a diagram with the phase boundary lines and carbide types of a chromium-nickel steel with 04% carbon, 25% chromium, 20% nickel, 1% silicon and 1.5 ° / b manganese after annealing for 1 to 60 minutes at 1300 to 1350 ⁰ C,

Fig.2 Gefügeaufnahmen desselben warmstranggepreßten Stahls nach verschiedenen Wärmebehandlungen undFig. 2 micrographs of the same hot-extruded Steel after various heat treatments and

Fig.3 ein Phasendiagramm eines Chrom-Nickel-Stahls mit 0,4% Kohlenstoff, 25% Chrom, 20% Nickel, 30/0 Silizium und 1,5% Mangan, Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen nach einem 1- bis 30minütigen Glühen bei Temperaturen von 1270 bis 1320°C.3 shows a phase diagram of a chromium-nickel steel with 0.4% carbon, 25% chromium, 20% nickel, 30/0 silicon and 1.5% manganese, the remainder iron including impurities caused by the melting after one Annealing for 1 to 30 minutes at temperatures of 1270 to 1320 ° C.

Im Phasendiagramm der Fig. 1 entspricht das Gebiet 1 einem Gefüge, dessen Karbidphase gänzlich aus M23C6 besteht, während im Gebiet 11 die Karbidphase aus M27C6 und weniger als 25% M₇C₃ besteht. Im Gebiet III liegt der Anteil des Karbids M₇C₃ dagegen über 25% und im Gebiet IV bei 100%. Demnach müssen die Glühtemperatur und -zeit bei der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung im Gebiet III und IV liegen.In the phase diagram in FIG. 1, area 1 corresponds to a structure whose carbide phase consists entirely of M23C6, while in area 11 the carbide phase consists of M27C6 and less than 25% M ₇ C ₃ . In contrast, the proportion of carbide M ₇ C _{3 in} area III is over 25% and in area IV at 100%. Accordingly, the annealing temperature and time in the heat treatment according to the invention must be in areas III and IV.

Da die Glühtemperatur mindestens dem Ausscheidungsbeginn des eutektischen M₇C₃ entsprechen muß, liegt die Glühtemperatur eines 0,4% Kohlenstoff, 24% Chrom, 20% Nickel, 1% Silizium und 1,5% Mangan enthaltenden Stahls bei mindestens 1300⁰C. Bei geringerer Glühtemperatur gehen die Zeilen des beim Warmstrangpressen ausgeschiedenen Karbids M₂₃Cf, auch bei langen Glühzeiten nicht in Lösung und ergibt sich kein eutektisch-karbidisches Gefüge.Since the annealing temperature must at least correspond to the beginning of the precipitation of the eutectic M ₇ C ₃ , the annealing temperature of a steel containing 0.4% carbon, 24% chromium, 20% nickel, 1% silicon and 1.5% manganese is at least 1300 ^° C. At a lower annealing temperature, the lines of the carbide M ₂₃ Cf precipitated during hot extrusion do not go into solution, even with long annealing times, and there is no eutectic-carbidic structure.

Fig.2a gibt das Gefüge des warmstranggepreßten Stahls und F i g. 2b das Gefüge des Stahls nach einem dreistündigen Glühen bei 1290⁰C mit anschließendem Abschrecken in Wasser wieder. Beide Gefüge sind durch Zeilen aus grobkörnigem Karbid M₂₃C₆ gekennzeichnet. Dieser grobkörnige Karbid ist bei Temperaturen unter 1300⁰C äußerst stabil und läßt sich daher nur schwer zersetzen und in Lösung bringen. Ein Stahl mit einem derartigen Karbidtyp besitzt daher nur eine geringe Kriechfestigkeit.Fig.2a shows the structure of the hot-extruded steel and Fig.2a. 2b shows the structure of the steel again after three hours of annealing at 1290 ^° C. with subsequent quenching in water. Both structures are characterized by lines of coarse-grain carbide M ₂₃ C ₆ . This coarse-grained carbide is ^{extremely stable at temperatures below 1300 °} C. and can therefore only be decomposed and dissolved with difficulty. A steel with such a carbide type therefore has only a low creep strength.

Bei einem Glühen über 1300⁰C geht der grobkörnige Karbid M₂₃C₆ dagegen rasch in Lösung und ergibt sich beim Abkühlen ein eutektisches Gefüge, entsprechend der Gefügeaufnahme der F i g. 2c. Diese Gefügeaufnahme bezieht sich auf einen 1 Minute bei 1300⁰C, d. h. im Gebiet I, geglühten Stahl mit einem eutektischen Gefüge aus M₂₃C₆ in einer Eisenmatrix. Mit zunehmender Glühzeit bei 1300⁰C geht das Karbid M₂₆C₆ in zunehmendem Maße in das Karbid M₇Cj über und ergibt sich schließlich bei einstündigem Glühen, d. h. bei den Bedingungen des Gebietes IV des Diagramms der Fig. 1, ein eutektisches Gefüge aus M₇Cj in einer Eisenmatrix, wie es aus der Gefügeaufnahme der F i g. 2d ersichtlich ist. Die Gefügeaufnahme der F i g. 2e zeict schließlich das eutektische, dem Gebiet III desOn the other hand, when annealed above 1300 ^° C., the coarse-grained carbide M ₂₃ C ₆ quickly dissolves and a eutectic structure results when it cools, corresponding to the micrograph in FIG. 2c. This micrograph relates to a ^{steel annealed for 1 minute at 1300 °} C., ie in area I, with a eutectic microstructure of M ₂₃ C ₆ in an iron matrix. With increasing annealing at 1300 ⁰ C, the carbide M ₂₆ passes _C6 increasingly in the carbide M ₇ Cj over and results finally in annealing for one hour, ie in the conditions of the area IV of the diagram of Fig. 1, a eutectic structure of M ₇ Cj in an iron matrix, as can be seen from the micrograph in FIG. 2d can be seen. The micrograph of FIG. Finally, 2e shows the eutectic, region III of the

Phasendiagramms der F i g. 1 entsprechende Gefüge eines fünf Minuten bei 132O⁰C geglühten und abgeschreckten Strahls, das aus M₂₃C₆ sowie über 25% M₇C₃ in einer Eisenmatrix besteht. Die Gefügeaufnahmen der F i g. 2 belegen zusammen mit dem Phasendiagramm, daß sich das Gefüge mit zunehmender Temperatur rascher von I nach IV ändert.Phase diagram of FIG. 1 Corresponding structure of a ^{beam annealed and quenched for five minutes at 132O 0} C, which consists of M ₂₃ C ₆ and more than 25% M ₇ C ₃ in an iron matrix. The micrographs of FIG. 2 together with the phase diagram show that the structure changes more rapidly from I to IV with increasing temperature.

Die Zeitstandfestigkeit beispielsweise bei 1000°C ist im Gebiet I nicht unwesentlich besser als die Zeitstandfestigkeit eines entsprechenden warmstranggepreßten Stahls, jedoch noch geringer als die eines entsprechenden Schleudergußstahls. Mit der Änderung des Gefüges von II nach III und schließlich IV nimmt die Zeitstandfestigkeit jedoch immer mehr zu und erreicht schließlich mindestens die Zeitstandfestigkeit eines entsprechenden Schleudergußstahls.The creep rupture strength is for example at 1000 ° C in area I not insignificantly better than the creep strength of a corresponding hot-extruded one Steel, but even less than that of a corresponding centrifugally cast steel. With the change in structure however, from II to III and finally IV the creep rupture strength increases and reaches finally at least the creep strength of a corresponding centrifugally cast steel.

Demzufolge müssen die Glühbedingungen in den Gebieten III und IV liegen, wenngleich dabei zu berücksichtigen ist, daß lange Glühzeiten oder hohe Glühtemperaturen zu einer Verzunderung und Beeinträchtigung der Wirtschaftlichkeit führen.As a result, the annealing conditions must be in areas III and IV, albeit at the same time it must be taken into account that long annealing times or high annealing temperatures lead to scaling and impairment of profitability.

Vorzugsweise wird daher ein 0,4% Kohlenstoff, etwa 24% Chrom, etwa 20% Nickel, 1% Silizium und 1,5% Mangan enthaltender Stahl in dem Gebiet zwischen den Linien A-A und B-B im Diagramm der F i g. 1 geglüht. Ein Glühen rechts von der Linie A-A gewährleistet mindestens 50% M₇C₃, während die Linie B-B die Glühzeit und -temperatur unter dem Gesichtspunkt der Zunderbildung und Wirtschaftlichkeit nach oben hin begrenzt.Preferably, therefore, a steel containing 0.4% carbon, about 24% chromium, about 20% nickel, 1% silicon and 1.5% manganese is used in the area between the lines AA and BB in the diagram of FIG. 1 annealed. Annealing to the right of line AA ensures at least 50% M ₇ C ₃ , while line BB limits the annealing time and temperature from the point of view of scale formation and economy.

Das Phasendiagramm der F i g. 3 zeigt den Zusammenhang zwischen den jeweiligen Karbidtypen und den Glühbedingungen bei einem Stahl mit 0,4% Kohlenstoff, 25% Chrom, 20% Nickel, 3% Silizium und 1,5% Mangan. Dabei ergibt sich, daß sich ein dem Gebiet IV entsprechendes Gefüge bereits nach einem fünfminütigen Glühen bei 1280°C einstellt. Ein derartiger Stahl sollte daher bei Temperaturen zwischen 1280 und der Solidustemperatur geglüht werden.The phase diagram of FIG. 3 shows the relationship between the respective types of carbides and the Annealing conditions for a steel with 0.4% carbon, 25% chromium, 20% nickel, 3% silicon and 1.5% Manganese. The result is that a structure corresponding to area IV is obtained after just five minutes Annealing at 1280 ° C adjusts. Such a steel should therefore be used at temperatures between 1280 and the Solidus temperature are annealed.

Nach dem Glühen wird der Stahl abgeschreckt, da es ansonsten bei zu geringer Abkühlungsgeschwindigkeit zu einer teilweisen Umwandlung von M₇C₃ zu M₂₃Cb während des Abkühlens und damit zu einer Beeinträchtigung der Zeitstandfestigkeit kommen kann.After the annealing, the steel is quenched, otherwise, if the cooling rate is too slow, a partial conversion of M ₇ C ₃ to M ₂₃ Cb can occur during cooling and thus the creep rupture strength is impaired.

example 1

Mehrere Proben eines hitzebeständigen Stahls mit 0,4% Kohlenstoff, 25% Chrom, 20% Nickel, 1% Silizium und 1,5% Mangan wurden warmstranggepreßt und mit Ausnahme einer Vergleichsprobe anschließend geglüht und mit Wasser abgeschreckt sowie einem Zeitstandversuch bei 1000⁰C und einer Belastung von 1,5 hb unterworfen. Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle I zusammengestellt, deren Proben 10 bis 31 außerhalb der Erfindung liegen, während die Proben 32 bis 34 unter die Erfindung fallen und es sich bei der Probe 60 um eine Vergleichsprobe handelt.Several samples of a heat-resistant steel with 0.4% carbon, 25% chromium, 20% nickel, 1% silicon and 1.5% manganese were hot extruded and then annealed with the exception of a comparative sample and quenched with water, and a creep rupture test at 1000 ⁰ C and subjected to a load of 1.5 hb. The test results are compiled in Table I below, samples 10 to 31 of which are outside the scope of the invention, while samples 32 to 34 are included in the invention and sample 60 is a comparative sample.

nie Daten der Tabelle I zeigen, daß die Standzeiten der nach dem Warmstrangpressen nicht wärmebehandelten Probe 10 und der nach dem Warmstrangpressen bei einer Temperatur unterhalb 1300⁰C geglühten Probe 20 sehr gering sind, während die Standzeit der mit einer Minute bei 1300⁰C im Gebiet I des Diagramms der F i g. i geglühten Probe 30 ziemlich gut und die Standzeit der mit einer Minute bei 1310⁰C im Gebiet II des Diagramms der Fig. 1 geglühten Probe 31 ziemlich gut sind, jedoch noch keineswegs die Standzeit der Schleudergußprobe 60 erreichen. Im Gegensatz dazunever data of Table I show that the lifetime of the non-heat treated after the hot extrusion sample 10 and the annealed after the hot extrusion at a temperature below 1300 ⁰ C sample 20 is very small, while the service life of one minute at 1300 ⁰ C in the area I of the diagram of FIG. i annealed sample 30 is quite good and the service life of ^{sample 31 annealed for one minute at 1310 °} C. in area II of the diagram in FIG. In contrast to

erreicht die Standzeit der drei Minuten bei 1330⁰C geglühten und im Gefüge über 50% M₇C₃ enthaltenden Probe 32 die Standzeit der Schleudergußprobe 60. Die Standzeiten der eine Minute bei 134O⁰C geglühtenthe service life reached three minutes at 1330 ⁰ C and annealed in the structure containing more than 50% M ₇ C ₃ sample 32, the service life of the annealed Schleudergußprobe 60. The service life of one minute at 134O ⁰ C

Table I.

Probe 33 mit 85% M₇C₃ im Gefüge und der zehn Minuten bei derselben Temperatur geglühten Probe 34 mit 100% M₇C3 im Gefüge liegen dagegen merklich über der Zeitstandfestigkeit der Schleudergußprobe 60.Sample 33 with 85% M ₇ C ₃ in the structure and sample 34 with 100% M ₇ C3 in the structure that was annealed for ten minutes at the same temperature, on the other hand, are noticeably higher than the creep strength of the centrifugally cast sample 60.

Probesample GlühbedingungenAnnealing conditions 3h3h Gebietarea KarbidphaseCarbide phase Standzeit
(h)Service life
(H) 1010 1 min1 min 5757 2020th 1290°C1290 ° C 1 min1 min —- —- 6262 3030th 1300⁰C1300 ⁰ C 11 100% M23C6100% M23C6 605605 3131 1310°C1310 ° C 3 min3 min IlIl 80% M23C680% M23C6 13711371 20% M7C320% M7C3 3232 1330⁰C1330 ⁰ C 1 min1 min IUIU 45% M23C645% M23C6 19241924 55% M7C355% M7C3 3333 134O⁰C134O ⁰ C 10 min10 min 111111 15% M23C615% M23C6 19871987 85% M7C385% M7C3 3434 134O⁰C134O ⁰ C IVIV 100% M7C3100% M7C3 20682068 6060 SchleudergußCentrifugal casting —- —- 19061906

Example 2

Proben eines hitzebeständigen Chrom-Nickel-Stahls 40 mit 0,4% Kohlenstoff, 25% Chrom, 20% Nickel und 3% Silizium und eines Stahls 50 mit 0,4% Kohlenstoff, 25% Chrom, 20% Nickel, 2% Silizium und 0,003% Bor wurden nach einem Schmieden der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung mit Wasser abschrecken sowie anschließend einem Zeitstand versuch bei 1000⁰C und einer Belastung von 1,5 hb unterworfen. Der 3% Silizium enthaltende Stahl 40 besaß nach einem zweiminütigen Glühen bei 1300°C und Wasserabschrekken eine entsprechend dem Gebiet IV im Diagramm der Fig. 1 zu 100% aus M₇C₃ bestehende eutektische Karbidphase, während der nur 2% Silizium und 0,003% Bor enthaltende Stahl 50 nach einem fünfminütigen Glühen bei 1290⁰C eine dem Gebiet IV des Diagramms der Fig.4 entsprechende und zu 80% aus M₇Cj bestehende Karbidphase besaß. Die Standzeiten beider Stähle sind erheblich besser als die Standzeiten der Vergleichsproben 10,20,30 sowie der Schleudergußprobe 60.Samples of a heat-resistant chromium-nickel steel 40 with 0.4% carbon, 25% chromium, 20% nickel and 3% silicon and a steel 50 with 0.4% carbon, 25% chromium, 20% nickel, 2% silicon and After forging the heat treatment according to the invention, 0.003% boron was quenched with water and then ^{subjected to a creep test at 1000 °} C. and a load of 1.5 hb. The steel 40 containing 3% silicon had, after annealing for two minutes at 1300 ° C. and water _{quenching, a eutectic carbide phase consisting of 100% M 7} C _{3 in} accordance with area IV in the diagram in FIG. 1, during which only 2% silicon and 0.003% boron-containing steel 50 after a five-minute annealing at 1290 ⁰ C had a the area IV of the diagram of Figure 4 corresponding existing and 80% of M ₇ Cj carbide phase. The service lives of both steels are considerably better than the service lives of the comparison samples 10, 20, 30 and the centrifugally cast sample 60.

Tabelletable IIII SiSi MnMn CrCr NiNi II. BB. GlühbedingungenAnnealing conditions Gebietarea KarbidphaseCarbide phase Standwas standing 5757 Probesample CC. zeilline 6262 (ο/ο)(ο / ο) (%)(%) (Ο/ο)(Ο / ο) (ο/ο)(ο / ο) (ο/ο)(ο / ο) (h)(H) 605605 (%)(%) 1,01.0 1,51.5 2525th 2020th __ 28902890 1010 0,40.4 1,01.0 1,51.5 2525th 2020th —- 1290⁰C 3 h1290 ⁰ C 3 h —- —- 22102210 2020th 0,40.4 1,01.0 1,51.5 2525th 2020th —- 1300° C 1 min1300 ° C 1 min II. 100% M23C6100% M23C6 3030th 0,40.4 3,03.0 1,51.5 2525th 2020th —- 1300° C 2 min1300 ° C 2 min IVIV 100% M7C3100% M7C3 19061906 4040 0,40.4 2,02.0 1,51.5 2525th 2020th 0,0030.003 129O^1-C 5 min129O ^1- C 5 min IIIIII 80% M7C380% M7C3 5050 0,40.4 200/0 M23C6200/0 M23C6 1,01.0 1,51.5 2525th 2020th —- SchleudergußCentrifugal casting —- —- 6060 0,420.42 I Her/υ 3I Her / υ 3 BWiU ZeichnungenBWiU drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for heat treatment eii ^ heat-resistant and stainless chromium-nickel steel with 0.2 to 1.5% carbon, 15 to 40% chromium, 10 to 50% nickel, a maximum of 5% silicon, a maximum of 15% manganese and 0 to 0.01% boron, the remainder inclusive Impurities caused by melting iron, characterized in that the steel by annealing for 1 to 60 minutes at a temperature in the region of the onset of the eutectic Carbide phase and the solidus temperature with subsequent quenching a structure with at least 25% M7C3 is imparted in an iron matrix.

2. Use of a heat-treated according to the method of claim 1 steel as a material for articles such as parts of ethylene-cracking and reforming systems, besides a high resistance to oxidation at temperatures above 800 ° C, a high creep rupture strength of at least 1900 hours at 1000 ⁰ C and must have a load of 1.5 hbar.