DE2534786C3

DE2534786C3 - Nickel-Chrom-Wolfram-Legierung und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2534786C3
Application number: DE2534786A
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Chiba; Rikizo Watanabe
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1974-08-07
Filing date: 1975-08-04
Publication date: 1980-12-18
Also published as: FR2281433B1; DE2534786A1; JPS5118919A; JPS5433212B2; US4006015A; DE2534786B2; GB1498650A; FR2281433A1; IT1046095B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf hitzebeständige Nickel-Chrom-Wolfram-Legierungen mit guter Verformbarkeit und hoher Festigkeit bei hohen Temperaturen zur Verwendung für verschiedene hitzebeständige Teile von Gasturbinen und vielen Arten von Heizöfen. Insbesondere sind die hitzebeständigen Legierungen gemäß der Erfindung am geeignetsten für einen Wärmeaustauscher eines Gasgekühlten-Hochtemperaturkernreaktors zur Erzeugung Von Prozeßwärme für die Stahlerzeugung und weisen eine gute Kombination Von hoher Zeitstandfestigkeit bei etwa 1000⁰C und guter Verformbarkeit auf.

Bekannte hitzebeständige Ni-Cr-Fe-Legierungen, hitzebeständige und oxydationsbeständige Ni-Cr-Legierungen und korrosionsbeständige Hochnickellegierungen haben eine gute Verformbarkeit und finden diverse Verwendung, z. B. als Stangen, Bleche, Rohre und geschmiedete Gegenstände, weisen jedoch eine ungenügende Festigkeit bei hohen Temperaturen auf. Daher lassen sich diese bekannten Legierungen nur bei niedrigerer Temperatur einsetzen.

ίο Es sind auch Nickellegierungen mit 0 bis 0,5% Kohlenstoff, 0 bis 6% Niob, 3 bis 20% Chrom, 0 bis 25% Wolfram, Rest Nickel (DE-AS 21 18 236) bzw. 0 bis 1% Kohlenstoff, 0 bis 5% Titan und/oder Niob, 10 bis 30% Chrom und 0 bis 25% Wolfram, Rest Nickel mit entkohlter Oberflächenschicht (US-PS 27 63 584) bzw. 0 bis 0,01% Kohlenstoff, 0,5 bis 20% Titan und/oder Niob, 6 bis 25% Chrom, 0 bis 20% Wolfram, 0,005 bis 0,5% Bor und/oder Zirkonium, Rest Nickel (DE-OS 19 19 487) bzw. 0 bis 1% Kohlenstoff, 0 bis 5% Titan, 5 bis 45% Chrom, 0 bis 25% Wolfram, 0 bis 1% Magnesium, 0 bis 1% Seltene Erden, Rest mindestens 50% Nickel (GB-PS 6 74 723) bekannt, die gute Hochtemperatureigenschaften aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den bekannten Nickel-Chrom-Wolfram-Legierungen solche mit einer noch höheren Festigkeit bei hohen Temperaturen und mit einer guten \ erformbarkeit zu entwickeln, die eine ausgezeichnete Zeitstandfestigkeit auch noch beim Einsatz bei etwa 1000⁰C oder darüber aufweisen.

Die Erfinder untersuchten die Eigenschaften verschiedener Elemente, die das Verhalten der Ni-Cr-W-Legierungen beeinflussen. Als Ergebnis wurden die geeigneten Gehalte an Kohlenstoff, Titan oder Niob, Chrom, Wolfram und Nickel und weitere Zusätze zwecks Verbesserung der Kriechbruchfestigkeit und der Oxydationsbeständigkeit dieser Legierungen bei hoher Temperatur sowie ein bestimmter geeigneter Bereich der Summe der Prozentsätze an Chrom und Wolfram ermittelt.

Gegenstand der Erfindung, womit die genannte Aufgabe gelöst wird, ist die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Nickel-Chrom-Wolfram-Legierung. Bevorzugte Zusammensetzungen dieser Legierung sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet.

Gegenstand Jer Erfindung sind außerdem die in den Patentansprüchen 8 bis 10 beanspruchten Verwendungsarten.
Die Fig. I und 2 zeigen die Änderung der Zeitstandfestigkeit bei l000°Cund 1050⁰C in Abhängigkeit vom Chromgehalt und vom Wolframgehalt, wenn die Gesamtmenge an Chrom + Wolfram auf 40 Gew.-% gehalten wird. Die Korrelation zwischen den Nickel-, Chrom- und Wolframgehalten ist für die erfindungsgemäßen Ni-Cr-W-Legierungen wichtig.

Sowohl Chrom als auch Wolfram vermindern als Mischkristallverfestigungselemente die Stapelfehlerenergie der Legierung und senken den Diffusionskoeffizient der Legierung, so daß d^;e Hochtemperaturfestig keit der Legierung gesteigert wird. Daher liegt die Hochtemperaturfestigkeit der Legierung um so höher, je mehr von diesen Elementen in der Legierung enthalten ist, falls deren Gehalte bestimmte Grenzen nicht überschreiten. Wenn die Chrom- Und Wolframgehalte bestimmte Grenzen überschreiten, wird das Gefüge der Legierung instabil, Und die Legierung verliert ihre erwünschten Eigenschaften. Die Stapelfehlerenergie einer' Legierung läßt sich nach der Durch-

schnittsdefektelektronenzalil Nvbeurteilen. Die Stapelfehlerenergie sinkt mit steigendem Nv. Der ΛΦ-Wert der Ni-Cr-W-Legierung läßt sich nach der folgenden Gleichung berechnen:

Nv= 0,66 C¹N, + 4,66 (Cc, + Cw),

worin Cn,, Cfc_r und Cw die Atomverhältniszahlen von Nickel bzw. Chrom bzw. Wolfram bedeuten. Der Diffusionskoeffizient einer Legierung läßt sich aufgrund der Gitterkonstante a errechnen. Er sinkt mit steigen- ι ο dem a. Der a-Wert der Ni-Cr-W-Legierung läßt sich nach der folgenden Gleichung berechnen:

a = 3,524 + 0,130 Cb + 0,421 C_w (A).

Die Gehaltsgrenzen, jenseits deren das Geföge einer Legierung instabil ist, lassen sich durch die kritischen Defektelektronenzahlen N^c bestimmen. Wenn Nv geringer als N^c ist, ist das Gefüge stabil, und wenn Nv Ober N^c liegt, ist das Gefüge instabil. Die Werte für N^c von Ni-Cr-W-Legierungen bei 850⁰C lassen sich nach der folgenden Gleichung berechnen:
Ν' = 2,2792 /tr + 1,2837 Λν,

worin fa und Λν die Atomverhältniszahlen von Chrom bzw. Wolfram bedeuten und vorausgesetzt ist, daß /tr+ Av= 1. Obwohl Nv geringer als /V^cund a und Nv so groß wie möglich sein sollten, um eine Legierung mit höherer Festigkeit bei hohen Temperaturen zu erhalten, steigen sowohl a als auch Nv, wenn der Gehalt an Chrom oder Wolfram getrennt erhöht wird. Daher wurde die untere Grenze von 3,580 A als a-Wert der Ni-Cr-W-Legierungen festgelegt, und der Chromgehalt sowie der Wolframgehalt wurden in Intervallen von 4 Gew.-%, von 0 bis 48 Gew.-% bzw. 0 bis 40 Gew.-% variiert. Dann wurden solche Zusammensetzungen, die den beiden Anforderungen, nämlich a δ 3,580 A und N^c a Nv, genügen, aus all den Kombinationen der entsprechend variierten Chrom- und Wolframgehalte ausgewählt und sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt:

Tabelle 1	W	Ni	Cr+ W	N'-Nv	M·	a
Cr	(Gew.-⁰/.)		(Gew.-%)			(A)
(Gew.-%)	36	Rest	36	0,02	1,27	3,589
0	32	Rest	36	0,19	1,41	3,587
4	36	Rest	40	0,07	1,51	3,596
4	28	Rest	36	0,25	1,54	3,585
8	32	Rest	40	0,13	1,64	3,594
8	24	Rest	36	0,27	1,66	3,583
12	28	Rest	40	0,14	1,76	3,591
12	32	Rest	44	0,01	1,86	3,601
12	20	Rest	36	0,26	1,77	3,581
16	24	Rest	40	0,13	1,87	3,590
16	20	Rest	40	0,10	1,97	3,588
20	16	Rest	40	0,07	2,06	3,586
24	12	Rest	40	0,03	2,15	3,584
28

Man findet in der Tabelle 1, daß, damit eine solche Legierung eine ausreichend hohe festigkeit bei hohen Temperaturen aufweisen kann, der Gesamtgehalt an Chrom und Wolfram innerhalb des Bereichs von 36 bis 44 Gew.-% liegen muß. Die tatsächliche Abhängigkeit zwischen dem Gesamtgehalt an Chrom + Wolfram und der Zeitstandfestigkeit bei 1000°C und einer Belastung von 3 kg/mm² für verschiedene Kombinationen der Chrom- und Wolframgehalte ist in der Tabelle 2 wiedergegeben:

Tabelle	2	% W	(% Cr) +	Belaslungs-	Dehnung
%Cr		(% W)	zeit
			(h)
	16	32	137	54
16	12	32	163	68
20	20	40	494	62
20	16	40	534	33
24	24	48	75	5
24	20	48	118	17
28

Daher wurden Legierungszusammensetzungen, bei denen der Gesamtgehalt an Chrom + Wolfram im Bereich von 36 bis 44% liegt, weiter untersucht und noch vorteilhaftere Legierungszusammensetzungen im Rahmen der Erfindung ausgewählt.

Wenn der Gesamtgehalt an Wolfram und Chrom jeweils konstant ist, entnimmt man der Tabelle 1, daß bei einem Anwachsen des Chromgehalts der Nv-Wert größer wird, a sich jedoch verringert Dagegen wird bei steigendem Wolframgehalt a größer, aber Nv nimmt ab. Sowohl a als aufh Nv sind für die Hoclitemperaturfestigkeit der Legierungen von Wichtigkeit. Die Hochtemperaturfestigkeit der Legierungen muß in dem Bereich am höchsten sein, wo diese Gehalte am geeignetsten ausgeglichen sind. Wenn der Gesamtgehalt an Chrom und Wolfram auf 40 Gew.-% gehalten wird, ändert sich die Kriechbruchlebensdauer entsprechend der Darstellung in Fig. 1, wenn das Verhältnis von Chrom zu Wolfram variiert wird. Man erzielt die maximale Kriechbruchfestigkeit bei 14 bis 30% Chrom und 10 bis 26% Woifram. Die Kurven 1 und 2 geben die Änderungen der Belastungszeiten bei 1000⁰C und 3 kg/mm² bzw. bei 1050⁰C und 2 kg/mm² wieder.

Ii i

Außerdem sind die Abhängigkeiten der Zeitstandfestigkeit vom Chromgehalt und vom Wolframgehalt in Fig.2 dargestellt. Die Kurven 1, 2, 3 und 4 veranschaulichen die Beziehungen zwischen der Zeitstandfestigkeit ürid dem Chrom- sowie dem Wolffamgehalt bei 1000⁰C für 100 Stunden bzw. 1000° C für 1000 Stunden bzw. I050°C für 100 Stunden bzw. 1050⁰C für 1000 Stunden. Aus Fig.2 entnimmt man, daß die Zeitstandfestigkeit nahe einer Zusammensetzung mit 20% Cr und 20% W ihren Maximalwert hat und zu beiden Seiten mit weniger Chrom und mehr Wolfram sowie mit mehr Chrom und weniger Wolfram absinkt. Dies bedeutet, daß Chrom hauptsächlich eine Wirkung auf die Verringerung der Stapelfehlerenergie der Legierung ausübt, während Wolfram hauptsächlich einen Effekt auf die Verringerung des Diffusionskoeffizienten der Legierung hat, und daher ist die optimale Abstimmung beider Wirkungen sehr wesentlich, um die Zeitstandfestigkeit zu steigern. Jedoch ist aus Fig.2 ebenfalls in der Nähe der Zusammensetzung mit 2O^u/o Cr und 20% W zu ersehen, daß der Bereich, bei dem die maximale Zeitstandfestigkeit auftritt, dazu neigt, sich von der Niedrigchrom-Hochwolfram-Seite zur Hochchrom-Niedrigwolfram-Seite zu verlagern, wenn die Beanspruchungszeitdauer und -temperatur länger bzw. höher werden. Um das optimale Abstimmen und Ausgleichen der Chrom und Wolframgehalte mehr im einzelnen zu erforschen, wurden drei Legierungszusammensetzungen überprüft, deren Gesamtgehalt an Chrom + Wolfram 41% war. Als Ergebnis wurde gefunden, daß die Legierung mit dem Gesamtgehalt an Chrom + Wolfram von 41% eine höhere Kriechbruchfestigkeit als die Legierung aufweist, deren Gesamtgehalt an Chrom + Wolfram 40% ist, und es wurde weiter festgestellt, daß auf der Seite kürzerer Beanspruchungsdauer die Legierung mit höherem Wolframgehalt eine höhere Festigkeit aufweist, während auf der Seite längerer Beanspruchungsdauer die Legierung mit geringerem Wolframgehalt eine höhere Zeitstandfestigkeit aufweist, d. h. die Zeitstandfestigkeit erhöht sich in der Reihenfolge 19% Cr-22% W. 21% Cr-20% W und 23% Cr-18% W. Weiter wurde gefunden, daß sich

Hip I .ρσίρπιησ mit ?Wn O linrf 1R0A W aur-h linrrh rlio

geringste Kriechgrenze bei gleicher Belastung auszeichnet Daher enthalten die erfindungsgemäßen Legierungen 21-25% Cr und 16-20% W, wobei der Gesamtgehalt an Chrom + Wolfram 39 bis 43% beträgt, und die optimale Legierung enthäit etwa 23% Crundetwal8% V/.

Wolfram hat auf die Legierungen einen größeren Mischkristallverfestigungseffekt hinsichtlich der Zeitstandfestigkeit hei hoher Temperatur als Molybdän. Daher sieht die vorliegende Erfindung Ni-Cr-W-Legierungen vor, in denen Molybdän bewußt ausgeschlossen ist und die anstelle des Molybdäns Wolfram enthalten.

Kobalt senkt die Oxydationsbeständigkeit der Legierungen und steigert ihren Preis. Daher soll in den erfindungsgemäßen Legierungen kein Kobalt als Zusatzelement vorliegen, obwohl eine geringe Kobaltmenge als Verunreinigung darin toleriert werden kann. Weiter verringert Eisen die Mischkristallöslichkeit sowohl von Chrom als auch von Wolfram in der erfindungsgemäßen Legierung und neigt zur Bildung einer nachteiligen intermetallischen Verbindung. Daher ist der Zusatz von Eisen zur erfindungsgemäßen Legierung unerwünscht Bis zu 1 Gew.-% Eisen ist als unvermeidliche oder zufällige Verunreinigung zulässig. Silizium und Mangan sind ebenfalls nicht erwünscht, da sie das Gefüge der erfindungsgemäßen Legierung instabil machen und zur Bildung einer nachteiligen intermetallischen Verbindung führen. Bis zu 0,5 Gew.-% jedes der Elemente Silizium und Mangan sind als unvermeidliche Verunreinigungen zulässig.

In der erfindungsgemäßen Legierung ist Kohlenstoff mit Titan oder Niob unter Bildung eines Karbids des MC-Typs verbunden. Eine geringe Kohlenstoffmenge wird benötigt, um eine übermäßige Kornvergröberung

ίο zu verhindern, doch eine übermäßig große Kohlenstoffmenge verbindet sich mit Wolfram oder Chrom, das in der Matrix der Legierung gelöst ist, und bildet ein Karbid vom M₆C- oder M23C₆-Typ, so daß sich die Mengen der mischkristallverfestigenden Elemente verfingern. Insbesondere sinkt dadurch die Zeitstandfestigkeit in unzulässiger Weise. Um einen geeigneten kohlenstoffgehalt für die erfindungsgemäße Legierung zu finden, wurden vier Legierungsproben einer Zusammensetzung mit 23% Cr, 18% W, 0,35% Ti, 0,1 % Zr und Rest Ni, bei denen der Kohlenstoffgehalt von 0,03 bis 0,14% variiert wurde, einem Zeitstandversuch bei 1000⁰C mit 3 kg/mm² Belastung unterworfen. Das Ergebnis dieser Versuche ist in der Tabelle 3 aufgeführt:

Tabelle 3

C-Ge!lalt
CM

Belastungszeit
(h)

Dehnung

0,03
0,09
0,13
0,14

1088

1029

927

620

38
35
30
33

Wenn der Kohlenstoffgehalt 0,1% übersteigt, sinkt die Zeitstandfestigkeit bis auf etwa Vs. Je höher der Kohlenstoffgehalt ist, um so eher erreicht die Legierung eine bestimmte Kriechgrenze. Daher soll der Kohlenstoffgehalt erfindungsgemäß nicht über 0,06% liegen. Um den genannten Effekt des Kohlenstoffs zu erzielen.

erforderlich dzⁿ

chi^sicii^eh-li :v"hi

geringer als 0,001% ist Der erfindungsgemäße Bereich des Kohlenstoffgehalts liegt daher von 0,001 bis 0,06%. Für Anwendungsfälle bei hohen Temperaturen über eine lange Zeitdauer soll der Kohlenstoffgehalt vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,06% liegen. Der optimale Kohlenstoffgehalt beträgt 0,03%.

Titan oder Niob ist mit Kohlenstoff unter Bildung eines Karbids des MC-Typs verbunden, das ein übermäßiges Kornwachstum verhindert Daher ist eine geringe Menge von Titan und/oder Niob erforderlich. Wenn der Gehalt an Titan, Niob oder einer Mischung davon 1% übersteigt, wird das Gefüge der Legierung instabil. Daher soll der Gehalt an Titan, Niob oder einer Mischung davon nicht mehr als 0,6% sein. Insbesondere um die Warmstreckgrenze zu verbessern, soll dieser Gehalt auf höchstens 0,6% begrenzt sein. Um jedoch die Wirkung von Titan oder Niob überhaupt sicherzustellen, soll dieser Gehalt nicht unter 0,1% liegen. Demgemäß ist der genannte Gehalt erfindungsgemäß im Bereich von 0.1 bis 0,6%. Der optimale Gehält ist etwa 03%. Als Beispiel ist die Abhängigkeit zwischen den verschiedenen Kombinationen des Titan- und des Niobgehalts und der Zeitstandfestigkeit bei 1000⁰C und 3 kg/mm² für eine Legierung mit 23% Cr und 18% W in der Tabelle 4 angegeben:

Tabelle 4

Ti-Gchall

Nb-Gehalt	Belaslungs-	Dt
	zeil
(%)	(ID
	632	34
0,5	480	27
0,3	556	33
_	281	22

Dehnung

Aus dem Vergleich der Legierungen mit den oben angegebenen Gehalten an Chrom, Wolfram und Nickel mit Titan, Niob oder einer Mischung davon mit der gleichen Legierung ohne Titan oder Niob ersieht man, daß die Legierung mit Titan, Niob oder einer Mischung davon eine höhere Zeitstandfestigkeit aufweist und insbesondere Titan zu ausgezeichneteren Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung als Niob führt

Wenn man die Legierung bei hohen Temperaturen verwendet, wird das durch Korngrenzendiffusion verursachte Kriechen ein Problem. Daher ist ein Zusatz von zum Verhindern der Korngrenzendiffusion geeigneten Legierungselementen wesentlich, um die Hochtemperaturfestigkeit der Legierung zu steigern. An den Korngrenzen gibt es viele Leerstellen wegen der Fehlordnung in der Verteilung der Atome. Die Diffusion von Atomen durch diese Leerstellen erfolgt insbesondere bei hohen Temperaturen. Daher läßt sich das Ausmaß ■der Korngrenzendiffusion durch Zusatz von solchen Elementen zur Legierung verringern, die diese Leerstellen ausfüllen. Solche Elemente sollen einen von dem der die Matrix bildenden Elemente verschiedenen Atomradius aufweisen und müssen sich vorwiegend an den Korngrenzen abscheiden. Als solche Elemente sind Magnesium und Zirkonium brauchbar. Die Festlöslichiceit dieser Elemente in der Matrix ist sehr gering. Diese Elemente scheiden sich vorweigend an den Korngrenzen aus, wenn sie der Legierung in geringen Mengen zugesetzt werden. Magnesium und Zirkonium weisen einen im Vergleich mit dem der die Matrix bildenden

Elemente gfüocicfi rviuiiituuiuu aui. t^icac L.ictuciiic

wirken durch Besetzen der Leerstellen an den Korngrenzen. Insbesondere hat die Zirkonium enthaltende Legierung eine gute Zeitstandfestigkeit. Diese Elemente bilden indessen nachteilige intermetallische Verbindungen, wenn sie in übermäßigen Mengen zugesetzt werden. Daher sollen die Gehalte an Magnesium und Zirkonium auf Höchstwerte von 0,02% bzw. 0,08% begrenzt werden. Die Gehalte an Magnesium und Zirkonium liegen in den Bereichen von 0,001-0,02% bzw. 0,02 bis 0,08%. Der optimale Zirkoniumgehalt ist 0,05%. In einer magnesiumfreien Legierung können auch 0,11 % Zirkonium vorliegen.

Erfindungsgemäß wird vorzugsweise eine Legierung zur Verfugung gestellt, die etwa 23% Chrom, etwa 18% Wolfram, Rest Nickel und außerdem kleine Mengen von

Tabelle 5

Kohlenstoff und Titan, Niob oder einer Mischung von Titan und Niob enthält und die besten Eigenschaften aufweist und in welcher Legierung weiter ein oder mehrere Bestandteile der Gruppe Magnesium, Zirkonium zur Steigerung der Hochtemperaturfestigkeit und der Oxydationsbeständigkeit enthalten sind. Besonders wenn die Legierung die angegebenen Gehalte an Kohlenstoff, Chrom und Nickel sowie die optimalen Gehalte an Titan und Zirkonium enthält, kann sie noch

ίο ausgezeichnetere Eigenschaften aufweisen.

Ni-Cr-W-Legierungen, die gewichtsmäßig 0,001 — 0,06% Kohlenstoff, 0,1-0,6% Titan. Niob oder eine Mischung davon, 21—25% Chrom. 16 — 20% Wolfram, wobei der Gesamtgehalt an Chrom + Wolfram im Bereich von 39—43% liegt, und Rest im wesentlichen Nickel mit unvermeidlichen Verunreinigungen enthalten, eignen sich bereits unter Bedingungen, die eine höhere Zeitstandfestigkeit und eine sehr gute Verformbarkeit erfordern. Außerdem enthalten die Legierungen 0,001-0,0?% Magnesium und 0,02-0,08% Zirkonium oder Zirkonium allein bis zu 0,11 %.

Die bevorzugten Legierungszusammensetzungen gemäß der Erfindung weisen Kombinationen von geeigneten Gehalten an Kohlenstoff, Chrom, Wolfram, Nickel mit Titan und Zirkonium oder mit Titan, Zirkonium und Magnesium auf. Und zwar besteht die optimale Legierungszusammensetzung gemäß der Erfindung gewichtsmäßig im wesentlichen aus etwa 0,03% Kohlenstoff, etwa 23% Chrom, etwa 18% Wolfram bei einem Gesamtgehalt an Chrom + Wolfram von etwa 41%, etwa 0,3% Titan und etwa 0,05% Zirkonium, und den Rest bilden im wesentlichen Nickel und unvermeidliche Verunreinigungen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Beispiele näher erläutert. Die Tabelle 5 zeigt die chemische Analyse der Legierungen gemäß der Erfindung und bekannter Legierungen sowie einiger Versuchslegierungen mit anderen Zusammensetzungen als denen gemäß der Erfindung, die als Proben zum Vergleich der Hochtemperaturfestigkeit benutzt wurden. Die Legierung Nr. 9 ist die festeste unter uen bekannten korrosionsbeständigen mischkristallverfesiigicn Legierungen mil hohem Nickeigehaii. Die Legierung Nr. 10 ist die festeste unter den bekannten hitze- und oxydationsbeständigen mischkristallverfestigten Ni-Cr-Legierungen. Die Legierung Nr. 12 ist die festeste unter den bekannten hitzebeständigen mischkristallverfestigten Ni-Cr-Fe-Legierungen.
Die erfindungsgemäßen Legierungen zeigten ein gutes Schmiedeverhalten. Die Legierung Nr. 1 und die Versuchslegierungen wurden bei 1275° C eine Stunde lösungsgeglüht, worauf eine Luftabkühlung folgte, und die anderen erfindungsgemäßen Legierungen wurden bei 1250° C eine Stunde lösungsgegiüht und ebenfalls an Luft abgekühlt. Weiter wurden die bekannten Legierungen der jeweils zugehörigen Standardwärmebehandlung unterworfen. Alle diese Legierungen wurden dann dem Zeitstandversuch unterworfen.

Leg.-Nr.

Chemische Analyse (Gew.-%)
C Si Mn Ni Cr

Mo W Co Fe

A! Ti

Zr Elemente

Erfindungsgemäße	Legierung	Rest	23,7 -	16,7
I	0,05 -	Rest	21.7 -	18.8
2	0,03 -

- 0,6 -

0,03

η ns Nh η τ

Fortsetzung

Leg.-Nr.

Chemische Analyse (Gew.-%) C Si Mn Ni Cr Mo W Co Fe

ΛΙ Ti B

Zr Elemente

Erfmdungsgemäße Legierung

0,02
0,02
0,03

0,05
0..05
0,04

Versuchslegierungen
6
7
8

Bekannte Legierungen
0,04

0,03

Rest Rest Rest

21,6 22,9 23,1

12,0 19,8
17,3
18,0

36,0
32,3
28,3

0,4 0,5 0,4 -

0,6 0.5 -

0,04
0,06
0,11

0,05
0,04

Q,4 0,8
0,4 0,3 0,2

P.est Rest Rest

15,5 20,5 22,0 15,8
8,5 9,1 -

36 -

5,6
12,0 2,0

,2 Θ.4 0,003 -

VD^-?

Nb 3,4

12

0,06 0,7 0,6 40,0 20,1 - 4,7 8,5 Rest 0,3 0,3 -

Die Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse der Zeitstandversuche bei 1000° C mit einer Belastung von 3 kg/mm².

Tabelle 6

Legierung Nr.

Belastungszeit Dehnung (h) (%)

Erfindunescemäße Legierung

"

Vergleichslegierungen
6

Bekannte Legierungen
10
11
12

534
653
660
1017
1088

80
136

t IS

1 t O

133

154
26
46

33 34 62 33 38

15 50 56 39

25 96 27 Aus der Tabelle 6 ersieht man, daß die erfindungsgemäßen Legierungen eine höhere Zeitstandfestigkeit als die der Versuchslegierungen und der bekannten Legierungen aufweisen. Die Zeitstandfestigkeit und Dauerstandfestigkeit ist für viele praktisch einzusetzende hitzebeständige Werkstoffe wichtig. Die erfindungsgemäßen Legierungen mit den Chrom-, Wolfram- und Nickelgehalten, wie sie oben im Einklang mit den von den Erfindern aufgefundenen Beziehungen zwischen diesen Gehalten festgelegt sind, zeigen eine sehr hohe Zeitstandfestigkeit und eine gute Verformbarkeit und sind somit zur Verwendung als hitzebeständige Werkstücke sehr geeignet.

Wie oben erwähnt, eignen sich die erfindungsgemä-Ben Legierungen dazu, in die Gestalt von Stangen, Blechen, Rohren und Röhren oder Schiniedeteilen geformt zu werden, und sind brauchbar zur Verwendung für verschiedene Teile von Gasturbinen oder für verschiedene Heizofenwerkstoffe, insbesondere für einen Wärmeaustauscher eines Gasgekühlten-Hochtemperaturkernreaktors zur Erzeugung von Prozeßwärme für die Stahlerzeugung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nickel-Chrom-Wolfram-Legierung, bestehend aus 0,001 bis 0,06% Kohlenstoff, 0,1 bis 0,6% Titan und/oder Niob, 21 bis 25% Chrom, 16 bis 20% Wolfram, wobei der Gesamtgehalt an Chrom + Wolfram 39 bis 43% beträgt, 0,02 bis 0,08% Zirkonium, 0,001 bis 0,02% Magnesium und Rest Nickel mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen.

2. Nickel-Chrom-Wolfram-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Gehalten von 0,03% Kohlenstoff, 23% Chrom, 18% Wolfram, 0,3% Titan und 0,05% Zirkonium magnesiumfrei ist

3. Nickel-Chrom-Wolfram-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Gehalten von 0,05% Kohlenstoff, 23,7% Chrom, 16,7% Wolfram, 0,6% Titan und 0,03% Zirkonium magnesiiimfrei ist.

4. Nickel-Chrom-Wolfram-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Gehalten von 0,03% Kohlenstoff, 21,7% Chrom, 18,8% Wolfram, 0,05% Zirkonium und 0,1% Niob magnesiumfrei ist

5. Nickel-Chrom-Wolfra: i-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Gehalten von 0,02% Kohlenstoff, 21,6% Chrom, 19,8% Wolfram, 0,4% Titan und 0,04% Zirkonium magnesiumfrei ist.

6. NicLJ-Chrom-Wolfram-Legierung nach Anspruch 1, dadurch geken-zeichnet, daß sie bei Gehalten von 0,02% Kohlenstoff, 22,9% Chrom, 17,3% Wolfram, 0,5% Titan -md 0,06% Zirkonium magnesiumfrei ist.

7. Nickel-Chrom-Wolfram-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Gehalten von 0,03% Kohlenstoff, 23,1% Chrom, 18,0% Wolfram, 0,4% Titan und einem erhöhten Gehalt von 0,11% Zirkonium magnesiumfrei ist.

8. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Schmiedestücken.

9. Verwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung hitzebeständiger Werkstücke.

10. Venwendung der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Hochtemperatur-Wärmeaustauschern.