DE2537157A1 - Anwendung eines seltene erdmetalle enthaltenden austenitischen stahles fuer einen neuen zweck - Google Patents

Anwendung eines seltene erdmetalle enthaltenden austenitischen stahles fuer einen neuen zweck

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DE2537157A1 DE19752537157 DE2537157A DE2537157A1 DE 2537157 A1 DE2537157 A1 DE 2537157A1 DE 19752537157 DE19752537157 DE 19752537157 DE 2537157 A DE2537157 A DE 2537157A DE 2537157 A1 DE2537157 A1 DE 2537157A1
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Description

RAFFAY A
2 HAM BURG 13
POSTFACH 41OO PATENTANWALT DIPL-INQ. VINOENZ V. RAFFAY
20. AUgUSt 1975 PATENT- und RECHTSANWALT
DIPL.-ING. DR. JUR. GERT HELDT
Unsere Akte: 2174/10 K.
Anmelder: Avesta Jernverks Aktlebolag
Pack, S-774 01 Avesta (Schweden)
Anwendung eines seltene Erdmetalle enthaltenden austenitlschen Stahles für einen neuen Zweck.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Anwendung eines Stahles mit austenitischem Gefüge, der seltene Erdmetalle und/oder Erdalkalimetalle in einer Menge bis zu 0,12 Gewichtsprozent enthält, für den besonderen Zweck, als Werkstoff in Konstruktionen zu dienen, die extrem hohe Kriechbeständigkeit verlangen und wiederholten Temperaturschwankungen, z.B. von normaler Umgebungstemperatur bis zu Temperaturen von 1200 C,ausgesetzt sind.
Es ist dabei zweckmäßig, die seltenen Erdmetalle als Mischmetalle oder andere Vorlegierungen, die seltene Erdmetalle enthalten, zuzusetzen.
Als austenxtstabilisierende Legierungskomponente wird Stickstoff in einer Menge bis zu 0,30%, vorzugsweise 0,12-0,2 2%, angewendet.
Mit dem Ausdruck "seltene Erdmetalle" sind in diesem Zusammenhang Skandium, Yttrium, Lanthan und andere Lanthaniden gemeint. Als "Erdalkalimetall" zählen die fünf leichtesten Metalle der Gruppe 2a im periodischen System - Beryllium, Magnesium, Kalcium, Strontium, Barium.
KANZLEI: 2 HAMBURQ 2O · QEFFCKENSTR. β ■ TELEFON: CO4OJ 47 SO 23 · TELEGRAMME: PATFAY, HAMBURG
609812/0661
Für Konstruktionen, die starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, war es bisher schwer, einen Werkstoff zu finden, der durch Ausdehnung und Zusammenziehung während Erhitzung bzw. Kühlung seine Paßform nicht verliert. Es war ferner schwierig, einen Werkstoff zu erhalten, der nicht von verschiedenen heißen Gasen völlig oder teilweise zerstört wird. Ein weiterer schwer realisierbarer Wunsch war die Möglichkeit, verschiedene Teile, die starken Tenperaturschwankungen ausgesetzt sind, durch z.B. Schweißen rr.it einer Naht zu vereinen, die in jeder Hinsicht gleichstark mit der übrigen Konstruktion ist.
Dieses Problem wurde mit der vorliegenden Erfindung durch die Anwendung vorganannten Stahles gelöst. Als konkrete Beispiele von Anwendungsgebieten dieses Stahles können u.a. Abgasreiniger für Kraftfahrzeuge und Industrieanlagen verschiedener Art sowie für öfen, Ofenteile und -zubehör mit hohen Ansprüchen an Formbeständigkeit genannt werden. Eine genügend hohe Formbeständigkeit ermöglicht das Auswechseln besonders ausgesetzter Teile, wie verschiedene Formen von Innenteilen in Verbrennungskammern und Hüllmaterial für keramische Teile in Katalysatorreinigern, wo die Keramik ausgewechselt können werden soll. Die Anwendung betrifft ferner Hauben, Rohre und Ofenteile mit Forderungen guter Einpassung in Beziehung zu anderen Teilen der Ofenkonstruktion. Auf demselben Anwendungsgebiet ist ein weiteres Beispiel das Einpassen von Ofenzubehör, wie Chargierkörbe und -mulden, die in kontinuierlichen Ofenanlagen ständig ganze Wärmezyklen durchlaufen.
Wenn auch die Erfindung die Anwendung von Stahl mit einer Zusammensetzung innerhalb der vorstehend angegebenen Grenzen zwecks. Bewirkung der geforderten Eigenschaften umfaßt, sind die Richtwerte für die optimierten bevorzugten Zusammensetzungsgrenzen (in Gewichtsprozent) folgende.
609812/0661
Kohlenstoff max. 0.20
Silicium 1.0-3.0
Mangan 0.2-2.0
Chrom 15-25
Nickel 5-20
Stickstoff in solcher
Menge,daß
ein austeni-
tisches Ge
füge erhalten
wird, jedoch
max. 0.30
Eines oder mehrere
der seltenen Erdme
talle und/oder erd
alkalischen Metalle		 O.OO2-O.12
davon Cerium
vorzugsweise 0.08-0.12 " 1.5-2.3 » 0.3-0.7 " 19-22 " 8-12 • " 0.12-0.22
" 0.03-0.07 sowie übrige Elemente mit hoher Sauerstoffaffinität in einer Gesamtmenge von höchstens 2%, der Rest Eisen und unbeabsichtigte Verunreinigungen.
Bisher bekannte Stähle mit austenitischem Gefüge, die für diesen Zweck angewendet wurden, enthielten keine seltenen Erdmetalle oder erda-lkalisehen Metalle. Sie widerstanden, einer Belastung für 1% Kriechen während 1000 Stunden bei einer Temperatur von 90O0C bis zu 14 N/mm2 (AISI 330) oder 10 N/mm2 (AISI 310). Ein seltene Erdmetalle oder Erdalkalimetalle in einer Menge bis zu 0.12% enthaltender austenitischer Stahl widersteht unter denselben Bedingungen mit einer bedeutend geringeren Legierungs-
2
menge ca. 16 N/mm ·» Dieser Unterschied ist bedeutungsvoll und wird unter schwieriger gearteten Bedingungen noch akzentuiert. Man ist der Ansicht, daß die Erhöhung der Kriechfestigkeit darauf beruht, daß eine vorteilhafte feindisperse Phase ausgeschieden wird, wenn Legierungsstoffe, wie Stickstoff und seltene Erdmetalle, in einer solchen Menge zugesetzt werden, daß die Löslichkeit überschritten wird. Besonders geeignet ist ein Stahl mit Legierungszusätzen von Metallen der Lanthangruppe, die eine sehr feinverteilte Oxydphase bei einer weitgehenden Oxydation ergeben. Diese Oxyde geben eine hohe Temperaturbeständigkext und Abgeneigtheit für Koaleszenz.
G09812/0661
Die Anwendung eines Stahles mit genannten Eigenschaften hat sich bei Versuchen als sehr vorteilhaft erwiesen. Der Innenteil in einem doppelmantligen Thermoreaktor z.B. erwies sich als vollständig maßhaltig und ohne Gewichtsveränderung, nachdem man den Thermoreaktor an einem auf dem Prüfstand gefahrenen Motor geprüft hatte. Der Reaktor durchlief 600 schnelle Zyklen mit Temperaturen des Innenteiles, die zwischen 1040 C und 200 C schwankten. Bei einen Vergleichsversuch mit einem Innenteil aus ferritischem Chromstahl wurde der Teil nach 200 Zyklen verformt und fiel aus. Ein weiterer Versuch wurde mit drei Autoabgasreinigern vom Katalysatortyp mit Keramikpellets durchgeführt. Nach Prüfung während.einer Fahrstrecke, die der in den USA für solche Versuche festgelegten Länge entspricht, d.h. 80 000 km, befinden die Abgasreiniger sich fortwährend in gutem Zustand für weitere Anwendung. Ein Rohrofen wurde 20 000 satzweise erfolgenden Glühungen ausgesetzt, ohne seine Form zu verändern. Ein Ofen aus Material vom 2 5Cr/2O:ii-Typ dagegen fiel bereits nach ca. 5000 Glühungen zusammen. Diese Versuche gaben auch der Schweißfestigkeit ein gutes Zeugnis.
Die großen technischen Vorteile der Anwendung des Stahles nach der Erfindung für den vorgesehenen Zweck werden auch aus der beigefügten Zeichnung deutlich, die in Diagrammform Glühverluste bei unterbrechendem Glühen für einen Stahl gem. der Erfindung, siehe unteres Feld, verglichen mit für denselben Zweck früher angewendetem Stahl, siehe oberes Feld, zeigt.
609812/066 1

Claims (6)

-M- Patentansorüche
1. Anwendung eines Stahles niit austenitischem Gefüge, der seltenes Erdmetall und/oder Erdalkalimetall in einer Menge bis zu 0.12 Gewichtsprozent enthält, für Konstruktionen, die extrem hohe Kriechbeständigkeit verlangen und wiederholten Temperatur-Schwankungen, z.B. von normaler Umgebungstemperatur bis zu Temperaturen von 1200 C, ausgesetzt sind.
2. Anwendung des Stahles nach Anspruch 1, wobei die seltenen Erdmetalle als Mischir.etalle oder andere Vorlegierungen, die seltene Erdmetalle enthalten, zugesetzt werden.
3. Anwendung des Stahles nach Anspruch 1 oder 2, wobei Cerium in den seltenen Erdr.etallen enthalten ist.
4. Anwendung des Stahles nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stahl Stickstoff in einer solchen Menge enthält, daß ein austenitisches Gefüge erhalten wird.
5. Anwendung des Stahles nach Anspruch 4, wobei der Stahl Stickstoff in einer Menge bis zu 0.30%, vorzugsweise 0.12-0.22%, enthält.
6. Anwendung des Stahles nach einem der vorhergehenden Ansprü-* ehe, wobei das Erdalkalimetall aus Kalcium besteht.
60981 2/0661
-ς-
Leerseite
DE2537157A 1974-08-26 1975-08-21 Verwendung eines austenitischen Stahles als Werkstoff zur Herstellung von Bauteilen Expired DE2537157C2 (de)

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