DE2639325B2

DE2639325B2 - Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung

Info

Publication number: DE2639325B2
Application number: DE2639325A
Authority: DE
Inventors: Otto Prof. Dipl.- Ing. Dr. 5100 Aachen Knotek; Gerhard Ing.(Grad.) 6370 Oberursel Kruske; Erich Dipl.-Ing. Dr. Vaals Lugscheider (Niederlande)
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1976-09-01
Filing date: 1976-09-01
Publication date: 1980-06-19
Also published as: GB1588464A; FR2371515B1; DE2639325A1; IT1084710B; DE2639325C3; FR2371515A1; US4188209A

Description

0,5 bis	5	Gew.-%	Kohlenstoff
2 bis	15	Gew.-ty)	Wolfram
25 bis	55	Gew,-%	Chrom
0,5 bis	3,5	Gew.-W	Bor
1 bis	5	Gew,-%	Silizium
1 bis	5	Gew.-%	Eisen
Rest			Nickel

Eine solche Legierung ist für die Herstellung von Schweißstäben aus der US-PS 22 19462 bekannt

Wie die Praxis in Wärme- und Kernkraftwerken zeigt, ist die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung von Armaturen an deren Dichtflächen am größten. Die Beschädigungen können die Folge von interkristalliner Korrosion, Erosion, Abrasion und/oder zyklischen Temperaturwechseln sein. Als zuverlässige Methode zur Erhöhung der Beständigkeit erweist sich das Auftragen von Legierungen auf die Dichtflächen von Armaturen durch Auftragsschweißen.

Das auf die Dichtflächen aufgeschweißte Metall muß einem spezifischen· Druck bis 10000N/cm² und zyklischen Temperaturwechseln mit einem Temperaturunterschied bis zu 600⁰C standhalten. Die Härte soll in der Regel 35 bis 40 Rc betragen. Weiterhin wird die Stabilität des Gefüges und der Eigenschaften über einen längeren Zeitraum sowie gute Verarbeitbarkeit und technologisch einfache Herstellbarkeit geforderL jo Am bekanntesten für das Auftragsschweißen an Dichtflächen sind Kobalt-Chrom-Legierungen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Erosionsfestigkeit aus, besitzen bis 650⁰C eine hohe Warmhärte und sind sehr verschleißfest Ab 650^cC ist )> ein starker Härteabfall zu beobachten. Nachteilig sind ferner die aufwendige Verarbeitbarkeit sowie die Anwesenheit von Kobalt das insbesondere bei der Verwendung der Legierung an Armaturen in Kernkraftwerken zur Bildung des langlebigen radioaktiven Isotop Co⁶⁰ führt Darüber hinaus ist eine vergleichsweise hohe Vorwärmtemperatur für das Auftragsschweißen notwendig. Diese Temperatur muß während des Auftragsschweißens aufrechterhalten werden. Die aufgetragenen Teile werden geglüht und verlangsamt abgekühlt

Aus diesen Gründen werden in neuerer Zeit Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierungen verwendet Die Vorteile dieser Legierungen liegen in der verhältnismäßig niedrigen Schmelztemperatur, in den vergleichsweise geringeren Herstellungskosten und in der bedeutend niedrigeren Vorwärmtemperatur beim Auftragsschweißen.

Die aus der DE-OS 11 98 169, der DE-OS 15 58 880 und der FR-PS 13 76 914 bekannten Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierungen erfüllen jedoch die an sie gestellten Anforderungen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegenüber interkristalliner Korrosion sowie Warmhärte und Rißanfälligkeit nicht.

Gemäß DE-OS 24 46 517 wird dieses Verhalten auf den in den genannten Legierungen vorhandenen hohen zur Karbidbildung führenden Kohlenstoffgehalt zurückgeführt. Aus diesem Grund sieht diese Druckschrift eine Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierung vor, die praktisch frei von Kohlenstoff sein und diesen nur als Verunreinigung bis zu höchstens 0,05% enthalten soll. Dieser vergleichsweise sehr niedrige Kohlenstoffgehalt dürfte bei der Herstellung der Legierung kaum einstellbar sein, da in der Praxis bekanntlich mit allen anderen Komponenten Kohlenstoff eingeschleppt wird.

De der Kohlenstoffgehalt also stets über 0,05% liegen wird, weisen diese Legierungen in der Zusammensetzung, wie sie in der Praxis verwendet werden und in den Ausführongsbeisptelen angegeben sind, Kupfer auf, um dadurch der Gefahr der interkristallinen Korrosion zu begegnen. Dem steht jedoch die durch Kupfer hervorgerufene schlechtere schweißtechnische Verarbeitbarkeit gegenüber.

Es wurde nun gefunden, daß sich die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile vermeiden lassen, wenn eine Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung

0,5	bis	5	Gew.-%	Kohlenstoff
2	bis	15	Gew.-%	Wolfram
25	bis	55	Gew-%	Chrom
0,5	bis	3,5	Gew.-%	Bor
I	bis	5	Gew.-%	Silizium
1	bis	5	Gew.-%	Eisen
Rest				Nickel

die zur Karbidbildung Kohlenstoff als Mußkomponente enthält, für Gegenstände mit Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion, Erosion, Abrasion, Kavitation, thermische Ermüdungserscheinungen, zyk^che Temperaturwechsel, Verschleiß und mit einer hohen Wannhärte von wenigstens 35 bis 60 Rc und hoher Warmfestigkeit verwendet wird.

Bei der Verwendung der Nickel-Basis-Legierung gelten folgende Randbedingungen:

a)Gew.-% C = Gew.-% Ci+Gew.-% C₂+ 0,2

b) Gew.-% W = 36 χ Gew.-% C₁ und

c) Gew.-% Cr > 17+9 χ Gew.-% C₂ - 4 χ Gew.-% C

Cr>25 + 9xGew.-%

Vorzugsweise ist Gew.-I
C₂-4xGew.-% C.

Es bedeuten:

Gew.-% Ci = Kohlenstoffanteil der zur Karbidbildung mit refraktären Metallen (Wolfram, Molybdän) erforderlich ist.

Gew.-% C₂ - Kohlenstoffanteil der zur Chromkarbidbildung erforderlich ist.

0,2 Faktor als Grenzlöslichkeitsäquivalent von C im Nickel-Chrom-Mischkristall.

Vorzugsweise wird eine Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung

0,5 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff

7 bis 10 Gew.-% Wolfram

30 bis 40 Gew.-% Chrom

0,5 bis 1,5 Gew. % Bor

1 bis 3 Gew.-% Silizium

2 bis 3 Gew.-% Eisen
Rest Nickel

verwendet.

Wolfram kann ganz oder teilweise durch Molybdän ersetzt sein, wobei die Maßgabe gilt, daß

Gew.-% Mo= 18 χGew.-% C₁

beträgt

Gegebenenfalls kann die Legierung Kobalt als Verunreinigung bis an die Grenze der gefürchteten Co⁶⁰-Bildung enthalten.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt:

Ein Legierungspulver der vorzugsweisen Zusammensetzung

1,2Gew,-% Kohlenstoff
31,5 Gew,-% Chrom

2,0 Gew.-% Silizium

0,6 Gew,-% Bor
7,8 Gew.-% Wolfram

2,0 Gew.-% Eisen
Rest Nickel

wurde in einer Plasma-Schweißanlage auf eine in einem

ίο Kernkraftwerk einzusetzende Schieberplatte aufgeschweißt

Zunächst wurde die Auftragsschweißung auf Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion mit Hilfe des »Straußtest« nach Stahl-Eisen-Prüfblatt 1975 durchgeführt, die Prüfzeit in kochender Lösung betrug 15 Stunden. Die Prüfung der Schieberplatte nach dem Test erfolgte mittels metallographischem Schliff. Dieser zeigt daß weder an der Oberfläche der Auftragsschicht noch an deren Obergang zum Grundmetall ein inter-

jo kristalliner Angriff eingetreten ist wie aus der in der Zeichnung wiedergegebenen Abbil iing zu ersehen ist. Ferner wurde zusätzlich eine Prüfung nach MW-Prüfblatt E2 (Mannesmann-Werke) durchgeführt Diese Prüfung erfolgte über 8 Stunden in einer siedenden Lösung aus

H^SO₄ + Fe₂(SO₄J₃ x X H₂O.

Auch in diesem Falle zeigte sich kein interkristalliner Angriff.

w Da die Signifikanz dieser beiden T^sts, die aufgrund ihrer spezifischen Wirkung nur für Knetlegierungen gedacht sind, in ihrer Anwendbarkeit auf Gußlegierungen bezweifelbar ist wurde die Schieberplatte zusätzlich extremen Aggressionsmedien ausgesetzt, mit

r> denen die Armaturen beim Dekontaminieren in Berührung kommen, vor allem Oxalsäure und Salpeter-/Oxalsäuremischung. Die Schliffprüfung ergab auch in diesem Fall keine interkristallinen Korrosionserscheinungen und korrosiven Flächenabtrag.

4(1 Zur Untersuchung der Beständigkeit gegen zyklische Temperaturwechsel wurde die beschichtete Schieberplflte abwechselnd in einem Ofen auf etwa 400°C erwärmt und anschließend in Wasser abgeschreckt. Da die Versuche nur eine charakterisierende Bedeutung

4Ί haben, wurden diese nach 100 Temperaturwechseln abgebrochen, ohne daß sich Risse oder sonstige Schäden als folge von Temperaturermüdung zeigten.

Zur Prüfung der Beizbeständigkeit wurde die Legierung einer im Betrieb verwendeten Beizlösung der

κι Zusammensetzung 25% 62%ige Salpetersäure, 7% 40%ige Flußsäure, Rest Wasser, betriebsbezogen 0,5 Stunden bei einer Temperatur von 20⁰C ausgesetzt. Darüber hinaus wurde die Legierung der Beizlösung gleicher Zusammensetzung 24 Stunden lang ausgesetzt.

ν. LJie durchgeführten Schliffprüfungen zeigten keinerlei korrosiven Flächenabtrag.

Die Härte bei Raumtemperatur wurde zu 37 Rc bestimmt
Der Verschleiß der Schieberplatte wurde nach

ho lOOOOmaligem Offnen und Schließen visuell begutachtet, dabei konnte keinerlei Riefenbildung festgestellt werden.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung eignet sich in Pulverform insbesondere für das

hi Plasma ;chweißen und -spritzen sowie für das Flammund Schockspritzcr,, für das Gas-Pulver-Auftragsschweißen und für das Spritzschweißen. Das Pulver wird ferner für die Fülldrahtherstelliinir vrrwenrlpt In

Stabform kommt die Legierung insbesondere beim WIG-Schweißen und beim autogenen Schweißen zum Einsatz. Die Legierung wird auch zur Herstellung von kernstablegierten, hüllenlegierten und kernstab-/hüllentegierten Elektroden benutzt. Ferner lassen sich aus der Legierung Bänder für das UP-Schweißen und das Reibschweißen herstellen. Auch können aus der Legierung Bleche erzeugt werden, die auf einem zu schützenden Grundkörper aufgebracht werden. Aufgrund seiner ausgezeichneten technologischen Eigenschaften läßt sich der erfindungsgemäß verwendete Werkstoff auch zu Formkörpern für Maschinenelemente, die Korrosions-, Abrasions-, Erosions- und/oder Kavitationsverschleiß unterliegen, vergießen. Die Legierung kann auch auf Schnecken für Separatoren, Schnecken für Extrudern oder dergleichen aufgetragen werden. Infolge der Kobalt-Freiheit der • Nickel-Basis-Legierung wird die Bildung des langlebigen, radioaktiven Isotops Co⁶⁰ an auf Verschleiß beanspruchten Gegenständen verhindert.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung

0,5 bis 5 Gew,-% Kohlenstoff 2 bis 15 Gew,-% Wolfram 25 bis 55 Gew,-% Chrom 0,5 bis 3,5 Gew-% Bor 1 bis 5 Gew,-% Silizium 1 bis 5 Gew.-% Eisen Resi t Nickel

wobei die Randbedingungen

Gew.-%C = Gew.-% Q+Gew.-% C₂+0,2 Gew.-% W = 36xGew.-% C, Gew.-%Cr > 17+9xGew.-% C₂ -4xGew.-%C

gelten für Gegenstände mit Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion, Abrasion, Erosion, Kavitation, thermische Ermüdungserscheinungen, zyklische Temperaturwechsel, Verschleiß und mit hoher Warmhärte sowie hoher Warmfestigkeit; es bedeuten:

Gew.-% Ci = Kohlenstoffanteil der zur Karbidbildung mit refraktären Metallen (Wolfram, Molybdän) erforderlich ist

Gew.-% C₂ = Kohlenstoffanteil der zur Chromkarbidbildung erforderlich ist

0,2 Faktor als Grenzlöslichkeitsäquivalent von C im Nickel-Chrom-Mischkristall.
2. Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung nach Anspruch 1, wobei die Ran^oedingung

Gew.-% Cr > 25 + 9 χ Gew.-¹^. C₂ - 4 χ Gew.-°/o C

gilt für die Zwecke nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung

0,5 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff

7 bis 10 Gew.-% Wolfram

30 bis 40 Gew.-% Chrom

0,5 bis 1,5 Gew.-% Bor

1 bis 3 Gew.-% Silizium

2 bis 3 Gew.-% Eisen Rest Nickel

für die Zwecke nach Anspruch 1 und/oder 2.
4. Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung

1,2 Gew.-% Kohlenstoff 31,4 Gew.-% Chrom

2,0 Gew.-% Silizium

0,6 Gew.-% Bor

7,8 Gew.-% Wolfram

2,0 Gew.-% Eisen Rest Nickel

für die Zwecke nach Anspruch 1 und/oder 2.
5. Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei Wolfram ganz oder teilweise durch Molybdän ersetzbar ist und die Randbedingung

Gew.-% Mo =18 χ Gew.-% Ci gilt, für die Zwecke nach Anspruch 1.

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung