DE2639325C3 - Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung - Google Patents

Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung

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DE2639325C3
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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Description

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.-°/o 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 Rundbedingung
Gew.-% Cr>25 + 9 χ Gew.-% C2-4 χ Gew.-% 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
03 bis Ι,ί i 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.-o/o Silizium
0,6 Gew.-o/o 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 Ϊ bis 4, wobei Wolfram ganz oder teilweise durch Molybdän ersetzbar ist und die Randbedingung
Gew.-°/o Mo=l8xGew.-% Ci
gilt, für die Zwecke nach Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung
0,5 bis 5 Gew.-% Gew.-% Kohlenstoff
2 bis 15 Gew.-% Gew.-% Wolfram
25 bis 55 Gew.-% Chrom
03 bis 33 Gew.-% Bor
1 bis 5 Silizium
1 bis 5 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
it 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 Auftragschweißen.
Das auf die Dichtflächen aufgeschweißte Metall muß einem spezifischen Druck bis iO 000 N/cm2 und zyklischen Temperaturwechseln mit einem Temperatures unterschied 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 gefordert.
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° C ist
r> 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 langlebige«, radioaktiven Isotop
■>o 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.
4> Aus diesen Gt inden 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
>n 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 Korrosionsbe ständigkeit, 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
bo zur Karbidbildung führenden Kohlenstoffgehalt zurück geführt. 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.
μ Dieser vergleichsweise sehr niedrige Kohlenstoffgehalt dürfte bei der Herstellung der Legierung kaum einstellbar sein, da in der Praxis bekanntlich mit allen anderen KomDonenten Kohlenstoff eineeschleDDt wird.
Da 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 Ausführungsbeispielen angegeben sind, Kupfer auf, um dadurch der Gefahr der interkristallinen Korrosion zu begegnen. Dem steht jeUoch die durch Kupfer hervorgerufene schlechtere schweißtechnische Verarbeitbarkeit gegenüber.
Es wurde non 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 33 Gew.-% Bor
1 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, ^Cavitation, thermische Ermüdungserscheinungen, zykliwrhe Temperaturwechsel, Verschleiß und mit einer hohen Warmhärte 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.-% C,+Gew.-% C2 + 0,2
b)Gew.-% W = 36xGew.-% C1 und
c) Gew.-% Cr > 17 + 9 χ Gew.-°/o C2 - 4 χ Gew.-% C
Gew.-% Cr > 25+ 9 χ Gew.-%
Vorzugsweise ist
C2-4xGew.-% C.
Es bedeuten:
Gew.-%Cj = 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.
Vorzugiweise wird eine Nickel-lvasis-Legierung der Zusammensetzung
0,5 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff
7 bis 10 Gew.-o/o Wolfram
30 bis 40 Gew.-% Chrom
03 bis l,5Gew.-% 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 χ Gew. % C1
beträgt.
Gegebenenfalls kann die Legierung Kobalt als Verunreinigung bis an die Grenze der gefürchteten Cow-Bildung enthalten.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt:
Ein Legierungspulver <:!er vorzugsweisen Zusammensetzung
1,2 Gew.-% Kohlenstoff
313 Gew.-% Chrom
2,0 Gew.-°/o 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 metallographisdiem Schliff. Dieser zeigt daß weder an der Oberfläche der Auftragsschicht noch an deren Übergang zum Grundmetall ein interkristalliner Angriff eingetreten ist .·. ie aus der in der Zeichnung wiedergegebenen Abbildung zu Tsehen ist Ferner wurde zusätzlich eine Prüfung nach MW-Prüfblatt E2 (Mannesmann-Werke) durchgeführt Diese Prüfung erfolgte über 8 Stunden in einer sieaenden Lösunjr aus
H2SO4 + Fe2(SO4J3 x X H2O.
Auch in diesem Falle zeigte sich kein interkristalliner Angriff.
jo Da die Signifikanz dieser beiden Tests, 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
j5 denen die Arma'.uren beim Dekontaminieren in Berührung kommen, vor allem Oxalsäure und Salpetar-/Oxalsäuremischung. Die Schliffprüfung ergab auch in diesem Fall keine interkristallinen K.orrosionserscheinungen und korrosiven Flächenabtrag.
Zur Untersuchung der Beständigkeit gegen zyklische Te nperaturwechsel wurde die beschichtete Schieberplatte abwechselnd in einem Ofen auf etwa 4000C erwärmt und anschließend in Wasser abgeschreckt Da die Versuche nur eine charakterisierende Bedeutung
■π haben, wurden diese nach Ί 00 Temperaturwechseln abgebrochen, ohne daß sich Risse oder sonstige Schaden als folge von Temperaturermüdung zeigten.
Zur Prüfung der Beizbeständigkeit wurde die Legierung einer im Betrieb verwendeten Beizlösung der
-,ο Zusammensetzung 25% 62%ige Salpetersäure. 7% 40%ige Flußsäure. Rest Wasser, betriebsbezogen 03 Stunden bei einer Temperatur von 200C ausgesetzt. Darüber hinaus wurde die Legierung der Beizlösung gleicher Zusammensetzung 24 Stunden lang ausgesetzt.
r> Die durchgeführter, Schliffprüfungen zeigten keinerlei korrosiven Flächenabtrag.
Die Härte bei Raumtemperatur wurde zu 37 Rc bestimmt.
Der Verschleiß der Schieberplatte wurde nach
w) lOOOOmaligem öffnen und Schließen visuell begutachtet, dabei konnte keinerlei Riefenbildung festgestellt werden.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung eignet sich in Pulverform insbesondere für das
bj Plasmaschweißen urd -spritzen sowie für das Flammund Schockspritzen, für das Gas-Pulver-Auftragsschweißen und für das Spritzschweißen. Das Pulver wird ferner für die FülldrahtherstellunE verwendet. 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-/hüllenlegierten Elektroden benutzt. Ferner lassen sich auis der Legierung Bänder für das UP-Schweißen und das Fleibschweißen 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 1 Hlalt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verwendung einer Nickel-Basis-Legjerung 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 Rest Nickel
wobei die Randbedingungen Gew.-%C = Gew.-%Ci+Gew.-%C2+0^ Gew.-%W = 36xGew.-%Ci Gew.-%Cr> 17+9xGew.-%C2 -4xGew.-%C
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