DE2655637A1 - Stahl - Google Patents

Description

1. Tsentralny Üaucnno-Issledovatelsky Institut TeKnnoLor.i i Mashinostroenia, MosKau-UdSJR, Snaritcopodsnipnikovj/ca/a ulitsa, 4

2. Iziiorsky Zavod imeni A. A. Zndanova, Leningrad - Ud.5JR

Kolpino

S TAHL

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet, der Entwicklung von Stählen, die für die Herstellung von komplexen Aggregaten, d. h. Dampferzeugern_a Sammelleitungen, Volumenkompensatoren, Motbehältern, Rohrleitungen und von anderen Ausrüstungen für Atomkraftwerke verwendet werden können.

Aus der GB-PS 1 36I 977 ist ein Stahl bekannt der folgende Gewichtszusammensetzung hat:

Kohlenstoff 0,06 bis 0,3 %, Silizium bis 1,5 %> Mangan 0,5 bis 4 %,

mindestens ein Element, das aus folgender Gruppe gev/.^i..! t v.ird:

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Mckol <·,?- his ? Si₃ '■(. h/bd-ih 0,05 Hs 1 1, ν.ΊΓ..-'diiiir n_s02 bis 0,3 %, Π rl-· on:, um Γ-,ΟΡ bis O₃ 2 % , Ui öl C, ι "¹O Π bis 0,2 £ , Türm ι'',03 bis O₃? %, Tr.nt π] ",01 bis 0,1 J?, L i "(T P'-nt .

Ρ'(Γι'Ρ Stahl kann für die Herstellung von Firuckbehältern v^rv.-cM:'¹'"⁰ ν/ι i'i]rn₃ da die Zusammensetzung mit diesen Lef/i ( ι D-fr' -.] oir- "-n1 on eine gi'oße Härtetiefe des Stahls gewnljr-]i i:'l μ ι .'Uli;.

V(I- eh stellt sich bei einem solchen relativ breiten Ber.-ir·] 'Or Gehaltes an Legierungselementen eine Reihe voii :'i:H,?n'mr>nnetzungen heraus, die im einen Fall eine niedrige lYrhRchlagzähJgkeit und eine geringe Plastizität, in> an leron FnIl dagegen eine ungenügende Festigkeit auf-

Außerdem vei'fügt der genannte Stahl nicht über eine gonügend niedrige Umwandlungstemperatur der Sprödigkeit, so daß er nur eine beschränkte Anwendung in der Atomrr.ernietecbrul·: finden kann.

Aus dem UdSSR-Urheberschein Hr. 1069^5 ist ein Stahl bekannt, der folgende Gewichtszusammensetzung hat:

Kohlenstoff 0,12 bis 0,18 %, Silizium ο,ΐγ bis 0,37 %, Mangan f_}8 bis 1 ,0 %, Wickel .1 ,0 bis 1,3 %,

7098?5/f)7U

- r-

Molybdän von 0,^l\ bis 0,5 %,
Eisen Rest.

Dieser Stahl ist schweißbar und durchhärtbar genug, und deswegen kann er für die Herstellung von Behältern mit einer Wanddicke bis I50 mm verwendet werden.

Jedoch verfügt dieser Ctahl über eine nicht genügend niedrige Umwandlungstemperatur der Sprödigkeit und über eine ungenügende Härtetiefe in Erzeugnissen mit einer Dicke bis 650 mm, so daß seine Anwendung für Behälter für Atomkraftwerke mit einer großen Leistung und für andere Ausrüstungen beschränkt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe der Entwicklung eines Stahls mit einer solchen Zusammensetzung von Komponenten und mit einem solchen Verhältnis derselben zugrunde, die diesem Stahl eine genügend niedrige Umwandlungstemperatur der Sprödigkeit, eine große Härtetiefe und eine bessere Schweißbarkeit im Vergleich zu Stählen mit einer ähnlichen Bestimmung sichern.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Stahl, der Kohlenstoff, Mangan, Molybdän, Silizium, Nickel und Eisen enthält, mit dem Kennzeic hen, daß in ihm zusätzlich Vanadium, Aluminium und Stickstoff vorhanden sind und dabei die genannten Bestandteile in folgenden Gewichtsanteilen vorliegen:

Kohlenstoff 0,08 bis 0,11 %, Mangan 0,6 bis l,^l\ %,

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Molybdän . 0,35 bis 0,6 %_t Aluminium 0,02 bis 0,07 %, Silizium 0,17 Dis 0,37 %, Nickel 1,7 Dis 2,7 % , Vanadium . 0,03 t»is 0,07 %, Stickstoff 0,005 bis 0,012 %, ■ Eest Eisen und Beimengungen.

Der zusätzliche Gebalt an Vanadium in einer Menge von

0,03 bis 0,07 Gew.% in diesem Stahl führt zur Verfeinerung

der/ , ^der/

von Korn und Gefügephasen bei Primärkristalligation (bei Stahl erhärtung) und zur Sekundär kr ist alii sat ion (während der ',Värniebehandluns). Das fördert die Steigerung der Plastizität und KerbSchlagzähigkeit , senkt die Temperatur des Übergangs des Stahls in einen spröden Zustand und ermöglicht die Verwendung dieses Stahls in Blöcken mit einem Gewicht bis 190 t und in Schmiedestücken (bei Wärmebehandlung) mit einer Wanddicke bi 650 ram, während der bekannte Stahl nur für Blöcke mit einem Gewicht von 25 bis 36 "b und für Schmiedestücke mit einer Dicke .--·- von 90 bis 150 mm verwendet werden kann.

Eine Verringerung des Vanadiumgehalts im Stahl unter 0,03 Gew.% reduziert rapide seine Effektivität als Kornverfeiner, eine Erhöhung des Vanadiumgehalts auf über 0,07 Gew.% dagegen führt zu einer erhöhten Karbidphasenbildung, was sich negativ auf die Kerbschlagzähigkeit auswirkt und die Schweißbarkeit des Stahls verschlechtert-·

Der Gehalt an Aluminium von 0,02 bis 0,07 Gew.% und an Stickstoff von 0,005 bis 0,012 Gew.% in diesem Stahl fördert

709825/0714

die Vorher, π e rung der mechanischen Kigenschn f'ten, in ersber Linie der Kerbschl3£;sähigkeit bei negativen Temperaturen und nach der Verf ormungsalterung. Das ist ein Ergebnis der Wechselwirkung zwischen Stickstoff und Aluminium mit i-Jitridbildung, die die Kornverfeinerung begünstig t ·

Dan in der> ^ genannte.¹¹ I/enge eingeführte Aluminiui-i wirkt außerdem effektiv mit Sauerstoff zusammen und reinigt das Metall von schädlichen Beimengungen.

Eine Verringerung des Stickstoffgehalts unter 0,0C-5 Gev..% und des Alumiiiiumgehalts unter 0,02 Gew.% ist unrjinat ic, da die Verricgeru-Eg des Aluit.iniuirgeho.lts die Beruhigung und die üritgc-.£ung ν cn St&hl redusieit und die Vozrii.£xriir.£; des Stickstoffgehalts zu einer geringeren hcchdispereen Ausscheidung der Nitride und Karbonitride führt.

Eine Erhöhung des Stickstoffgehaita iti Gtalil über die genannte Menge ist ebenfalls unerwünscht, da sie die Ketallverunreinigung durch Nitride und die Herabsetzung der Widerstandsfähigkeit des Stahls dem Sprödbruch gegenüber fördert.

maß i r Die Erhöhung des AluminLumgehaits über 0,07 Ge\«.t ist nicht zweck/-' da sich dabei die Stalilverunreinigung durch Tonerde erhöht, die frieballqualität bei Ultraschallkontrolle verschlechtert und die Widerstandsfähigkeit des Stahls dem Sprödbruch gegenüber herabsetzt.

Der gefundene Kohlenstoffgehalt ist die wichtigste Voraussetzung für einen präzisen technologischen Ab Lauf beim Schweii3en der Wände mit einer großen Dicke und boi der Durchführung umfangreicher /jchwoiiiarb .-iteri bei einer möglichst nie.-

7 O 9 8 2 5 / C) 7 U

■h'igen Temperatur der Stahl erwärmung ^auf 100 bis 150 C,

Der genannte Nickelgehalt sichert eine vollständige Durchhärtung des Stahls in einem Tiefenbereich von 85 bis 650 mm und die Steigerung der Kerbschlagzähigkeitswerte bei negativen Temperaturen. Nickel verfestigt besonders stark den Stahlferrit nach dem Glühen (Normalglühen großer Querschnitte) sowie auch nach dem Härten. Diese Wirkung ist schon ziemlich bedeutend bei einem Nickelgehalt des Stahl⁵ von 1,7 bis 2,7 Gew.%· Bei diesem Nickelgeiialt, sogar an der oberen Grenze, vergrößert sich die Stahlrieigimg zur Flockenbildung nach dem Schmieden der dickwandigen Sehn ie de stücke mit großen Abmessungen nicht. Jedoch ist der Einfluß von Nickel allein auf die Härtetiefe der Schmiedestücke mit großen Querschnitten unb' deutend. Hiekel in den genannten optimalen I/iengen (entsprechend den technologischen Überlegungen) erhöht die Kennziffer der Härtetiefe der zu schweißenden Stähle nur auf 1,9» was für die Sicherung einer Durchhärtung bei einer Dicke bis 650 mm unzureichend ist. Im Zusammenhang damit wurde in den Stahl neben Nickel auch Mangen in einer Menge von 0,6 bis 1,4 Gew.% und Molybdän in einer Kenge von 0,35 biß 0,60 Gew.% eingeführt.

Per Siliziumgehalt des Stahls in den genannten Grenzen sichert sein erforderliches vollständiges Beruhigen und die Herstellung eines porenfreies Gußstücks.

Das Vorhandensein von Silizium im Stahl in Mengen, die die genannten Grenzen überschreiten, und bei einem niedrigen Kohlenstoffgehalt kann die üherhitzungsempfindlichkeit des Stahlβ steigernj seine Verunreinigung durch nichtmetallische Ein-

70982B/07U

i;f!li.Iüi:f?o oriiiilmn und die Knrhsoh] acziihickpi 1; verschlechtern.

Kifipn ir,t dpr Hauptbestandteil den ntahln, und neben
den r^n'?nntr>n Lof; i orunpnol r-mnnten kann dor Stahl folgende
iJiltbi?" oni-hnl ton:

Chrom bis 0,30 %, Kupfer bis 0,20 ¹S Schwefel bis 0,02 1-, Phosphor bis 0,018 %.

Der erfindungsgemäBe Staiii kann besonders effektiv für die Herstellung von dickwandigen Druckbehältern verwendet
werden.

Zur Erläuterung der Erfindung sind nachstehend Beispiele der Stahlzusammensetzungen mit Hinweisen auf die beigefügten Tabellen angeführt.

Der erfindungsgemäße Stahl wird in Lichtbogenofen oder in Siemens-!.'· art in-Öf en nach bekannten Schmel ζ verfahren für
niedriglegierte Stähle mit gewöhnlichem Einsatz bei entsprechenden Komponentengehalt^n geschmolzen.

Beispiel 1.

Pfi Stahl hat folgende Zusammensetzung in Gew.%: Kohlenstoff 0,10, Mangan 1,1, Molybdän 0,55, Aluminium 0,02, Silizium 0,28, Nid-el i-,16,

709H/R/07U

Vanadiu^m0,06, Stickstoff 0,007, Rest Eisen und Beimengungen.

Die angeführte Zusammensetzung sichert die Herstellung

eines Stahls,der bei einer Arbeitstenvperatur von 35O°C eine

ρ
Festigkeit von mindestens 51 kp/mm und eine Streckgrenze von

mindestens 37,5 kp/mm² hat. Die Eigenschaften der Bruchdehnung und relativen Einschnürung des Stahls haben hohe Werte und liegen entsprechend im Bereich von 19,0 bis 23,0 % bzw. von 62,8 bis 71', 8 %. Die Kerb Schlagzähigkeit des Stahls, be-» hält hohe Werte während der Prüfungen bei negativen Temperaturen und liegt im Bereich von 10,4 bis 15,4 kpm/cm bei -20⁰C.

Beispiel 2.

Der stahl hat folgende Zusammensetzung in Gew.%: Kohlenstoff 0,09,
Mangan 0,8,
Molybdän 0,43,
Aluminium 0,03,
Silizium 0,32,
Nickel 1,84,
Vanadium 0,04,
Stickstoff 0,006,
Rest Eisen und Beimengungen.
Der Stahl mit der . genannten Zusammensetzung hat aufgrund der Prüfungen auf Dehnung bei 35O°C eine Festigkeit von minde*

ο
stens 51»3 kp/mm und eine Streckgrenze von mindestens

7 0 9 8 2 5 '' Γ * - - ORIGINAL INSPECTED

3512 kp/mm . Die Stahlbruclidehnung liegt zwischen 20,4 und 24,0 "und die relative Einschnürung zwischen 70,0 und 72,2% Die Kerbschlagzähigkeit den Status in den Probestücken vom Menage-Typ liegt r;eiii.^;;ft ^_6n Prüfungen bei -20⁰G im Bereich

von 271ö bis 35,7 kpm/cm und in den Spiüzkerbprobestücken

vom Scharpie-Typ im Bereich von 22,0 bis 26,ü kpm/cm . Beispiel 3«

^])(:V Stahl hat folgende Zusammensetzung in (Jtev/.%: Kohlenstoff 0,11, Mangan 0,71 Molybdän 0,41, Aluminium 0,02, Silizium 0,23, Nickel 1,75, Vanadium 0,03, Stickstoff 0,007 Rest Eisen und Beimengungen.

Diese Stahlzusammensetzung sichert eine Kombination eines umfangreichen Komplexes der Festigkeitseigenschaften und der Kerb Schlagzähigkeit. Die Festigkeit ändert sich während der Prüfungen bei einer Temperatur von 350 C von 58,6 bis 56,3 kp/mm ,

2 und die Streckgrenze ändert sich von ^3,0 bis 44,7 kp/mm . Die

Stahlbruchdehnung liegt zwiahen 19,0 und 22,0 % und die relative Einschnürung zwischen 66,6 und 71,0 %. Die Stahlkerbschlagzähigkeit in den Spitzkerbprobestücken von Scharpie-Typ bei -20 ⁰C liegt im Bereich von 21,4 bis 23,0 kpm/cm².

Die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Stahls sind in der beigefügten Tabelle 1 in Gegenübernteilung zum Stahl mit bekannter Zusammensetzung dargestellt.

Tabelle

i'.ecnanische Eigenschaften der erzeugnisse aus dem erfindunysgeir.äßen und einer. cel-:a:

Bei-

(ft T3

Stan.1

fungs-

ratur
in ⁰C

Festigkeit

in .

ρ kp/mm

Streckgrenze in

3:ruch- relat, deh- Sin-

in

Lena^e-

Probe- Scharpie- Spitzkerbprobestücke slücke

	I ca ο	Beispiel	20	57,5	46,8	26,0	71,0	+20	-20	ruiunr	-5	at;ur,	WG	-35	-50	O) cn
	Λ -i-5 Ή S4 c β!	1	350	56,5	45,0	25,0	6ö,4			+20		-20			cn
	•Ö .M «J			52,3	38,5	23,0	71,8	24,1	-		13,5		12,7	13,1
			20	51,0	37,5	19,0	62, S	20,2		21,0	12,0	15,4	ü,0	6,2
		Beispiel 2		2ZiI	46,0	30,0	7π,5			13,3		10,4
O			350	56,1	45,0	26,4	75,4
CO 3			52,3	37,8	24,0	22,2	35,4	35,7		-		-	-k
		20	51,3	35,2	20,4	70,0	34,1	27,8	32,3		25,8
	Beispiel		63,1	53,0	26,0	75,2			25,5		22,0
	3	350	bü,5	4ü,0	24,2
			53,6	44,7	22,0	71,0	30,2	24,9		21,0		22,4	13,2
		20	56,3	43,0	19,0	66,6	2o,5	21 ,b	26,5	Ϊ979	23,0	20,6
.3	Beispiel		65,9	^0,7	27,3	75,5					2T74
T1	4	350	bp, 4		24,0			*
OJ			59,0	45,9	25,0	72,5	37,0	31,5		—		—	_.
			3773	44,2	<^,4	bo,ü	3277	24, ο	27,3		17,5
"3		350	67	n	23	bö,0			2278		14,9
			59		21	62,0
			bO	49	19	67,0	Ib 17	10,7		—		-	-
								Q Ί y I t		2,1

Zur Ge,- - /i .

genüberstellung der mechanischen Eigenschaften bei glejcnem Betriebszustand der Wärmebehandlung und bei gleicher Dicke der Schmiedestücke (220 mm) ist folgende chemische Stahlzusammensetzung gewählt worden.

Beispiel 4,

Der Stahl hat folgende Zusammensetzung in Gew.%:

Kohlenstoff 0,10, Mangan 0,9ι Molybdän 0,55, Aluminium 0,02, Silizium 0,28, Nickel 2,15, Vanadium 0,06, Stickstoff 0,005, Rest Bisen und Beimengungen.

Der erfindungsgemäße Stahl hat im Vergleich zum bekannten Stahl unter gleichen Prüfungsbedingungen bei praktisch gleichen Festigke: tseigenschaften " höhere Plastizitätswerte: die Bruchdehnung des erfindungsgemäßen Stahls liegt bei einer Temperatur von 35O⁰C im Bereich von 23,4 bis 25,0 f]§es bekannten Stahls von 19 bis 21 %}w.a entsprechend liegt die relative Einschnürung des erfindungsgemäßen Stahls im Bereich von 66,8 bis 72,5 % und des bekannten Stahls von 62,0 bis 67>o %. Die

Kerb schlag Zähigkeit lag bet den Prüfungen nach Scharpie in den Spitzkerbprobestücken bei einer Temperatur von 20⁰C beim erfindungsgemäßen Stahl im Bereich von 22,8 bis 27,8

2 2

kpm/cm , beim bekannten Stahl von 9|1 bis 10,7 kpm/cm ,

709825/07H

bei einer Temperatur von -PO ^UC beim erfindungii^enuißen r.f^hl von l^;l,^r> bis 17,5 kpm/cm^ und beim bekannten Stahl

2 von 2,1 bis 3,0 kpm/cm .

Der erfindungsgemäße Stahl gewährleistet eine vollständige Abwesenheit von Schichtung und Rip.bildung in den geschmiedeten Werkstücken mit einer nicke _Di_a 650 mm aus Blökken mit einem Gewicht bis 190 t. Der Stahl ist fertigungsgerecht während des Schweißprozesses bei einer Erwärmung im Bereich von 100 bis 150⁰C.

Die hohe Fertigungseigriune des erfiridungr.gemäßen Stahls während des Schweißens wird neben der geringen Vorerwärmung auch durch den Stand der Kerbschlagzähigkeit im Naht bereich ohne Anlassen charakterisiert. Die werte sind in der Tabelle 2 angeführt.

Tabelle 2

Kerbschlagzähigkeit ic liahtbereich des erfindungsgemäßen Stahls

Prüfungstemperatur in G

-80 -40 -20 +20

Kerbschlagzähigkeit

in kpm/cm

4,5 11,2 16,3 21,5

Der Stan L wurde unter industriellen Bedingungen geprüft

und einer vollständigen Prüfung in Schmiedestücken, Walzgut und Schweißverbindungen unter.¹ zogen, die durch auboimLitichc.;. Untei/pulvurschwe LiJon, [ilchtbogen-Handi.-.itiwe iß on und hlekLrosehLacko-ίJcLv/uißeri dufuluχ-fuhrt ννιιΐ.·.ι·;ΐι*

7G982b/07H

Der erfind uric sgeiuäße Stahl und seine Schweißverbindungen besitzen sowohl hohe Werte der zyklischen Festigkeit nach sämtlichen Prüfungsverfahren als auch beständige K ic-n--¹Ji=Iften (icr V/ariiiftiüüifjkeit und Bruchfestigkeit.

Die durchgeführte Komplexuntersuchung sämtlicher Betriebseigenschaften des Stahls kennzeichnet ihn als einen hochfertigungsgerechteri Werkstoff, der im Atomenergiemaschinenbau für die florstellung von leistungsfähigen Dampferzeugern, Sammelleitungen, Volumenkompensatoren, Notbehältern, Rohrleitungen und von anderen ähnlichen Ausrüstungen verwendet werden kann.

Claims (1)

1. 2 6 5 b 6 3 7

   PATENTANSPRUCH:

   Stahl, der Kohlenstoff, L/iangan, Molybdän, Silizium, Nickel und Eisen enthält, dadurch gekennzeic net, daß in ihm zusätzlich Vanadium, Aluminium und Stick~ stoff vorhanden sind und dabei die genannten I>eF;tarKltei Ie in folgenden Gewichtsanteilen vorliegen:

   Kohlenstoff 0,08 bis 0,11 %,

   Mangan 0,6 bis 1,4 ">>

   Molybdän 0,35 his 0,6 * *

   Aluminium 0,02 bis 0,07 °^/j>

   Silizium 0,1? bis 0,37 %,

   Nickel 1,7 bis 2,7 %,

   Vanadium - 0,03 bis 0,07 ^%> Stickstoff 0,005 bis 0,012 %,

   Rest Eisen und Beimengungen.

   709825/0714