DE2813569A1

DE2813569A1 - Eisen-chrom-aluminium-yttrium-legierung

Info

Publication number: DE2813569A1
Application number: DE19782813569
Authority: DE
Inventors: John Edward Of Antill
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-29
Publication date: 1978-10-05
Also published as: SE7803588L; SE8103908L; GB1598827A; CA1078224A; SE421325B

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft Legierungen aus Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium.

Es sind bereits Legierungen aus Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium bekannt. So beschreibt die US-PS 3 027 252 Legierungen der folgenden Zusammensetzung: 20,0 bis 95,0 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 4,0 Gew.-% Aluminium, 0,5 bis 3,0 Gew.-% Yttrium und Eisen als Rest. Von diesen Legierungen ist angegeben, daß sie hochtemperaturoxidationsbeständige Legierungen mit verbesserter Verabeitbarkeit und einer verbesserten Oxidschicht darstellen. Aus der GB-PS 1 045 ist weiterhin eine Legierung aus Eisen, Aluminium und Yttrium bekannt, die aus weniger als 20 Gew.-% Chrom, 0,5 bis 12 Gew.-% Aluminium, 0,1 bis 3,0 Gew.-% Yttrium und zum Rest aus Eisen besteht. Es ist angegeben, daß diese Legierungen bei bestimmten Temperaturen gegen die Versprödung beständig ist und ein hohes Maß der Beständigkeit gegen Oxidation und Korrosion aufweist. In der GB-PS 1 045 993 ist angegeben, daß Legierungen mit einem Chromgehalt von mehr als 20 Gew.-% zum Verspröden neigen. Es ist ferner angegeben, daß Legierungen mit einem geringeren Yttriumgehalt als dem angegebenen ihre Oxidationsbeständigkeit verlieren.

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Es hat sich nunmehr gezeigt, daß bestimmte Legierungen aus Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium mit einem Chromgehalt von mehr als 20 Gew.-% wertvolle Eigenschaften besitzen. Es hat sich ferner gezeigt, daß bestimmte Legierungen aus Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium, die einen geringeren Yttriumgehalt aufweisen als dem in der GB-PS 1 045 993 beschriebenen wertvolle Eigenschaften aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist daher gemäß einer ersten Ausführungsform eine Legierung aus Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium, die aus 20 bis 25 Gew.-% Chrom, 4 bis 12 Gew.-% Aluminium, 0,1 bis 3 Gew.-% Yttrium und zum Rest aus Eisen besteht.

Es hat sich gezeigt, daß Legierungen dieser Art eine gute Oxidationsbeständigkeit besitzen, was anhand von Untersuchungen an repräsentativen Legierungen nachgewiesen werden konnte, die in den nachstehenden Beispielen angegeben sind. Diese Legierungen können insbesondere für die Bildung von beständigen Heizelementen verwendet werden.

Eine bevorzugte Legierung der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Legierung besteht aus 20 bis 25 Gew.-% Chrom, 4 bis 5,5 Gew.-% Aluminium, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Yttrium und zum Rest aus Eisen.

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Gemäß einer zweiten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Legierung aus Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium, die aus 10 bis 25 Gew.-% Chrom, 2 bis 12 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis weniger als 0,1 Gew.-% Yttrium und zum Rest aus Eisen besteht.

Es hat sich gezeigt, daß die Legierungen gemäß dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zu ähnlich aufgebauten Legierungen, die jedoch kein Yttrium enthalten, eine verbesserte Korrosxonsbeständigkeit besitzen. Der ο experimentelle Nachweis dieser Eigenschaften wird ebenfalls in den Beispielen geführt.

Eine bevorzugte Legierung gemäß dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung besteht aus 15 bis 22 Gew.-% Chrom, 4 bis 5,5 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis weniger als 0,1 Gew.-% Yttrium und zum Rest aus Eisen.

Die erfindungsgemäßen Legierungen können unter Anwendung an sich bekannter Verfahrensweisen zur Herstellung von Legierungen aus Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium hergestellt werden.

Man kann die erfindungsgemäßen Legierungen mit Hilfe üblicher Verarbeitungsmethoden verformen, beispielsweise durch Bearbeiten der Gußblöcke durch Schmieden, Vorwalzen,

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Strangpressen, Ziehen und/oder Walzen. Beispielsweise kann man die Legierungen ohne weiteres zu Drähten oder Blechen verformen.

Die erfindungsgemäßen Legierungen können weiterhin nicht näher spezifizierte übliche Verunreinigungen enthalten, die bei der Legierungsherstellung, beispielsweise bei üblichen Stahlherstellungsmethoden, eingeführt worden sind, und die die Eigenschaften der Legierungen nicht merklich beeinträchtigen.

Die folgenden Beispiele 1 bis 8 und die Vergleichsbeispiele A bis Ξ dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

BEISPIEL 1

Fe - 23,7 Gew.-% Cr - 5,1 Gew.-% Al - 0,43 Gew.-% Y

Man verschmilzt in einem Lichtbogenofen reine Proben von Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium in den oben angegebenen Verhältnissen, wobei man wegen der zu erwartenden Verluste einen geringfügigen Überschuß Yttrium einsetzt, unter Bildung einer Fe - Cr - Al - Y-Legierung der obigen Zusammensetzung, die man in Form eines Blockes mit einem Gewicht von einigen 100g erhält. Man walzt diesen Block zu einem Blech mit einer einer Dicke von 0,51 mm (20 Tausendstel Inch) aus. Der Yttriumverlust ergibt sich durch die Bildung einer Schlacke an der Oberfläche der Legierung.

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Man untersucht eine Probe des Bleches bezüglich ihrer Oxidationsbeständigkeit durch Erhitzen in feuchter Luft. Bei 1300⁰C beträgt die Lebensdauer des Bleches mehr als 2 500 Stunden, während sich bei einer Temperatur von 1250⁰C eine Lebensdauer des Bleches von mehr als 5 000 Stunden ergibt.

Die "Lebensdauer" der Probe wird über den Gewichtsverlust der Probe bewertet. Die Lebensdauer ist die Zeit, die abläuft, bis als Folge einer sehr starken lokalen Oxidation, die in der Tat visuell festgestellt werden kann, eine deutliche Gewichtszunahme erfolgt (die auch als "Anlaufen" bezeichnet wird). Die Lebensdauern der Proben der nachstehenden Beispiele wurden in ähnlicher Weise bestimmt.

Beispiel A

Fe - 16,1 Gew.-% Cr - 5,1 Gew.-% Al - 0,36 Gew.-% Y

Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 1 unter Anwendung der Metalle in solchen Mengen, daß man eine Legierung der obigen Zusammensetzung erhält.

Das aus der Legierung gewalzte Blech besitzt bei 1300⁰C eine Lebensdauer von 550 bis 950 Stunden und bei 1250⁰C eine Lebensdauer von 2 600 Stunden. Die erfindungsgemäße Legierung gemäß Beispiel 1 ist dieser Vergleichslegierung ersichtlich deutlich überlegen.

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BEISPIEL 2

Fe - 23 Gew.-% Cr - 6,0 Gew.-% Al - 0,47 Gew.-% Y

Man wiederholt die Maßnahmen und die Untersuchungen von Beispiel 1, wobei man die Metalle in solchen Mengen verwendet, daß man die Legierung der angegebenen Zusammensetzung erhält. Die Lebensdauer dieser Legierung sind im wesentlichen die gleichen wie die der Legierung von Beispiel 1 .

BEISPIEL 3
Fe - 24,1 Gew.-% Cr - 4,5 Gew.-% Al - 0,5 Gew.-% Y

Man wiederholt die Maßnahmen und die Untersuchungen von Beispiel 1, wobei man die Metalle in solchen Mengen verwendet, daß man die Legierung der angegebenen Zusammensetzung erhält.

Bei 1300°C beträgt die Lebensdauer des Bleches mehr als 2 000 Stunden und bei 1250⁰C 4300 Stunden.

Beispiel B

Fe - 15,7 Gew.-% Cr - 4,5 Gew.-% Al - 0,52 Gew.-% Y

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Bei 1300⁰C beträgt die Lebensdauer des Bleches 1300 Stunden und bei 1250⁰C ergibt sich eine Lebensdauer von 3100 Stunden. Die Ergebnisse dieses Vergleichsbeispiels sind mit jenen des Beispiels 3 zu vergleichen.

Beispiel 4

Fe - 15,3 Gew.-% Cr - 4,2 Gew.-% Al - 0,01 Gew.-% Y, Beispiel 5

Fe - 15,3 Gew.-% Cr- 4,2 Gew.-% Al - 0,04 Gew.-% Y Beispiel 6

Fe - 16,1 Gew.-% Cr - 4,1 Gew.-% Al - 0,07 Gew.-% Y.

Bei den Beispielen 4 bis 6 wiederholt man die Maßnahmen von Beispiel 1 und bildet Bleche aus Legierungen der oben angegebenen Zusammensetzungen.

Die Untersuchung der Lebensdauern erfolgt jedoch in feuchter Luft bei 1200⁰C, wobei sich Lebensdauern von 2300, 2200 bzw. mehr als 10000 Stunden ergeben.

Beispiel 7

Fe - 15,0 Gew.-% Cr - 3,9 Gew.-% Al - 0,04 Gew.-% Y

Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 1 und bildet ein Blech aus der Legierung der angegebenen Zusammensetzung. Es zeigt sich, daß das Blech bei 1200⁰C in

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feuchter Luft eine Lebensdauer von mehr als 7600 Stunden und in C0„ eine Lebensdauer von 6000 Stunden besitzt.

Beispiel C

Fe - 20,9 Gew.-% Cr - 5,4 Gew.-Al
Beispiel D

Fe - 15,5 Gew.-% Cr - 4,7 Gew.-Al

Bei den Beispielen C und D wiederholt man die Maßnahmen des Beispiels 1 unter Bildung von Blechen aus Legierungen der obigen Zusammensetzungen. Man untersucht die Lebensdauer dieser Bleche in feuchter Luft bei 1200⁰C, wobei sich Lebensdauern von 500 bis 720 Stunden bzw. von 240 Stunden ergeben. Diese Ergebnisse sind mit den Ergebnissen der Beispiele 4 bis 7 zu vergleichen.

Beispiel 8

Fe - 14,9 Gew.-% Cr - 4,0 Gew.-% Al - 0,09 Gew.-% Y

Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 1 unter Bildung eines Bleches aus der Legierung der obigen Zusammensetzung. Dann untersucht man die Lebensdauer des Bleches bei 1000⁰C und bei 1200⁰C in CO₂, wobei sich eine Lebensdauer von mehr als 8000 Stunden bzw. von 6000 Stunden ergibt.

Beispiel E

Fe - 14,3 Gew.-% Cr - 4,2 Gew.-% Al -

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Man wiederholt die Maßnahmen des Beispiels 1 und bildet
ein Blech aus einer Legierung der obigen Zusammensetzung. Dann führt man die Untersuchung der Lebensdauer nach der Verfahrensweise von Beispiel 8 durch, wobei sich eine
Lebensdauer von 2500 Stunden bzw. von 220 Stunden ergibt. Diese Ergebnisse sind mit denen von Beispiel 8 zu vergleichen.

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Claims

DR. BERG DIPL.-ING. STAPF DIPL.-ING. 3CHWA3E DR. DR. SANDMAIR PATENTANWÄLTE ^ ' Postfach 860245 · 8000 München 86 Anwaltsakte: 28 980 29. März 1978 United Kingdom Atomic Energy Authority London, SW1Y 4QP, Großbritannien Eisen-Chrom-Aluminium-Yttrium-Legierung. Patentansprüche

1. Legierung aus Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 20 bis 25 Gew.-% Chrom, 4 bis 12 Gew.-% Aluminium, 0,1 bis 3 Gew.-% Yttrium und zum Rest aus Eisen besteht.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus 20 bis Gew.-% Chrom, 4 bis 5,5 Gew.-% Aluminium, 0,1 bis 0,5 Gew.-% Yttrium und zum Rest aus Eisen besteht.

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»(089)988272 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Coda: HYPO DE MM

988274 TELEX: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) 983310 0524560BERGd Postscheck München 653Ό-808 (BLZ 70010080)

3. Legierung aus Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 10 bis 25 Gew.-% Chrom, 2 bis 12 Gew.-% Aluminium, 0,01 bis weniger als 0,1 Gew.-% Yttrium und zum Rest aus Eisen besteht.

4. Legierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus 15 bis Gew.-% Chrom, 4 bis 5,5 Gew--% Aluminium, 0,01 bis weniger als 0,1 Gew.-% Yttrium und zum Rest aus Eisen besteht.

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