DE2813737A1 - CORROSION-RESISTANT CHROME-NICKEL-MOLYBDAEN STEEL - Google Patents
CORROSION-RESISTANT CHROME-NICKEL-MOLYBDAEN STEELInfo
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Description
HOFFMANN · ElTIJH & PARTNERHOFFMANN ElTIJH & PARTNER
DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) ■ DIPL-I NG. W. EITLE · D R. RER. NAT. K. H O FFMAN N · DI PL.-I NG. W. LEHNDR. ING. E. HOFFMANN (1930-1976) ■ DIPL-I NG. W. EITLE · D R. RER. NAT. K. HOFFMAN N DI PL.-I NG. W. LEHN
DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STERNHAUS) . D-8000 MO N CH EN 81 · TELEFON (089) 911087 · TELEX 05-29619 (PATHE)DIPL.-ING. K. FOCHSLE DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 (STAR HOUSE). D-8000 MO N CH EN 81 TELEPHONE (089) 911087 TELEX 05-29619 (PATHE)
3· 30 474 u/wa3 · 30,474 u / wa
VYZKUMNY USTAV HUTNICTVI ZELEZA, UCELOVA ORGANIZACEVYZKUMNY USTAV HUTNICTVI ZELEZA, UCELOVA ORGANIZACE
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Korrosionsfester Chrom-Nickel-Molybdän-StahlCorrosion-proof chrome-nickel-molybdenum steel
Die Erfindung betrifft Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl mit hoher Korrosionsfestigkeit, hoher Festigkeit, guter Schweissbarkeit, besonders für Energie- und Kernkraftanlagen.The invention relates to chromium-nickel-molybdenum steel with high corrosion resistance, high strength, good weldability, especially for energy and nuclear power plants.
Für Konstruktionsteile, die hoher mechanischer und korrosiver Belastung ausgesetzt sind, z.B. in Maschinen-, Chemie-, Energie- und Kernkraftanlagen, ist es notwendig, Stähle mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und ausreichend hoher Korrosionsfestigkeit zu verwenden. Es sind dies z.B. ferritische, mit ChromFor structural parts that are more mechanical and corrosive Exposed to stress, e.g. in machinery, chemical, energy and nuclear power plants, it is necessary to use improved steels mechanical properties and sufficiently high corrosion resistance to use. These are, for example, ferritic ones with chromium
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legierte Stahlsorten, die eine Streckgrenze im Bereich von 400 bis 500 MPa und eine Festigkeitsgrenze im Bereich von 750 bis 800 MPa aufweisen, oder austenitische Chrom-Nickel-Stähle, welche eine niedrige Streckgrenze von 180 bis 320 MPa bei einer Festigkeitsgrenze von 500 bis 900 MPa haben. Unter diesen Stählen können Typen mit guter Korrosionsfestigkeit und mit guten plastischen Eigenschaften ausgewählt werden; nachteilig dabei sind jedoch die niedrigen mechanischen Werte, insbesondere die Streckgrenze, so dass die Beständigkeit dieser Stähle gegen mechanische Belastung, Verschleiss, Erosion und Kavitation niedrig ist.Alloy steel grades that have a yield strength in the range of 400 to 500 MPa and a strength limit in the range of 750 to 800 MPa, or austenitic chromium-nickel steels, which have a low yield strength of 180 to 320 MPa with a strength limit of 500 to 900 MPa. Among these steels there can be types with good corrosion resistance and with good plastic properties are selected; However, the disadvantage here are the low mechanical values, in particular the yield point, so that the resistance of these steels to mechanical stress, wear, erosion and cavitation is low.
Die hochlegierten Maraging-Stähle mit 18 % Ni, 8 % Co, 5 % Mo und 0,4 bis 0,6 % Ti, haben nach dem Aushärten eine Streckgrenze von 1300 bis 1700 MPa bei einer Bruchdehnung von 7 bis 8 %. Ein Nachteil dieser Stähle ist jedoch deren niedrige Korrosionsfestigkeit in Wasser und Dampf. Ausserdem sind sie wegen des hohen Kobaltgehaltes und Molybdängehaltes von mehr als 4 % für die Anwendung in aktivierender Strahlung nicht geeignet.The high-alloy maraging steels with 18% Ni, 8% Co, 5% Mo and 0.4 to 0.6% Ti, after hardening have a yield strength of 1300 to 1700 MPa with an elongation at break of 7 to 8th %. A disadvantage of these steels, however, is their low corrosion resistance in water and steam. Besides, they are Not suitable for use in activating radiation due to the high cobalt content and molybdenum content of more than 4%.
Der bekannte kohlenstoffarme Hochfestigkeitsstahl auf Basis Ni-Cr-Mo mit einer Analyse von max. 0,03 % C, 12 % Ni, 5 % Cr, 3 % Mo, 0,3 % Al und 0,25 % Ti hat eine Streckgrenze von 1050 MPa und eine Festigkeitsgrenze von 1100 MPa bei einer Bruchdehnung von 10 % und eine gute Korrosionsfestigkeit; die Festigkeit überschreitet jedoch nicht wesentlich die bei hochfesten ferritischen und austenitischen Stählen erreichbaren Werte.The well-known low-carbon high-strength steel based on Ni-Cr-Mo with an analysis of max. 0.03% C, 12% Ni, 5% Cr, 3% Mo, 0.3% Al and 0.25% Ti has a yield point of 1050 MPa and a strength limit of 1100 MPa at an elongation at break of 10% and good corrosion resistance; however, the strength does not significantly exceed that which can be achieved with high-strength ferritic and austenitic steels Values.
Es ist auch ein Stahl mit 0,008 % Kohlenstoff, 0,12 % Silizium, 0,08 % Mangan, 9 % Chrom, 8,5 % Nickel, 3,25 % Molybdän, 0,9 % Aluminium und 0,23 % Titan bekannt. Diese Legierung weist jedoch eine niedrige KerbSchlagzähigkeit auf.It is also a steel with 0.008% carbon, 0.12% silicon, 0.08% manganese, 9% chromium, 8.5% nickel, 3.25% molybdenum, 0.9% Aluminum and 0.23% titanium. However, this alloy has a low notched impact strength.
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Die angeführten Nachteile werden gemäss der Erfindung durch einen Stahl einer Analyse von: 4 bis 8 % Cr, 8 bis 12,5 % Ni, 1,8 bis 4 % Mo, max. 0,03 % C, 0,65 bis 1,0 % Al, 0,40 bis 0,80 % Ti, 0,10 bis 0,40 % Si, 0,05 bis 0,25 % Mn und mit einem Stickstoffgehalt von mindestens 0,004 Masse-% vermieden.The stated disadvantages are achieved according to the invention a steel with an analysis of: 4 to 8% Cr, 8 to 12.5% Ni, 1.8 to 4% Mo, max. 0.03% C, 0.65 to 1.0% Al, 0.40 to 0.80% Ti, 0.10 to 0.40% Si, 0.05 to 0.25% Mn and with a Nitrogen content of at least 0.004% by mass avoided.
Eine weitere Verbesserung kann man nach der Erfindung durch Zusatz von Bor in einer Menge von 0,001 bis 0,005 % und Zirkonium in einer Menge von 0,005 bis 0,15 Masse-% erreichen.A further improvement can be made according to the invention by adding boron in an amount of 0.001 to 0.005% and zirconium in an amount of 0.005 to 0.15 mass%.
Die Verschleissfestigkeit, Wärmekonstanz usw. der Stahlgrundtype kann man erfindungsgemäss noch weiter durch Zusatz von bis zu 0,25 % Niob, bis 1 % Wolfram, bis 1 % Vanadin, bis 0,25 \ Tantal,und zwar entweder einzeln oder in gegenseitigen Kombinationen, erhöhen.The wear resistance, heat stability, etc. of the steel base Type can according to the invention even further by the addition of up to 0.25% niobium, up to 1% tungsten, up to 1% vanadium, up to 0.25 \ tantalum, either alone or in mutual combinations, raise.
In extremen Bedingungen kann man die Reinheitsgraderhöhung und Verbesserung der plastischen Eigenschaften durch Senkung des Schwefelgehaltes bis max. 0,009 %, sicherstellen, und zwar z.B. durch Zusatz von seltenen Erden (REM) in einer Menge von bis zu 0,2 Masseprozent.In extreme conditions one can increase the degree of purity and improve the plastic properties by lowering it of the sulfur content up to a maximum of 0.009%, e.g. by adding rare earths (REM) in an amount of up to 0.2 percent by mass.
Für Bestandteile und Einrichtungen, welche bei radioaktiver bzw. aktivierender Strahlung eingesetzt werden, ist die Verwendung eines erfindungsgemässen Stahls optimal, bei welchem die chemische Grundzusammensetzung so modifiziert ist, dass der Gehalt bis max. 6 % Chrom, max. 0,08 % Mangang, max. 3 % Molybdän, max. 0,004 % Bor, max. 1 % Vanadin, max.0,1 % Wolfram, 0,02 % Tantal begrenzt wird.For components and equipment that are used with radioactive or activating radiation, the use of a steel according to the invention, in which the basic chemical composition is modified so that the content up to max. 6% chromium, max. 0.08% manganese, max. 3% molybdenum, max. 0.004% boron, max. 1% vanadium, max. 0.1% tungsten, 0.02% tantalum is limited.
Bei besonders hohen Anforderungen ist es nötig, Wolfram und Tantal als unerwünschte Verunreinigungen zu betrachten, die beiIn the case of particularly high requirements, it is necessary to consider tungsten and tantalum as undesirable impurities that contribute to
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Wolfram 0,01 % und bei Tantal gleichfalls 0,01 % nicht überschreiten sollte. Unter diesen Bedingungen wird empfohlen, auch den Kobaltgehalt, der in das Material, z.B. mit Ferrolegierungen, eingetragen wird, zu kontrollieren, wobei der unerwünschte Gehalt dieses Elementes die Grenze von 0,01 % nicht überschreiten sollte.Tungsten 0.01% and also not exceed 0.01% for tantalum should. Under these conditions it is recommended to also check the cobalt content, which is contained in the material, e.g. with ferro alloys, is entered, to control, whereby the undesired content of this element exceeds the limit of 0.01% should not exceed.
Die erfindungsgemässen Stähle können im gegossenen oder geformten Zustand verwendet werden, und zwar im Aushärtungszustand entweder unter -50 C oder bis 450 C, oder im nicht ausgehärteten Zustand bis 700°C.The steels according to the invention can be cast or shaped State, namely in the hardened state either below -50 C or up to 450 C, or in the uncured state Condition up to 700 ° C.
Der Stahl nach der Erfindung weist den Vorteil auf, dass er auch bei den aggressivsten atmosphärischen Bedingungen, z.B. in Wasser und Dampf, beständig ist und eine Grundlage für hohe mechanische Werte bietet; je nach der Höhe der austenitisehen und Aushärtungstemperatur und der Aushärtungszeit besitzt er eine mittlere Streckgrenze im Bereich von 1450 bis 1680 MPa bei einem Verhältnis von Streckgrenze zur Festigkeit von 0,87 bis 0,97, bei den mittleren Dehnungswerten 8 bis 10 %, Einschnü-The steel according to the invention has the advantage that it can be used even in the most aggressive atmospheric conditions, e.g. in water and steam, is resistant and provides a basis for high mechanical values; depending on the level of austenitis and curing temperature and curing time, it has an average yield strength in the range from 1450 to 1680 MPa a ratio of yield point to strength of 0.87 to 0.97, with average elongation values of 8 to 10%, constriction
2 rung 40 bis 48 % und Kerbschlagzähigkeit 40 bis 54 J/cm . Nach der Austenitisierung bei 820 bis 98O°C/h zeigt dieser Stahl eine mittlere Festigkeitsgrenze von 950 bis 1020 MPa bei einem Verhältnis von J Kt/TPt = 0,84 bis 0,86 (Streckgrenze/Festigkeitsgrenze) .2 tion 40 to 48% and notched impact strength 40 to 54 J / cm. After austenitizing at 820 to 98O ° C / h, this steel shows an average strength limit of 950 to 1020 MPa with a ratio of J Kt / TPt = 0.84 to 0.86 (yield point / strength limit).
Der Stahl nach der Erfindung hat vorteilhafte technologische Eigenschaften, da er gut bearbeitbar, polierbar, schweissbar und im Bereich von 420 bis 550 C für die Dauer von 3 bis 6 Stunden, bei erniedrigten Temperaturen bis 40 Stunden im beliebigen Nichtaufkohlungsmilieu ungeachtet der Wanddicke und Abmessungen leicht aushärtbar ist.The steel according to the invention has advantageous technological properties because it is easy to work, polish and weld and in the range from 420 to 550 ° C. for a period of 3 to 6 hours, at reduced temperatures up to 40 hours in any desired Non-carburizing medium is easily hardenable regardless of wall thickness and dimensions.
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Einen weiteren grossen Vorteil stellt die hohe Abmessungsstabilität beim Aushärten, ungeachtet der verschiedenen Produktdicke, dar, wodurch es ermöglicht ist, die Bestandteile noch vor dem Aushärten fertig zu bearbeiten.Another big advantage is the high dimensional stability during curing, regardless of the different product thicknesses, represents, which makes it possible to finish the components before curing.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Stahles ist die ausserordentlich hohe Erosions- und Korrosionsfestigkeit in Dampf im langfristigen Betrieb, welche um das 10- bis 15-fache grosser als bei den hochchromigen wie auch austenitischen Chromnickelstählen mit Titan, oder bei Konstruktionsstählen mit mittlerem Kohlenstoff ist.Another advantage of the steel according to the invention is that extraordinarily high resistance to erosion and corrosion in steam in long-term operation, which is 10 to 15 times higher larger than with the high-chrome or austenitic chrome-nickel steels with titanium, or in structural steels with medium carbon.
Der Stahl nach der Erfindung weist den weiteren Vorteil auf, dass die Grundlegierungselemente, sowie die Mikrolegierungs- und Begleit-Elemente die Bedingungen für eine Verwendung des Materials in radioaktiver bzw. aktivierender Strahlung erfüllen, wobei man den optimalen Typ je nach den Erfordernissen der Betriebsbedingungen wählen kann. Weiter ermöglicht die günstige chemische Zusammensetzung, den Stahl der Erfindung unter Erhaltung aller anderen Vorzüge einer chemisch-thermischen Oberflächenbehandlung zu unterwerfen, wie der Hartverchromung. Nitrierung usw. Dabei kann man bei den Verfahren, die mit Temperaturen bis 55O°C arbeiten, wie es beim Nitrieren der Fall ist, den Aushärtungsprozess mit der chemisch-thermischen Behandlung der Oberfläche in einem Vorgang verbinden.The steel according to the invention has the further advantage that the basic alloy elements, as well as the micro-alloy and accompanying elements meet the conditions for using the material in radioactive or activating radiation, the optimal type can be chosen depending on the requirements of the operating conditions. Next enabled the favorable chemical composition, the steel of the invention while maintaining all the other advantages of a chemical-thermal Subject to surface treatment, such as hard chrome plating. Nitration, etc. This can be done in processes that work with temperatures of up to 55O ° C, as is the case with nitriding the case is to combine the hardening process with the chemical-thermal treatment of the surface in one operation.
Solch ein Verfahren ist z.B. die Ionitrierung, durch welche man bei diesem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt mit Nickel gemäss der Erfindung eine ausserordentlich hohe Härte von 1080 bis 1180 HV erzielen kann, so dass diese Oberflächenhärte die Härte des nitrierten Schnellschneidstahls überschreitet, wobeiOne such process is ion nitriding, which is used to mix this low carbon steel with nickel according to the invention can achieve an extremely high hardness of 1080 to 1180 HV, so that this surface hardness the Hardness of nitrided high-speed cutting steel exceeds, whereby
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die mechanischen Eigenschaften im übrigen Durchschnitt dem Aushärtungszustand des verwendeten Stahls entsprechen.the mechanical properties in the rest of the average The hardening state of the steel used.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Stahls hat dieser folgende Zusammensetzung: 6,0 % Chrom, 12 % Nickel, 3 % Molybdän, 0,70 % Aluminium, 0,50 % Titan, 0,003 % Bor, 0,10 % Zirkonium, 0,025 % Kohlenstoff, 0,08 % Mangan, 0,23 % Silizium und 0,006 % (Masseprozent) Stickstoff.In an exemplary embodiment of the inventive Steel has the following composition: 6.0% chromium, 12% nickel, 3% molybdenum, 0.70% aluminum, 0.50% Titanium, 0.003% boron, 0.10% zirconium, 0.025% carbon, 0.08% manganese, 0.23% silicon and 0.006% (mass percent) Nitrogen.
Nach dem austenitisehen Glühen bei 82O°C/1 h und nach dem Aushärten bei 480 C/3 h weist dieser Stahl eine Streckgrenze von 1590 MPa, eine Festigkeitsgrenze von 1780 MPa, Dehnung von 7,2 %, Einschnürung von 42 % und Kerbschlagzähicrkeit von R2 54 J/cm2 auf.After austenitic annealing at 820 ° C. for 1 hour and after hardening at 480 ° C. for 3 hours, this steel has a yield point of 1590 MPa, a strength limit of 1780 MPa, elongation of 7.2%, necking of 42% and notched impact strength of R 2 54 J / cm 2 .
Eine Korrosionsprüfung des erfindungsgemässen Stahls wurde unter Wechselbedingungen bei 98 % relativer Feuchtigkeit, bei 40°C, bei Frost von -400C, bei Temperaturen bis 65°C, bei Bereifung bei -20 C, und weiter beim Bespritzen und Eintauchen in Wasser für die Dauer von 226 Stunden ohne Korrosionsangriff durchgeführt. Die Masshaitigkeit nach dem Aushärten wurde auf Zehnern von Proben der hohlen Röhrchen mit verstärktem Rand, 0 9,5 mm, überprüft, die kreuzdurchschnitten und ausgehärtet wurden. Bei Verwendung des Stahls nach der Erfindung und nach Aushärten auf die Festigkeit von 1700 MPa wurde keine grössere Massabweichung über +0,01 bis +0,02 mm festgestellt.A corrosion test of the invention steel was under alternating conditions at 98% relative humidity, at 40 ° C, in case of frost from -40 0 C, at temperatures up to 65 ° C, with tires at -20 C, and continued while spraying and immersing in water for carried out for a period of 226 hours without corrosive attack. The dimensionality after hardening was checked on tens of samples of the hollow tubes with reinforced rim, Ø 9.5 mm, which were cross-cut and hardened. When using the steel according to the invention and after hardening to the strength of 1700 MPa, no major dimensional deviation over +0.01 to +0.02 mm was found.
Die Dampferosions- und Korrosionsfestigkeit wurde bei dem Stahl unter Beobachtung der Gewichtsabnahme in Laufe von 3 bis 50 Betriebsstunden im Vergleich mit hochchromigem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,10 % und 0,20 %, mit austenitischemThe steam erosion and corrosion resistance was found in the Steel while observing the weight loss in the course of 3 to 50 hours of operation in comparison with high-chrome steel with a carbon content of 0.10% and 0.20%, with austenitic
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Chrom-Nickel-Stahl mit 18 % Chrom und 9 % Nickel mit Titanzusatz und schliesslich mit Mittelkohlenstoffstahl mit 0,45 % C, geprüft. Chrome-nickel steel with 18% chrome and 9% nickel with titanium addition and finally with medium carbon steel with 0.45% C, tested.
Während die Lebensdauer aller angeführten Stähle im Vergleich mit dem 13 % Chromstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,10 % im Verlauf von 30 bis 50 Stunden nur um das 1,05- bis 1,19-fache höher wurde, wurde die Lebensdauer des geprüften, nach der Erfindung erzeugten Stahls um das 14,5- bis 15,2-fache erhöht. Diese Lebensdauer wurde beim ausgehärteten Stahl ohne chemisch-thermische Behandlung erreicht.While the service life of all the steels listed in comparison with the 13% chromium steel with a carbon content of 0.10% became only 1.05 to 1.19 times higher in the course of 30 to 50 hours, the life of the tested, after steel produced by the invention increased by 14.5 to 15.2 times. This service life was achieved with hardened steel without chemical-thermal treatment.
Der korrosionsbeständige Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl gemäss der Erfindung zeichnet sich insbesondere durch hervorragende mechanische Eigenschaften, durch gute Schweissbarkeit, Aushärtbarkeit, hohe Masshaltigkeit und gute technologische Bearbeitbarkeit im Guss- und Formzustand aus; wegen seiner guten Verschleissfestigkeit, Erosions- und Kavitationsfestigkeit eignet sich der Stahl insbesondere für energetische und nukleare Einrichtungen, für Bestandteile der Dampf- und Wasserturbinen, Turbokompressoren*und Verteilungsanlagen, der Überhitzer, Austauscher, Wasseraufbereitungsanlagen usw. Dieser Stahl eignet sich für chemische und Transporteinrichtungen, für die Lebensmittel- und Gesundheitstechnik, für die Architektur der öffentlichen Dienstzentren, für Sportareale usw.The corrosion-resistant chromium-nickel-molybdenum steel according to the invention is characterized in particular by excellent mechanical properties, due to good weldability, hardenability, high dimensional accuracy and good technological machinability in the as-cast and molded state; because of its good wear resistance, erosion and cavitation resistance steel is used in particular for energy and nuclear facilities, for components of steam and water turbines, Turbo compressors * and distribution systems, superheaters, exchangers, Water treatment plants, etc. This steel is suitable for chemical and transportation facilities for which Food and health technology, for the architecture of public service centers, for sports areas, etc.
Den Stahl kann man mit Erfolg für hochbeanspruchte Maschinenteile, einschliesslich Lager, Seile, Federn und Membranen, weiterhin für Geräte, Werkzeuge und Instrumente aller Art, einschliesslich Laboratoriumseinrichtungen, Steuertechnik und Automatisationstechnik sowie für die Bereiche, die radioaktiver Strahlung ausgesetzt sind, verwenden.Steel can be used successfully for highly stressed machine parts, including bearings, ropes, springs and membranes, furthermore for devices, tools and instruments of all kinds, including Laboratory equipment, control technology and automation technology as well as for the areas that are more radioactive Exposed to radiation.
+Pumpen, der hydraulischen Einrichtungen, Druckgefässe+ Pumps, hydraulic equipment, pressure vessels
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Ganz ausserordentliche Eigenschaften kann man den Erzeugnissen aus dem erfindungsgemässen Stahl durch die Schaffung einer besonders harten Oberflächenschicht über die Kombination der chemisch-thermischen Behandlung und Aushärtung verleihen.The products can be seen to have extraordinary properties from the steel according to the invention by creating a particularly hard surface layer over the combination give the chemical-thermal treatment and curing.
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Claims (4)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |