DE2906163A1

DE2906163A1 - Hochfeste austenitische nickel-chrom- eisen-legierung

Info

Publication number: DE2906163A1
Application number: DE19792906163
Authority: DE
Inventors: Robert C Gibson; Michael K Korenko
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1978-06-22
Filing date: 1979-02-17
Publication date: 1980-01-10
Also published as: FR2429266B1; DE2906163C2; GB2023650B; JPS552787A; GB2023650A; FR2429266A1; US4225364A

Description

DR.-ING. Ernst Stratmann

PATENTANWALT
D-4OOO DÜSSELDORF I · SCHADOWPLATZ 9

Düsseldorf, 15. Feb. 1979

.Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

•Hochfeste austenitische Nickel-Chrom-Eisen-Legierung

•Die Erfindung betrifft austenitische Legierungen.

Es gibt naturgemäß Bedarf für Legierungen, die bei Temperaturen über 650° C verwendet werden sollen und die hohe Zugfestigkeit, hohe Streckgrenze und hohe Kriechbruchfestigkeit bei erhöhten Temperaturen besitzen. Eine derartige Legierung wird in der US-Patentschrift 29 94 605 beschrieben. In diesem Patent werden sehr breite Zusammensetzungsbereiche angegeben und nur ein einziges besonderes Beispiel aufgeführt, das die folgenden Bestandteilsbereiche besitzt: ungefähr 50 bis 70 % Nickel, etwa 14 % Chrom, etwa 2 % Niob und/oder Tantal, etwa 2,75 bis 3,5 % Molybdän und/oder Wolfram, weniger als 0,1 % Titan, etwa 1 % Aluminium, etwa 0,35 % Mangan, etwa 0,5 bis 0,75 % Silizium, etwa 0,03 % Kohlenstoff, Rest Eisen. Gemäß der Patentschrift besitzt eine derartige Legierung eine Endzugfestigkeit von 115.000 psi (8085

2
kg/cm ) und eine 0,2 % Stre<

jeweils bei Raumtemperatur.

2 2

kg/cm ) und eine 0,2 % Streckgrenze von 46.750 psi (3287 kg/cm ),

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Legierung mit ebenfalls außerordentlich guten Festigkeitseigenschaften, bei der die Gehalte an Nickel und Chrom geringer sind als bei der

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POSTSCHECKiBERLiNWEST(BLZ 100 100 10) 132736-109- deutsche bank (BLZ 300 700 10) 6 160253

bekannten Legierung.

Gelöst wird die Erfindung durch die Merkmale des Hauptanspruchs, also durch eine austenitische Legierung, die im wesentlichen aus 42 bis 48 % Nickel, 11 bis 13 % Chrom, 2,6 bis 3,4 % Niob, 0,2 bis 1,2 % Silizium, 0,5 bis 1,5 % Vanadium, 2,6 bis 3,4 % Molybdän, 0,1 bis 0,3 % Aluminium, 0,1 bis 0,3 % Titan, 0,02 bis 0,05 % Kohlenstoff, 0,002 bis 0,015 % Bor, bis zu 0,06 % Zirkon, Rest Eisen, besteht, wobei die Legierung dadurch gekennzeichnet ist, daß sie für 2 % Nachgiebigkeit eine Zugfestigkeit von zumindest 450 MPa (2 %-Streckgrenze) und eine Endzugfestigkeit von zumindest 500 MPa bei Testemperatur von 650 C nach Lösungsanlassen bei 1038° C während 1 Stunde plus 30 % Kaltbearbeitung aufweist.

Die vorliegende Erfindung besteht in der Erkenntnis, daß hochtemperaturfeste Ni-Cr-Fe-Legierungen außerordentlich guter Festigkeitseigenschaften bei niedrigeren Mengen an Nickel und Chrom als bei bekannten Legierungen dieser Art erhalten werden können, wobei der Niobgehalt höher als bei der bekannten Legierung liegt und außerdem 0,5 bis 1,5 % Vanadium hinzugefügt ist.

Gemäß einer besonders günstigen Ausführungsform besitzt die erfindungsgemäße Legierung die folgende Zusammensetzung:

Tabelle I

Gew%

Nickel 45

Chrom 12 Niob 3

Silizium 1

Vanadium 1

Molybdän 3

Aluminium 0,2

Titan 0,2

Kohlenstoff 0,03

Bor 0,01

Zirkon 0,03

Eisen Rest

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Die Gehalte an Molybdän und Niob sind besonders kritisch.

Die Erfindung sei nun anhand des folgenden Beispiels noch näher erläutert:

Beispiel

Um den Einfluß von Niob und Molybdän zu zeigen, wurden die in der folgenden Tabelle II mit D16 und D17 bezeichneten Legierungen in einem Induktionsofen unter Vakuum geschmolzen und in 45 kg-Barren gegossen:

Tabelle II

Legierung	Fe	Ni	,0	Cr	MO	5	Nb	V	0	Si	Zr	03	Ti	2
D16	Rest	45	,0	12,0	1,	0	1,0	1,	0	1,0	ο,	03	0,	2
D17	Rest	45		12,0	3,		3,0	1,		1,0	0,		o_r
Legierung	Al	C	03	B
D16	0,2	o,	03	0,01
D17	0,2	o,	0,01

Nach einer Oberflächenkonditionierung wurden die Legierungen in einen Ofen gegeben, auf 1093 C erhitzt und dann 2 Stunden lang geglüht, bevor sie zu Knüppeln mit einem Querschnitt von 6,35 χ 6,35 cm gewalzt wurden. Die Knüppel wurden dann zu Platten mit einer Dicke von 1,27 cm ausgewalzt und bei 1038 C angelassen und dann die Oberfläche geschliffen. Durch Kaltreduktion um 50 % und Prozeßanlassen bei 1038° C wurde dann Blech mit einer Dicke von 0,76 mm hergestellt.

Die mechanischen Eigenschaften des 0,76 mm dicken Bleches wurden dann für zwei Wärmebehandlungen ermittelt, nämlich für ein 1 stündiges Anlassen bei 1038 C, gefolgt durch Luftkühlung und für ein 1 stündiges Anlassen bei 1038° C gefolgt durch Luftkühlung plus 30 %ige Kaltbearbeitung. Die Zug- und die Belastungsbrucheigenschaften wurden für diese Behandlungsformen ermittelt.

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Sie sind in den folgenden Tabellen III und IV wiedergegeben:

Tabelle III

thermo-	Test	0,2 %	(a)	_	Endzug	Elonga
mechanische	tempe	Streck	649	festig	tion (%)
Behandlung	ratur	grenze	592	keit	(MPa)
	(° C)	(MPa)	474	(MPa)
1O38°C/1 Std.	RT	367	384	613	28,5
	550	263	360	483	40,0
	600	238	306	459	28,5
	650	230	307	403	27,5
		_
1O38°C/1 Std.	RT	787	—	—
+ 30 % Kalt	550	678	649	3,0
bearbeitung	600	552	645	2,0
	650	730	5,5
1O38°C/1 Std.	RT	738	23,5
	550	663	19,6
	600	581	36,5
	650	513	36,0
1O38°C/1 Std.	RT	_	_
+ 30 % KaIt-	550	860	5,0
bearbe i tung	600	766	6,0
	650	661	9,5

1 MPa = (Mega-Pascal)

(a) keine Testung bei Raumtemperatur (RT) wurde im kaltbearbeiteten Zustand durchgeführt.

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Tabelle IV

Legierung

D16 D16 D17 D17

thermo-

mechanische

Behandlung

1038 C/1 Std.

1O38^ÜC/1 Std.

1038 C/1 Std.

Testtempe ratur (° C)

550 600 65O

550 600 650

Bruchfestigkeit (MPa)

100 Std. geschätzt 1000 Std.

386
272
200

483
359
283

510
441
290

690
538
400

331 234 172

400 290 234

448 414 255

648 483 317

Man bemerkt, daß die Legierung D17, die 3 % Niob und 3 % Molybdän enthält, bessere Zugfestigkeitseigenschaften aufweist, als die Legierung D16, die nur 1,5 % Molybdän und 1 % Niob enthält. Somit besitzt nach Anlassen bei 1038° C während 1 Stunde die Legierung D17 bei einer Testtemperatur von 650° C eine 0,2 % Streckfestigkeit von 307 MPa und eine Endzugfestigkeit von 513 MPa und eine prozentuale Elongation von 36. Dies steht im Gegensatz zur Legierung D16, die unter den gleichen Umständen eine 0,2 % Streckfestigkeit von 230 MPa und eine Endzugfestigkeit von 403 MPa und eine prozentuale Elongation von 27,5 aufweist. Im gleichen Sinne wird zu bemerken sein, daß alle Eigenschaften der Legierung D17 besser als die der Legierung D16 sind, und zwar bei allen Bedingungen. 30 %ige Kaltbearbeitung nach Lösungsanlassen ergibt weiter verbesserte Resultate, wie sich aus Tabelle III ergibt.

Die Tabelle IV zeigt die Belastungsbruchfestigkeitseigenschaften der Legierungen D16 und D17. Hier wiederum sind die Eigenschaften der Legierung D17 besser als die der Legierung D16. Beispielsweise ist die Bruchfestigkeit der Legierung D16 bei 650° C nach

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100 Stunden im Bereich von 200 bis 283 MPa, während die Bruchfestigkeit der Legierung D17 unter den gleichen Umständen im Bereich von 290 bis 400 MPa liegt. Es wird vermutet, daß die Bruchfestigkeit der Legierung D17 bei 1000 Stunden im Bereich von 255 bis 317 MPa liegt.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die erfindungsgemäße austenitische Legierung charakterisiert ist durch einen Gehalt von 42 bis 48 % Nickel, 11 bis 13 % Chrom, 2,6 bis 3,4 % Niob, 0,2 bis 1,2 % Silizium, 0,5 bis 1,5 % Vanadium, 2,6 bis 3,4 % Molybdän, 0,1 bis 0,3 % Aluminium, 0,1 bis 0,3 % Titan, 0,02 bis 0,05 % Kohlenstoff, 0,002 bis 0,015 % Bor, bis zu O,06 % Zirkon, Rest Eisen, wobei die Legierung charakterisiert ist durch eine 2 % Streckfestigkeit von zumindest 450 MPa und eine Endzugfestigkeit von zumindest 500 MPa bei einer Testtemperatur von 650 C nach Lösungsaniasse:
plus 30 %iger Kaltbearbeitung.

von 650 C nach Lösungsanlassen bei 1038° C während 1 Stunde

Die Erfindung liefert also hochtemperaturfeste Ni-Cr-Fe-Legierungen mit außerordentlich guten Festigkeitseigenschaften, wobei niedrigere Gehalte an Nickel und Chrom und ein höherer Gehalt an Niob als bisher benutzt wird, wie auch eine vorbestimmte Menge an Vanadium.

ES/jn 3

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Claims

drying. Ernst Stratmann PATENTANWALT D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9 Düsseldorf, 15. Feb. 1979 47,108 7905 .Westinghouse Electric Corporation Pittsburgh, Pa., V. St. A. .Patentansprüche:

1. Austenitische Legierung, gekennzeichnet durch im wesentlichen einen Gehalt von 42 bis 48 % Nickel, 11 bis 13 % Chrom, 2,6 bis 3,4 % Niob, 0,2 bis 1,2 % Silizium, 0,5 bis 1,5 % Vanadium, 2,6 bis 3,4 % Molybdän, 0,1 bis 0,3 % Aluminium, 0,1 bis 0,3 % Titan, 0,02 bis 0,05 % Kohlenstoff, 0,002 bis 0,015 % Bor, bis zu 0,06 % Zirkon, Rest Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenlegierung eine 2 % Streckgrenze von zumindest 450 MPa und eine Endzugfestigkeit von zumindest 500 MPa bei einer Testtemperatur von 650 C nach 1 stündigem Lösungs;
30 % Kaltbearbeitung aufweist.

650 C nach 1 stündigem Lösungsanlassen bei 1038° C plus

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 45 % Nickel, etwa 12 % Chrom, etwa 3 % Niob, etwa 1 % Silizium, etwa 1 % Vanadium, etwa 3 % Molybdän, etwa 0,2 % Aluminium, etwa 0,2 % Titan, etwa 0,03 % Kohlenstoff, etwa 0,01 % Bor und etwa 0,03 % Zirkon (Rest Eisen) aufweist.

3. Legierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine 2 % Streckgrenze von ungefähr 550 MPa und eine Endzugfestigkeit von etwa 660 MPa bei einer Testtemperatur von 650 C nach 1 stündigem Lösungsanlassen bei 1038 C plus 30 %iger Kaltbearbeitung aufweist.

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Postscheck: berlin west (BLZ 100 100 10) 132736-109 · DEUTSCHEBANk(BLZ 300 700 10) 6 160 253

4. Legierung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsbruchfestigkeit 290 bis 400 MPa bei 650° C nach Istündigem Lösungsanlassen bei 1038° C beträgt.

Beschreibung:

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