DE2907152C2 - Verwendung einer Legierung zur Auskleidung von Öfen, Kesseln und Hochtemperaturerhitzern, in denen stickstoffoxidhaltige Verbrennungsgase auftreten - Google Patents

Description

In heißen öfen und Hochtemperatur-Erhitzern kondensieren die Verbrennungsgase, die Stickstoffoxide, wie NO, NO₂ und N₂O₄, enthaften, auf der Oberfläche des inneren Mantels unter Bildung von Nitraten, wenn sie unter ihren Taupunkt abgekühlt werden. Es ist allgemein bekannt, daß der Mantel, der üblicherweise aus niedrig leriertem Baustahl mit einem Gehalt von höchstens 1,0% Cr, Ni und V besteht, bei Kontakt mit dieser Nitratlösung sehs häufig für die Spannungsrißkorrosion anfällig ist

Diese Rißbildungserscheinung vurde »Nitrat-Spannungsrißkorrosion« genannt. Sie stellt mehr und mehr ein entscheidendes Problem dar, das bei den modernen öfen und Erhitzern, wo die Menge an NO₁ stets mit der Erhöhung der Temperatur ansteigt, gelöst werden muß.

Zum besseren Verständnis dieser Erscheinung dient die Beschreibung des in F i g. 1 gezeigten Ofens. Wenn in einem Erhitzer während des Betriebs die Nitrat-Spannungsrißkorrosion auftritt, wie in F i g. 1 gezeigt, dann läßt sich feststellen, daß die Rißbildung meist in der Nähe von Schweißzonen, wie den Schweißnähten für Aufspannvorrichtungen während des Aufbaus, und an stark spannungsbeanspruchten Bereichen auftritt. Die Rißbildung beginnt an der inneren Oberfläche des Mantels des Erhitzers und schreitet, wie in Fig.2 gezeigt wird, in der Dickenrichtung fort. F i g. 3 zeigt im Querschnitt den schematischen Verlauf der Nitrat-Spannungsrißkorrosion.

Man ist der Ansicht, daß bei der Nitrat-Spannungsrißkorrosion von Baustahl verschiedene Faktoren, wie (1) die Anwesenheit von Nitrat und die Temperatur, (2) die äußere Spannung und die Eigenspannung und (3) die Entmischung bestimmter Elemente und die Carbidbildung entlang der Korngrenzen, eine Rolle spielen.

Wie erwähnt, beginnt die Nitrat-Spannungsrißkorrosion an harten Punkten in der Nähe der Schweißzone und schreitet längs der Korngrenzen in die Matrix in Dickenrichtung fort; vgl. F i g. 3. Im einzelnen hängt die Nitrat-Spannungsrißkorrosion von der lokalen Korrosion, die eine Folge der Entmischung von Elementen, wie Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor, ist, und von der Carbidbildung längs der Korngrenzen ab, die ein bevorzugter Auflösungsweg für die Spannungsrißkorrosion wird.

Es wurde nun festgestellt, daß zu den vorstehend genannten Faktoren ein vierter kommt, nämlich die Fähigkeit des Stahls, auf den chemischen Zusammenbruch der Passivität in Gegenwart einer sehr geringen Menge von in den Verbrennuingsgasen enthaltenen Chloridionen repassiviert zu werden.

Auf der Basis der vorstehenden Feststellungen konnte erfindungsgemäß durch Steuerung des Repassivierungs-Vorgangs zusätzlich zur Verminderung der Entmischung längs der Korngrenzen zur Verhinderung der Rißbildung im Mantel die Verwendung eines bestimmten Stahlbleches für diese Zwecke vorgeschlagen werden.

Die Entstehung stabiler passiver Schichten bei Stählen steht in naher Beziehung zu der Stahlzusammensetzung, insbesondere dem Gehalt an Chrom und Molybdän. Es wurde ferner festgestellt, daß die gemeinsame Anwesenheit von Chrom und Molybdän

»o außerdem die Hochtemperaturfestigkeit und die Zähigkeit des dicken Bleches in hohem Ausmaß verbessert Aus diesen Gründen sind Chrom und Molybdän wesentliche Bestandteile des erfindungsgemäß verwendeten Stahlblechs.

Andererseits ist die Steuerung des Gehalts an (C + N) ein sehr wirkungsvolles Mittel zur Verminderung der Entmischung und der Carbidbildung längs der Korngrenzen.
An den Schweißzonen ist jedoch eine zusätzliche

jo Maßnahme, insbesondere bei chromhaltigen Stählen, erforderlich. Es kann nämlich infolge der Bildung von Chromcarbiden beim Schweißen an den Korngrenzen in der der Hitze ausgesetzten Zone eine Verarmung an Chrom auftreten, die zu einem bevorzugten Auflösungsweg für die Nitrat-Spannungsrißkorrosion führt. Die Verarmung an Chrom kann vollständig durch den Zusatz eines stark carbidbildendcn Elements, wie Niob, vermieden werden. Der Zusatz von Niob und die Steuerung des Verhältnisses von Niob zu (C + N) und der Grad der Carbidstabilisierurg sind indirekt von Einfluß auf die Verbesserung der Repassivierungsfähigkeit an der Schweißzone von chromhaltigen Stählen durch die Bildung von Niobcarbid und -nitrid, die bei höherer Temperatur leichter erfolgt als die Chromcar-5 bid- und -nitridbildung. Dadurch wird die Verarmung an Chrom verhindert, die sonst den bevorzugten Auflösungsweg ergeben würde.

Die Bedeutung der Verarmung an Chrom für die Verhinderung der Spannungsrißkorrosion von niedrig

5ii legierten Baustahlblechen wurds erst im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung festgestellt

Da der Mantel eines Ofens oder eines Erhitzers im allgemeinen einen großen geschweißten Aufbau darstellt, ist es selbstverständlich, daß der Stahl bestimmte mechanische Eigenschaften, wie Schweißbarkeit einschließlich Härtbarkeit Festigkeit gegen mechanische Rißbildung und Bindungseigenschaften, Verarbeitbarkeit, wie Brennschneide- und Biegefähigkeit zusätzlich zu der vorstehend erwähnten Beständigkeit gegen

m> Nitrat-Spannungsrißkorrosion sowohl im Blech selbst als auch in der Schweißzone aufweisen muß und daß er ferner preiswert sein muß. Unter diesen Eigenschaften sind die Schweißbarkeit und die Brennschneidbarkeit für technische Stahlgüten im praktischen Gebrauch am

hi wichtigsten. Aus Gründen der Schweißbarkeit ist der Kohlenstoffgehalt streng begrenzt, während aus Gründen der Brennschneidbarkeit der Chromgehalt ebenfalls streng begrenzt ist.

In der US-PS 38 34 897 ist ein Baustahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, hoher Festigkeit und guter Schweißbarkeit beschrieben, der eine Martensitstruktur aufweist. Für den Stahl wird folgende Zusammensetzung angegeben: ί

0,04 bis 0,08% C,

0,6 bis 2,0% Mn,

0,1 bis 0,5% Si,

2 bis 5% Cr,

0,01 bis 0.0")% Al, m

0,03 bis 1,0% Nb,

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
Die wesentlichen Punkte der in dieser US-PS beschriebenen Erfindung beziehen sich auf die Begrenzung des Kohlenstoffgehalts auf verhältnismäßig r> niedrige Werte im Bereich von 0,04 bis 0,08%, auf den Ersatz einen Teil des Mangans durch Chrom, um die Härtbarkeit zu verbessern und auf einen Zusatz von 0,03 bis 1% Niob zur Verbesserung der Ausscheidungshärtung.

Niob wird in diesem bekannten Stahl nur unter Beachtung der absoluten Menge zugesetzt, ohne daß irgendeine Beziehung zum Gehalt an Kohlenstoff und Stickstoff besteht Das Problem der Beständigkeit gegen Nitrat-Spannungsrißkorrosion von Stahlblech r> wird in der US-PS 38 34 897 nicht angesprochen.

Ferner ist in der US-PS 30 44 872 ein verbesserter hitzebeständiger Stahl mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten, hoher thermischer Leitfähigkeit und guten mechanischen Eigenschaften bei hoher Temperatur beschrieben. Für den Stahl wird folgende Zusammensetzung ('Mußkomponenten) angegeben:

0,05 bis 0,4% C₁

0,1 bis 13% Mn,

0,1 bis 1% Nb, j-,

0,4 bis 10% Cr und

0,4 bis 4% Mo.
Ferner kann der Stahl

bis 1,4% Ti,

bis 4% Ni, bis 0,1% B,

bis 0,02% N,

bis 0,2% AI,

bis 1,5% Si,

bis 0,03% P und

bis 0,03% S
enthalten.

Diese bekannte Stahllegierung wird in ihrer Bestän digkeit gegen Oxidation durch den Zusatz von Chrom und Molybdän und in ihrer Festigkeit und Zähigkeit bei -,i, hoher Temperatur durch den Zusatz von Niob und Titan verbessert. Die Legierung enthält größere Mengen an Kohlenstoff (bis 0,4%), fm die Festigkeit zu erhöhen. Außerdem ist ihr Niobgehalt nur mit dem absoluten Wert definiert und hat keine Beziehung zum Gehalt an ,-, Kohlenstoff und Stickstoff. Schließlich wird auch in der US-PS 30 44 872 das Problem der Nitrat-Spannungsrißkorrosion nicht beschrieben. Es werden keine Vorschläge zur Verbesserung der Festigkeit gegen diese Erscheinung gemacht. _e,o

Die Erfindung beitrifft die Verwendung einer Legierung, bestehend äUs

0,005 bis 0,056% Kohlenstoff

0.1 bis 2,0% Silicium

0,1 bis 2,0% Mangan t,j

2 bis 6% Chrom

0,01 bis 7(%C + %N)% Niob

0,01 bis 0,2% Aluminium

bis 0,025% Schwefel
bis 0,025% Phosphor
Rest Eisen und unvermeidliche

Verunreinigungen

mit der Maßtabe, daß (%C + %N) höchstens 0,06 beträgt,

als Werkstoff zur Herstellung von Mantelblechen zur Auskleidung von Öfen, Kesseln und Hochtemperaturerhitzern, in denen stickstoffoxidhaltige Verbrennungsgase auftreten.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Legierung außerdem 0,1 bis 1,5% Mo zur weiteren Verbesserung von Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit

Das erfindungsgemäß verwendete Stahlblech zeigt eine deutlich verbesserte Beständigkeit gegen Nitrat-Spannungsrißkorrosion und hat den technischen Vorteil, daß es für große geschweißte Aufbauten verwendet werden kann.

Die Beständigkeit gegen die Nitrat-Spannungsrißkorrosion ist ein ganz spezielles Problem, das nur in Erhitzern auftritt, deren Auskleidur^sbleche Stickstoffoxiden ausgesetzt sind. Überraschenderweise besitzt gerade eine Stahllegierung mit der vorstehend genannten Zusammensetzung und der bestimmten Abstimmung von Niob, Kohlenstoff und Stickstoff eine besonders gute Beständigkeit gegen die Nitrat-Spannungsrißkorrosion. Die Legierungen gemäß US-PS 30 44 872 wurden nicht auf dem gleichen Gebiet verwendet, sondern sind für Verwendungen bei erhöhten Temperaturen vorgesehen. Sie werden zur Herstellung von Dampfkraftanlagen und von Rohren zur Führung von Wasser und Dampf unter hohem Druck und bei hoher Temperatur verwendet Eine andere Anwendungsmöglichkeit sind Wärmeaustauscher und Druckgefäße. Bei keiner dieser Anwendungen ist zunächst von der Verwendung in Blechform die Rede. Außerdem ist bei keiner der angegebenen Verwendungsmöglichkeiten mit dem Auftreten von Stickstoffoxiden zu rechnen.

Das erfindungsgemäß verwendete Stahlblech ist dpdurch gekennzeichnet, daß ein bestimmter Chromgehalt aufrechterhalten wird, um eine stabile passive Schicht zu bilden, daß die Menge an (%C + %N) beschränkt und Niob zur Verminderung der Chromcarbidbildung und Stabilisierung der passiven Schicht an den Korngrenzen in der Hitze ausgesetzten Zone zugesetzt ist. Dadurch wird die erforderliche Schweißbarkeit und Brennschneidbarkeit beibehalten. Ferner ist für Verwendungen, bei denen Chloridionen zugegen sind, Molybdän zur Erhöhung der Stabilität der passiven Schicht, d. h. der Kurrosionsbeständigkeit, zugesetzt.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen im einzelnen erläutert

F1 g. 1 zeigt die Bereiche eines Erhitzers, die der Spannungsrißkorrosion ausgesetzt sind.

F i g. 2 zeigt schematisch den Mantelaufuau und die SpannungsriÖkorrosion, die an der inneren Oberfläche des Mantels im Erhitzer auftritt.

F i g. 3 zeigt im Querschnitt schematisch das Fortschreiten der Spannungsrißkorrosion.

F i g. 4 zeigt die Anfälligkeit für die Spännungsrißkörrosion in Abhängigkeit vom Gehalt an Chrom und (C + N).

F i g. 5 zeigt die Anfälligkeit für die Spannungsrißkorrosion in Abhängig'cfiit vom Gehalt an (C + N) und dem Verhältnis Nb/(C + N), den Grad der Carbidstabilisierung.

F i g. 6 zeigt den F.influß des /usat/cs von Molybdän oder Molybdän und Niob auf die Nifrat-Spannungsrilt korrosion von chromhaltigen .Stahlen.

F-" i g. 7 zeigt die Nitrat Spannungsrißkorrosionsbe ständigkeit eines erfindiingsgeinäD verwendeten Stahl« an den Schweißnähten im Vergleich mit derjenigen eines Vergleichssiahls in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Ausmaß der Spannung und der Chlondionenkonzentration.

I i g. 8(a) zeigt ein Probestück für die AufschweiU I^! Biepepriifung.

I ι g 8(b) zeigt den Aufbau der I' Biegebelastung

I ι g. 4(a) zeigt den Grundriß des Probestück fur die I ι gen zwang-Spa timings ^(korrosionsprüfung I ι g. ¹^b) zeigt den (Querschnitt des Probestück ν

Die Zusammensetzung des erfmdungsgemäB verwen lieten Stahls ergibt sich aus den folgenden ί >riwitl·-η■ Fm niedriger Kohlenstoffgehalt ist aus (!runden der

der ( arbidhildung sowie iler Verbesserung de· Schweißbarkeit bevorzugt. Die Obergrenze des Kot-'ensloffgehalts ist deshalb nut 0.Oi(V¹O festgelegt Die ' 'ntergrenze ist aus den praktischen Frfordernissen hei !er Stahlherstellung bei 0.(NVV¹O festgelegt und ist /ur \ufrechterhaltung eines gewissen Maßes an Festigkeit erforderlich

Der Kohlenstoffgehalt steht im Hinblick auf die I rscheinung der Nitrat Spannungsrißkorrosion in enger Beziehung zum Stickstoffgehalt. Wie bereits erwähnt, intt die NitratSpannungsrißkorrosion im Stahlblech w>n F.rhitzern längs der Korngrenzen auf. /um /weck der Verhinderung dieser Rißhildung iss e:re Vermiiv.ie rung der Carbid- und Nitridmenge an den Kurngrenzen ■ind außerdem eine Verminderung der Entmischung bestimmter Elemente, wie Kohlenstoff. Stickstoff und Phosphor, auf das geringstmögliehe MaU wirksam. Wie aus F-" i g. 4 hervorgeht, hängt die Nitra'-Spannungsnßkorrosion im Bastsstahl eindeutig von der Fähigkeit des Stahls zur Bildung einer stabilen passiven Schicht ab.

In der Schweißzone fallen chromhaltige Carbide und ■ Nitride längs der Korngrenzen an den Bmdestellen und den der Flitzeeinwirkung ausgesetzten Bereichen aus. was eine Verarmung an Chrom zur Folge hat. An diesen Bereichen tritt bevorzugt die Nitrat-Spannungsnßkorrosion auf. /ur Lösung dieses Problems ist der Zusatz von Niob, das eine starke Neigung zur Bildung \on Carbiden und Nitriden aufweist, erforderlich. Dadurch entsteht Niobcarbid oder -carbonitrid anstelle von Chromcarbiden. Auf diese Weise kann eine Verarmung an Chrom in den Naht- und den der Hitze ausgesetzten Bereichen vermieden werden, und zwar weiter als durch Beschränkung der absoluten Menge an (C + N). wobei eine zusätzliche Härtung der Schweißzone infolge feinteiliger Carbidausfällung vermieden wird. Zur Bestimmung des geeigneten Bereichs für den Gehalt an -i (C + N) werden die in Tabelle IV aufgeführten Stähle mit einem Gehalt von 2 bis 6% Chrom der Spannungsrißkorrosionsprüfung (4-Punktunterstützungs-Biegeprüfung) unterzogen. Die Ergebnisse sind in F i g. 5 gezeigt, wo die Rißbildungsbereiche in Verbin- «i dung mit dem Verhältnis von Niob zu (C + N) und mit dem (C -s- N>Gehalt dargestellt ist Der für die vollständige Verhinderung der Spannungsrißkorrosion in der Schweißzone ebenso wie im Blech selbst erforderliche Gehalt an (C + N) beträgt höchstens »5 0.06*». Die üntergrenze des Gehahs an (C + N) beträgt 0,005%. Sie ist durch die Erfordernisse der Festigkeit und Zähigkeit bestimmt.

Der (hromgehalt des erfmdungsgeniäU verwendeten Stahlblechs ist auf den Bereich von 2 bis fi'Vo begrenzt Aiii f ig-l geht eindeutig hervor, daß bei einem (hromgehalt von mindestens 2"Ί> keine Spannungsrißkorrosion auftritt, wenn iler Gehalt an (C ;- N) gleichzeitig höchstens 0.06% beträgt. Dies gilt sogar in Nitratuiiigebung mit einem geringen Anteil an Chlorid ionen, wie dies bei der tatsächlichen Verwendung des Stahls vorkommt. Wenn andererseits der (hromgehalt fi'Vi, überschreitet, dann wird die dasschneidbarkeil sehr stark verschlechtert: vgl. labeile I. Es ist dann sehr si hw ifiig. ein dick·, ν Siahlblech gaszuschneiden, so daß Plasma- oder Pulverschneiden erforderlich ist

So lange sub der ('hromgehalt in dem vorstehend angegebenen Bereich befindet, tritt in bezug auf die I estigke¹.' und Zähigkeit des Stahlhleihs selbst und der Schweiltzotieti -'bensow enig ein·.¹ Si hw lengkei: auf wie !■. hezug auf die allgemeine Wirtschaftlu hkeii des V..:!":¹· !!·.■-· ^ir.-".!f;! 'st mn ( hrmiiiJi-h.ilt im Bereich '.on ! b;> Ι"· im Hinblick auf die Spannungsrißkorrosiotisbestandigkeit ίγκΙ die Ciasschneulb.irkeit.

Niob ist im erfmdungsgeniäU ν er« endeten Stahlblech ein wesentliches Elemi'tit. Dadurch, daß es beim Schweißen eine Verarmung an ( hmm verhindert, ist es besonders wirksam als Schutz der Schweißzone vorder SpanniingsriUkorrosion. Der geeignete Bereich des Niobgehalts beträgt 0.01 bis 7 < (C f N)%. Da Niob ein si >ker Carbid und Nit'idbildner ist. wird angenommen.daß es an den Korngrenzen wirksam eine Verarmung an Chrom verhindert, da Niobcarbide und -nitride bei höherer Temperatur als die entsprechenden C'rTTiverbirdungen gebildet tverden und somit diepassive Schicht an den Nahtstellen und den der Hitze ausgesetzten Zonen stabilisiert wird. Fin Niobgehalt unter 0.01% ergibt keine spürbare Wirkung mehr. Übersteigt der Niobgehalt dagegen 7 χ (C + N)%. dann entstehen aus dem überschüssigen Niob, das nicht als Carbid oder Nitrid gebunden ist. Fisen-Niob-VerHuv düngen, die eine beträchtliche Versprödung des Stahls verursachen. Auch die zu starke Ausfällung von Niobcarbid oder -carbonitrid kann zu unnötiger Härte der SChweißbereiche führen. Aluminium ist ein Desoxidationsmittel und wirkt gleichzeitig als starkes Nitrid bildendes Element, das Stickstoff als Aluminiumnitrid bindet. Dadurch wird die Entmischung von S'ickstoff an den Korngrenzen verhindert und so die intergranuläre Korrosionsbeständigkeit verbessert. Bei einem Aluminiumgehalt unter 0.01% kann keine genügende Desoxidation und Bindung von Stickstoff erreicht werden. Bei einem höheren Gehalt als 0.2% werden die Zähigkeit und die Duktilität des Stahls ungünstig beeinflußt Der Aluminiumgehalt ist deshalb auf den Bereich von 0.01 bis 0.2% begrenzt

Silicium und Mangan haben keinen Einfluß auf die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit Der Gehalt an diesen Elementen ist deshalb auf den Bereich beschränkt der üblicherweise in gewöhnlichen niedrig legierten Baustählen vorhanden ist

Phosphor und Schwefel sind gewöhnlich in Stählen in einer Menge von 0,001 bis 0,040% als Verunreinigungen enthalten. Diese Elemente besitzen größere Neigung zur Entmischung an den Korngrenzen und verschlechtern deshalb die Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit oder die Kerbzähigkeit des Stahls. Infolgedessen ist der Gehalt an diesen Elementen auf jeweils höchstens 0,025% begrenzt, insbesondere der Phosphorgchalt ist aus Gründen der Spannungsrißkorrosion vorzugsweise auf höchstens 0,015% beschränkt

MoKbd.in wird dem erfindtingsgeniiiß verwendeten Stahl in einer Menge von 0.! bis 1 .■)"■!> zugesetzt, um dir passive Schicht in chloridhaltiger I'mgrbun/ Z'i stabilisieren. Da der /usat/ von Molvbdan den Been h. der frei ist von Nitrat-Spannnngsrißkor losion. in Richtii-n: auf eine hohen¹ Chloridioneiikonzentranon ausdehnt, ist dieser /usat/ insbesondere fiir die Verbessi'rung der Nitrat-Sp.inriungM ißkornonsbescin digkeit wirksam; vgl. F ι g. h. Em höherer Molvbdän/il sat/ als die angegebene Ohergreti/e erhohl ledoch die Festigkeit besonders stark und verschlechtert die /ahigVe:'. und Verarbei'baikei¹ des Siahl·- Fm l>evor /ugler Bereich des Molybilangehal's isi deshalb aus praktischen ( irunden ti. i bis O, Vn

I i g. h /i-igi den kritischen Kurv einer,Ulf /wischen dem rißfreien Bereich und dem Bereich, in dem Risse auftreten, bei Stahlen mit einem (rehalt von oiM bis n.Oh·¹'· (C ι N) ohne /usat/ von Niob aK Funktion des Chron _-:liai's i.rul der ( hloridionenkoii/rntr.iii'in. Fs geht klar aus MgH hervor, dan eine bestimmte Stenge Chrom bei cner gegebene'! Chlondiotienkon/entratiot¹ /IK" Vermeidimg der Spanniing-rißl'orrosion. insbesondere in der Sc'nv.eill/one. notwendig ist Der /usat/ von MoKbdai bewirkt ebenfalls eine Verbesserung der Sp.Innungs."ißkorrosKUnbeständigkeit des Stahls.

I in Gehalt von höchstens 70 ppm Stickstoff, wie er üblicherweise bei normalen Konverierstahlen vor kommt, ist bevorzugt und ausreichend.

litar, und Vanadin, die wie Niob carbid- und mtridbildende Elemente sind, können Jem Stahl in geringer Mchl'c zugesetzt werden, um die Spanmings-"•ißkoi-p ■sinnshi-^l';!n-!ij:kci: zi: verlos· ···-> Se sind ledoch nich' so w irksam wie Niob.

Kup'er und Nickel können zum /weck der Bildung einer stabilen Schutzschicht und zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit gegen Nitrate zugesetzt werden. Ebenso kann Wolfram zur Stabilisierung der passiven Schicht in gleicher Weise zugesezt werden.

Wie sich aus den vorstehenden Ausführungen ergibt, ist der Zusatz einer bestimmten Menge von Chrom, die Erniedrigung des Gehalts an (C + N) und die Bindung von Kohlenstoff und Stickstoff dutch den Zusatz von Niob wesentlich, um Schweißbereiche zu erhalten, die eine hohe Beständigkeit in Gegenwart von Nitraten mit einem sehr kleinen Chloridionengehalt aufweisen, wie er bei den tatsächlichen Betriebsbedingungen vorkommt.

Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wird erfindungsgemäß die Verwendung eines Niob enthaltenden Stahls mi! einem niedrigen Gehalt an (C +■ N) und 2 bis 6°η Chrom vorgeschlagen, der sich besonders gut als I .!belle I
( hromseh.'lt.

Ergebnisse des Brennschneidens" I

= 30-^r~

r - 20-"^r

0.5
!.1
2.2
4.2
4.9
6.0
7.1
9.2

X
χ

liaiisuhlblech fur Mantelaiiskleidungen von Öfen. l\rhit/ern. Kesseln und dergleichen eignet, und der bei solcher Verwendung keine Nitrat-SpannungsriHkorrosion zeigt

Der Stahl kann nach einem Konverter· und Hrammenhcstelliingsverfahren oder durch Stranggie-Ben ebenso wie übliche Stähle hergestellt werden.

/um S< hweilSen des Stahls k.iiin auMcnit'scher Stahl nut niedrigem Kohlenstoffgehalt, beispielsweise die Serien SlJS i(RS oder SUS 308, als Schweißdraht verwendet werden. Dabei wird ausreichende Festigkeit und /ähigkcit der Schweißstelle erhalten. Wird dagegen ein Schweißdraht der gleichen Slahlzusammensetzung .ils das liasismelall verwendet, dann kann keine ausreichende /ähigkeit erhalten werden. Das Schweißen kann nach üblichen Verfahren, wie sie zum .schweißen von Stahlblech gewöhnlicher Dicke angewandt werden,durchgeführt werden.

D.is folgende Beispiel erläutert die Krfmdung.

im ilen ι atieueti π timi im muh mc

llt-llit- l/ ti

von erfindungsgemäß verwendeten Stählen Λ bis V. und von Veigleichsstählen F- und G sowie ihre mechanischen eigenschaften und die Ergebnisse der Spannungsrißkorrosionsprtifung zusammengefaßt. Die F.rgebnisse der Ijgenzw.ings- und U-üiegepriifung. die im Rahmen der Spanniipgsrißkorrosionsprüfung durchgeführt wurden, /eigen das ausgezeichnete Verhalten der erfindiingsge maß verwendeten Stähle im Gegensatz zu dem schlechten Verhalten der Vergleichsstählc. die als Mantelauskleidung für Erhitzer verwendet wurden.

Die NitratSpannungsrißkorrosion hangt hauptsächlich ν ί der Betriebstemperatur, dem Ausmaß der Spannung und der Chloridionenkonzentration ab. In F ι g. 7 wird die Nitrat-Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit der erfindungsgemäß verwendeten Stähle an der Sehweißzone mit derjenigen der Vergleichsstähle unter Verwendung von Temperatur. Ausmaß der Spannung und Chloridionenkon/entration als Parameter vergli chen. Es wird festgestellt, daß der Vergleichsstahl F bereits bei einer Spannung von 1.0 «, des Stahls und einer durchschnittlichen Betriebstemperatur von etwa 100 C unter Spanniingsrißkorrosion leidet. Dagegen ist der Stahl B noch unter einer Spannung von 1.2 «, bei 120" C und einer Chloridionenkonzentration von 1000 ppm vollständig frei von Spannungsrißkorrosion.

Bei der Verwendung in Erhitzern tritt bei Mantelauskleidungen aus den erfindungsgemäß verwendeten Stählen erst nach 1.5 bis 2.5 Jahren je nach den Betriebsbedingungen Spannungsrißkorrosion auf. Dies zeigt deutlich die hervorragende Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit dieser Stähle.

SchneidbedinumKOn

Blechdicke: 40 mm

Düse: = 3

C_:H;-Druck: 0.3 kg/cnr G

O_:-Druck: 7 kg/cm' G

r: Schneideeschwindiekeit

ebenso gut »ie bei weichem Stahl

nicht gut genug zum Schweißen ο !ine daß zusätzliches Glätten durchgeführt wird.

schwierig.

K)

Alle Probestücke bestanden aus Stahl gleicher lösung zur Prüfung der Anfälligkeit für Nitrat-Span-

/.iisammcnsetzung mit Ausnahme des (hromgehalts mmgsril.lkorrr «litni. Die Probestücke wurden 500 .Stun

mill wurden in eine wäßrige Lösung von f>()ⁿ/n Ca den bei 120 ( in der Lösung belassen. In einigen Füllen

)); + 4% NIhNOi getaucht. Hies ist eine Standard· wurden der Lösung Chloridionen zugesetzt.

Tabelle Il
Siiihlc

Mn

M₁.

Nh

N h/K ■ Ni

I rlmilungsgeniaü
\etwendete St.ihle

ν¹ ii.'" o.iι! S o,ii(i5 2.1

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I.2S (I.SO 0.01S 11.1106 3.5

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.erwendete Stahle

'. ergleiehsstahlc

22	Abschrecken • Anl.issen	3,,	,:,	34	CC	k:me Riß bildung	kjine RiH- bildung
24	desgl.	3').o	55.0	36	30.8	desgl.	desgl.
24	desgl	41.0	<; ■>	34		desgl	desgl.
40	desgl	4t 1.6	55.0	34	33.1	desgl	desgl.
25	desgl.	3-.1	5". I	3d	2M.2	desgl.	desgi
25	Normal glühen -1- Anlassen	Γ Λ	54. w	>i I	2 ".6		desgl.
	Normal glühen	36.2	5S.2	33	26.2	Riß bildung	RiB- bilduiiü
25	Abschrecken + Anlassen	39.2	56.5	34	30. i	desgl.	desgl.

*i 2 mm V Charpy absorbierte Energie bei 0^cC. Tabelle IV

Stähle

Elemente
Cr

Nb

Nb
(C + N)

!Ergebnisse de" Spannungsriükorrosions-IjriJfung an Schweißstellen (4-Punktunterstützungs-Biegeprüfung ι

1 2.10 0.0251 0.004° 0.105 0.25 3.5 keine Rißbildung

2 2.00 0.0249 0.0061 0.036 - 1.20 Mißbildung

Nl.ilik- ! knunl

( r

Il

12

Nh

(C ' Nl

l-rucbnissL· ck'f Sp.mmiiii;->nl.*K.i> rr<i-.nin-.-

pri'il'iini: .m Siliucilv ■-lelk'n 14-l'unktiriicr-

3.25 3.(11 .1.05 4,'Hi -1.7(1

ι.. 15

(1.(114"	o.i um	(Mh(I
O.Ü24X	0.0052	(1.054
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ο.οο-Γ	0.004S	o.''5"
O.o 134	0.0041	11.43"

0.25

0.25 0.50 0.25 0.50 0.50

2.50 1.31 1.10 4.15 2.5(1 1.3(1 4.60 4.51 1.10 2.51

keine RiHbililung Riübildung

keine

ilesul.

Rilibililung

desgl.

keine RiUhilclung

RiBbikking

keine RiBbiklum;

Alle vorstehenden Stahlpioben enthalten etwa O.25"'n Si, etwa 0.015% P. etwa 0.25% Al.etwa 0.7% Mn und e.wa O.OOfi"/.. S.

llki/u S lila

Lie η

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Legierung, bestehend aus
0,005 bis 0,056% Kohlenstoff

0,1 bis 1,0% Silicium

0,1 bis 2,0% Mangan

2 bis 6% Chrom

0,01 bis7(%C+%N)% Niob

0,01 bis 0,2% Aluminium

bis 0,025% Schwefel

bis 0,025% Phosphor

Rest Eisen und unvermeidliche

Verunreinigungen,

mit der Maßgabe, daß (%C + %N) höchstens 0,06 beträgt

als Werkstoff zur Herstellung von Mantelblechen zur Auskleidung von öfen, Kesseln und Hochtemperaturerhitzern, in denen stickstoffoxidhaltige Verbrennungsgase auftreten.

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, die zusätzlich 0,1 bis 1,5% Mo enthält, für den Zweck nach .Anspruch!.