DE2950231C2 - Verwendung einer warmfesten Legierung für in Glühöfen angeordneten Einrichtungen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer spezifischen warmfesten Legierung, an der fremder Zunder nicht haftet, als Werkstoff zur Herstellung von Schienen, Rollen oder Rädern, die am Boden von Heiz- oder Glühöfen angeordnet sind.

Legierungen mit hohem Kobaltgehalt, die 20 bis 50 Gew.-% Kobalt enthalten, sind als warmfeste oder hitzebeständige Legierungen bekannt, die als Konstruktionsmaterial für Bodenschienen und Walzen bzw. Räder 3d verwendet werden können, die in Heizöfen, Homogenisieröfen und ähnlichen Öfen installiert werden. Diese Legierungen besitzen den Vorteil, daß sie aufgrund ihres hohen Kobaltgehalts den daraus gefertigten Werkstükken die gewünschte Festigkeit bei den angewandten hohen Temperaturen verleihen. Wenn Schienen und Walzen bzw. Räder in Öfen bei einer Temperatur von 900° C bis 1200° C dazu verwendet werden, dicke Stahlplatten zu tragen und zum Zwecke einer Wärmebehandlung durch den Ofen zu führen, neigt die Legierung dazu, mit dem auf der Stahlplatte gebildeten Zunder zu reagieren, was zur Folge hat, daß der Zunder thermisch an der Oberfläche der Schienen oder der Walzen oder Räder anhaftet. Dieses Phänomen des »Anhaftens« führt zu Fehlern auf der Oberfläche der Stahlplatte und beeinträchtigt die Qualität des Produkts. Weiterhin enthält diese Legierung eine große Menge des kostspieligen Kobalts und ist daher teuer.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine warmfeste Legierung zu finden, die als 4(i Werkstoff zur Herstellung von Schienen, Rollen oder Rädern, die am Boden von Heiz- oder Glühöfen angeordnet sind, an denen fremder Zunder nicht anhaftet und mit der es gelingt, die oben angesprochenen Probleme der Qualitätsbeeinträchtigung der behandelten Stahlplatten zu lösen.

Aus der DE-OS 22 11 229 ist ein warmfester Austenit-Stahl aus 0,1 bis 1% Kohlenstoff, 0,01 bis 3% Silicium, 0,01 bis 10% Mangan, 13 bis 35% Chrom, 15 bis 50% Nickel und Eisen und Verunreinigungen als Rest bekannt, der für die Verwendung In Schmiede-, Walz- oder Extruslonsformen geeignet ist und die Herstellung von Rohren mit verbesserter Wandstärke und Länge sowie die Produktion von Stählen in Blechform ermöglicht.

Auch das Werkstoff-Handbuch Stahl und Eisen (1965), Blatt 091 beschreibt hitzebeständige Stähle und gibt an, daß ihr Zunderverhalten durch den Gehalt an Chrom, Silicium und/oder Aluminium begünstigt werden kann.

5(1 Ls hat sich nunmehr gezeigt, daß die erfindungsgemäße Aufgabe durch Verwendung einer warmfesten Legierung gelöst werden kann, die Nickel, Kobalt und Molybdän in ausgewogenen Mengenverhältnissen enthält und an der fremder Zunder nicht haftet.

Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung einer warmfesten Legierung, an der fremder Zunder nicht haftet, bestehend aus

0,1 bis 0,5% C,

1,0 bis 1,8% Si,

mehr als 0 bis 2,0% Mn,

26 bis 30% Cr,
M) 34 bis 40% Ni,

3 bis 10% Co,

0,5 bis 3,0% Mo,

0,5 bis 5,0% Nb,

0,5 bis 10% W,
f.5 bis 0,04% P,

bis 0,04% S,

Rest Eisen.

wobei die Gesamtmenge von Ni + Co 37 bis 43% beträgt, als Werkstoff zur Herstellung von Schienen, Rollen oder Rädern, die am Boden von Heiz- oder Glühöfen angeordnet sind.

Die erfindungsgemäß verwendete Legierung enthält die angegebenen Bestandteile in den angegebenen Mengen und wird dadurch gebildet, daß man die Bestandteile in Oblicher Weise zusammenschmilzt.

Kohlenstoff: Kohlenstoff ist In Austenit enthalten und verleiht dem Gefüge eine erhöhte Härte, wobei er sich mit Chrom, Wolfram und Niob unter Bildung von Carbiden vereinigt, die eine verbesserte Hochtemperaturhärte zur Folge haben und auch dazu dienen, den Austenit zu stabilisieren. Ein Überschuß von Kohlenstoff führt jedoch zu einer verschlechterten Dehnung und einer Beeinträchtigung der Schweißbarkeit, so daß der Kohlenstoffgehalt höchstens 0,5% betragen sollte. Wenn andererseits weniger als 0,1% Kohlenstoff vorhanden ist, läßt sich die ausreichende Festigkeit bei hohen Temperaturen nicht erreichen und das Austenitgefüge wird instabil. Demzufolge Hegt der erfindungsgemäß geeignete Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,1 bis 0,5%.

Silicium: Silicium dient als Desoxidationsmittel und verleiht dem Material eine verbesserte Schweißbarkeit und eine erhöhte Wärmebeständigkeit. Die Anwesenheit von weniger als 1,0% Silicium führt zu einer unzureichenden Schweißbarkeit und Warmfestigkeit, während Mengen von mehr als 1,8% zu einer Verminderung der Zähigkeit und einer Beeinträchtigung der Schweißbarkelt führen. Somit Hegt der bevorzugte Slllciumgehalt im Bereich von 1,0 bis 1,8%.

Mangan: Mangan dient ebenfalls als Desoxidationsmittel und führt zu einer verbesserten Schweißbarkeit. Die Anwesenheit von mehr als 2,0% Mangan führt jedoch zu keiner weiteren Verbesserung. Die Manganmenge sollte daher vorzugsweise innerhalb des folgenden Bereiches liegen: 0 < Mn S 2.0%.

Chrom: Chrom verleiht der Legierung die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Die Legierung muß mindestens 26% Chrom enthalten, um die erforderliche Wärmebeständigkeit bei Temperaturen bis zu 1200⁰C zu besitzen. Oberhalb 30% Chrom ergibt sich eine Beeinträchtigung der Zähigkeit und der Schweißbarkeit. Demzufolge Hegt der geeignete Chromgehalt Im Bereich von 26 bi? 30%.

Nickel: Nickel ermöglicht die Bildung eines austenitischen Gefüges und führt zu einer verbesserten Zähigkeit und einer Stabilisierung der Hochtemperaturfestigkeit. Wenn die Legierung, wie oben angegeben, eine große Menge Chrom enthält, müssen mindestens 34% Nickel vorhanden sein, um die Austenitphase zu stabilisieren und das Anhaften von Fremdmaterialien, wie Zunder oder Schlacke, zu vermelden. Selbst wenn mehr als 40% Nickel vorhanden sind, läßt sich keine weitere Verbesserung dieses Effekts erreichen. Somit sollte der Nickelgehalt geeigneterweise im Bereich von 34 bis 40% liegen.

Kobalt und Nickel + Kobalt: Kobalt ist ein wesentlicher Bestandteil zur Erzielung der verbesserten Festigkeit bei hohen Temperaturen und zur Stabilisierung der Austenitphase. Eine Menge von weniger als 3,0% Kobalt führt jedoch nicht zu einer vollständigen Verhinderung des Phänomens des Anhaftens.

Kobalt verhindert das Anhaften von Zunder und dergleichen sehr wirksam, wenn es In geeignetem Verhältnis mit Nickel vorhanden ist. Umfangreiche Untersuchungen haben gezeigt, daß der anzustrebende Bereich von Nickel + Kobalt zwischen 37 und 43% liegt. Wenn Kobalt in einer Innerhalb dieses Bereiches liegenden Menge eingesetzt wird, ergeben sich außergewöhnlich starke Effekte im Hinblick auf das Anhaften, während bei Anwendung von Kobalt außerhalb des angegebenen Bereiches diese Effekte weniger stark ausgeprägt sind. Mengen oberhalb der angegebenen Obergrenze sind wirtschaftlich nachteilig. Kobalt führt zu einer stabilisierten Austenitphase und zu einer Steigerung der Festigkeit bei hohen Temperaturen, selbst wenn die Kobaltmenge lediglich bis zu 10% beträgt. Im Hinblick auf die Mengen von Nl+ Co und den Nickelgehalt wird Kobalt vorzugsweise In einer Menge von bis zu 9,0% eingesetzt.

Molybdän: Molybdän 1st ein wesentlicher Bestandteil, der zu einer Verbesserung der Druckfestigkeit bei hohen Temperaturen führt. Um eine zufriedenstellende Druckfestigkeit bei hohen Betriebstemperaturen zu erreichen, sollten wenigstens 0,5% Molybdän vorhanden sein, während Molybdänmengen von mehr als 3,0% zu keiner weiteren Verbesserung des Effekts führen, sondern lediglich zu höheren Kosten und damit unwirtschaftlich sind. Demzufolge Hegt die erfindungsgemäß eingesetzte Molybdänmenge Im Bereich von 0,5 bis 3,0%.

Niob: Niob führt zu einer Steigerung der Verschleißfestigkeit bei hohen Temperaturen sowie zu einer Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit und zu einer Verminderung der Haftung. Mengen von weniger als 0,5% führen zu weniger ausgeprägten Effekten, während Nlobmengen von mehr als 5% zu einer Verschlechterung der Zähigkeit und der Schweißbarkelt führen. Daher sollte Niob in einer Menge von 0,5 bis 5,0% vorhanden sein.

Wolfram: Wolfram muß vorhanden sein, um der Legierung eine verbesserte Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturfestlgkelt zu verleihen. Diese Effekte können nicht in dem angestrebten Ausmaß erreicht werden, wenn Wolfram In einer Menge von weniger als 0,5% vorhanden Ist, während Mengen von mehr als 10% zu einer deutlichen Verminderung der Zähigkeit oder Festigkeit führen. Die geeignete Wolframmenge liegt daher im Bereich von 0,5 bis 10%.

Phosphor und Schwefel: Phosphor und Schwefel, die jeweils Verunreinigungen darstellen, sollten nicht In Mengen von mehr als 0,04% vorhanden sein, da sie sonst die Festigkeit, die Zähigkeit etc. der Legierung beeinträchtigen.

Die Legierung enthält als Rest Elsen. Sie enthält ersichtlich neben Phosphor und Schwefel auch andere Elemente als Verunreinigungen, die herstellungsbedingt sind und bei einer technischen Herstellung nicht ^o vermieden werden können.

Beispiel

Die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen mit niedrigem Kobaltgehalt werden bezüglich ihrer Zunderaufnahme untersucht, indem man sie zu Schienen verarbeitet und diese während 6 Monaten In einem Ofen mit oxidierender Atmosphäre bei 1150⁰C verwendet. Anschließend wird das Aussehen der Schienen mit dem bloßen Auge untersucht. In ähnlicher Welse werden eine herkömmliche Legierung mit hohem Kobaltgehalt

(19,1% Kobalt) und Legierungen untersucht, die Nickel und Kobalt in einer Summenmenge enthalten, die außerhalb des erfindungsgemäß definierten Bereiches liegt, wobei die eine Legierung diese Legierungsbestandteile in einer oberhalb und die andere in einer unterhalb des erfindungsgemäß definierten Bereiches liegenden Menge enthalten. Die Zusammensetzungen der untersuchten Legierungen und die hierbei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt.

Tabelle

Legierunp-	Bestandteile	Si	(Rest Eisen)	P	S	Cr	Ni	Co	W	Nb	Ni+Co	Mo	Ausmaß
	C	1,12	Mn	0,021	0,018	26,8	20,7	19,1	3,8	3,01			des Anhaftens
Herkömmliche	0,40		1,24										C
Legierung		1,21		0,018	0,021	26,1	34	7,9	0,9	4,8	41,9	0,6
Erfindungs	0,35	1,20	1,30	0,020	0,019	27,0	37	5,0	5,3	3,0	42,0	0,7	A
gemäße	0,38	1,19	1,15	0,019	0,020	29,0	39	3,1	9,5	0,6	42,1	0,6	A
Beispiele	0,33	1,20	1,20	0,019	0,021	28,5	35	3,1	4,1	3,8	38,1	0,8	A
	0,39		1,18										A
Ni+Co-Gehalt		1,19		0,018	0,019	27,9	30	2,5	8,1	0,7	32,5	0,6
zu gering	0,35	1,20	1,20	0,021	0,020	28,1	39,5	5,0	5,5	2,9	44,5	0,7	D
zu hoch	0,38	1,18									B

Anmerkung: Ausmaß der Anhaftens: A: Kein Anhaften B: Geringes Anhaften

C: Mäßiges Anhaften (läßt sich durch Reiben mit der Hand entfernen) D: Deutliches Anhaften

Die Testergebnisse zeigen, daß die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen mit niedrigem Kobaltgehalt, die die angegebene Zusammensetzung besitzen, wesentlich verbesserte Haftungseigenschaften besitzen und daher verwendet werden können, ohne daß eine Beeinträchtigung von dicken Stahlplatten verursacht wird. Wenngleich die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen den kostspieligen Bestandteil Kobalt in einer geringeren Menge von 3,0 bis 9% enthalten als Folge der Kombination von Nickel und Molybdän, sind sie bezüglich ihrer Festigkeit bei hohen Temperaturen mit Legierungen mit hohem Kobaltgehalt vergleichbar, die für Ofenschienen verwendet werden, und sind demzufolge wirtschaftliche wesentlich vorteilhafter. Aus der obigen Tabelle geht ferner hervor, daß die Legierungen, die Nickel und Kobalt In einer Summenmenge enthalten, die oberhalb oder unterhalb des erfindungsgemäß definierten Bereichs liegen, ein stärkeres Ausmaß des Anhaftens von Zunder zeigen als die erfindungsgemäß verwendeten Legierungen.

Claims (1)

1. Patentanspruch:
   Verwendung einer warmfesten Legierung, an der fremder Zunder nicht haftet, bestehend aus

   J 0,1 bis 0,5% C,

   1,0 bis 1,8% Si,

   mehr als 0 bis 2,0% Mn,

   26 bis 30% Cr,

   34 bis 40% NI,
   l« 3 bis 10% Co,

   0,5 bis 3,0% Mo,

   0,5 bis 5,0% Nb,

   0,5 bis 10% W,

   bis 0,04% P,
   bis 0,04% S,

   Rest Eisen,

   wobei die Gesamtmenge von Ni + Co 37 bis 43% beträgt, als Werkstoff zur Herstellung von Schienen, Rollen oder Rädern, die am Boden von Heiz- oder Glühöfen angeordnet sind.