DE3130179C2

DE3130179C2 - Ferritischer, hitzebeständiger Stahl

Info

Publication number: DE3130179C2
Application number: DE3130179A
Authority: DE
Inventors: Toshio Tokio/Tokyo Fujita; Katukuni Sagamihara Kanagawa Hashimoto; Yasuo Machida Tokio/Tokyo Otoguro; Hisashi Takahashi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1980-07-30
Filing date: 1981-07-30
Publication date: 1984-09-27
Also published as: JPS5914097B2; US4405369A; DE3130179A1; JPS5729560A

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein ferritischer, wärmebeständiger Stahl mit hervorragender Zähigkeit, enthaltend 0,03 bis 0,10 Gewichtsprozent Kohlenstoff 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent Silicium höchstens 1,5 Gewichtsprozent Mangan 1,5 bis 2,7 Gewichtsprozent Molybdän 7,0 bis 10,0 Gewichtsprozent Chrom 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent Niob 0,02 bis 0,12 Gewichtsprozent Vanadium und 0,01 bis 0,10 Gewichtsprozent mindestens eines seltenen rdmetalls mit einer Atomzahl von 57 bis 71 und/oder Yttrium als Legierungselement, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, obei das Verhältnis der Summe der Zahl der Niob- und Vanadiumatome zur Zahl der Kohlenstoffatome im Bereich von 0,35 bis 0,80 liegt und der Wert für ( ↑C ↑r ↑% / ↓3 ↓0 + ↑M ↑o ↑% / ↓1 ↓0 - C%) und den Prozentgehalt des genannten Legierungselements auf oder innerhalb des unregelmäßigen Fünfecks, gemäß Fig. 1, liegen, das durch die Punkte A, B, C, P und D mit den folgenden Koordinaten definiert ist: Punkt ( ↑C ↑r ↑% / ↓3 ↓0 + ↑M ↑o ↑% / ↓1 ↓0 - C%) Legierungselement (Summe des REM- und Y-Gehalts),% - A 0,28 0,10 B 0,28 0,01 C 0,52 0,01 P 0,57 0,055 D 0,52 0,10.

Description

der SIiM und Y ;ιιιΓ oder innerhalb des unregelmäßigen und /) mit den folucndcn Koordinaten definiert ist:

Fünfecks liefen, «.las durch die Punkte .-!, B. C. P

Punkt	ι Cr %
	I 30
I	0.2S
B	0.2S
C	0.52
P	0.57
η	0.52

10

r-«i

(Summe des SIiM- ιηκ\ Y-Clelialts). %

0.10

0.01

0.055

0.10

In der I igur wird die Zeitstandfestigkeii bei 600⁰C von anderen technischen wärmebeständigen Stählen und den Stählen der Erfindung verglichen.

Das charakteristische Merkmal des Stahls der Erfindung ist der stark verminderte Kohlenstoffgehalt zur Verbesserung der Schweißbarkeit und Formbarkeit. Eine Verminderung der mechanischen Festigkeit infolge des \erminderten Kohlenstoffgehalls wird dabei aber durch Ausscheidung einer entsprechenden Menge an Carbiden

^..„.„..jjj.u^j. u~

verhindert

Mindcsiens ein seltene'. Frdrncu!!! mit einer A!;;

.zah! von 57 bis 7! ;:nd ;;i!er

Ymrium wird in bestimmter Menge zusammen mit darauf abgestimmten Mengen an Chrom. Molybdän und Kohlenstoff zugesetzt, um die Versprödung des Stahls beim Hochtemperauirbetrieb zu unterdrücken und somit :u die Zähigkeit zu verbessern, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen.

Der Kohlenstoffgehalt ist auf höchstens 0.10% begrenzt ist. um eine erhöhte Schweißbarkeit und Formbarkeit zu gewährleisten. Um eine erhöhte /eitstandfestigkeit sogar bei einem derart verminderten Kohlenstoffgehalt sieherzustellen, sind auch die Gehalte an Niob und Vanadium auf entsprechender Höhe in Übereinstimmung mit dem Kohlenstoffgehalt kontrolliert. :^;

Es wurde die Wirkung der Beziehung zwischen den Gehalten an Chrom und Molybdän und den Gehalten an Kohlenstoff und Vanadium vom Standpunkt der Versprödung des Stahls untersticht. Dabei wurde lest gestellt, daß bei einem Anstieg des Chrom- und Molybdängehalts gleichzeitig eine Erhöhung des Kohlenstoffgehalts erforderlich ist. um eine Versprödung des Stahls zu verhindern.

/.iif der Grundlage der vorstehend erwähnten Befunde konnte ein neuer Typ von ferritischen. wärmebe- <o ständigen Stählen bereitgestellt werden.

Der ferritische Stahl der F.rfindung besteht aus (in Gew.-%) 0.03 bis 0.10. vorzugsweise 0.04 bis 0.09% Kohlenstoff.

0.1 bis 1.0. vorzugsweise 0.2 bis 0.5 % Silicium.

höchstens 1.5. vorzugsweise 0.5 bis 1.2% Mangan. <5

1.5 bis 2.7. vorzugsweise 1.5 bis 2.2% Molybdän.
7.0 bis 10.0. vorzugsweise 8.0 bis 9.5 % Chrom.
0.01 bis 0.1. vorzugsweise 0.02 bis 0.06% Niob.
0.02 bis 0.12. vorzugsweise 0,05 bis 0.10% Vanadium.
0.01 bis 0.10. vorzugsweise 0.02 bis 0.06% SEM und oder Y. 41,

Der Rest der Stahllegieriing besteht aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen.

Dabei liegt das Atomverhäitnis (Nb + V)'C im Bereich von 0.35 bis 0.80.

Im ferritischen Stahl der Erfindung ist ferner der Wert für den Ausdruck (Cr%,30 + Mo% IO-C'%) und für die Summe SEM und Y in % auf oder in das unregelmäßige Fünfeck ITiIIi, das durch die Punkte .1. B. C. P und ß definiert ist. 4>

Summe des SEM- und Y-Gehalts. %

0.10 <o

0.01

0.055

0.10

Der Grund für die Begrenzungen der Mengen der einzelnen Komponenten wird nachstehend erläutert.

Kohlenstoff dient zur Erreichung einer hohen mechanischen Festigkeit des Stahls. Aufgrund der ansonsten eintretenden Verschlechterung der Schweißbarkeit und Formbarkeit soll der C-Gehalt höchstens 0.1% betragen. Mit dem nachstehend erläuterten Chromgehalt weist der Stahl eine besonders starke Härtbarkeit auf. wenn er w geschweißt wird. Die wärmebeeinflußte Zone kann dann merklich während des Schweißens Kaltrißbildung zeigen. Zur Schweißung müßte der Stahl deshalb auf eine deutlich hohe Temperatur vorerhitzt werden. Durch Einstellung des Kohlenstoffgehalts auf höchstens 0.10% wird die maximale Härte der wärmebeeinflußten Zone vermindert, so daß die erhaltene Schweißstelle leicht vor Rissen geschützt wird. Liegt der Kohlenstoffgehalt andererseits unter 0,03%, dann weist der resultierende Stahl eine schlechte Zeitstandfestigkeit auf. Die Unter- i>5 grenze des Kohlenstoffgehalts wird deshalb auf 0,03 % festgelegt.

Silicium ist ein Desoxidationsmittel für den Stahl. Ferner bewirkt Silicium eine Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit des Stahls. Die Obergrenze des Siliciumgehalts wird auf 1.0% festgelegt, um die Oxidationsbe-

Punkt	/Cr% Mo %
	\ 30 ⁺ 10
A	0.28
B	0.28
C	0.52
P	0.57
D	0.52

Ji JU r/y

ständigkeil ohne Verminderung der Schweißbarkeit und Zähigkeit /ti \erb:.;sern. Die Untergrenze liegt bei 0.10% für ausreichende !Desoxidation und gute Qualität des erhaltenen Stahls.

Mangan bewirkt nicht nur eine Desoxidation des Stahls, sondern criiöht aii"h dessen Festigkeit. Kin Mangangehalt über 1.5% verursacht jedoch beim erhaltenen Stahl eine verminderte Zähigkeit. Der Gehalt an Mangan im Stahl der Erfindung beträgt deshalb höchstens 1.5 %.

Molybdän erhöht die mechanische Festigkeit des Stahls, besonders deutlich bei erhöhter Temperatur durch Mischkristailhär¹ .mg. Molybdän wird deshalb zum Zweck der Erhöhung der Einsatzgrenze des Stahls bezüglich Temperatur line! Druck, zugesetzt. Molybdän ist jedoch ein teures Element. Eine zu grotie Menge Molybdän verursacht außerdem eine Verschlechterung der Schweißbarkeit, Oxidationsbeständigkeit und Zähigkeit. Der

in Molybdängehalt im Stahl der Erfindung soll deshalb 2.7% nicht übersteigen. Andererseits verursacht ein Molybdän/usatz in einer Menge von weniger als 1.5% im erhaltenen Stahl nur eine geringe Verbesserung der Zeitstandfestigkeit. Aus diesem Grund enthält der Stahl der Erfindung Molybdän in einer Menge von mindestens 1.5%.

Chrom verbessert die Oxidationsbeständigkeit des Stahls. Im ferritischen Stahl der Erfindung liegt der Chromgehalt im Bereich von 7.0 bis 10.0%. Unter 7.0% ergibt sich eine unbefriedigende Oxidationsbeständigkeit. Ein Chromgehalt über 10.0% verursacht dagegen im erhaltenen Stahl eine schlechte Schweißbarkeit und Zähigkeit, sowie insbesondere eine erhöhte Versprödung während des Gebrauchs.

Niob und Vanadium sind sehr wichtige Elemente für die Steuerung der Ausscheidungsbedinüiinaen und die Verteilung der Carbide M₁₁C₆ und M₆C. Dadurch wird die Festigkeit des Stahls bei erhöhter Temperatur

:ii sichergestellt.

Wenn jedoch entweder Niob oder Vanadium einzeln verwendet werden, ergibt sich keine ausreichende Wirkung. Nur die Gegenwart von Niob und Vanadium bewirkt eine genaue Steuerung der Ausscheidung und Verteilung der Carbide NbC und V₁C₃. Die Kombination von Niob und Vanadium bewirkt außerdem eine Kontrolle der Verteilung der feinen Teilchen der nach und nach ausgeschiedenen Carbide. M , ,C_fc und M„C. so daß die Teilchen

:5 dieser Carbide an einer Vergröberung gehindert werden, wenn der erhaltene Stahl über lange Zeit bei der Betriebstemperatur im Gebrauch ist.

Wenn das Atomverhältnis (Nb+ V)-¹C im Bereich von 0.35 bis 0.80 liegt, scheiden sich die Carbide NbC und V₄Cj aus und verteilen sich in Form von feinen Teilchen. Dies hat einen merklichen Anstieg der Zeitstandfestigkeit des erhaltenen Stahls zur Folge.

id Der Gehalt an Niob liegt im Bereich von 0.01 bis 0,1%. Wenn Niob in geringerer Menge zugesetzt wird, dann kann es in Verbindung mit Vanadium keine entsprechende Form und Verteilung der Carbide ergeben, so daß eine Verbesserung der Zeitstandfestigkeit nicht erreicht wird. Wenn der Niobgehalt andererseits mehr als 0.10% beträgt, dann wird das entstehende NbC in Gegenwart von Vanadium selbst grobkörnig, was einen ungünstigen Einfluß auf die Form und die Verteilung der anderen Carbide hat und zu einer verminderten Zähigkeit des erhaltenen Stahls führt.

In ähnlicher Weise ist der Vanadiunigehalt auf den Bereich von 0.02 bis 0.12% begrenzt. Wenn Vanadium in geringerer Menge eingesetzt wird, dann kann die vorstehend erwähnte Wirkung mit Niob zusammen nicht erreicht werden. Ein Gehalt an Vanadium über 0,12% verursacht andererseits eine Vergröberung des entstehenden V₄C, in Gegenwart von Niob. Das V₄C, in Form von groben Teilchen hat einen ungünstigen Einfluß auf die

4(i Form und Verteilung der Carbide M₁₃C₆ und M₆C. Dies führt zu einer Verminderung nicht nur der Zekstandlesiigkeit des erhaltenen St.ihls, sondern auch der Zähigkeit bei Langzeit-Betrieb.

Im ferritischen Stahl der Erfindung ist der Gehalt an mindestens einem Metall aus der Gruppe der seltenen Erdmetalle und Yttrium auf den Bereich von 0.01 bis 0.10% festgelegt. Diese Legierungselemente haben wenig Wirkung auf die Verbesserung der Zeitstandfestigkeit des Stahls, dagegen eine deutliche Wirkung bei der Mäßigung der Versprödung des Stahls nach langdauerndem Gebrauch. Der Zusatz dieser Legierungselemente ist deshalb in diesen Grenzen erfindungsgemäß sehr wesentlich. Bei einem Zusatz in einer Menge unter 0.01 % oder über 0.1 % tritt keine wesentliche Verminderung der Versprödung des erhaltenen Stahlsein.

Die Wirkung dieser Legierungselemente auf die Zähigkeit des Stahls nach langdauerndem Betrieb hängt nicht nur von ihrer Gesamtmenge ab. sondern wird auch durch die chemische Grundzusammensetzung und die

5ii metallographische Struktur des Stahls beeinflußt. Ein zu hoher Gehalt an (i-Ferrit verursacht eine verminderte Zähigkeit des Stahls.

Die Wirkung dieser Legierungselemente wird hauptsächlich durch die Gehalte an Chrom. Molybdän und Kohlenstoff im Stahl beherrscht. Es wurden Untersuchungen zu einer wirksamen Abstimmung dieser Elemente unter metallographischen Gesichtspunkten durchgeführt. Standardisierte Werte tür diese Elemente wurden jedoch noch nicht vorgeschlagen. Als Ergebnis zahlreicher Versuche wurde festgestellt, daß die Wirkung von SEM und oder Y der Struktur am besten entspricht, wenn (Cr%/30 + Mo%10 — C%) als Parameter benutzt wird. Wenn der Wen für (Cr%/30 +Mo% 10 —C%) über 0.57 liegt, wird die Wirkung dieser Legierungselemente merklich vermindert. Nahe an dieser Obergrenze kann eine Wirksamkeit der seltenen Erdmetalle und von Yttrium nicht immer erwartet werden. Der Grenzwert von (Cr%30 + Mo%/10 — C%) nimmt leicht ab. wenn

μ der Gesamtgehalt an Legierungselementen von dem günstigsten Zusatz abweicht. Die Untergrenze für (Cr%/30 + Mo%/10 — C%) ist ihrerseits durch das zulässige Minimum der Chrom- und Molybdängehalte auf das zulässige Maximum des Kohlenstoffgehalts in bezug auf die Zeitstandfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit begrenzt.

Um einen ferritischen Stahl mit befriedigender mechanischer Festigkeit. Oxidationsbeständigkeit, Schweißbarkeit. Formbarkeit und Zähigkeit zu erhalten, wobei die?-; Eigenschaften gut aufeinander abgestimmt sind.

ist es erforderlich, daß zusätzlich zu der Notwendigkeit, daß die Gehalte der einzelnen Elemente in den vorstehend angegebenen Bereichen liegen, die Werte für (Cr%/30 + Mo%/10-C%) und den Gehalt an dem Legierungselement auf oder innerhalb des spezifischen unregelmäßigen Fünfecks liegen, definiert durch die Punkte A (0.28: 0.10). ß(0.28: 0.01). C(0.52: 0.01), />(0.57: 0.055) und"ß (0.52: 0.10).

Die Ger;icle AB einspricht Jem Wen von (Cr% 30 + Mo % 10 - C¹Ii,)-= 0.28%. Wenn dieser Wen unter (>.2X% liegt, weist der erhaltene Stuhl geringe Zeilstandfestigkeit. Oxidationsbeständigkeit und Schweißbarkeit auf. auch u'.r.n die Gesamtmenge an Sϊ-.\Ί und Y innerhalb des durch die F.rfindung festgelegten Bereiches liegt. Die Geraden AD und BC bezeichnen die Obergrenze. 0.10%. bzw. die Untergrenze. 0.01 %. des Gesamtgehalts an SHM und V. Die Linie CPD umschreibt die Obergrenze für den Wert \on (Cr % 30 + Mo"» K) - ('%). innerhalb deren die Struktur durch den Gesamtgehalt an SEM und Y im Bereich von 0.01 bis 0.10% sichergestellt ist. Der Punkt 1' (0.57. 0.055) in Fig. Γ stellt den höchsten Wert für (Cr% 30 + Mo% IO-C'%) dar. nämlich 0.57. an dem eine verbesserte Zähigkeit erreicht werden kann, wenn der Gehalt von SEM und Y den günstigsten Wert von 0.055% hat. Die Funkte C und D stellen die Obcrgrcnzc von (Cr%/3() + Mo %,Ί0- C'%) dar. nämlich 0.52. wenn der Gehalt an SEM und Y 0.01 bzw. 0.1 % ist. Unter dieser Obergrenzc kann eine geeignete Struktur des erhaltenen Stahls erhalten werden, die es ermöglicht, die Wirkung der seltenen Erdmetalle und oder Yttrium zur Geltung zu bringen.

Die Merkmale und Vorteile des Stahls der Erfindung werden durch das folgende Beispiel erläutert.

Beispiel

Die chemische Zusammensetzung, die Zeitstandlestigkeit und die Dehnung unter einer Belastung von 176.4 N mnr bei MIO⁰C. die Zeitstandfestigkeil bei 600⁰C für 1000 Stunden, der Kerbschlagwert bei 20⁰C,

JtMIULCIIU

beim Schweißen als Index der Schweißbarkeit (Probendicke K) mm), das Atomverhältnis (Nb+V)¹C und der :n Wert (Cr .ή 30 r Mo % IO-C'%) für die geprüften Stähle sind in Tabelle I aufgeführt.

In labeile I sind die Slahlproben II. I. J. K. L. P. R. S. U und Λ1 Beispiele für Stähle der F.rfindung. Die anderen Proben sind Vergleichsbeispiele.

Die Stähle Λ bis D stehen für herkömmliche Stähle, bei denen Niob und Vanadium nicht in Kombination zugesetzt werden und die keinen Zusatz eines Legierungselcments aus einem seltenen Erdmetall mit einer :> Atomzahl son 57 bis 71 und.oder Yttrium aufweisen. Unter diesen Stählen ist der Stahl C ein 2V_-1Cr-IMo-Stahl, welcher gewöhnlich als niedriglegierter wärmebeständiger Stahl verwendet wird. Der Stahl A ist ein Legierungsstahl. der für Kessel und Wärmeaustauscher geeignet ist und eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen im Vergleich ui dem 2' ₄Cr-lMo-Stahl aufweist. Der Stahl A besitzt jedoch eine schlechte Zeitstandlestigkeit. Der Stahl B isl ein Stahl mit verbesserter Zeitstandfestigkcit im Vergleich zum Stahl A. Die ;n Stähle A. B und C besitzen jedoch alle eine deutlich schlechtere Zeitstandfestigkeil als die Stähle der Erfindung. Der Stahl D wird derzeit als Material für Oberhitzerrohre und Nachssürmrohre bei kohlebcfeuerten Kesseln in europäischen Ländern rund um Westdeutschland benutzt. Der Stahl D besitzt aber eine schlechte Schweißbarkeit und Formbarkeit infolge seines weit höheren Kohlenstoffgehalts als in den Stählen der Erfindung. Im Gegensatz dazu besitzen die Stähle der Erfindung einen verminderten Kohlenstoffgehall zur Verbesserung der J5 Schweißbarkeit und Formbarkeit. Die Stähle der Erfindung enthalten auch Niob und Vanadium in Kombination, um dit* Aussrhoidumi und Veneduru* der Curbidc so üünsiiii wie möiihch /u hallen Dadurch wird eine, hor- \orragende mechanische Festigkeit sichergestellt. Die Stähle der Erfindung enthalten schließlich mindestens ein seltenes Erdmetall mit einer Atomzahl von 57 bis 71 und oder Yttrium, um di■.· Versprödung während des Betriebs herabzusetzen. -t"

Die Vergleichsstähle F und Y haben jeweils einen Kohlenstoffgehalt, der von der oberen bzw. unteren Grenze des KohiensiolTsgehalt der Stähle der Erfindung abweicht. Der Vergleichsstahl F hat eine merklich niedrigere Zeitstandfestigkeil als der Stahl H der Erfindung. Beim Schweißen erfordert der Vergleichsstahl Y eir Vorerhitzen auf eine wesentlich höhere Temperatur als die Stähle der Erfindung, was zu Schwierigkeiten beim Schweißen führt.

Das Atomverhälinis (V+ Nb) C der Vergleichsstähle G. M und N weicht von dem der Stähle der Erfindung ab. Diese Vergleichsstähle weisen eine merklich niedrige Zeitstandfestigkeit als die Stähle H bis L der Erfindung auf.

Der Vergleichsstahl E enthält kein Legierungselement aus der Gruppe der seltenen Erdmetalle und oder Yttrium. Die Vergleichsstähle O und W enthalten ein solches Element in einer Menge, die außerhalb des für die Stähle der Erfindung definierten Bereichs liegt. Dies bedeutet einen Gehalt unter der Geraden BC für den Vergleichsstahl O und über der Geraden AD für den Vergleichsstahl W. Diese Vergleichsstähle E. O und W besitzen alle eine merklich verminderte Zähigkeit nach langdauerndem Erhitzen im Vergleich zu den Stählen Al. J und L der Erfindung.

Die Vergleichsstähle Q. T und V weisen Werte für (Cr%.30 + Mo% IO — C%) auf. die im Bereich rechts son der Linie CPD liegen. Diese Vergleichsstähle zeigen eine merklich erhöhte Sprödigkeit nach iangdauerndem Erhitzen im Vergleich zu den Stählen R. S und U der Erfindung.

Bei der Herstellung von Hochdruckanlagen, wie Kesseln, aus diesen Vergleichsstählen, die merkliche Versprödiing zeigen, besteht die Möglichkeit, daß die Anlage unter der Belastung in hydraulischen Druckversuchen bei in Abständen durchgeführten Prüfungen reißt. mi

Der Vergleichsstahl X enthält Molybdän in geringerer Menge als der Untergrenze gemäß der Erfindung. Auch svenn die anderen Bedingungen erfüllt sind, weist ein solcher Stahl eine merklich verminderte Zeitstandfestigkeit auf.

Der Vergleichsstahl Z ist ein Stahl, in dem der Chromgehalt über der Obergrenze für die Stähle der Erfindung liegt. Beim Schsveißen erfordert dieser Vergleichsstahl eine höhere Vorheiztemperatur als die Stähle der Erfindung. Außerdem ist die Zähigkeit dieses Vergleichsstahls schlechter als diejenige der Stähle der Erfindung.

In der Figur svird die Zeitstandfesiigkeit der Stähle H und J der Erfindung bei 600°C mit derjenigen von bekannten technischen Stählen verglichen. In der Fiaur zeigt die Kurve I den Verlauf der Beziehung Belastung-

Zeitstandfestigkeit für den Stahl H der Erfindung. Die Kurve II zeigt die gleiche Beziehung für den Stahl J der Erfindung, die Kurve 111 für den %erbessenen 9Cr-Mo-Vergleichssiahl, die Kurve IV für den Veraleichsstahi X20CrMoV-121. die Kurve V für den Vergleichsstahl 2¹Z₄Cr-IMo und die Kurve VI für den Vereleichsstahl 9Cr-IMo.

Die Zeitstandfesti₌keit der Stähle der Erfindung ist höher als diejenige des in Frankreich hergestellten Stahls EM12 (verbesserter 9Cr-Mo-Stahl) und des in. Deutschland hergestellten Stahls X20CrMoV-121, die zu den herkömmlichen ferritischen, wärmebeständigen Stählen gehören. Zusätzlich ist die Zeitstandfestigkeit der Stähle der Erfindung derjenigen der bekannten technischen Stähle 2'Z₄Cr-IMo und 9Cr-IMo weit überlegen. Die Stähle der Erfindung können demnach bei deutlich höherei Temperatur benutzt werden als die Vergleichsstähle unter üblicher Beanspruchung.

Aus dem vorstehenden Beispiel und der Figur geht hervor, daß die Stähle der Erfindung ausgezeichnete Schweißbarkeit und mechanische Festigkeit bei erhöhter Temperatur besitzen, während gleichzeitig ihre Zähigkeit auf hohem Niveau liegt. Dies gilt im Vergleich zu den üblicherweise zur Herstellung von Kesseln verwendeten ferriiischen Stählen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

1. Ferritischer, hitzebeständiger Stahl, bestehend aus (in Gew.-%) 0.03 bis O. IO Kohlenstoff

0.1 bis 1,0 Silicium

höchstens 1,5 Mangan

1.5 bis 2.7 Molybdän

7.0 bis 10.0 Chrom

0.01 bis 0.1 Niob

0.02 bis 0.12 Vanadium und

0.01 bis 0.10 mindestens eines seltenen Erdmetalls mit einer Atomzahl

von 57 bis 71 und/oder Yttrium

Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wo^ei das Verhältnis der Summe der Zahl der Niob- und Vanadiumatome zur Zahl der Kohlenstoffatome im Bereich von 0.35 bis 0.80 liegt und die Werte für

I- + -- - —C% J und den Prozentgehalt der Summe der seltenen Erdmetalle und des Yttriums auf

oder innerhalb des unregelmäßigen Fünfecks liegen, das durch die Punkte A. B, C, P und D mit den folgenden Koordinaten definiert ist:

Summe des SEM- und Y-Gehalts. %

0.10

0.01

0.055

0.10

Punkt fCr% Mo % (. 30 ^T 10 A 0.28 B 0.28 C 0.52 P 0.57 D 0.52

Tabelle I

Chemische Zusammensetzen}' und verschiedene Eigenschaften der geprüften Stähle

Stahl Gehall. (iew .-"< iler Klememe .03 .00 ( r Wert Gehalt. G cw.-% der Ce Atom 2.03 .83 9.08 von Elemente ver 0.48 0.96 .92 9.12 / ^CrA hältnis 0.59 .86 2.14 / 30 Λ (Nb-V)C 0.54 .90 11.54 Μ» (hl 0.51) 0.72 .80 8.72 ι ... ι C Si 0.73 .86 8.92 VcA Nb V 0.03 A 0.07 0.32 0.60 .80 8.46 Ij 1)4 B 0.07 0.35 0.63 .86 8.52 0.05 C 0.10 0.32 0.59 .79 8.47 0.04 D 0.19 0.22 0.64 .86 8.62 0.34 0.01 0.42 Γ: 0.04 0.45 0.70 .90 8.70 0.03 0.01 0.03 0.31 Y 0.02 0.60 Mn Mo 0.58 8.42 0.47 0.03 0.03 0.02 0.27 Ci 0.04 0.63 0.60 0.59 8.72 0.43 0.03 0.03 0.04 0.27 H 0.04 0.54 0.53 0.54 8.72 0.43 0.04 0.04 0.06 0.37 I 0.04 0.50 9.03 0.42 0.04 0.05 0.005 0.42 .1 0.04 0.53 0.43 0.03 0.08 0.57 K 0.04 0.53 0.43 0.06 U.OX 0.67 I. 0.04 0.55 0.43 0.04 0.11 0.78 M 0.04 0.53 0.43 0.09 0.09 0.82 N 0.04 0.54 0.44 0.09 0.12 0.94 O 0.04 0.53 0.45 0.04 0.08 0.6(1

Tabelle I

Stahl Zeitstand <10 Dehnung Si Zeitstand vE20 nach Elemente Mo / Cr ) Wen Vorheiz \ innerhalb Stahlqualität verhalten (%) 0,55 festigkeit 600⁰CxIO³S 1.86 87,2 8.80 von temperat. od. außer < 10 0.60 600⁰CxIO³S (J/cnr 2.69 — \ 9,;j / Cr zum halb des 131 0.62 (N/mm²) 2.50 — 8,99 3Ö' Schweißen ) unreeelm. (600°C. 176 N/cm²) 1560 0.57 2.69 19.6 9.92 Mo (⁰C) /% Nb Fünfecks Bruchzeit. 620 0.52 2.67 37,2 10.50 10 0.04 definiert S 1400 —. 0.62 Mn 2.67 57,8 8.98 V-c 0.06 durch 3410 — 0.63 0,54 2.50 67.6 9.89 0.42 0.06 A.B. CP 3960 — 0.62 0.57 1.80 74.5 8.70 0.54 0,05 u. D A 6230 — 0.59 79.4 0,56 1.39 51,9 8.70 0.52 100 0.04 unbe B 5180 45 0,58 122.5 0.54 1.85 57.8 8.80 0.56 100 0.06 — friedigend C 2910 40 0.62 100.9 0.56 1.87 56.8 11.60 0.58 75 0.04 — .. D 1340 42 0.58 147,0 0,58 2.00 57.8 8.70 0.52 150 0,06 — E 1400 31 — 0,59 Zeitsiand- 70,6 0.54 75 0.04 — F 6180 28 — 0.61 festigkeit 20.6 0.42 75 0.05 innerhalb G 24 5 N/mm²) — 0.59 60O=CxIO-¹S 0.39 75 0.04 ., H 26 191.1 0.63 (N/mm²) 0.36 75 0.04 inr.erh-i'b befrie 1 25 — 0.59 0.53 75 Voiheiz- digend J 25 203,8 0.57 0,45 75 temperat. K. 24 — vE20 nach 75 zum L 26 — 600°Cxl0^Jh 75 Schweißen .. M Gehalt. Gew.-% der — (Jem² 75 (⁰O unbe- N Dehnung 75 friedig. O (%) 100 außerhalb Stahl Gehalt. < jew.-% der Atom Element! ver 75 hältnis C 75 (Nb+V)/C 0.06 34 63.7 75 0,04 29 31,7 75 0.05 28 50.0 75 V Ce P 0.04 36 70.6 0.07 0.05 0.36 Q 0.04 34 27.4 0.08 0.02 0.67 R 0.05 0.09 0.02 0.58 S 0,04 0.10 0,05 0.75 T 0.05 O.ll 0.06 0.78 U 0.04 0.10 0.U8: 5 0.63 V 0,12 0.I0 0.09 0.72 W 0.04 0.10 O.ll 0.63 X 0,04 0.06 0.05 0.48 Y Zeilstand 0.07 0,05 0.19 Z verhalten 0.07 0.06 0.54 Al (600⁰C. 171 0.08 0.09; 5 0.60 Stahl Bruchzeit innerhalb S'.:ihlqiialität S od. außer halb des unregelm. Fünfecks definiert 2980 durch 5070 I. B. C. P 5980 u. D P 3010 innerhalb befriedigend Q 2760 außerhalb unbefriedig. R innerhalb befriedigend S T außerhalb unbefriedic.

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Stahl /citstuiul- min· I /cnsiaiul- %l.:o nach Vorbei/· innerhalb Siahkiu.ihiäi befriedigend vcrhLihoii Dehnung fcsiiykcii W'l) cΛIiI'h lcmperai. i'il. auUcr- R S V und Al: Stähle der IWlO C . |7ft N (";,) WKlC \]u\ l.l air) /inn halh ilc< Hruch/cit I \ mm I Sc Ii ii ei Hc π iinrciielni. I O I ünlccks ιΙοΠπιοπ il ii rc Ii 24 I. β. C /' 32 u /) Γ 5750 2.x 75.5 75 innerhalb V 4030 29 26.5 75 außerhalb W 5S2O .11 29.4 75 X 14SI) 32 49.0 75 innerhalb 1290 20.6 150 Z 2W0 O. 0. T 35 3 100 Ai WIM) M.I) ι'3 Bemerk im ti: A bis Ci. M bis und V bis Z: ^ .'eruleichsstähle H bis L. P.

Frfinduni!

Gegenstand der Erfindung ist ein ferritischer, wärmebeständiger Stahi mit verbesserter Zähigkeit. Insbesondere betrifft die \orliegende Erfindung einen lcrritischer. wärmebeständigen Stahl mit hervorragender Beständigkeit gegen Kriechen bei erhöhter Temperatur, befriedigender Schweißbarkeit und Formbarkeit und verminderter Abnahme der Zähigkeit auch nach langdauernder Belastung.

Nachdem die thermoelektrischcn Kraftwerke in jüngerer Zeit immer größer werden, besteht ein wachsendes Bedürfnis für Kessel, die bei hohen Temperaturen und Drücken betrieben werden können. Wenn Dampf mit einer Temperatur über 550C' in einem Kessel erzeugt werden soli, dann sollte dieser Kessel nicht aus einem herkömmlichen 2' ^Cr-IMo-Stahl bestehen, sondern aus einem Stahl hoher Qualität, wie 18-8 nichtrostender Stahl, mit merklich erhöhter Oxidationsbeständigkeit und mechanischer Festigkeit bei erhöhter Temperatur im Vergleich zu 2' .,Cr-IMo-Stahl.

Nichtrostender Stahl ist jedoch viel teurer als niedriglegierter Stahl. Die Verwendung von nichtrostendem Stahl führt demnach zu einem Kostenanstieg bei der Kesselherstellung. Aus diesen wirtschaftlichen Gesichtspunkten ist die Betriebstemperatur des Kessels gewöhnlich begrenzt, so daß die Temperatur des im Kessel erzeugten Dampfes 55O^DC nicht übersteigt. Unter diesen Umständen wird zur Verbesserung des Kessel-Wirkungsgrades ein superkritischer Kessel verwendet, der bei einem Druck betrieben wird, der höher als der kritische Druck des Wassers liegt.

Es bestellt ein starkes Bedürfnis nach der Entwicklung eines preiswerten wärmebeständigen Stahls mit mittlerer Zeitstandfestigkeit zwischen derjenigen des 2' .,Cr-I Mo-Stahls und derjenigen von austenitischem nichtrostendem Siahl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ferritischen, wärmebeständigen Stahl mit ausgezeichneter Zähigkeit und hervorragender Schweißbarkeit und Formbarkeit bereitzustellen, der überlegene Zeitstandfestigkeit bei erhöhter Temperatur aufweist und einen günstigen Preis für die praktische Verwendung hat.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Die Erfindung betrifft demnach einen ferritischen, wärmebeständigen Stahl mit hervorragender Zähigkeit, bestehend aus

0.03 bis 0.10 Gew.-% Kohlenstoff

0.1 bis 1.0 .. Silicium

höchstens 1.5 .. Manean

1.5 bis 2.7 .. Molybdän

7.0 bis 10.0 .. Chrom

0.01 bis 0.1 .. Niob

0.02 bis 0.12 .. Vanadium und

0.01 bis 0.10 .. mindestens eines seltenen Erdmetalls mit einer Atomzahl von 57 bis 71
(im weiteren SEM genannt) und oder Yttrium. Rest Eisen
und unvermeidbare Verunreinigungen,
wobei das Verhältnis der Summe der Zahl der Niob- und Vanadiumatome zur Zahl der Kohlenstoffatome im

-'--—- —C% J und den Prozentgehalt der Summe

Bereich von 0.35 bis 0.80 Heat und der Wert für

/Cr % 3Ö"