DE3200536C2

DE3200536C2 - Hitzebeständiger Stahlguß

Info

Publication number: DE3200536C2
Application number: DE3200536A
Authority: DE
Inventors: Junichi Sugitani; Makoto Osaka Takahashi; Teruo Yoshimoto
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1982-01-11
Publication date: 1984-02-02
Also published as: GB2091295B; FR2497832A1; DE3200536A1; GB2091295A; US4410362A; FR2497832B1

Abstract

Hitzebeständiger Stahlguß mit außergewöhnlich hoher Beständigkeit gegen Rißbildung durch Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen mit hoher Temperaturwechselbeständigkeit und hoher Aufkohlungsbeständigkeit enthaltend 0,3 bis 0,6 Gew.-% C 0 < Si ≦ 2,0 Gew.-% 0 < Mn ≦ 2,0 Gew.-% 20 bis 30 Gew.-% Cr 30 bis 40 Gew.-% Ni 0,3 bis 1,5 Gew.-% Nb + Ta 0,5 bis 3,0 Gew.-% W 0,04 bis 0,15 Gew.-% N 0,0002 bis 0,004 Gew.-% B 0,04 bis 0,50 Gew.-% Ti 0,02 bis 0,50 Gew.-% Al und gegebenenfalls zusätzlich 0,2 bis 0,8 Gew.-% Mo und im wesentlichen Fe als Rest.

Description

Die Erfindung betrifft hitzebeständigen Stahlguß und insbesondere einen hitzebeständigen austen !tischen Stahlguß, der Chrom, Nickel, Niob und Wolfram enthält, und ausgezeichnete Eigenschaften im Hinblick auf die Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen, die Temperatur-Wechselbeständigkeit und die Aufkohlungsbeständigkeit aufweist.

In der Erdölindustrie sind als Werkstoffe für Äthylen-Crackröhren die Stähle HK 40, bei dem es sich um einen hitzebeständigen Stahlguß, der Nickel und Chrom enthält (25 Cr-20 Ni-Stahl, siehe ASTM A 608) handelt, und HP-Stähle (siehe ASTM A 297) verwendet worden. Mit dem Anheben der Betriebstemperaturen in den letzten Jahren ist es erforderlich geworden, die Hochtemperatureigenschaften solcher Werkstoffe zu verbessern. Zu diesem Zweck wurden HP-Stähle, die .Niob und Wolfram, oder HO-Stähle, die Niob, Wolfram und Molybdän enthalten, entwickelt und angewandt. Mit der jüngsten Entwicklung im Hinblick auf noch schärfere Betriebsbedingungen ist es jedoch erwünscht. Werkstoffe bereitzustellen. die diesen HP-Stählen, die Niob und Wolfram bzw. Niob, Wolfram und Molybdän enthalten, im Hinblick auf ihre Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Aufkohlungsbeständigkeit überlegen sind.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen hitzebeständigen Stahlguß zu schaffen, der eine deutlich verbesserte Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperatüren, eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine ausgezeichnete Aufkohlungsbeständigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird mit einem hitzebeständigen Stahlguß, der Chrom, Nickel, Niob und Wolfram als Hauptbestandteile enthält, gelöst, wenn dieser Stahlguß zusatzlieh Stickstoff, Bor, Titan und Aluminium und gegebenenfalls Molybdän enthält.

Gegenstand der Erfindung ist daher der hitzebeständige Stahlguß gemäß Hauptanspruch. Der Unteranspruch betrifft eine besonders bevorzugte Ausführungsform dieses Erfindungsgegenstandes.

Die Erfindung betrifft somit insbesondere einen hitzebeständigen oder hochwarm|esten Stahlguß, der 0,3 bis

C	0,3 bis 0,6	bis 0,8.
Si	mehr als 0 bis 2,0
Mn	mehr als 0 bis 2,0
Cr	20 bis 30
Ni	30 bis 40
Nb+ Ta	0,3 bis 1,5
W	0,5 bis 3,0
N	0,04 bis 0,15 und
B	0,0002 bis 0,004
Ti	0,04 bis 0,15 und
Al	0.02 bis 0,07
wahlweise außerdem enthäl
Mo 0,2

Der Rest ist Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen.

Der Kohlenstoff verleiht dem Stahlguß gute Gießbarkeit, bildet in Gegenwart des später zu beschreibenden Niobs primäres Carbid und ist zur Erzielung einer verbesserten Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung wesentlich. Demzufolge sind mindestens 0.3°ό Kohlenstoff erforderlich. Mit Steigerung der Kohlenstoffmenge nimmt die Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung zu; wenn jedoch ein Kohlenstoffüberschuß vorhanden ist, erfolgt eine Ausfällung von sekundärem Carbid, was zu einer stark verminderten Zähigkeit und beeinträchtigten Schweißbarkeit führt. Somit sollte die Kohlenstoffmenge 0.6% nicht übersteigen.

Silicium dient als Desoxidationsmittel während des Aufschmelzens der Bestandteile und begünstigt eine verbesserte Aufkohlungsbeständigkeit. Der Siliciumgehalt muß jedoch bis 2,0°ό oder darunter liegen, da überschüssiges Silicium die Schweißbarkeit beeinträchtigt.

Mangan wirkt ebenso wie Silicium als Desoxidationsmittel, fixiert den in dem geschmolzenen Stahl vorhandenen Schwefel und verhindert dadurch dessen schädliche Wirkung. Eine zu große Manganmenge vermindert jedoch die Oxidationsbeständigkeit des Stahls. Daher ist die Obergrenze des Mangangehalts bei 2,0% festgelegt.

In Gegenwart von Nickel bildet Chrom ein austenitlsches Stahigußgefüge, wodurch der Stahl verbesserte Festigkeiten bei hohen Temperaturen und eine erhöhte Oxidationsbeständigkeit erhält. Diese Effekte nehmen mit zunehmendem Chromgehalt zu. Mindestens 20% Chrom werden dazu verwendet, einen Stahl mit einer

3 4

ausreichenden Festigkeit und einer ausreichenden Oxida- Aluminium eine synergistische Verbesserung der Auf-

tionsbeständigkelt insbesondere bei hohen Temperaturen kohlungsbeständigkelt. Vorzugsweise verwendet man

von mindestens etwa 1000° C zu bilden. Da jedoch die mindestens 0,04% Titan, um diese Effekte sicherzustel-

Anwesenheit überschüssigen Chroms zu einer stark ver- len. Wenngleich mit zunehmendem Titangehalt eine

minderten Zähigkeit nach der Verwendung führt, ist die 5 Verbesserung der Beständigkeit gegen Rißbildung unter

Obergrenze des Chromgehalts auf 30% festgelegt. Dauerwechselbeanspruchung, der Temperaturwechselbe-

Wie bereits erwähnt, ergibt Nickel in Kombination mit ständigkeit und der Aufkohlungsbeständigkeit erreicht

gleichzeitig vorhandenem Chrom einen austenitischen werden, führt die Anwendung großer Titanmengen zu

Stahlguß mit stabilisiertem Gefüge, was dem Stahl eine grob ausgefällten Teilchen, zu einer erhöhten Menge von

verbesserte Oxidationsbeständigkeit und eine erhöhte 10 Oxideinschlüssen und zu einer gewissen Verminderung

Festigkeit bei hohen Temperaturen verleiht. Um den der Festigkeit. Wenn demzufolge die Festigkeit von

Stahl bei hohen Temperaturen von mindestens 1000° C wesentlicher Bedeutung ist, sollte die Obergrenze des

ausreichend oxidationsbeständig und fest zu machen, Titangehalts bei 0,15% liegen.

müssen mindestens 30% Nickel verwendet werden. Aluminium führt zu einer verbesserten Beständigkeit

Wenngleich diese beiden Eigenschaften mit zunehmen-15 gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung

dem Nickelgehalt verbessert werden können, nehmen die und, wenn es zusammen mit Titan vorhanden ist, zu

erzielten Effekte ab, wenn der Nickelgehalt 40% über- einer bemerkenswerten Verbesserung der Aufkohlungs-

steigt, so daß die Obergrenze des Nickelgehalts insbeson- beständigkeit. Vorzugsweise sollten mindestens 0,02%

dere aus wirtschaftlichen Gründen bei 40% liegt. Aluminium verwendet werden, um eine verbesserte

Niob dient zur Verbesserung der Beständigkeit gegen 20 Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbe-Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung und zur anspruchung zu erzielen. Wenngleich mit steigendem Verbesserung der Aufkohlungsbeständigkeit, vorausge- Aluminiumgehalt eine größere Festigkeit bei hohen setzt, daß mindestens 0,3% Niob enthalten sind. Wenn Temperaturen und eine höhere Aufkohlungsbeständigder Stahl andererseits überschüssiges Niob enthält, zeigt keit erreicht werden, führt die Anwendung zu großer er eine verminderte Beständigkeit gegen Rißbildung 25 Aluminiummengen zu einer verminderten Festigkeit, unter Dauerwechselbeanspruchung. Die Obergrenze des Wenn demzufolge die Festigkeit des Werkstoffes bei Niobgehalts beträgt daher 1,5%. Im allgemeinen enthält hohen Temperaturen wesentlich ist, sollte die Obergrenze Niob unvermeidbar Tantal, welches die gleiche Wirkung des Aluminiumgehalts bei 0,07⁰^₁ liegen,
wie Niob besitzt. Wenn Niob Tantal enthält, beträgt Bor dient zur Ausbildung verfestigter Korngrenzen in demzufolge die kombinierte Menge aus Niob und Tantal 30 der Stahlmatrix, verhindert die Bildung grober Titanaus-0,3 bis 1,5%. Scheidungen, ermöglicht die Ausscheidung in feiner

In Kombination mit Niob trägt Wolfram zur Verbesse- Form und verzögert die Ansammlung von Ausschei-

rung der Hochtemperaturfestigkeit bei. Für diesen Zweck dungsteilchen, wodurch eine verbesserte Beständigkeit

werden mindestens 0,5% Wolfram verwendet, wobei die gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung

Obergrenze des Wolframgehalts 3,0% beträgt, da die 35 erzielt wird. Aus diesem Grund ist es erwünscht, minde-

Anwendung größerer Wolframmengen zu einer vermin- stens 0,0002% Bor zu verwenden. Andererseits führt die

derten Oxidationsbeständigkeit führt. Anwendung einer großen Menge Bor nicht zu einer ent-

Das wesentlichste Merkmal des erfindungsgemäßen sprechenden Zunahme der Festigkeit und bringt eine

Stahlgusses ist darin zu sehen, daß er zusätzlich zu den verminderte Schweißbarkeit mit sich. Demzufolge sollte

oben genannten Elementen spezifische Mengen Stick- 40 die Obergrenze des Borgehalts vorzugsweise bei 0,004"*,

stoff, Titan. Aluminium und Bor enthält. Wahlweise liegen.

kann der Stahl weiterhin Molybdän enthalten. Diese EIe- Das wahlweise verwendete Molybdän trägt zu einer

mente führen, wenn sie gemeinsam eingesetzt werden. Verbesserung der HochEemperaturfestigkeit bei, wenn es

zu einer bemerkenswerten Verbesserung der Hochtempe- in Kombination mit Niob und Wolfram eingesetzt wird,

ratureigenschaften. Dieser Effekt kann dann nicht 45 Zur Erzielung dieses Effekts wird Molybdän in einer

erreicht werden, wenn einer der Bestandteile Stickstoff, Menge von mindestens 0.2% eingesetzt. Wenn jedoch ein

Titan, Aluminium oder Bor fehlt. großer Molybdänüberscnuß vorhanden ist, ergibt sich

Stickstoff dient dazu, eine feste Lösung zu bilden, um eine verminderte Oxidaiionsbeständigkeit, so daß Molybin dieser Weise die austenitische Phase zu stabilisieren dän in einer Menge bis zu 0,8% verwendet wird,
und zu verstärken. Er bildet mit Titan ein Nitrid und ein 5i> Verunreinigungen, wie Phosphor und Schwefel, kön-Carbonitrid etc., führt, wenn es in Gegenwart von AIu- nen in den Mengen vorhanden sein, die üblicherweise für minium und Bor fein dispergiert ist, zu feinem Korn und Stähle der beschriebenen Art zulässig sind,
vermindert ein Kornwachstum, was zur Folge hat, daß Die Hochtemperatureigenschaften des erfindungsgedie Hochtemperaturfestigkeit und die Temperaturwech- mäßen Stahlgusses wercen im folgenden anhand der Beiselbeständigkeit verbessert werden. Der Stickstoffgehalt 55 spiele erläutert.

sollte wünschenswerterweise mindestens 0,04% betragen, Hierzu wurde Stahlguii mit verschiedenen Zusammenum diese Effekte in ausreichendem Umfang zu ermögli- Setzungen in einem Induktionsschmelzofen (in der chen. Vorzugsweise beträgt die Obergrenze des Stick- Atmosphäre) erschmolzen und im Schleuderguß zu Blökstoffgehalts 0,15%, da die Anwesenheit von überschuss!- ken mit einem Außenaurchmesser von 136 mm, einer gern Stickstoff die übermäßige Ausfällung von Nitriden 60 Wandstärke von 20 mm und einer Länge von 500 mm und Carbonitriden, die Bildung von groben Nitridteil- vergossen. Die nachfolgenden Tabellen I, III, V und VII chen und Carbonitridteilchen und eine Beeinträchtigung verdeutlichen die chemischen Zusammensetzungen der der Temperaturwechselbeständigkeit verursacht. in dieser Weise erzeugten Stahlproben.

In Kombination mit dem in dem Stahl enthaltenen Aus den Stahlproben: wurden Prüfkörper hergestellt

Kohlenstoff und Stickstoff bildet Titan Carbide, Nitride ⁶⁵ und auf ihre Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dau-

und Carbonitride, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit erwechselbeanspruchung. ihre Temperaturwechselbestän-

und die Temperaturwechselbeständigkeit verbessert wer- digkeit und ihre Aufkohlungsbeständigkeit unter

den. Insbesondere bewirkt Titan in Kombination mit Anwendung der folgenden Methoden untersucht.

32 OO

Test 1

Untersuchung der Beständigkeil gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung

Die Untersuchung erfolgt gemäß der japanischen Industrienorm JIS Z 2272 unter Anwendung der folgenden beiden Bedingungen:

(A) Temperatur 1093° C, Belastung 1,9 kg f/mm²

(B) Temperatur 850⁰C, Belastung 7,3 kg f/mm².

Test 2
Untersuchung der Temperaturwechselbeständigkeit

Die Fig. I und 2 zeigen einen Prüfkörper 10 in Form einer Scheibe 12 mit einem exzentrisch angeordneten Loch 14. Die in der Fig. 2 angegebenen Buchstaben verdeutlichen die falgenden Abmessungen des Prüfkörpers 10:

10

15

a 20 mm Durchmesser b 7 mm c 50 mm Durchmesser d 8 mm.

20

Bei der Durchführung des Tests werden die Prüfkörper während 30 Minuten auf 900" C erhitzt und dann mit Wasser auf eine Temperatur von etwa 25° C abgekühlt. Diese Maßnahmen wurden IOmal wiederholt, wonach die Länge des in dem Prüfkörper auftretenden Risses gemessen wird. Die Temperaturwechselbeständigkeit ist als Anzahl der Behandlungszyklen angegeben, die bis zum Erreichen einer Rißlänge von 5 mm erforderlich ist.

30 Test 3

Untersuchung der Aufkohlungsbeständigkeit

In der Fig. 3 ist ein Prüfkörper 20 mit zylindrischer Form (Durchmesser 12 mm, Länge 60 mm) dargestellt, der hierzu verwendet wird.

Nachdem der Prüfkörper während 300 Stunden bei einer Temperatur von 1100- C in einem Feststoffaufkohlungsmittel belassen worden ist, wird eine I mm starke Oberflächenschicht (nachfolgend als »Schicht 1« bezeichnet) durch Abschleifen unter Bildung von Teilchen von dem Prüfkörper entfernt. Die in dieser Weise erhaltene Oberfläche des Prüfkörpers wird weiter unter Bildung von Teilchen abgeschliffen, um eine weitere 1 mm starke Schicht zu entfernen (bis zu einer Tiefe von 2 mm von der ursprünglichen Oberfläche, welche Schicht nachfolgend als »Schicht 2« bezeichnet wird). Die Teilchen einer jeden Schicht werden bezüglich ihres Kohlenstoffgehalts analysiert. Die Aufkohlungsbeständigkeit ist als prozentuale Änderung des Kohlenstoffgehalts angegeben. Die Untersuchung der Aufkohlungsbeständigkeit wurde nur für die in den Tabellen V und VII angegebenen Stahlproben durchgeführt.

Die Ergebnisse der obigen Tests sind in den Tabellen II, IV, VI und VIII angegeben und werden in den folgenden Beispielen erläuten.

Beispiel 1

Von den in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Stahlproben sind die Proben Nr. 1 bis 4 erfindungsgemäße Proben und enthalten 0,04 bis 0,15% Ti und 0,02 bis 0,07% Al, jedoch kein Molybdän. Die Proben Nr. 5 bis Nr. 20 sind Vergleichsstähle, wobei die Probe Nr. 5 ein HP-Stahl, der Nb und W enthält, die Proben Nr. 6 bis Nr. 12 Stähle sind, die frei sind von mindestens einem der Bestandteile Tl, A! und B und die Proben Nr. 13 bis Nr. 20 N, Ti, Al und B in Mengen enthalten, die außerhalb der erfindungsgemäß definierten Bereiche liegen.

In der Tabelle II sind die Ergebnisse der Untersuchung der Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung und der Temperaturwechselbeständigkeit angegeben. Die Proben Nr. 1 bis 4 besitzen eine wesentlich höhere Beständigkeit gegen Rißbildung bei hohen Temperaturen als die Probe Nr. 5, d. h. der Niob und Wolfram enthaltende HP-Stahl, der bezüglich dieser Festigkeit als ausgezeichnet angesehen wird, und die anderen Vergleichsstähle. Die Vergleichsstähle, die frei sind von mindestens einem der Bestandteile Stickstoff, Titan, Aluminium unc Bor oder die diese Elemente in übermäßigen oder unzureichenden Mengen enthalten, sind bezüglich ihrer Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauere echselbesnspruchung dem erfindungsgemäßen Stahlguß unterlegen. Dies weist darauf hin, daß die außergewöhnlichen Eigenschaften nur dann erreicht werden können, wenn diese Elemente gemeinsam in Mengen vorhanden sind, die innerhalb der angegebenen Bereiche liegen. Es ist resonders bemerkenswert, daß der erfindungsgemäße Sishlguß eine wesentlich höhere Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen oberhalb 1000° C, beispielsweise bei 1093' C, zeigt, als bei Temperaturen unterhalb 1000° C, beispielsweise bei 850° C.

Es ist weiterhin fes^uhalten, daß der erfindungsgemäße Stahlguß weserr.Fich beständiger gegen Temperaturwechsel ist als der Niob und Wolfram enthaltende HP-Stahl und die anderen Vergleichsstähle. Diese bemerkenswerte Beständigke:: ist offensichtlich der gemeinsamen Anwendung von Stickstoff, Titan, Aluminium und Bor zuzuschreiben.

Tabelle I

Probe Chemische Zusammensetzung von Stahlproben (Gew.-%) ^Nr· C Si Mn Cr Ni Nb+Ta W N

Ti Al

Bemerkungen

0,46 1,21 0,63 25,82 35,02 1,27 1,13 0,09 0,05 0,03 0,0010 Enthaltend N, Ti, Al, B

0,45 1,28 0,72 25,90 35,08 1,28 1,09 0,08 0,07 0,04 0,0ö21 Enthaltend N, Ti, Al, B

0,43 1,24 0,70 26,89 34,67 1,15 1,08 0,10 0,10 0,07 0,0032 Enthaltend N, Ti, Al, B

0,45 1,20 0,65 26,78 35,16 1,24 1,10 0,13 0,09 0,07 0,0ü25 Enthaltend N, Ti, Al, B

0,44 1,27 0,65 26,01 35,40, 1,21 1,05 -

0,43 1,23 0,76 26,52 35,11 1,17 1,11 0,08 0,43 1,25 0,73 25,74 35,17 1,15 1,15 0,08 0,04 HP-Stahl enthaltend Nb und W

Frei von Ti, Al und B Frei von Al und B

Fortsetzung

Probe	Chemische Zusammensetzung von Stahlproben (Gew.-%)	Si	Mn	Cr	Ni	Nb+Ta	W	N	Ti	Ai	B	Bemerkungen	CJ
Nr.	C	1,20	0,62	25,70	35,32	1,27	1,02	0,09	0.13	—	-		'S E?
8	0,44	1,19	0,78	26,11	35,37	1,22	0,99	0,10	-	0,03	-	Frei von Al und B
9	0,42	1,17	0,76	26,27	35,07	1.14	1.06	0,10	-	0,07	-	Frei von Ti und B
10	0,43	1,24	0,70	26,51	35,19	1,14	1,06	0,09	0.06	0,03	-	Frei von Ti und B
11	0,43	1,26	0,61	26,07	35,21	1,24	1,10	0,08	0.10	0,06	-	Frei von B
12	0,45	1,26	0,70	26,21	35,07	1,20	1,11	0,09	0.03	0,05	0,0016	Frei von B
13	0,45	1,17	0,66	26,17	35,12	1,27	1,02	0,10	0,19	0,06	0,0012	Zu geringe Ti-Menge
14	0,45	1,22	0,68	26,27	34,92	1,27	1,07	0,08	0.08	0,01	0,0010	Übermäßige Ti-Menge
15	0,43	1,27	0,67	26,20	34,87	1,19	1,14	0,08	0.07	0.11	0,0012	Zu geringe Al-Menge
16	0,44	1,10	0,67	26,19	35,10	1,15	1,12	0,10	0,07	0,05	0,0001	Übermäßige Al-Menge
17	0,43	1,18	0,69	26,15	35,02	1,26	1,10	0,10	0,08	0,05	0,0049	Zu geringe B-Menge
18	0,43	1,17	0,67	26,25	35,21	1,26	1,11	0,03	0,09	0,06	0,0015	Übermäßige B-Menge
19	0,44	1,25	0,72	26,09	35,11	1,18	1,08	0,18	0,09	0,06	0,0021	Zu geringe N-Menge
20	0,44				Übermäßige N-Menge

Tabelle II Untersuchungsergebnisse

Probe Beständigkeit gegen Nr. Rißbildung (kgf/mm-)

Bedingung Bedingung A B

Temperatur- Bemerwechselkungen beständigkeil
(Anzahl
der Zyklen)

9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

202 221 250 246

80

91 113 127 115 131 133 143

88 127

92 119 103 125

92 154

156 167 179 172

73

83 105 116 104 114 110 122

83 105

84 100

77 113

79 137

320
350
360

150
140
190
210
170
190
240
280

210
130

Erfindung Erfindung Erfindung Erfindung

Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich

Beispiel 2

0,02 bis 0,07% Al und 0,2 bis 0,8% Mo enthalten. Von

Von den in der nachfolgenden Tabelle III angegebenen 65 den Proben der Nr. 25 bis 40, die Vergleichsproben dar-Stahlproben handelt es sich bei den Proben Nr. 21 bis 24 stellen, handelt es sich bei der Probe Nr. 25 um einen um erfindungsgemäße Stahlgußproben, die Titan, Aluminium und Molybdän in Bereichen von 0,04 bis 0,15% Ti,

HP-Stahl, der Niob, Wolfram und Molybdän enthält, während die Proben der Nr. 26 bis 32 frei sind von min-

destens einem der Bestandteile Titan, Aluminium und Bor und die Proben der Nr. 33 bis 40 Stickstoff, Titan, Aluminium und Bor in Mengen enthalten, die außerhalb der erfindungsgemäß definierten Bereiche liegen.

In der Tabelle IV sind die Ergebnisse der Untersuchung der Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung und die Untersuchung der Temperaturwechselbeständigkeit zusammengefaßt.

Aus der Tabelle IV ist zu erkennen, daß ebenso w ie im

Tabelle III

Fall des Beispiels I, der erfindungsgemäße Stahlguß wesentlich höhere Rißbildungsbeständigkeiten unter Dauerwechselbeanspruchung und höhere Temperaturwechselbeständigkeiten zeigt als der Niob, Wolfram und Molybdän enthaltende HP-Stahl und die anderen Vergleichsstähle, was eine Folge ist der erfindungsgemäßen gleichzeitigen Verwendung von Stickstoff, Titan, Aluminium und Bor.

Probe Nr.

Chemische Zusammensetzung von Stahiproben (Gew.-%) C Si Mn Cr Ni Nb+Ta W Mo N Bemerkungen

Ti

Al B

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 3^T 38 39 40

0,44 0,43 0,45 0,44

1,20 1,23 1,23 1,21

0,64 0,69 0,77 0,75

25.17 36,20

25.98 35,76

25,73 35,19

26,02 35,08

1,28 1,23 1,19 1,15

1.02. 0,48 <U1

1.09 0,42 0,09 1.13 0,43 0,08

1.10 0,41 0,14

0,04 0,07 0,12 0,08

0,03 0,0008

0,05 0,0019

0,07 0,0032

0,07 0,0025

0,42 1.20 0,72 26.12 35,37 1.29 LIO 0,42 -

0,43 0,43 0,45 0,44 0,44 0,45 0,46 0,44 0,44 0,45 0,43 0,43 0.45 0,44 0,45

1,17 1,26 1.31 1,28 1,32 1.26 1.21 1.2i 1.25 1.3! 1,28

0.72 0,79 0,68 0,65 0,65 0,71 0,73 0.75 0.77 0.67 0.65

1,22 0,69

1,22 0,70

1,30 0,72

1.25 0,67

26,24 25.97 25,81 26,37 26,46 26,15 26.33 26,07 26. 26,15 25,95 25.89 26,34 26.27 26.19

35,82 36.07 35,51 35,11 35,55 36,12 36,23 36,21 35.92 35,87 36,07 35,23 35,35 35,18 35.08

1,11

1,27

1,25

1,20

1,19

1,28

1.17

1.19

1,24

1.25

1,20

1,15

1,21

1.24

1.07 1.05 0.97 1.11 LO" 1.06 1.06 1.08 1.11 1.06 1.06 1.13 1.1" 1.10 1.11

0,39 0,37 0.46 0,45 0,32 0,40 0,41 0,43 0.41 0,39 0,39 0,42 0,42 0,45 0,41 0,09
0,08
0,09
0,07
0,08
0,10
0,08
0,09
0.08
0,09
0,10
0,11
0,10
0,02
0,19

0,05 0,12

0,05 0,09 0,02 0,20 0,08 0,09 0,09 0,07 0,09 0,10

0,02 0,06 0,03 0,07 0,06 0,07 0,01 0,12 0,05 0,07 0,06 0,07

0,0015 0,0017 0,0018 0,0021 0,0001 0,0055 0,0016 0,0022

Enthaltend N, Ti, Al, B Enthaltend N, Ti, Al, ß Enthaltend N, Ti, Al, B Enthaltend N, Ti, Al, B

HP-Stahl enthaltend Nb, W, Mo

Frei von Ti, Al und B Frei von Al und B Frei von Al und B Frei von Ti und B Frei von Ti und B Frei von B Frei von B

Zu geringe Ti-Menge Übermäßige Ti-Menge Zu geringe Al-Menge Übermäßige Al-Menge Zu geringe B-Menge Übermäßige B-Menge Zu geringe N-Menge Übermäßige N-Menge

Tabelle IV Untersuchungsergebnisse

45

Probe Beständigkeit gegen Nr. Rißbildung (kgf/mnvj

Bedingung Bedingung A B *"

Temperatur- Bemerwechselkungen beständigkeit (Anzahl der Zyklen) Probe Beständigkeit gegen Nr. Rißbildung (kgf/mm-j Bedineung Bedingung A B

Temperatur- Bemerwechsel- kungen beständigkeit (Anzahl der Zyklen)

50

25 26 27 28 29 30 31 32

213 233 264 259

85 96 120 134 122 138 141 151

164 176 189 181

77 87 111 123 110 121 116 129

310 350 380

160 130 200 230 180 210 250 280

Erfindung Erfindung Erfindung Erfindung

Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich

33 34 35 36

55

38 39 40

60 125 92 131 95 138 97 162

87 111

88 105

82 120

84 144

240 140

Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich Vergleich

Der erfindungsgemäße hitzebeständige Stahlguß ist somit den herkömmlichen HP-Materialien außergewöhnlich stark überlegen im Hinblick auf die Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung bei hoher Temperatur und im Hinblick auf die Temperaturwechselbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Insbesondere wenn der Stahl eine hohe Beständigkeit gegen Auf-

kohlung aufweisen muß, kann der Stahl unter minimaler Verminderung der Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung bei hoher Temperatur und der Temperaturwechselbeständigkeit bei hoher Temperatur im Hinblick auf diese Eigenschaft verbessert werden, indem man in den Stahl Titan und Aluminium in Mengen einarbeitet, die innerhalb der erfindungsgemäß definierten Bereiche liegen.

Demzufolge ist der erfindungsgemäße Stahlguß sehr gut geeignet als Material für verschiedene Apparaturen und Teile, die bei Temperaturen oberhalb 1000⁰C verwendet werden sollen, beispielsweise für Äthylen-Crackrohre, für Reformerröhren in der Erdölindustrie oder für Ofenrohre und Strahlrohre, wie sie in der Stahlindustrie und in verwandten Bereichen eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. HitzebestUndiger Stahlguß bestehend aus

0,3 bis 0,6°o C,

mehr als 0 bis 2,0°_o Si,

mehr als 0 bis 2,0^qö Mn,

20 bis 30°o Cr,

30 bis 40°» Ni,

0,3 bis 1,5",, Nb+ Ta,

0,5 bis 3,0°o W,

0,04 bis 0,15"_a N,

0,0002 bis 0,004°o B,

0,04 bis 0,15% Ti,

0,02 bis 0,07"b Al,

Rest Fe und herstellungsbedingte Verunreinigungen.

2. Hitzebestiindiger Stahlguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich 0,2 bis 0,8"„ Mo enthält.

0,6% C, mehr als 0 bis 2,0% Si, mehr als 0 bis 2,0% Mn, 20 bis 30% Cr, 30 bis 40% Ni, 0,3 bis 1,5% Nb + Ta, 0,5 bis 3,0% W, 0,04 bis 0,15% N und 0,0002 bis 0,004% B und zusätzlich 0,04 bis 0,15% Ti und 0,02 bis 0,07% Al enthält und wahlweise außerdem 0,2 bis 0,8% Mo enthält und zum Rest aus Eisen und herstellungsbedingten Verunreinigungen besteht.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Prüfkörper zur Bestimmung der Temperaturwechselbeständigkeit;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie H-II des in der Fig. 1 dargestellten Prüfkörpers; und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Prüfkörpers zur Untersuchung der Aufkohlungsbeständigkeit.

Der erfindungsgemäße hitzebeständige Stahlguß enthält die folgenden Komponenten in den nachstehend angegebenen Mengenverhältnissen, die in Gew.-°₀ angegeben sind.