DE3200537A1

DE3200537A1 - "hitzebestaendiger stahlguss"

Info

Publication number: DE3200537A1
Application number: DE19823200537
Authority: DE
Inventors: Junichi Hirakata Osaka Sugitani; Makoto Hirakata Osaka Takahashi; Teruo Suita Osaka Yoshimoto
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1981-01-12
Filing date: 1982-01-11
Publication date: 1982-07-29
Also published as: GB2090863B; JPS57116743A; FR2497831B1; DE3200537C2; US4419129A; FR2497831A1; GB2090863A; JPS596907B2

Description

: : : : : .Kutjota/Ltd

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft hitzebeständigen Stahlguß, genauer einen hitzebeständigen Stahlguß, der im wesentlichen aus austenitischem Stahlguß, der Chrom, Nickel und Niob enthält, besteht und ausgezeichnete Eigenschaften im Hinblick auf die Beständigkeit gegen Rißbildung durch Dauerwechsel-

! beanspruchung bei hohen Temperaturen (creep fracture strength),

' 10 die Temperaturwechselbeständigkeit und die Aufkohlungsbe-

ständigkeit aufweist und der zusätzlich Stickstoff, Titan,

^Λ ₍ Aluminium und Bor enthält, insbesondere bei strengen Be

triebsbedingungen bei Temperaturen oberhalb 1000⁰C.

In der Erdölindustrie sind als Materialien für Äthylen-Crackröhren der Stahl 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 Materialien zu verbessern. Zu. diesem Zweck wurden HP-Stähle, die Niob enthalten, entwickelt und angewandt. Mit der jüngsten Entwicklung im Hinblick auf noch schärfere 25 Betriebsbedingungen ist es jedoch erwünscht, Materialien

"<. bereitzustellen, die diesen HP-Stählen, die Niob enthalten, im Hinblick auf ihre Beständigkeit gegen Rißbildung durch Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen, , im Hinblick auf 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 durch ; 35 Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen, eine

• * . : "" KüBötä Ltd.

TER MEER - MÜLLER ■ STEINMEISTER ,·. J. * ">„*· .;, " $_r,$3f_m. 3 200537

hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine ausgezeichnete Aufkohlungsbeständigkeit aufweist.

Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe mit einem hitzebeständigen Stahlguß, der Chrom, Nickel und Niob als Hauptbestandteile enthält, gelöst werden kann, wenn dieser Stahlguß zusätzlich Stickstoff, Bor, Titan und Aluminium enthält.

Gegenstand der Erfindung ist daher der hitzebeständige Stahlguß gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausfuhrungsformen dieses Erfindüngsgegenstandes.

Die Erfindung betrifft somit insbesondere einen hitzebeständigen oder hochwarmfesten Stahlguß, der etwa 0,3 bis 0,6 Gew.-% C, bis zu etwa 2,0 Gew.-% Si, bis zu etwa 2,0 Gew.-% Mn, etwa 20 bis 30 Gew.-% Cr, etwa 30 bis 40 Gew.-% Ni, etwa 0,3 bis 1,5 Gew.-% Nb + Ta, etwa 0,04 bis 0,15 Gew.~% N und etwa 0,0002 bis 0,004 Gew.-% B und zusätzlich'etwa 0,04 bis 0,15 Gew.-% Ti und etwa 0,02 bis 0,07 Gew.-% Al oder etwa 0,04 bis 0,50 Gew.-% Ti und etwa 0,07 bis 0,50 Gew.-% Al enthält und zum Rest im wesentlichen aus Eisen besteht.

25 ■

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

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

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II des

* 4

otci r,td.

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER J .·. -_^: .;, " V-l'if^ 3200537

in der Fig. 1 dargestellten Prüfkörpers; und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Prüfkörpers zur Untersuchung der Aufkohlungsbeständigkeit. 5

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

C	<. Si	0,3 bis 0	,6
O	*. Mn	= 2,0
O		* 2,0
Cr		20 bis 30
Ni	+ Ta	30 bis 40
Nb		0,3 bis 1	,5
N		0,04 bis	0,15 und
B	0,0002 bi	s 0,004,

wobei der Stahl zusätzlich Ti und Al in den folgenden Kombinationen

	JTi	0,04	bis	0	,15	und
	U.	0,02	bis	0	,07
oder
	/Ti Iai	0,04	bis	0	,50	und
		0,07	bis	0	,50
²⁵ enthält,

und als Rest im wesentlichen Eisen umfaßt.

Im folgenden seien die Bestandteile des erfindungsgemäßen Stahlgusses und die Verhältnisse der Bestandteile näher erläutert.

Der Kohlenstoff verleiht dem St.ahlguß gute Gießbarkeit, bildet in Gegenwart des später zu beschreibenden Niobs

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TER MEER · MÜLLER -STEINMIfJSTtR ; ; * ; : : '; : P-335O O Hf]C O7

- 6

primäres Carbid und ist zur ErzieLung einer verbesserten Beständigkeit gegen Uißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung wesentlich. Demzufolge sind mindestens etwa 0,3 Gew.-% Kohlenstoff erforderlich. Mit Steigerung der Kohlenstoffmenge nimmt die Beständigkeit gegen' Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung zu; wenn jedoch ein Kohlenstoff Überschuß vorhanden ist, erfolgt eine Ausfällung von sekundärem Carbid, was zu einer stark verminderten Zähigkeit und beeinträchtigten Schweißbarkeit führt. Somit sollte die Kohlenstoffmenge etwa 0,6 Gew.-% nicht· übersteigen.

Silicium dient als Desoxidationsmittel-während des Aufschmelzens der Bestandteile und begünstigt eine verbesserte Aufkohlurigsbeständiyke i.t. Dor Siliciumgehalt muß jedoch bis zu etwa 2,0 Gew.-'-έ 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 etwa 2,0 Gew.-% festgelegt.

In Gegenwart von Nickel bildet Chrom eine aüstenitische Stahlgußstruktur, wodurch der Stahl verbesserte Festigkeiten bei hohen Temperaturen und eine erhöhte -Oxidationsbeständigkeit erhält. Diese Effekte nehmen mit zu-

30 nehmendem Chromgehalt zu. Mindestens etwa 20 Gew.-%

Chrom werden dazu verwendet, einen Stahl mit. einer ausreichenden Festigkeit und einer ausreichenden Oxidationsbeständigkeit insbesondere bei hohen Temperaturen von mindestens etwa 1000⁰C zu bilden. Da jedoch die An-Wesenheit überschüssigen Chroms zu einer stark vermin-

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER ""* **" ** "*' P ^33"

-T-

derten Zähigkeit nach der Verwendung führt, ist die Obergrenze des Chromgehalts auf etwa 3 0 Gew.-% festgelegt.

Wie bereits erwähnt, ergibt Nickel in Kombination mit gleichzeitig vorhandenem Chrom einen austenitischen Stahlguß mit stabilisierter Struktur, was dem Stahl eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit und eine erhöhte Festigkeit bei hohen Temperaturen verleiht. Um den Stahl bei hohen'Temperaturen von mindestens etwa 1000⁰C ausreichend oxidationsbeständig und fest zu machen, müssen mindestens etwa 30 Gew.-% Nickel verwendet werden. Wenngleich diese beiden Eigenschaften mit zunehmendem Nickelgehalt verbessert werden können, nehmen die erzielten Effekte ab, wenn der Nickelgehalt etwa 4 0 Gew.-% übersteigt, so daß die Obergrenze.des Nickelgehalts insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen bei etwa 40 Gew.-?. liegt.

Niob ist ein wirksamer UoHtandte.il zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechuulbeanspruchung und zur Verbesserung der Aufkohlungsbeständigkeit, vorausgesetzt, daß mindestens etwa 0,3 Gew.-% Niob enthalten sind. Wenn der Stahl andererseits überschüssiges Niob enthält, zeigt er eine verminderte Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselboanspruchung. Die Obergrenze des Niobgehälts beträgt daher etwa 1,5 Gew.-%. Im allgemeinen enthält Niob unvermeidbar Tantal, welches die gleiche Wirkung wie Niob besitzt. Wenn Niob Tantal enthält, beträgt demzufolge die kombinierte Menge aus Niob und Tantal etwa 0,3 bis 1,5 Gew.-%.

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8 -

Das wesentlichste Merkmal des erfindungsgemäßen Stahls ist darin zu sehen, daß er zusätzlich zu den oben genannten Elementen spezifische Mengen Stickstoff, .Titan, Aluminium und Bor enthält. Diese Elemente führen, wenn sie gemeinsam eingesetzt werden, zu einer bemer-• kenswerten Verbesserung der Hochtemperatureigenschaften. Dieser Effekt kann dann nicht erreicht werden, wenn einer der Bestandteile Stickstoff, Titan,'Aluminium oder Bor fehlt.

Stickstoff dient dazu, eine feste Lösung zu bilden, um in dieser Weise die austenitische Phase zu' stabilisieren und zu verstärken, und bildet mit Titan und Nitrid und ein Carbonitrid etc., führt, wenn es in Gegenwart von Aluminium und.Bor fein dispergiert ist, zu feinen Körnern und vermindert ein Kornwachstum, was zur Folge hat, daß die Hochtemperaturfestigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit verbessert werden. Der Stickstoffgehalt sollte wünschenswerterweise mindestens etwa 0,04 Gew.-% betragen, um diese Effekte in ausreichendem Umfang zu ermöglichen. Vorzugsweise beträgt die Obergrenze des Stickstoffgehalt;:-, etwa 0,15 Gew.-%, da die Anwesenheit von überschüssigem Stickstoff die übermäßige Ausfällung von Nitriden und Carbonitriden, die Bildung von groben Nitridteilchen und Carbonitridteilchen und eine Beeinträchtigung der Temperaturwechselbeständigkeit verursacht.

In Kombination mit dem in dem Stahl enthaltenen Kohlenstoff und Stickstoff bildet Titan Carbide, Nitride und Carbonitride, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit verbessert werden. Insbesondere bewirkt Titan in Kombination mit Aluminium

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eine synergistische Verbesserung der Aufkohlungsbeständigkeit. Vorzugsweise verwendet man mindestens etwa 0,04 ' Gew.-% Titan, um diese Effekte sicherzustellen. Wenngleich mit zunehmendem Titangehult eine Verbesserung . der Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung, der Temperaturwechselbeständigkeit und der Aufkohlungsbeständigkeit erreicht werden kann, führt die Anwendung großer Titanmengen zu groben ausgefällten Teilchen, zu einer erhöhten Menge von Oxideinschlüssen und zu einer gewissen Verminderung der Festigkeit. Wenn demzufolge die Festigkeit von wesentlicher Bedeutung ist, sollte die Obergrenze des TitangehaLts vorzugsweise bei etwa .0,15 Gew.-% liegen. Wenn der Titangehalt etwa 0,5 Gew.-% übersteigt, ergibt sich eine deutliche Verminderung der Festigkeit, so daß der Titangehalt etwa 0,5 Gew.-% nicht übersteigen sollte, selbst wenn die Aufkohlungsbeständigkeit kritisch ist.

Aluminium führt zu einer verbesserten Beständigkeit gegen ■ Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung und, wenn es zu-. sammen mit Titan vorhanden ist, zu einer bemerkenswerten Verbesserung der Aufkohlungsbesländigkeit. Vorzugsweise sollten mindestens etwa 0,02 Gew.-?. ALum.inium verwendet werden, um eine verbesserte Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung zu erzielen. Wenngleich mit steigendem Aluminiumgehalt eine größere Festigkeit bei hohen Temperaturen und eine höhere Aufkohlungsbeständigkeit erreicht werden können, führt die Anwendung zu großer Aluminiummengen zu einer verminderten Festigkeit.

Wenn demzufolge die Festigkeit des Materials bei hohen Temperaturen wesentlich ist, sollte die Obergrenze des Aluminiumgehalts vorzugsweise boi etwa 0,07 Gew.-% liegen. Wenn es jedoch erwünscht ist, einen Stahl herzustellen, der bezüglich seiner Hochtemperaturfestigkeit mit den herkömmlichen HP-Stählen vergleichbar ist, jedoch eine

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verbesserte Aufkohlungsbestandigkeit aufweist, so sind Mengen erwünscht, die größer als etwa 0,07 Gew.-% sind. Dennoch ergibt sich eine extreme Verminderung der Festigkeit, wenn der Aluminiumgehalt etwa 0,5 Gew.-% übersteigt. Demzufolge sollte der Aluminiumgehalt nicht größer sein als etwa 0,5 Gew.-%.

Bor dient zur Ausbildung verfestigter Korngrenzen in der Stahlmatrix, verhindert die Bildung grober Titanniederschlagsteilchen und ermöglicht die Ausscheidung feiner . Teilchen dieses Materials und verzögert die Ansammlung von Niederschlagsteilchen, wodurch eine verbesserte Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung erzielt werden kann. Aus diesem Grund ist es erwünscht, mindestens etwa 0,0002 Gew.-% Bor zu verwenden. Anderer- ' seits führt die Anwendung einer großen Menge Bor nicht zu einer entsprechenden Zunahme dor Festigkeit und bringt eine verminderte Schweißbarkeit mit sich. Demzufolge sollte die Obergrenze des Borgehalts vorzugsweise bei etwa

20 0,004 Gew.-% liegen.

Verunreinigungen, wie Phosphor und Schwefel, können in .den Mengen vorhanden sein, die üblicherweise für Stähle der beschriebenen Art zulässig sind.

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TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER : . " „ * t * ." 'P.-3 35

Die Hochtemperatureigenschaften des erfindungsgemäßen
Stahlgusses seien im folgenden näher unter Bezugnahme
auf die Beispiele erläutert.

Hierzu wurden Gußstähle verschiedener Zusammensetzungen in einem Induktionsschmelzofen (in der Atmosphäre) bereitet und durch Schleuderguß zu Ii look en mi. L eiivMii Außendurchmesser von 136 mm, einer Wandstärke von 20 mm und
einer Länge von 500 mm vergossen. Die nachfolgenden
Tabellen ι und III verdeutlichen die chemischen
Zusammensetzungen der in dieser Weise erhaltenen Stahlproben..

Aus den Stahlproben wurden Prüfkörper hergestellt und im Hinblick auf ihre Beständigkeit gegen Rißbildung bei

Dauerwechselbeanspruchung, ihre Temporaturwcc:h:>el.beständigkeit und ihre Aufkohlungsbeständiqkeit unter Anwendung der folgenden Methoden untersucht.

Test 1: Untersuchung der Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung

Die Untersuchung erfolgt gemäß der japanischen Tndustrienorm JIS Z 2272 unter Anwendung der J olgenden beiden Bedingungen:

(A) Temperatur 1093⁰C, Belastung 1,9 kg f/mm"

(B) Temperatur 850⁰C, Belastung 7,3 kg i'/mm' .

Test 2: Untersuchung der Temperaturwechselbeständigkeit

Die Fig. 1 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 folgenden Abmessungen des Prüfkörpers 10:

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— ΊΟ —

a	20	ram	Durchmesser	• b.	7	mm
C	50	mm	Durchmesser	d	8	mm.

Bei der Durchführung des Tests werden die .Prüfkörper während 30 Minuten auf 900⁰C erhitzt und dann mit Wasser mit einer Temperatur von etwa 25⁰C abgekühlt. Diese Maßnahmen wurden 10-mal 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.

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 be.i einer Temperatur von 1100⁰G in einem Feststoffaufkohlungsmittel (Durferrit Aufkohlungsgranulat KG 3 0, welches BaCO₃ enthält) belassen worden ist, wird eine 1 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.

5 Die Untersuchung der Aufkohlungsbeständigkeit wurde nur

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."•Kubota Ltd. **P-335

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für die in der Tabelle m durchgeführt.

eingegebenen Stahlproben

Die Ergebnisse der obigen Tests sind in den Tabellen II II und IV angegeben und werden in den folgenden Beispielen erläutert.

Beispiel

Von den in der nachfolgenden' Tabelle I angegebenen Stahlproben sind die Proben Nr. 1 bi.s 4 erfindungsgemäße Proben und enthalten etwa 0,04 bis 0,15 Gew.-% Ti und etwa 0,02 bis 0,07 Gew.-% Al . Die Proben Nr. 5 bis Nr. 20 sind Vergleichsstähle, wobei die Probe Nr. 5 ein HP-Stahl, der Nb enthält, die Proben Nr. 6 bis Nr. 12 Stähle sind, die frei sind von mindestens einem der Bestandteile Ti, Al und B und die Proben Nr. 13 bis Nr. 20 N, Ti, Al und B in Mongon enthalten, die außerhalb der erfindungsgemäß divfinierten Boreiche liegen,

In der Tabelle II sind die Ergebnisse der Untersuchung der Beständigkeit gegen Rißbildung bei 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 enthaltende HP-Stahl, der bezüglich dieser Festigkeit als ausgezeichnet angesehen wird, und die; anderen Vergleichsstähle. Die Vergleichsstähle, die frei. :;ind von mindestens einem der Bestandteile Stickstoff, TU an, Aluminium und Bor oder die diese Elemente in übermäßigen oder unzureichenden Mengen enthalten, sind bezüglich ihrer Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechsolbeanspruchung dem erfindungsgemäßen Stahlguß unterlegen. Dies weist darauf hin, daß die außergewohnlxchen Eigenschaften nur dann erreicht

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werden können, wenn diese Elemente gemeinsam in Mengen vorhanden sind, die innerhalb der .myoyobenen B^roiche liegen. Es ist besonders bemerkenswert, daß die erfindungsgemäßen Stähle eine wesentlich höhere Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen oberhalb 1000⁰C, beispielsweise bei 1093⁰C, zeigen, als bei Temperaturen.unterhalb 1000⁰C, beispielsweise bei 85O⁰C.

Es ist weiterhin festzuhalten, daß die erfindungsgemäßen Stähle wesentlich beständiger gegen Temperaturwechsel sind .als der Niob Enthaltende HP-Stahl und die anderen Vergleichsstähle. Diese bemerkenswerte Beständigkeit ist offensichtlich der gemeinsamen Anwendung

15· von Stickstoff, Titan, Aluminium und Bor zuzuschreiben.

TABELLE I

Chemische Zusammensetzung von Stahlproben (Gew.-%) Si Mn Cr Ni Nb+Ta N Ti Al . B

Bemerkungen

1	0,45	1 ,20	0,68	25,90	35,10	1 ,22	0,08	0,05	0,03	0,0012	Enthaltend	N, Ti, ■	Ti-Menge <
2	0,43	1 ,18	0,73	26,11	35,17	1,24	0,09	0,06	0,05.	0,0018	Al, B „		Ti-Menge
3	0,43	1 ,27	0,70	26,13	35,01	1,16	0,09	0,09	0,07	0,0025	Il		Al-Menge
4	0,44	1 ,19	0,72	26,21	35,09	1 ,20	0,13	0,08	0,07	0,0027	Il		Al-Menge
5	0,45	1,24	0,75	26,02	35,44	1 ,26	—	-	—	_	HP-Stahl enthaltend Nb	B-Menge
6	0,44	1,21	0,78	26,10	35,21	1 ,20-	0,09	-	-	-	Frei von Ti, Al und B	B-Menge
7	0,44	1 ,25	0,70	25,97	34,98	1 ,18	0,08	0,05	-	-	Frei von Al und B	N-Menge
8	0,45	1 ,20	0,68	26,06	35,10	1,23	0,08	0,12	-	-	Il	N-Meηge
9	0,43	1 , 18	0,66	25,95	34,84	1 ,16	0,10	-	0,03	-
10	0,42	1,15	0,72	26,02	35,07	1 ,15	0,09	-	0,07	-	Frei von Ti und B
	0,43	1,21	0,69	26,12	35,24	1 ,21	0,08	0,06	0,03		»
12	0,44	1 ,25	0,75	26,27	35,19	1,14	0,09	0,11	Ό,07	-	Frei von B
13	0,43	ϊ,27	0,69	26, 12	35,02	1,15	0,08	0,02	0,06	0,0015	II
14	0,4 5	1 ,17	0,72	26,06	34,89	1 ,22	0,09	0,18	0,05	0,0013	Zu geringe
15	0,4 4	1,19	0,74	26,21	35,37	1,25	0,08	0,07	0,01	0,-0010	Übermäßige
16	0,45	1,15	0,68	25,85	35,2V	1,17	0,10	0,08	0,10	0,0011	Zu geringe
17	0,44	1,25	0,75	26,21	34,98	1 ,27	0,12	0,08	0,05	0,0001	Übermäßige
18	0,43	1 ,22	0,71	2.6,30	34,92	1 ,20	0,09	0,09	0,06	0,0052	. Zu geringe
19	0,42	1,17	0,70	26,12	35,01	1,21	0,02	0,09	0,05	0,0012	übermäßige
20	0,44	1,21	0,75	26,19	35,16	1 ,19	0,21	0,08	0,05	0,0016	Zu geringe
Übermäßige

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- 16 'J¹AlJELLE Ll Untersuchungsergebnisse

Probe Beständigkeit gegen Riß-Nr. bildung (kgf/mm²)

Bedingung (A) Bedingung (B) Temperaturwechselbe-

Bemerkungen

Zyklen)

1	224
2 ·	246
3	278
4 '	273
5	89
6	101
7	126
8	141
9	128
10	146
11	148
12	159
13	107
14	• 136
■15	■ 112
16	• 130
17	117
18	142
19	■ 102
20	171

173 185 199 191

92 117 129 116 127 122 136

92 117

93 111

86 126

88 152 240 250 280

120 90 140 170 130 150' 180 210·

180 100

Erfindung

Vergleich

Beispiel

Von den in der nachfolgenden Tabelle III angegebenen Stahlproben handelt es sich bei den Proben Nr. 21 bis 24 um erfindungsgemäße Stahlgußproben, die Titan und Alu-

Ltd. TER MEER · MÜLLER - STEINMEISTER „*, „*. '.J .1 _c *.f-»33.5 ~'~

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minium in Bereichen von etwa 0,04 bis 0,50 Gew.-% Ti und etwa 0,07 bis 0,50 Gew.-% Al enthalten. Von den Proben der Nr. 25 bis 29, die Vergleichsproben darstellen, handelt es sich bei der Probe Nr. 25 um einen HP-Stahl, der Niob enthält (und frei ist von N, Ti, Al und B), während die Proben der Nr. 26 bis 29 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 bei Dauerwechselbeanspruchung und .die Untersuchung der Temperaturwechselbeständigkeit zusammengefaßt.

. ' Die gemäß diesem Beispiel hergestellten erfindungsgemäßen Stähle zeigen eine geringere Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung und eine geringere Temperaturwechselbeständigkeit als die Stähle des Beispiels 1, da sie einen höheren Titan- und Aluminiumgehalt aufweisen, . sind jedoch in ihrer Hochtemper.iturbeständigkeit gegen • Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung und in ihrer. Temperaturwechselbeständigkeit bei hoher Temperatur dem Niob enthaltenden HP-Stahl, d.h. der Probe Nr. 25 überlegen, von dem angenommen wird, daß er eine bessere Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen zeigt als die herkömmlichen Stähle, wobei die erfindungsgemäßen Stähle weiterhin den anderen Vergleichsstählen ebenfalls überlegen sind..

Die in der Tabelle IV angegebene Aufkohlungsbeständigkeit ist als prozentuale Änderung des Kohlenstoffgehalts in

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- 18 -

Gew.-% angegeben. Je niedriger der Wert ist, um so ge-'. ringer ist die Änderung und um so höher die Aufkohlungsbeständigkeit,

Die Tabelle IV läßt erkennen, daß Titan und Aluminium · synergistisch zusammenwirken und den erfindungsgemäßen Stählen eine ausreichende Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung und eine ausreichende · ' Temperaturwechselbeständigkeit und eine außergewöhnliche Aufkohlungsbeständigkeit verleihen·.

TABELLE III

Chemische Zusammensetzung von Stahlproben (Gew.-%)

Probe
Nr.

Si

Mn

Cr

Ni

Nb+Ta

Ti

Al

21 Q,44 1,22 0,71 25,79 35,01 1,12 0,07 0,19 0,15 0,0021

22. 0,45 1,20 0,68 25,61 35,15 1,22 0,08 0,17 0,18 0,0019

23 0,45 1,15 0,68 25,85 35,21 1,17 0,10 0,08 0,10 0,0011

24 0,44 1,24 0,73 25,74 35,07 1,24 0,08 0,07 0,13 0,0015

25 0,45 1,24 0,75 26,02 35,44 1,26 -

26 0,43 1,26 0,70 26,10 35,07 1,13 0,07 0.02 0,11 0,0017

27 0,45 1,15 0,73 26,04 34,78 1,20 0,08 0,54 0,13 0,0015

28 0,44 1,18 0,74 26,11 35,26 1,21 0,08 0,18 0,01 0,0010

29 0,45 1,14 0,69 25,89 35,22 1,19 0,10 0,17.0,55 0,0015

Bemerkungen

Erfindung

Vergleich

Il

co

CZ) CD

cn co

αϊ rt-

tr¹ rt

TABELLE IV

.Untersuchungsergebnisse'

Probe Nr.	Rißbildungsbes (kgf/mm² Bedingung (A)	ständigkeit ) Bedingung (B)	Temperaturwechsel- beständigkeit (Anzahl der Zyklen)	Aufkohlungsbeständig- keit (Änderung des Kohlenstoffgehalts, Gew.-%)	Schicht 2	Bemerkungen
				Schicht 1	0,49
• 21	123	101	140	0,95	0,53	Erfindung
22	127	107	150	0,98	0,56	It
23	1 30	111	-	1,12	0,60	Il
24	143	127	150	1,14	0,0.2	Il
25	89	81	120	1 ,80	0,74	Vergleich
26	106	91 ·	130	1,38	0,62	Il
27	71	63	• 100	1 ,16	0,82	M
28	111	92	130	1 ,45	0,64	Il
29	64	60	90	1,15	Il

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TER MEER · MÜLLER · STEINMEISIiER ; - ; · * : ; .* P-335

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Der erfindungsgemäße hitzebeständige Stahlguß- ist somit den herkömmlichen HP-Materialien außergewöhnlich stark überlegen im Hinblick auf die Beständigkeit gegen. Riß-' bildung durch Dauerwechselbeanspruchung bei hoher Temperatur und im Hinblick auf die Temperaturwechselbeständigkeit bei hohen Temperaturen. Insbesondere wenn der Stahl eine hohe Beständigkeit ycgcn·Aufkohlung aufweisen muß, kann der Stahl unter minimaler Verminderung der Beständigkeit gegen Rißbildung durch 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 lie-

15 gen.

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.

Zl.

Leerseite

Claims

PAT E N TA N WA LTE TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Repräsentatives before the European Patent Ofllce Mandatalres agrees pres l'Offlce europeon dos brovets Dipl.-Oh©m. Dr. N. tar Meer Dipl -Ing. H. Steinmeister Oipl-ino. F- E. Müller Artnr I aHphprk Strasse Triftstrosae 4, Artur-LadebecK-btrassa ai D-8OOO MÖNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD tM/cb Case: P-33 5 11· Januar 1982 KÜBOTA LTD.. 2-47, Shikitsuhigashi, 1-chome Naniwa-ku, Osaka, Japan Hitzebeständicjor Sbah 1 guß Priorität: 12. Januar 1981, Japan, Nr. SHO.56-3602 Patentansprüche

1. Hitzebeständiger Stahlguß 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,

TERMEER · MaLLER-- STEINMEISTER .·. .·.""..* .*. * K'.^lP.. 3200537

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 im wesentlichen Fe als Rest.

2. Hitzebeständiger Stahlguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er.0,04 bis 0,15 Gew.-% Ti und 0,02 bis 0,07 Gew.-% Al enthält.

3. Hitzebeständiger Stahlguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 0,04 bis 0,50 Gew.-% Ti und 0,07 bis 0,50 Gew.-%A1 enthält.