DE3207032A1

DE3207032A1 - Staehle mit niedrigen c-,cr-und mo-gehalten

Info

Publication number: DE3207032A1
Application number: DE19823207032
Authority: DE
Inventors: Koichi Naka Ibaragi Akutsu; Fumio Hitachi Ibaragi Hataya; Masaaki Chiba Okayama Ishikawa; Masakiyo Izumiya; Yoshikuni Mito Ibaragi Oshima; Iwao Chiba Shiraishi; Syuzo Chiba Ueda
Original assignee: Hitachi Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Hitachi Ltd
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1982-09-16
Also published as: SE8201211L; SE459664B; US4529454A; USRE33006E

Description

Stähle mit niedrigen C-, Cr- und Mo-Gehalten

Die Erfindung ist auf einen neuen Stahl mit niedrigen Gehalten an Kohlenstoff, Chrom und Molybdän für Anwendung unter Naßdampfbedingungen gerichtet, und betrifft insbesondere die Verbesserung eines Speisewassererwärmers für ein Kernkraftwerk, worin ein solcher Stahl verwendet wird.

Der Ausdruck."Naßdampf" bezeichnet im Rahmen der Erfindung einen nassen Dampf oder ein Kondensat auf hoher Temperatur. Werden unter Naßdampfbedingungen verwendete Vorrichtungen, wie z.B. eine Oberfläche einer Schale eines geschlossenen Gefäßes, wie für einen Speisewassererwärmer des obengenannten Kernkraftwerkes, einer Erosions-Korrosions-Beanspruchung als Folge des Auftretens einer beträchtlichen Menge einer aus Dampf und Flüssigkeit bestehenden Doppelphase mit hoher Temperatur unterworfen, so werden die als Folge der Erosions-Korrosions-Beanspruchung ausgebildeten erudierten Stoffe in ein Kernreaktorsystem eingebracht, was das Problem zur Folge hat, daß das Gesamtsystem durch Strahlung beeinträchtigt wird. Außerdem entsteht das Pro-

blem, daß die Lebensdauer des Speisewassererhitzers selbst als Folge dieser Erosions-Korrosions-Angriffe herabgesetzt

wird. Als Maßnahmen zum Überwinden dieser Probleme kann 5

zunächst für eine Verminderung des Durchflusses im Gesamtsystem gesorgt werden, was bedeutet, daß der Durchmesser der Speisewassererwärmer-Schale sowie der Röhrendurchmesser des Röhrensysteraa vergrößert werden, um die Durchflußgeschwindigkeit herabzusenken. Zweitens kann ins Auge gefaßt werden, Werkstoffe mit einer hohen Beständigkeit gegen Erosions-Korrosionsbeanspruchungen (im folgenden: E.-K.-Widerstand) zu benutzen. Das erstgenannte Absenken der Durchflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit im System

führt zu einem Anstieg der Größe des Kraftwerkes sowie Ib

zu einem höheren Verbrauch an Stahl und folglich zu beträchtlich, gesteigerten Materialkosten und Herstellungskosten. . .

„_. Die Erfinder haben sich mit der Erosions-Korrosions-Erscheinung gründlich beschäftigt und sind dabei auf die chemischen Normzusammensetzungsbereiche der Werkstoffe gemäß japanischer Industrienorm (JIS) G4109, SCMV-3 (übliche Bezeichnung: 1 iM%Cr-1/2%Mo-3M%Si) gestoßen, wie in Tafel 1 dargestellt. Aus diesem Zusammensetzungsbereich konnten Werkstoffe gefunden werden, die im wärmebehandelten Zustand (normalisiert und angelassen) sowie im geglühten Zustand gute mechanische Eigenschaften (Hochfestigkeitsbereich und Niedrigfestigkeitsbereich) bei den wärmebehandelten bzw. geglühten Stählen aufwiesen. Dabei zeigten Stähle der Gattung 1 1/4%Cr-l/2%Mo-3/4%Si mit Kohlenstoffgehalten von 0,15 bis 0,17%, also Kohlenstoffgehalten im Bereich der oberen Grenze der Normzusaramensetzung bei einer auf Normalisieren und Anlassen beschränkten Wärmebehandlung ausgezeichnete E.-K.-Beständigkeiten mit Eignung für Speisewassererwärmer. Diese Eigenschaften wurden experimentell bestätigt, wobei gefunden wurde, daß die hochgekohlten 1 1 M%Cr-1 /2%Mo-3M%Si-

Stähle ausgezeichnete Werkstoffe für die oben erwähnten Speisewassererwärmer darstellen, um die Sicherheit des Kernkraftwerkes noch weiter zu steigern.

Cu O

to
ο

cn

Tafel 1 Norm gemäß JIS G41O9 SCMV-3

	Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)	C	Si	Mn	Cr	Mo	Wärmebe hand lung	Streck grenze (kg/mm²)	Zug festig keit (kg/mm²)	Dehnung	Bemerkung
SCMV-3	£ 0,17	0,50 bis 0,80	0,40 bis 0,65	1,00 bis 1,50	0,45 bis 0,65	normali siert 'angelassen	*32	53 bis 67 ·	Ξ 22	■ hochfester Stahl
geglüht	i~ 24	42 bis 60	* 22	Stahl mit niedriger Festigkeit .

CO K) O

O CO K)

JS

Einer der Gründe, weshalb derartige Stähle mit Kohlenstoffgehalten von nicht weniger als 0,15% verwendet werden,

ist darin zu sehen, daß es erforderlich ist, den Stählen 5

die erforderliche Härte zu geben, um ihnen die hohe

E.-K.-Beständigkeit zu geben. Ein anderer Grund besteht darin, daß es unter jenen Normstählen, insbesondere den normalisierten und angelassenen Nqrmstählen hochfeste Stähle mit einer Zugfestigkeit von beispielsweise mehr als 53 kg/mm² gibt, was durch entsprechende Kohlenstoffgehalte zu gewährleisten ist.

Werden jedoch die kohlenstoffreichen C-1 1/4%Cr-1/2%Mo-3M%Si-Stähle verwendet, um die E.-K.-Beständigkeit

der Speisewassererhitzer für Kernkraftwerke zu erhöhen, so erweisen sich jene Stähle als schlech schweißbar, so daß derartige Stähle eine Vielzahl von Problemen mit sich bringen.

Der obenbeschriebene Speisewasser-Erwärmer wird hauptsächlich durch Formen und Verschweißen von Stahlplatten hergestellt, aber die kohlenstoffreichen C 1 1/4%Cr-1/2%Mo-3/4%Si-Stähle erleiden rasch Schweißrisse, wie sich aus dem Umstand ergibt, daß der Schweiß-Härtbarkeitsindex C, welcher gegeben ist durch (C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+ MoM+V/14) gleich 0,72% ist, beispielsweise, und daß der Schweißriß-Sensitivitätsindex Pq_M> welcher gegeben . ist durch (C+Si/SO+Mn/^O+Cu^O+Ni/öO+Cr/^O+Mo/ 15+V/ 10+ 5B) gleich 0,32% ist, so daß es zwecks Vermeidung der Schweißbrüchigkeit erforderlich ist, eine besonders sorgfältige Vorwärmung und eine besonders sorgfältig Nacherwärmung auszuführen, wobei ferner das Glühen (im allgemeinen als "Spannungsfreiglühen" bezeichnet und mit den Buchstaben "SR" abgekürzt) zwecks Verminderung der Spannungen im Werkstoff nach dem Schweißen von einer möglichst hohen Temperatur über einen langen Zeitraum durchgeführt werden muß. Dieses sorgfältige Vorwärmen bedeutet jedoch, daß der

zu schweißende Bereich auf eine Temperatur um etwa 25O⁰C mittels eines Gasbrenners erwärmt wird, was die Umgebung der Schweißung nachteilig beeinträchtigt, so daß die Schweißungseffizienz insgesamt vermindert wird, wobei der Energiebedarf des Gasbrenners gleichfalls nicht übersehen werden darf.

Folglich ist es mit Rücksicht auf Energieeinsparungen, 10

auf möglichst geringe Beeinträchtigung der Schweißstelle

sowie auf Schweißungseffizienz beim Errichten des Speisewasser-Erwärmers für ein Kernkraftwerk von Bedeutung, Cr-Mo-Stähle mit niedriger Schweißriß-Sensitivität zu entwickeln.
15

Folglich sind die wesentlichen Anforderungen (an einen solchen Stahl) darin zu sehen, daß eine hohe E.-K.-Beständigkeit gegen Naßdampf gewährleistet ist und daß die Festigkeit und Zähigkeit des Materials geeignet sind für

Au

Speisewasser-Erwärmer. Was diese E.-K.-Beständigkeit angeht, so sind die früher verwendeten kohlenstoffreichen C-1 iM%Cr-1/2%Mo-3/4%Si-Stähle nicht notwendigerweise befriedigend, so daß unter dem Gesichtspunkt der Gefäß-Lebensdauer sowie der Betriebssicherheit eine Verbesserung gefordert wird.

In einem Wärmekraftwerk oder einem Kernkraftwerk werden Mehrstufen-Speisewasser-Erwärmer verwendet, welche das einem Kessel oder Reaktor zuzuführende Wasser erwärmen, um den Wärme-Wirkungsgrad der Gesamtanlage zu erhöhen.

Als Werkstoffe zum Herstellen der Speisewasser-Erwärraer in Wärmekraftwerken und Kernkraftwerken werden in erster Linie Kohlenstoffstähle verwendet. Der üblicherweise benutzte Kohlenstoffstahl ist im allgemeinen relativ hochbeständig gegen Erosions-Korrosions-Erscheinungen, wenn der pH-Wert des kontaktierenden Mediums hoch ist, d.h.

mehr als 9,0 beträgt und wenn es sich bei dem kontaktierenden Medium um Trockendampf handelt. Ist jedoch der pH-Wert des

e kontaktierenden Mediums klein (niedriger als 9>0 oder ο

neutral bei etwa 7,0), und ist der Dampf naß, so wird die Erosionsbeständigkeit vermindert und die Schale oder die inneren Strukturen, beispielsweise die Verrohrung, kann erudiert und korrodiert werden. Außerdem werden durch -Q hohe Strömungsgeschwindigkeiten bzw. hohe Durchflußmengen des kontaktierenden Mediums die Erosion und Korrosion beschleunigt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Speisewasser-Erwärmer ,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines für

Erosions-Korrosions-Prüfungen verwendeten Probekörpers,

Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen der Beziehungen zwischen der Zugfestigkeit bei Raumtemperatur und der Vorwärmungstemperatur zum Verhindern von Schweißrxssen und dem Kohlenstoffgehalt,

Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen des Einflusses des Kohlenstoff-Kupfer-Nickel- und Silicium-Gehaltes auf die Beständigkeit gegen Erosions-Korrosions-Angriff,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der im Rahmen der Erfindung benutzten Korrosions-Prüfapparatur,

Fig. 8 und 9 graphische Schaubilder, die die mit Hilfe der in Fig. 7 dargestellten Prüfapparatur erzielten Versuchergebnisse darstellen, und

Fig. 10 eine graphische Darstellung eines mit einer anderen Prüfapparatur erzielten Korrosions-Prüfer gebnisses.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung wird das Speisewasser in eine Wasserkammer 1 über einen Speisewassereinlaß 2 eingebracht und durch die Wärmetauscherröhren 5 hindurchgeführt, um sodann aus einem Speisewasserauslaß 3.ausgetragen zu werden. Die Wärmetauscherröhren sind in einer großen Anzahl vorgesehen und bilden eine Röhrengruppe, wobei sie sich durch eine Röhrenplatte 4 in die Wasserkammer 1 öffnen. Die Röhren sind mit Hilfe von Röhrenstützplatten 6 sowie Spannstäben 7 an einer Schale 9 befestigt. Von einer Turbine abgezogener erwärmter Dampf wird in den Erwärmer durch einen Dampfeinlaß 10 eingebracht und ein Kondensat, welches die Erwärmungsfunktion in einem Erwärmer vollendet hat, der an einer einen höheren Druck aufweisenden Seite' als der vorstehend erwähnte Erwärmer angeschlossen ist, wird in den Erwärmer mittels eines Einlaufes 11 eingebracht. Diese Erwärmungsmedien gelangen in Kontakt mit der Oberfläche einer jeden Röhre 5 der Röhrengruppe und bewirken den Wärmeaustausch mit dem die Röhren durchfließenden Speisewasser. Die Medien kondensieren unter Bildung eines Austrages 12, welcher in einem Bodenabschnitt des Erwärmers gesammelt und aus einer Austragsöffnung 14 über eine Austrags-Kühlzone 13 ausgetragen wird. Unkondensiertes Gas, welches mit den Erwärmungsmedien mitgeführt wurde und in den Erwärmer gelangt ist, wird im Erwärmer zusammen mit den Strömungen 15 und 16 der Erwärmungsmedien mitgeführt, während die Strömungsrichtung mit Hilfe der Röhrenhalterunga-

platten 6 gesteuert wird. Ein Austrag aus dem Erwärmer erfolgt durch einen Auslaß 8 für nichtkondensiertes Gas,

wobei dieser Auslaß im den öffnungen 3 und 2 gegenüber-5

liegenden Ende des Gefäßes (der Schale) vorgesehen ist.

Nachdem die Erwärmungsmedien in den Erwärmer vermittels des Dampfeinlasses 10 und des Abzugseinlasses 11 eingebracht sind, strömt die gesamte Menge dieser Medien längs einer schlangenförmigen Strömungsbahn, die mit Hilfe der Röhrenhalterungsplatten gebildet ist, so daß die Strömungsgeschwindigkeit bzw. die Durchflußmenge nicht zu groß ist.

Handelt es sich bei der Dampf-Wasser-Mischung, die durch 15

den Austragseinlaß 11 eingebracht wurde und dem durch den Dampfeinlaß 10 eingebrachten Heißdampf um ein Medium mit einem niedrigen pH-Wert, so schreiten Erosion und Korrosion fort und wird die Dicke der Schale, der Wärmetauscher-

_on röhren sowie der Halterungsplatten herabgesetzt, weil das Konstruktionsmaterial aus Kohlenstoffstahl besteht. Diese Dickenverminderung ist ein neuartiges Phänomen, welches zuvor nicht aufgetreten ist. Da die Umgebungstemperatur im Bereich von etwa 100 bis 200⁰C liegt und der Angriff auf die Dicke des Kohlenstoffstahls von der Oberfläche des Kohlenstoffstahls erfolgt, wird die Lebensdauer des Erwärmers beträchtlich herabgesetzt, wenn ein Abtrag der Kohlenstoffstahldicke von 1,4 mm pro Jahr angenommen wird. Im allgemeinen zeigt der Kohlenstoffstahl im Verlauf der Zeit ein Korrosionsphänomen, so daß der Plan besteht, eine übermäßig starke Dicke der stählernen Komponenten vorzusehen, um diesen korrosionsbedingten Abtrag zu kompensieren. Es ist auch vorgeschlagen worden, nichtrostenden Stahl zu diesem Zwecke zu verwenden, aber das oben beschriebene Dicken-Verminderungsphänomen überschreitet bei. weitem die Über-

dimensionierung (üblicherweise circa 1ram) zum Kompensieren der Korrosion, so daß ein neuartiges Gegenmittel erforderlich

ist. 5

Das Dickenverminderungsphänomen der Schale, der Wärmetauscheröhren sowie der Halterungsplatten im Erwärmer ist ein im Inneren des Erwärmers auftretendes Phänomen, so daß es schwierig ist, die Bedingungen von außerhalb zu überwachen. Es ist auch unmöglich, den Zustand an einem Ort aus anderen Befunden abzuschätzen und wenn die Dickenreduzierung einmal aufgetreten ist, so ist eine Reparatur sehr schwierig oder praktisch undurchführbar im Hinblick auf

-,_ die Konstruktion. Demzufolge muß ein Speisewasser-Erwärmer

lb

entworfen und hergestellt sein aus Werkstoffen, welche keine Diekenreduktion erleiden, um auf diese Weise ein zuverlässiges Arbeiten der Anlage zu gewährleisten.

2Q Der Erosions-Korrosions-Angriff auf die äußere Oberfläche der Wärmetauscherröhren tritt auf, wenn die Umgebungstemperatur etwa 100 bis 200⁰C beträgt und wenn Wassertropfen und eine Dampfströmung vorliegen. Der Bereich, in welchem die Erosion-Korrosion gebildet wird, ist am äußeren Umfangsabschnitt der Röhrengruppe zu bemerken, insbesondere am unteren Abschnitt des äußersten Umfanges der Röhrengruppe. Weil der einlaßseitige Abschnitt des Speisewassers, wo die Wassertemperatur in den Wärmetauscherröhren niedrig ist, hinsichtlich des DampfVerbrauchs auffällig ist, folgt, daß eine schwere Erosion-Korrosion auftritt. Insbesondere konzentrieren sich die Erosions-Korrosions-Erscheinungen im unteren Abschnitt des Außenumfanges der Röhrengruppe.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Stahlzusammensetzung zu schaffen, die sowohl ausgezeichnet schweißbar ist als auch eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Erosions-Korrosions-Erscheinungen bei Naßdampfeinwirkung aufweist. Ferner verfolgt die Erfindung das Ziel, einen Speisewasser-

48 *"'

Ή-

Erwärmer mit hoher Beständigkeit zu schaffen, welcher aus dem erfindung3gemäßen Stahl hergestellt ist. 5

Es versteht sich aus der vorstehend angegebenen Formel des C-Äquivalentes sowie des P ,,..-Wertes, daß die Verbesserung der Schweißbarkeit durch Verminderung des Kohlenstoffgehaltes erzielt werden kann, wobei jedoch in einem solchen Fall natürlich die Härte des Stahl herabgesetzt wird, woraus gefolgert werden kann, daß die Beständigkeit gegen Erosion-Korrosion vermindert wird. Es wird angestrebt, daß die E.-K.-Beständigkeit nicht nur lediglich gesteigert wird, sondern daß gleichfalls

¹⁵ die Schweißbarkeit verbessert wird, anstelle daß die

Schweißbarkeit ohne Beeinträchtigung der E.-K.-Beständigkeit verbessert wird. Wegen dieser Forderungen besteht Überein-, kunft in der Fachwelt, daß eine Verminderung des Kohlenstoffgehaltes nicht in Betracht kommt. Es gibt im Stand der Technik keinen Hinweis , daß sich die E.-K.-Beständigkeit und die Schweißbarkeit durch Herabsetzen des Kohlenstoffgehaltes verbessern lassen.

Es ist dargelegt worden, daß das zu .lösende Problem ein schwieriges Problem ist, welches nicht anhand des gegenwärtigen technischen Wissens gelöst werden kann.

Die Erfinder haben systematisch und gründlich die Beziehungen des Kohlenstoffgehaltes zu geringen Mengen an Legierungs-

elementen in diesen Stählen mit Blick auf die E.-K.-Beständigkeit, die Schweißbarkeit und die mechanischen Eigenschaften untersucht und haben unerwartet herausgefunden, daß die E.-K.-Beständigkeit in diesen Cr-Mo-Stählen verbessert wird

1) durch Herabsetzen der oberen Grenze des Kohlenstoffhaltes auf 0,14 % und

2) durch Zusatz geringer Mengen an Cu und Ni.

Ferner wurde gefunden, daß

3) die E.-K.-Beständigkeit bei niedrigem Siliciumgehalt höher ist und daß

4) die E.-K.-Beständigkeit ausgezeichnet ist, selbst wenn die Festigkeit gering ist, sofern die Fälle 1), 2), 3) vorliegen.

Diese Fakten sind die unerwartete Grundlage der Erfindung, welche dem Common sense bzw. dem technischen Sachverstand der Fachwelt widerspricht.

Die Erfinder haben diese Ergebnisse auf die unter Naßdampfbedingungen benutzten Stähle angewandt, wie auf den obenbeschriebenen Speisewasser-Erwärmer,und haben eine Verbesserung sowohl der E.-K.-Beständigkeit als auch

der Schweißbarkeit gefunden, was sich, wie vorstehend 20

dargelegt, als ein sehr schwieriges Problem darstellt.

Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem niedriggekohlten Cr-r-Mo-Stahl mit besonderer Eignung zur Verwendung unter Naßdampfbedingungen. Dieser Stahl besteht zu 0,02 bis 0,14% aus Kohlenstoff, hat nicht mehr als 0,9 % Silicium, enthält 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6% Chrom, 0,4 bis 0,7% Molybdän, Rest im wesentlichen Eisen. Sofern nichts anderes angegeben, beziehen sich im

_or. Rahmen dieser Erfindung alle Prozentangaben auf Gewichtsprozent. Der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt den niedriggekohlten Chrom-Molybdän-Stahl, dessen Zusammensetzung eine Basiskomponente umfaßt, worunter die vorstehend beschriebene Zusammensetzung des Stahls nach

og dem ersten Aspekt der Erfindung zu verstehen ist, und eine zweite Komponente aus wenigstens einem der folgenden Gehalte von 0,5% Kupfer, nicht mehr als 0,5% Nickel und nicht mehr als 0,005% Bor, wobei'diese Elemente zur Steige-

rung der Festigkeit des Stahls durch Fe3t~Flüssig-Härtung (solid-solution hardening) dienen und die Härtbarkeit '

steigern. Der zweite Aspekt der Erfindung bezweckt eine 5

Steigerung der Festigkeit der Stähle nach dem ersten Aspekt der Erfindung, so daß die ausgezeichnete Schweißbarkeit und die hohe E.-K.-Beständigkeit des Stahls als Folge seines niedrigen Kohlenstoffgehaltes noch stärker gesteigert wird- Ferner bezweckt der zweite Aspekt der Erfindung eine gesteigerte E.-K.-Beständigkeit des Stahls als Folge des Kupfer- und/oder Nickelgehaltes selbst.

Der dritte Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht aus

dem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl, dessen Zusammensetzung 15

besteht aus der Basiskomponente und einer dritten Komponente aus wenigstens einem der folgenden Gehalte von nicht mehr als 0,05% Niob und nicht mehr als 0,08% Vanadium,.wobei es sich bei diesen Elementen um Ausscheidungshärtungs_on Elemente handelt. Der dritte Aspekt bezweckt eine Steigerung der Festigkeit des Stahls gemäß dem ersten Aspekt, so daß die gute Schweißbarkeit und E.-K.-Beständigkeit des Stahls als Folge seines niedrigen Kohlenstoffgehaltes noch weiter gesteigert werden kann.

Der vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht aus dem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl, dessen Zusammensetzung aus einer Basiskomponente und einer vierten Komponente aus wenigstens einem der Gehalte an Aluminium, Titan und Zirkonium in einer Menge von jeweils 0,005 bis 0,08% bestehen, wobei diese Elemente zum Ausbilden eines feinen Gefügeaufbaus im Stahl dienen. Der vierte Aspekt bezweckt eine Verbesserung der Zähigkeit des Stahls des ersten Aspektes, so daß die Schweißbarkeit und E.-K.-Beständigkeit

35 des Stahls noch weiter gesteigert werden können.

Der fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht aus dem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl, der aus der Basiskom-

ponente, der zweiten Komponente und der dritten Komponente besteht.

Der sechste Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht aus dem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl, dessen Zusammensetzung aus der Basiskomponente, der zweiten Komponente und der vierten Komponente besteht.

10

Der siebente Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht aus dem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl, dessen Zusammensetzung aus der Basiskomponente, der dritten Komponente und der vierten Komponente besteht.

Der achte Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht aus dem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl, dessen Zusammensetzung aus der Basiskomponente, der zweiten Komponente, der dritten Komponente und der vierten Komponente besteht.

20

Kohlenstoff, Kupfer und Nickel sind wichtige Elemente im

erfindungsgemäßen Stahl und der Kohlenstoffgehalt ist auf 0,02 bis 0,13% beschränkt, wobei jeder der Kupfer- und Nickelgehalte auf 0,16 bis 0,30% als bevorzugten ng Gehaltsbereich zur deutlichen Verbesserung des erfindungsgemäßen Effektes im zweiten, fünften, sechsten und achten Aspekt unter den vorstehend beschriebenen Aspekten der vorliegenden Erfindung beschränkt ist.

Der Grund zum Beschränken des Gehaltsbereiches von Legierungseleraenten in den vorstehend genannten Aspekten der Erfindung liegt in folgendem.

Der Kohlenstoffgehalt ist in der folgenden Erfindung von besonderer Bedeutung und darf nicht mehr als 0,14% betragen, um die Schweiß-Härtbarkeit sowie die Schweißrißanfälligkeit zu erniedrigen, um die Vorwärmtemperatur für das Schweißen zu erniedrigen, um das Nacherwärmen abzu-

kürzen, um die Glühtemperatur des Spannungsfreiglühens herabzusetzen, und um eine ausgezeichnete E.-K.-Beständigkeit

im Gegensatz zum herkömmlichen Stand der Technik zu er-5

reichen. Im Hinblick auf eine Verbesserung der Schweißbarkeit sind möglichst niedrige Kohlenstoffgehalte anzustreben. Um jedoch einen Stahl mit ausreichend hoher Festigkeit und Zähigkeit innerhalb des Temperaturbereiches von Raumtemperatur bis etwa 25O⁰C bei Beaufschlagung mit Naßdampf in einem Speisewasser-Erwärmer für ein Kernkraftwerk oder dergleichen zu erzielen, muß ein Kohlenstoffgehalt von wenigstens 0,02% im Stahl vorgesehen sein. Aus diesem -,·■ Grunde ist die untere Grenze des Kohlenstoffgehaltes fe.stgelegt auf 0,02%.

Der Cr-Mo-Stahl mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hat eine derart ausgezeichnete Eigenschaft, daß die Schweißrißanfälligkeit beträchtlich durch eine sehr geringe Herab-

2Q setzung des Kohlenstoffgehaltes gesteigert werden kann.

Wird der Kohlenstoffgehalt von 0,14% auf 0,13% verringert, so kann die Schweißrißanfälligkeit beträchtlich vermindert werden, ohne daß eine merkliche Herabsetzung der Festigkeit erfolgt. Demzufolge beläuft sich die bevorzugte obere Grenze des Kohlenstoffgehaltes auf 0,13%, noch mehr bevorzugt auf 0,11%.

• Silicium ist ein wirksames Element zum Steigern der Festigkeit des Stahl bei Raumtemperatur und bei hoher Temperatur.

In der vorliegenden Erfindung besteht die Gefahr des Herabsetzens der Festigkeit als Folge der strikten Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes zum Zwecke der vollständigen Gewährleistung des erwarteten Effektes. Aus diesem Grunde muß Silicium im Stahl in einer Menge von nicht mehr als 0,9% vorliegen, um eine vorgegebene Festigkeit kostengünstig aufrechtzuerhalten, ohne die Anwendung gesteigerter Menge an kostspieligen Elemente wie Mangan, Chrom, Molybdän und dergleichen. Ein höherer Siliciumgehalt ist wirksamer

23 "

zum Steigern der Festigkeit. Übersteigt der Siliciumgehalt jedoch 0,9%, so wird die Zähigkeit der von der Schweißwärme beeinflußten Zone herabgesetzt. Aus diesem Grunde darf der Siliciumgehalt nicht mehr als 0,9% betragen. Ferner haben die Erfinder herausgefunden, daß dann, wenn der Siliciumgehalt begrenzt ist auf nicht mehr als 0,45%,die E.-K.-Beständigkeit des Stahls merklich ver-

J^q bessert wird, unabhängig von dem niedrigen Kohlenstoffgehalt. Aus diesem Grunde ist es ganz besonders vorteilhaft, den Siliciumgehalt auf nicht mehr als 0,45% in den Stählen nach dem ersten bis sechsten Aspekt der Erfindung zu begrenzen. Diese Begrenzung ist eine der wichtigen

jg Erfordernisse nach dem siebenten und achten Aspekt nach der Erfindung. Im Stahl nach der Erfindung ist es möglich, die erforderliche Festigkeit durch Wirkung der festigkeitssteigernden Elemente Mangan, Chrom, Molybdän und dergleichen selbst dann zu gewährleisten, wenn der Siliciumgehalt auf das vorstehend beschriebene niedrige Niveau abgesenkt wird. Diese Tatsache wird später noch erläutert. Insbesondere ist ein Siliciumgehalt von 0,1 bis 0,35% bevorzugt.

Mangan is.t in einer Menge von wenigstens 0,3% erforderlich, um dem Stahl Festigkeit und Duktilität zu verleihen. Der Grund äafür, daß nicht mehr als 0,05% Niob oder nicht mehr als 0,08% Vanadium allein oder gemeinschaftlich im erfindungsgemäßen Stahl vorgesehen sind, ist folgender:

Sowohl Niob als auch Vanadium haben eine Ausscheidungs-Härtungswirkung und dienen zur Verfestigung des Stahls. So dient insbesondere Niob zur Stahlverfestigung vermittels der Ausbildung feiner Körner. Demzufolge dient die Verwendung dieser Elemente zur Steigerung der Festigkeit des Stahls, wodurch es möglich wird, den Kohlenstoffgehalt im Stahl herabzusetzen, ohne die Festigkeit des Stahls zu beeinträchtigen. Ferner setzen diese Elemente die Schweißhärtbarkeit und die Schweißanfälligkeit des

Stahls herab, überschreitet jedoch die Niobmenge 0,05% bzw. die Vanadiummenge 0,08%, so wird die Rißanfälligkeit

der geschweißten Verbindung während des Spannungsfrei-5

glühens gesteigert und wird die Zähigkeit der von der

Schweißwärme beeinflußten Zone herabgesetzt. Demzufolge ist der Niobgehalt auf nicht mehr als 0,05% beschränkt und ist der Vanadiumgehalt auf nicht mehr als 0,08% beschränkt. Vorzugsweise liegen Niob und Vanadium jeweils 10

in einer Menge von w-enigstens 0,005% vor.

Außerdem ist wenigstens eines der Elemente Aluminium, Titan und Zirkonium im erfindungsgemäßen Stahl in einer

Menge von jeweils 0,005 bis 0,08% vorhanden. Der Grund 15

ist der folgende:

Aluminium, Titan und Zirkonium liegen in Form feiner Partikel aus AlN, TiN und ZrN vor und diese feinen Partikel fördern die Zähigkeit des Stahls durch Feinkorn. Die

Wirkung dieser Elemente erscheint deutlich bei Gehalten 20

von wenigstens 0,005% und vergrößert sich spürbar in Abhängigkeit von steigenden Gehaltsmengen dieser Elemente. Bei Gehalten von etwa 0,08% ist jedoch ein Maximum der Wirkung erreicht. Demzufolge ist der Gehalt an jedem der 2g Elemente Aluminium, Titan und Zirkonium begrenzt auf 0,005 bis 0,08%;

Tn den Stählen gemäß den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Kohlenstoffgehalt auf 0,02 bis 0,13% beschränkt, wobei zugleich die Gehalte an Kupfer und Nickel auf 0,16 bis 0,3% beschränkt sind. Der Grund dafür ist der folgende:

Es ist vorteilhaft, Kupfer oder Nickel im Stahl in Mengen von wenigstens 0,16% vorliegen zu haben, um die E.-K.-Beständigkeit des Stahls zu verbessern. Höhere Kupfer- oder Nickelgehalte wirken sich intensiver aus. Die Anwendung geringerer Kupfer- bzw..Nickelmengen ist jedoch im Hinblick auf die Schweißrißanfälligkeit des Stahls vorzu-

ziehen, so daß es vorteilhaft ist, jeweils nicht mehr als 0,3% Kupfer und Nickel zu verwenden. Demzufolge enthält der Stahl nach der Erfindung vorzugsweise Kupfer in 5

einer Menge von nicht mehr als 0,13% zusammen mit wenigstens einem der Elemente Kupfer und Nickel in einer Menge von 0,16 bis 0,3% je Element.

Der Stahl nach der Erfindung kann zufällige (herstellungsbedingte) Verunreinigungen aufweisen, die bei der Stahlerzeugung verursacht worden sind. Das bedeutet, daß Schwefel und Phosphor eine die Warmrißanfälligkeit der geschweißten Teile fördernde Wirkung entfalten, weshalb es erforderlich ist, die Gehalte an Schwefel und Phosphor auf nicht mehr als 0,025% zu begrenzen, wobei diese Menge innerhalb des Gehaltsbereiches liegen, der bei der üblichen Stahlerzeugung eingehalten wird. Demgegenüber wirkt Stickstoff bei Vorliegen von Aluminium in Richtung auf eine Verfeinerung

2Q des Kristallkorns, so daß die Zähigkeit des Stahls gesteigert wird. Folglich ist Stickstoff wirksam bei einem Stickstoffgehalt im Stahl von 0,002 bis 0,015%, wobei sich diese Menge innerhalb des bei der üblichen Stahlerzeugung eingehaltenen Gehaltsbereiches bewegt. Übersteigt der Stickstoffgehalt jedoch 0,015%, so ist der hergestellte Stahlblock nachteilig beeinträchtigt, als Folge der Bildung von Poren (blow holes) und anderer Gründe, so daß die Schweißbarkeit des Stahls gering wird. Demzufolge sollte der Stickstoffgehalt auf 0,002 bis 0,15% begrenzt sein.

Der Stahl mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung zeigt die obengenannte ausgezeichnete E.-K.-Beständigkeit, Schweißbarkeit, Festigkeit, Zähigkeit und dergleichen bei Verwendung unter Naßdampf-Beaufschlagung. Demzufolge ist der Stahls sehr wertvoll und von hohem Handelswert, wenn der Stahl für Anwendungsgebiete verwendet wird, welche die vorstehend angegebenen Stahleigenschaften verlangen. Mit anderem Worten zeigen die erfindungsgemäßen Stähle

außergewöhnlich hervorragende Stahleigenschaften in Verbindung mit einem hohen kommerziellen Wert, lediglich dann, wenn die Stähle auf Anwendungsgebieten verwendet werden, welche die vorstehend beschriebenen Stahleigenschaften verlangen.

Die Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Stähle sowie deren Verwendung und dergleichen sind im vorstehenden erläutert worden. Der Stahl nach der Erfindung wird auf folgende Weise hergestellt:

Es wird eine Stahlschmelze mit der oben angegebenen Zusammensetzung hergestellt und sodann auf herkömmliche ■

Weise (nach dem Abgießen) ausgewalzt bzw. ausgeschmiedet, 15

worauf der gewalzte oder geschmiedete Stahl einer Normalisierungsbehandlung mit nachfolgendem Anlassen unterworfen wird. Stattdessen kann der Stahl einer Glühbehandlung unterworfen werden, wonach der angestrebte Stahl vorliegt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die Wärmebehandlung 20

auf die beiden vorstehend genannten Arten der Wärmebehandlung

beschränkt.

Der Ausdruck "normalisieren" bedeutet eine Wärmebehandlung,

bei welcher ein Stahl auf eine Temperatur erwärmt wird, 25

die nicht niedriger ist als der Ac^-Punkt, woran sich ein Abkühlen an Luft anschließt ( eine Stahlplatte mit einer Dicke von weniger als 100 mm wird beispielsweise lediglich an Luft gekühlt, wohingegen eine Stahlplatte mit einer

Q₀ sehr großen Dicke von nicht weniger als 100 mm an Luft abgekühlt oder auf beschleunigte Weise abgekühlt wird). Der Ausdruck "anlassen" bedeutet eine Wärmebehandlung, während welcher ein Stahl auf eine Temperatur erwärmt wird, welche nicht höher ist als der Ac..-Punkt, woran sich ein Abkühlen an Luft anschließt. Der Ausdruck "Glühbehandlung" bzw. "Glühen" bezeichnet eine Wärmebehandlung, während welcher ein Stahl auf eine Temperatur erwärmt wird, welche nicht niedriger ist als der Ac^-Punkt, woran sich

ein langsames Abkühlen anschließt. Der normalisierte und angelassene Stahl besitzt ein- im wesentlichen aus

_ Ferrit und Perlit bestehendes Feingefüge, welches gelegento

lieh Bainit enthält. Der geglühte Stahl besitzt ein im wesentlichen ferritisch-perlitisches Feingefüge.

Als typische Ausführungsform der unter Naßdampfbedingungen _in zu verwendenden Apparatur ist ein Speisewasser-Erwärmer für Kernkraftwerke bekannt. Die Verwendung des Stahls nach der Erfindung in dem Speisewasser-Erwärmer wird im folgenden erklärt: .

Es ist eine sehr wichtige Eigenschaft des erfindungsgej^g mäßen Stahls, daß er bei beabsichtigter Verwendung als Stahl für Speisewasser-Erwärmer "geglüht" werden kann, im Gegensatz zur herkömmlichen Wärmebehandlung, welche ein solches "Glühen" niemals benutzt hat. Demzufolge besitzt der Stahl nach der Erfindung besonders wertvolle Eigenschaften, wie noch beschrieben wird.

Das bedeutet, ein geglühter Stahl ist weniger anfällig für Wärmezyklen, wie ein Spannungsfreiglühen nach dem Schweißen und dergleichen und besitzt eine geringere Schwankungsbreite des Feingefüges und der mechanischen Eigenschaften als ein normalisierter und angelassener Stahl. Ist demzufolge eine beträchtlich große Temperaturschwankung vorgesehen, wie beispielsweise im Falle eines Spannungsfreiglühens eines großdimensionierten (large-size) · geschweißten Struktur, so ist es vorteilhaft einen geglühten Stahl anstelle eines normalisierten und angelassenen Stahls zu verwenden, um die Güte der Strukturteile so gleichmäßig wie möglich zu erhalten. Trotz eines solchen Vorteils des geglühten Stahls ist bisher lediglich normalisierter und angelassener Stahl für Speisewasser-Erwärmer für Kernkraftwerke verwendet worden, wohingegen ein geglühter Stahl bisher nicht für einen solchen Er- ·. wärmer benutzt wurde. Dafür ist in erster Linie der folgende

Grund verantwortlich. Es ist angenommen worden, daß der geglühte Stahl eine geringere Festigkeit sowie eine merklich niedrigere E.-K.-Beständigkeit aufweist als der 5

normalisierte und angelassene Stahl. Die Erfinder haben jedoch zahlreiche Untersuchungen auf der Grundlage einer von der herkömmlich fixierten Vorstellung gänzlich verschiedenen technischen Vorstellung durchgeführt und dabei gefunden, daß, entsprechend der vorliegenden Erfindung, ein Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt und einer hochgradigen Schweißbarkeit hergestellt werden kann. Ferner wurde gefunden, daß ein Stahl mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung eine sehr hohe E.-K.-Beständigkeit je selbst dann besitzt, wenn der Stahl einer Glühung als Wärmebehandlung unterworfen wurde. Ferner wurde gefunden, daß der Stahl über geeignete Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften verfügt, um als Stahlwerkstoff für Speisewasser-Erwärmer von Kernkraftwerken verwendet zu werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung und die

mit deren Hilfe erzielbaren Vorteile noch näher.

Die chemischen Zusammensetzungen der Stahl-Prabekörper sind in den folgenden Tafeln 2 und 3 zusammengestellt. In diesen Tafeln sind alle Probekörper außer den Probekörpern Nr. 4-3, 4-4, 6-11, 6-12, 16-10, 16-11 und 16-12 Stähle, welche den in den entsprechenden Patentansprüchen definierten chemischen Zusammensetzungen nach der Erfindung genügen. Bei den Probekörpern 4-3 und 4-4 handelt es sich um Vergleichsbeispiele handelsüblicher kohlenstoffreicher 1 1/4%Cr-1/2%Mo-Stähle, wie diese üblicherweise für Speisewasser-Erwärmer von Kernkraftwerken benutzt werden und zwar als typisches Beispiel eines solchen Materials bei Verwendung unter Naßdampfbedingungen in Japan Dieser herkömmliche Stahl enthält 0,16 bis 0,17% Kohlen-

• *·· · fr

stoff, was oberhalb der erfindungsgemäföen Kohlenstoff-Höchstgrenze von 0,14% liegt.

Auch die Probekörper 6-12 und 16-10 sind sogenannte Vergleichsstähle , welche zeigen, daß die Erosions-Korrosions-Beständigkeit unzureichend entwickelt wird, wenn der Kohlenstoffgehalt außerhalb des 'erfindungsgemäß definierten Gehaltsbereiches liegt. Die Probekörper 6-11, 16-11 und 16-12 sind Vergleichsstähle, die in der Schweißbarkeitsprüfung verwendet werden.

Alle diese Stähle mit Ausnahme der handelsüblichen Stähle gemäß Probekörpern 4-3 und 4-4 sind Stahlplatten (Stahlbleche) jeweils hergestellt durch'Auswalzen eines 100 kg-Stahlblockes, welcher hergestellt ist unter Verwendung eines kleindimensionierten Hochfrequenz-Induktions-Vakuumofens, wobei eine 30 ram dicke Stahlplatte mit Hilfe einer kleindimensionierten Walzeinrichtung hergestellt wurde. Nach dem Walzen wurde die Stahlplatte einer Glühbehandlung wie auch einer Normalisierungs-Anlaß-Behandlung unterworfen, wie diese an Stahlplatten durchgeführt wird, die für Speisewasser-Erwärmer an Kernkraftwerken ver-

25 wendet werden.

Die Normalisierungsbehandlung wird ausgeführt, indem die Stahlplatte 1 Stunde lang in einem Erwärmungsofen auf 93O⁰C belassen und dann an Luft abgekühlt wird. Zum Anlassen wird eine einstündige Glühung bei 660°C vorgenommen. Außerdem wird die Glühbehandlung ausgeführt , indem die Stahlplatte 1 Stunde lang in einem Erwärmungsofen auf 93O⁰C belassen und sodann langsam mit einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit (Temperaturwechselgeschwindigkeit) von 0,8°C/rain über einen Temperaturbereich von 800 bis 400⁰C abgekühlt wird.

Weil die Stahlplatte stets einem Spannungsfreiglühen nach dem Zusammenschweißen unterworfen wird, werden die normalisierte und angelassene Platte und die geglühte Platte ferner einem einstündigen Spannungsfreiglühen bei 645⁰C vor der Versuchsdurchführung unterworfen. Die für die Schweißbarkeitsprüfung verwendeten Probekörper werden jedoch nicht dem Spannungsfreiglühen unterzogen.

10

Um zu zeigen, daß die erfindungsgemäßen Stähle über geeignete Festigkeits-und Zähigkeitseigenschaften zur Verwendung als Werkstoff für Speisewasser-Erwärraer von Kernkraftwerken verfügen, wurden Zugversuche bei Raumtemperatur und 25O⁰C durchgeführt und wurden zunächst an diesen

15

Probekörpern Kerbschlagversuche (V-Charpy-Probe) durchgeführt. Unter dem hier benutzten Ausdruck "geeignete Festigkeitswerte" ist zu verstehen, daß die Zugfestigkeit mehr als circa 40 kg/mm² bei Raumtemperatur beträgt, wobei angestrebt ist, daß dieser Wert von mehr als 40 kg/mm² selbst bei 25O⁰C beibehalten bleibt, wobei die Erwärmungstemperatur des Speisewasser-Erwärmers von etwa 150⁰C in Betracht genommen ist. Der hier benutzte Begriff "geeignete Zähigkeit" bedeutet, daß die (beim Kerbschlagversuch) absorbierte Energie bei Raumtemperatur mehr als etwa 2,1 kg-m beträgt, unter Berücksichtigung der Verwendungsbedingungen .

Für den Zugversuch wird eine Zugprobe mit 6 mm Durch-· QQ messer, einer Parallel-Teillänge von 30 mm und einer Meßlänge von 25 mm verwendet, während für den Kerbschlagsversuch eine V-Charpy-Probe mit einer 2 mm-V-Nut verwendet wird.

Die von der Erfindung angestrebte verbesserte Schweißbarkeit wird anhand der typischen Stahlproben geprüft. Beim Schweißbarkeitstest wird die Y-Nut-Riß-Verhinderungstestmethode gemäß JIS Z-3158 angewendet, um eine Vor-

Wärmtemperatur zu messen, die zur Verhinderung von Schweißrissen führt.

Sodann werden die dafür vorgesehenen Probekörper dem Versuch zur Prüfung der Erosions-Korrosions-Beständigkeit unterzogen, wobei hochtemperiertes Wasser mit hoher Geschwindigkeit auf die Probekörper gespritzt wird. In diesem Fall handelt es sich beim Probekörper um eine scheibenförmige Platte mit 9 mm Durchmesser und einer Dicke von 10 mm, die mit einer Kreuznut versehen ist, welche eine Breite von 3 mm und eine Tiefe von 5 mm aufweist, entsprechend der Darstellung in Fig. 2. Der Gewichtsverlust des Probekörpers als Folge des Erosions-Korrosions-Angriffes wird dadurch bestimmt, daß ein hochtemperiertes und hochreines Wasser, welches ein nicht mehr als 5 ppb Sauerstoff enthaltendes Reaktorwasser simuliert und auf 15O⁰C erwärmt ist auf den Kreuzungsbereich der Kreuznut gesprüht wird und zwar mittels einer Düse mit einem Düsendurchmesser von 1 mm, wobei diese Düse in einer Höhe oberhalb der Nut angeordnet ist, daß eine hohe Strömungsgeschwindigkeit von 10 m/sek. erreicht wird. Die Testdauer beträgt 500 Stunden.

Die Versuchsergebnisse der vorstehend beschriebenen Versuche sind in den folgenden Tafeln 4 und 5 zusammengestellt und in den Figuren 3 bis 6 veranschaulicht.

In den Tafeln 4 und 5 ist die jeweils angewandte Wärmehandlung mit den Symbolen N; T; A und SR bezeichnet. Dabei bezeichnet N das Normalisieren, bezeichnet T das Anlassen, bezeichnet A das Glühen und bezeichnet SR das Spannungsfreiglühen.

to

to O

CJl

	Zusainnensetzung Ansprüchen1 und	gemäß 13	Tafel	11	2	(a)	60	(Gew.-%)	51	P	0.	S	Cu	20	Ni	20	Cr	02	Mo	57	V	0	Al
Probe Nr.	Zusammensetzung Ansprüchen2 und	gemäß 9	C	11	Si	60	Mn	51	0.014	0.	003	-		-		1.	42	0.	57	-	0.	-
1	Zusammensetzung Ans pn ι ph ^	gemäß	0.	11	0.	64	0.	55	0.015	0.	004	0.		0.		1.	38	0.	56	-		-
2	Zusammensetzung Ansprüchen*! und	gemäß 14	0.	10	0.	70	0.	61	0.013	0.	006	-		-		1.	46	0.	58	0.016		-
3	Zusammensetzung Ansprüchen²+ und	gemäß 14	0.	13	0.	70	0.	62	0.012	0	007	-		-		1.	40	0.	55	-		016
4-1	Vergleichsstahl		0.	17	0.	68	0	62	0.014	0	008	-		-		1.	32	0.	51	-	0	018
4-2	Vergleichsstahl		.0.	16	0.	61	0	.51	0.013	0	008	-			22	1	44	0.	57	-	0	-
4-3	Zusammensetzung AnsDrüchen5 und	gemäß 10	0.	13	0	.64	0	.55	0.014	0	.005	-	11		11	1	.44	0	.53	-	0	-
4-4	Zusammensetzung Ansprüchen 6 und	gemäß 15	0.	10	0	.65	0	.60	0.012	0	.007	-	20	0.	20	1	.42	0	.57	0.025	0	-
5	Zusammense tzung Ansprüchen 6 und	gemäß 15	0.	14	0	.69	0	.61	0.012	0	.008	0.	20	0	.19	1	.43	0	.56	-		.017
6-1	Zusammensetzung Anspruch en 6,11,	gemäß 15 u..19	0.	12	0	.70	0	.62	Ü.013	0	.007	0.	19	0	.21	1	.44	0	.57	-	.014
6-2	Zusaicmense tzung Ansprüchen 6, 11	gemäß , 15 u.19	ü.	13	0	.69	0	.61	0.013	0	.007	0.		0		1	.11	0	.56	-	.014
6-3		0	0		0	0.012		.008	0.		0		1		0		-	.014
6-4		0	0	0

CD CO K)

ω ο

bo σι

to ο

Tafel 2(b) (Gew.-%)

Probe Nr.	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen6 und 15	C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr	Mo	V	Al
6-5	Zusammensetzung gemäß An- sprüchen6, 11, 15 u. 19	0.14	0.70	0.61	0.011	0.008	0.20	0.20	1.09	0.57		0.015
6-6	Zusammensetzung gemäß An- sprüchenö, 11, 15 und 19	0.10	0.69	0.61	0.013	0.007	0.20	0.21	1.46	0.56	-	0.015
6-7	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 6 und 15	0.09	0.69	0.61	0.013	0.007	0.20	0.20	1.46	0.56	-	0.016
6-8	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen6 und 15	0.12	0.69	0.62	0.013	0.007	0.20	0.50	1.43	0.56	-	0.017
6-9	Zusammensetzung gemäß An sprüchen 6, 11, 15 und 19	0.07	0.65	0.60	0.013	0.008	0.35	0.35	1.43	0.55	-	0.014
6-10	Vergleichsstahl	0.07	0.69	0.61	0.012	0.007	0.20	0.20	1.44	0.56	. -	0.017
! 6-11 I	Vergleichsstahl	0.15	0.70	0.61	0.012	0.008	0.20	0.50	1.08	0.57	-	0.016
\ 6-12	Zusammensetzung gemäß Anspruch 7	0.16	0.56	0.55	0.004	0.006	0.14	0.14	1,37	0.53	-	0.023
	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen8, 12, 16 und 19	0.13	0.64	0.61	0.012	0.006	-	-	1.41	0.57	0.047 .	0.014
■ b !	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen6 und 15	0.11	0.69	0.61	0.012	0.007	0.20	0.21	1.43	0.55	0.034	0.01S
< 9	0.12	0.63	0.61	'0,012	0.005	-	-	1.40	0.57	B: 0.0013	0.060

GO CD

i O, OO KJ

co ο

fcO

cn

Tafel 3(a) (Gew.-%)

Probe Nr.	Zusammensetzung sorüchen 1 und 1'	gemäß	gemäß 15, 18	An-	C	13.	Si	20	Mn	60	0.	P	0	S	Cu	0	18	Ni	22	Cr	81	Mo	55	V	0	Al
11	Zusammensetzung Sprüchen 2 und 9	gemäß	gemäß 15, 18	An-	0.	12	0.	25	0.	62	0.	014	0	.004	-	0		-		0.	98	0.	55	-	0	-
12	Zusammensetzung Anspruch 3	gemäß	gemäß 15, 18		0.	12	0.	23	0.	58	0.	013	0	.007	0.	0		0.		0.	05	0.	54	-		-
13	Zusammensetzung Ansprüchen¹*, 14	gemäß und 17			0.	10	0.	25	0.	61	0.	014	0	.006	-	0		-		1.	10	0.	53	0.026	0	-
14-1		Zusammensetzung gemäß sprüchm 4, 14 und 17	An-	0.	06	0.	25	0.	62	0	012	0	.008	-			-	22	1	10	0.	53	-	0	.016
14-2	Zusammensetzung gemäß Sprüchen 5 und 10	An-	0.	12	0	28	0	62	0	012	0	.008		10		12	1	00	0	53	-	0	.015
15	Zusammensetzung gemäß sprüchenö, 15 und 18	An-	0.	13	0	26	0	60	0	014	0	.008		19	0.	20	1	.12	0	.54	0.020	0	-
16-1	Zus ammensetzung sprüchenö, 11, und 19	An-	0.	13	0	.25	0	.61	0	.014	0	.008	.20	0	.20	1	.11	0	.5Λ	-	.020
16-2	Zusammensetzung sprüchenö, 11, und 19	An-	0	.13	0	.25	0	.62	0	.0.13	0	.008	.20	0	.21	1	.11	0	.54	-	.016
16-3	Zusammensetzung sprüchenö, 11, und 19	An- """■	0	.10	0	.25	0	.61	0	.013	0	.007	0	1	.11	0	.53	-	.017
16-4	0	0	0		.011	.008	0	1	0	-	.016

O CO K3

Tafel 3(b) (Gew.-%)

Probe Nr.	Zusammensetzung gemäß An- sprüchenö, 11, 15, 18 und JW	C	Si	Mn	P	S	Cu	Ni	Cr	Mo	V	Al
16-5	Zusammensetzung gemäß An- sprüchenö, 11, 15, 18 und 1Q	0.10	0.25	0.61	0.012	0.007	0.20	0.20	1.10	0.53	-	0.016
16-6	Zusammensetzung gemäß An sprüchen 6, 15 und 18	0.11	0.25	0.62	0.012	0.008	-	0.20	1.09	0.53	-	0.015
16-7	Zusammensetzung gemäß An- sprüchen6, 11, 15, 18 und 19	0.12	0.26	0.59	0.009	0.007	0.20	0.50	1.12	0.53	-	0.015
16-8	Zusammensetzung gemäß An spruch en 6, 15 und 18	0.08	0.25	0.62	0.012	0.006	0.20	0.21	1.10	0.53	-	0.016
16-9	Vergleichsstahl	0.08	0.28	0.60	0.014	0.008	0.35	0.35	1.08	0.56	-	0.022
16-10	Vergleichsstahl	0.15	0.25	0.57	0.005	0.002	0.04	0.21	1.07	0.56	-	0.014 ,
16-11	Vergleichsstahl	0.15	0.25	0.62	0.014	0.006	0.20	-	1.05	0.54	-	0.016 '
16-12	Zusammensetzung gemäß An spruch 7	0.15	0.26	0.60	0.010	0.006	0.42	0.32	1.04	0.54	-	0.016
17	Zusammensetzung gemäß An- sprüehen8, 12 und 16	0.13	0.40	0.62	0.016	0.009	-	-	1.08	0.55	0.025	0.022
18	Zusammensetzung gemäß An- sprüchen6, 15 und 18	0.11	0.26	0.62	.0.012	0.008	0.20	0.20	1.09	0.54	0.034	0.017
10	0.10	0.25	0.60	0.010	0.004	-	■ -	0.99	0.56	B: 0.0012	0.066

CO NJ O

O OO NJ

CO O

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CTi

Tafel

Probe Nr.	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 1 und 13	Wärme behand lung*	A-SR	Zugversuch bei Raum temperatur	Zug festig keit (kg/mm²)	Dehnung	Zugversuch bei 25O⁰C	Zug festig keit (kg/mm²)	V-Charpy- Schlag- versuch	Y-Nut-Riß- test	rüfung auf jrosions- torrosions- >eständigkeit
1	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 2 und 9		A-SH	Streck grenze (kg/mm²)	47,3	35	Streck grenze (kg/ran²)	42,0	absorbier te Energie (kg.m)	\?orwärmtem- oeratur zum Verhindern von Schweiß rissen (⁰O	}ewichtsaus- ^leich (mg/500h)
2	N-T-SR	N-T	30,9	51,6		23,3	45,?	13,5	100	5,7
3	N-T-SR	N-T	33,5		30	25 0	47,0	11,?.	100	_r
-TwT	Zur?ammense t^.ung gemäß Anspruch 3JN-T-SR		34, ö	49,1	40	27,2	44,4	ö,2	1U0	5,υ
4-2	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 4 und 14	30,9	51,2	3H	24,2	4υ,υ	18,0	75
4-3	Zusammense t^ung gemäß Ansprüchen 4-14	31,5	55,2	34	·-·- υ	48,0	20 2
4"-λ"	n/ergleichsstahl	^u, 6	54,6	35	27 ,T	47,0	ö,2	150	ό,2
"j	Vergleichsstahl	36,0	56,6	32	27,2	51,6	7,4	200 .	-
	Zusammen se tsung gemäß Ansprüchen 5 und 10	33,2	' 30,6	7,5

	co cn	OO O	ω to cn , ο Tafel 4(b)	Zug festig keit (kg/na?)	Dehnung	ι-· cn	Zug festig keit (kg/mm^a)	1—1 O	Y-Nut-Riß- test	Jl M	• · 4 • W 9 9 * · ·
Probe Nr.		ifärme- jehand- lung*	Zugversuch bei Raum temperatur	50,2	33	Zugversuch bei 250⁰C	48,0	V-Charpy- Schlag- versuch	tforwärmtem- peratur zum Verhindern von Schweiß rissen (⁰O	'rüfung auf Srosions- Corrosions- beständigkeit	¹ *
6-1	Zusammense tzung gemäß Ansprüchen ό bis 15		Streck grenze (kg/mm²)	59,4	29	Streck grenze (kg/mm²)	52₁5	absorbier te Energie (kg.m)		3'ewichtsaus- (mg/500h)	* ·
6-2	Zusammense tzung iemäß Ansprüchen ι und 15	A-SR	31,2	53,?	36	28,2	48 ?	20,5			*• ·** I *
6-2	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 5 und 15	N-T-SR	38,0			28,2		15,0		5,2	• 3207032
ü-3	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen i,11,15 und 19	A-SR	30,9	55,4	31	24_,3	48,8	H,4	100
O- ί	iusammense tzung remäß Ansprüchen 3,11,15 und 19	N-T		52,3	35		47,a
	Zusammensetzung remäß Ansprüchen 3,11,15 und 19	N-T-SR	37,1			28,1		17,5
		A-SR	33,0		26,0	11,1

ω ο

bo

to O

Tafel 4(c)

Probe 1 Nr.	Zussamense tzung gemäß Ansprüchen 3,11,15 und 19	(iärrne- 3ehand- urig*	Zugversuch bei Raum temperatur	Zug festig keit (kg/mm²)	Dehnung (%²)	Zugversuch bei 25O⁰C	Zug festig keit (kg/mm²)	V-Charpy- Schlag- versuch	Y-Nut-Riß- test	¥üfung auf ^rosions- torrosions- seständigkeit	100
	Zusaamense tzung TßvcäSs Anspruch e η 5^11,15 und 19	N-T	Streck grenze (kg /mm²)			Streck grenze (kg/mm²)		absorbier te Energie (kg.m)	forwärmtem- Deratur zum Verhindern von Schweiß rissen (⁰O	Sewichtsaus- jleich (mg/500h)	125
6-5 !Zusammensetzung gemäß Ansprüchen \|6 und 15	iusanmense tzung ^ernäS Ansprüchen 3j11j15 und 19	N-T-SR		54,7	35		48,1		125		100
6-6	iu.'ianrnenset'/.ung gemäß Ansprüchen ρ und 15	A-SR	34,0	51,4	35	25,3	46,0	20j7	I L
ü-6	6-9 jZusa:nr.ensetzung gemää Ansprüchen ρ und 15	N-T	33,1			26,5		17,3	I 5,0
0-7	N-T-SR		59,6	30		52,6
b-8	N-T-SR	38,1	55,2	32	31,9	49,4	14,0 .
34,0	28jO	18,4

O CO K)

Cu O

to CJi

CJi

Tafel 4(d>

Probe Nr.	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 6,11,15 und 19	Wärme behand lung*	Zugversuch bei Raum temperatur	Zug festig keit (kg/mn?)	Dehnung	Zugversuch bei 25O⁰C	Zug festig keit (kg/mm²)	V-Cnarpy- Schlag- versuch	Y-Nut-Riß- test	'rüfung auf Srosions- Korrosions- beständigkeit	I	5,6
6-10	Vergleichsstahl	A-SR	Streck grenze (kg/mm²)	47,7	40	Streck grenze (kg/mm^a)	43,2	absorbier te Energie (kg.m)	Vorwärmtem peratur zum Verhindern von Schweiß rissen (⁰C)	jewichtsaus- ijleich (mg/500h)
6-11	Vergleichsstahl	N-T-SR	31,1	01,9	28	24,8	54,8	27,0	75
6-12	Vergleichsstahl	N-T	40,9	56,Ö	32	34,3	-	12 _L8	150	— i
6-12	Zusammensetzung gemäß Anspruch 7	A-SR	38,2	52,1	33	-	-	11,0	-	6,7
7	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 8,12,16 und 19	N-T-SR	31,5	62,6	25	-	54,2	4,2	-	b,ö
8	Zusammense tzung ger.äß Ansprüchen 6 und 15	N-T-SR	40,3	60,4	28	36,0	53,4	15,8
9	N-T-SR	37,0		•23	32,9	53,5	10,4
	46,2	40,0	19,5	125

*: N= Normalisieren, T = Anlassen, A = Glühen, SR = Spannungsfreiglühen

GO K) CZ)

cn

GO O

to Cn

cn

Tafel 5(a)

ärmeihand-.ung*

Zugversuch bei Raumtemperatur

Streckgrenze (kg/mm²)

Zugfestig keit (kg/mm² )

Dehnung tt?)

Zugversuch bei 250⁰C

Streckgrenze (kg /mm²)

Zugfestig keit (kg/mm²)

V-Charpy-

Schlag-

versuch

absorbierte Energie (kg.m)

Vorwärmten;-peratur zum Verhindern von Schweiß-

'issen

(⁰C)

Y-Nut-Rißtest

Prüfung auf ^! Srosions-Korrosions-Deständigkeit

jewichtsaus- ^leich (mg/500h)

Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 1 und 13

S-T-SR

29,0

43,6

38

20,5

38,5

12,0

100

5,0

Zusammense tsung gemäß Ansprüchen 2 und 9

S-T-SR

34,0

49,8

25,6

39,8

8,8

100

4,3

Zusammense tzung gemäß Anspruch 3

N-T-SR

36,2

51,2

28,0

43,2

11,8

100

4,7

Zusammen se tzung gemäß Ansprüchen 4,14 und 17

/V-SR ■

28,3

43,3

21,0

40,9

28,5

75

Zusammense tzung gemäß Ansprüchen 4,14 und 17

A-SR

25,4

40,4

JLiL

33,8

4,ü

Zusammense tzung gemäß Ansprüchen 5 und 10

>J-T-SR

36,0

51,8

27,8

46,0

12,6

O CO N)

to ο

Ol

Tafel 5(b)

Probe Nr.	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 6,15 und 18	Wärme behand lung*	Zugversuch bei Raum temperatur	Zug festig keit (kg /mm²)	Dehnung	Zugversuch bei 25O⁰C	Zug festig keit (kg/ran²)	V-Charpy- Schlag- versuch	Y-Nut-Riß- test	'rüfung auf Srosions- <orrosions- beständigkeit	I I
16-1	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 6,11,15,18 und 1ξ	!J-T-SR	Streck grenze (kg/mm²)	51,0	38	Streck grenze (kg/ran²)	45,0	absorbier te Energie (kg,m)	Vorwärmtem peratur zum Verhindern von Schweiß rissen (⁰C)	3ewichtsaus- gleich (mg/500h)
.16-2	Zusammense tzung gemäß Ansprüchen 6,11,15,18 und 1S	N-T-SR	34,5	51,4	37	24,5	45,7	25,2		n,5
16-2	Zusammense tzung gemäß Ansprüchen 6,11,15,18 und 19	<WSR	35,5	48,0	38	25,3	44,9	24,7		3,4
10-3	Zusammense tzung u;emäß Ansprüchen 6,11,15,18 und ic	N-T	30,3			23,1		14,3
16-4	N-JT-SR		47,9	40		41,9		100
	33,2	25,0	34,0

CO K) CD

CD CO K)

Cu O

to σι

to ο

CJl

Tafel 5(c)

Probe Nr.	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 6,11^15,18 u. 19	■grme- Ähand- lung*	Zugversuch bei Raum temperatur	Zug festig keit (kg/mm²)	Dehnung (%²)	Zugversuch bei 250⁰C	Zug- ' festig keit (kg/rcm²)	V-Charpy- Schlag- versuch	Y-Nut-Riß- test	³TUfUrIg auf Zrosions- (orrosions- Deständigkeit	i	3,2
16-4	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 6,11,15,18 u. 19	A-SR	Streck grenze (kg/mm²)	45,4	38	Streck grenze (kg/mm²)	42,3	absorbier te Energie (kg.m)	tforwärmtem- oeratur zum Verhindern von Schweiß rissen (⁰C)	Sewichtsaus- ^leich (mg/500h)
16-5	Zusammense tzung gemäß Ansprüchen 6,11,15,18 u.19	N-T	29,3			22,8		25,2		3,9
16-6	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 6,15 und 18	A-SK		44,9	40		41,7		5,0
16-7	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 6,11,15,18 u. 19	N-T-SR	29,3	50,8	36	22,0	44,5	24,9
10-0	A-SR	35,6	42,8	40	27,2	40,2	29,8	125
	28,5	20,3	32,2	75

CO K) O

co

to

cn

Tafel 5(d)

Probe Nr.	Zusammensetzung gemäß Ansprüchen 6j15 und 18	fJärme- 5ehand- lung*	Zugversuch bei Raum temperatur	Zug festig keit (kg/mn?)	Dehnung (%=)	Zugversuch bei 25O⁰C	Zug festig keit (kg/ran²)	V-Charpy- Schlag- versuch	Y-Nut-Riß- test	'rüfung auf . Srosions- Corrosions- beständigkeit
16-9	Vergleichsstahl	N-T	Streck grenze (kg/mm²)			Streck grenze (kg/ran²)		absorbier te Energie (kg.m)	Vorwärmtem- peratur zum Verhindern von Schweiß rissen (⁰C)	Gewichtsaus gleich (mg/500h)
16-10	Vergleichsstahl	N-T		52,5	-		-		100
16-10	Vergleichsstahl	A-SR	36,5	48,1	39	-	-	32,7	-	6,0
■16-11	Vergleichsstahl	N-T	30,8	51j8	36	-	-	11,7	-	3,9
16-12	Zusasmensetzung gemäß Anspruch 7	A-SR	36,6	50,0	38	-	-	26,6	175
17	Zusairmense tzung gemää Ansprüchen 8, 12 und 16	N-T-SR	32,6	52,6	34	-	44,2	10,8	150	-
10	Zusarraense tzung genäS Ansorüchen 6, 15 und 18	N-T-SR	37,4	52,4	• 34	29,0	46,9	18,2
10	N-T-SR	36,8	56,0	28	28,0		27,1
	44,7		3,6	125	3,8

Fig. 3 veranschaulicht die Beziehungen zwischen der Zugfestigkeit bei Raumtemperatur und der Vorwärmterr.peratur zum Verhindern von Schweißrissen in der Schweißstelle,

sowie dem Kohlenstoffgehalt der Stahlproben, welche den 5

chemischen Zusammensetzungen der Patentansprüche 4, 6, 8, 11 und 12 sowie der Vergleichsstahlprobekörper entsprechen. Fig. 4 veranschaulicht die gleichen Beziehungen wie Fig. 3, wobei jedoch der Siliciumgehalt auf nicht mehr als 0,45% beschränkt ist. In den Figuren 3 und 4 bezeichnet das schwarz ausgefüllte Dreieckssyrnbol normalisierte und angelassene Stahlprobekörper, die weder Kupfer noch Nickel enthalten. Das weiße Dreieckssymbol bezeichnet normalisierte und angelassene Stahlproben, welche Kupfer und Nickel enthalten. Das schwarz ausgefüllte Kreisflächensymbol bezeichnet geglühte Stahlprobekörper, die weder Kupfer noch Nickel enthalten und das weiß belassene Kreisflächensymbol bezeichnet geglühte Stahlproben, welche Kupfer und Nickel enthalten.

Den in den Tafeln 4 und 5 zusammengestellten Versuchsergebnissen ist deutlich zu entnehmen, daß alle erfindungsgemäßen Stahlprobekörper bei Raumtemperatur sowie bei 25O⁰C über hinreichend hohe Zugfestigkeiten und Zähigkeiten für den vorstehend diskutierten Verwendungszweck verfugen und daß es außerdem keinerlei Schwierigkeiten hinsichtlich der Festigkeit gibt, selbst wenn der Kohlenstoffgehalt zwecks Steigerung der Beständigkeit gegen Erosion-Korrosion sowie zwecks verbesserter Schweißbarkeit herabgesetzt ist.

Ferner besteht ein überraschendes Ergebnis darin., daß selbst bei Anwendung der Glühbehandlung, welche die Festigkeit kaum zu erhöhen vermag, anstelle des Normalisierens und Anlassens, wie es üblicherweise auf Stähle für Speisewasser-Erwärmer angewendet wird, der Kohlenstoffgehalt beträchtlich hinsichtlich der Festigkeit herabgesetzt werden kann, wie sich aus dem Vergleich mit den Vergleichsstahlproben 4-3 und 4-4 ergibt. Insbesondere wird aus den in Tafel 5 zusammengestellten Ergebnissen deutlich, daß

die Abnahme des Siliciumgehaltes die Zugfestigkeit bei 25O⁰C etwas herabsetzt, ohne daß jedoch die anderen Werk-

._ stoff eigenschaften verändert werden. Die Erosions-Korrosionso

Beständigkeit wird sogar verbessert.

Im folgenden werden die Beziehungen zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Schweißrißanfälligkeit unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Die Vorwärmtemperatur zum Verhindern des Auftretens von Schweißrissen beträgt für die Vergleichsstahlproben 4-3, 4-4 und 6-11, deren Kohlenstoffgehalt jeweils oberhalb der erfindungsgemäßen Höchstgrenze liegt, 150 bis 200⁰C. Im Gegensatz dazu kann im

je Rahmen der Erfindung die Vorwärratemperatur auf nicht mehr als 125⁰C erniedrigt werden, indem der Kohlenstoffgehalt auf nicht mehr als 0,14% begrenzt wird. Durch Begrenzen des Kohlenstoffgehaltes auf nicht mehr als 0,13% kann die Vorwärmtemperatur, bei welcher keine Schweißrisse auftreten, sogar auf nicht mehr als 100⁰C abgesenkt werden, wobei die Kupfer- und Nickelgehalte jeweils auf nicht mehr als 0,3% beschränkt sind.

Wie aus dem Vergleich der Probe 6-8 mit der Probe 6-3 ^und ^der Probe 6-9 mit der Probe 6-10 hervorgeht, hat eine geringfügige Erhöhung der Kupfer- und Nickelgehalte einen starken Einfluß auf die Schweißrißanfälligkeit, was ganz im Gegensatz steht, zu den Erwartungen der Fachwelt. Das bedeutet, daß die Vorwärmtemperatur zum Verhindern von Schweißrissen auf 25⁰C herabgesetzt werden kann, wenn die Kupfer- und Nickelgehalte jeweils auf nicht mehr als 0,3% beschränkt werden, im Gegensatz Stählen, welche Kupfer und Nickel jeweils in Mengen von mehr als 0,3 bis nicht mehr als 0,5% enthalten. 35

Um das Auftreten von Schweißrissen zu verhindern, erfordern die Vergleichsstahlproben eine Vorwärmung auf eine er-

höhte Temperatur von wenigstens 150 bis 200⁰C, wohingegen die in den Patentansprüchen 4 und 6 angegebenen Stähle lediglich eine maximale Vorwärmtetr.peratur von 125⁰C erfordern. Insbesondere braucht die Vorwärmtemperatur für den Stahl gemäß Patentanspruch 11 nicht höher zu sein als 100⁰C. Das bedeutet, daß die Schweißarbeit (weld working) bei den erfindungsgemäßen Stählen beträchtlich verbessert werden kann.

In gleicher Weise ergibt sich aus Fig. 4, daß die in den Patentansprüchen 17 und 18 angegebenen Stähle keine höheren Vorwärmtemperaturen als 125⁰C benötigen, wobei

insbesondere eine Vorwärmtemperatur von maximal 100⁰C 15

für die Stähle gemäß Patentanspruch 19 hinreichend ist.

Die Beziehungen der Gehalte an Kohlenstoff, Kupfer und Nickel zur Erosions-Korrosions-Beständigkeit werden im folgenden anhand von Fig. 5 erörtert. Wie sich aus dem Vergleich der Vergleichsstahlprobe 4-3 mit dem Probekörper 4-1 gemäß Anspruch 4 ergibt, hat die Herabsetzung des Kohlenstoffgehaltes einen sehr starken Einfluß auf die Verbesserung der Beständigkeit gegen Erosions-Korrosions-

2g Angriffe. Ferner wird aus dem Vergleich der Probe 4-1 mit den Proben 6-1; 6-6 und 6-2 gemäß Patentanspruch 6 deutlich, daß Zusätze von Kupfer und Nickel wirksam sind im Hinblick auf die Verbesserung dieser Eigenschaften, wobei mit höheren Zusatzmengen höhere Verbesserungswirkungen erreicht werden. Ferner ergibt sich aus dem Vergleich der Proben 4-3 und 6-12 mit der Probe 6-2, daß es erforderlich ist, den Kohlenstoffgehalt auf nicht mehr als 0,14% zu beschränken, um die angestrebte Steigerung dieser Eigenschaft infolge Zusatz geringer Kupfer- und Nickelmengen zu entwickeln. Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Erosions-Korrosions-Beständigkeit dieser Gattung von Cr-Mo-Stählen beträchtlich gesteigert werden kann durch Herabsetzung der Kohlenstoffgehaltes, d.h. durch

Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes in einem Stahl für Speisewasser-Erwärmer auf nicht mehr als 0,14% bei

gleichzeitigem Zusatz geringer Kupfer- und Nickelmengen, 5

vorzugsweise von jeweils nicht weniger als 0,16%.

Probe Nr. 9 gemäß Tafel 2 ist ein hochzäher borhaltiger Stahl, der unter den Patentanspruch 6 fällt und eine ausgezeichnete Schweißbarkeit sowie Erosions-Korrosions-Beständigkeit aufweist, wie aus Tafel 4 hervorgeht.

Fig. 6 illustriert die gleichen Zusammenhänge wie Fig. 5, wobei jedoch der Siliciumgehalt auf nicht mehr als !§ 0,45% beschränkt ist. Wie sich aus Fig. 6 ergibt, wird eine gesteigerte Verbesserung der Erosions-Korrosions-Beständigkeit dadurch erreicht, daß der Siliciumgehalt auf nicht mehr als 0,45% beschränkt ist.

Die Erosions-Korrosions-Beständigkeit der chromhaltigen legierten Stähle wird unter Verwendung einer Korrosions-Prüfvorrichtung unter Verwendung von hocherhitztem und unter hohen Druck gesetztem Wasser ermittelt, wie in Fig. 7 dargestellt.

Die Korrosions-Prüfvorrichtung umfaßt einen Behälter 31 für reines Wasser, einen Entlüfungsbehälter 32, Kühleinrichtungen 33 j 34; einen Entmineralisator 35, einen Surge-Behälter 36, einen Vorwärmer 37, eine Prüfschleife 38 und eine Probenkammer 39.

Als zu untersuchende Probe wird ein Kohlenstoffstahl gemäß Werkstoffbezeichnung SS41, ein Stahl gemäß Werkstoffbezeichnung SB46 mit etwa 0,5% Kupfer, ein Stahl gemäß Werkstoffbezeichnung SB49M mit 0,5% Molybdän und ein niedriggekohlter 1Cr-O,5Mo-Stahl sowie ein niedriggekohlter 1 1/4Pr-0,5Mo-Stahl nach der Erfindung verwendet, wie in der vorliegenden Tafel 6 zusammengestellt.

JM HZ

Tafel 6

Stahlsorte	0	C	0	Si	0	Mn	Cr	Mo	Cu
Kohlenstoff stahl SS41	0	,11	0	,25'	0	,81
Cu-haltiger Stahl SB46	0	,27	0	,24	0	,83			0,19
Stahl SB49M	0	,31	0	,27	0	,83
niedrigge- gekohlter 1Cr-O,5Mo- Stahl	0	,14	0	,35	0	,45	1 ,01	0,51	-
niedrigge kohlter 1 1/4Cr-O,5Mo- ■ Stahl	,13	,55	,50	1 ,24	0,55	-

In der Versuchsappartur wird ein auf etwa 15O⁰C erwärmtes gesättigtes Wasser in einem StröKungskreislauf an der Probe entlanggeführt, anstelle des aus Dampf und Wassertropfen bestehenden strömenden Mediums in einer erosiven und korrosiven Atmosphäre. Im Hinblick auf die Strömungsgeschwindigkeiten und Durchflußmengen von Dampf und Wassertropfen wird ein Durchfluß des gesättigten Wassers mit 0,3 m/sek. und 2 m/sek. vorgegeben. Die in Fig. 8 dargestellten Versuchsergebnisse beziehen sich auf den Durchfluß von 0,3 m/sek., wohingegen die in Fig. 9 dargestellten Versuchsergebnisse sich auf den Durchfluß von 2 m/sek. beziehen.

Wie sich aus den Versuchsergebnissen gemäß Fig. 8 und ergibt, gelingt es, mit den Cr-Mo-Stählen nach der Erfindung das Sättigungsphänomen des Gewichtsverlustes unter Kontrolle zu bekommen. Es zeigt sich, daß das Vor-

32G7032

liegen von Chrom unverzichtbar ist, um eine Verbesserung der Erosions-Korrosions-Beständigkeit zu erzielen und daß die Stähle nach der Erfindung eine ausgezeichnete •Eroslons-Korrosions-Beständigkeit aufweisen. Werden die Versuchsergebnisse gemäß Fig. 8 graphisch aufgetragen, so ergibt sich für die Zeitabhängigkeit des mittleren Gewichtsverlustes der in der folgenden Tafel 7 angegebene Verlauf. Es zeigt sich, daß die erfindungsgemäßen Stähle eine weitaus höhere Erosions-Korrosions-Beständigkeit aufweisen, als der herkömmliche Kohlenstoffstahl.

20 25

	Tafel ^r	1	Verlauf des Ge wichtsver lustes	Gewichtsver lust (mir./30 Jahren)
			linear	57,8
Stahlsorte	Gewichtsver lust (mg/dm²)	linear	23,7
Kohlenstoff stahl SS41	2300	parabolisch	1,67
Cu-haltiger Stahl SB46	940	logarith misch	0,0082
Stahl SB49M	900
niedrigge kohlter 1Cr- 0,5Mo-Stahl	300

30 35

Fig. 10 veranschaulicht die Versuchsergebnisse einer Korrosionsprüfung unter Naßdampf, ähnlich der obenbeschriebenen Korrosionsprüfung mit einem heißen Druckwasser, Bei dieser Prüfung besteht die erosive und korrosive Atmosphäre aus einem Dampf mit mitgerissen Wassertropfen, was den tatsächlichen Bedingungen im Inneren des Speisewasser-Erwärmers mehr entspricht als die Bedingungen der erstgenannten Versuchseinrichtung.

Die Ergebnisse gemäß Fig, 10 liegen sehr dicht an den Ergebnissen der mittels warmem Druckwasser durchgeführten Prüfung und zeigen, daß der niedriggekohlte 1 1/4Cr-O,5Mo-Stahl nach der Erfindung über eine ausgezeichnete Erosions-Korrosions-Beständigkeit verfügt. Ferner ist die gute Erosions-Korroslons-Beständigkeit des erfindungsgemäßen Stahles durch die praktische Verwendung bestätigt worden,

wobei eine identische Probe, wie bei der Prüfung mittels 10

heißem Druckwasser verwendet, in einer Naßdampfrohrleitung geprüft wurde.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen 0,7 bis 1,60%

Chrom, 0,4 bis 0,7% Molybdän und nicht mehr als 0,14% · ·

enthaltenden Stahls zur Herstellung des Körpers, des

Speisewasser-Erwärmers, der Röhren und der Halterungsplatten für diese Röhren kann die Gefahr der eorsiven-Korrosion an diesen Teilen weitgehend vermieden werden und kann ein Speisewasser-Erwärmer mit hoher Lebenserwartung verwirklicht werden.

Erfindungsgemäß kann die Vorwärmtemperatur der Schweißstelle 125⁰C oder weniger betragen, so daä die Gefahr

„ρ- der nachträglichen Beeinflussung der Schweißstellenumgebung klein wird und gleichfalls auch nur eine geringe Energiemenge zur Vorwärmung benutzt wird, was wiederum die Energiekosten senkt. Außerdem ist die Erosions-Korrosions-Beständigkeit gegen Naßdampf des erfindungsgemäßen Stahls beträchtlich ausgezeichnet, so daß die Lebensdauer von aus einem solchen Stahl hergestellten Gefäßen verlängert werden kann. Insbesondere können vorteilhafte Effekte dadurch erreicht werden, daß der erfindungsgemäße Stahl auf Speisewasser-Wärmer für Kernkraftwerke angewendet

35 wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Niedriggekohlte Cr-Mo-Stähle zur Verwendung in
Naßdampf, bestehend im wesentlichen aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,9% Silicium, 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6% Chrom, 0,4 bis 0,7%
Molybdän, Rest im wesentlichen Eisen.

2. Niedriggekohlte Cr-Mo-Stähle zur Verwendung unter Naßdampf ,bestehend aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,9% Silicium, 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6% Chrom, 0,4 bis 0,7% Molybdän, nicht mehr als 0,5% Kupfer und/oder nicht mehr als 0,5% Nickel sowie nicht mehr als 0,005% Bor, Rest im wesentlichen
Eisen.

3. Niedriggekohlte Cr-Mo-Stähle zur Verwendung unter Naßdampf, bestehend aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,9% Silicium, 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6% Chrom, 0,4 bis 0,7% Molybdän, nicht mehr als 0,05% Niob und/oder nicht mehr als 0,08%
Vanadium, Rest im wesentlichen Eisen.

• 9 ψ tf«Vv «···

4- Niedriggekohlte Cr-Mo-Stähle zur Verwendung unter Naßdampf, bestehend aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,9% Silicium, 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6% Chrom, 0,4 bis 0,7% Molybdän, wenigstens eines der Elemente Aluminium, Titan und Zirkonium in einer Menge von 0,005 bis 0,08% je Element, Rest im wesentlichen Eisen.

5. Niedriggekohlte Cr-Mo-Stähle zur Verwendung unter

Naßdampf, bestehend aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,9% Silicium, 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6% Chrom, 0,4 bis 0,7% Molybdän, ₁₍- nicht mehr als 0,5% Kupfer und /oder nicht mehr als 0,5% Nickel und/oder nicht mehr als 0,005% Bor, sowie nicht mehr als 0,05% Niob und/oder nicht mehr als 0,08% Vanadium, Rest im wesentlichen Eisen.

2Q

6. Niedriggekohlte Cr-Mo-Stähle zur Verwendung unter Naßdampf, bestehend aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,9% Silicium; 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6% Chrom, 0,4 bis 0,7% Molybdän, nicht mehr als 0,5% Kupfer und/oder 0,5% Nickel und/oder 0,005% Bor; wenigstens eines der Elemente Aluminium, Titan und Zirkonium in einer Menge von 0,005 bis 0,08% je Element, Rest im wesentlichen Eisen.

7. Niedriggekohlte Cr-Mo-Stähle zur Verwendung unter Naßdampf, bestehend aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff; nicht mehr als 0,9% Silicium,0,3 bis 0,8% Mangan; 0,7 bis 1,6% Chrom; 0,4 bis 0,7% Molybdän; nicht mehr als 0,05% Niob und/oder nicht mehr als 0,08% Vanadium, wenigstens eines der Elemente Aluminium, Titan und Zirkonium in einer Menge von 0,005 bis 0,08% je Element, Rest im wesentlichen Eisen.

8. Niedriggekohlte Cr-Mo-Stähle zur Verwendung unter Naßdampf, bestehend aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff; nicht mehr als 0,9% Silicium; 0,3 bis 0,8% Mangan; 0,7 bis 1,6% Chrom; 0,4 bis 0,7% Molybdän; nicht mehr als 0,5% Kupfer und/oder nicht mehr als 0,5% Nickel und/oder nicht mehr als 0,005% Bor; außerdem 0,05% Niob und/oder 0,08% Vanadium, wenigstens !0 eines der Elemente Aluminium, Titan und Zirkonium in einer Menge von jeweils 0,005 bis 0,08%, Rest im wesentlichen Eisen.

9. Stähle nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Kohlenstoffgehalt nicht mehr als 0,13% Gewichtsprozent beträgt und daß der Kupfer- und Nickelgehalt jeweils 0,16 bis 0,3 Gewichtsprozent beträgt.

10. Stähle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Kohlenstoffgehalt nicht mehr als 0,13 Gewichtsprozent beträgt und daß die Kupfer- und Nickelgehalte jeweils 0,16 bis 0,3 Gewichtsprozent betragen.

11. Stähle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Kohlenstoffgehalt nicht mehr als 0,13 Gewichtsprozent beträgt und daß die Kupfer- und Nickelgehalte jeweils 0,16 bis 0,3 Gewichtsprozent be-

30 tragen.

12. Stähle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Kohlenstoffgehalt nicht mehr als 0,13 Gewichtsprozent beträgt und daß die Kupfer- und Nickelgehalte jeweils 0,16 bis 0,3 Gewichtsprozent betragen.

13. Speisewasser-Erwärmer mit einer mit Ein- und Auslaß für das durch den Erwärmer strömende Speisewasser versehenen Wasserkammer, Wärmetauscherröhren, in welchen das durch den Einlaß in den Erwärmer eingebrachte Speisewasser wärmetauschend zum Auslaß des Erwärmers strömt, Halterungsplatten, welche die Wärmetauscherröhren in geeigneter Beabstandung halten, und mit einem Gehäuse, in welches Erwärmungsmedien zum Erwärmen des die Wärmetauscherröhren durchströmenden Speisewassers eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der obengenannten Wärmetauscherröhren, und/oder die Halterungsplatten und/oder das Gehäuse aus einem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl besteht, welcher aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff; nicht mehr als 0,9 % Silicium; 0,3 bis 0,8% Mangan; 0,7 bis 1,6% Chrom; 0,4 bis 0,7% Molybdän; Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

14. Speisewasser-Erwärmer mit einer Kit Einlaß und 20

Auslaß für den Erwärmer durchströmende Speisewasser versehenen Wasserkammer, Wärmetauscherröhren, in welchen das über den Einlaß in den Erwärmer eingebrachte Speisewasser wärmetauschend zum Auslaß strömt, Halterungsplatten, zum Lagern der Wärmetauscherröhren unter geeigneter Beab-

standung und mit einem Gehäuse, in welches Erwärmungsmedien zum Erwärmen des in den Wärmetauscherröhren strömenden Speisewassers eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmetauscherrohre^

O₀ und/oder die Halterungsplatten und/oder das Gehäuse aus einem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl bestehen, welcher (Gewichtsprozent) aus 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff; nicht mehr als 0,9% Silicium; 0,3 bis 0,8% Mangan; 0,7 bis 1,6% Chrom; 0,4 bis 0,7% Molybdän; wenigstens einem der Elemente Aluminium, Titan und Zirkonium in einer Menge von jeweils 0,005 bis 0,08%, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

15. Speisewasser-Erwärmer mit einer mit Ein- und Auslaß für das durch den Erwärmer strömende Speisewasser

versehenen Wasserkammer, Wärmetauscherröhren, in welchen 5

das durch den Einlaß in den Erwärmer eingebrachte Speisewasser wärmetauschend zum Auslaß des Erwärmers strömt, Halterungsplatten, welche die Wärmetauscherröhren in geeigneter Beabstandung halten, und mit einem Gehäuse, in welches Erwärmungsmedien zum Erwärmen des die Wärmetauscherröhren durchströmenden Speisewassers eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der Wärmetauscherröhren und/oder die Halterungsplatten und/oder das Gehäuse aus einem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl besteht, welcher (Gewichtsprozent) aus 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,9% Silicium, 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6% Chrom, 0,4 . bis 0,7% Molybdän, nicht mehr als 0,5% Kupfer und/oder nicht mehr als 0,5% Nickel und/oder nicht mehr als

2Q 0,005% Bor sowie wenigstens einem der Elemente Aluminium, Titan und Zirkonium in einer Menge von jeweils 0,005 bis 0,08%, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

16. Speisewasser-Erwärmer mit einer mit Ein- und

Auslaß für das durch den Erwärmer strömende Speisewasser versehenen Wasserkammer, Wärmetauscherröhren, in welchen das durch den Einlaß in den Erwärmer eingebrachte Speisewasser wärmetauschend zum Auslaß des Erwärmers strömt, Halterungsplatten, welche die Wärmetauscherröhren in geeigneter Beabstandung halten, und mit einem Gehäuse, in welches Erwärmungsmedien zum Erwärmen des die Wärmetauscherröhren durchströmenden Speisewassers eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der Wärmetauscherröhren und/oder die Halterungsplatten und/oder das Gehäuse aus einem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl besteht, der aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,9% Silicium,. 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6% Chrom, 0,4 bis 0,7%

Molybdän, nicht mehr als 0,5% Kupfer und/oder nicht mehr als 0,5% Nickel und/oder nicht mehr als 0,005% Bor, ferner nicht mehr als 0,05% Niob und/oder 0,08% Vanadium, wenigstens einem der Elemente Aluminium, Titan und Zirkonium in einer Menge von jeweils 0,005 bis 0,08%, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

17- Speisewasser-Erwärmer mit einer mit Ein- und
Auslaß für das durch den Erwärmer strömende Speisewasser versehenen Wasserkammer, Wärmetauscherröhren, in welchen das durch den Einlaß in den Erwärmer eingebrachte Speisewasser wärmetauschend zum Auslaß des Erwärmers strömt,

Halterungsplatten, welche die Wärmetauscherröhren in ge-15

. eigneter Beabstandung halten, und mit einem Gehäuse, in welches Erwärmungsmedien zum Erwärmen des die Wärmetauscherröhren durchströmenden Speisewassers eingebracht werden, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der Wärmetauscherröhren und/oder die
Lagerungsplatten und/oder das Gehäuse aus einem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl zusammengesetzt ist, welcher aus
(Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,45% Silicium, 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6%
_nt_ Chrom, 0,4 bis 0,7% Molybdän, wenigstens einem der EIe-

mente Aluminium, Titan und Zirkonium in einer Menge von jeweils 0,005 bis 0,08%, Rest im wesentlichen Eisen,

besteht.

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18. Speisewasser-Erwärmer mit einer mit Ein- und

Auslaß für das durch den Erwärmer strömende Speisewasser versehenen Wasserkammer, Wärmetauscherröhren, in welchen das durch den Einlaß in den Erwärmer eingebrachte Speisewasser wärmetauschend zum Auslaß des Erwärmers strömt,

Halterungsplatten, welche die Wärmetauscherröhren in geeigneter Beabstandung halten, und mit einem Gehäuse, in welches Erwärmungsmedien zum Erwärmen des die Wärmetauscherröhren durchströmenden Speisewassers eingebracht

werden, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens eine der Wärmetauscherröhren und/oder die Halterungsplatten und/oder das Gehäuse aus einem niedriggekohlten Cr-Mo-Stahl besteht, welcher aus (Gewichtsprozent) 0,02 bis 0,14% Kohlenstoff, nicht mehr als 0,45% Silicium, 0,3 bis 0,8% Mangan, 0,7 bis 1,6% Chrom, 0,4 bis 0,7% Molybdän, nicht mehr als 0,5% Kupfer und/oder nicht mehr als 0,5% Nickel und/oder nicht mehr als 0,005% Bor, wenigstens einem der Elemente Aluminium, Titan und Zirkonium in einer Menge von jeweils 0,005 bis 0,08%, Rest im wesentlichen Eisen, besteht.

19. Speisewasser-Erwärmer nach Anspruch 15, 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt nicht mehr als 0,13% beträgt und daß die Kupfer- und Nickelgehalte 0,16 bis 0,3% betragen (jeweils Gewichtsprozent).