DE3237782C2

DE3237782C2 - Hitzebeständiger Stahlguß

Info

Publication number: DE3237782C2
Application number: DE3237782A
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: 1981-10-12
Filing date: 1982-10-12
Publication date: 1984-02-02
Also published as: ES513990A0; NL8202873A; DE3237782A1; FR2514373B1; GB2110236B; IT8267915A0; AU535669B2; NZ201260A; FR2514373A1; ES8305048A1; GB2110236A; IT1155556B; AU8600382A; CA1198611A

Abstract

Hitzebeständiger Stahlguß mit außergewöhnlich hoher Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen, hervorragender Temperaturwechselbeständigkeit und ausgezeichneter Aufkohlungsbeständigkeit, der die im folgenden angegebenen Bestandteile in den angegebenen Mengenverhältnissen in Gew.% enthält: (Formel) wobei der Stahlguß wahlweise zusätzlich 0,2 bis 0,8 Gew.% Mo enthalten kann und als Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen umfaßt.

Description

25 ■

C.	0,3 bis 0,6
Si	mehr als 0 bis 2,0
Mn	mehr als 0 bis 2,0
Cr	20 bis 30
Ni	30 bis 40
Nb+Ta	0,3 bis 1,5
W	0,5 bis 3,0
N	0,04 bis 0,15
B	0,0002 bis 0,004
Ti	0,04 bis 0,50 und
Al	mehr als 0 bis 0,50

Die Erfindung'betrifft hitzebeständigen Stahlguß und insbesondere einen hitzebeständigen austenitischen Stahlguß, der Chrom, Nickel, Niob und Wolfram enthält und ausgezeichnete Eigenschaften im Hinblick auf die Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Aufkohlungsbeständigkeit aufweist.

In der Erdölindustrie sind als Werkstoffe für Ethylen-Crackröhren die Stähle HK 40, bei dem es sich um einen hitzebeständigen Stahlguß, der Nickel und Chrom enthält (25Cr-20Ni-Stahl, siehe ASTM A 608) handelt, und HP-Stähle (25Cr-35Ni-StahI, siehe ASTM A 297) verwendet worden. Mit der In den letzten Jahren erfolgten Steigerung der Betriebstemperaturen Ist es erforderlich geworden, die Hochtemperatureigenschaften solcher Werkstoffe zu verbessern. Zu diesem Zweck wurden HP-Stähle, die Niob und Wolfram oder HP-Stähle, die Niob, Wolfram und Molybdän enthalten, entwickelt und in die Praxis eingeführt. Mit der neuerlichen Neigung im Hinblick auf strengere Betriebsbedingungen ist es erwünscht. Materialien zu schaffen, die im Hinblick auf ihre Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung bei hohen Temperaturen, die Temperaturwechselbeständigkeit und die Aufkohlungsbeständigkeit diesen HP-Stählen, die Niob und Wolfram oder Niob, Wolfram und Molybdän enthalten, überlegen sind.

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

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

Gegenstand der Erfindung 1st uaher der hitzebeständlge Stahlguß gemäß Hauptanspruch. Der Unteranspruch betrifft eine besonders bevorzugte Ausführungsform dieses Erfindungsgegenstands.

wobei der Stahl gewünschtenfalls weiterhin enthält: . Mo 0,2 bis 0,8.

Der Rest ist Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen.

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

Der Kohlenstoff verleiht dem Stahlguß gute Gießbarkeit, bildet in Gegenwart des später zu beschreibenden Niobs primäre Carbide und ist zur Erzielung einer verbesserten Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung wesentlich. Demzufolge sind mindestens 0,3% Kohlenstoff erforderlich. Mit ansteigendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung zu; wenn jedoch ein Kohlenstoffüberschuß vorhanden ist, erfolgt eine Ausscheidung von sekundärem Carbid, was zu einer stark verminderten Zähigkeit und beeinträchtigten Schweißbarkeit führt. Somit sollte die Kohlenstoffmenge 0,6% nicht übersteigen.

Silicium dient als Desoxidationsmittel während des Aufschmelzens der Bestandteile und begünstigt eine verbesserte Aufkohlungsbeständigkeit. Jedoch muß der SiIiciumgehalt bis 2,0%" 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 liegt die Obergrenze des Mangangehalts bei 2,0%.

In Gegenwart von Nickel bildet Chrom ein austenitisches Stahlgußgefüge, wodurch der Stahl verbesserte Festigkelten bei hohen Temperaturen und eine erhöhte Oxidationsbeständigkeit erhält. Diese Effekte nehmen mit steigendem Chromgehalt zu. Mindestens 20% Chrom werden dazu verwendet, einen Stahl mit ausreichender Festigung und ausreichender Oxidationsbeständigkeit Insbesondere bei hohen Temperaturen von mindestens 1000° C zu bilden. Da jedoch die Anwesenheit von über-

schüssigem Chrom zu einer stark verminderten Zähigkeit nach der Verwendung führt, ist die Obergrenze des Chromgehalls auf 30% festgelegt.

Wie bereits erwähnt, ergibt Nickel in Kombination mit gleichzeitig vorhandenem Chrom einen austenitischen Stahlguß mit stabilisiertem Gefüge, was dem Stahl eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit und erhöhte Festigkeit bei hohen Temperaturen verleiht. Um dem Stahl eine ausreichende Oxidationsbeständigkeit und Festigkeit insbesondere bei hohen Temperaturen von mindestens ₁₍₎ etwa 1000" C zu verleihen, müssen mindestens 30% Nikkei verwendet werden. Wenngleich diese beiden Eigenschaften mit zunehmendem Nickelgehalt verbessert werden, nehmen die erzielten Effekte ab, wenn der Nickelgehalt 40% übersteigt, so daß die Obergrenze des Nickelge- ,₅ halts insbesondere aus wirtschaftlichen Gründen bei 40% liegt.

Niob dient zur Verbesserung der Beständigkeit gegen Rißbildung unter üauerwechselbeanspruchung und zur Verbesserung der Aufkohlungsbesländigkeit, vorausgesetzt, daß mindestens 0,3% Niob verwendet werden. Andererseits zeigt der Stahlguß eine verminderte Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung, wenn er einen Niobüberschuß enthält. Demzufolge ist die Obergrenze des Niobgehalts bei 1,5% festgesetzt. Im allgemeinen enthält Niob unvermeidbar Tantal, welches die gleiche Wirkung wie Niob besitzt. Wenn Niob Tantal enthält, muß die kombinierte Menge aus Niob und Tantal 0,3 bis 1,5% betragen.

In Kombination mit Niob trägt Wolfram zur Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit bei. Für diesen Zweck werden mindestens 0,5% Wolfram verwendet, wenngleich die Obergrenze des Wolframgehalts bei 3,0% festgelegt ist, da die Anwendung größerer Wolframmengen zu einer verminderten Oxidationsbeständigkeit führt. j-,

Das wesentlichste Merkmal des erfindungsgemäßen Stahlgusses ist darin zu sehen, daß er zusätzlich zu den oben genannten Elementen spezifische Mengen Stickstoff, Titan, Aluminium und Bor enthält. Wahlweise kann der Stahl weiterhin Molybdän enthalten. Diese EIemente führen, wenn sie gemeinsam eingesetzt werden, zu einer bemerkenswerten Verbesserung der Hochtemperatureigenschaften. Dieser Effekt kann dann nicht erreicht werden, wenn einer der Bestandteile Stickstoff, Titan, Aluminium oder Bor fehlt. 4-,

In Kombination mit Kohlenstoff und Stickstoff bildet Titan Verbindungen wie Carbide, Nitride und Carbonitride. Bor und Aluminium dispergieren und scheiden die genannten Verbindungen in feiner Form aus, wodurch die Korngrenzen verstärkt und die Beständigkeit einer Bildung von Rissen an den Korngrenzen gesteigert werden. In dieser Weise wird eine bemerkenswerte Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit, d. h. der Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung, und der Hochtemperatureigenschaften, wie der 5"5 Temperaturwechselbeständigkeit, erreicht. Weiterhin trägt Titan in bemerkenswerter Weise zur Verbesserung der Aufkohlungsbeständigkeit bei und dies als Folge eines synergistischen Effekts mit Aluminium.

Stickstoff dient in Form einer festen Lösung dazu, die austenitische Phase zu stabilisieren und zu verstärken, bildet mit Titan etc. Nitride und Carbonitride und bildet feine Körnchen, wenn es in Gegenwart von Aluminium und Bor fein verteilt wird und vermindert dadurch das Kornwachstum, was zur Folge hat, daß die Hochtempe-65 raturfestigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit verbessert werden. Der Stickstoffgehalt sollte mindestens 0,04% betragen, damit diese Effekte in ausreichendem Maße erzielt werden können. Vorzugsweise liegt die Obergrenze des Stickstoffgehalts bei 0,15%, da in Anwesenheil überschüssigen Stickstoffs eine übermäßige Ausscheidung von Nitriden und Carbonitriden, die Bildung von groben Nitrid- und Carbonitridteilchen erfolgt und die Temperalurwechselbeständigkeit beeinträchtigt wird.

Wie bereits erwähnt, bildet Titan zusammen mit Kohlenstoff und Stickstoff in dem Stahlguß Carbide, Nitride und Carbonilride, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit und die Temperaturwechselbeständigkeit des Materials verbessert werden. Insbesondere wirkt Titan synergistisch mit Aluminium zusammen, wodurch eine überraschend verbesserte Aufkohlungsbeständigkeit erzielt wird. Zur Sicherstellung dieses Effekts ist es bevorzugt, mindestens 0,04% Titan zu verwenden. Wenngleich mit zunehmendem Titangehalt weitere Verbesserungen der Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung, der Temperaturwechselbeständigkeit und der Aufkohlungsbeständigkeit erreicht werden können, führt die Anwendung großer Titanmengen zu großen Ausscheidungsteilchen, einem erhöhten Anteil von Oxideinschlüssen und einer gewissen Verminderung der Festigkeit. Demzufolge beträgt dann, wenn eine hohe Festigkeit angestrebt wird, die Obergrenze des Titangehalts vorzugsweise 0,15%. Wenn der Titangehalt jedoch 0,5% übersteigt, ergibt sich eine wesentlich verminderte Festigkeit, so daß der Titangehalt selbst dann, wenn die Aufkohlungsbeständigkeit von großer Bedeutung ist, 0,5% nicht übersteigen sollte.

Aluminium ergibt eine gesteigerte Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung und führt, wenn es zusammen mit Titan vorhanden ist, zu einer bemerkenswerten Verbesserung der Aufkohlungsbeständigkeit. Zur Bildung eines Stahlgusses, der im Hinblick auf seine Hochtemperaturfestigkeit mit herkömmlichen HP-Materialien vergleichbar ist, jedoch verbesserte Aufkohlungsbeständigkeiten aufweist, muß Aluminium in einer Menge von mehr als 0,07% enthalten sein. Da sich andererseits eine verminderte Festigkeit dann ergibt, wenn der Aluminiumgehalt 0,5% übersteigt, sollte der Aluminiumgehalt nicht mehr als 0,5% betragen. Die Anwesenheit einer aluminiumreichen Schicht kann an der Oberfläche von Titan und Aluminium enthaltenden Stahlgußproben, die einer Aufkohlungsbehandlung unterworfen worden sind, mit Hilfe einer Mikrosonde festgestellt werden. Die aluminiumreiche Schicht dient dabei in überraschend starkem Maße zur Verhinderung der Aufkohlung.

Bor dient zur Ausbildung verfestigter Korngrenzen in der Stahlmatrix, verhindert die Bildung grober Titanausscheidungen, ermöglicht die Ausscheidung in feiner Form und verzögert die Zusammenballung von Ausscheidungsteilchen, wodurch eine verbesserte Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung erzielt wird. Aus diesem Grund ist es erwünscht, mindestens 0,0002% Bor zu verwenden. Andererseits führt die Anwendung einer großen Menge Bor nicht zu einer entsprechenden Zunahme der Festigkeit und bringt eine verminderte Schweißbarkeit mit sich. Demzufolge sollte die Obergrenze des Borgehalts vorzugsweise bei 0,004% liegen.

Das wahlweise verwendete Molybdän trägt zu einer Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit bei, wenn es in Kombination mit Niob und Wolfram eingesetzt wird. Zur Erzielung dieses Effekts wird Molybdän in einer Menge von mindestens 0,2% eingesetzt. Wenn jedoch ein großer Molybdänüberschuß vorhanden ist, ergibt sich eine verminderte Oxidationsbeständigkeit, so daß Molyb-

dan in einer Menge von bis zu 0,8% verwendet wird.

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

Die Hochtemperatureigenschaften des erfindungsgemäßen Stahlgusses werden Im folgenden anhand der Beispiele erläutert.

Hierzu wurden Stahlgußproben verschiedener Zusammensetzungen In einem Induktionsschmelzofen (in der Atmosphäre) erschmolzen und durch Schleuderguß zu Blöcken mit einem Außendurchmesser von 136 mm, einer Wandstärke von 20 mm und einer Länge von 500 mm vergossen. Die folgenden Tabellen I und III zeigen die chemischen Zusammensetzungen der in dieser Weise erhaltenen Stahlgußproben.

Aus den Stahlgußproben wurden Prüfkörper hergestellt und auf ihre Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung, ihre Temperaturwechselbeständigkeit und ihre Aufkohlungsbeständigkeit unter Anwendung der folgenden Methoden untersucht:

ril-Aufkohlungsgranulat KG 30, das BaCO₁ enthält) belassen hat, entfernt man eine 1 mm starke Oberflächenschicht (nachfolgend als »Schicht 1« bezeichnet) durch Abschleifen unter Bildung von Teilchen von dem Prüfkörper. Die in dieser Woche erhaltene Oberfläche des Prüfkörpers wird weiter unter Bildung von Teilchen abgeschliffen, um eine weitere 1 mm starke Schicht (welche Schicht nachfolgend als »Schicht 2« bezeichnet wird) zu entfernen (bis zu einer Tiefe von 2 mm von der ursprünglichen Oberfläche). Die Teilchen einer jeden Schicht werden auf ihren Kohlenstoffgehalt hin analysiert. Die Aufkohlungsbeständigkeit ist als prozentuale Änderung des Kohlenstoffgehalts angegeben. Je geringer der Wert ist, desto geringer ist die Kohlenstoffzunahme und damit um so größer die Aufkohlungsbeständigkeit. . Die Ergebnisse der oben angegebenen drei Tests sind in den folgenden Tabellen II und IV zusammengestellt und werden durch die folgenden Beispiele verdeutlicht.

Beispiel 1

Test 1

Untersuchung der Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung

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

(A) Temperatur 1093° C, Belastung l,9.kgf/mm²

(B) Temperatur 850° C, Belastung 7,3 kgf/mm²

Test 2

Untersuchung der Temperaturwechselbeständigkeit

35

Man stellt einen Prüfkörper in Form einer Scheibe mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Dicke von 8 mm her, die in der Mitte ein exzentrisch angeordnetes Loch mit einem Durchmesser von 20 mm im Abstand von 17 mm vom Außenrand aufweist.

Bei der Durchführung des Tests werden die Prüfkörper während 30 Minuten auf 900⁰C erhitzt und dann mit Wasser mit einer Temperatur von etwa 25° C abgekühlt. Diese Maßnahmen werden lOmal wiederholt, wonach die Länge des in dem Prüfkörper aufgetretenen Risses gemessen wird. Die Temperaturwechselbeständigkeit ist als Anzahl der Behandlungszyklen angegeben, die' bis zum Erreichen einer Rißlänge von 5 mm erforderlich ist. Je höher der ermittelte Wert ist, desto größer ist die Temperaturwechselbeständigkeit.

Test 3
Untersuchung der Aufkohlungsbeständigkeit

Man bereitet einen zylindrischen Prüfkörper mit einem Durchmesser von 12 mm und einer Länge von 60 mm.

Nachdem man den Piüfkörpsr während 300 Stunden bei HOO³C in einem Feststoffaufkohlungsmlttel (Durfer-Tabelle I

Von den in der nachfolgenden Tabelle I angegebenen Stahlproben sind die Proben der Nr. 1 bis 6 erfindungsgemäße Proben, die frei sind von Molybdän. Von den Vergleichsproben der Nr. 7 bis 11 stellt die Probe Nr. 7 einen HP-Stahl, der Nb und W enthält (jedoch frei ist von N, Ti, Al und B) dar, während die Proben der Nr. 8 bis Il N, Ti, Al und B enthalten, wobei jedoch der Gehalt an Ti oder AI außerhalb des erfindungsgemäß definierten Bereichs liegt.

In der Tabelle II sind die Ergebnisse der Untersuchung der Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung und der Temperaturwechselbeständigkeit angegeben. Die Erfindungsgemäßen Stahlgußproben sind in ihrer Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung dem Niob und Wolfram enthaltenden HP-Stahl, d. h. der Probe Nr. 7, ganz deutlich überlegen, wobei davon auszugehen ist, daß dieses vorbekannte Material eine größere Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung aufweist als die herkömmlichen Materialien. Weiterhin sind die erfindungsgemäßen Stahlgußproben auch den übrigen Vergleichsproben erheblich überlegen. Es ist festzuhalten, daß die hohe Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung insbesondere bei Temperaturen* Im Bereich oberhalb 1000° C beibehalten wird. Der erfindungsgemäße Stahlguß ist dem herkömmlichen Stahl und den anderen Vergleichsstahlgußproben auch im Hinblick auf die Temperaturwechselbeständigkeit deutlich überlegen.

Der Test zur Bestimmung der Aufkohlungsbeständigkeit läßt erkennen, daß die Kohlenstoffzunahme bei den erfindungsgemäßen Stahlgußproben um die Hälfte oder mehr geringer ist als bei dem herkömmlichen Stahlguß (Probe Nr. 7) und wesentlich geringer ist im Vergleich zu den anderen Vergleichsstahlgußproben (Proben Nr. 8 bis Nr. II). Dies ist eine Folge des synergistischen Effekts von Titan und Aluminium.

50

Chemische Zusammensetzung der Stahlgußproben (Gew.-%)

Probe C
Nr.

Si

Mn

Cr

Ni

Nb+Ta W

Ti

AI

Bemerkungen

1 0,45 1,21 0,70 25,72 35,06 1,15 1,10 0,08 0,20 0,15 0,0023 Erfindung

2 0,34 1,19 0,70 23,26 33,50 0,38 0,70 0,07 0,16 0,18 0,0022 Erfindung

Fortsetzung

3T37

Probe C
Nr.

Si

Mn Cr Ni Nb+Ta W N

Ti

Al

Bemerkungen

3	0,55	1,15	0,72	28,34	39,25	1,18	2,33	0,05	0,16	0,17	0,0024	Erfindung
4	0,44	1,19	0,66	25,63	35,12	1,20	1,07	0,07	0,17	0,19	0,0020	Erfindung
5	0,44	1,27	0,67	26,20	34,87	1,19	1,14	0,08	0,07	0,11	0,0012	Erfindung
6	0,45	1,20	0,71	25,77	35,18	1,25	1,17	0,08	0,08	0,12	0,0017	Erfindung
7	0,44	1,27	0,65	26,01	35,40	1,21	1,05	-	-	-	-	Vergleich
8	0,43	1,28	0,72	26,07	35,15	1,11	1,15	0,07	0,02	0,12	0,0015	Vergleich
9	0,44	1,12	0,70	26,08	34,62	1,27	1,10	0,07	0,56	0,11	0,0018	Vergleich
10	0,45	1,10	0,75	26,01	35,17	1,20	1,08	0,08	0,17	0,01	0,0011	Vergleich
11	0,44	1,13	0,79	25,68	35,11	1,15	1,16	0,09	0,19	0,53	0,0014	Vergleich

Tabelle !	Beständigkeit gegen Rißbildung (kgf/mm²) Bedingung (A) Bedingung (B)	91	Temperaturwech selbeständigkeit (Anzahl der Zyklen)	Aufkohlungsbeständigkeit (prozentuale Zunahme des Kohlenstoffgehalts) Schicht 1 Schicht 2	0,44	Bemerkungen
[I	111	90	170	0,85	0,52	Erfindung
Untersuchungsergebnis	108	115	180	0,91	0,50	Erfindung
Probe Nr.	125	96	170	0,84	0,47	Erfindung
1	114	100	180	0,87	0,51	Erfindung
2	119	114	-	1,00	0,54	Erfindung
3	129	73	180	1,02	0,92	Erfindung
4	.80 .. ,*	82	150	1,61	0,66	Vergleich
5	95	57	150	1,23	0,56	Vergleich
6	64	83	110	1,04	0,74	Vergleich
7	100	54	140	1,29	0,57	Vergleich
8	58		100	1,03		Vergleich
9
10
11

Beispiel 2

50

Bei den in der nachfolgenden Tabelle III angegebenen Stahlgußproben handelt es sich bei den Proben der Nr. 12 bis 17 um erfindungsgemäße Proben, die Molybdän im Bereich von 0,2 bis 0,8% enthalten. Die Proben der Nr. 18 bis 22 sind zu Vergleichszwecken hergestellt, während die Probe Nr. 18 ein HP-Stahlguß ist, der Nb, Mo und W enthält (jedoch frei ist von N, Ti, Al und B). Die Proben der Nr. 19 bis 22 enthalten N, Ti, Al und B, wobei jedoch der Gehalt von Ti oder Al außerhalb des erfindungsgemäß definierten Bereichs liegt.

Die Tabelle IV verdeutlicht die Ergebnisse des Tests zur Bestimmung der Beständigkeit gegen Rißbildung bei Dauerwechselbeanspruchung, des Tests zur Bestimmung der Temperaturwechselbeständigkeit und des Tests zur Ermittlung der Aufkohlungsbeständigkeit.

Die erfindungsgemäßen Stahlgußproben, die Molybdän enthalten, zeigen eine etwas höhere Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung als die Stahlgußprobe von Beispiel 1. Die erfindungsgemäßen Stahlgußproben zeigen jedoch eine wesentlich höhere Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung als das Niob, Wolfram und Molybdän enthaltende HP-Material, d. h. die Probe Nr. 18, die bezüglich ihrer Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung als wesentlich besser eingeschätzt wird als andere herkömmliche Stahlgußmaterialien, und sind auch den anderen Vergleichsstahlgußproben deutlich überlegen. Die hohe Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung wird bei den erfindungsgemäßen Stahlgußproben insbesondere bei einer Temperatur im Bereich oberhalb 1000⁰C beibehalten.

Der erfindungsgemäße Stahlguß ist auch dem herkömmlichen Stahlguß und den anderen Vergleichsstahlgußproben im Hinblick auf die Temperaturwechselbeständigkeit überlegen. Weiterhin zeigen die erfindungsgemäßen Stahlgußproben als Folge des synergistischen Effekts von Aluminium und Titan eine höhere Aufkohlungsbeständigkeit als die Vergleichsstahlgußproben.

Tabelle HI

Chemische Zusammensetzung der Stahlgußproben (Gew.-%)

Probe Nr.	C	Si	Mn	Cr	Ni	Nb+Ta	W	Mo	N	Ti	Al	B	Bemerkung
12	0,45	1,27	0,73	25,71	35,82	1,10	1,12	0,45	0,08	0,18	0,15	0,0018	Erfindung
13	0,33	1,16	0,70	24,10	33,16	0,44	0,62	0,34	0,08	0,18	0,10	0,0027	Erfindung
14	0,56	1,11	0,68	28,35	38,78	1,40	2,26	0,75	0,07	0,17	0,20	0,0025	Erfindung
15	0,44	1,22	0,69	25,63	35,24	1,21	1,10	0,40	0,07	0,17	0,17	0,0022	Erfindung
16	0,43	1,28	0,65	25,95	36,07	1,25	1,06	0,39	0,10	0,09	0,12	0,0021	Erfindung
17	0,45	1,20	0,75	25,77	35,26	1,27	1,02	0,41	0,09	0,07	0,14	0,0017	Erfindung
18	0,42	1,20	0,71	26,12	35,37	1,29	1,10	0,42	-	-	-	-	Vergleich
19	0,43	1,27	0,77	26,15	35,09	1,17	1,16	0,45	0,08	0,02	0,12	0,0011	Vergleich
20	0,44	1,12	0,75	26,13	34,91	1,25	1,14	0,37	0,09	0,56	0,10	0,0017	Vergleich
21	0,45	1,15	0,70	26,11	35,21	1,21	1,27	0,40	0,10	0,17	0,01	0,0012	Vergleich
22	0,44	1,10	0,67	25,78	35,20	1,15	1,10	0,45	0,10	0,19	0,54	0,0027	Vergleich

Tabelle IV
Untersuchungsergebnisse

Probe Nr.	Beständigkeit gegen Rißbildung	ι Bedingung (B)	Temperaturwechsel-	Aufkohlungsbeständigkeit	Zunahme d. Kohlen-	Bemerkungen
	(kgf/mm²)	96	beständigkeit	(prozentuale ',
		95	(Anzahl der Zyklen)	stoffgehalts)	Schicht 2
	Bedingung (A)	105		Schicht 1	0,42
12	117	102	180 "	0,81	0,45	Erfindung
13	115	105	180	0,81	0,47	Erfindung
14	120	121	180	0,80	0,45	Erfindung
15	121	77	180	0,83	0,48	Erfindung
16	131	86	-	0,95	0,51	Erfindung
17	136	60	190	0,97	0,87	Erfindung
18	85	87	160	1,53	0,63	Vergleich
19	101	57	160	1,17	0,53	Vergleich
20	67	110	0,99	0,70	Vergleich
21	105	150	1,23	0,54	Vergleich
22	61	110	0,98	Vergleich

Es ist erkennbar, daß der erfindungsgemäße hitzebeständige Stahlguß dem herkömmlichen HP-Stahlguß im Hinblick auf die Beständigkeit gegen Rißbildung unter Dauerwechselbeanspruchung und im Hinblick auf die Temperaturwechselbeständigkeit außergewöhnlich stark überlegen ist.

Demzufolge ist der erfindungsgemäße Stahlguß besonders gut geeignet als Werkstoff für verschiedene Vorrichtungen und Vorrichtungsteile, die bei Temperaturen oberhalb 1000° C eingesetzt werden, beispielsweise in der Erdölindustrie zur Ausbildung von Ethylen-Crackröhren und Reformerröhren, und in der Eisen- und Stahlindustrie und in ähnlichen Industrien für Ofenwalzen und Strahlrohre.

Claims

to

Patentansprüche: ·

I. Hitzebeständiger Stahlguß bestehend aus

0,3 bis 0,6% C

mehr als 0 bis 2,0% SI

mehr als 0 bis 2,0% Mn

20 bis 30% Cr

30 bis 40% Ni

0,3 bis 1,5% Nb+Ta

0,5 bis 3,0% W

0,04 bis 0,15% N

0,0002 bis 0,004% B

0,04 bis 0,50% Tl

mehr als 0,07 bis 0,50% Al .

Rest Fe und

herstellungsbedingte Verunreinigungen.
2. Hitzebeständiger Stahlguß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich 0,2 bis 0,8% Mo enthält.

Die Erfindung betrifft somit einen hitzebeständigen Stahlguß, der 0,3 bis 0,6% C, mehr als 0 bis 2,0 % SI, mehr als 0 bis 2,0% Mn, 20 bis 30% Cr, 30 bis 40% Ni, 0,3 bis l,5%Nb+Ta, 0,5 bis 3,0% W, 0,04 bis 0,15% N, 0,0002 bis 0,004% B, 0,04 bis 0,50% Ti und 0,07 bis 0,50% Al (wobei die Untergrenze von 0,07% nicht eingeschlossen Ist) und gegebenenfalls zusätzlich 0,2 bis 0,8% Mo enthält und als Rest im wesentlichen Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen umfaßt.

Der erfindungsgemäße hilzebeständlge Stahlguß enthält somit die im folgenden angegebenen Bestandteile in den nachstehend angegebenen Mengenverhältnissen in Gew.-%: