DE3522114A1 - Hitzbestaendiger 12-cr-stahl und daraus gefertigte turbinenteile - Google Patents
Hitzbestaendiger 12-cr-stahl und daraus gefertigte turbinenteileInfo
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Henkel, Feiler, Hänzel & Partner
35221H
-S-
Patentan walte
Dr phil G Henke! Dr rer. nat. L Feiler Dipl.-Ing. W. Hanzel
Dipl.-Ing. D Kottmann
Möhlstraße 37 D-8000 München 80
Tel.. 089/982085-37 Telex: 529802 hnkl d
Telefax (Gr 2+3). 089/981426
Telegramm: ellipsoid
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KABUSHIKI KAISHA TOSHIBA, Kawasaki, Japan
6OP12 9-2
Hitzebeständiger 12-Cr-Stahl und daraus gefertigte Turbinenteile
Hitzebeständiger 12-Cr-Stahl und daraus gefertigte Turbinenteile
Die Erfindung betrifft einen hinsichtlich seiner Zeitstandfestigkeit
bei hoher Temperatur verbesserten hitzebeständigen 12-Cr-Stahl sowie aus diesem hitzebeständigen
12-Cr-Stahl hergestellte Turbinenteile, wie Turbinenschaufeln und Bolzen von Dampfturbinen.
Die maximale Dampftemperatur und der maximale Dampfdruck,
wie sie derzeit zum Antrieb von Dampfturbinen benutzt werden, betragen 5660C bzw. 24 133 kPa. Im
Hinblick auf eine bessere Wärmeausnutzung dürften die Dampftemperatur und der Dampfdruck noch weiter erhöht
werden. Diese Dampfbedingungen erfordern jedoch, daß der Werkstoff von Turbinenteilen eine ausreichende
Hochtemperaturfestigkeit besitzt. Zur Verbesserung der Dampfbedingungen wurden folglich bereits Werkstoffe
mit erhöhter Hochtemperaturfestigkeit entwickelt. Diese Entwicklung gilt insbesondere den Turbinenschaufeln und
Bolzen sowie großdimensionierten Hauptteilen, wie den Rotoren und dem Gehäuse.
Die Schaufeln von Dampfturbinen sind kontinuierlich einer durch die Hochgeschwindigkeitsdrehung bedingten
Zentrifugalkraft ausgesetzt. Wenn ihr Werkstoff keine
■J:
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Hochtemperaturfestigkeit aufweist, können die Schaufeln
eine Kriechdeformation erfahren und sich nach rückwärts gegen den Rotor biegen. Dies führt an ihren Kanten zu
Störungen mit stationären Teilen. Zum Verschließen der oberen und unteren Gehäuse verwendete Bolzen sind zunächst
einer auf eine elastische Kraft zurückzuführenden gegebenen Anzugspannung unterworfen. Normalerweise
erfahren jedoch diese Bolzen infolge des auf das Gehäuse wirkenden Dampfdrucks eine Kriechdeformation, so
daß die darauf wirkende Anzugspannung nach und nach vermindert wird. Wenn die Anzugspannung zu gering wird,
um das Gehäuse dicht zu halten, kommt es zu einem Dampfaustritt. Wenn andererseits die Kriechdeformation
zu groß wird, können die Bolzen auch manchmal selbst
15 brechen.
Somit benötigt man als Werkstoff für die hohen Temperaturen ausgesetzten Schaufeln und Bolzen von Dampfturbinen
einen solchen hervorragender Kriecheigenschaften.
Als einschlägiger Werkstoff wurde bisher ein hitzebeständiger 12-Cr-Stahl zum Einsatz gebracht. In der Regel
ist der hitzebeständige 12-Cr-Stahl preisgünstiger und von höherer NormaltemperaturZähigkeit als jeder
andere hitzebeständige Stahl derselben Hochtemperaturfestigkeit. Darüber hinaus besitzt ersterer eine höhere
Dämpfungsfähigkeit, was für Werkstoffe für Turbinenschaufeln ein wesentliches Kriterium ist. Zur Verbesserung
der Hochtemperaturfestigkeit des hitzebeständigen 12-Cr-Stahls ohne Beeinträchtigung seiner genannten
fundamentalen Eigenschaften wurden bereits die verschiedensten Legierungsbestandteile zulegiert, um das
martensitische Gefüge zu verstärken und die Carbonitride zu stabilisieren. Auf diese Weise sollte die
Hochtemperaturfestigkeit und die Gefügestabilität über einen langdauernden Benutzungszeitraum bei hoher Tem-
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peratur erhalten bleiben. Unter Herstellungsgesichts— punkten führt eine Entmischung der Legierungsbestandteile
zu einer direkten Senkung der Hochtemperaturfestigkeit des Metalls. Gleichzeitig bildet sich um
die Legierungsbestandteile herum unerwünschtes Ferrit. Folglich muß man erneut erschmelzen, um im Hinblick
auf eine Homogenisierung des Gefüges eine solche Entmischung zu verhindern.
Als Werkstoffe für Schaufeln und Bolzen von Dampfturbinen werden üblicherweise ein handelsüblicher 12-Cr-Mo-V-Nb-Stahl
oder ein 12-Cr-Mo-V-W-Stahl verwendet.
Beide Werkstoffe besitzen jedoch (nur) eine Zeitstandfestigkeit von etwa 200 - 300 h bei 600°C und einer
Belastung von 294 MPa. Eine solche Zeitstandfestigkeit reicht jedoch für eine Erhöhung der Dampftemperatur
und des Dampfdrucks zur besseren Wärmeausnutzung nicht aus. Folglich besteht ein erheblicher Bedarf nach
einem 12-Cr-Stahl verbesserter Hochtemperaturkriech-
20 eigenschaften.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen hitzebeständigen 12-Cr-Stahl mit gegenüber bekannten hitzebeständigen
12-Cr-Stählen verbesserter Zeitstandfestigkeit, der als Werkstoff für Teile von Dampfturbinen,
insbesondere Turbinenschaufeln und Bolzen, verwendet werden kann, sowie aus einem solchen Stahl
gefertigte Turbinenteile zu entwickeln.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein hitzebeständiger 12-Cr-Stahl, der im wesentlichen ein durch Anlassen
erzeugtes martensitisches Gefüge aufweist und durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet ist:
Kohlenstoff: 0,05 - 0,25 Gew.-%
35 Silizium: mehr als 0,2 -1,0 Gew.-%
1 Mangan: 1,0 Gew.-% oder weniger
Nickel: mehr als 1,0 - 2,0 Gew.-% Chrom: 8,0 - 13,0 Gew.-%
Molybdän: 0,5 - 2,0 Gew.-% 5 Vanadium: 0,1 - 0,3 Gew.-%
Niob und/oder Tantal: insgesamt mehr als 0,3 - 0,5 Gew.-%
Stickstoff: 0,01 - 0,2 Gew.-% Wolfram: mehr als 0,7 - 2,0 Gew.-% und
10 Eisen: Rest
Die Zeitstandfestigkeit des erfindungsgemäßen hitzebeständigen
12-Cr-Stahls ist weit langer als die Zeitstandfestigkeiten
bekannter hitzebeständiger 12-Cr-Stähle. Darüber hinaus ist ein erfindungsgemäßer
hitzebeständiger Stahl in seinen mechanischen Eigenschaften selbst bei Raumtemperatur nicht beeinträchtigt,
so daß er in höchst wirksamer Weise als Werkstoff für hohen Kräften bei hohen Temperaturen
(600 - 65O0C) ausgesetzte Turbinenteile, wie Turbinenschaufeln
und Gehäusebolzen, eingesetzt werden kann. Darüber hinaus können aus einem erfindungsgemäßen
hitzebeständigen 12-Cr-Stahl gefertigte Turbinenteile
ohne weiteres hohe Temperaturen im Bereich von 600°C und darüber aushalten, so daß sie verbesserte
Einsatzmöglichkeiten bei hohen Temperaturen aufweisen.
Im Rahmen der Entwicklung des erfindungsgemäßen hitzebeständigen
12-Cr-Stahls wurde der Einfluß der verschiedensten Legierungsbestandteile, insbesondere von
Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Nickel, Chrom, Molybdän, Vanadium, Niob, Tantal, Stickstoff und Wolfram, auf die
Zeitstandfestigkeit des sie enthaltenden Stahls untersucht. Metallographische Tests und Untersuchungen zeigten,
daß seine Bildsamkeit und Zähigkeit nicht niedriger sind
1 als die entsprechenden Eigenschaften der bekannten hitzebeständigen 12-Cr-Stähle.
Im folgenden werden die Ergebnisse der verschiedenen
Untersuchungen näher erläutert:
1. Kohlenstoff (C)
Kohlenstoff dient als Stabilisator für die austenitische Phase des Metalls zum Zeitpunkt des Abschreckens
1^ und zur Bildung von Carbiden. Auf diese Weise wird die
Zeitstandfestigkeit des Stahls verbessert. Um die genannten Einflüsse zu gewährleisten, muß der Kohlenstoff
anteil 0/05% oder mehr betragen. Wenn jedoch der Kohlenstoffgehalt 0,25% übersteigt, werden so viele
Carbide gebildet, daß die Zeitstandfestigkeit schlechter
wird. Allgemein beträgt also der Kohlenstoffanteil 0,05 - 0,25, vorzugsweise 0,08 - 0,15%.
2. Silizium (Si)
Silizium dient insbesondere als Desoxidationsmittel bei
der Vergütung. Wenn der Siliziumgehalt 0,2% oder weniger beträgt, vermag das Silizium die ihm zukommende
Funktion nicht zu erfüllen. Wenn andererseits der Siliziumgehalt 1,0% übersteigt, entsteht eine 6-Ferrit-25
phase geringerer Festigkeit. Zweckmäßigerweise sollte somit der Siliziumgehalt mehr als 0,2 - 1,0%, vorzugsweise
0,21 - 0,6%, betragen.
3. Mangan (Mn) 30
Mangan dient ähnlich wie Silizium als Desoxidationsmittel und Entschwefelungsmittel bei der Vergütung.
Beim Zulegieren von zu viel Mangan sinkt die Zeitstandfestigkeit des Metalls. Somit sollte der Mangangehalt
auf 1,0% beschränkt werden und vorzugsweise
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1 0,3 - 0,8% betragen.
4. Nickel (Ni)
Nickel trägt zur Bildung von Austenit bei und hilft, 5
die austenitische Phase beim Abschrecken zu stabilisieren und die Bildung der 5-Ferritphase zu verhindern.
Diese Funktionen lassen sich nicht gewährleisten, wenn der Nickelgehalt 1,0% oder weniger beträgt. Wenn
andererseits der Nickelgehalt 2,0% übersteigt, sinkt
die Zeitstandfestigkeit des Metalls extrem ab. Darüber hinaus kommt es unvermeidlich zu einem Sinken der Ac..-Temperatur.
Somit sollte der Nickelgehalt mehr als 1,0 - 2,0%, vorzugsweise bis zu 1,5%, betragen.
5. Chrom (Cr)
Chrom stellt ein wesentliches Element zur Verbesserung der Zeitstandfestigkeit des Stahls dar, indem es eine
Oxidation bei hoher Temperatur verhindert. Zu diesem 2Q Zweck muß der Chromgehalt 8,0% oder mehr betragen. Wenn
andererseits der Chromgehalt 13,0% übersteigt, entsteht die 6-Ferritphase. Der Chromgehalt sollte somit allgemein
von 8,0 - 13,0%, zweckmäßigerweise von 9,5 - 12,0% oder mehr, vorzugsweise bis zu 11,0%, reichen.
6. Molybdän (Mo)
Molybdän dient einer Verbesserung der Zeitstandfestigkeit des Stahls und zum Schutz gegen eine Anlaßversprödung.
Um dies zu gewährleisten, muß der Molybdängehalt 0,5% oder mehr betragen. Wenn der Molybdängehalt
jedoch 2,0% übersteigt, entsteht die δ-Ferritphase bei Verschlechterung der Zeitstandfestigkeit und Zähigkeit
des Metalls. Somit sollte der Molybdängehalt zweckmäßigerweise von 0,5 - 2,0%, vorzugsweise von 0,7 - 1,5%,
35 reichen.
7. Vanadium (V)
Vanadium dient einer Verbesserung der Zeitstandfestigkeit des Stahls. Dies erreicht man lediglich/ wenn man
0,1% oder mehr Vanadium zulegiert. Wenn der Vanadiumgehalt andererseits 0,3% übersteigt, kann sich δ-Ferrit
bilden. Somit sollte der Vanadiumgehalt zweckmäßigerweise von 0,1 - 0,3%, vorzugsweise von 0,15 - 0,27%,
reichen.
10 8. Niob (Nb) und Tantal (Ta)
Niob und Tantal tragen dazu bei, ein feinkörniges Gefüge auszubilden. Auf diese Weise erhöhen sich die
Bildsamkeit und Zähigkeit des Stahls. Niob und Tantal
dienen ferner dazu, Carbide und Carbonitride zu bilden. 15
Diese sind dispersionsartig als feine Teilchen in einer Matrix ausgefällt und verbessern in erheblichem Maße
die Kriecheigenschaften des Stahls. Um dies zu gewährleisten, muß der Gesamtgehalt an Niob und/oder Tantal
0,3% übersteigen. Wenn andererseits der Gesamtanteil an Niob und/oder Tantal 0,5% übersteigt, bildet sich
δ-Ferrit. Ferner kommt es in diesem Falle zu einer Ausfällung unerwünscht grober Carbide und Carbonitride.
Somit sollte der Niob- und/oder Tantalgehalt insgesamt
0,3-0,5%, vorzugsweise bis zu 0,45%, betragen. 25
9. Stickstoff (N)
Stickstoff vermag wirksam die Bildung der 5-Ferritphase
zu verzögern. Darüber hinaus benötigt man ihn zur BiI-dung von Carbonitriden des Niobs und/oder Tantals.
Diese Funktionen erfordern das Zulegieren von 0,01% oder mehr Stickstoff. Wenn jedoch der Stickstoffanteil
0,2% übersteigt, wird das Metall porös. Somit sollte der Stickstoffgehalt zweckmäßigerweise 0,01 - 0,2%,
35 vorzugsweise 0,03 - 0,08%, betragen.
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10. Wolfram (W)
Wolfram dient dazu, die Zeitstandfestigkeit des Stahls zu verbessern. Um dies zu gewährleisten, muß der
Wolframanteil 0,7% übersteigen. Wenn jedoch der 5
Wolframanteil 2,0% übersteigt, bildet sich unvermeidlich
6-Ferrit. Somit sollte der Wolframgehalt allgemein mehr als 0,7 - 2,0%, zweckmäßigerweise 0,8 - 1,5%,
vorzugsweise bis zu 1,3%, betragen.
Mit der angegebenen chemischen Zusammensetzung besitzt ein erfindungsgemäßer hitzebeständiger 12-Cr-Stahl
akzeptable Kriecheigenschaften bei Temperaturen bis zu etwa 65O°C und ist üblichen hitzebeständigen 12-Cr-Stählen
in seinen sonstigen mechanischen Eigenschaften keineswegs unterlegen. Folglich stellt ein erfindungsgemäßer
hitzebeständiger 12-Cr-Stahl einen geeigneten Werkstoff für Bauteile von Dampfturbinen u.dgl. dar.
Dieses Anwendungsgebiet erfordert jedoch sowohl eine gute Ermüdungsfestigkeit und Zähigkeit als auch eine
^ akzeptable Dauerstandfestigkeit des Metalls. Um diesen
Anforderungen zu genügen, muß der erfindungsgemäße
hitzebeständige 12-Cr-Stahl im wesentlichen ein ferritfreies, angelassenes martensitisches Gefüge aufweisen.
Unter Beachtung der Kriecheigenschaften ist es zweck-
mäßig, daß das Metall kein Ferrit enthält. Ein Ferritanteil·
von 5% oder weniger ist jedoch vernachlässigbar (und kann toleriert werden).
Die Ferritbildung läßt sich im Metallgefüge verhindern, indem man die Mengen an den zulegierten Elementen innerhalb
der angegebenen Grenzen hält. Zur Verhinderung einer Ferritbildung selbst bei höherer Abschrecktemperatur
(wie später noch näher erläutert werden wird), ist es zweckmäßig, ein Chromäquivalent/ ausgedrückt durch
die Gleichung:
chromäquivalent = -40 χ [%C] - 30 χ [%Ν] - 2
χ [%Μη] - 4 χ [%Νχ] + [%Cr] + 4 χ [%Μο] + 6 χ [%Si]
+ 11 χ [%V] + 5 χ [%Nb] + 2,5 χ [%Ta] + 1,5 χ [%W]
von allgemein 6-11, zweckmäßigerweise 8-11, vor-
zugsweise 9-10, sicherzustellen.
Ein die angegebene Zusammensetzung aufweisender, erfindungsgemäßer,
hitzebeständiger 12-Cr-Stahl wird zur Austenitisierung auf eine Temperatur von
1 050 - 1 1500C erwärmt, dann rasch zum Abschrecken
gekühlt und schließlich bei einer Temperatur von 600 - 700°C angelassen. Auf diese Weise erhält der
Stahl ein im wesentlichen angelassenes martensitisches Gefüge. Vor dem Anlassen bei einer Temperatur
von 600 - 700°C sollte das Metall zur Auflösung von restlichem Austenit bei 500 - 600°C vorangelassen
werden. Ferner sollte zweimal bei unterschiedlichen Temperaturen im Bereich von 600 - 7000C angelassen
werden.
Wenn das Metall in der geschilderten Weise bei einer hohen Temperatur im Bereich von 1 050 - 1 1500C austenitisiert
und danach abgeschreckt wird, können Carbide, Nitride oder Carbonitride von Niob, Tantal
25 u.dgl. in homogenen, feineren Teilchen und in größeren
Mengen ausgefällt werden. Wenn die eingehaltene Austenitisierungstemperatur im Bereich von 1 050 - 1 150°C
liegt, ist die gebildete Kristall(korn)größe des Austenits
niemals grob. Wenn ferner das Chromäquivalent in-
30 nerhalb des angegebenen Bereichs liegt, läßt sich eine
Ferritbildung verhindern.
Im folgenden wird die Herstellung eines erfindungsgemäß
hitzebeständigen 12-Cr-Stahls sowie (aus diesem) von
35 Schaufeln, Bolzen und sonstigen Turbinenteilen näher
-*tj- '- 35221U
1 erläutert.
Zunächst werden die verschiedenen Legierungsbestandteile
jeweils in einer Menge innerhalb der angegebenen Grenzen gemischt und dann mit Hilfe eines geeigneten
Ofens, z.B. eines elektrischen Ofens, an Luft oder im Vakuum erschmolzen. Nach dem Erschmelzen wird die erhaltene
Metallschmelze zu einem Block einer geeigneten Größe und Form ausgeformt. Eine Homogenisierung der
Legierungsbestandteile und Verminderung an Verunreinigungen erreicht man wirksam durch zusätzliches Lichtbogenumschmelzen
oder Elektroschlackeumschmelzen des Blocks.
Danach wird der Block in einem Wärmeofen, z.B. einem
Ölbefeuerten Ofen, einem elektrischen Ofen oder einem Gasofen, auf eine Temperatur von etwa 1 150-1 200°C
erwärmt und danach in üblicher bekannter Weise, z.B in geschlossenem Gesenk oder durch Hämmern, geschmiedet.
Nach dem Schmieden wird der erfindungsgemäße hitzebeständige 12-Cr-Stahl in einem Wärmeofen auf eine
Temperatur von 1 050 - 1 1500C erwärmt. Nach gleichmäßiger
Austenitisierung des gesamten Gefüges bei einer Temperatur innerhalb des angegebenen Bereichs
wird der Stahl zum Abschrecken rasch abgekühlt, indem er in ein ölbad oder in Wasser eingeführt oder durch
Anblasen gekühlt wird.
Danach wird der erfindungsgemäße hitzebeständige 12-Cr-Stahl
in dem Wärmeofen zum Anlassen bei einer Temperatur von 600 - 700°C gehalten. Auf diese Weise nimmt der
Stahl ein angelassenes martensitisches Gefüge an. Zum Auflösen der beim Abschrecken erhalten gebliebenen
austenitischen Phase kann das Metall nach dem Vorerwär-
.,_ 35221U
-ντ- /e
1 men auf eine Temperatur von 500 - 6000C, d.h. auf
eine Temperatur unterhalb der Anlaßtemperatur, bei einer Temperatur von 600 - 700°C angelassen werden.
Andererseits kann man auch zweimal bei unterschied-
liehen Temperaturen im Bereich von 600 - 700°C anlassen.
Nun wird der erhaltene erfindungsgemäße hitzebeständige
12-Cr-Stahl in die gewünschte Form, z.B. zu einem Turbinenteil, gebracht. Wenn es sich bei dem
Turbinenteil um eine Turbinenschaufel handelt, kann ein geschmiedeter Barren auf eine geeignete Größe zurechtgeschnitten,
auf eine Temperatur von etwa 1 100 - 1 20O0C erwärmt und danach in die Form einer
Schaufel gesenkgeschmiedet werden. Danach kann das schaufeiförmige Gebilde abgeschreckt, angelassen und
maschinell auf Endgröße bearbeitet werden.
Im folgenden werden erfindungsgemäße Beispiele und Vergleichsbeispiele näher erläutert. Bei den Beispielen
1 bis 4 gelangen Prüflinge einer erfindungsgemäßen Zusammensetzung zum Einsatz. Bei den Vergleichsbeispielen
1 und 2 werden Prüflinge benützt, deren Zusammensetzung außerhalb des erfindungsgemäßen
Bereichs liegt. Die Vergleichsprüflinge 1 und 2 sind
aus handelsüblichen hitzebeständigen 12-Cr-Stählen
hergestellt.
| Legierungsbestandteile (Gew.-%), Eisen (Rest) | Nr. | C | Si | Mn | Cr | Mo | V | Ni | Nb | Ta | W | N | |
| Beispiele | 1 | 0,13 | 0,28 | 0,60 | 10,7 | 1,20 | 0,23 | 1,18 | 0,33 | - | 0,95 | 0,06 | |
| Vergleichs beispiele |
2 | 0,12 | 0,29 | 0,64 | 10,6 | 1,17 | 0,22 | 1,25 | 0,40 | - | 0,91 | 0,06 | |
| 3 | 0,12 | 0,28 | 0,58 | 10,8 | 1,19 | 0,24 | 1,31 | 0,20 | 0,15 | 0,90 | 0,06 | ||
| 4 | 0,12 | 0,31 | 0,61 | 11,0 | 1,20 | 0,22 | 1,25 | - | 0,38 | 0,88 | 0,07 | ||
| 1 | 0,17 | 0,38 | 0,61 | 11,0 | 1,08 | 0,22 | 0,54 | 0,-15 | - | - | 0,05 | ||
| 2 | 0,25 | 0,38 | 0,66 | 11,7 | 1,05 | 0,24 | 0,68 | - | - | 0,92 | 0,02 |
| \ | Nr. | Zugeigenschaften bei Raumtemperatur | Dehnung in % |
Flächenver minderung in % |
Zeitstandfestigkeit in h | Bei 65O°C und einer Belastung von 196,2 MPa |
| Beispiele | 1 | Zugfestig keit in MPa |
21,2 | 62,4 | Bei 6000C und einer Belastung von 294,3 MPa |
590,4 |
| ^fergleichs- beispiele |
2 | 1 019,3 | 21,2 | 62,0 | 1 103,0 | 529,8 |
| 3 | 1 007,5 | 20,6 | 61,6 | 1 005,4 | 572,0 | |
| 4 | 1 023,2 | 22,0 | 62,0 | 980,7 | 485,5 | |
| 1 | 1 005,5 | 14,7 | 53,0 | 908,5 | 158,6 | |
| 2 | 1 054,6 | 13,3 | 45,2 | 314,5 | 110,1 | |
| 1 039,9 | 197,8 |
M. ' 35221H
Die gemäß Tabelle I erhaltenen Mischungen der Legierungsbestandteile werden in einem Hochfrequenz-Vakuumschmelzofen
erschmolzen, worauf die jeweils erschmolzene Legierung in Formen für Blöcke gegossen werden. Beim Vermischen
der Metalle erfolgt das Zulegieren von Stickstoff durch Zumischen einer Mutterlegierung eines
Fe-Cr-N-Systems. Nach dem Abspanen ihrer Oberflächen auf maschinellem Wege werden die Blöcke in einen ölbefeuerten
Ofen eingeführt, darin auf 1 200°C erwärmt und schließlich zu Rundstäben eines Durchmessers von 30 mm
gehämmert.
Die in der geschilderten Weise erhaltenen Rundstäbe werden auf eine geeignete Länge zurechtgeschnitten,
um bei den verschiedenen, im folgenden beschriebenen Versuchen als Prüflinge dienen zu können. Danach werden
sie in einem elektrischen Ofen auf eine Temperatur von 1 100°C erwärmt und 2 h bei dieser Temperatur belassen.
Danach werden die Rundstäbe zum Abschrecken in ein ölbad
von Raumtemperatur hineingezogen. Schließlich werden sie in einem elektrischen Ofen zum Anlassen 3 h lang
auf eine Temperatur von 65O°C erwärmt.
Nach der Wärmebehandlung werden die verschiedenen Werkstoffe zu Prüflingen ausgeformt. Diese werden zu
Spannungstests und Zeitstandversuchen herangezogen. Die Ergebnisse dieser Tests sind in Tabelle II angegeben.
Die Spannungstests werden bei Raumtemperatur
durchgeführt. Die Tabelle II enthält Angaben über die Zugfestigkeit, die Dehnung und die Flächenverminderung.
Der Zeitstandtest wird unter zwei verschiedenen Temperatur- und Lastbedingungen durchgeführt. Die Tabelle II
enthält Angaben über die Bruchzeit (in h) unter den verschiedenen Bedingungen.
35
35
- 10- 35221U -«-
1 Die Testergebnisse gemäß Tabelle II zeigen, daß die
Prüflinge der Beispiele 1 bis 4 aus erfindungsgemäßen hitzebeständigen 12-Cr-Stählen bessere Zeitstandeigenschaften
bei den Temperaturen, nämlich 600°C und 65O0C, aufweisen als die Vergleichsprüflinge 1 und 2
aus bekannten hitzebeständigen 12-Cr-Stählen. Darüber hinaus zeigen die bei Raumtemperatur durchgeführten
Spannungstests, daß die Prüflinge der Beispiele 1 bis den Vergleichsprüflingen 1 und 2 in der Zugfestigkeit
praktisch ebenbürtig und in der Dehnung und Flächenverminderung etwas überlegen sind.
Somit zeigt also ein erfindungsgemäßer hitzebeständiger 12-Cr-Stahl ohne Beeinträchtigung seiner Bildsamkeit
und Zähigkeit bei Raumtemperatur verbesserte Kriecheigenschaften. Dies befähigt ihn in hohem Maße zur
Verwendung als Werkstoff für Turbinenteile, z.B. Schaufeln und Bolzen von Dampfturbinen.
Claims (11)
1. Hitzebeständiger 12-Cr-Stahl eines durch Anlassen
erzeugten martensitischen Gefüges, der im wesentliehen
durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet ist:
Kohlenstoff: 0,05 - 0,25 Gew.-% Silizium: mehr als 0,2 -1,0 Gew.-%
Mangan: 1,0 Gew.-% oder weniger
Nickel: mehr als 1,0 - 2,0 Gew.-% Chrom: 8,0 - 13,0 Gew.-%
Molybdän: 0,5 - 2,0 Gew.-%
Vanadium: 0,1 - 0,3 Gew.-%
Niob und/oder Tantal: insgesamt mehr als 0,3 - 0,5
Molybdän: 0,5 - 2,0 Gew.-%
Vanadium: 0,1 - 0,3 Gew.-%
Niob und/oder Tantal: insgesamt mehr als 0,3 - 0,5
20 Gew.-%
Stickstoff: 0,01 - 0,2 Gew.-%
Wolfram: mehr als 0,7 - 2,0 Gew.-% und
Eisen: Rest.
2. Hitzebeständiger 12-Cr-Stahl nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch folgende Zusammensetzung: Kohlenstoff: 0,08 - 0,15 Gew.-% Silizium: 0,21 - 0,6 Gew.-%
Mangan: 0,3 - 0,8 Gew.-%
Mangan: 0,3 - 0,8 Gew.-%
Nickel: mehr als 1,0 - 1,5 Gew.-% Chrom: 9,5 - 12,0 Gew.-%
Molybdän: 0,7 - 1,5 Gew.-%
Vanadium: 0,15 - 0,27 Gew.-%
Niob und/oder Tantal: insgesamt mehr als 0,3 - 0,45
Molybdän: 0,7 - 1,5 Gew.-%
Vanadium: 0,15 - 0,27 Gew.-%
Niob und/oder Tantal: insgesamt mehr als 0,3 - 0,45
35 Gew.-%
1 Stickstoff: 0,03 - 0,08 Gew.-% Wolfram: 0,8 - 1,5 Gew.-%
Eisen: Rest.
3. Hitzebeständiger 12-Cr-Stahl nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß er 9,5 - 11,0 Gew.-% Chrom und 0,8 - 1,3 Gew.-% Wolfram enthält.
4. Hitzebeständiger 12-Cr-Stahl nach Anspruch 1, dall
0 durch gekennzeichnet, daß sein Chromäquivalent, ausgedrückt durch folgende Gleichung:
Chromäquivalent = -40 χ [%C] - 30 χ [%N] - 2 χ [%Mn] - 4 χ [%Ni] + [%Cr] + 4 χ [%Mo] + 6 χ [%Si]
+ 11 χ [%V] + 5 χ [%Nb] + 2,5 χ [%Ta] + 1,5 χ [%W],
6-11 beträgt.
5. Hitzebeständiger 12-Cr-Stahl nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sein Chromäquivalent,
ausgedrückt durch folgende Gleichung:
20 Chromäquivalent = -40 χ [%C] - 30 χ [%N] - 2
χ [%Mn] - 4 χ [%Ni] + [%Cr] + 4 χ [%Mo] + 6 χ [%Si]
+ 11 χ [%V] + 5 χ [%Nb] + 2,5 χ [%Ta] + 1,5 χ [%W],
8-11 beträgt.
6. Hitzebeständiger 12-Cr-Stahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sein Chromäquivalent,
ausgedrückt durch folgende Gleichung: Chromäquivalent = -40 χ [%C] - 30 χ [%N] - 2
χ [%Mn] - 4 χ [%Ni] + [%Cr] + 4 χ [%Mo] + 6 χ [%Si]
+ 11 x [%V] + 5 χ [%Nb] + 2,5 χ [%Ta] + 1,5 χ [%W],
9-10 beträgt.
7. Turbinenteil aus einem hitzebeständigen 12-Cr-Stahl eines durch Anlassen erzeugten martensitischen Gefüges,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl im we-
35221-U
sentlichen folgende Zusammensetzung aufweist: Kohlenstoff: 0,05 - 0,25 Gew.-%
Silizium: mehr als 0,2 - 1,0 Gew.-% Mangan: 1,0 Gew.-% oder weniger
Nickel: mehr als 1,0 - 2,0 Gew.-% Chrom: 8,0 - 13,0 Gew.-%
Molybdän: 0,5 - 2,0 Gew.-%
Vanadium: 0,1 - 0,3 Gew.-%
Molybdän: 0,5 - 2,0 Gew.-%
Vanadium: 0,1 - 0,3 Gew.-%
Niob und/oder Tantal: insgesamt mehr als 0,3 - 0,5 Gew.-%
Stickstoff: 0,01 - 0,2 Gew.-%
Wolfram: mehr als 0,7 - 2,0 Gew.-% und
Eisen: Rest.
8. Turbinenteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine Turbinenschaufel handelt
und der (zu ihrer Herstellung verwendete) Stahl im wesentlichen folgende Zusammensetzung aufweist:
Kohlenstoff: 0,08 - 0,15 Gew.-%
20 Silizium: 0,21 - 0,6 Gew.-% Mangan: 0,3 - 0,8 Gew.-%
Nickel: mehr als 1,0 - 1,5 Gew.-% Chrom: 9,5 - 12,0 Gew.-%
Molybdän: 0,7 -1,5 Gew.-%
25 Vanadium: 0,15 - 0,27 Gew.-%
Niob und/oder Tantal: insgesamt mehr als 0,3 - 0,45
Gew.-%
Stickstoff: 0,03 - 0,08 Gew.-% Wolfram: 0,8 - 1,5 Gew.-%
30 Eisen: Rest.
9. Turbinenteil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um einen bei Turbinen verwendeten Bolzen
handelt und der (zu seiner Herstellung verwendete) Stahl im wesentlichen folgende Zusammen-
35221U
-A-
setzung aufweist:
Kohlenstoff: 0,08 - 0,15 Gew.-%
Silizium: 0,21 - 0,6 Gew.-% Mangan: 0,3 - 0,8 Gew.-%
Nickel: mehr als 1,0 - 1,5 Gew.-%
Chrom: 9,5 - 12,0 Gew.-%
Molybdän: 0,7 - 1,5 Gew.-%
Vanadium: 0,15 - 0,27 Gew.-%
Niob und/oder Tantal: insgesamt mehr als 0,3 - 0,45 10 Gew.-%
Stickstoff: 0,03 - 0,08 Gew.-%
Wolfram: 0,8 - 1,5 Gew.-%
Eisen: Rest.
15
10. Turbinenteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß (der verwendete) Stahl 9,5 - 11,0 Gew.-%
Chrom und 0,8 - 1,3 Gew.-% Wolfram enthält.
11. Turbinenteil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich-20 net, daß (der verwendete) Stahl 9,5 - 11,0 Gew.-%
Chrom und 0,8 - 1,3 Gew.-% Wolfram enthält.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12648084A JPS616256A (ja) | 1984-06-21 | 1984-06-21 | １２％Ｃｒ耐熱鋼 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3522114A1 true DE3522114A1 (de) | 1986-01-02 |
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| DE (1) | DE3522114A1 (de) |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1985
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- 1985-06-20 DE DE19853522114 patent/DE3522114A1/de not_active Ceased
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|---|---|
| JPS616256A (ja) | 1986-01-11 |
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| FR2566429B1 (fr) | 1992-08-14 |
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