DE701565C

DE701565C - Bei hoeheren Temperaturen gegen interkristalline Korrosion sichere Gegenstaende aus Chrom-Nickel-Stahl

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Publication number: DE701565C
Application number: DE1933E0044467
Authority: DE
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1933-07-13
Filing date: 1933-07-13
Publication date: 1941-01-18

Description

Bei höheren Temperaturen gegen interkristalline Korrosion- sichere Gegenstände aus Chrom-Nickel-Stahl Von den gegenwärtig im Handel befindlichen korrosionswiderstandsfähigen Stahllegierungen umfassen jene eine wichtige Gruppe, welche zwischen 1a und 30°A Chrom und zwischen 6 und 30%4 Nickel enthalten. Je nachdem die dieser Gruppe angehörigen Stähle für die Herstellung von Gegenständen durch Schmieden oder Gießen bestimmt sind, beträgt ihr Kohlenstoffgehalt entweder meistens weniger als o,r6°A und selten über 0,3%o oder über o,6%. Diese Stähle, welche vollständig oder zumindest vorherrschend austenitisches Gefüge besitzen, widerstehen dem Angriff verschiedener korrodierender Mittel, selbst bei hohen Temperaturen. Außerdem besitzen diese Stähle sowohl gute Festigkeit und Zähigkeit als auch- hohe Dehnbarkeit, so daß sie gut zum Tiefziehen verwendbar sind. Infolge aller dieser Eigenschaften werden diese Stähle in immer größerem Maße zur Herstellung von Gegenständen benützt, unter andern auch von solchen, welche bei der Herstellung von chemischen Erzeugnissen oder Genußmitteln verwendet werden sollen. Eine schädliche Eigenschaft dieser Stahllegierungen, welche in vielen Fällen einen erheblichen Nachteil bedingt, ist ihre Unbeständigkeit beim Erwärmen innerhalb eines gewissen Temperaturbereiches, welche sich vor allem im Herabsinken der Festigkeit äußert, wenn sie während längerer Zeit erhöhten Temperaturen, beispielsweise q.oo bis 50o° C, ausgesetzt werden. Diese Art der Verschlechterung oder Zerstörung scheint mit der Ausfällung von Karbiden längs .der Korngrenzen der Austenitkörner verbunden zu sein. Die Stähle verlieren dabei auch ihre Zähigkeit und gelangen in manchen Fällen in einen Zustand, in dem sie ihren Widerstand gegen gewisse korrodierende Mittel einbüßen und von diesen angegriffen werden. Bei diesem Vorgang scheint das korrodierende Mittel in die zwischen den Körnern befindlichen Zonen einzudringen und dort vorhandene Bestandteile schnell infolge interkristalliner Korrosion anzugreifen.
Um die geschilderte Zerstörung zu verhüten, sind schon verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen worden. Diese Maßnahmen bestanden zuerst darin, daß der Gehalt an Kohlenstoff verringert wurde, und zwar beispielsweise auf weniger als o,07°%, daß man den Gehalt an Nickel über den üblichen Wert erhöhte und daß Hilfsmetalle, wie Kupfer, Wolfram, Vanadium, Titan und Zirkon, hirW' zugefügt wurden.
Durch keine dieser Maßnahmen ist jedoe@ eine zufriedenstellende Lösung der Aufgabe, die geschilderte Schwierigkeit sicher zu beseitigen, gelungen. Durch Hinzufügung von Titan wurde, soweit es sich darum handelt, die Bildung von Zonen von unerwünschter Struktur zwischen den Körnern zu vermeiden, schon ein gewisser Fortschritt erzielt. Damit jedoch das Titan wirksam ist, muß der Prozentsatz des benutzten Titan mehrmals größer als der Prozentsatz des vorhandenen Kohlenstoffes sein; in solchen Mengen hat aber Titan die Neigung, Einschließungen im Stahl hervorzurufen, so daß dem Stahl größere Neigung verliehen wird zu korrodieren. Außerdem wird durch den Zusatz von Titan in solcher Menge, daß die Beständigkeit des Stahles gegenüber den angegebenen Erwärmungen erhöht wird, eine entgegengesetzte Wirkung bezüglich der Schweißeigenschaften hervorgerufen, insbesondere wenn es sich um das Schweißen mit Sauerstoff-Acetylen handelt. Auf Grund von theoretischen Erwägungen glaubte man annehmen zu können, daß die schädliche Ausfällung von Karbiden lediglich durch Hinzufügung eines karbidbildenden Metalles vermieden werden kann. Zusätze solcher stark die Bildung von Karbiden herbeiführender Elemente, wie Wolfram und Molybdän, haben sich als vollständig unwirksam herausgestellt.
Man versuchte daher, das Auftreten der interkristallinen Korrosion beim Erwärmen von korrosionsbeständigen Chrom-Nickel-Stählen auf höhere Temperaturen durch den Zusatz von andern Karbidbildnern zu verhindern, und gelangte schließlich dazu, als solche N iob, Tantal, Hafnium oder die Metalle der seltenen Erden, einzeln oder zu mehreren, zu empfehlen. Man war dabei der Meinung, daß die genannten Elemente in ihrer Wirkung auf das Beständigmachen der korrosionswiderstandsfähigen Chrom-Nickel-Stähle gegen Erwärmung völlig gleichwertig seien. Die gleichzeitige Anwendung von Niob und Tautal ergab sich aus praktischen Gründen, weil beide in der Natur gewöhnlich zusammen vorkommen und es sehr schwierig ist, sie voneinander zu trennen.
Man hat jedoch nicht erkannt. daß sich der Zusatz von Niob allein hinsichtlich der interkristallinen Korrosion ganz anders auswirkt als der gleichzeitige Zusatz. von Tantal und Niob als Mittel bei der Verhinderung der interkriställinen Korrosion. Diese Erkenntnis bildet erst die Grundlage der vorliegenden Erfindung, bei der es aber nicht auf den Zusatz von Niob und Tantal im allgemeinen ankommt, sondern auf ganz bestimmte Verhältnisse zwischen Niob und dem jeweiligen Kohlenstoffgehalt einerseits und zwischen Niob und Tantal anderseits.
Erfindungsgemäß muß Niob in einer Menge vorhanden sein, die mindestens das Zehnfache des Kohlenstoffgehaltes beträgt und größer ist als der gleichzeitig zugesetzte Tantalgehalt, wobei der Gesamtgehalt an Niob und Tantal bis zu i o o!o betragen kann.
Werden Niob und Tantal unter Berücksichtigung dieser Verhältnisse austenitischen, korrosionswiderstandsfähigen Chrom-Nickel-Stählen mit weniger als 0,3010, vorzugsweise weniger als o, I2 °/o Kohlenstoff, 12 bis 30'/, Chrom und 6 bis 3001, Nickel zugesetzt, wobei natürlich in diesen Stählen auch andere Elemente, die für austenitische Chrom-Nickel-Stähle nicht schädlich sind, vorhanden sein können, so wird die sonst beim Erwärmen auftretende interkristalline Korrosion vermieden, so daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle mit Vorteil zur Herstellung von solchen Gegenständen zu verwenden sind, die trotz längerer Beanspruchung bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise qoo bis 50o° C, sicher gegen interkristalline Korrosion sein müssen.
In der Regel wird schon durch einen Zusatz von etwa 20/0 Niob und der angepaßten Tantalmenge das Auftreten schädlicher Gefügebestandteile in den zwischen den Körnern befindlichen Zonen vermieden, wenn der Gehalt an Kohlenstoff nicht mehr als o,20/0 beträgt. Die Stähle bleiben in Gegenwart der vorgenannten Zusätze im allgemeinen vollständig austenitisch, mit Ausnahme abgesonderter Karbidteilchen. Wenn die Zusätze größer sind, beispielsweise wenn 501, Niob nebst der geringeren Tantalmenge einem Stahl beigemischt werden, welcher i8°% Chrom, 9°% Nikkel und o,i5°/o Kohlenstoff enthält, wird gewöhnlich ein wenig Ferrit gebildet, und der Stahl wird ein wenig magnetisch. Diese Wirkung ist in manchen Fällen nicht schädlich, und es können daher nach der Erfindung auch durch größere Zusätze, als dem Verhältnis Kohlenstoff : Niob wie i : i o entspricht, brauchbare Legierungen gewonnen werden.

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften, denen die gegen Korrosion widerstandsfähigen Chrom-Nickel-Stähle ihre besonderen Vorzüge verdanken, werden nicht wesentlich durch die erfindungsgemäßen Zusätze von Niob und Tantal beeinträchtigt, wie aus den nachstehend angegebenen Versuchsergebnissen hervorgeht:

4

Kohlenstoff ............................... 0,07 o,io 0,08 0,12

Silizium . . . . . . . . . . . : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . @- o,32 0,57 - 0,32 0,33

Mangan . . . . . . . . . . : . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,52 0,53 0,52 0,34

Chrom .................................... i7,47 18,77 17,81 18,63

Nickel..:................................. 9,27 8,46 9,18 9,27

Niob.......:...................-........... - - 0,75 1,21

Tantal............................. o,og 0,43

Streckgrenze kg/mm2 ...................... 23,90 29,50 26,7o 24,65

Höchstbeanspruchung kg/mm2............... 60,8o 64,6o 63,00 64,40

Prozentuale Dehnung 5 cm ................. 59 62 59 58

Prozentuale Einschnürung .................. 64 75 67 66

Erichsen-Wert ... . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . 13 12 12 11,5

Izod-Stöß, kg/m ........................... 14,6 16,4 16,4 14,1

Brinell-Härte .............................. 128 149 143 149

Salz-Spritzversuch mit 2o°/oiger Kochsalz-

lösung .................................. sämtliche unangegriffen in ioo Stunden.

Die korrosionssicheren erfindungsgemäß zu verwendenden Chrom-Nickel-Stähle sind trotz der Zusätze von Niob und Tantal gut schweißbar. Schweißstellen an den mit Niob und Tantal legierten Chrom-Nickel-Stählen sind rein, porenfrei und so dehnbar wie Schweißstellen, die in ähnlichen niob- und tantalfreien Stählen erzeugt werden. Die Überlegenheit der nach der Erfindung anzuwendenden Stähle gegenüber bekannten korrosionswiderstandsfähigen Stählen bezüglich der Widerstandsfähigkeit gegenüber der Beeinträchtigung der Beständigkeit bei der Erhitzung ist aus der folgenden Zusammenstellung ersichtlich:

Ergebnisse von

Wärme- Cr Ni C Nb Ta Wärmebehandlung Versuchen in

Nr. kochender saurer

% % % % Kupfersulfatlösung

C-82o 17,84 8,83 0,17 1,27 o,15 Luftgekühlt von Zerfallen in einer

115o° C. halben Stunde

12 Stunden auf

65o° C. er-

wärmt und luft-

gekühlt

B-129 18,26 9,38 0,13 0,89 o,1,0 desgl. Zerfallen in

I2 Stunden

B-145 18,63 9,27 0,12 1,21 0,23 desgl. Nicht angegriffen in

Zoo Stunden

N-19 18,38 8,97 o,io 1,16 0,31 desgl. Nicht angegriffen in

Iooo Stunden

B-113 18,39 9,34 o,og 0,33 0,58 desgl. Zerfallen in 4 Stunden

B-II4 Ig,o6 9,64 0,12 o,65 1,32 desgl. Zerfallen in 24 Stun-

den

B-IIg 18,79 9,46 o,o9 - 0,74 desgl. Zerfallen in 4 Stunden

B-141 18,73 9,1o 0,15 0,58 2,38 desgl. Zerfallen in .3 Stunden

B-164 18,32 8,99 0,07 0;02 2,62 desgl. Nicht angegriffen in

ioo Stunden, aber

mangelhafte Zähig-

keit und Dehnbar-

keit

Dazu wird bemerkt, daß Zerfallen soviel bedeutet wie angegriffen an den Korngrenzflächen, daß die Stähle auch 0,05% Silizium und o,50% Mangan enthielten und der Rest hauptsächlich Eisen war, sowie daß die fersulfatlösung 16 Gewichtsprozente Sch felsäure und 6 Gewichtsprozente Kupfersulfat enthielt. Die oben angegebenen Zahlen, insbesondere bei B-114 und B-1 I9 erbringen den Beweis, daß der Zusatz von Tantal in Mengen, die das Zehnfache des Kohlenstoffgehaltes betragen, selbst bei Anwesenheit von geringen Mengen von Niob nicht ausreicht, um die interkristalline Korrosion zu verhindern, und daß der Zusatz von größeren Tantalmengen (s. Beispiel B-16,., bei dem 30mal so viel Tantal als Kohlenstoff vorhanden ist) den Stahl praktisch zwar kornzerfallfest macht, daß jedoch Stähle mit einem so hohen Tantalgehalt Mängel hinsichtlich ihrer Zähigkeit und Dehnbarkeit aufweisen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Die Verwendung von austenitischen, korrosionssicheren Stählen der Zusammensetzung weniger als 0,3, vorzugsweise weniger als o,12% Kohlenstoff, 12 bis 30% Chrom, 6 bis 30% Nickel, bis zu io% Niob und Tantal, mit der Maßgabe, daß der Niobgehalt den Tantalgehalt überwiegt und außerdem der Niobgehalt mindestens das Zehnfache des Kohlenstoffgehaltes beträgt, Rest Eisen, zur Herstellung von solchen Gegenständen, die trotz längerer Beanspruchung bei erhöhten Temperaturen, beispielsweise 40o bis 50o° C, sicher gegen interkristalline Korrosion sein müssen.