DE941491C - Ferritic or ferritic-pearlitic steels for objects that should have a high heat resistance of over 800 - Google Patents

Ferritic or ferritic-pearlitic steels for objects that should have a high heat resistance of over 800

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DE941491C
DE941491C DED1379D DED0001379D DE941491C DE 941491 C DE941491 C DE 941491C DE D1379 D DED1379 D DE D1379D DE D0001379 D DED0001379 D DE D0001379D DE 941491 C DE941491 C DE 941491C
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Dr Ewald Baerlecken
Dr Hermann Josef Schiffler
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Phoenix Rheinrohr AG
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/34Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of silicon

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Description

Ferritische bzw. ferritisch-perlitische Stähle für Gegenstände, die über $00° eine hohe Warmfestigkeit besitzen sollen Die Warmfestigkeit zunderbeständiger Stahllegierungen ist für ihre Verwendungsmöglichkeiten oft von ausschlaggebender Bedeutung. Mit der Steigerung der Beanspruchungen hat die Entwicklung der Stahllegierungen oft nicht Schritt halten können, so daß auch heute noch, besonders bei Temperaturen oberhalb 8oo° C, die ungenügende Warmfestigkeit durch konstruktive Maßnahmen überbrückt werden muB. Für die Verwendung bei Temperaturen bis 7oo° C sind vergütbare Stahllegierungen mit außerordentlich hoher Warmfestigkeit entwickelt worden, derenFestigkeit aber oberhalb dieser Temperatur wegen der bereits einsetzenden Anlaßwirkung stark abfällt. Außerdem kommt erschwerend hinzu, daß die Stähle bei hohen Temperaturen zundersicher sein müssen. Die bekannten zunderbeständigen Stähle lassen sich im wesentlichen in zwei Gruppen unterteilen, und zwar in ferritische und austenitische Stahllegierungen, von denen die austenitischen Stähle sich durch ihre hohe Warmfestigkeit auch noch bei hohen Temperaturen auszeichnen.Ferritic or ferritic-pearlitic steels for objects that Above $ 00 ° should have a high heat resistance Steel alloys are often more critical to their uses Meaning. With the increase in stresses, so has the development of steel alloys often not able to keep up, so that even today, especially with temperatures above 8oo ° C, the insufficient heat resistance bridged by constructive measures must be. Heat-treatable steel alloys are suitable for use at temperatures up to 700 ° C has been developed with extremely high heat resistance, but their strength falls sharply above this temperature because of the already onset of the tempering effect. A further complicating factor is that the steels are non-scaling at high temperatures must be. The known scale-resistant steels can be essentially divide into two groups, namely into ferritic and austenitic steel alloys, of which the austenitic steels are also distinguished by their high heat resistance at high temperatures.

Die Verwendung der zunderbeständigen, aber weniger warmfesten, ferritischen Stähle ist aber oft genug wünschenswert und manchmal sogar notwendig. Die ferritischen Chrom-Silizium, Chrom-Aluminium-bzw. Chrom-Aluminium-Silizium-Stähle haben gegenüber dem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl den Vorteil der Schwefelbeständigkeit, die oft genug für die Werkstoffwahl entscheidend ist. - Mit Rücksicht auf die geringere Warmfestigkeit der ferritischen Stähle ist man gezwungen, die gegenüber austenitischen Chrom-Nickel-Stählen verringerte Festigkeit durch Vergrößerung des tragenden Querschnittes auszugleichen. Dies führt zu ungewöhnlich großen Werkstoffanhäufungen, die in manchen Fällen wieder weitere Nachteile zur- Folge haben. Beispielsweise werden bei Überhitzersystemen in solchen Fällen die Heizgasdurchlaß-Querschnitte herabgesetzt, und außerdem bedingt ein Mehr an Totgewicht einen zusätzlichen Verbrauch an Brennstoffen, Eisen und Legie- Nr. C Cr Si Al Mn ' S P 2r i - 0,o9 23,6 1,4 1,6 0,33 o,ooi 0,015 - 2 0,o8 24,7 i,9 i,9 0,40 Spuren o,oi6 0,34 3 o,08 23,5 2,1 1,5 0,52 - 0,014 o,76 4 0,o9 24,8 1,5 1,7 0,41 - 00I5 0,92 5 0,085 24s5 0,43 2,26 0,45 - 0,012 o,83 6 0,o9 24,8 3,04 - 0,45 - o,o18 0,92 Belastung 0,2, kg/mm2 bei iodo° C Verlängerung nach ioo Stunden in mm Nr. Verlängerung in mm i 10,0 2 5,o 3 2,2 4 0,5 5 0,7 6 0,3 Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung ferritischer Chrom-Silizium-, Chrom-Aluminium- und Chrom - Aluminium - Silizium -Stahllegierungen mit einem Zirkongehalt über etwa 0,3 °/; als Werkstoff für Gegenstände, die bei Temperaturen über etwa 80o° C eine hohe Warmfestigkeit besitzen sollen.However, the use of the non-scaling, but less heat-resistant, ferritic steels is often enough desirable and sometimes even necessary. The ferritic chrome-silicon, chrome-aluminum or. Chromium-aluminum-silicon steels have the advantage over austenitic chromium-nickel steel that they are sulfur-resistant, which is often enough decisive for the choice of material. - In view of the lower heat resistance of ferritic steels, it is necessary to compensate for the lower strength compared to austenitic chromium-nickel steels by increasing the load-bearing cross-section. This leads to unusually large accumulations of material, which in some cases have further disadvantages. In superheater systems, for example, the heating gas passage cross-sections are reduced in such cases, and more dead weight results in additional consumption of fuels, iron and alloys. No. C Cr Si Al Mn 'SP 2r i - 0, o9 23.6 1.4 1.6 0.33 o, ooi 0.015 - 2 0, o8 24.7 i, 9 i, 9 0.40 lanes o, oi6 0.34 3 o. 08 23.5 2. 1 1.5 0.52 - 0.014 o. 76 4 0, o9 24.8 1.5 1: 7 0.41 - 0.92 00I5 5 0.085 24s5 0.43 2.26 0.45 - 0.012 o.83 6 0, o9 24.8 3.04 to 0.45 - o, o18 0, 92 Load 0.2 kg / mm2 at iodo ° C extension after 100 hours in mm No. extension in mm i 10.0 2 5, o 3 2.2 4 0.5 5 0.7 6 0.3 The invention therefore relates to the use of ferritic chromium-silicon, chromium-aluminum and chromium-aluminum-silicon steel alloys with a zirconium content above about 0.3%; as a material for objects that should have a high heat resistance at temperatures above about 80o ° C.

Zu diesen ferritischen Stählen sind insbesondere solche zu zählen, die bis etwa o,2 °/o Kohlenstoff, etwa 15 bis 35 °/a Chrom sowie etwa o,2 bis 5 °/o Aluminium oder etwa o,5 bis 5 °/o Silizium oder etwa o,5 bis 5 °/o Aluminium -E- Silizium, Rest Eisen mit den üblicher geringen Verunreinigungen enthalten.These ferritic steels include, in particular, those those up to about 0.2% carbon, about 15 to 35% chromium and about 0.2 to 5 ° / o aluminum or about 0.5 to 5% silicon or about 0.5 to 5% aluminum -E- contains silicon, the remainder iron with the usual low levels of impurities.

Als obere Grenze für den Zirkongehalt kommt etwa 4 °/o m Frage.The upper limit for the zirconium content is about 4 per cent.

Das Zirkon kann bis zur Hälfte durch Titan ersetzt werden.Up to half of the zirconium can be replaced by titanium.

Dieser Befund war vollkommen unerwartet, da bisher ein verbessernder Einfluß des Zirkons auf die Warmfestigkeit bei ferritischen bzw. perlitischen oder ferritisch-perlitischen Stählen nicht beobachtet worden rungselementen. Es würde darum besonders heute, wo die Beschaffung der warmfesten nickelhaltigen Stahllegierungen schwieriger geworden ist, sogar eine geringfügige Verbesserung der Warmfestigkeit ferritischer Stähle einen zu beachtenden Vorteil bedeuten.This finding was completely unexpected, as it has so far been an improvement Influence of zircon on the heat resistance of ferritic or pearlitic or ferritic-pearlitic steels have not been observed. It would therefore especially today, when the procurement of the heat-resistant nickel-containing steel alloys has become more difficult, even a slight improvement in high temperature strength ferritic steels mean an advantage to be considered.

Es wurde nun überraschend festgestellt, daß die Warmfestigkeit ferritischer Chrom-Aluminium-, Chrom-Silizium- und Chrom-Aluminium-Silizium-Stahllegierungen bei Temperaturen oberhalb etwa 80o° C ganz erheblich gesteigert wird, wenn die Stahllegierungen Gehalte an Zirkon besitzen, die über etwa 0,3 °/o liegen.It has now surprisingly been found that the heat resistance is more ferritic Chrome-aluminum, chrome-silicon and chrome-aluminum-silicon steel alloys at temperatures above about 80o ° C is increased quite considerably if the steel alloys Have contents of zircon which are above about 0.3%.

Folgende Ergebnisse von Belastungsversuchen an Chrom-Aluminium-Silizium-Stählen zeigen den überraschenden Vorteil, der durch die Hinzufügung von Zirkon erreicht wird. ist. Man glaubte bisher nur im Bereiche unterhalb 70o° C eine Verbesserung der Warmfestigkeit durch geringe Zusätze an Legierungselementen, z. B. Molybdän, Wolfram, Titan, Vanadin, erzielen zu können. Um so überraschender war die Auffindung einer starken Festigkeitssteigerung oberhalb etwa 80o° C. Gerade in diesem Temperaturbereich ist eine Erhöhung der Festigkeit von größter Bedeutung, weshalb auch zahllose Versuche mit ferritischen Stählen in den letzten Jahren in dieser Richtung durchgeführt worden sind, die jedoch bisher ein befriedigendes Ergebnis nicht erbracht haben.The following results from load tests on chrome-aluminum-silicon steels show the surprising benefit achieved by the addition of zircon will. is. Up until now, it was believed that there would only be an improvement in the range below 70o ° C the heat resistance through small additions of alloy elements, e.g. B. Molybdenum, Tungsten, titanium, vanadium. The discovery was all the more surprising a strong increase in strength above about 80o ° C. Especially in this temperature range Increasing the strength is of the utmost importance, which is why countless attempts are made with ferritic steels in recent years has been carried out in this direction which, however, have not yet produced a satisfactory result.

Besonders. bemerkenswert ist die gute Verwalzbarkeit zu Röhren trotz der hohen Warmfestigkeit. Bekanntlich lassen sich die hochwarmfesten austenitischen Stahllegierungen nach den meisten Walzverfahren, bei welchen über einen Stopfen oder eine Stange gewalzt wird, nicht herstellen. Überraschend gut ließen sich jedoch nach eben diesen Walzverfahren nahtlose Rohre ohne Schwierigkeiten und ohne Fehler aus diesen zirkonhaltigen warmfesten Stahllegierungen walzen.Particularly. The good manageability to tubes is remarkable the high heat resistance. It is well known that the highly heat-resistant austenitic Steel alloys using most of the rolling processes, which use a plug or a bar is rolled, do not manufacture. However, they were surprisingly good seamless tubes according to this rolling process without difficulty and without defects roll from these zirconium-containing heat-resistant steel alloys.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE: i. Die Verwendung ferritischer bzw. ferritischperlitischer Chrom-Aluminium-, Chrom-Silizium-und Chrom-Aluminium-Silizium-Stahllegierungen, die einen Zirkongehalt von etwa o,3 bis 4°/o aufweisen, als Werkstoff für Gegenstände, die eine hohe Warmfestigkeit bei Temperaturen über etwa 80o° C besitzen sollen. PATENT CLAIMS: i. The use of ferritic or ferritic pearlitic Chrome-aluminum, chrome-silicon and chrome-aluminum-silicon steel alloys, which have a zirconium content of about 0.3 to 4% as a material for objects, which should have a high heat resistance at temperatures above about 80o ° C. 2. Ferritische Stahllegierungen, die bis etwa o,2 °/o Kohlenstoff, etwa 15 bis 350/, Chrom, über 0,3, vorzugsweise o,8 bis 20/0 Zirkon, etwa 0,5 bis 50/, Silizium oder etwa o,2 bis 50/" Aluminium oder etwa 0,5 bis 5 °/o Aluminium + Silizium, Rest Eisen mit den üblichen geringen Verunreinigungen enthalten, für den Zweck nach Anspruch i. 2. Ferritic steel alloys containing up to about 0.2% carbon, about 15 to 350 /, chromium, about 0.3, preferably 0.8 to 20/0 zircon, about 0.5 to 50 /, silicon or about 0.2 to 50 / "aluminum or about 0.5 to 5% aluminum + silicon, the remainder containing iron with the usual minor impurities, for the purpose according to claim i. 3. Die Verwendung ferritischer Stahllegierungen gemäß Anspruch i und 2, in welchen das Zirkon bis zur Hälfte durch Titan ersetzt ist, für den Zweck nach Anspruch i. 3. The use of ferritic steel alloys according to claims i and 2, in which the zirconium is replaced by titanium up to halfway is, for the purpose according to claim i. 4. Die Verwendung ferritischer Stahllegierungen mit der in den Ansprüchen i bis 3 angegebenen Zusammensetzung als Werkstoff für nahtlos gewalzte Röhren, die eine hohe Warmfestigkeit bei Temperaturen über etwa 8oo° C besitzen sollen. Angezogene Druckschriften: Österreichische Patentschriften Nr. 137 301, 143 620, 145 805; französische Patentschriften Nr. 583 4o8, 764 429, 822 317; USA.-Patentschriften Nr. 1503 772, i 88o 953, 946 522; britische Patentschrift Nr. 454151; Archiv f. d. Eisenhüttenwesen, 4. The use of ferritic steel alloys with the composition specified in claims i to 3 as a material for seamlessly rolled tubes which should have high heat resistance at temperatures above about 8oo ° C. Cited publications: Austrian patent specifications No. 137 301, 143 620, 145 805; French Patent Nos. 583 408, 764 429, 822 317; . USA. Patent No. 1,503,772, i 88o 953 946 522; British Patent No. 454151; Archives for the iron and steel industry, 5. Jahrgang, 1931, Heft i, S. 45, 53, 56; 5th year, 1931, issue i, pp. 45, 53, 56; 6. Jahrgang, 1932, Heft i, S. 24 bis 34.6th year, 1932, issue i, pp. 24 to 34.
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