DE941797C

DE941797C - Ferritische Chrom-Aluminium-, Chrom-Silizium- und Chrom-Aluminium-Silizium-Staehle fuer Gegenstaende, die oberhalb 800íÒ eine hohe Dauerbelastung ertragen muessen

Info

Publication number: DE941797C
Application number: DED1323D
Authority: DE
Inventors: Dr Ewald Baerlecken; Dr Hermann Josef Schiffler
Original assignee: Phoenix Rheinrohr AG
Current assignee: Phoenix Rheinrohr AG
Priority date: 1940-05-28
Filing date: 1940-05-28
Publication date: 1956-04-19

Description

Ferritische Chrom-Aluminium-, Chrom-'Silizium- und Chrom-Aluminium-Silizium-Stähle für Gegenstände, die oberhalb 800° eine hohe Dauerbelastung ertragen müssen Die Warmfestigkeit zunderbeständiger Stahl legierungen 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 muß. Für die Verwendung bei Temperaturen bis 700° C sind vergütbare Stahllegierungen mit außerordentlich hoher Warmfestigkeit entwickelt worden, deren Festigkeit aber oberhalb dieser Temperatur wegen der bereits einsetzenden Anläßwirkung stark abfällt. Außerdem kommt erschwerend hinzu, daß die Stähle bei hohen Temperaturen zunders.icher sein müssen. Die bekannten zunderbeständigen Stähle lassen sich im wesentlichen in zwei Gruppen unterteilen, und zwar in ferritische und austenitische Stahllegierungen, von denen die austenitschen Stähle sich durch ihre hohe Warmfestigkeit auch noch bei hohen Temperaturen auszeichnen.
Die Verwendung -der zunderbeständigen, aber weniger warmfesten ferritischen Stähle ist aber oft 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 für die Werkstoffwahl entscheidend ist. Mit Rücksieht auf die geringere Warmfestigkeit der ferritischen Stähle ist man gezwungen, die gegenüber austenitischen Chrom-Nickel-Stählen verringerte Festigkeit durch Vergrößerung des tragenden Quersehnittes 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 Heizgas-Durchlaßquerschnitte herabgesetzt, und außerdem bedingt ein Mehr an Totgewicht einen zusätzlichen Verbrauch an Brennstoffen, Eisen und Legierungselementen. Es würde darum besonders heute, wo die Beschaffung- der warmfesten nickelhaltigen Stahllegierungen schwieriger geworden ist, sogar eine geringfügige Verbesserung der Warmfestigkeit der ferritischen Stähle einen. zu beachtenden Vorteil bedeuten.
Es ist bekannt, daß hitzebeständige Stahllegierungen eine hohe Warmfestigkeit besitzen. Nach dem Stand der Technik gilt dies bei Temperaturen oberhatb 700° C jedoch nur für die austenitischen Werkstoffe. Nach der bisher geltenden Ansicht ist es hingegen bei ferritischen Stählen durch Änderung der chemischen Zusammensetzung nicht möglich, bei Temperaturen oberhalb 8o0° C Unterschiede in der Dauerbelastbarkeit zu erzielen. Man hatte sich vielmehr.damit abgefunden, daß alle ferrtischen Stähle bei Beanspruchungstemperaturen oberhalb 8oo° C nur noch eine .sehr geringe Warmfestigkeit besitzen.
Es wurde nun überraschend festgestellt, daß die Dauerbelastbarkeit ferritischer Chrom-Aluminium-, Chrom-Silizium- und Chrom-Aluminium-Silizium-Stahllegierungen bei Temperaturen oberhalb etwa 8oo° C ganz erheblich gesteigert wird, wenn die Stahlleglerungen bestimmte Mindestgehalte an Titan besitzen.

Folgende Ergebnisse von Belastungsversuchen an Chrom-Aluminium-Silizium-Stählen zeigen .den überraschenden Vorteil, der durch die Hinzufügung von Titan erreicht wird:

N'.) C I Cr 1 Si 1 Al I Mn ! S I P I Ti

1 0,09 23,01 2,21 1,04 0,34 Sp. 0,02 -

2 0,08 23,86 :2,i4 0,93 0,46 5p. o,o16 o,62

3 0;08 23,12 1,83 1,09 0,49 Sp. o,o18 o,83

4 0,08 22;4 2,28 - 412 0,39 SP. 0,02 1 ,25

Belastung 0,2 #kg/m#m2 bei iooo° C. Verlängerung in der 5o. bis ioo. Stunde in Millimetern: Nr. i = io, Nr. 2 = 4, 6, Nr. 3 = i, i, Nr. 4 = 0; 2.

Gegenstand ider Erfindung ist daher die Verwendung ferritischer Chrom-Alulminium-, Chrom-Silizium- und Chro@m-.Aluminium-Snlizium=Stahllegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als o,2'%, vorzugsweise bis höchstens 0,i °/o, und einem Titangehalt, der das Vierfache des Kohdenstoffgeh.altes plus mindestens 0,3°/o Titan und höchstens 2% beträgt, als Werkstoff für Gegenstände, die bei Temp'era@turen über 8oo° C eine hohle Dauerbelastung ertragen müssen, deren Größenordnung bei goo° mindestens 0,3 kg/mm2 betragen soll, unter Zugrundelegung einer Dehngeschwindigkeit von i'% in iooo Stunden.
Zu diesen ferritischen Stählen sind insbesondere solche zu zählen, die unter o,2%, vorzugsweise bis o, i % Kohlenstoff, etwa 15 )bis 35'% Chrom, etwa 0,5 bis 5% Silizium oder etwa o,2 bis 5% Aluminium oder etwa 0,5 bis 5 % Aluminium plus Silizium, Rest Eisen mit den üblichen geringen Verunreinigungen enthalten.
Als-obere Grenze für den Titangehalt kommt aus wirtschaftlichen Erwägungen etwa 2% in Frage. Dieser Befund war vollkommen unerwartet, da bisher ein verbessernder Einfluß des Titans auf die Warmfestigkeit nur bei austenitischen Stählen beobachtet worden, ist. Bei ferritischen bzw. perlitischen oder ferritisch-perlitischen Stählen glaubte man bisher nur im Bereiche unterhalb 700° C eine Verbesserung der Warmfestigkeit durch geringe Zusätze an Legierungselementen, z. B. Molyb.dän, Wolfram, Titan, Vanadin, erzielen zu können. Um so überraschender war die Auffindung einer starken Festigkeitssteigerung oberhalb etwa 8oo° C. Gerade in .diesem Temperaturbereich ist .eine Erhöhung .der Festigkeit von größter Bedeutung, weshalb auch zahllose andere Versuche mit ferrntischen Stählen in den letzten Jahren in dieser Richtung durchgeführt worden sind; die jedoch bisher ein befriedigendes Ergebnis nicht erbracht- haben.

Claims

PATENTANSPRÜCHE.-i. Die Verwendung ferritischer C'hrom-Alumini:um-, Chrom-Silizium- und Chrom-Aluminium-Silizium-Stahflegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als o,2°/0, vorzugsweise bis höchstens o, i II/o, und einem Titangehalt, der das Vierfache des Kohlenstoffgehaltes plus mindestens -0,3 0% Titan und. höchstens :2'0%o .beträgt, als Werkstoff für Gegenstände, die bei Temperaturen über 8oo° C eine hohe Dauerbelaetung ertragen müssen, deren Größenordnung bei goo° mindestens 0,3 kg/mm' betragen soll, unterZugrundelegung einerDehngeschwindigkeit von i% in iooo Stunden.
2. Die Verwendung ferritischer Stahl'legierungen"die unter o,2 1/o, vorzugsweise bis o, i % Kohlenstoff, etwa 15 bis 3,5% Chrom, etwa o,5 bis 5m/0 Silizium oder etwa o,2 bis 5% Aluminium oder etwa o,5 bis 5% Aluminium plus Silizium sowie Titan mit der im Anspruch i genannten Maßgabe, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen enthalten, für .den Zweck nach Anspruch i. Angezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 367 377, 454 151 416 811; österreichische Patentschrift Nr. 131 135; französische Patentschrift Nr.764429; Archiv für das Eisenhüttenwesen, 5. Jahrgang, Heft 1 (1931), S.45 bis 56, und 6. Jahrgang (1932/33) Heft i, S. 24 1}is 34.