DE945150C - Steel alloy for durable objects with good notch toughness - Google Patents

Steel alloy for durable objects with good notch toughness

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DE945150C
DE945150C DED1363D DED0001363D DE945150C DE 945150 C DE945150 C DE 945150C DE D1363 D DED1363 D DE D1363D DE D0001363 D DED0001363 D DE D0001363D DE 945150 C DE945150 C DE 945150C
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Dr Ewald Baerlecken
Dr-Ing Hermann-Josef Schiffler
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Phoenix Rheinrohr AG
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    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Description

Stahllegierung für dauerstandfeste Gegenstände mit guter Kerbzähigkeit Zur Herstellung von Gegenständen, die einer hohen mechanischen Beanspruchung bei gleichzeitiger Temperaturbeanspruchung ausgesetzt sind, sind Werkstoffe mit hoher Dauerstandfestigkeit erforderlich. Besonders im Hochdruckdampfkesselbau, wo mit Dampftemperaturen oberhalb q.5o° C und sehr hohen Dampfdrücken gearbeitet wird, sind die Bauteile großen mechanischen Beanspruchungen unterworfen, so daß sie nur aus hochdauerstandfesten Werkstoffen hergestellt werden können. Es sind bereits verschiedene dauerstandfeste Stahllegierungen bekannt, denen zur Erzielung hoher schlossen, die durch den Ausfall von Molybdän entstanden war. Zur Sicherung des Betriebes müssen aber solche Bauteile, die hohen Drücken ausgesetzt sind, z. B. im Dampfkesselbau oder bei den verschiedensten chemischen Hochdruckverfahren, außer den notwendigen Warmfestigkeitswerten noch Mindestwerte der Kaltzähigkeit erreichen, die in amtlichen Abnahmebedingungen festgelegt sind.Steel alloy for durable objects with good notch toughness For the production of objects that are subject to high mechanical stress are exposed to simultaneous temperature stress, materials are with high Long-term stability required. Especially in high pressure steam boiler construction, where with Steam temperatures above 50 ° C and very high steam pressures are used, the components are subjected to great mechanical stresses, so that they only can be made of long-lasting materials. There are already various fatigue-resistant steel alloys known, which to achieve high closed caused by the failure of molybdenum. To secure operations, you must but those components that are exposed to high pressures, e.g. B. in steam boiler construction or in the most varied of chemical high pressure processes, in addition to the necessary ones High temperature strength values still reach minimum values of the cold toughness, which in official Acceptance conditions are specified.

Aus der Reihe der molybdänfreien warmfesten Austauschstähle sind es, wie die umfangreichen Entwicklungsarbeiten ergeben haben, vor allem die titanlegierten Stähle, die oberhalb 45o° C, z. B. bei 50o° C und insbesondere bei 55o° C, Dauerstandfestigkeiten besitzen, die denen der molybdänhaltigen Stähle nicht nur gleichkommen, sondern sie sogar noch übertreffen können. Die Wirkung von Titan auf die Dauerstandfestigkeit kann, wie von den Erfindern festgestellt wurde, noch verbessert werden, wenn der Siliziumgehalt auf mehr als o,6 % erhöht wird.From the series of molybdenum-free, creep-resistant exchange steels, as the extensive development work has shown, especially the titanium-alloyed ones Steels that are above 45o ° C, e.g. B. at 50o ° C and especially at 55o ° C, creep strengths that not only match those of steels containing molybdenum, but can even surpass them. The effect of titanium on creep strength can, as has been found by the inventors, be improved if the Silicon content is increased to more than 0.6%.

Derartige Titan-Silizium-Stähle mit Titangehalten von 0,5 bis i,5 % und Siliziumgehalten von o,6 bis 1,3% bei einem Kohlenstoffgehalt von unter o,i % haben trotz ihrer hohen Dauerstandfestigkeit sich für einige Verwendungszwecke als ungeeignet erwiesen, da diese Stähle außerordentlich kerbempfindlich sein können. Insbesondere haben dicke Querschnitte, wie sie z. B. bei Hochdruckdampfleitungsrohren häufig vorkommen, nur eine sehr niedrige Kerbschlagzähigkeit. Aber auch dann, wenn - wie z. B. beim Schweißen - der Werkstoff einer .hohen über- seiner Gebrauchstemperatur liegenden Erhitzung ausgesetzt ist, die ein Kornwachstum zur Folge hat, besitzen diese Zonen nur noch eine sehr niedrigeKerbzähigkeit, die auch durch keinerlei Nachbehandlung zu verbessern ist. Diese Kerbempfindlichkeit, die eine Verwendung derartiger Stähle für den Bau von drucktragenden Bauteilen einschränkt, kann überraschend beseitigt werden, wenn den Stahllegierungen ein Mangangehaft von o,9 bis 2,2%, vorzugsweise x,1 bis i,5 %, zulegiert wird.Such titanium-silicon steels with titanium contents of 0.5 to 1.5 % and silicon contents of o, 6 to 1.3% with a carbon content of less than o, i % have been used for some purposes despite their high creep strength proved unsuitable because these steels can be extremely sensitive to notches. In particular, have thick cross-sections, as they are, for. B. in high pressure steam pipes often occur, only a very low notched impact strength. But even if - such as B. in welding - the material a .high above its service temperature is exposed to lying heating, which results in grain growth these zones only have a very low notch toughness, which is also not caused by any after-treatment is to be improved. It is this notch sensitivity that makes such steels use for the construction of pressure-bearing components can surprisingly be eliminated If the steel alloys have a manganese content of 0.9 to 2.2%, preferably x, 1 to i, 5%, is added.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Stahllegierungen mit bis zu o, z % Kohlenstoff, o,6 bis i,5 % Silizium, o,9 bis 2% Mangan, o,6 bis 1,3% Titan mit der Maßgabe, daß der Titangehält das Vierfache des Kohlenstoffgehaltes und zusätzlich mindestens.. 0,3% beträgt, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Phosphor und Schwefel für Gegenstände, die eine hohe Dauerstandfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 4S0° C, z. B. bei .50o° .C, insbesondere bei 55o° C, und gleichzeitig eine hohe Kerbzähigkeit aufweisen sollen. Besonders geeignet sind solche Legierungen mit einem Mangangehalt von i, i bis 1,5% für den genannten Zweck.The invention relates to the use of steel alloys with up to o, z% carbon, o.6 to 1.5% silicon, o.9 to 2% manganese, o.6 to 1.3% Titanium with the proviso that the titanium content is four times the carbon content and additionally at least .. 0.3%, the remainder being iron with the usual contents Phosphorus and sulfur for objects that have a high creep resistance at temperatures above 40 ° C, e.g. B. at .50o ° .C, especially at 55o ° C, and at the same time a should have high notch toughness. Such alloys are particularly suitable with a manganese content of i, i to 1.5% for the stated purpose.

Zur weiteren Verbesserung der Dauerstandfestigkeit kann den Stahllegierungen noch 0,3 bis 3,5% Chrom zulegiert werden.To further improve the fatigue strength, 0.3 to 3.5% chromium can be added to the steel alloys.

Der mit Stahllegierungen gemäß der Erfindung erzielte Fortschritt ist beispielsweise aus der Gegenüberstellung einiger Stähle zu entnehmen: Stahl C Cr Si Mn Ti P S Nr. °/o °/o °/o °/o °/o °/o °/o 1421 0,04 - 1,0 - 0,44 0,92 0,012 0,003 1425 0,035 - 1,1 1,20 1,04 0,04 Sp. 33670 0,o8 3,z2 o,go 0,42 o,68 0,o16 0,004 1403 0,o6 3,21 1,05 0,94 o,64 0,011 0,001 Die an 20 mm starken Walzquerschnitten im weichgeglühten Zustand festgestellten Festigkeitseigenschaften waren bei den vier Vergleichsstählen wie folgt: - Kerbschlag ' Dauerstand- an 2omm Stahl Zugfestigkeit Streckgrenze Dehnung Ein- _ festigkeit i = iod schnürung g grünt bei 55ö° C Nr, kg/mm2 kg/mm2 nikg kg/mm2 1421 43,8 24,8 28,5 - 76,o o,8 _ 8 1425 46,1 27,0 27,0 78,8 12,0 8 33670 42,5 25,7 30,0 80,o 0,4 8 1403 46,4 24,2 25,0 750 8,2 8 Bei einer Erhöhung des Mangangehaltes um wenige Zehntelprozent ist also die Kerbschlagzähigkeit um das Zehn- bis Zwanzigfache gestiegen.The progress achieved with steel alloys according to the invention can be seen, for example, from the comparison of some steels: Steel C Cr Si Mn Ti PS No. ° / o ° / o ° / o ° / o ° / o ° / o ° / o 1421 0.04 - 1.0 - 0.44 0.92 0.012 0.003 1425 0.035 - 1.1 1.20 1.04 0.04 Sp. 3367 0 0, o8 3, z2 o, go 0.42 o, 68 0, o16 0.004 1403 0 o6 3.21 1 0.94 05 o, 64 1 0.011 0.00 The strength properties determined on 20 mm thick rolled cross-sections in the soft-annealed condition were as follows for the four comparison steels: - Notched impact 'endurance- to 2omm Steel tensile strength, yield point, elongation, solidity i = iod lacing g green at 55 ° C No. kg / mm2 kg / mm2 nikg kg / mm2 1421 43.8 24.8 28.5 - 76, oo, 8 _ 8 1425 46.1 27.0 27 0 78.8 12.0 8 33670 42.5 25.7 30.0 80, o 0.4 8 1403 46.4 24.2 25.0 750 8.2 8 If the manganese content is increased by a few tenths of a percent, the notched impact strength has increased ten to twenty times.

Mit den nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Stahllegierungen lassen sich demnach Gegenstände herstellen, die bei Temperaturen oberhalb 45o° C beansprucht werden und neben hoherDäuerstandfestigkeit guteKerbzähigkeit aufweisen sollen. Derart hergestellte Stähle lassen sich nach den bekannten Verfahren zu nahtlosen Rohren verarbeiten. -Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stahllegierungen eignen- sich insbesondere für die Herstellung von Überhitzungsrohren, Dampfleitungsrohren, insbesondere dickwandigen Dampfkesselteilen, sowie von Teilen, die bei ihrer Warmverarbeitung eine verhältnismäßig geringe Verformung erfahren und bei ihrer Verarbeitung, z. B. beim Schweißen, einer Temperaturbeanspruchung oberhalb iooo° C ausgesetzt sind.With the steel alloys produced by the method according to the invention objects can therefore be produced which, at temperatures above 45o ° C are stressed and have good notch toughness in addition to high fatigue strength should. Steels produced in this way can be made seamless using the known processes Process pipes. -The steel alloys to be used according to the invention are suitable- particularly suitable for the production of overheating pipes, steam pipes, in particular thick-walled steam boiler parts, as well as parts that are hot-processed one experience relatively little deformation and in their processing, z. B. at Welding, are exposed to temperatures above 100 ° C.

Es ist bereits bekannt, für Gegenstände, die dem Angriff entkohlender Gase unterliegen, titanhaltige Stahllegierungen zu verwenden. Jedoch soll in diesem Fall der Titangehalt nur das Vierfache des Kohlenstoffgehalts betragen. Ferner war bekannt, daß Elemente, welche Karbide bilden, wie Chrom, Wolfram, Molybdän, Titan, die Dauerstandfestigkeit erhöhen. Demgegenüber ermöglicht es die Erfindung mit der Anweisung, daß der Titangehalt das Vierfache des Kohlenstoffgehalts und zusätzlich mindestens 0,3 % betragen soll bei einem Mangangehalt von o,9 bis 2%, einen Werkstoff mit besonders guter Dauerstandfestigkeit bei hohen Temperaturen und gleichzeitig hoher Kerbzähigkeit zu schaffen, der sich für die obengenannten Zwecke besonders gut eignet.It is already known for items that are decarbonizing to attack Gases are subject to using titanium-containing steel alloys. However, in this one If the titanium content is only four times the carbon content. Furthermore was known that elements which form carbides, such as chromium, tungsten, molybdenum, titanium, increase the fatigue strength. In contrast, the invention with the Instruction that the titanium content is four times the carbon content and in addition should be at least 0.3% with a manganese content of 0.9 to 2%, a material with particularly good fatigue strength at high temperatures and at the same time to create high notch toughness, which is particularly suitable for the above-mentioned purposes well suited.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: i. Die Verwendung von Stahllegierungen mit bis zu o, i % Kohlenstoff, o,6 bis i,5 % Silizium, o,9 bis 2% Mangan, o,6 bis 1,3% Titan mit der Maßgabe, daß der Titangehalt das Vierfache des Kohlenstoffgehalts und zusätzlich mindestens o,3% beträgt, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Phosphor und Schwefel, für Gegenstände, die eine hohe Dauerstandfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 45o° C, z. B. bei 5oo° C, insbesondere bei 55o° C, und gleichzeitig eine hohe Kerbzähigkeit aufweisen sollen. PATENT CLAIMS: i. The use of steel alloys with up to 0.1% carbon, 0.6 to 1.5% silicon, 0.9 to 2% manganese, 0.6 to 1.3% titanium with the proviso that the titanium content is four times the carbon content and additionally is at least 0.3%, the remainder being iron with the usual phosphorus and sulfur contents, for objects that have a high creep strength at temperatures above 45o ° C, e.g. B. at 500 ° C, especially at 55o ° C, and at the same time a high notch toughness should have. 2. Die Verwendung von Stahllegierungen mit einer im Anspruch i genannten Zusammensetzung, jedoch einem Mangangehalt von i,i bis 1,5% für den Zweck nach Anspruch i. 2. The use of steel alloys with a in claim i said composition, but a manganese content of i, i to 1.5% for the purpose according to claim i. 3. Die Verwendung von Stahllegierungen mit einer in den Ansprüchen i und 2 genannten Zusammensetzung, die jedoch noch 0,3 bis 3,50/0 Chrom enthalten, f ür den Zweck nach Anspruch i. 3. The use of steel alloys with a composition mentioned in claims i and 2, but which still contain 0.3 to 3.50 / 0 chromium, for the purpose according to claim i. 4. Die Verwendung von Stahllegierungen mit einer in den Ansprüchen i bis 3 genannten Zusammensetzung als Werkstoff für Dampfkesselteile, insbesondere dickwandige Rohre, die bei ihrer Warmverarbeitung eine verhältnismäßig geringe Verformung erfahren und die im Anspruch i genannte Dauerstandfestigkeit und Kerbzähigkeit aufweisen sollen. 4. The use of steel alloys with a composition mentioned in claims i to 3 as a material for steam boiler parts, in particular thick-walled tubes, which are a relatively experience little deformation and the fatigue strength mentioned in claim i and should have notch toughness. 5. Die Verwendung von Stahllegierungen mit einer in den Ansprüchen i bis 3 genannten Zusammensetzung als Werkstoff für Gegenstände, die bei ihrer Verarbeitung einer Temperaturbeanspruchung oberhalb iooo° C ausgesetzt sind, z. B. beim Schweißen, und dann die hohe Dauerstandfestigkeit und Kerbzähigkeit gemäß Anspruch i aufweisen sollen. Angezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 143 62o; USA.-Patentschrift Nr. 2 059 893-5. The use of steel alloys with a composition mentioned in claims i to 3 as a material for objects which are exposed to temperatures above 100 ° C during processing, e.g. B. when welding, and then should have the high fatigue strength and notch toughness according to claim i. Cited publications: Austrian patent specification No. 143 62o; USA. Pat. No. 2 059 893-
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