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.