DE972264C

DE972264C - Staehle fuer Gegenstaende, die eine hohe Dauerstandfestigkeit besitzen muessen

Info

Publication number: DE972264C
Application number: DED1358D
Authority: DE
Inventors: Ewald Dr Baerlecken; Hermann Josef Dr Schiffler
Original assignee: Phoenix Rheinrohr AG
Current assignee: Phoenix Rheinrohr AG
Priority date: 1941-06-07
Filing date: 1941-06-07
Publication date: 1959-06-18

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 18. JUNI 1959

D 1358 VI/18d

(Ges. v. 15. 7. 1951)

In der Technik gibt es viele Verfahren, die bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden, wo unlegierte Stähle infolge ihrer verringerten Festigkeitseigenschaften den Beanspruchungen nicht mehr genügen. Vor allem im Hochdruckdampfkesselbau und chemischen Apparatebau war eine Steigerung der Betriebsdrücke und Temperaturen erst möglich, als geeignete hochwarmfeste Werkstoffe entwickelt waren. Die Anzahl der Werkstoffe, die man bisher in der Praxis für geeignet befunden hat und daher fast ausschließlich anwendet,' ist außerordentlich klein. Zu Zeiten, in denen Molybdän in ausreichendem Maße zur Verfügung stand, hat der molybdänhaltige Stahl den Markt beherrscht. Obwohl es bekannt war, daß auch andere Elemente einen günstigen Einfluß auf die Dauerstandfestigkeit ausüben, ist es bisher noch nicht gelungen, einen vollwertigen Austauschwerkstoff für die molybdänhaltigen Stähle zur Verfügung zu stellen. So ist man heute gezwungen, um den Verbrauch an Molybdän einzuschränken, soweit wie möglich die im Kesselbau verwendeten Werkstoffe ohne jeglichen Molybdänzusatz herzustellen. Die Folgen einer solchen Zwangsmaßnahme sind, daß die maximalen Dampftemperaturen und Dampfdrücke erniedrigt werden müssen. Nach den bisherigen Kenntnissen ist die Wirksamkeit der anderen Elemente auf die Dauerstandfestigkeit wesentlich geringer als die des Mo-

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lybdäns. Zur Zeit sind keine niedriglegierten molybdänfreien Stahllegierungen bekannt, die bei Temperaturen oberhalb 480⁰ C Dauerstandfestigkeit besitzen, die denen der molybdänhaltigen Stähle auch nur annähernd entsprechen. Als Austauschelement an Stelle von Molybdän bedient man sich vor allem des Vanadins. Da Vanadin auch heute noch in ausreichenden Mengen zur Verfügung steht, werden bei Temperaturen bis 450⁰ C an Stelle der molybdänhaltigen Stähle solche mit Vanadinzusatz verwendet. Auch der Einfluß anderer Elemente, so z. B. auch Niob, ist bereits eingehend untersucht worden, wobei aber immer wieder festgestellt werden mußte, daß die Wirkung von Molybdän bei weitem nicht erreicht wird und daher ein vollwertiger Austausch nicht möglich ist. Die in Abb. 1 dargestellte Gegenüberstellung eines Molybdänstahles, Vanadinstahles und Niobstahles zeigt die Überlegenheit des Molybdänstahles. Vanadin und Niob sind in ihrer Wirkungsweise ungefähr gleichzusetzen. Eine Erhöhung der Vanadin- oder Niobanteile bringt natürlich eine weitere Verbesserung der Dauerstandfestigkeit mit sich, wobei aber die Werte des molybdänhaltigen Stahles nicht erreicht werden. Zu große Mengen an Vanadin und Niob haben außerdem eine Reihe von Nachteilen zur Folge, die eine Erzeugung derartiger Stähle im technischen Großbetrieb unmöglich machen.

Es ist auch der Einfluß von Niob auf andere Stahleigenschaften untersucht worden. Durch den Zusatz von Niob in einer Menge, die mindestens dem stöchiometrischen Abbindungsverhältnis für Kohlenstoff entspricht, kann z. B. vollkommene Beständigkeit gegen heißen Druckwasserstoff erzielt werden. Man hat auch festgestellt, daß über eine Vergütungsbehandlung, die in einem Abschrecken von hohen Temperaturen und einer anschließenden Anlaßbehandlung besteht, bei Stählen mit sehr hohen Niobgehalten (über 1,8 °/o) eine sehr hohe Dauerstandfestigkeit erreicht wird. Es ist weiterhin bekannt, durch Zusatz bestimmter Niobgehalte ein kleines Primärkorn zu erzeugen, um vor allem bei Raum- und tiefen Temperaturen gute Zähigkeitseigenschaften zu erhalten. Diese Feinkörnigkeit soll bei diesen Stählen auch bestehenbleiben, wenn sie zementiert werden. Schließlich sind auch wärmebehandelte Chrom-, Titan- oder Niobstähle bekannt, bei denen durch die Wärmebehandlung Chromkarbid in Titan- oder Niobkarbid umgesetzt werden soll, um die Stähle gegen korrosive Beanspruchung unempfindlich zu machen. Diesen Schriften, welche über diese vorbekannten Tatsachen berichten, ist nichts über eine Möglichkeit, die Dauerstandfestigkeit unvergüteter Stähle zu erhöhen, zu entnehmen. Es ist auch versucht worden, durch Zulegieren mehrerer Elemente die Dauerstandfestigkeit noch weiter zu verbessern, wobei aber festgestellt wurde, daß eine entsprechende additive Steigerung der Dauerstandfestigkeit nicht stattfindet. Da man durch eine Wärmebehandlung die Dauerstandfestigkeit in starkem Maße beeinflussen kann, können auch solche Elemente, die die Vergütungsfähigkeit verbessern, eine Heraufsetzung der Dauerstandfestigkeit bewirken. Setzt man den Molybdänstählen bis zu ι °/o Chrom zu, so erreicht man durch die damit verbundene bessere Vergütungsfähigkeit einen geringen Anstieg der Dauerstandfestigkeit. Da mit einer Erhöhung des Chromgehaltes über 1% der günstige Einfluß auf das Gefüge aufhört, wirkt sich ein weiterer Zusatz von Chrom sogar nachteilig aus. Bei 5 Vo Chrom muß bereits ein erheblich höherer Molybdänanteil vorhanden sein zur Erzielung gleicher Dauerstandfestigkeit wie bei i°/o Chrom. Dieser die Dauerstandfestigkeit verschlechternde Einfluß des Chroms ist auch bei einem Stahl mit 0,2% Kohlenstoff, 0,9% Mangan und i°/o Kupfer beobachtet worden. Auch der Zusatz von Chrom zu niedriggekohlten vanadinhaltigen Stählen ergibt keine besseren Dauerstandfestigkeiten als die der chromfreien Vanadinstähle.

Es ist daher um so überraschender, daß Chrom ein Mittel ist, in niobhaltigen Stählen die Dauerstandfestigkeit zu erhöhen. Die Erfindung betrifft demgemäß die Verwendung von praktisch tantalfreien Stählen mit weniger als 0,2%, vorzugsweise weniger als 0,1% Kohlenstoff und 0,4 bis i,2°/o Niob, bei denen zur Erhöhung der Dauerstandfestigkeit ι bis 8% Chrom zulegiert ist für Gegenstände, die eine erhöhte Dauerstandfestigkeit besitzen müssen. Dabei soll der Chromgehalt mit fallendem Niobgehalt zunehmen, so daß bestimmte Verhältnisse Chrom zu Niob eingehalten werden: Der Chromgehalt soll z. B. bei 1,2% Niob 1,2 bis 1,5 X Niob, bei 1% Niob der Chromgehalt 1,8 bis 2,7 X Niob, bei 0,7% Niob der Chromgehalt 5 bis 6,5 X Niob, bei 0,5 °/o Niob der Chromgehalt 10 bis 14 X Niob und bei 0,4% Niob der Chromgehalt 16 bis 20 X Niob betragen. Durch den Zusatz von Chrom zu niobhaltigen Stählen kann die Dauerstandfestigkeit in einem Maße gesteigert werden, daß die Werte der warmfesten Chrom-Molybdän-Stähle erreicht und sogar übertroffen werden. Den Einfluß eines Chromzusatzes auf die Dauerstandfestigkeit zeigt die Abb. 1. Während bei Molybdänstahl der Chromzusatz die Warmfestigkeit herabsetzt und beim vanadinhaltigen Stahl anscheinend ohne Einfluß ist, überrascht der verbessernde Einfluß des Chromzusatzes auf den niobhaltigen Stahl. In Abb. 2 des Schaubildes ist die Beziehung von Chrom zu Niob unter Zugrundelegung einer Dauerstandfestigkeit von 14 kg/mm² bei 500⁰ C dargestellt. Die ungefähr notwendigen Legierungsgehalte sind sowohl für den Niob-Chrom-Stahl als auch für den Chrom-Molybdän-Stahl unmittelbar abzulesen.

Die Steigerung der Dauerstandfestigkeit durch den erfindungsgemäß erfolgenden Zusatz von Chrom zu niobhaltigen Stählen wird auch dann noch erreicht, wenn den Stahllegierungen bis 2% Silizium und/oder bis 2% Aluminium zugesetzt werden.

Es ist klar, daß diese Erfindung von höchster technischer Bedeutung ist und erstmalig einen sicheren Weg zeigt, Molybdänstähle durch molybdänfreie Stähle zu ersetzen.

Mit den nach der Erfindung zu verwendenden Stählen lassen sich demnach Gegenstände herstellen,

die bei Temperaturen oberhalb 480⁰ C beansprucht werden und deren tragender Querschnitt gleich oder sogar geringer bemessen ist als bei Verwendung der warmfesten Chrom-Molybdän-Stähle. Die derart hergestellten Stähle lassen sich anstandslos warm (z. B. zu nahtlosen Überhitzerröhren) und kalt verformen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Die Verwendung von Stählen mit weniger als o,2 % Kohlenstoff, vorzugsweise unter 0,1 °/o Kohlenstoff, und 0,4 bis 1,2% Niob sowie ι bis 8% Chrom mit der Maßgabe, daß in unvergütetem Zustand einzubauenden Stählen der Chromgehalt zum Niobgehalt in ein bestimmtes Verhältnis gebracht ist in der Weise, daß mit steigendem Niobgehalt der Chromgehalt abnimmt, so daß z. B. bei 1,2% Niob der Chromgehalt 1,2 bis 1,5 X Niob, bei 1 % Niob der Chromgehalt 1,8 bis 2,7 X Niob, bei 0,7% Niob der Chromgehalt 5 bis 6,5 X Niob, bei o,5«/o Niob der Chromgehalt 10 bis 14 X Niob und bei 0,4% Niob der Chromgehalt 16 bis 20 X Niob beträgt als Werkstoff für Gegenstände mit erhöhter Dauerstandfestigkeit.
2. Die Verwendung von Stählen der im Anspruch ι genannten Zusammensetzung, jedoch unter o, 1 % Kohlenstoff für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Die Verwendung von Stählen mit einer im Anspruch 1 und 2 genannten Zusammensetzung, die jedoch bis 2% Silizium und/oder Aluminium enthalten, für den Zweck nach Anspruch 1.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschrift Nr. 698 683;

österreichische Patentschrift Nr. 143 620;

französische Patentschriften Nr. 769 373,
446;

britische Patentschrift Nr. 432 548;

USA.-Patentschrift Nr. 1954344;

»Archiv für das Eisenhüttenwesen«,
Heft 8, S. 357 ff·;

»Technische Mitteilungen Krupp/Technische Berichte«, August 1938, S. TJ ff.

1942,

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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