DE976034C - Procedure to prevent the creeping of long-term steel alloys with long-term stresses over 10,000 hours between 400 and 500 ° C - Google Patents
Procedure to prevent the creeping of long-term steel alloys with long-term stresses over 10,000 hours between 400 and 500 ° CInfo
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Description
Bei Dampfturbinen, Dampfkesseln und Hochdruckanlagen sind nach längerer Betriebszeit durch Warmversprödung umfangreiche Schäden eingetreten. Über die vermutliche Ursache ist in den »Mitteilungen der Vereinigung der Großkesselbesitzer« ausführlich berichtet worden (vgl. 1937, Nr. 63, S. 235 bis 237, und Nr. 65, S. 385 bis 396; 1941, Nr. 85, S. 171 bis 173; 1942, Nr. 86/87, S. 14/15; 1943, Nr. 90/91, S. 12 bis 14).Steam turbines, steam boilers and high-pressure systems are through after a long period of operation Warm embrittlement extensive damage occurred. About the probable cause is in the »notices of the Association of Large Boiler Owners «has been reported in detail (cf. 1937, No. 63, Pp. 235 to 237, and No. 65, pp. 385 to 396; 1941, No. 85, pp. 171 to 173; 1942, No. 86/87, pp. 14/15; 1943, No. 90/91, pp. 12 to 14).
Nach den ersten Fehlschlägen war man allgemein der Ansicht, daß die Versprödung eine Folge des Nickelgehaltes sei. Es wurden deshalb nickelfreie Stähle entwickelt und eingesetzt.After the initial failures, it was generally believed that the embrittlement was a result of the Nickel content. Therefore, nickel-free steels were developed and used.
Als zweite Maßnahme wurde die Erhöhung der DVM-Dauerstandfestigkeit zwecks Erreichens eines höheren Sicherheitsfaktors gefordert. Beide Maßnahmen haben jedoch nicht zu einer Behebung der Warmversprödung geführt.The second measure was to increase the DVM fatigue strength in order to achieve this a higher safety factor is required. However, both measures do not have a remedy the hot embrittlement led.
Bei einer Warmversprödung handelt es sich nicht um die Anlaßsprödigkeit, auch nicht um die Warmversprödung ohne Last, sondern um die Warmversprödung mit Last:In the case of hot embrittlement, it is not a question of tempering brittleness, not even hot embrittlement without load, but around the hot embrittlement with load:
Unter Anlaßsprödigkeit wird nämlich üblicherweise eine Verminderung der Kerbschlagzähigkeit verstanden, die sich bei langsamer Ofenabkühlung von der Anlaßtemperatur gegenüber einer Kerbschlagzähigkeit zeigt, die bei einer schnelleren Abkühlung des Werkstoffes erhalten wird (vgl. Werkstoffhandbuch Stahl und Eisen, 1937, Blatt Y/20).Namely, tempering brittleness is usually understood a reduction in the notched impact strength, which occurs with slow furnace cooling of the tempering temperature versus a notched impact strength, which at a faster Cooling of the material is obtained (see Material Handbook Steel and Iron, 1937, Sheet Y / 20).
Unter »Warmversprödung ohne Last« versteht man die Verminderung der Kerbschlagzähigkeit, welche entsteht, wenn Proben ohne Last langzeitig im Temperaturbereich des Versprödungsgebietes geglüht werden (vgl. Bericht Maurer, Wilms und Kießler in »Stahl und Eisen«, 62, 1942, S. 83, linke Spalte, erster Absatz)."Hot embrittlement without load" means the reduction in notched impact strength, which arises when specimens without load are in the temperature range of the embrittlement area for a long time annealed (see report Maurer, Wilms and Kießler in »Stahl und Eisen«, 62, 1942, P. 83, left column, first paragraph).
Die Anlaßsprödigkeit spielt in der Praxis der warmfesten Stähle keine Rolle, da die grundsätzliehe Forderung besteht, daß Stähle für warmfeste Gegenstände frei von Anlaßsprödigkeit sein müssen. Die Verminderung der Kerbschlagzähigkeit bei der Warmversprödung ohne Last ist ebenfalls für die Praxis ohne Bedeutung, da sie keinen Rück-Schluß auf das Verhalten des betreffenden Werkstoffes unter Last zuläßt. Dieserhalb wird auf das »Archiv für das Eisenhüttenwesen«, 15, 1941/42, S. 40, rechte Spalte, letzter Absatz, verwiesen.The temper brittleness does not play a role in the practice of creep-resistant steels, since it is fundamental There is a requirement that steels for heat-resistant objects must be free from temper brittleness. The reduction in notched impact strength in hot embrittlement without load is also for the practice is irrelevant as it does not allow any conclusions to be drawn about the behavior of the material in question under load. For this reason, reference is made to the "Archives for the iron and steel industry", 15, 1941/42, P. 40, right column, last paragraph.
Für die vorliegende Erfindung ist die Warmversprödung mit Last maßgebend; sie ist nämlich diejenige Schadenserscheinung, die bei langzeitiger Beanspruchung bei Temperaturen über 4000 C die technische Brauchbarkeit der betreffenden Stahlgegenstände in Frage stellt und durch verformungslose Brüche in ihren Folgen unabsehbare Schaden herbeiführen kann. Sie wird geprüft durch die Untersuchung sowohl glatter als auch gekerbter Stäbe des betreffenden, in bestimmtem Vergütungszustand befindlichen Stahles.For the present invention, the hot embrittlement with load is decisive; it is namely the damage phenomenon that over 400 0 C, the technical usefulness of the concerned steel products for long term stress at temperatures in question and can lead to unforeseeable by deformation without breaks in its consequences damage. It is tested by examining both smooth and notched bars of the steel in question, which is in a certain tempered state.
Auf Grund von Versuchen (»Archiv für das Eisenhüttenwesen«, 1948, S. 46), bei welchen nur gekerbte Proben geprüft worden sind, wurde die Vermutung ausgesprochen, daß eine höhere Anlaßtemperatur die Zeitstandfestigkeit, d. h. die Belastbarkeit in kg/mm2 bis zum Bruch, verbessere. Die Versprödungsfrage wurde dabei nicht behandelt. On the basis of tests ("Archiv für das Eisenhüttenwesen", 1948, p. 46) in which only notched samples were tested, the assumption was made that a higher tempering temperature would reduce the creep strength, ie the load capacity in kg / mm 2 up to Break, improve. The question of embrittlement was not dealt with.
Während bei der vorhergenannten Untersuchung nur gekerbter Proben wegen der fehlenden Vergleichsmöglichkeit mit entsprechenden glatten Proben eine Aussage über das Versprödungsverhalten des Stahles unmöglich ist, sind andere Forscher (»Archiv für Metallkunde«, 1949, S. 163) zu der Feststellung gelangt, daß die Zeitstandfestigkeit bei Belastung bis zu 5000 Stunden durch ein vorheriges langzeitiges Anlassen so sehr abgesenkt würde, daß man für die Praxis daraus keine Vorteile ziehen könne. Diese Forscher machten daher den Vorschlag, bereits in der Praxis belastete Bauteile von Zeit zu Zeit wiederholt nachzuvergüten, um den Stahl zu regenerieren.While in the aforementioned investigation only notched samples because of the lack of comparison with corresponding smooth samples a statement about the embrittlement behavior of steel is impossible, other researchers ("Archiv für Metallkunde", 1949, p. 163) believe It was found that the creep rupture strength when loaded up to 5000 hours by a previous long-term starting would be reduced so much that there is no practical benefit from it could pull. These researchers therefore made the proposal to use components that were already loaded in practice Repeated tempering from time to time in order to regenerate the steel.
Die Erfindung wendet sich mit Rücksicht darauf, daß die Zeitstandfestigkeit bei über 10 000 Stunden hinausgehender Belastung unabhängig von der Vergütungsfestigkeit ist, von der bisherigen Vorstellung der Fachwelt ab, daß man durch eine höher bemessene Vergütungsfestigkeit infolge der Anwendung niedriger Anlaßtemperaturen einen Vorteil hinsichtlich der Zeitstandfestigkeit haben würde.The invention is directed to the fact that the creep rupture strength is over 10,000 hours The higher load is independent of the hardening and tempering resistance, from the previous idea experts from the fact that one by a higher rated hardening resistance as a result of the application lower tempering temperatures have an advantage in terms of creep rupture strength would.
Sie geht ferner von der Feststellung aus, daß die Versprödungsneigung bei den allgemein üblichen Mo-, CrMo- und CrMoV-haltigen Stählen, die zusätzlich noch bis zu 2% Ni enthalten können, auf eine zu hohe Vergütungsfestigkeit zurückzuführen ist, und daß die Versprödung verhindert wird, wenn die Stähle nach dem Härten bei bestimmten höheren Temperaturen angelassen werden und damit die maximalen Zugfestigkeiten bestimmte Höchstwerte nicht überschreiten.It is also based on the finding that the tendency to embrittlement with the generally common Steels containing Mo, CrMo and CrMoV, which are additionally can still contain up to 2% Ni, due to an excessively high hardening and tempering resistance is, and that the embrittlement is prevented if the steels after hardening at certain tempered at higher temperatures and thus determined the maximum tensile strengths Do not exceed maximum values.
Erfindungsgemäß wird zur Verhinderung einer Versprödung bei Langzeitbeanspruchungen von über 10 000 Stunden Dauer, bei Temperaturen zwischen 400 und 5500 C, dauerstandfester Stähle, welche die üblichen Molybdängehalte (mindestens etwa 0,25% Mo) aufweisen und gegebenenfalls Chrom und Vanadin in einem Gesamtgehalt der drei Elemente bis etwa 3 % sowie Kohlenstoff von 0,20 bis 0,45% enthalten, derart verfahren, daß die Stähle nach dem Härten von Temperaturen zwisehen etwa 900 und 9500 C bei Temperaturen zwischen etwa 700 und 750° C in Abhängigkeit von der Stahllegierung so angelassen werden, daß die Zerreißfestigkeit bei Raumtemperatur auf bisher nicht gebräuchliche niedrige Werte herabgesetzt wird, mit der Maßgabe, daß die Höhe der jeweiligen Anlaß temperatur nach der Zusammensetzung des behandelten Stahles gemäß den folgenden Angaben gewählt wird:According to the invention, in order to prevent embrittlement under long-term stresses of over 10,000 hours at temperatures between 400 and 550 0 C, long-lasting steels which have the usual molybdenum content (at least about 0.25% Mo) and optionally chromium and vanadium in a total content of contain three elements up to about 3% and carbon from 0.20 to 0.45%, proceed in such a way that the steels after hardening from temperatures between about 900 and 950 0 C at temperatures between about 700 and 750 ° C depending on the Steel alloy are tempered in such a way that the tensile strength at room temperature is reduced to previously unconventional low values, with the proviso that the level of the respective tempering temperature is selected according to the composition of the treated steel according to the following information:
Stähle mit etwaSteels with about
0,20 bis 0,28% Kohlenstoff,0.20 to 0.28% carbon,
0,40 bis 0,70% Mangan,0.40 to 0.70% manganese,
0,15 bis 0,35% Silizium,0.15 to 0.35% silicon,
0,25 bis 0,35% Molybdän0.25 to 0.35% molybdenum
sollen so angelassen werden, daß die Festigkeit (bei Raumtemperatur) in vergütetem Zustand unter 60 kg/mm2 liegt;should be tempered in such a way that the strength (at room temperature) in the quenched and tempered condition is below 60 kg / mm 2 ;
Stähle mit etwaSteels with about
0,20 bis 0,28% Kohlenstoff, 0,40 bis 0,70% Mangan, 0,20 bis 0,40% Silizium, 0,80 bis 1,10% Chrom, 0,40 bis 0,50% Molybdän0.20 to 0.28% carbon, 0.40 to 0.70% manganese, 0.20 to 0.40% silicon, 0.80 to 1.10% chromium, 0.40 to 0.50% molybdenum
sollen so angelassen werden, daß die Festigkeit (bei Raumtemperatur) in vergütetem Zustand unter 70 kg/mm2 liegt;should be tempered in such a way that the strength (at room temperature) in the quenched and tempered condition is below 70 kg / mm 2 ;
Stähle mit etwaSteels with about
0,30 bis 0,381Vo Kohlenstoff, 0,40 bis 0,700Zo Mangan, 0,20 bis 0,40% Silizium, 0,80 bis 1,10% Chrom, 0,40 bis 0,50% Molybdän0.30 to 0.38 1 Vo carbon, 0.40 to 0.70 0 zo manganese, 0.20 to 0.40% silicon, 0.80 to 1.10% chromium, 0.40 to 0.50% molybdenum
sollen so angelassen werden, daß die Festigkeit (bei Raumtemperatur) in vergütetem Zustand unter 75 kg/mm2 liegt;should be tempered in such a way that the strength (at room temperature) in the quenched and tempered condition is below 75 kg / mm 2 ;
Stähle mit etwaSteels with about
0,20 bis 0,28'% Kohlenstoff, 0,30 bis 0,80% Mangan, 0,15 bis 0,35% Silizium, 1,20 bis 1,40% Chrom, 0,50 bis 0,60% Molybdän, 0,15 bis 0,25% Vanadin0.20 to 0.28% carbon, 0.30 to 0.80% manganese, 0.15 to 0.35% silicon, 1.20 to 1.40% chromium, 0.50 to 0.60% molybdenum, 0.15 to 0.25% vanadium
sollen so angelassen werden, daß die Festigkeit (bei Raumtemperatur) in vergütetem Zustand unter 8o kg/mm2 liegt, undshould be tempered in such a way that the strength (at room temperature) in the quenched and tempered condition is below 80 kg / mm 2 , and
Stähle mit etwaSteels with about
0,30 bis 0,38% Kohlenstoff,0.30 to 0.38% carbon,
0,30 bis 0,80% Mangan,0.30 to 0.80% manganese,
0,15 bis 0,35% Silizium,0.15 to 0.35% silicon,
1,20 bis 1,40% Chrom,1.20 to 1.40% chromium,
0,50 bis 0,60% Molybdän,0.50 to 0.60% molybdenum,
0,15 bis 0,25 °/o Vanadin0.15 to 0.25% vanadium
sollen so angelassen werden, daß die Festigkeit (bei Raumtemperatur) in vergütetem Zustand unter 90 kg/mm2 liegt.should be tempered in such a way that the strength (at room temperature) in the quenched and tempered condition is below 90 kg / mm 2 .
Die Stähle können auch noch, bis 2% Nickel
enthalten.The steels can also contain up to 2% nickel
contain.
Nachstehend sind die Ergebnisse von Vergleichsversuchen dargestellt. The results of comparative tests are shown below.
Bei den Versuchen wurde ermittelt:The tests determined:
1. Zusammensetzung der Stähle
(Tabelle 1),1. Composition of steels
(Table 1),
2. Dauerstandfestigkeit nach DVM nach
DINA 117/18 und Zeitstandfestigkeit
(Tabelle 2),2. Creep strength according to DVM
DINA 117/18 and creep rupture strength
(Table 2),
3. Versprödung bei Langzeitbeanspruchung
(Tabelle 3).3. Embrittlement with long-term use
(Table 3).
Geprüft wurden folgende Werkstoffe:The following materials were tested:
Zu 2. Die Dauerstandfestigkeit wurde nach den Richtlinien der Vornorm A 117/18 ermittelt. Für die einzelnen Qualitäten wurden folgende Werte festgestellt:To 2. The fatigue strength was determined according to the guidelines of the preliminary standard A 117/18. For the following values were determined for the individual qualities:
Tabelle 2
DVM-DauerstandfestigkeitTable 2
DVM creep strength
(bei 500° C)Creep strength
(at 500 ° C)
Zu 3. Die Versprödung, wie sie während des Betriebes, d. h. der längeren Gebrauchszeiten, auftritt,
wurde durch Langzeitversuche festgestellt. Zur Ermittlung dieser Zeitstandfestigkeit wurden sowohl
glatte als auch gekerbte Proben verwendet. Versprödet
ein Werkstoff nicht bei längerer Beanspruchung, so bricht die glatte Probe vor der gekerbten.
Die glatte Probe bekommt nämlich infolge der laufenden Querschnittsverminderung unter Zugbelastung
infolge des Fließens allmählich höhere Spannungen als die gekerbte Probe. Diese ändert
dagegen infolge der Fließbehinderung durch die Kerbe ihren Querschnitt nicht. Versprödet dagegen
ein Werkstoff, so dehnt sich die glatte Probe nicht. Sie ändert ihren Querschnitt nicht und behält die
gleiche Spannung bei. Die gekerbte Probe dagegen, hat bei gleichem Querschnitt infolge der Kerbwirkung
eine Spannungsspitze, die wesentlich über der
Beanspruchung der glatten Probe liegt.To 3. The embrittlement, as it occurs during operation, ie the longer periods of use, was determined by long-term tests. Both smooth and notched specimens were used to determine this creep rupture strength. If a material does not become brittle after prolonged use, the smooth specimen breaks before the notched one. This is because the smooth specimen gradually receives higher stresses than the notched specimen as a result of the continuous reduction in cross-section under tensile load as a result of the flow. This, on the other hand, does not change its cross-section due to the flow restriction caused by the notch. If, on the other hand, a material becomes brittle, the smooth sample does not expand. It does not change its cross-section and maintains the same tension. The notched sample, on the other hand, has a stress peak with the same cross-section as a result of the notch effect, which is significantly higher than the
Stress on the smooth specimen is.
2O0C
kg/mm2 at
2O 0 C
kg / mm 2
nach Stundenbrittleness
after hours
Die Ergebnisse sind aus Tabelle 3 zu ersehen. Bei diesen Versuchen sind Stahl 1 und 2 in der höheren Festigkeitsstufe mit steigender Belastungszeit stärker versprödet. Bei niedriger Kaltfestigkeit verspröden sie dagegen nicht.The results are shown in Table 3. In these tests steel 1 and 2 are in the higher strength level becomes more brittle with increasing loading time. With low cold strength on the other hand, they do not become brittle.
Die Versprödungsneigung wird durch niedrige C-Gehalte und hohe Vergütungsfestigkeit verstärkt, da die Stähle schlecht härten und nicht so hoch angelassen werden können. So hat z. B. Stahl 3 mit dem niedrigsten C-Gehalt von 0,17% die höchste Vergütungsfestigkeit (Tabelle 3) und versprödet dementsprechend sehr stark. Aus Tabelle 3 ist zu ersehen, daß bei Anlaßtemperaturen von 7000 C ab die Versprödungsneigung sehr stark zurückgedrängt wird und bei 7200 C vollständig unterdrückt wird.The tendency to embrittlement is increased by the low carbon content and high quenched and tempered resistance, as the steels harden poorly and cannot be tempered to such a high degree. So has z. B. Steel 3 with the lowest C content of 0.17% has the highest hardening and tempering resistance (Table 3) and is accordingly very embrittled. From Table 3 it can be seen that is very strongly suppressed at annealing temperatures of 700 0 C from the embrittlement and is completely suppressed at 720 0 C.
• Werden höhere Kaltfestigkeitswerte verlangt, so kann die Anlaßtemperatur nicht gesenkt werden, sondern es müssen mehr Legierungselemente zugegeben werden, um die Grundfestigkeit zu erhöhen.• If higher cold strength values are required, the tempering temperature cannot be reduced, rather, more alloying elements have to be added in order to increase the basic strength.
Ein einfaches und billiges Mittel hierfür ist der C-Gehalt.A simple and cheap means of doing this is the C content.
Aus den Untersuchungen ergibt sich, daß Schmelzen gleicher Zusammensetzung bei längeren Prüfzeiten gleiche Zeitstandfestigkeiten ergeben, wenn auch z. B. durch eine Erhöhung der Härtetemperatur die Anfangsdauerstandfestigkeit gesteigert wird. Auch die Erhöhung der Kaltfestigkeit ist ohne Einfluß auf die Zeitstandfestigkeit. Dieses ergibt sich aus den Ergebnissen der Schmelzen 1 und 2. Die Erhöhung der Kaltfestigkeit um 10 kg/mm2 ergab zwar eine Steigerung der DVM-Dauerstandfestigkeit um 6 bzw. 8 kg/mm2. Bei 10 000 Stunden Prüf zeit ist der Gewinn für die Zeitstandfestigkeit jedoch nur noch 2,5 kg/mm2. Für eine Prüfzeit von 100 000 Stunden liegt dagegen ein Gewinn nicht mehr vor. Demnach sind ,Bauteile langer Lebensdauer in ihrem Zeitstandverhalten unabhängig von der Kaltfestigkeit.The investigations show that melts of the same composition give the same creep strength over longer test times, even if, for. B. by increasing the hardening temperature, the initial fatigue strength is increased. The increase in the cold strength also has no effect on the creep rupture strength. This results from the results of melts 1 and 2. The increase in cold strength by 10 kg / mm 2 resulted in an increase in DVM creep strength of 6 and 8 kg / mm 2, respectively. With 10,000 hours of testing time, however, the gain in creep rupture strength is only 2.5 kg / mm 2 . For a test time of 100,000 hours, however, there is no longer any gain. Accordingly, components with a long service life are independent of the cold strength in terms of their creep behavior.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DEG3689A DE976034C (en) | 1950-09-24 | 1950-09-24 | Procedure to prevent the creeping of long-term steel alloys with long-term stresses over 10,000 hours between 400 and 500 ° C |
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DE976034C true DE976034C (en) | 1963-01-24 |
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ID=7117238
Family Applications (1)
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Country | Link |
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1950
- 1950-09-24 DE DEG3689A patent/DE976034C/en not_active Expired
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