EP0231492A1 - Austenitic, nitrogen-containing chromium-nickel-molybdenum-manganese steel; process for manufacturing this steel and uses thereof - Google Patents

Austenitic, nitrogen-containing chromium-nickel-molybdenum-manganese steel; process for manufacturing this steel and uses thereof Download PDF

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EP0231492A1
EP0231492A1 EP86117381A EP86117381A EP0231492A1 EP 0231492 A1 EP0231492 A1 EP 0231492A1 EP 86117381 A EP86117381 A EP 86117381A EP 86117381 A EP86117381 A EP 86117381A EP 0231492 A1 EP0231492 A1 EP 0231492A1
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EP
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steel
nitrogen
steel according
austenitic
production
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EP86117381A
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Horst Dörr
Gerald Stein
Manfred Wagner
Johannes Jachowski
Paul Pant
Wolfgang Dr.Rer.Nat. Schlump
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Fried Krupp AG
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Fried Krupp AG
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese

Definitions

  • the invention relates to an austenitic nitrogen-containing CrNiMoMn steel and to a method for its production and its use.
  • a nitrogen-containing steel with a high yield strength and good toughness properties which contains up to 0.6% carbon, 5 to 40% chromium, up to 30% manganese, up to 5% molybdenum, up to 20% Contains nickel, 1.5 to 5% nitrogen and balance iron and has an austenitic structure.
  • the nitrogen content is introduced into the steel in that the melt initially contains nitrogen-containing iron-chromium or. Iron-manganese alloys are added and then gaseous nitrogen is introduced into the melt or into the slag.
  • AT-PS 277 301 is based on the long-known knowledge that austenitic chromium-nickel and chromium-manganese alloys increase austenite stability by nitrogen and that in semi-ferritic and ferritic chromium steels with more than 18% chromium nitrogen occur of austenite or leads to an increase in the part of the structure that can be converted, whereby 0.1% nitrogen can replace 2% nickel with regard to austenite stabilization (see E. Houdremont, Handbuch der Sonderstahlischen constitution, 1956, pages 1327 to 1331).
  • An improvement in the mechanical-technological properties can be achieved by introducing nitrogen contents that are below or close to the respective nitrogen solubility limit of the CrNiMoMn steels.
  • the addition of nitrogen also has a positive effect with regard to the long-term behavior at room temperature under mechanical stress.
  • An austenitic CrNiMoMn steel with a nitrogen content of 0.03% has a yield strength R p0.2 220 N / mm 2 and a flexural fatigue strength 5 bw of 260 N / mm 2 .
  • a yield strength Rp o , 2 of 380 N / mm 2 and a flexural fatigue strength b bw of ⁇ 360 N / mm 2 are achieved.
  • the invention is therefore based on the object of providing an austenitic, nitrogen-containing CrNiMoMn steel which has a creep behavior at high temperatures which is comparable to nickel-based alloys and which has property values at low temperatures which are comparable to the properties of cold-formed CrNiMoMn steels are.
  • Another object of the invention is to create a method for producing the austenitic, nitrogen-containing CrNiMoMn steel and to show particularly advantageous possible uses for this steel.
  • the object on which the invention is based is achieved by creating a steel which has all of the features specified in claim 1.
  • the object is also achieved by creating a method for producing this steel, which is characterized by all of the features mentioned in claim 11.
  • the object on which the invention is based is achieved in that the steel is used in the manner as proposed in claim 2.
  • the steel of the invention has the advantage that it can replace heat-resistant nickel-based alloys in solution-annealed condition at high temperatures and that its mechanical-technological properties at low temperatures are comparable to the properties of cold-formed austenitic CrNiMoMn steels.
  • the method according to the invention has proven to be particularly suitable for the production of the steel, since its use achieves a very uniform structure which ultimately ensures the good properties of the steel.
  • the use of the steel provided according to the invention makes components available which can be exposed to high loads, particularly at high and low temperatures.
  • a corrosion-resistant chrome steel is known from DE-OS 3 310 693, which consists of 3 to 45% Cr, 0 to 10% Mn, 0.001 to 0.5% C, 0.2 to 5% N, 0 to 2% Si , 0 to 10% Ni, 0 to% Mo, 0 to 5% V, 0 to 2% Ti, Nb and / or Ta, 0 to 0.3% Al, 0 to 1% Ce and rest Fe, the structure of which contains at least 50% ferromagnetic structure components and which has a yield strength Rp o , 2 of more than 400 N / mm 2 at 400 ° C and a yield strength Rp o , 2 of more than 250 N / mm 2 at 600 ° C, and although in The same document describes a process for the production of this steel, in which a nitrogen content is introduced into a master alloy by nitrogen nitrogen pressure, which is between 0.2 and 5% and must be at least 10% greater than the nitrogen solubility limit of the master alloy at 1 bar and 20 ° C, at which
  • the steel is particularly suitable for the production of components that are used in the construction of cryogenerators and steam turbines.
  • the steel is particularly suitable for the production of components that are used in gas and steam turbine construction.
  • the steel is particularly suitable for the production of components that are used in gas turbine construction.
  • the steel is particularly suitable for the production of components that are used in cryogenerators.
  • Pressure electroslag remelting is a known process which is described, for example, in DE-OS 2 924 415. According to the information given there, a deoxidizing agent, for example, is also used in the process according to the invention during the electroslag remelting at the same time as the Si 3 N 4 .
  • B. CaSiMg added to the slag.
  • the nitrogen content of the master alloy, which is remelted by pressure electroslag remelting, can be increased by adding metallic nitrogen carriers, e.g. As chromium nitride or manganese nitride, are introduced into the master alloy.

Abstract

The austenitic, nitrogen-containing CrNiMoMn steel consists of 0.015 to 0.25% of C, 0.3 to 2.5% of Si, 0.5 to 15% of Mn, 3 to 17% of Ni, 13 to 25% of Cr, 0.5 to 6% of Mo, 0 to 3% of Co, 0 to 2% of V, 0 to 2% of W, 0 to 0.5% of Ce, 0 to 0.5% of B, 0 to 0.5% of La, 0 to 0.5% of Nb and 0.5 to 1.1% of N, the remainder being Fe, the nitrogen content thereof being introduced by addition of Si3N4 during the electroslag refining of the intermediate alloy under pressure. Production processes and particularly advantageous possible uses for the steel are also indicated.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen austenitischen stickstoffhaltigen CrNiMoMn-Stahl sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung und auf seine Verwendung.The invention relates to an austenitic nitrogen-containing CrNiMoMn steel and to a method for its production and its use.

Aus der AT-PS 277 301 ist ein stickstoffhaltiger Stahl mit hoher Streckgrenze und guten Zähigkeitseigenschaften bekannt, der bis zu 0,6 % Kohlenstoff, 5 bis 40 % Chrom, bis zu 30 % Mangan, bis zu 5 % Molybdän, bis zu 20 % Nickel, 1,5 bis 5 % Stickstoff und Rest Eisen enthält und ein austenitischesGefüge aufweist. Der Stickstoffgehalt wird in den Stahl dadurch eingebracht, daß der Schmelze zunächst stickstoffhaltige Eisen-Chrom-bzw. Eisen-Mangan-Legierungen zugegeben werden und daß dann gasförmiger Stickstoff in die Schmelze oder in die Schlacke eingeleitet wird. Die Lehre der AT-PS 277 301 beruht auf der seit langem bekannten Erkenntnis, daß in austenitischen Chrom-Nickel-und Chrom-Mangan-Legierungen durch Stickstoff die Austenitstabilität erhöht wird und daß in halbferritischen und ferritischen Chromstählen mit über 18 % Chrom Stickstoff zum Auftreten von Austenit bzw. zur Vergrößerung des umwandlungsfähigen Gefügeanteils führt, wobei bezüglich einer Austenitstabilisierung 0,1 % Stickstoff 2 % Nickel ersetzen können (siehe E. Houdremont, Handbuch der Sonderstahlkunde, 1956, Seiten 1327 bis 1331).From AT-PS 277 301 a nitrogen-containing steel with a high yield strength and good toughness properties is known which contains up to 0.6% carbon, 5 to 40% chromium, up to 30% manganese, up to 5% molybdenum, up to 20% Contains nickel, 1.5 to 5% nitrogen and balance iron and has an austenitic structure. The nitrogen content is introduced into the steel in that the melt initially contains nitrogen-containing iron-chromium or. Iron-manganese alloys are added and then gaseous nitrogen is introduced into the melt or into the slag. The teaching of AT-PS 277 301 is based on the long-known knowledge that austenitic chromium-nickel and chromium-manganese alloys increase austenite stability by nitrogen and that in semi-ferritic and ferritic chromium steels with more than 18% chromium nitrogen occur of austenite or leads to an increase in the part of the structure that can be converted, whereby 0.1% nitrogen can replace 2% nickel with regard to austenite stabilization (see E. Houdremont, Handbuch der Sonderstahlkunde, 1956, pages 1327 to 1331).

Durch das Einbringen von Stickstoffgehalten, die unterhalb oder nahe an der jeweiligen Stickstofflöslichkeitsgrenze der CrNiMoMn-Stähle liegen, kann' eine Verbesserung der mechanisch-technologischen Eigenschaften erzielt werden. So weist ein Stahl mit der Zusammensetzung 0,04 % C, 9,9 % Mn, 17,6 % Cr, 10,2 % Ni, 2,4 % Mo, 0,29 % N und Rest Eisen bei 20°C und bei 600 °C eine Streckgrenze Rp0,2von 390 N/mm2 bzw. 200 N/mm2 auf. Auch im Hinblick auf das Langzeitverhalten bei Raumtemperatur unter mechanischer Beanspruchung wirkt sich das Zulegieren von Stickstoff positiv aus. So weist ein austenitischer CrNiMoMn-Stahl mit einem Stickstoffgehalt von 0,03 % eine Streckgrenze Rp0,2 220 N/mm2 und eine Biegewechselfestigkeit 5 bw von 260 N/mm2 auf. Bei einem Stickstoffgehalt von 0,32 % wird eine Streckgrenze Rpo,2 von 380 N/mm2 und eine Biegewechselfestigkeit b bw von ± 360 N/mm2 erzielt.An improvement in the mechanical-technological properties can be achieved by introducing nitrogen contents that are below or close to the respective nitrogen solubility limit of the CrNiMoMn steels. A steel with the composition 0.04% C, 9.9% Mn, 17.6% Cr, 10.2% Ni, 2.4% Mo, 0.29% N and the rest iron at 20 ° C and at 600 ° C a yield strength R p0.2 of 390 N / mm 2 or 200 N / mm 2 . The addition of nitrogen also has a positive effect with regard to the long-term behavior at room temperature under mechanical stress. An austenitic CrNiMoMn steel with a nitrogen content of 0.03% has a yield strength R p0.2 220 N / mm 2 and a flexural fatigue strength 5 bw of 260 N / mm 2 . With a nitrogen content of 0.32%, a yield strength Rp o , 2 of 380 N / mm 2 and a flexural fatigue strength b bw of ± 360 N / mm 2 are achieved.

Die Entwicklung von stickstofflegierten CrNiMoMn-Stählen wurde auch dadurch weitergeführt, daß in den Stählen eine Anhebung des Chromgehalts auf 25% und des Mangangehalts auf 10 % erfolgte, wodurch Stickstoffgehalte bis zu 0,5 % realisierbar waren. Derartige Stähle haben im lösungsgeglühten Zustand bei Raumtemperatur eine Streckgrenze Rp0,2von 500 N/mm2. So hat der Stahl Nr. 1.3974 folgende Zusammensetzung: < 0,05 % C, < 1 % Si, 4,5 bis 6,5 % Mn, 21 bis 25 % Cr, 2,7 bis 3,7 % Mo, 15 bis 18 % Ni, 0,30 bis 0,50 % N, < 0,3 % Nb und Rest Fe. Bei Raumtemperatur besitzt dieser Stahl eine Streckgrenze Rp0,2 von 510 N/mm2. Dieser Stahl hat den Nachteil, daß er in einem Temperaturbereich oberhalb 600 °C eine zu geringe Festigkeit besitzt.The development of nitrogen-alloyed CrNiMoMn steels was also continued by increasing the chromium content to 25% and the manganese content to 10% in the steels, which made it possible to achieve nitrogen contents of up to 0.5%. Such steels have a yield strength R p0.2 of 500 N / mm 2 in the solution-annealed state at room temperature. Steel No. 1.3974 has the following composition: <0.05% C, <1% Si, 4.5 to 6.5 % Mn, 21 to 25% Cr, 2.7 to 3.7% Mo, 15 to 18% Ni, 0.30 to 0.50% N, <0.3% Nb and the rest Fe. At room temperature, this steel has a yield strength R p0.2 of 510 N / mm 2. This steel has the disadvantage that it has too little strength in a temperature range above 600 ° C.

Schließlich ist aus der Veröffentlichung von Frehser und Kubisch, Berg-und Hüttenmännische Monatshefte, 108. Jahrgang, 1963, Heft 11, Seiten 369 bis 380, bekannt, daß in CrNiMoMn-Stähie Stickstoffgehalte eingebracht werden können, die oberhalb der Stickstofflöslichkeitsgrenze liegen. In dieser Veröffentlichung ist gesagt, daß in einen Stahl, der 18.5 % Cr und 10 % Ni enthält, unter Druck 0,76 % Stickstoff eingebracht werden kann. Dieser Stahl hat bei Raumtemperatur eine Streckgrenze Rp0,2 von 550 N/mm2, während die Streckgrenze R p0,2 bei 800 °C 200 N/mm2 beträgt.Finally, it is known from the publication by Frehser and Kubisch, Berg and Hüttenmännchen Monthly Bulletins, 108th Year, 1963, Issue 11, pages 369 to 380 that nitrogen contents which are above the nitrogen solubility limit can be introduced into CrNiMoMn steel. In this publication it is said that in a steel containing 18.5% Cr and 10% Ni, 0.76% nitrogen can be introduced under pressure. This steel has a yield strength R p0.2 of 550 N / mm 2 at room temperature, while the yield strength R p0.2 at 800 ° C is 200 N / mm 2 .

Die bekannten austenitischen, stickstoffhaltigen CrNiMoMn-Stähie werden bei Temperaturen oberhalb 500 °C nicht verwendet, da sie ein ungenügendes Zeitstandverhalten aufweisen. In der Veröffentlichung von Okamoto et al, Tetsu-to-Hagane Overseas, Vol. 2, Nr. 1, 1962, Seiten 25 bis 37, wird auf Seite 34 darauf hingewiesen, daß bei einem austenitischen stickstoffhaltigen Stahl das Zeitstandverhalten bei 700 °C dann ein Maximum aufweist, wenn der Stickstoffgehalt 0,33 % beträgt. Bei weiterer Erhöhung des Stickstoffgehalts verschlechtert sich das Zeitstandverhalten erheblich.The known austenitic, nitrogen-containing CrNiMoMn steels are not used at temperatures above 500 ° C because they show insufficient creep behavior. In the publication by Okamoto et al, Tetsu-to-Hagane Overseas, Vol. 2, No. 1, 1962, pages 25 to 37, it is pointed out on page 34 that the creep behavior at 700 ° C. then occurs with an austenitic nitrogen-containing steel has a maximum when the nitrogen content is 0.33%. If the nitrogen content is increased further, the creep behavior deteriorates considerably.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen austenitischen, stickstoffhaltigen CrNiMoMn-Stahl zu schaffen, der bei hohen Temperaturen ein Zeitstandverhalten hat, das mit Nickel-Basislegierungen vergleichbar ist und der bei tiefen Temperaturen Eigenschaftswerte besitzt, die mit den Eigenschaften kaltverformter CrNiMoMn-Stähle vergleichbar sind. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des austenitischen, stickstoffhaltigen CrNiMoMn-Stahls zu schaffen und besonders vorteilhafte Verwendungsmöglichkeiten für diesen Stahl aufzuzeigen.The invention is therefore based on the object of providing an austenitic, nitrogen-containing CrNiMoMn steel which has a creep behavior at high temperatures which is comparable to nickel-based alloys and which has property values at low temperatures which are comparable to the properties of cold-formed CrNiMoMn steels are. Another object of the invention is to create a method for producing the austenitic, nitrogen-containing CrNiMoMn steel and to show particularly advantageous possible uses for this steel.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Schaffung eines Stahls gelöst, der alle im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Femer wird die Aufgabe durch die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung dieses Stahls gelöst, das durch alle im Anspruch 11 genannten Merkmale gekennzeichnet ist. Schließlich wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stahl in der Weise verwendet wird, wie es im Anspruch 2 vorgeschlagen ist.The object on which the invention is based is achieved by creating a steel which has all of the features specified in claim 1. The object is also achieved by creating a method for producing this steel, which is characterized by all of the features mentioned in claim 11. Finally, the object on which the invention is based is achieved in that the steel is used in the manner as proposed in claim 2.

Der erfindungsgemäße Stahl hat den Vortiel, daß er im lösungsgeglühten Zustand bei hohen Temperaturen hochwarmfeste Nickel-Basislegierungen ersetzen kann und daß seine mechanisch-technologischen Eigenschaften bei tiefen Temperaturen mit den Eigenschaften kaltverformter austenitischer CrNiMoMn-Stähle vergleichbar sind. Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich zur Herstellung des Stahls als besonders geeignet erwiesen, da durch seine Anwendung ein sehr gleichmäßiges Gefüge erreicht wird, das die guten Eigenschaften des Stahls letztlich gewährleistet. Durch die nach der Erfindung vorgesehene Verwendung des Stahls werden Bauteile verfügbar, die insbesondere bei hohen und tiefen Temperaturen großen Belastungen ausgesetzt werden können.The steel of the invention has the advantage that it can replace heat-resistant nickel-based alloys in solution-annealed condition at high temperatures and that its mechanical-technological properties at low temperatures are comparable to the properties of cold-formed austenitic CrNiMoMn steels. The method according to the invention has proven to be particularly suitable for the production of the steel, since its use achieves a very uniform structure which ultimately ensures the good properties of the steel. The use of the steel provided according to the invention makes components available which can be exposed to high loads, particularly at high and low temperatures.

Obwohl aus der DE-OS 3 310 693 ein korrosionsbeständiger Chromstahl bekannt ist, der aus 3 bis 45 % Cr, 0 bis 10 % Mn, 0,001 bis 0,5 % C, 0,2 bis 5 % N, 0 bis 2 % Si, 0 bis 10 % Ni, 0 bis % Mo, 0 bis 5 % V, 0 bis 2 % Ti, Nb und/oder Ta, 0 bis 0,3 % Al, 0 bis 1 % Ce und Rest Fe besteht, dessen Gefüge mindestens 50 % ferromagnetische Gefügeanteile enthält und der bei 400 °C eine Streckgrenze Rpo,2 von mehr als 400 N/mm2 sowie bei 600 °C eine Streckgrenze Rpo,2 von mehr als 250 N/mm2 hat, und obwohl in der gleichen Druckschrift ein Verfahren zur Herstellung dieses Stahls beschrieben ist, bei dem in eine Vorlegierung durch Aufstickung unter Druck ein Stickstoffgehalt eingebracht wird, der zwischen 0,2 und 5 % liegt sowie mindestens 10% größer sein muß als die Stickstofflöslichkeitsgrenze der Vorlegierung bei 1 bar und 20 °C, bei dem die aufgestickte Legierung dann warmverformt wird, und bei dem die aufgestickte warmverformte Legierung schließlich bei 800 bis 1250 °C geglüht und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird, war nicht zu erwarten, daß durch eine gezielte Auswahl ein rein austenitischer, stickstoffhaltiger Stahl geschaffen werden konnte, der bei hohen Temperaturen ein besonders gutes Zeitstandverhalten und gleichzeitig bei tiefen Temperaturen gute Eigenschaften hat sowie unmagnetisch ist. Insbesondere konnte im Hinblick auf die von Okamoto et al beobachteten Tatsachen nicht erwartet werden, daß durch das Einbringen eines hohen Stickstoffgehalts von mehr als 0,33 % ein außerordentlich gutes Zeitstandverhalten bei hohen Temperaturen erreicht wird. Ferner war es im Hinblick auf die von Frehser und Kubisch zur Biegewechselfestigkeit eines Stahls mit einem Chromgehalt von 18 % und einem Nickelgehalt von 8 % gemachten Angaben außerordentlich überraschend, daß der erfindungsgemäße Stahl eine wesentlich höhere Biegewechselfestigkeit aufweist, die oberhalb ± 450 N/mm2 liegt.Although a corrosion-resistant chrome steel is known from DE-OS 3 310 693, which consists of 3 to 45% Cr, 0 to 10% Mn, 0.001 to 0.5% C, 0.2 to 5% N, 0 to 2% Si , 0 to 10% Ni, 0 to% Mo, 0 to 5% V, 0 to 2% Ti, Nb and / or Ta, 0 to 0.3% Al, 0 to 1% Ce and rest Fe, the structure of which contains at least 50% ferromagnetic structure components and which has a yield strength Rp o , 2 of more than 400 N / mm 2 at 400 ° C and a yield strength Rp o , 2 of more than 250 N / mm 2 at 600 ° C, and although in The same document describes a process for the production of this steel, in which a nitrogen content is introduced into a master alloy by nitrogen nitrogen pressure, which is between 0.2 and 5% and must be at least 10% greater than the nitrogen solubility limit of the master alloy at 1 bar and 20 ° C, at which the embroidered alloy is then thermoformed, and at which the embroidered thermoformed alloy finally anneals at 800 to 1250 ° C and ans Chilling to room temperature afterwards, it was not to be expected that a targeted selection could result in a purely austenitic, nitrogen-containing steel which had particularly good creep behavior at high temperatures and at the same time had good properties at low temperatures and was non-magnetic. In particular, in view of the facts observed by Okamoto et al, it could not be expected that the introduction of a high nitrogen content of more than 0.33% would result in extremely good creep behavior at high temperatures. Furthermore, in view of the information provided by Frehser and Kubisch on the fatigue strength of a steel with a chromium content of 18% and a nickel content of 8%, it was extremely surprising that the steel according to the invention has a significantly higher fatigue strength which is above ± 450 N / mm 2 lies.

Zweckmäßige und vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 9 angegeben.Expedient and advantageous developments of the object of the invention are specified in claims 3 to 9.

Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele erläutert.The subject matter of the invention is explained below using several exemplary embodiments.

Beispiel 1example 1

Ein CrNiMoMn-Stahl mit der Zusammensetzung 0,021 % C, 1,18 % Si, 5,25 % Mn, 19,4 % Cr, 15,5 % Ni, 3,2 % Mo, 0,12 % V, 0,18 % Nb und Rest Fe, dessen Stickstofflöslichkeitsgrenze bei Normaldruck 0,304 % beträgt, wurde beim Elektroschlackeumschmelzen unter Druck mit Hilfe von Siliziumnitrid auf 0,66 % N aufgestickt. Der Stahl weist folgende mechanischtechnologischen Eigenschaften auf:

  • bei -196 °C
    Figure imgb0001
  • bei 20 °C
    Figure imgb0002
  • bei 600 °C
    Figure imgb0003
  • bei 800 °C
    Figure imgb0004
A CrNiMoMn steel with the composition 0.021% C, 1.18% Si, 5.25% Mn, 19.4% Cr, 15.5% Ni, 3.2% Mo, 0.12% V, 0.18 % Nb and the rest Fe, the nitrogen solubility limit of which is 0.304% at normal pressure, were embroidered to 0.66% N under pressure with the aid of silicon nitride during electroslag remelting. The steel has the following mechanical-technological properties:
  • at -196 ° C
    Figure imgb0001
  • at 20 ° C
    Figure imgb0002
  • at 600 ° C
    Figure imgb0003
  • at 800 ° C
    Figure imgb0004

Der Stahl eignet sich insbesondere zur Herstellung von Bauteilen, die beim Bau von Kryogeneratoren und Dampfturbinen verwendet werden.The steel is particularly suitable for the production of components that are used in the construction of cryogenerators and steam turbines.

Beispiel 2Example 2

Ein CrNiMoMn-Stahl mit der Zusammensetzung 0,019 % C, 1,01 % Si, 4,2 % Mn, 20 % Cr, 4.21 % Ni, 3,03 % Mo, 0.25 % V, 0,19 % Nb, 0,08 % Ce und Rest Fe, dessen Stickstofflöslichkeitsgrenze bei Normaldruck bei 0,41 % liegt, wurde auf 0,77 % N aufgestickt. Der Stahl weist folgende Eigenschaften auf:

  • bei 20 °C
    Figure imgb0005
  • bei 600 °C
    Figure imgb0006
A CrNiMoMn steel with the composition 0.019% C, 1.01% Si, 4.2% Mn, 20% Cr, 4.21% Ni, 3.03% Mo, 0.25% V, 0.19% Nb, 0.08 % Ce and the rest of Fe, the nitrogen solubility limit of which is 0.41% at normal pressure, were stitched on to 0.77% N. The steel has the following properties:
  • at 20 ° C
    Figure imgb0005
  • at 600 ° C
    Figure imgb0006

Der Stahl eignet sich insbesondere zur Herstellung von Bauteilen, die im Gas-und Dampfturbinenbau verwendet werden.The steel is particularly suitable for the production of components that are used in gas and steam turbine construction.

Beispiel 3Example 3

Ein CrNiMoMn-Stahl mit der Zusammensetzung 0,045 % C, 1,2 % Si, 3,5 % Mn, 13,8 % Ni, 19,6 % Cr, 3,8 % Mo, 0,1 % V, 0,2 % Nb, 0,05 % Ce und Rest Fe, dessen Stickstofflöslichkeitsgrenze bei 'Normaldruck bei 0,30 % liegt, wurde auf 0,72 % N aufgestickt. Der Stahl weist folgende Eigenschaften auf:

  • bei 20 °C
    Figure imgb0007
  • bei 800 °C
    Figure imgb0008
A CrNiMoMn steel with the composition 0.045% C, 1.2% Si, 3.5% Mn, 13.8% Ni, 19.6% Cr, 3.8% Mo, 0.1% V, 0.2 % Nb, 0.05% Ce and balance Fe, the nitrogen solubility limit is' normal pressure at 0.30%, was embroidered on 0.72% N. The steel has the following properties:
  • at 20 ° C
    Figure imgb0007
  • at 800 ° C
    Figure imgb0008

Der Stahl eignet sich insbesondere zur Herstellung von Bauteilen, die im Gasturbinenbau verwendet - werden.The steel is particularly suitable for the production of components that are used in gas turbine construction.

Beispiel 4Example 4

Ein CrNiMoMn-Stahl mit der Zusammensetzung 0,075 % C, 1,85 % Si, 8,5 % Mn, 12,5 % Ni, 21,6 % Cr, 2,8 % Mo, 0,08 % Nb, 0,12 % V und Rest Fe, dessen Stickstoff löslichkeitsgrenze bei Normaldruck bei 0,456 % liegt, wurde auf 0,86 % N aufgestickt. Der Stahl weist folgende Eigenschaften auf.

  • bei -196 °C
    Figure imgb0009
  • bei 20 °C
    Figure imgb0010
A CrNiMoMn steel with the composition 0.075% C, 1.85% Si, 8.5% Mn, 12.5% Ni, 21.6% Cr, 2.8% Mo, 0.08% Nb, 0.12 % V and the remainder Fe, the nitrogen solubility limit of which is 0.456% at normal pressure, were embroidered onto 0.86% N. The steel has the following properties.
  • at -196 ° C
    Figure imgb0009
  • at 20 ° C
    Figure imgb0010

Der Stahl eignet sich insbesondere zur Herstellung von Bauteilen, die in Kryogeneratoren verwendet werden.The steel is particularly suitable for the production of components that are used in cryogenerators.

Das Druckelektroschlackeumschmelzen (Elektroschlackeumschmelzen unter Druck) ist ein an sich bekanntes Verfahren, das beispielsweise in der DE-OS 2 924 415 beschrieben wird. Entsprechend den dort gemachten Angaben wird auch beim erfindungsgemäßen Verfahren während des Elektroschlackeumschmelzens gleichzeitig mit dem Si3N4 ein Desoxidationsmittel, z. B. CaSiMg, in die Schlacke gegeben. Der Stickstoffgehalt der Vorlegierung, die durch Druckelektroschlackeumschmelzen umgeschmolzen wird, kann durch Zugabe metallischer Stickstoffträger, z. B. Chromnitrid oder Mangannitrid, in die Vorlegierung eingebracht werden.Pressure electroslag remelting (electroslag remelting under pressure) is a known process which is described, for example, in DE-OS 2 924 415. According to the information given there, a deoxidizing agent, for example, is also used in the process according to the invention during the electroslag remelting at the same time as the Si 3 N 4 . B. CaSiMg, added to the slag. The nitrogen content of the master alloy, which is remelted by pressure electroslag remelting, can be increased by adding metallic nitrogen carriers, e.g. As chromium nitride or manganese nitride, are introduced into the master alloy.

Bei den vorstehend genannten Prozentzahlen handelt es sich um Gew.-%. Die verwendeten Symbole haben folgende Bedeutung:

  • Rp0,2 = 0,2-Dehngrenze oder Streckgrenze [N/mm2]
  • Rm = Zugfestigkeit [N/mm2]
  • A5 = Bruchdehnung [%]
  • Z = Kontraktion [%]
  • aK = Kerbschlagzähigkeit [J]
  • Figure imgb0011
    bw = Biegewechselfestigkeit [± N/mm2]
  • Figure imgb0012
    Zdw = Wechselfestigkeit unter Zug-/Druck-Beanspruchung [± N/mm2]
  • Figure imgb0013
    5 1-10000 = 1 %-Zeitdehngrenze nach 10000 h [N/mm2]
The percentages mentioned above are% by weight. The symbols used have the following meaning:
  • R p0.2 = 0.2 proof stress or yield strength [N / mm 2 ]
  • R m = tensile strength [N / mm 2 ]
  • A 5 = elongation at break [%]
  • Z = contraction [%]
  • a K = impact strength [J]
  • Figure imgb0011
    bw = bending fatigue strength [± N / mm 2 ]
  • Figure imgb0012
    Zdw = fatigue strength under tensile / compressive stress [± N / mm 2 ]
  • Figure imgb0013
    5 1-10000 = 1% proof stress after 10000 h [N / mm 2 ]

Claims (11)

1. Austenitischer, stickstoffhaltiger CrNiMoMn-Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 0,015 bis 0,25 % C, 0,3 bis 2,5 % Si, 0,5 bis 15% Mn, 3 bis 17 % Ni, 13 bis 25 % Cr, 0,5 bis 6 % Mo, 0 bis 3 % Co, 0 bis 2 % V, 0 bis 2 % W, 0 bis 0,5 % Ce, 0 bis 0,5 % B, 0 bis 0,5 % La, 0 bis 0,5 % Nb, 0,5 bis 1,1 % N sowie Rest Fe besteht und daß der Stickstoffgehalt in den Stahl während des Druckelektroschlackeumschmelzens der Vorlegierung durch Zugabe von Si3N4 eingebracht wird.1. Austenitic, nitrogen-containing CrNiMoMn steel, characterized in that it consists of 0.015 to 0.25% C, 0.3 to 2.5% Si, 0.5 to 15% Mn, 3 to 17% Ni, 13 to 25 % Cr, 0.5 to 6% Mo, 0 to 3% Co, 0 to 2% V, 0 to 2% W, 0 to 0.5 % Ce, 0 to 0.5% B, 0 to 0.5 % La, 0 to 0.5% Nb, 0.5 to 1.1% N and the remainder Fe and that the nitrogen content is introduced into the steel during the pressure electro-slag remelting of the master alloy by adding Si 3 N 4 . 2. Verwendung des Stahls nach Anspruch 1 zur Herstellung von Gegenständen, die bei Temperaturen von -200 bis 900 °C eingesetzt werden und im lösungsgeglühten Zustand folgende Eigenschaften aufweisen müssen: bei -196 °C: Rpo,2 >1200 N/mm2
: A5 >15 % bei 20 °C : Rpo,2 >580 N/mm2
: As >40 %
:
Figure imgb0014
zdw >± 450 N/mm2 bei 600 °C :
Figure imgb0015
1-10000 >230 N/mm2 bei 800 °C :
Figure imgb0016
1-10000 >30 N/mm2 2. Use of the steel according to claim 1 for the production of objects which are used at temperatures from -200 to 900 ° C and must have the following properties in the solution-annealed state: at -196 ° C: Rp o , 2 > 1200 N / mm 2
: A 5 > 15% at 20 ° C: Rp o , 2 > 580 N / mm 2
: A s > 40%
:
Figure imgb0014
zdw> ± 450 N / mm 2 at 600 ° C:
Figure imgb0015
1-10000 > 230 N / mm 2 at 800 ° C:
Figure imgb0016
1-10000 > 30 N / mm 2 3. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 0,015 bis 0,10 % C, 0,6 bis 2,5 % Si, 2 bis 8 % Mn, 7 bis 17 % Ni, 16 bis 22 % Cr, 2 bis 6 % Mo, 0 bis 3 % Co, 0 bis 0,5 % V, 0 bis 0,5 % Nb, 0 bis 0,5 % Ce, 0,5 bis 1 % N und Rest Fe besteht.3. Steel according to claim 1, characterized in that it consists of 0.015 to 0.10% C, 0.6 to 2.5% Si, 2 to 8% Mn, 7 to 17% Ni, 16 to 22% Cr, 2nd to 6% Mo, 0 to 3% Co, 0 to 0.5% V, 0 to 0.5% Nb, 0 to 0.5% Ce, 0.5 to 1% N and the rest Fe. 4. Verwendung des Stahls nach Anspruch 3 zur Herstellung von Gegenständen, die bei Temperaturen von -200 bis 600 °C eingesetzt werden, korrosionsbeständig sind sowie im lösungsgeglühten Zustand folgende Eigenschaften aufweisen müssen: bei -196 °C : Rp0,2 >1280 N/mm2
: Rm >1700 N/mm2
: A5 >20 % bei 20 °C : Rpo,2 >580 N/mm2
: Rm >950 N/mm2 -
: As >40 %
:
Figure imgb0017
zdw >± 450 N/mm 2 bei 600 °C : 5 1-1000 >230 N/mm2 4. Use of the steel according to claim 3 for the production of objects which are used at temperatures from -200 to 600 ° C, are corrosion-resistant and must have the following properties in the solution-annealed state: at -196 ° C: R p0.2 > 1280 N / mm 2
: R m > 1700 N / mm 2
: A 5 > 20% at 20 ° C: Rp o , 2 > 580 N / mm 2
: R m > 950 N / mm 2 -
: As> 40%
:
Figure imgb0017
zdw > ± 450 N / m m 2 at 600 ° C: 5 1-1000 > 230 N / mm 2 5. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 0,015 bis 0,25 % C, 0,6 bis 2,5 % Si, 3 bis 8 % Mn, 3 bis 7 % Ni, 16 bis 22 % Cr, 2 bis 6 % Mo, 0 bis 3 % Co, 0 bis 0,5 % V, 0 bis 0,5 % Nb, 0 bis 0,5 % Ce, 0 bis 0,5 % B, 0 bis .0,5 % La, 0,5 bis 1 % N sowie Rest Fe besteht.5. Steel according to claim 1, characterized in that it consists of 0.015 to 0.25% C, 0.6 to 2.5% Si, 3 to 8% Mn, 3 to 7% Ni, 16 to 22% Cr, 2nd up to 6% Mo, 0 to 3% Co, 0 to 0.5% V, 0 to 0.5% Nb, 0 to 0.5% Ce, 0 to 0.5% B, 0 to .0.5% La, 0.5 to 1% N and the rest of Fe. 6. Verwendung des Stahls nach Anspruch 5 zur Herstellung von Gegenständen, die bei Temperaturen von 500 bis 700 °C eingesetzt werden und im lösungsgeglühten Zustand folgende Eigenschaften aufweisen müssen: bei 600 °C : Rpo,2 >300 N/mm2
: Rm >600 N/mm2
: A5 >35 %
:
Figure imgb0018
1-10000 >300 N/mm2 6. Use of the steel according to claim 5 for the production of objects which are used at temperatures of 500 to 700 ° C and must have the following properties in the solution-annealed state: at 600 ° C: Rp o , 2 > 300 N / mm 2
: Rm> 600 N / mm 2
: A 5 > 35%
:
Figure imgb0018
1-10000 > 300 N / mm 2 7. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 0,015 bis 0,25 % C, 0,6 bis 2,5 % Si, 3 bis 8 % Mn, 13 bis 17 % Ni, 16 bis 22 % Cr, 2 bis 6 % Mo, 0 bis 3 % Co, 0 bis 0,5 % V, 0 bis 0,5 % Nb, 0 bis 0,5 % Ce, 0 bis 1,5 % W, 0 bis 0,1 % B, 0 bis 0,5 % La, 0,5 bis 0,9 % N sowie Rest Fe besteht.7. Steel according to claim 1, characterized in that it consists of 0.015 to 0.25% C, 0.6 to 2.5% Si, 3 to 8% Mn, 13 to 17% Ni, 16 to 22% Cr, 2nd up to 6% Mo, 0 to 3% Co, 0 to 0.5% V, 0 to 0.5% Nb, 0 to 0.5% Ce, 0 to 1.5% W, 0 to 0.1% B , 0 to 0.5% La, 0.5 to 0.9% N and the rest Fe. 8. Verwendung des Stahls nach Anspruch 7 zur Herstellung von Gegenständen, die bei Temperaturen von 700 bis 900 °C eingesetzt werden und im lösungsgelühten Zustand folgende Eigenschaften aufweisen müssen: bei 800 °C : Rpo,2 >280 N/mm2 : Rm >550 N/mm2 :
Figure imgb0019
>30 % :
Figure imgb0020
1-10000 >40 N/mm 2 8. Use of the steel according to claim 7 for the production of objects which are used at temperatures of 700 to 900 ° C and must have the following properties in the solution-annealed state: at 800 ° C: Rp o , 2 > 280 N / mm 2 : R m > 550 N / mm 2 :
Figure imgb0019
> 30% :
Figure imgb0020
1-10000 > 40 N / mm 2 9. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 0,015 bis 0,12 % C, 0,6 bis 2,5 % Si, 7 bis 12 % Mn, 8 bis 13 % Ni, 17 bis 24 % Cr, 2 bis 4 % Mo, 0 bis 0,5 % V, 0 bis 0,1 % B, 0 bis 0,5 % Nb, 0,5 bis 1,1 % N und Rest Fe besteht.9. Steel according to claim 1, characterized in that it consists of 0.015 to 0.12% C, 0.6 to 2.5% Si, 7 to 12% Mn, 8 to 13% Ni, 17 to 24% Cr, 2nd up to 4% Mo, 0 to 0.5% V, 0 to 0.1% B, 0 to 0.5% Nb, 0.5 to 1.1% N and the rest Fe. 10. Verwendung des Stahls nach Anspruch 9 zur Herstellung von Gegenständen, die bei Temperaturen von -200 bis 100 °C eingesetzt werden sowie im lösungsgelühten Zustand folgende Eigenschaften aufweisen müssen: bei -196 °C : Rp0,2 > 1400 N/mm2 : Rm >1800 N/mm2 : A5 >15% bei 20 °C : Rp0,2 >620 N/mm2 : Rm >1000 N/mm2 : A5 >40 % :
Figure imgb0021
bw >± 500 N/mm2 10. Use of the steel according to claim 9 for the production of objects which are used at temperatures from -200 to 100 ° C and must have the following properties in the solution-annealed state: at -196 ° C: R p0.2 > 1400 N / mm 2 : R m > 1800 N / mm 2 : A 5 > 15% at 20 ° C: R p0.2 > 620 N / mm 2 : R m > 1000 N / mm 2 : A 5 > 40% :
Figure imgb0021
bw > ± 500 N / mm 2 11. Verfahren zur Herstellung des Stahls nach den Ansprüchen 1, 3, 5, 7 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus Metallen eine Vorlegierung erschmolzen wird, die aus 0,015 bis 0,25 % C, 0,3 bis 1,5 % Si, 0,5 bis 15 % Mn, 3 bis 17 % Ni, 13 bis 25 % Cr, 0,5 bis 6 % Mo, 0 bis 3 % Co, 0 bis 2 % V, 0 bis 2 % W, 0 bis 0,5 % Ce, 0 bis 0,5 % B, 0 bis 0,5 % La, 0 bis 0,5 % Nb, 0,2 bis 0,4 % N sowie Rest Fe besteht, daß aus der geschmolzenen Vorlegierung eine Elektrode gegossen wird, daß die Elektrode durch Druckelektroschlackeumschmelzen umgeschmolzen wird, wobei der flüssigen Schlacke Si3N4 zugegeben wird, daß der umgeschmolzene, stickstoffhaltige Block bei 1050 bis 1200 °C geschmiedet wird, daß der geschmiedete Block bei 1050 bis 1200 °C lösungsgelüht wird und daß der geglühte Block mit Wasser abgeschreckt und dabei auf Raumtemperatur abgekühlt wird.11. A method for producing the steel according to claims 1, 3, 5, 7 and 9, characterized in that a master alloy is melted from metals, which consists of 0.015 to 0.25% C, 0.3 to 1.5% Si , 0.5 to 15% Mn, 3 to 17% Ni, 13 to 25% Cr, 0.5 to 6% Mo, 0 to 3% Co, 0 to 2% V, 0 to 2% W, 0 to 0 , 5% Ce, 0 to 0.5% B, 0 to 0.5% La, 0 to 0.5% Nb, 0.2 to 0.4% N and the remainder Fe that an electrode from the molten master alloy is poured that the electrode is remelted by pressure electroslag, with the liquid slag Si 3 N 4 being added, that the remelted nitrogen-containing block is forged at 1050 to 1200 ° C, that the forged block is solution-annealed at 1050 to 1200 ° C and that the annealed block is quenched with water and cooled to room temperature.
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