EP0236805A2 - Verwendung von Werkstücken aus austenitischem Stahl in der Tieftemperaturtechnik - Google Patents

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EP0236805A2
EP0236805A2 EP87102277A EP87102277A EP0236805A2 EP 0236805 A2 EP0236805 A2 EP 0236805A2 EP 87102277 A EP87102277 A EP 87102277A EP 87102277 A EP87102277 A EP 87102277A EP 0236805 A2 EP0236805 A2 EP 0236805A2
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austenitic
low temperature
workpieces
work pieces
steel work
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EP0236805A3 (en
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Werner Konrad Diehl
Martin Dr. Kesten
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Messer Griesheim GmbH
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Messer Griesheim GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the thermal conductivity of workpieces made of austenitic steel.
  • the static or dynamic Austenitic chrome-nickel steels are used to transmit loads and in many cases have to be vacuum-tight, because they have a relatively low thermal conductivity compared to other metallic materials and are sufficiently tough even at low temperatures.
  • the force-transmitting cross sections must be kept small. This is only possible to a very limited extent with components made of austenitic steel because of the low strength of the material.
  • the invention has for its object to provide a method for reducing the thermal conductivity of workpieces made of austenitic steel, in particular for workpieces intended for use in low-temperature technology.
  • the starting material in this treatment is additionally solidified to an above-average degree by the deformation below its martensite formation temperature, so that components treated accordingly can transmit much higher forces or, in comparison to conventional constructions, manage with smaller cross sections, which reduces the effective heat flow further reduced by such components.
  • An austenitic tube made of steel grade No. 1.4301 with an initial hardness of 153 HV1 was plastically deformed by 10.6% by applying internal pressure in a liquid nitrogen bath. The hardness rose to 310 HV1.
  • the mean thermal conductivity of the material in the temperature range between 28 & K and 77 K decreased due to the treatment from 17 W / mK to 7 W / mK.

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Abstract

In der Tieftemperaturtechnik sollen solche Konstruktionsteile, die Komponenten mit unterschiedlichen Temperaturniveaus miteinander verbinden, eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit besitzen. Bei Konstrucktionsteilen aus austenitschem Stahl wird die Wärmeleitfähigkeit verringert, indem sie unterhalb ihrer Martensitumwandlungs-temperatur plastisch verformt werden. Die Verformung erfolgt vorzugsweise in einem Bad aus flüssigem Stickstoff.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit von Werkstücken aus austenitischem Stahl.
  • In der Tieftemperaturtechnik wird von bestimmten Konstruktionsteilen eine geringe Wärmeleitung gefordert, um den Wärmetransport zwischen Komponenten, die sich auf verschiedenen Temperaturniveaus befinden, zu minimieren. Beispiele dafür sind Abstützelemente oder zur Beschickung und Entnahme notwendige Rohrverbindungen zwischen dem Innen- und Außenbehälter von Kryobehältern.
  • Die am häufigsten verwendeten Werkstoffe für derartige Konstruktionselemente, die statische oder dynamische Lasten übertragen und in vielen Fällen auch vakuumdicht sein müssen, sind die austenitischen Chrom-Nickelstähle, weil sie verglichen mit anderen metallischen Werkstoffen eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen und auch bei tiefen Temperaturen ausreichende Zähigkeit besitzen. Um den Wärmeeinfall durch diese Elemente so weit wie möglich zu reduzieren, müssen die kräfteübertragenden Querschnitte klein gehalten werden. Dies ist bei Komponenten aus austenitischem Stahl wegen der geringen Festigkeit des Materials nur sehr begrenzt möglich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit von Werkstücken aus austenitischem Stahl zu schaffen, insbesondere für zum Einsatz in der Tieftemperaturtechnik vorgesehene Werkstücke.
  • Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die plastische Verformung von Werkstücken aus austenitischem Stahl unterhalb ihrer Martensitumwandlungstemperatur unter Verwendung tiefsiedender verflüssigter Gase ist aus der DE-OS 1 452 533 und der DE-PS 26 54 702'an sich bekannt. Bei den bekannten-Verfahren dienen diese Maßnahmen jedoch dazu, bestimmte mechanische Festigkeitswerte wie Zugfestigkeit und Zähigkeit zu erhöhen. Ein Einfluß dieser Maßnahmen auf die Wärmeleitfähigkeit war bisher nicht bekannt.
  • Der Wärmetransport in Metallen erfolgt durch Leitungs- elektronen,-deren.Bewegung durch Wechselwirkung mit Phononen (Gitterschwingunen)vund mit Gitterfehlern behindert wird. Da der thermische Widerstand durch Elektronen-Phononen-Wechselwirkung mit sinkender Temperatur abnimmt, wird der Wärmetransport bei tiefen Temperaturen im wesentlichen durch die Dichte und Art vorhandener Gitterfehler bestimmt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Zahl der Gitterfehler im Werkstück erhöht. Durch eine geeignete mechanische Verformung läßt sich dies bei vielen Werkstoffen erreichen. Im besonderen Maße dafür geeignet sind jedoch die austenitischen Cr-Ni-Stähle, sofern sie unterhalb ihrer Martensitumwandlungstemperatur plastisch verformt werden. Bei dieser Behandlung erhöht sich nicht nur, dem Grad der plastischen Verformung-entsprechend, die Versetzungsdichte und die durch Versetzungsreaktionen gebildete Zahl von Leerstellen und Zwischengitteratomen. Durch die teilweise Umwandlung des austenitischen Ausgangsmaterials in die Martensitphase entsteht zusätzlich eine Vielzahl weiterer Strukturfehler, die den thermischen Widerstand weiter erhöhen.
  • Von besonderem Vorteil ist weiterhin, daß das Ausgangsmaterial bei dieser Behandlung durch die Verformung unterhalb seiner Martensitbildungstemperatur zusätzlich überdurchschnittlich stark verfestigt wird, so daß entsprechend behandelte Komponenten sehr viel höhere Kräfte übertragen können oder im Vergleich zu herkömmlichen Konstruktionen mit geringeren Querschnitten auskommen, was den effiktiven Wärmestrom durch derartige Komponenten weiter verringert.
  • Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt das nachfolgende Beispiel.
  • Ein austenitisches Rohr aus der Stahlqualität Nr. 1.4301 mit einer Ausgangshärte von 153 HV1 wurde durch Innendruckbeaufschlagung in einem Flüssigstickstoffbad um 10,6 % plastisch verformt. Dabei stieg die Härte auf 310 HV1 an. Die mittlere Wärmeleitfähigkeit des Materials im Temperaturbereich zwischen 28& K und 77 K nahm durch die Behandlung von 17 W/mK auf 7 W/mK ab.

Claims (2)

1. Verfahren zur Verringerung der Wärmeleitfähigkeit von Werkstücken aus austenitischem Stahl,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Werkstücke unterhalb ihrer Martensitumwandlungstemperatur plastisch verformt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet,
daß die Verformung in einem Bad aus flüssigem Stickstoff durchgeführt wird.
EP87102277A 1986-03-14 1987-02-18 Verwendung von Werkstücken aus austenitischem Stahl in der Tieftemperaturtechnik Expired - Lifetime EP0236805B1 (de)

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DE19863608563 DE3608563A1 (de) 1986-03-14 1986-03-14 Verfahren zur verringerung der waermeleitfaehigkeit von werkstuecken aus austenitischem stahl
DE3608563 1986-03-14

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EP0236805A3 EP0236805A3 (en) 1988-11-30
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DE3608563C2 (de) 1991-01-24
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DE3608563A1 (de) 1987-09-17

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