EP0317864B1 - Verwendung einer chromhaltigen Legierung - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the use of alloys with the mass fractions 35.5-69% iron, 27 -32% chrome, 10 -25% nickel, 0 - 4.5% molybdenum, ⁇ 1.05% silicon, ⁇ 10% manganese and ⁇ 0.5% nitrogen, as well as the usual accompanying elements, such as carbon, phosphorus, sulfur, copper, cobalt, aluminum, vanadium, titanium, tantalum and / or niobium, which have an austenitic-ferritic structure with a ferrite surface fraction above 10%, as a material for objects that are resistant to nitric acid are stable up to a concentration of about 75% by weight in the temperature range from the melting point of the nitric acid to 150 ° C.
- the alloy mentioned is particularly characterized by its high chromium content, which is 27-32%.
- the nickel content is 10-25%, preferably 10-20%.
- the Alloy can also have molybdenum contents of up to 4.5%, preferably up to 3%.
- the alloys which can be used according to the invention can also be used with manganese up to 10%, preferably up to 6%, nitrogen up to 0.5%, preferably up to 0.2%, and / or silicon up to 1.05 % be alloyed.
- the alloy element manganese if present, does not have a negative effect on the resistance to nitric acid in the alloys to be used according to the invention.
- the nitrogen solubility increases within the specified range with increasing chromium content.
- the alloys have an austenitic-ferritic structure, the proportion of ferrite surface area is above 10%.
- the alloys mentioned can be used as a material for objects which are resistant to nitric acid.
- objects are devices of various types, reactors, pipelines, pumps, pump parts, stirrers, fittings, flanges, filter baskets and welding filler material for welded connections of such devices or device parts.
- the alloys mentioned can preferably be used as a filler metal and as cast steel for cast apparatus or apparatus parts, such as pumps.
- the resistance of the alloys which can be used according to the invention ranges up to nitric acid concentrations of 75%. In the same way, there is a high resistance to mixed acid from sulfuric acid and nitric acid, as used, for example, for nitrating aromatic compounds.
- the durability is also given for the temperature range from the melting point of nitric acid up to about 150 ° C, preferably up to 130 ° C. This means that there is resistance both for the nitric acid in the liquid phase and for nitric acid vapors, for example in the gas space above a mixture containing nitric acid heated to appropriate temperatures,
- EP 0 200 862 A1 discloses the use of an Fe-Cr-Ni-Mn alloy as a material for objects which are resistant to sulfuric acid at a concentration above 96%. This alloy is characterized by a low price and simple handling out. However, it is known from the monograph Frank F. Berg, Korrosionschaulogical, 2nd edition, 1969, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, that corrosion resistance to sulfuric acid cannot be transferred to nitric acid or vice versa.
- Austenitic chromium-nickel (molybdenum, copper) materials for example materials with the numbers 1.4306, 1.4335 or 2.4858, have mainly been used to handle up to approximately 75% nitric acids. To weld these materials together, either similarly composed or alloyed ones were used Welding consumables. The filler materials generally lead to a fully austenitic weld metal, for example with the standard composition 25% chromium, 22% nickel, 2.2% molybdenum, 5% manganese and 0.15% nitrogen. If a delta ferrite-containing weld metal had to be used for reasons of safety against hot cracking, the formation of a coherent ferrite network had to be avoided. Such a network formation is to be expected from about 10% ferrite surface area.
- welded weld metal of the composition (mass fractions in%) 0.022 C. 1.05 Si 1.01 Mn 0.019 P 0.012 S 29.25 Cr 12.05 Ni 0.135 N rest Fe produced with a delta ferrite content of 24 to 26% and claimed in the melted state and after additional solution treatment (1060 ° C / 15 min / water) in boiling azeotropic nitric acid, as described in Example 1.
- the weld metal was produced by melting a coated stick electrode, core wire diameter 3.25 mm.
- connection welds were produced from 4 mm thick metal sheets made of the stainless austenitic steels X 1 CrNi 25 21 and X 1 NiCr 31 27 with the help of the coated stick electrode used in Example 2, core wire diameter 3.25 mm. These joint welds were stressed in boiling azeotropic nitric acid for 100 days without intermediate weighing. The removal rates are 0.07 mm / a (X 1 CrNi 25 21) and 0.05 mm / a (X 1 NiCr 31 27). The grain boundaries of the base material and weld metal were only etched.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Legierungen mit den Massenanteilen
35,5-69 % Eisen,
27 -32 % Chrom,
10 -25 % Nickel,
0 - 4,5 % Molybdän,
≦ 1,05% Silicium,
≦ 10% Mangan und
≦ 0,5% Stickstoff,
sowie den üblichen Begleitelementen, wie Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel, Kupfer, Kobalt, Aluminium, Vanadin, Titan, Tantal und/oder Niob, die ein austenitischferritisches Gefüge mit einem Ferritflächenanteil oberhalb von 10% aufweisen, als Werkstoff für Gegenstände, die gegen Salpetersäure bis zu einer Konzentration von etwa 75 Gew.-% im Temperaturbereich vom Schmelzpunkt der Salpetersäure bis zu 150°C beständig sind. - Die genannte Legierung ist vor allem durch ihren hohen Gehalt an Chrom ausgezeichnet, der 27-32 % beträgt. Der Gehalt an Nickel betragt 10-25 %, bevorzugt 10-20 %. Die Legierung kann weiterhin Molybdängehalte bis zu 4,5 %, bevorzugt bis zu 3 % aufweisen. Neben den oben bereits genannten Begleitelementen können die erfindungsgemäß einsetzbaren Legierungen auch mit Mangan bis zu 10 %, bevorzugt bis zu 6 %, Stickstoff bis zu 0,5 %, bevorzugt bis zu 0,2 %, und/oder Silicium bis zu 1,05% legiert sein. Das gegebenenfalls vorliegende Legierungselement Mangan wirkt sich in den erfindungsgemäß einzusetzenden Legierungen nicht negativ auf die Salpetersäurebeständigkeit aus. Die Stickstofflöslichkeit steigt im angegebenen Rahmen mit steigendem Chromgehalt.
- Die Legierungen besitzen ein austenitisch-ferritisches Gefüge, dessen Ferritflächenanteil oberhalb von 10 % liegt.
- Die genannten Legierungen können erfindungsgemäß als Werkstoff für Gegenstände, die gegen Salpetersäure beständig sind, eingesetzt werden. Solche Gegenstände sind Apparate der verschiedensten Art, Reaktoren, Rohrleitungen, Pumpen, Pumpenteile, Rührer, Armaturen, Flansche, Filterkörbe sowie Schweißzusatzwerkstoff für Schweißverbindungen solcher Apparate oder Apparateteile. In bevorzugter Weise sind die genannten Legierungen einsetzbar als Schweißzusatzwerkstoff und als Stahlguß für gegossene Apparate oder Apparateteile, wie Pumpen.
- Die Beständigkeit der erfindungsgemäß einsetzbaren Legierungen reicht bis zu Salpetersäurekonzentrationen von 75 %. In gleicher Weise ist eine hohe Beständigkeit gegen Mischsäure aus Schwefelsäure und Salpetersäure gegeben, wie sie beispielsweise zum Nitrieren aromatischer Verbindungen eingesetzt wird. Die Beständigkeit ist weiterhin gegeben für den Temperaturbereich vom Schmelzpunkt der Salpetersäure bis zu etwa 150°C, bevorzugt bis zu 130°C. Das heißt, daß eine Beständigkeit gegeben ist sowohl für die Salpetersäure in flüssiger Phase als auch für Salpetersäuredämpfe, etwa im Gasraum oberhalb eines auf entsprechende Temperaturen erhitzten salpetersäurehaltigen Gemisches,
- Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der oben genannten Legierungen als Schweißzusatzwerkstoff kann dieser für alle bekannten Verbindungs- und Auftragsschweißverfahren eingesetzt werden.
aus EP 0 200 862 A1 ist die Verwendung einer Fe-Cr-Ni-Mn-Legierung als Werkstoff für Gegenstände, die gegen Schwefelsäure einer Konzentration oberhalb von 96% beständig sind, bekannt, Diese Legierung zeichnet sich durch einen niedrigen Preis und durch einfache Handhabung aus. Es ist jedoch aus der Monographie Frank F. Berg, Korrosionsschaubilder, 2. Aufl, 1969, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf, bekannt, daß Korrosionsfestigkeiten gegenüber Schwefelsäure nicht auf Salpetersäure und auch nicht umgekehrt übertragen werden können. - Zur Handhabung von bis zu etwa 75 %igen Salpetersäuren wurden bisher vorwiegend austenitische Chrom-Nickel-(Molybdän, Kupfer)-Werkstoffe verwendet, beispielsweise Werkstoffe mit den Nummern 1.4306, 1.4335 oder 2,4858. Zum Verbindungsschweißen dieser Werkstoffe verwendete man entweder ähnlich zusammengesetzte oder überlegierte Schweißzusatzwerkstoffe. Die Zusatzwerkstoffe führen im allgemeinen zu einem vollaustenitischen Schweißgut, beispielsweise mit der Richtzusammensetzung 25 % Chrom, 22 % Nickel, 2,2 % Molybdän, 5 % Mangan und 0,15 % Stickstoff. Mußte aus Gründen der Heißrißsicherheit auf ein deltaferrithaltiges Schweißgut zurückgegriffen werden, war die Ausbildung eines zusammenhängenden Ferritnetzwerkes zu vermeiden. Mit einer solchen Netzbildung ist ab etwa 10 % Ferritflächenanteil zu rechnen.
- Überraschend wurde nun gefunden, daß auch bei größeren Ferritflächenanteilen eine hohe Salpetersäurebeständigkeit dann erzielt werden kann, wenn Legierungen der hier beschriebenen Art verwendet werden.
- Abgeschmolzenes Schweißgut der Zusammensetzung (Massenanteile in %)
0,033 C 0,14 Si 1,0 Mn 0,017 P 0,010 S 24,8 Cr 12,1 Ni 0,09 N Rest Fe
mit einem Deltaferritgehalt um 13,5 % wurde in siedender azeotroper Salpetersäure beansprucht. Die Prüfdauer betrug 50 Prüfabschnitte zu je 48 h. Es stellten sich flächenbezogene Massenverluste von im Mittel 0,19 g/(m².h) bei einer Tiefe des interkristallinen Angriffs von max. 40 µm ein. Durch Lösungsglühen (1050°C/20 min/Wasser) ließen sich die Massenverlustraten auf 0,08 bis 0,10 g/(m².h) reduzieren; die Tiefe des Korngrenzenangriffs lag nun bei lediglich max. 5 µm. Durch das Lösungsglühen wurde der Deltaferritanteil nicht meßbar verändert. - Analog Beispiel 1 wurde abgeschmolzenes Schweißgut der Zusammensetzung (Massenanteile in %)
0,022 C 1,05 Si 1,01 Mn 0,019 P 0,012 S 29,25 Cr 12,05 Ni 0,135 N Rest Fe
mit einem Deltaferritanteil von 24 bis 26 % hergestellt und im abgeschmolzenen Zustand sowie nach zusätzlichem Lösungsglühen (1060°C/15 min/Wasser) in siedender azeotroper Salpetersäure, wie in Beispiel 1 beschrieben, beansprucht. Es ergaben sich flachenbezogene Massenverlustraten von im Mittel 0,10 g/(m².h), die über die Prüfdauer hinweg praktisch konstant waren. Dieser Befund gilt sowohl für den geschweißten als auch für den lösungsgeglühten Zustand. In beiden Fällen war metallographisch kein interkristalliner Angriff zu erkennen; die Werkstoffproben hatten sich lediglich, der Abtragungsrate entsprechend, angerauht. Das Schweißgut wurde durch Abschmelzen einer umhüllten Stabelektrode, Kerndrahtdurchmesser 3,25 mm, hergestellt. - Aus 4 mm dicken Blechen aus den nichtrostenden austenischen Stählen X 1 CrNi 25 21 und X 1 NiCr 31 27 wurden mit Hilfe der im Beispiel 2 verwendeten umhüllten Stabelektrode, Kerndrahtdurchmesser 3,25 mm, Verbindungsschweißungen hergestellt. Diese Verbindungsschweißungen wurden 100 Tage lang ohne Zwischenwägungen in siedender azeotroper Salpetersäure beansprucht. Die Abtragungsraten belaufen sich auf 0,07 mm/a (X 1 CrNi 25 21) bzw. 0,05 mm/a (X 1 NiCr 31 27). Die Korngrenzen von Grundwerkstoff und Schweißgut waren lediglich angeätzt.
Claims (2)
- Verwendung von Legierungen mit den Massenanteilen
35,5-69 % Eisen,
27 -32 % Chrom,
10 -25 % Nickel,
0 - 4,5 % Molybdän,
≦ 1,05 % Silicium,
≦ 10 % Mangan und
≦ 0,5 % Stickstoff,
sowie den üblichen Begleitelementen, wie Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel, Kupfer, Kobalt, Aluminium, Vanadin, Titan, Tantal und/oder Niob, die ein austenitisch-ferritisches Gefüge mit einem Ferritflächenanteil oberhalb von 10 % aufweisen, als Werkstoff für Gegenstände, die gegen Salpetersäure bis zu einer Konzentration von etwa 75 Gew.-% im Temperaturbereich vom Schmelzpunkt der Salpetersäure bis zu 150°C beständig sind. - Verwendung einer Legierung gemäß Anspruch 1 als Schweißzusatzwerkstoff und als Stahlguß für Bauteile.
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| EP88118958A Expired - Lifetime EP0317864B1 (de) | 1987-11-25 | 1988-11-14 | Verwendung einer chromhaltigen Legierung |
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