EP0913491A1 - Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes aus einer Chromlegierung und dessen Verwendung - Google Patents
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Classifications
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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
- 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
-
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- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
Definitions
- the invention is based on a method for producing a workpiece made of a chrome alloy according to the preamble of the first claim.
- the invention also relates to the use of that produced by the process Workpiece.
- An alloy is known from EP 0 657 556 A1 with the composition: 32-37 % By weight chrome 28-36 % By weight nickel Max. 2nd % By weight manganese Max. 0.5 % By weight silicon Max. 0.1 % By weight aluminum Max. 0.03 % By weight carbon Max. 0.025 % By weight phosphorus Max. 0.01 % By weight sulfur Max. 2nd % By weight molybdenum Max. 1 % By weight copper 0.3 - 0.7 % By weight nitrogen Remainder iron and manufacturing-related admixtures and impurities.
- the alloy described in EP 0 657 556 A1 is manufactured by Krupp VDM sold under the name Nicrofer® 3033 - alloy 33.
- Krupp VDM, Nicrofer® 3033 - alloy 33, material sheet No. 4142, June 1995 edition describes that workpieces after 15% cold working should be subjected to heat treatment at temperatures from 1080 to 1150 ° C, preferably at 1120 ° C. To achieve optimal Corrosion properties are accelerated with after heat treatment Cool water. After the heat treatment, the workpieces have the low strengths described above.
- the invention has for its object in a method for manufacturing a workpiece made of a chrome alloy of the type mentioned Material with high strength, toughness, freedom from ferromagnetism and Freedom from susceptibility to stress corrosion cracking, both in water and in to create aqueous halide solutions.
- the workpiece is cold worked and brought to a yield strength of at least 1000 MPa (R p ⁇ 1000 MPa) by the cold working.
- the advantages of the invention can be seen, inter alia, in the fact that degrees of cold deformation (decrease in cross section due to cold deformation) of 20 percent and more, up to over 90 percent, bring about very excellent combinations of mechanical, physical and chemical properties. Yield strengths of 1000 MPa to well over 2000 MPa can still be achieved with good toughness (elongation at break of five to over ten percent). The result is a material of the highest strength that can meet the requirements of modern technology. Another advantage is the special physical and chemical properties that cannot be found with conventional materials of the same strength and corrosion resistance. The special physical properties of the material according to the invention are evident in the absence of ferromagnetism, which is a prerequisite for use as a cap ring material in turbogenerator construction. Due to its high stability of the face-centered cubic crystal lattice, the material according to the invention does not show any deformation martensite even after severe cold working and thus remains free of ferromagnetism.
- the present invention has provided a material which, owing to its excellent combination of mechanical strength and toughness, as well as corrosion resistance and its resistance to stress corrosion cracking and the absence of ferromagnetism, can be used specifically in the following fields of application: energy technology, offshore technology and oil drilling technology, air, and space, civil engineering, general mechanical engineering, chemical and petrochemical industry.
- the drawing shows the yield strength R p02 , the tensile strength R m and the elongation at break A 5 depending on the degree of cold deformation.
- the particularly preferred alloy ranges had the following composition: 32-37 % By weight chrome 28-36 % By weight nickel Max. 2nd % By weight manganese Max. 0.5 % By weight silicon Max. 0.1 % By weight aluminum Max. 0.03 % By weight carbon Max. 0.025 % By weight phosphorus Max. 0.01 % By weight sulfur 0.5 - 2 % By weight molybdenum 0.3 - 1 % By weight copper 0.3 - 0.7 % By weight nitrogen Remainder iron and manufacturing-related admixtures and impurities.
- the properties of the invention cold worked alloys are summarized in Table 1. Two comparison alloys are included in the table. It is about the alloys most used today worldwide for the alloy according to the invention Use as material for highly stressed generator rotor cap rings.
- the cold-formed alloy according to the invention is obviously distinguished by an unusually good combination of strength, ductility and toughness.
- the decisive superiority of the cold-formed chrome-based alloy is evident in the corrosion properties and resistance to stress corrosion cracking. It is known that the corrosion resistance of austenitic steels increases in proportion to the chromium, molybdenum and nitrogen content, corresponding to the empirical active sum% Cr + 3.3% Mo + 20% N. An effective total value of approximately 45 is achieved with the alloy according to the invention.
- the corrosion resistance is therefore at a level which is significantly higher than that of the steels used today for generator rotor cap rings with 18% Cr, 18% Mn, 0.6N or 18% Mn, 5% Cr, 0.55% C.
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Abstract
Description
32 - 37 | Gew.- % | Chrom |
28 - 36 | Gew.- % | Nickel |
max. 2 | Gew.- % | Mangan |
max. 0.5 | Gew.- % | Silizium |
max. 0.1 | Gew.- % | Aluminium |
max. 0.03 | Gew.- % | Kohlenstoff |
max. 0.025 | Gew.- % | Phosphor |
max. 0.01 | Gew.- % | Schwefel |
max. 2 | Gew.- % | Molybdän |
max. 1 | Gew.- % | Kupfer |
0.3 - 0.7 | Gew.- % | Stickstoff |
Rest Eisen sowie herstellungsbedingte Beimengungen und Verunreinigungen. |
Ein weiterer Vorteil sind die besonderen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die bei herkömmlichen Werkstoffen gleicher Festigkeit und gleicher Korrosionsbeständigkeit nicht zu finden sind. Die besonderen physikalischen Eigenschaften des erfindungsgemässen Werkstoffs zeigen sich wesentlich in der Abwesenheit von Ferromagnetismus, welche Voraussetzung für die Anwendung als Kappenringwerkstoff im Turbogeneratorenbau ist. Der erfindungsgemässe Werkstoff zeigt durch seine hohe Stabilität des kubisch-flächenzentrierten Kristallgitters auch nach starker Kaltverformung keinen Verformungsmartensit und bleibt somit frei von Ferromagnetismus.
Die vorliegende Erfindung hat mit dem genannten Verfahren einen Werkstoff bereitgestellt, der aufgrund seiner hervorragenden Kombination von mechanischer Festigkeit und Zähigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit und seines Widerstandes gegen Spannungsrisskorrosion sowie Abwesenheit von Ferromagnetismus spezifisch in folgenden Anwendungsgebieten eingesetzt werden kann: Energietechnik, Offshoretechnik und Ölbohrtechnik, Luft-, und Raumfahrt, Hoch- und Tiefbau, Allgemeiner Maschinenbau, Chemische und Petrochemische Industrie.
32 - 37 | Gew.- % | Chrom |
28 - 36 | Gew.- % | Nickel |
max. 2 | Gew.- % | Mangan |
max. 0.5 | Gew.- % | Silizium |
max. 0.1 | Gew.- % | Aluminium |
max. 0.03 | Gew.- % | Kohlenstoff |
max. 0.025 | Gew.- % | Phosphor |
max. 0.01 | Gew.- % | Schwefel |
max. 2 | Gew.- % | Molybdän |
max. 1 G | Gew.- % | Kupfer |
0.3 - 0.7 | Gew.- % | Stickstoff |
Rest Eisen sowie herstellungsbedingte Beimengungen und Verunreinigungen. |
32 - 37 | Gew.- % | Chrom |
28 - 36 | Gew.- % | Nickel |
max. 2 | Gew.- % | Mangan |
max. 0.5 | Gew.- % | Silizium |
max. 0.1 | Gew.- % | Aluminium |
max. 0.03 | Gew.- % | Kohlenstoff |
max. 0.025 | Gew.- % | Phosphor |
max. 0.01 | Gew.- % | Schwefel |
0.5 - 2 | Gew.- % | Molybdän |
0.3 - 1 | Gew.- % | Kupfer |
0.3 - 0.7 | Gew.- % | Stickstoff |
Rest Eisen sowie herstellungsbedingte Beimengungen und Verunreinigungen. |
32.9 | Gew.-% | Chrom |
30.9 | Gew.-% | Nickel |
0.64 | Gew.-% | Mangan |
0.31 | Gew.-% | Silizium |
0.01 | Gew.-% | Kohlenstoff |
0.01 | Gew.-% | Phosphor |
1.67 | Gew.-% | Molybdän |
0.58 | Gew.-% | Kupfer |
0.39 | Gew.-% | Stickstoff |
Legierung | Kaltverformungsgrad [%] | Streckgrenze Rp0.2[MPa] | Zugfestigkeit Rm [MPa] | Bruchdehnung A5[%] | Kerbschlagarbeit AV[J] |
Gemäss | 0 | 466 | 848 | 65 | >300 |
Beispiel 2 | 25 | 1015 | 1140 | 25 | 218 |
35 | 1110 | 1210 | 22 | 170 | |
18Cr,18Mn | 0 | 500 | 850 | 65 | 270 |
0.6N | 25 | 1040 | 1160 | 26 | 185 |
35 | 1170 | 1250 | 22 | 150 | |
18Mn,5Cr | 0 | 460 | 850 | 65 | 200 |
0.55C | 25 | 850 | 1150 | 35 | 85 |
35 | 1050 | 1220 | 28 | 60 |
Claims (10)
- Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes aus einer Chromlegierung, bestehend aus:
32 - 37 Gew.- % Chrom, 28 - 36 Gew.- % Nickel, max. 2 Gew.- % Mangan, max. 0.5 Gew.- % Silizium, max. 0.1 Gew.- % Aluminium, max. 0.03 Gew.- % Kohlenstoff, max. 0.025 Gew.- % Phosphor, max. 0.01 Gew.- % Schwefel, max. 2 Gew.- % Molybdän, max. 1 Gew.- % Kupfer, 0.3 - 0.7 Gew.- % Stickstoff, Rest Eisen sowie herstellungsbedingte Beimengungen und Verunreinigungen,
dass das Werkstück kaltverformt und durch die Kaltverformung auf eine Streckgrenze von mindestens 1000 MPa (Rp ≥ 1000 MPa) gebracht wird. - Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes aus einer Chromlegierung, bestehend aus:
32 - 37 Gew.- % Chrom, 28 - 36 Gew.- % Nickel, max. 2 Gew.- % Mangan, max. 0.5 Gew.- % Silizium, max. 0.1 Gew.- % Aluminium, max. 0.03 Gew.- % Kohlenstoff, max. 0.025 Gew.- % Phosphor, max. 0.01 Gew.- % Schwefel, 0.5 - 2 Gew.- % Molybdän, 0.3 - 1 Gew.- % Kupfer, 0.3 - 0.7 Gew.- % Stickstoff, Rest Eisen sowie herstellungsbedingte Beimengungen und Verunreinigungen,
dass das Werkstück kaltverformt und durch die Kaltverformung auf eine Streckgrenze von mindestens 1000 MPa (Rp ≥ 1000 MPa) gebracht wird. - Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Kaltverformungsgrad mindestens 20% beträgt. - Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Werkstückes für Generator / Rotor Kappenringe.
- Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Werkstückes in der Offshore und Ölbohrtechnik für Ventile, Rohrleitungen, Verbindungselemente und Schwerstangen.
- Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Werkstückes in der Luft- und Raumfahrttechnik für lasttragende Bauteile sowie für Verbindungselemente, insbesondere Schrauben, Bolzen und Nieten.
- Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Werkstückes im Hoch- und Tiefbau für Verbindungselemente wie Nägel, Nieten, Schrauben Dübel sowie für Zugseile, Felsanker, Befestigungselemente an Fassaden, Fassadenverankerungen, Tunnels, Brücken, Dächern einschliesslich Dachaufhängungen für Schwimmbäder, sowie für Vorspannkabel, Spannschlösser, Ankerplatten, Gelenke, Leitplankenverankerungen, Tragkonstruktionen, Armierungen und für tragende Elemente im Stahlbau.
- Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Werkstückes im allgemeinen Maschinenbau und in der chemischen und petrochemischen Industrie, wo hochfeste Bauteile unter mechanischen Spannungen mit spannungsrisskorrosiven Medien beaufschlagt sind.
- Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Werkstückes für Bauteile in der Verkehrstechnik zu Wasser und zu Lande, in amphischen Fahrzeugen, in Trag- und Leitsystemen die zugleich mechanische Belastungen und aggressive Umgebungen ertragen müssen.
- Verwendung des nach einem der Ansprüche 1 bis 3 hergestellten Werkstückes in Sport- und Freizeitgeräten, einschliesslich Schiffbau und Taucherausrüstungen.
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