EP2480695A1 - Method for producing an iron-chromium alloy - Google Patents

Method for producing an iron-chromium alloy

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EP2480695A1
EP2480695A1 EP10760237A EP10760237A EP2480695A1 EP 2480695 A1 EP2480695 A1 EP 2480695A1 EP 10760237 A EP10760237 A EP 10760237A EP 10760237 A EP10760237 A EP 10760237A EP 2480695 A1 EP2480695 A1 EP 2480695A1
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EP
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alloy
containing particles
max
air
inert gas
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EP10760237A
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Heike Hattendorf
Osman Ibas
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VDM Metals International GmbH
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ThyssenKrupp VDM GmbH
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Publication date
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Publication of EP2480695B1 publication Critical patent/EP2480695B1/en
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Definitions

  • the invention relates to a molten metallurgically produced ferritic iron-chromium alloy.
  • DE 100 25 108 A1 discloses a high-temperature material comprising a chromium oxide-forming iron alloy with up to 2% by weight of at least one oxygen-affine element from the group Y, Ce, Zr, Hf and Al, up to 2% by weight of one Elements M from the group Mn, Ni and Co, which forms with chromium oxide at high temperatures a spinel phase of the type MCr 2 O 4 , up to 2 wt .-% of another element from the group Ti, Hf, Sr, Ca and Zr, which increases the electrical conductivity of Cr-based oxides.
  • the chromium content should be present in a concentration range between 12 and 28%. Areas of application for this high-temperature material are bipolar plates in a high-temperature fuel cell.
  • EP 1 298 228 A1 relates to a steel for a high-temperature fuel cell having the following composition: not more than 0.2% C, not more than 1% Si, not more than 1% Mn, not more than 2% Ni, 15-30% Cr, not more than 1% Al, not more than 0.5% Y, not more than 0.2% SE and not more than 1% Zr, balance iron and manufacturing impurities.
  • DE 10 2006 007 598 A1 discloses a creep-resistant ferritic steel comprising precipitations of an intermetallic phase of the Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 type with at least one metallic alloying element M, which passes through the elements Niobium, molybdenum, tungsten or tantalum may be formed can.
  • the steel should preferably be used for a bipolar plate in a fuel cell stack.
  • EP 1 536 031 A1 has disclosed a metallic material for fuel cells, comprising C ⁇ 0.2%, 0.02 to 1% Si, ⁇ 2% Mn, 10 to 40% Cr, 0.03 to 5% Mo , 0, 1 to 3% Nb, at least one of the elements from the group Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sn, Zr and Hf ⁇ 1%, balance iron and unavoidable impurities, the composition of the following equation should satisfy: 0, 1 -S Mo / Nb ⁇ 30.
  • EP 1 882 756 A1 describes a ferritic chrome steel, in particular usable in fuel cells.
  • the chromium steel has the following composition: C max. 0.1%, Si 0.1-1%, Mn max. 0.6%, Cr 15-25%, Ni max. 2%, Mo 0.5-2%, Nb 0.2-1.5%, Ti max. 0.5%, Zr max. 0.5%, SE max. 0.3%, AI max. 0, 1%, N max. 0.07%, remainder Fe and impurities caused by melting, the content of Zr + Ti being at least 0.2%.
  • the alloys listed in DE 10 2006 007 598 A1, EP 1 536 031 A1 and EP 1 882 756 A1 are optimized for use as interconnector plate for the high-temperature fuel cell: they have improved by using a ferritic alloy with 10 to 40% Chromium an expansion coefficient adapted to the ceramic components anode and electrolyte as far as possible.
  • the requirements of the reformer and the heat exchanger for the high-temperature fuel cell are as good as possible creep resistance, a very good corrosion resistance and low chromium evaporation.
  • the oxide does not have to be conductive for these components.
  • the requirements for components for example, for the exhaust system of an internal combustion engine or for steam boilers, superheated, turbines, and other parts of a power plant are the best possible creep resistance, a very good corrosion resistance.
  • the chromium evaporation does not produce any poisoning phenomena here, as in the fuel cell, and the protective oxide does not have to be conductive for such components.
  • the excellent corrosion resistance is achieved by forming a chromium oxide topcoat. Due to the fact that a spinel with Mn, Ni, Co or Cu is additionally formed on the chromium oxide topcoat, less volatile chromium oxides or chromium oxyhydroxides form, which poison the cathode.
  • a sample is subjected to a constant static tension at a constant temperature. For reasons of comparability, this tensile force is given as the initial tensile stress in relation to the initial sample cross-section.
  • the time to break t ß - the break time - the sample is measured. The test can then be carried out without strain measurement on the sample during the test. The elongation at break is then measured after the end of the experiment.
  • the sample is installed in the creeping machine at room temperature and heated to the desired temperature with no tensile force. After reaching the test temperature, the sample is held for one hour without temperature load for temperature compensation. Thereafter, the sample is loaded with the tensile force and the test time begins.
  • the break time can be taken as a measure of the creep resistance. The greater the break time at a given temperature and initial tensile stress, the more creep resistant the material is. Breaking time and creep resistance decrease with increasing temperature and increasing initial tensile stress (see eg "Bürgel" page 100)
  • the deformability is determined in a tensile test according to DIN 50145 at room temperature.
  • the yield strength R p o , 2, the tensile strength RM and the elongation to breakage are determined.
  • the elongation A is determined on the fractional sample from the extension of the original measurement distance l_o:
  • the elongation at break is provided with indices:
  • the amount of elongation A in the tensile test at room temperature can be taken as a measure of the deformability.
  • the Laves phase (s) or the Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides can be visualized on a metallographic grinding by etching with V2A pickling or electrolytic etching with oxalic acid do.
  • V2A pickling When etching with V2A pickling, the grains or grain boundaries are additionally visibly etched. When viewed in a light microscope, only particles of a size of approximately 0.5 ⁇ m are visible. Smaller ones can not be recognized, but they do exist. Therefore, metallography is only used as a supporting explanation Effectiveness of a measure is conveniently evaluated by break time or creep strength.
  • the task is to improve the creep resistance of the precipitation-hardened iron-chromium alloy
  • the invention has for its object to provide a method for producing a precipitation hardened iron-chromium alloy component, by means of which, while maintaining an acceptable deformability at room temperature, the high heat resistance or Creep resistance of a precipitation-hardened ferritic alloy over the prior art further increase.
  • thermomechanically treated consisting of an iron-chromium alloy component / semi-finished is to be provided, which can be used to achieve a high heat resistance or creep resistance, while maintaining an acceptable ductility at room temperature.
  • This object is achieved on the one hand by a method for producing a component, of a Laves phase and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides ausscheidenden, iron-chromium alloy in that a semi-finished product made of the alloy is subjected to a thermomechanical treatment, wherein in a first step the alloy is solution annealed at temperatures> the solution annealing temperature, followed by cooling in inert gas or air, inert (blown) inert gas or air or in water, in a second step, a mechanical deformation of the semifinished product in the range of 0.05 to 99% is carried out and in a subsequent step Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides are selectively and finely distributed thereby excreted, that the manufactured from the formed semi-finished component du a heating with from
  • this object is achieved by a method for producing a component, iron-chromium alloy leaving a Laves phase and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides in that a semi-finished product made from the alloy is subjected to a thermomechanical treatment, wherein in a first step the alloy is solution annealed at temperatures> above the solution annealing temperature, followed by cooling in inert gas or air, agitated (blown) inert gas or air or in water, in a second step mechanical deformation of the semifinished product in the range 0.05 to 99% and in a subsequent step Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides targeted and be finely distributed by the fact that the formed semi-finished product for a time between t m j n and t max is subjected to
  • thermo-mechanical treatment has a deformed microstructure such that Laves phase (s) are incorporated in finely divided form into the microstructural dislocations of the microstructure, wherein in a creep test with e.g. 35 MPa at 750 ° C and at an elongation of at least 18% a fracture time is set in the microstructure, which exceeds the fracture time of a coarse-grained, fully recrystallized microstructure by a factor of at least 1, 5.
  • the temperatures for the creep test preferably being in the range between 500 and 1000 ° C.
  • a semifinished product is made from a
  • thermomechanically Alloy of the following composition (in% by weight) treated thermomechanically:
  • the method according to the invention makes it possible to produce semi-finished products in the form of sheets, strips, rods, forgings, pipes or wire and to manufacture components in a wide variety of shapes required for the respective application.
  • the solution annealing temperature preferably> 1050 ° C for more than 6 minutes, respectively> 1060 ° C for more than 1 minute, followed by cooling in inert gas or air, moving (blown ) Inert gas or air or in water at the initial state before deformation in the semi-finished product only few or no Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 and / or Fe-containing particles and / or Cr containing particles or Si-containing particles and / or carbides are present in the alloy.
  • the deformation of the semifinished product can be done by hot working. Alternatively, however, the deformation can also be brought about by cold working.
  • the semi-finished product with a starting temperature> 1070 ° C hot formed the last 0.05 to 95% of mechanical deformation between 1000 ° and 500 ° C are applied, advantageously the last 0.5 to 90% between 1000X and 500 ° C.
  • the degree of cold working of the semifinished product is 0.05 to 99%, advantageously 0.05 to 95% or 0.05 to 90%.
  • the mechanical deformation of the semifinished product be 20 to 99% and thereafter the formed semi-finished product for a period between t m i n and t max a
  • alloy already mentioned is to be used as an interconnector for a solid oxide fuel cell, a content of 0.001-0.5% aluminum is advantageous.
  • a content of 2 to 6% aluminum is advantageous, since then can form a closed aluminum oxide, compared to a chromium oxide layer again a much lower growth rate and in addition still has lower Chromoxidabdampfung than a chromium-manganese spinel.
  • both variants can be considered. It should be remembered in particular that with increasing aluminum content, the processability and weldability of the alloy deteriorates, resulting in higher costs. Therefore, if an oxide layer consisting of a chromium oxide and a chromium-manganese spinel, a sufficient oxidation resistance by use of 0.001 - 0.5% aluminum can be guaranteed. If a higher oxidation resistance is required, as is ensured, for example, by the formation of an aluminum oxide layer, a content of 2.0-6.0% aluminum is advantageous.
  • These two alloy variants can be used for example as components for the exhaust system of an internal combustion engine or for steam boilers, superheated, turbines and other parts of a power plant.
  • a preferred aluminum range is in particular the range of 2.5% to 5.0%, which is still characterized by good processability.
  • the contents of the additional elements which can be introduced in the alloy can be set as follows: Mg 0.0001 to 0.05%, Ca 0.0001 to 0.03%, P 0.002 to 0.03%.
  • the alloy (in% by weight) of one or more of the elements Ce, La, Pr, Ne, Sc, Y, Zr or Hf may contain, in contents, 0.02-0.3%.
  • the alloy (in% by weight) of one or more of the elements Ce, Pr, Ne, Sc, Y, Zr or Hf may contain in amounts 0.02-0.2%.
  • the Nb content is 0.3 to 1.0% and the Si content is 0.15 to 0.5%.
  • the element tungsten may be wholly or partly replaced by at least one of the elements Mo or Ta.
  • the alloy can also max. 0.2% V and / or max. 0.005% S included.
  • the oxygen content should not be greater than 0.01%.
  • the alloy can also max. Containing 0.003% boron.
  • the alloy should each have a maximum of 0.01% of the following elements: Zn, Sn, Pb, Se, Te, Bi, Sb.
  • Components / semi-finished products which consist on the one hand of the mentioned alloy composition and on the other hand produced by the method according to the invention can preferably be used as an interconnector in a fuel cell or as a material in a component, such as a reformer or a heat exchanger in an auxiliary unit of the fuel cell.
  • the component / semifinished product produced by the method according to the invention, or the alloy itself is also possible to use as a component in the exhaust system of an internal combustion engine or for steam boilers, superheaters, turbines and other parts of a power plant or in the chemical process industry.
  • the first step of a Laves phase and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides ausschußenden iron-chromium alloy in the thermomechanical treatment must be an annealing above the solution annealing temperature in order that the Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides are brought into solution and are available for precipitation for the subsequent thermomechanical treatment.
  • the solution annealing temperature is alloy-dependent, but is preferably above 1050 ° C for more than 6 minutes, or above 1060 ° C for more than 1 minute, followed by quenching in inert gas or air, moving (blown) inert gas, or Air or in water.
  • the exact temperature control above this solution annealing temperature is not decisive for the properties.
  • the annealing can be done in air or under inert gas. It should be below the melting temperature, preferably ⁇ 1350 ° C. For reasons of cost, the annealing times should preferably be ⁇ 24 hours, but may also be longer depending on the performance.
  • the solution annealing is followed by cooling in inert gas or air, moving (blown) inert gas or air or in water, in which only a small Laves phase forms new.
  • an increased dislocation density must be introduced into the material.
  • Increased dislocation densities have reshaped structures or recovered microstructures, where the dislocations are located in small-angle grain boundaries.
  • the second step must therefore be a forming so that the dislocations are introduced into the material, which then in the subsequent annealing for a uniform distribution of Laves phases and / or Fe-haitigen particles and / or Cr-containing particles and / or Si -containing particles and / or carbides provide.
  • This deformation can be a cold forming, but also a hot forming, whereby the hot working must ensure that the structure is not fully recrystallized during rolling. This is done by limiting the deformation range for the last forming and the temperature at which it takes place. In the case of deformations above 1000 ° C., the material already tends to recrystallise or recover during the deformation, so that the transformation must preferably take place below 1000 ° C. At temperatures below 500 ° C are in the range occurring in ferrites 475 ° C embrittlement. There it has a lower elongation and an increased resistance to deformation, which makes a transformation less advantageous and reduces the efficiency.
  • One way of introducing the Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides into the formed material is to produce the required components from the semifinished product and then To bring the manufactured component by heating with from 0.1 ° C / min to 1000 ° C / min to the application temperature between 550 ° C and 1000 ° C.
  • the Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides are excreted finely distributed in the microstructure.
  • the fine distribution is produced by nucleation in the lower temperature range, followed by some growth of the nuclei at the higher temperatures. Therefore, the heating rate must not be faster than 1000 ° C / min, otherwise the time for this process is too low. Heating rates less than 0.1 ° C / minute are uneconomical.
  • a second possibility is a separate heat treatment of the material.
  • the formed semifinished product / component is subjected to a heat treatment in the temperature range between 550 ° and 1060 ° C. under protective gas or air for a period between t m j n and t ma x, followed by cooling in inert gas or air, agitated (blown ) Inert gas or air or in water or for heat treatments up to 800 ° C in the oven, wherein
  • the desired component can be manufactured before or after this heat treatment.
  • Times shorter than t m i n are insufficient to form the Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides.
  • t max there is the danger of an excessive coarsening of the precipitates, as a result of which the particles can no longer noticeably contribute to creep resistance.
  • tmax in the upper temperature range of 550 ° C and 1060 ° C, there is the possibility that a recovered microstructure may arise, which may still be effective. However, as the recovery proceeds, the dislocation density is further reduced, so that the distribution of the precipitates becomes increasingly uneven and the positive effect on creep resistance finally disappears.
  • times above t max are additionally uneconomical.
  • the annealing can take place under protective gas (argon, hydrogen and similar atmospheres with reduced oxygen partial pressure).
  • protective gas argon, hydrogen and similar atmospheres with reduced oxygen partial pressure.
  • the cooling takes place for economic reasons in inert gas or air, moving (blown) inert gas or air or in water, especially for temperatures above 800 ° C, a furnace cooling should be avoided, at temperatures ⁇ 800 ° C, this is also possible.
  • the chromium content determines the oxidation resistance and the thermal expansion coefficient of the material.
  • the oxidation resistance of the material is based on the formation of a closed chromium oxide layer. Below 12%, especially at higher operating temperatures, iron-containing oxides are increasingly formed which impair the oxidation resistance.
  • the chromium content is therefore set to> 12%. Above 30% of chromium, the workability of the material and its usability by increased formation of embrittling phases, in particular the sigma phase, impaired.
  • the chromium content is therefore limited to ⁇ 30%. As the chromium content increases, the expansion coefficient decreases.
  • the coefficient of expansion can thus be set in a range which matches the ceramics in the fuel cell.
  • These are chromium contents around 22 to 23%.
  • this restriction does not exist.
  • manganese causes the formation of a chromium-manganese spinel on the chromium oxide layer that forms on the material for lower aluminum contents of less than 2%.
  • This chromium manganese spinel reduces chromium evaporation and improves contact resistance. It is necessary for at least a manganese content of 0.001%. More than 2.5% manganese affects the oxidation resistance by forming a very thick chromium-manganese spinel layer.
  • Niobium, molybdenum, tungsten or tantalum may be involved in the formation of precipitates in iron-containing alloys, such as carbides and / or M in the Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 , Molybdenum, tungsten or tantalum are also good mixed crystal hardeners and thus contribute to the improvement of creep resistance.
  • the lower limit is determined in each case by the fact that a certain amount must be present in order to be effective; the upper limit is determined by the processability.
  • the preferred range of Nb is 0.1-2%
  • W can also be completely or partially replaced by Mo and Ta: 0.1 - 5%
  • Silicon may be involved in the formation of precipitates in iron-containing alloys, for example in the Laves phase Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6. It ensures the increased precipitation and stability of these Laves phases and thus contributes to creep resistance. When the Laves phase is formed, it becomes complete tied into these. Thus, the formation of a silicon oxide layer below the chromium oxide layer no longer occurs. At the same time, the incorporation of M into the oxide layer is reduced, thereby preventing the negative influence of M on the oxidation resistance. At least 0.05% Si must be present for the desired effect to occur. If the content of Si is too large, the negative effect of Si may occur again. The Si content is therefore limited to 1%.
  • Aluminum deteriorates the oxidation resistance at levels below 1% because it leads to internal oxidation.
  • an aluminum content greater than 1% leads to the formation of an aluminum oxide layer below the chromium oxide layer, which is not electrically conductive and thus reduces the contact resistance. Therefore, the aluminum content is limited to 0.5% when a chromium oxide generator is desired or its oxidation resistance is sufficient.
  • An example of this is e.g. for use as interconnector plate.
  • a certain aluminum content of at least 0.001% is necessary for deoxidizing the melt.
  • the alloy can form a closed aluminum oxide layer by a content of aluminum of at least 2% (DE 101 20 561). Aluminum contents above 6.0% lead to processing problems and thus to increased costs
  • the carbon content should be ⁇ 0.1%, so as not to affect the processability. However, it should be> 0.002% for an effect to occur.
  • the nitrogen content should not exceed 0.1% in order to avoid the formation of processability deteriorating nitrides. It should be greater than 0.002% to ensure the workability of the material.
  • the levels of sulfur should be as low as possible, since this surfactant affects the oxidation resistance. It will therefore max. 0.01% S set.
  • Oxygen-affinity elements such as Ce, La, Pr, Ne, Sc, Y, Zr, Hf improve oxidation resistance by reducing oxide growth and improving adhesion of the oxide layer. It is useful to have a minimum content of 0.02% of one or more of Ce, La, Pr, Ne, Sc, Y, Zr, Hf to obtain the oxidation resistance-enhancing effect of Y.
  • the upper limit is set for cost reasons at 0.3 wt .-%.
  • Titanium like any oxygen-affine element, is incorporated into the oxide layer during oxidation. In addition, it still causes internal oxidation. However, the resulting oxides are so small and finely divided that they cause a hardening of the surface and thus prevent bulging of the oxide layer and the inclusion of metallic areas during the oxidation (see DE 10 2006 007 598 A1). These bulges are unfavorable because the resulting cracks cause an increase in the oxidation rate. Thus, Ti contributes to the improvement of the oxidation resistance. For Ti content to be effective, at least 0.01% Ti must be present, but not more than 0.5%, since this no longer improves the effect, but increases the cost.
  • the content of phosphorus should be less than 0.030% since this surfactant affects the oxidation resistance. A too low P content increases the costs. The P content is therefore> 0.002%.
  • the contents of magnesium and calcium are set in the spread range of 0.0001 to 0.05 wt .-%, respectively 0.0001 to 0.03 wt .-%.
  • Table 1 shows the analyzes of the batches used for the following examples. These charges were melted in an electric arc furnace in an amount of about 30 t, then poured into a pan and subjected to a decarburization and deoxidation treatment and a vacuum treatment in a VOD plant and cast into blocks. These were then hot rolled and cold rolled with intermediate annealing, depending on the final thickness. After hot rolling, the oxide layer was removed by pickling
  • a material with an analysis as given in Table 1 precipitates mainly Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 and in significantly reduced amounts of carbides.
  • material from the charge 161061 shown in Table 1 was hot rolled after a solution annealing above 1070 ° C for a period of more than 7 minutes followed by cooling in still air to 12 mm thick sheet, the mechanical working with a starting temperature> 1070X was started and the last 78% of mechanical deformation between 500 ° C and 1000 ° C were applied by rolling.
  • Figure 1 shows the typical appearance of such a deformed structure.
  • the etched sections by means of electrolytic etching with oxalic acid, it can be clearly seen that only a few Laves phases have been excreted microscopically.
  • Figure 2 After annealing the material thus formed at 1075 ° C for 20 minutes with cooling in still air, we obtain a microstructure with only a few precipitates of Laves phase and a grain size of about 137 pm (Figure 2), which is a typical coarse grained Structure is.
  • the hot rolled material which is equivalent to a pre-forming, prepared a sample for a creep test as a simulation for a component and then heated at about 60 ° C / minute to an application temperature of 750 ° C and then a creep test with a Surprisingly, the sample tears only after 255 hours at an elongation A of 29%, which means an increase in the time to breakage by 20 times the initial stress of 35 MPa at a temperature of 750 ° C.
  • the production of the component is very easy, since the hot formed state, as described above, in the tensile test at room temperature has an elongation of 19%, which is a good value and makes the material easy to process.
  • the structure Up to 850 ° C (the maximum of the break time), the structure has the typical appearance of a deformed structure. From about 900 ° C, a clear recovery can be seen, but this means that the dislocation density compared to a globular recrystallized structure is still increased. In a recovered structure, the dislocations have partially rearranged into small-angle grain boundaries. It has a similar effect as a pre-forming. In the etched with electrolytic etching with oxalic acid grindings can be clearly seen that from about 750 ° C the Laves phase is excreted microscopically visible, being excreted up to 850 ° C (the maximum of the fracture time) more dense and uniform.
  • the sheet annealed for 20 minutes at all temperatures between 600 ° C and 950 ° C has an elongation of at least 13%, which is still considered to be satisfactory for a ferritic alloy and makes the material processable.
  • the elongation is lowest in the range of 700 ° C to 800 ° C and improves in each case to the lower or higher annealing temperatures, because at the lower temperatures, although Laves phase has been eliminated, which is microscopically not yet visible and thus has a lower volume fraction, but is very finely distributed.
  • a larger volume fraction is eliminated, but a bit coarser and recognizable on the small-angle grain boundaries and grain boundaries.
  • the break time is also only 10.4 hours.
  • the annealing time of 20 minutes at temperatures between 600 ° C and 950 ° C are in the range of the invention between t m j n and t max .
  • the break time according to the invention was significantly increased by more than a factor of 7 compared to the coarse-grained, globular recrystallized state of Example 1, which is produced after annealing at 1075 ° C. for 20 minutes followed by quenching in still air.
  • material from the batch 161061 indicated in Table 1 was hot rolled to a 12 mm thick sheet after a solution annealing of more than 1070 ° C for a period of more than 7 minutes followed by quiescent air cooling, forming with a starting temperature> 1070 ° C was started and the last 60% of mechanical deformation between 1000 ° C and 500 ° C are applied by rolling. If the sheet metal shaped in this way is then calcined in the continuous furnace at 920 ° C. for 28 minutes in air and cooled in still air, a tensile test sample made from this material has a creep test with an initial stress of 35 MPa at a temperature of 750 ° C.
  • the sheet thus treated has a very good elongation of 18%, a yield strength of 475 MPa, and a tensile strength of 655 MPa (see Table 4), which makes the material readily reshapeable.
  • material from lot 161061 and lot 161995 is after a solution anneal of more than 1070 ° C for a period of more than 7 minutes, followed by cooling in blown inert gas and hot rolling, and removing the oxide layer to a 1.5 mm thick sheet cold rolled, with a cold working of 53% was applied. This was followed by annealing at 1050 ° C. for 3.4 minutes under protective gas in a continuous furnace with subsequent cooling in the cold inert gas stream.
  • Both Lot 161061 ( Figure 5) and Lot 161995 show a recovered texture with elongated grains ( Figure 7) and excretion of Laves phase, albeit much less than Figure 4.
  • Tables 5a and 5b show the results of creep tests and tensile tests at room temperature. After annealing at 1050 ° C for 3.4 minutes, Batch 161061 in a creep test at 750 ° C with an initial load of 35 MPa has a break time of 25.9 hours at an elongation A of 50%, after additional annealing at 1050 ° C for 20 minutes, the very coarse grain produces a one-third break time of 7.9 hours at an elongation A of 83%.
  • material from batch 161061 was hot rolled after a solution annealing above 1070 ° C for a period of more than 7 minutes followed by quiescent air cooling to 12 mm thick sheet, forming with a starting temperature> 1070 ° C was started and the last 70% of mechanical deformation was rolled between 1000 ° C and 500 ° C.
  • the sample travels already after 104 hours, at an elongation A of 72.6%, ie a considerably shorter time than after the solution annealing of 1075 ⁇ for 22 minutes , If one carries out the creep test with 60 MPa, then tears the sample after 6.3 hours, at an elongation A of 63%, ie also after a much shorter time than after the solution annealing of 1075 ° C for 22 minutes.
  • Example 2 with the hot rolled material of Example 1 anneals between 750 ° C and 1000 ° C for 20 min and for some temperatures also 120 min, 240 min, 480 min, 960 min, 1440 min and 5760 min, (for t min and t ma x according to Equation 1 and 2, see Table 7) in air, followed by cooling in still air carried out.
  • samples were prepared from the sheets, and then the creep test was carried out at a tension of 40 MPa at 750 ° C as described above.
  • the higher voltage compared to Example 2 was chosen to shorten the experimental time.
  • the aim was to determine the heat treatment times suitable for the annealing. The results are summarized in Table 7.
  • an at least 10-fold increased break time of more than 100 hours is achieved at an elongation A of greater than 27%.
  • the highest break time for annealing with 20 minutes is achieved at 850 ° C with 296 hours.
  • the highest break time for 120 minute anneals is achieved at 800 ° C with 227 hours.
  • the highest break time for the 240 minute anneals is achieved at 750 ° C for 182 hours, with no value for 700 ° C.
  • the highest break time for the 480 minute anneals is achieved at 800 ° C with 169 hours.
  • For 960 minutes only a break time of 750 ° C would be determined, with a value of 139 hours at an elongation of 24.2%.
  • the sheet tempered for 20 minutes at each temperature has an elongation of at least 13% between 600 ° C and 900 ° C as in Example 2, which is still considered to be satisfactory for a ferritic alloy and makes the material processable.
  • a sample for a creep test is produced as a simulation for a component from the material converted to 1050 ° C / 2.8 min. Heated to an application temperature of 750 ° C and then subjected to a creep test with an initial stress of 35 MPa at a temperature of 750 ° C, so the elongation at break decreases with conversions between 5 and 40% on values around the 10 hours Elongation at break greater than 45%.
  • a sample for a creep test is produced from the material formed after 1050 ° C. for 10 minutes as a simulation for a component and then heated to an application temperature of 750 ° C. at about 60 ° C./minute and then a creep test with an initial stress of 35 MPa is carried out at a temperature of 750 ° C, the elongation at break during forming increases between 2.9 and 40% to values between 49 and 137 hours, which means an increase in the breaking time compared to that after 1050 ° C / 2.8 min Material by more than a factor of 4, with a maximum occurs at 10% and the elongation at break between 18.9 and 60%.
  • Table 1 Composition of the investigated alloy (all data in wt.
  • Example 1 Room temperature tensile tests for hot rolling and heat treatments in Example 1 for a 12 mm thick sheet.
  • R Reference according to the prior art
  • E According to the invention
  • Figure 8 Microstructure of batch 161995 in Example 5 after annealing at

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Abstract

The invention relates to a method for producing a component, made of an iron-chromium alloy that precipitates Laves phases and/or particles containing Fe and/or particles containing Cr and/or particles containing Si and/or carbides, by subjecting a semi-finished product made of the alloy to a thermomechanical treatment, wherein in a first step, the alloy is solution heat treated at temperatures ≥ the solution heat treatment temperature and it subsequently quenched in stationary protective gas or air, moving (blown) protective gas or air, or water. In a second step, a mechanical forming of the semi-finished product in a range from 0.05 to 99% is performed, and in a subsequent step, Laves phases Fe2(M, Si) or Fe7(M, Si)6 and/or particles containing Fe and/or particles containing Cr and/or particles containing Si and/or carbides are precipitated in a specific and finely distributed manner in that the component produced from the formed semi-finished product is brought to an application temperature between 550 °C and 1000 °C by means of heating at 0.1 °C/min to 1000 °C/min.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Eisen-Chrom-Legierung  Process for producing an iron-chromium alloy
Die Erfindung betrifft eine schmelzmetallurgisch hergestellte ferritische Eisen- Chrom-Legierung. The invention relates to a molten metallurgically produced ferritic iron-chromium alloy.
Der DE 100 25 108 A1 ist ein Hochtemperaturwerkstoff zu entnehmen, umfassend eine Chromoxid bildende Eisenlegierung mit bis zu 2 Gew.-% wenigstens eines sauerstoffaffinen Elements aus der Gruppe Y, Ce, Zr, Hf und AI, bis zu 2 Gew.-% eines Elements M aus der Gruppe Mn, Ni und Co, welches mit Chromoxid bei hohen Temperaturen eine Spinellphase vom Typ MCr2O4 bildet, bis zu 2 Gew.-% eines weiteren Elements aus der Gruppe Ti, Hf, Sr, Ca und Zr, welches die elektrische Leitfähigkeit von Oxiden auf Cr-Basis erhöht. Der Chromgehalt soll in einem Konzentrationsbereich zwischen 12 und 28 % vorliegen. Einsatzgebiete für diesen Hochtemperaturwerkstoff sind bipolare Platten in einer Hochtemperatur- Brennstoffzelle. DE 100 25 108 A1 discloses a high-temperature material comprising a chromium oxide-forming iron alloy with up to 2% by weight of at least one oxygen-affine element from the group Y, Ce, Zr, Hf and Al, up to 2% by weight of one Elements M from the group Mn, Ni and Co, which forms with chromium oxide at high temperatures a spinel phase of the type MCr 2 O 4 , up to 2 wt .-% of another element from the group Ti, Hf, Sr, Ca and Zr, which increases the electrical conductivity of Cr-based oxides. The chromium content should be present in a concentration range between 12 and 28%. Areas of application for this high-temperature material are bipolar plates in a high-temperature fuel cell.
Die EP 1 298 228 A1 betrifft einen Stahl für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle, der folgende Zusammensetzung aufweist: nicht mehr als 0,2 % C, nicht mehr als 1 % Si, nicht mehr als 1 % Mn, nicht mehr als 2 % Ni, 15 - 30 % Cr, nicht mehr als 1 % AI, nicht mehr als 0,5 % Y, nicht mehr als 0,2 % SE und nicht mehr als 1 % Zr, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen. EP 1 298 228 A1 relates to a steel for a high-temperature fuel cell having the following composition: not more than 0.2% C, not more than 1% Si, not more than 1% Mn, not more than 2% Ni, 15-30% Cr, not more than 1% Al, not more than 0.5% Y, not more than 0.2% SE and not more than 1% Zr, balance iron and manufacturing impurities.
Diesen beiden Legierungen gemeinsam ist eine geringe Warmfestigkeit und eine ungenügende Kriechbeständigkeit für Temperaturen ab 700°C. Gerade im Bereich oberhalb von 700°C bis ca. 900°C haben diese Legierungen aber eine herausragende Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit. Common to both alloys is low heat resistance and insufficient creep resistance for temperatures above 700 ° C. Especially in the range above 700 ° C to about 900 ° C, however, these alloys have excellent resistance to oxidation and corrosion.
Durch die DE 10 2006 007 598 A1 ist ein kriechfester ferritischer Stahl bekannt geworden, umfassend Ausscheidungen einer intermetallischen Phase vom Typ Fe2(M, Si) oder Fe7(M, Si)6 mit wenigstens einem metallischen Legierungselement M, das durch die Elemente Niob, Molybdän, Wolfram oder Tantal gebildet sein kann. Der Stahl soll bevorzugt für eine bipolare Platte in einem Brennstoffzellenstapel eingesetzt werden. DE 10 2006 007 598 A1 discloses a creep-resistant ferritic steel comprising precipitations of an intermetallic phase of the Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 type with at least one metallic alloying element M, which passes through the elements Niobium, molybdenum, tungsten or tantalum may be formed can. The steel should preferably be used for a bipolar plate in a fuel cell stack.
Durch die EP 1 536 031 A1 ist ein metallisches Material für Brennstoffzellen bekannt geworden, beinhaltend C < 0,2 %, 0,02 bis 1 % Si, < 2 % Mn, 10 bis 40 % Cr, 0,03 bis 5 % Mo, 0, 1 bis 3 % Nb, mindestens eines der Elemente aus der Gruppe Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sn, Zr und Hf < 1 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die Zusammensetzung folgender Gleichung genügen soll: 0, 1 -S Mo / Nb ^ 30. EP 1 536 031 A1 has disclosed a metallic material for fuel cells, comprising C <0.2%, 0.02 to 1% Si, <2% Mn, 10 to 40% Cr, 0.03 to 5% Mo , 0, 1 to 3% Nb, at least one of the elements from the group Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sn, Zr and Hf <1%, balance iron and unavoidable impurities, the composition of the following equation should satisfy: 0, 1 -S Mo / Nb ^ 30.
Die EP 1 882 756 A1 beschreibt einen ferritischen Chromstahl, insbesondere einsetzbar in Brennstoffzellen. Der Chromstahl hat folgende Zusammensetzung: C max. 0,1 %, Si 0,1 - 1 %, Mn max. 0,6 %, Cr 15 - 25 %, Ni max. 2 %, Mo 0,5 - 2 %, Nb 0,2 - 1 ,5 %, Ti max. 0,5 %, Zr max. 0,5 %, SE max. 0,3 %, AI max. 0, 1 %, N max. 0,07 %, Rest Fe und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, wobei der Gehalt an Zr + Ti mindestens 0,2 % beträgt. EP 1 882 756 A1 describes a ferritic chrome steel, in particular usable in fuel cells. The chromium steel has the following composition: C max. 0.1%, Si 0.1-1%, Mn max. 0.6%, Cr 15-25%, Ni max. 2%, Mo 0.5-2%, Nb 0.2-1.5%, Ti max. 0.5%, Zr max. 0.5%, SE max. 0.3%, AI max. 0, 1%, N max. 0.07%, remainder Fe and impurities caused by melting, the content of Zr + Ti being at least 0.2%.
Alle diese Legierungen haben im Vergleich zur DE 100 25 108 A1 und EP 1 298 228 A2 eine verbesserte Warmfestigkeit und eine erhöhte Kriechbeständigkeit bei Temperaturen ab 700°C, und zwar durch Bildung von Ausscheidungen, die die Versetzungsbewegungen und damit die plastische Verformung des Materials behindert. Diese Ausscheidungen bestehen z. B. im Fall der DE 10 2006 007 598 A1 aus einer Laves-Phase, einer intermetallischen Verbindung mit der Zusammensetzung Fe2(M,Si) oder Fe7(M,Si)6, wobei M Niob, Molybdän, Wolfram oder Tantal sein kann. Dabei sollte ein Volumenanteil von 1 bis 8% vorzugsweise 2,5 bis 5 % erreicht werden. Es können aber auch andere Ausscheidungen wie Fe- haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen sein, wie z. B. in der EP 1 536 031 A1 beschrieben, oder Karbide mit Nb, W, Mo sein. Allen diesen Teilchen ist gemeinsam, dass sie die Verformung des Materials erschweren. Aus dem oben beschriebenen Stand der Technik ist bekannt, dass geringfügige Zugaben von Y, Zr, Ti, Hf, Ce, La und ähnlichen reaktiven Elementen die Oxidationsbeständigkeit von Fe-Cr-Legierungen stark positiv beeinflussen können. Compared to DE 100 25 108 A1 and EP 1 298 228 A2, all of these alloys have improved heat resistance and increased creep resistance at temperatures above 700 ° C., by forming precipitates which hinder the dislocation movements and thus the plastic deformation of the material , These excretions exist z. Example, in the case of DE 10 2006 007 598 A1 from a Laves phase, an intermetallic compound having the composition Fe2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6, wherein M may be niobium, molybdenum, tungsten or tantalum , In this case, a volume fraction of 1 to 8%, preferably 2.5 to 5% should be achieved. But there may also be other precipitates such as Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles, such as. As described in EP 1 536 031 A1, or carbides with Nb, W, Mo be. All these particles have in common that they complicate the deformation of the material. It is known from the prior art described above that minor additions of Y, Zr, Ti, Hf, Ce, La and like reactive elements can greatly enhance the oxidation resistance of Fe-Cr alloys.
Die in der DE 10 2006 007 598 A1 , der EP 1 536 031 A1 und der EP 1 882 756 A1 angeführten Legierungen sind für die Anwendung als Interkonnektorplatte für die Hochtemperatur-Brennstoffzelle optimiert: Sie haben durch Verwendung einer ferritischen Legierung mit 10 bis 40 % Chrom eine den keramischen Bauteilen Anode und Elektrolyt soweit wie möglich angepassten Ausdehnungskoeffizienten. The alloys listed in DE 10 2006 007 598 A1, EP 1 536 031 A1 and EP 1 882 756 A1 are optimized for use as interconnector plate for the high-temperature fuel cell: they have improved by using a ferritic alloy with 10 to 40% Chromium an expansion coefficient adapted to the ceramic components anode and electrolyte as far as possible.
Weitere Anforderungen an den Interkonnektorstahl einer Hochtemperatur- Brennstoffzelle sind neben der oben schon erwähnten Kriechfestigkeit eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit, eine gute Leitfähigkeit der Oxidschicht und eine geringe Chromverdampfung. Further demands on the interconnector steel of a high-temperature fuel cell are, in addition to the above-mentioned creep resistance, a very good corrosion resistance, a good conductivity of the oxide layer and a low chromium evaporation.
Die Anforderungen an den Reformer und den Wärmetauscher für die Hochtemperaturbrennstoffzelle sind eine möglichst gute Kriechfestigkeit, eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit und eine geringe Chromverdampfung. Das Oxid muss für diese Bauteile nicht leitfähig sein. The requirements of the reformer and the heat exchanger for the high-temperature fuel cell are as good as possible creep resistance, a very good corrosion resistance and low chromium evaporation. The oxide does not have to be conductive for these components.
Die Anforderungen für Bauteile zum Beispiel für den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine oder für Dampfkessel, Überhitzter, Turbinen, und andere Teile eines Kraftwerkes sind eine möglichst gute Kriechfestigkeit, eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Die Chromverdampfung erzeugt hier keine Vergiftungserscheinungen wie in der Brennstoffzelle und das schützende Oxid muss für solche Bauteile nicht leitfähig sein. The requirements for components, for example, for the exhaust system of an internal combustion engine or for steam boilers, superheated, turbines, and other parts of a power plant are the best possible creep resistance, a very good corrosion resistance. The chromium evaporation does not produce any poisoning phenomena here, as in the fuel cell, and the protective oxide does not have to be conductive for such components.
In der DE 10 2006 007 598 A1 wird zum Beispiel die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit durch Ausbildung einer Chromoxiddeckschicht erreicht. Dadurch dass sich zusätzlich auf der Chromoxiddeckschicht ein Spinell mit Mn, Ni, Co oder Cu bildet, bilden sich weniger flüchtige Chromoxide bzw. Chromoxyhydroxide, die die Kathode vergiften. Dadurch dass Si in der Laves- Phase Fe2(M, Si) oder Fe7(M, Si>6 stabil gebunden wird, bildet sich auch keine nichtleitende Unterschicht aus Siliziumoxid unter der Chromoxiddeckschicht. Die Korrosionsbeständigkeit wird weiter dadurch verbessert, dass der AI-Gehalt gering gehalten wird und so die Erhöhung der Korrosion durch die innere Oxidation des Aluminiums vermieden wird. Ein geringer Ti-Zusatz sorgt zusätzlich für eine Verfestigung der Oberfläche und verhindert so Aufwölbungen der Oxidschicht und den Einschluss von metallischen Bereichen in die Oxidschicht, was die Oxidation erhöht. Zusätzlich erhöht die Zugabe von sauerstoffaffinen Elementen wie La, Ce, Y, Zr oder dergleichen, die Korrosionsbeständigkeit weiter. In DE 10 2006 007 598 A1, for example, the excellent corrosion resistance is achieved by forming a chromium oxide topcoat. Due to the fact that a spinel with Mn, Ni, Co or Cu is additionally formed on the chromium oxide topcoat, less volatile chromium oxides or chromium oxyhydroxides form, which poison the cathode. Because Si in the Laves Also, when Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si> 6) is stably bonded, no non-conductive underlayer of silicon oxide is formed under the chromium oxide topcoat Increasing the corrosion due to the internal oxidation of the aluminum is avoided, and a low addition of Ti additionally solidifies the surface, preventing bulging of the oxide layer and inclusion of metallic areas in the oxide layer, which increases oxidation of oxygen-affine elements such as La, Ce, Y, Zr or the like, the corrosion resistance further.
Vom Markt her werden erhöhte Anforderungen an Produkte gestellt, die eine erhöhte Warmfestigkeit und Kriechfestigkeit bei einer Dehnung von mindestens 18 % bei Anwendungstemperatur zur Vermeidung von sprödem Versagen bei mindestens gleich guter Oxidations- bzw. Korrosionsbeständigkeit und eine höhere Einsatztemperatur der Legierung erfordern, und zwar unter Beibehaltung einer akzeptablen Verformbarkeit, gemessen als plastischen Verformung im Zugversuch mit einer Dehnung > 13 % bei Raumtemperatur. There are increased market demands for products which require increased hot strength and creep strength at an elongation of at least 18% at application temperature to avoid brittle failure with at least equal oxidation and corrosion resistance and a higher use temperature of the alloy, among others Maintaining an acceptable ductility, measured as a tensile plastic strain with an elongation> 13% at room temperature.
Es werden des Weiteren die folgenden Untersuchungsmethoden eingesetzt. Furthermore, the following examination methods are used.
Bei einem Kriechversuch wird eine Probe einer konstanten ruhenden Zugkraft bei einer konstanten Temperatur unterworfen. Diese Zugkraft wird der Vergleichbarkeit wegen als Anfangszugspannung bezogen auf den Anfangsprobenquerschnitt angegeben. Bei dem Kriechversuch wird im einfachsten Fall die Zeit bis zum Bruch tß - die Bruchzeit - der Probe gemessen. Die Prüfung kann dann ohne Dehnungsmessung an der Probe im Verlauf der Prüfung durchgeführt werden. Die Bruchdehnung wird dann nach dem Ende des Versuchs gemessen. In a creep test, a sample is subjected to a constant static tension at a constant temperature. For reasons of comparability, this tensile force is given as the initial tensile stress in relation to the initial sample cross-section. In the creep test in the simplest case, the time to break t ß - the break time - the sample is measured. The test can then be carried out without strain measurement on the sample during the test. The elongation at break is then measured after the end of the experiment.
Die Probe wird bei Raumtemperatur in die Kriechmaschine eingebaut und ohne Belastung mit einer Zugkraft auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt. Nach Erreichen der Prüftemperatur wird die Probe ohne Belastung eine Stunde zum Temperaturausgleich gehalten. Danach wird die Probe mit der Zugkraft belastet und die Prüfzeit beginnt. Die Bruchzeit kann als Maß für die Kriechfestigkeit genommen werden. Je größer die Bruchzeit bei einer bestimmten Temperatur und Anfangszugspannung ist, desto kriechfester ist das Material. Die Bruchzeit und die Kriechfestigkeit nehmen mit zunehmender Temperatur und zunehmenden Anfangszugspannung ab (siehe z. B.„Bürgel" Seite 100) The sample is installed in the creeping machine at room temperature and heated to the desired temperature with no tensile force. After reaching the test temperature, the sample is held for one hour without temperature load for temperature compensation. Thereafter, the sample is loaded with the tensile force and the test time begins. The break time can be taken as a measure of the creep resistance. The greater the break time at a given temperature and initial tensile stress, the more creep resistant the material is. Breaking time and creep resistance decrease with increasing temperature and increasing initial tensile stress (see eg "Bürgel" page 100)
Die Verformbarkeit wird in einem Zugversuch nach DIN 50145 bei Raumtemperatur bestimmt. Dabei wird die Dehngrenze Rpo,2, die Zugfestigkeit RM und die Dehnung bis zum Bruch bestimmt. Die Dehnung A wird an der gebrochenen Probe aus der Verlängerung der ursprünglichen Messstrecke l_o bestimmt: The deformability is determined in a tensile test according to DIN 50145 at room temperature. The yield strength R p o , 2, the tensile strength RM and the elongation to breakage are determined. The elongation A is determined on the fractional sample from the extension of the original measurement distance l_o:
A = (Lu-L0)/L0 100 % = AU L0 100% A = (Lu-L 0 ) / L 0 100% = AU L 0 100%
Mit Lu = Messlänge nach dem Bruch. With L u = measuring length after the break.
Je nach Messlänge wird die Bruchdehnung mit Indizes versehen: Depending on the measuring length, the elongation at break is provided with indices:
A5, Messlänge = 5-do bzw. L0 = 5,65 S0 A 5 , measuring length = 5-do or L 0 = 5.65 S 0
Aio, Messlänge L0 = 10 do bzw. L0 = 1 1 ,3 - So Aio, measuring length L 0 = 10 do or L 0 = 1 1, 3 - So
oder z.B. für die frei gewählte Messlänge L = 100 mm. or e.g. for the freely selected measuring length L = 100 mm.
(do Anfangsdurchmesser, S0 Anfangsquerschnitt der Flachprobe) (do initial diameter, S 0 initial cross-section of the flat sample)
Die Größe der Dehnung A im Zugversuch bei Raumtemperatur kann als Maß für die Verformbarkeit genommen werden. The amount of elongation A in the tensile test at room temperature can be taken as a measure of the deformability.
Die Laves-Phase(n) bzw. die Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltigen Teilchen und/oder Karbide lassen sich an einem metallographischen Schliff durch Ätzung mit V2A-Beize oder elektrolytischer Ätzung mit Oxalsäure sichtbar machen. Bei Ätzung mit V2A-Beize werden zusätzlich noch die Körner bzw. Korngrenzen sichtbar angeätzt. Sichtbar sind bei Betrachtung in einem Lichtmikroskop dabei nur Teilchen ab einer Größe von ca. 0,5 μηη. Kleinere können nicht erkannt werden, aber durchaus vorhanden sein. Deshalb wird die Metallographie nur unterstützend zur Erklärung eingesetzt, die Wirksamkeit einer Maßnahme wird praktischerweise durch die Bruchzeit bzw. Kriechfestigkeit bewertet. The Laves phase (s) or the Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides can be visualized on a metallographic grinding by etching with V2A pickling or electrolytic etching with oxalic acid do. When etching with V2A pickling, the grains or grain boundaries are additionally visibly etched. When viewed in a light microscope, only particles of a size of approximately 0.5 μm are visible. Smaller ones can not be recognized, but they do exist. Therefore, metallography is only used as a supporting explanation Effectiveness of a measure is conveniently evaluated by break time or creep strength.
Im Handbuch der Hochtemperaturwerkstofftechnik, Ralf Bürgel, 3. überarbeitete Auflage, Viehweg Verlag, Dezember 2006, im folgenden„Bürgel" genannt, sind auf den Seiten 196 bis 199 und in Tabelle 3.7 die „Möglichen Maßnahmen zur Erhöhung der Kriechfestigkeit metallischer Werkstoffe" dargestellt. In the handbook of high-temperature material technology, Ralf Bürgel, 3rd revised edition, Viehweg Verlag, December 2006, hereinafter referred to as "Bürgel", the "Possible measures to increase the creep resistance of metallic materials" are shown on pages 196 to 199 and in Table 3.7.
Die Maßnahmen The measures
„Hoher Schmelzpunkt, kubischflächenzentrierter. Werkstoff',  "High melting point, cubic surface centered. Material',
„hoher E-Modul",  "High modulus of elasticity",
„Werkstoff mit niedriger Stapelfehlerenergie",  "Material with low stacking fault energy",
lassen sich nicht zur Verbesserung der angesprochenen Parameter verwenden, da sie einen Wechsel des Werkstofftyps erfordern, was hier nicht möglich und auch nicht die Aufgabe ist. can not be used to improve the mentioned parameters, since they require a change of the material type, which is not possible here or the task.
Die Maßnahmen The measures
„Mischkristallhärtung,  "Solid solution hardening,
„Teilchenhärtung",  "Particle hardening"
„hoher Teilchenvolumenanteil",  "High particle volume fraction",
„Teilchen mit geringem Diffusionskoeffizienten des betreffenden "Particles with low diffusion coefficient of the relevant
Legierungselementes" Alloying element "
sind in der DE 10 2006 007 598 A1 und/oder der EP 1 536 031 A1 und/oder der EP 1 882 756 A1 schon angewandt worden. have already been used in DE 10 2006 007 598 A1 and / or EP 1 536 031 A1 and / or EP 1 882 756 A1.
Die Maßnahmen The measures
„Teichen mit geringer Löslichkeit in der Matrix",  "Ponds with low solubility in the matrix",
„kohärente Teilchen mit geringer Grenzflächenenthalpie zur Matrix", gelten nicht für die betrachten Ausscheidungen.  "Coherent particles with low interfacial enthalpy to the matrix" do not apply to the considered precipitates.
Ebenso sind die Maßnahmen „Karbide oder Boride als Korngrenzenausscheidungen; Oxide und Sulfide vermeiden", Likewise, the measures "Carbides or borides as grain boundary precipitates; Avoid oxides and sulphides ",
„Positiv wirksame Korngrenzenelemente in genau kontrollierter Dosierung zugeben z. B. B, C, Zr, Ce",  "Add positively effective grain boundary elements in precisely controlled dosage z. B, C, Zr, Ce ",
„höherer Reinheitsgrad der Legierung",  "Higher purity of the alloy",
„Getterelemente (z. B. für S) zugeben",  "Add getter elements (eg for S)",
„hohe Korrosionsbeständigkeit"  "High corrosion resistance"
schon in der DE 10 2006 007 598 A1 und/oder der EP 1 536 031 A1 und/oder EP 1 882 756 A1 beschrieben worden. have already been described in DE 10 2006 007 598 A1 and / or EP 1 536 031 A1 and / or EP 1 882 756 A1.
Die Maßnahmen The measures
„geringe Dendritenarmabstände bei Gussgefügen",  "Low dendrite arm distances in cast structures",
„gerichtete Kornstruktur in Hauptbelastungsrichtung",  "Directed grain structure in the main direction of loading",
„Einkristall",  "Single crystal"
„geringe Dichte bei eigengewichtbelasteten u. rotierenden Bauteilen" lassen sich auf diesen Legierungstyp, bzw. auf den Herstellungsweg, bzw. die Verwendung nicht anwenden.  "Low density at self-weighted u. rotating components "can not be applied to this type of alloy or to the production route or use.
Für die Aufgabe die Kriechfestigkeit der ausscheidungsgehärteten Eisen-Chrom- Legierung zu verbessern sind die Maßnahmen The task is to improve the creep resistance of the precipitation-hardened iron-chromium alloy
1) „Grobkorngefüge",  1) "coarse grain texture",
2) „Verzahnung der Korngrenzen durch Ausscheidungen",  2) "intermeshing of grain boundaries by precipitates",
3) „Optimierte Wärmebehandlung (Optimalen Teilchendurchmesser einstellen, Seigerungen bei Gussgefüge beseitigen, evtl. Korngrenzenrauhigkeit gezielt einstellen)",  3) "Optimized heat treatment (adjust the optimum particle diameter, eliminate segregations in the cast structure, adjust the grain boundary roughness if necessary)",
4) „ Kaltverformung vermeiden"  4) "avoid cold deformation"
zu betrachten. consider.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines aus einer ausscheidungsgehärteten Eisen-Chrom-Legierung erzeugten Bauteils bereitzustellen, mittels welchem unter Beibehaltung einer akzeptablen Verformbarkeit bei Raumtemperatur sich die hohe Warmfestigkeit bzw. Kriechfestigkeit einer ausscheidungsgehärteten ferritischen Legierung gegenüber dem Stand der Technik weiter steigern lässt. The invention has for its object to provide a method for producing a precipitation hardened iron-chromium alloy component, by means of which, while maintaining an acceptable deformability at room temperature, the high heat resistance or Creep resistance of a precipitation-hardened ferritic alloy over the prior art further increase.
Darüber hinaus soll ein thermomechanisch behandeltes aus einer Eisen-Chrom- Legierung bestehendes Bauteil/Halbzeug bereitgestellt werden, das zur Erzielung einer hohen Warmfestigkeit bzw. Kriechfestigkeit, unter Beibehaltung einer akzeptablen Verformbarkeit bei Raumtemperatur, eingesetzt werden kann. In addition, a thermomechanically treated consisting of an iron-chromium alloy component / semi-finished is to be provided, which can be used to achieve a high heat resistance or creep resistance, while maintaining an acceptable ductility at room temperature.
Schließlich soll das so hergestellte Bauteil/Halbzeug für konkrete technische Einsatzfälle im Temperaturbereich oberhalb von 550°C genutzt werden können. Finally, the component / semifinished product thus produced for specific technical applications in the temperature range above 550 ° C should be used.
Diese Aufgabe wird einerseits gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, aus einer Laves-Phasen und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide ausscheidenden, Eisen- Chrom-Legierung, indem ein aus der Legierung hergestelltes Halbzeug einer thermomechanischen Behandlung unterworfen wird, wobei in einem ersten Schritt die Legierung bei Temperaturen > der Lösungsglühtemperatur lösungsgeglüht wird, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser, in einen zweitem Schritt eine mechanische Umformung des Halbzeugs im Bereich von 0,05 bis 99 % durchgeführt wird und in einem Folgeschritt Laves Phasen Fe2(M, Si) oder Fe7(M, Si)6 und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide gezielt und fein verteilt dadurch ausgeschieden werden, dass das aus dem umgeformten Halbzeug gefertigte Bauteil durch eine Aufheizung mit von 0,1 °C/min bis 1000 °C/min auf eine Anwendungstemperatur zwischen 550°C und 1000°C gebracht wird. This object is achieved on the one hand by a method for producing a component, of a Laves phase and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides ausscheidenden, iron-chromium alloy in that a semi-finished product made of the alloy is subjected to a thermomechanical treatment, wherein in a first step the alloy is solution annealed at temperatures> the solution annealing temperature, followed by cooling in inert gas or air, inert (blown) inert gas or air or in water, in a second step, a mechanical deformation of the semifinished product in the range of 0.05 to 99% is carried out and in a subsequent step Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides are selectively and finely distributed thereby excreted, that the manufactured from the formed semi-finished component du a heating with from 0.1 ° C / min to 1000 ° C / min to an application temperature between 550 ° C and 1000 ° C is brought.
Diese Aufgabe wird andererseits gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, aus einer Laves-Phasen und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide ausscheidenden, Eisen- Chrom-Legierung, indem ein aus der Legierung hergestelltes Halbzeug einer thermomechanischen Behandlung unterworfen wird, wobei in einem ersten Schritt die Legierung bei Temperaturen > der Lösungsglühtemperatur lösungsgeglüht wird, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser, in einen zweitem Schritt eine mechanische Umformung des Halbzeugs im Bereich von 0,05 bis 99 % durchgeführt wird und in einem Folgeschritt Laves Phasen Fe2(M, Si) oder Fe7(M, Si)6 und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide gezielt und fein verteilt dadurch ausgeschieden werden, dass das umgeformte Halbzeug für eine Zeit zwischen tmjn und tmax einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 550 und 1060°C unter Schutzgas oder Luft unterzogen wird, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser oder für Wärmebehandlungen bis 800°C im Ofen abgekühlt werden, worin tmin und tmax sich nach den folgenden Formeln errechnen:On the other hand, this object is achieved by a method for producing a component, iron-chromium alloy leaving a Laves phase and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides in that a semi-finished product made from the alloy is subjected to a thermomechanical treatment, wherein in a first step the alloy is solution annealed at temperatures> above the solution annealing temperature, followed by cooling in inert gas or air, agitated (blown) inert gas or air or in water, in a second step mechanical deformation of the semifinished product in the range 0.05 to 99% and in a subsequent step Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides targeted and be finely distributed by the fact that the formed semi-finished product for a time between t m j n and t max is subjected to a heat treatment in the temperature range between 550 and 1060 ° C under inert gas or air, followed by cooling in static inert gas or air, moving ( inert gas or air or in water or for heat treatment up to 800 ° C in an oven, where t min and t max are calculated according to the following formulas:
n = Ta . 10(6740 "9'216) und tmax = Ta . 10(1796° "15'72) mit Ta = T +273,15, und wobei das gewünschte Bauteil vor oder nach dieser Wärmebehandlung gefertigt wird. n = T a . 10 (6740 "9 ' 216) and t max = T a 10 (1796 ° " 15 ' 72) with T a = T + 273.15, and wherein the desired component is fabricated before or after this heat treatment.
Die Zeiten tmjn und tmax werden in Minuten und die Wärmebehandlungstemperatur T in °C angegeben. The times t m j n and t max are given in minutes and the heat treatment temperature T in ° C.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu entnehmen. Advantageous developments of the method according to the invention can be found in the associated subclaims.
Für den ersten Schritt bieten sich zur Lösungsglühung folgende Temperaturbereiche und Zeiten an: For the first step, the following temperature ranges and times are available for solution annealing:
> 1050°C bei mehr als 6 Minuten  > 1050 ° C for more than 6 minutes
> 1060°C bei mehr als 1 Minute  > 1060 ° C for more than 1 minute
Die sich ergebenden Änderungen der Materialeigenschaften sind im Verlauf der weiteren Beschreibung näher erläutert. Darüber hinaus wird die Aufgabe auch gelöst durch ein metallisches Bauteil oderThe resulting changes in the material properties are explained in more detail in the course of the further description. In addition, the object is also achieved by a metallic component or
Halbzeug, bestehend aus folgender chemischer Zusammensetzung (in Gew.-%)Semi-finished product consisting of the following chemical composition (in% by weight)
Cr 12 - 30 % Cr 12 - 30%
Mn 0,001 - 2,5 %  Mn 0.001 - 2.5%
Nb 0,1 - 2 %  Nb 0.1 - 2%
W 0,1 - 5 %  W 0.1 - 5%
Si 0,05 - 1 %  Si 0.05 - 1%
C 0,002 - 0,1 %  C 0,002 - 0,1%
N 0,002 - 0,1 %  N 0.002 - 0.1%
S max. 0,01 %  S max. 0.01%
Fe Rest  Fe rest
sowie den üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, as well as the usual smelting-related impurities,
das im Anschluss an eine thermomechanische Behandlung eine verformte Gefügestruktur aufweist, dergestalt, dass Laves-Phase(n) in fein verteilter Form in die Gefügeversetzungen der Gefügestruktur eingelagert ist bzw. sind, wobei in einem Kriechversuch mit z.B. 35 MPa bei 750°C und bei einer Dehnung von mindestens 18 % eine Bruchzeit in der Gefügestruktur eingestellt ist, die die Bruchzeit eines grobkörnigen, vollständig rekristallisiertem Gefüges um einen Faktor von mindestens 1 ,5 übersteigt. which, following thermo-mechanical treatment, has a deformed microstructure such that Laves phase (s) are incorporated in finely divided form into the microstructural dislocations of the microstructure, wherein in a creep test with e.g. 35 MPa at 750 ° C and at an elongation of at least 18% a fracture time is set in the microstructure, which exceeds the fracture time of a coarse-grained, fully recrystallized microstructure by a factor of at least 1, 5.
Für Kriechversuche mit anderen Spannungen und Temperaturen kommt man zu einem vergleichbaren Ergebnis, wobei die Temperaturen für den Kriechversuch vorzugsweise im Bereich zwischen 500 und 1000°C liegen. For creep tests with other voltages and temperatures, a comparable result is obtained, the temperatures for the creep test preferably being in the range between 500 and 1000 ° C.
Betrachtet werden nun die oben beschriebenen Maßnahmen 1 bis 4. Now consider the measures 1 to 4 described above.
Überraschenderweise hat es sich dabei gezeigt, dass im Gegensatz zur Maßnahme 4 „Kaltververformung" eine Vorumformung gefolgt von einer abgestimmten Glühbehandlung eine Verlängerungen der Bruchzeiten der Probe im Kriechversuch bewirken kann, die ein mehr als 1 ,5-faches, vorzugsweise ein mehr als 3-faches über die Bruchzeiten für ein Grobkorngefüge (Maßnahme 1) hinausgehen. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass für den dritten Schritt - die Ausscheidung der Laves-Phase(n) - das umgeformte Halbzeug bzw. ggf. das daraus gefertigte Bauteil, durch eine Kombination einer Aufheizung mit 0,1 °C/min bis 1000°C/min auf eine Wärmebehandlungstemperatur zwischen 550°C und 1060°C mit nachfolgender Wärmebehandlung für eine Zeit zwischen tmin und tmax auf dieser Temperatur unter Schutzgas oder Luft, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser oder für Wärmebehandlungen bis 800°C im Ofen abgekühlt werden, danach ggf. das gewünschte Bauteil gefertigt wird, wobei tmin und tmax sich nach den folgenden Formeln errechnen: tmin = Ta . i o<6740 mi "9·216> und tmax = Ta · i o<17960 Ta "15·72) mit Ta = T +273,15. Surprisingly, it has been shown that, in contrast to the measure 4 "cold deformation" a pre-forming followed by a matched annealing treatment can cause extensions of the fracture times of the sample in the creep test, a more than 1, 5-fold, preferably more than 3 exceed the break times for a coarse grain structure (measure 1). Furthermore, it is proposed that for the third step - the precipitation of the Laves phase (s) - the formed semi-finished product or possibly the component produced therefrom, by a combination of heating at 0.1 ° C / min to 1000 ° C. / min to a heat treatment temperature between 550 ° C and 1060 ° C with subsequent heat treatment for a time between t m i n and t max at this temperature under inert gas or air, followed by cooling in inert gas or air, moving (blown) inert gas or air or in water or for heat treatments up to 800 ° C in the furnace are cooled, then possibly the desired component is made, where t m i n and t max are calculated according to the following formulas: t min = T a . i o < 6740 mi "9 · 216 > and t max = T a · i o < 17960 Ta" 15 x 72) with T a = T +273.15.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass für den dritten Schritt - die Ausscheidung der Laves-Phase - das Halbzeug bzw. das daraus gefertigte Bauteil für eine Zeit zwischen tmin und tmax einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 550 und 1060°C unter Schutzgas oder Luft, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser oder für Wärmebehandlungen bis 800°C im Ofen abgekühlt werden, unterzogen wird, danach ggf. das gewünschte Bauteil gefertigt wird, wobei tmin und tmax sich nach den folgenden Formeln errechnen: tmjn = Ta · i o(6740 Ta "9,216) und tmax = Ta · 10(17960 na -15J2) mit Ta = T +273,15 und dann das fertige Bauteil durch eine Aufheizung mit 0,1 °C/min bis 1000 °C/min auf eine Anwendungstemperatur zwischen 550°C und 1000°C gebracht wird. In addition, there is the possibility that for the third step - the precipitation of the Laves phase - the semifinished product or the component made therefrom for a time between t min and t max a heat treatment in the temperature range between 550 and 1060 ° C under inert gas or air followed by cooling in quiescent inert gas or air, agitated (blown) inert gas or air, or in water or for heat treatment to 800 ° C in the oven are cooled, then, if necessary, the desired component is made, where tmin and t max be calculated by the following formulas: t m j n = T a · io (6740 Ta "9.216) and T max = T a · 10 (17960 na - 15J2) with T a = T +273.15 and then the finished component is brought to an application temperature between 550 ° C and 1000 ° C by heating at 0.1 ° C / min to 1000 ° C / min.
Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß wird ein Halbzeug aus einerAccording to a further aspect of the invention, a semifinished product is made from a
Legierung folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) thermomechanisch behandelt: Alloy of the following composition (in% by weight) treated thermomechanically:
Cr 12 bis 30 %  Cr 12 to 30%
Mn 0,001 bis 2,5 %  Mn 0.001 to 2.5%
Nb 0,1 bis 2 %  Nb 0.1 to 2%
W 0,1 bis 5 % Si 0,05 bis 1 % W 0.1 to 5% Si 0.05 to 1%
C 0,002 bis 0,03 % C 0.002 to 0.03%
N 0,002 bis 0,03 % N 0.002 to 0.03%
S max. 0,01 % S max. 0.01%
Fe Rest Fe rest
sowie den üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen. as well as the usual smelting-related impurities.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Halbzeuge in Form von Blechen, Bändern, Stangen, Schmiedeteilen, Rohren oder Draht herstellen und Bauteile in den unterschiedlichsten für die jeweiligen Anwendung benötigten Formen fertigen. The method according to the invention makes it possible to produce semi-finished products in the form of sheets, strips, rods, forgings, pipes or wire and to manufacture components in a wide variety of shapes required for the respective application.
Von besonderem Vorteil ist, dass nach der Lösungsglühung bei Temperaturen > der Lösungsglühtemperatur, vorzugsweise > 1050°C bei mehr als 6 Minuten, respektive > 1060°C bei mehr als 1 Minute, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser beim Ausgangszustand vor der Verformung im Halbzeug nur noch wenige oder gar keine Laves-Phasen Fe2(M,Si) oder Fe7(M,Si)6 und/oder Fe- haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide in der Legierung vorhanden sind. Of particular advantage is that after the solution annealing at temperatures> the solution annealing temperature, preferably> 1050 ° C for more than 6 minutes, respectively> 1060 ° C for more than 1 minute, followed by cooling in inert gas or air, moving (blown ) Inert gas or air or in water at the initial state before deformation in the semi-finished product only few or no Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 and / or Fe-containing particles and / or Cr containing particles or Si-containing particles and / or carbides are present in the alloy.
Die Umformung des Halbzeugs kann durch eine Warmumformung erfolgen. Alternativ kann die Umformung jedoch auch durch eine Kaltumformung herbeigeführt werden. The deformation of the semifinished product can be done by hot working. Alternatively, however, the deformation can also be brought about by cold working.
Im ersten Fall wird das Halbzeug mit einer Starttemperatur > 1070°C warm umgeformt, wobei die letzten 0,05 bis 95 % an mechanischer Verformung zwischen 1000° und 500°C aufgebracht werden, vorteilhafterweise die letzten 0,5 bis 90 % zwischen 1000X und 500°C. In the first case, the semi-finished product with a starting temperature> 1070 ° C hot formed, the last 0.05 to 95% of mechanical deformation between 1000 ° and 500 ° C are applied, advantageously the last 0.5 to 90% between 1000X and 500 ° C.
Im zweiten Fall beträgt der Grad der Kaltumformung des Halbzeugs 0,05 bis 99 %, vorteilhafterweise 0,05 bis 95 % oder 0,05 bis 90 %. Einem weiteren Gedanken der Erfindung gemäß wird vorgeschlagen, dass die mechanische Umformung des Halbzeugs 20 bis 99 % beträgt und danach das umgeformte Halbzeug für einen Zeitraum zwischen tmin und tmax einerIn the second case, the degree of cold working of the semifinished product is 0.05 to 99%, advantageously 0.05 to 95% or 0.05 to 90%. According to a further aspect of the invention, it is proposed that the mechanical deformation of the semifinished product be 20 to 99% and thereafter the formed semi-finished product for a period between t m i n and t max a
Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 950° und 1060°C unterHeat treatment in the temperature range between 950 ° and 1060 ° C below
Schutzgas oder Luft unterzogen wird, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendemInert gas or air, followed by cooling in quiescent
Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser und danach das gewünschte Bauteil gefertigt wird, wobei tmin und tmax sich nach den folgenden Formeln errechnen: Inert gas or air, moving (blown) inert gas or air or in water and then the desired component is manufactured, where t m i n and t max are calculated according to the following formulas:
tmin = Ta . 10 (6™^ -9·216> und t mi n = T a . 10 (6 ™ ^ - 9 · 216 > and
tmax = Ta . 10(17960 ATa -15 2) mit Ta = T +273,15 t max = T a . 10 (17960 ATa - 15 2) with T a = T +273.15
mit With
tmin und tmax in Minuten t min and t max in minutes
und die Wärmebehandlungstemperatur T in Grad Celsius. and the heat treatment temperature T in degrees Celsius.
Soll die bereits angegebene Legierung als Interkonnektor für eine Festoxidbrennstoffzelle eingesetzt werden, dann ist ein Gehalt von 0,001 - 0,5% Aluminium vorteilhaft.  If the alloy already mentioned is to be used as an interconnector for a solid oxide fuel cell, a content of 0.001-0.5% aluminum is advantageous.
Für andere Einsatzgebiete wie z. B. im Reformer oder Wärmetauscher für die Brennstoffzelle für die keine leitfähige Oxidschicht notwendig ist, ist ein Gehalt von 2 bis 6 % Aluminium vorteilhaft, da sich dann eine geschlossene Aluminiumoxidschicht bilden kann, die gegenüber einer Chromoxidschicht eine nochmals deutlich geringere Wachstumsrate und zusätzlich eine noch geringere Chromoxidabdampfung als ein Chrom-Mangan-Spinell hat. For other applications such. B. in the reformer or heat exchanger for the fuel cell for which no conductive oxide layer is necessary, a content of 2 to 6% aluminum is advantageous, since then can form a closed aluminum oxide, compared to a chromium oxide layer again a much lower growth rate and in addition still has lower Chromoxidabdampfung than a chromium-manganese spinel.
Für die Einsatzgebiete, die weder ein leitfähiges Oxid benötigen noch besondere Anforderungen an die Chromabdampfung haben, können beide Varianten in Erwägung gezogen werden. Dabei ist insbesondere zu bedenken, dass sich mit steigendem Aluminiumgehalt die Verarbeitbarkeit und Schweißbarkeit der Legierung verschlechtert und so höhere Kosten entstehen. Deshalb kann, wenn eine Oxidschicht bestehend aus einem Chromoxid und einem Chrom-Mangan- Spinell, eine ausreichende Oxidationsbeständigkeit durch Einsatz von 0,001 - 0,5% Aluminium gewährleistet werden. Ist eine höhere Oxidationsbeständigkeit erforderlich, wie sie z.B. durch die Bildung eine Aluminiumoxidschicht gewährleistet wird, ist ein Gehalt von 2,0 - 6,0 % Aluminium vorteilhaft. Diese beiden Legierungsvarianten können zum Beispiel als Bauteile für den Abgasstrang einer Brennkraftmaschine oder für Dampfkessel, Überhitzter, Turbinen und andere Teile eines Kraftwerkes eingesetzt werden. For the applications, which neither need a conductive oxide nor have special requirements for the chrome evaporation, both variants can be considered. It should be remembered in particular that with increasing aluminum content, the processability and weldability of the alloy deteriorates, resulting in higher costs. Therefore, if an oxide layer consisting of a chromium oxide and a chromium-manganese spinel, a sufficient oxidation resistance by use of 0.001 - 0.5% aluminum can be guaranteed. If a higher oxidation resistance is required, as is ensured, for example, by the formation of an aluminum oxide layer, a content of 2.0-6.0% aluminum is advantageous. These two alloy variants can be used for example as components for the exhaust system of an internal combustion engine or for steam boilers, superheated, turbines and other parts of a power plant.
Ein bevorzugter Aluminiumbereich ist insbesondere der Bereich von 2,5 % bis 5,0%, der sich noch durch eine gute Verarbeitbarkeit auszeichnet. A preferred aluminum range is in particular the range of 2.5% to 5.0%, which is still characterized by good processability.
In die bereits angegebene Legierung können zusätzlich folgende Elemente einzeln oder in Kombination eingebracht werden: The following elements can additionally be introduced individually or in combination into the alloy already mentioned:
La 0,02 bis 0,3 %  La 0.02 to 0.3%
Ti 0,01 bis 0,5 %  Ti 0.01 to 0.5%
Mg 0,0001 bis 0,07 %  Mg 0.0001 to 0.07%
Ca 0,0001 bis 0,07 %  Ca 0.0001 to 0.07%
P 0,002 bis 0,03 %  P 0.002 to 0.03%
Ni/Co/Cu 0,01 bis 3 %  Ni / Co / Cu 0.01 to 3%
B bis zu 0,005 %.  B up to 0.005%.
Die Gehalte der in der Legierung zusätzlich einbringbaren Elemente können wie folgt eingestellt werden: Mg 0,0001 bis 0,05 %, Ca 0,0001 bis 0,03 %, P 0,002 bis 0,03 %. The contents of the additional elements which can be introduced in the alloy can be set as follows: Mg 0.0001 to 0.05%, Ca 0.0001 to 0.03%, P 0.002 to 0.03%.
Darüber hinaus kann die Legierung (in Gew.-%) eines oder mehrerer der Elemente Ce, La, Pr, Ne, Sc, Y, Zr oder Hf in Gehalten 0,02 - 0,3 % enthalten. In addition, the alloy (in% by weight) of one or more of the elements Ce, La, Pr, Ne, Sc, Y, Zr or Hf may contain, in contents, 0.02-0.3%.
Bedarfsweise kann die Legierung (in Gew.-%) eines oder mehrerer der Elemente Ce, Pr, Ne, Sc, Y, Zr oder Hf in Gehalten 0,02 - 0,2 % enthalten. If desired, the alloy (in% by weight) of one or more of the elements Ce, Pr, Ne, Sc, Y, Zr or Hf may contain in amounts 0.02-0.2%.
Zur Erzielung der gewünschten Effekte beträgt der Nb-Gehalt 0,3 bis 1 ,0 % und der Si-Gehalt 0,15 bis 0,5 %. Bedarfsweise kann das Element Wolfram ganz oder teilweise durch mindestens eines der Elemente Mo oder Ta ersetzt werden. To achieve the desired effects, the Nb content is 0.3 to 1.0% and the Si content is 0.15 to 0.5%. If necessary, the element tungsten may be wholly or partly replaced by at least one of the elements Mo or Ta.
Bedarfsweise kann die Legierung auch noch max. 0,2 % V und/oder max. 0,005 % S enthalten. Der Sauerstoffanteil soll hierbei nicht größer sein als 0,01 %. If necessary, the alloy can also max. 0.2% V and / or max. 0.005% S included. The oxygen content should not be greater than 0.01%.
Bedarfsweise kann die Legierung auch noch max. 0,003 % Bor enthalten. If necessary, the alloy can also max. Containing 0.003% boron.
Darüber hinaus soll die Legierung jeweils maximal 0,01 % folgender Elemente aufweisen: Zn, Sn, Pb, Se, Te, Bi, Sb. In addition, the alloy should each have a maximum of 0.01% of the following elements: Zn, Sn, Pb, Se, Te, Bi, Sb.
Bauteile/Halbzeuge, die einerseits aus der angesprochenen Legierungszusammensetzung bestehen und andererseits nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, können bevorzugt als Interkonnektor in einer Brennstoffzelle oder als Werkstoff in einem Bauteil, wie einem Reformer oder einem Wärmetauscher in einem Nebenaggregat der Brennstoffzelle, eingesetzt werden. Components / semi-finished products, which consist on the one hand of the mentioned alloy composition and on the other hand produced by the method according to the invention can preferably be used as an interconnector in a fuel cell or as a material in a component, such as a reformer or a heat exchanger in an auxiliary unit of the fuel cell.
Alternativ besteht auch die Möglichkeit, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Bauteil/Halbzeug, respektive die Legierung selber, als Bauelement im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine oder für Dampfkessel, Überhitzer, Turbinen und andere Teile eines Kraftwerks oder in der chemischen Prozessindustrie einzusetzen. Alternatively, it is also possible to use the component / semifinished product produced by the method according to the invention, or the alloy itself, as a component in the exhaust system of an internal combustion engine or for steam boilers, superheaters, turbines and other parts of a power plant or in the chemical process industry.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können bei schmelzmetallurgisch erzeugten Legierungen infolge der thermomechanischen Behandlung Laves- Phasen gezielt und fein verteilt an den Versetzungen der Gefügestruktur ausgeschieden werden. As a result of the thermomechanical treatment, in the case of alloys produced by fusion metallurgy, Laves phases can be excreted in a deliberate and finely distributed manner at the dislocations of the microstructure.
Die Details und die Vorteile der Erfindung werden in den folgenden Beispielen näher erläutert. Im Folgenden werden die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte einer näheren Betrachtung unterzogen. The details and advantages of the invention will be more apparent from the following examples. In the following, the method steps according to the invention are subjected to a closer examination.
Der erste Schritt einer Laves-Phasen und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr- haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide ausscheidenden Eisen-Chrom-Legierung bei der thermomechanischen Behandlung muss eine Glühung oberhalb der Lösungsglühtemperatur sein, damit die Laves-Phasen und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide in Lösung gebracht werden und zur Ausscheidung für die nachfolgende thermomechanische Behandlung zur Verfügung stehen. Die Lösungsglühtemperatur ist legierungsabhängig, liegt aber vorzugsweise oberhalb von 1050°C für eine Zeit von mehr als 6 Minuten, respektive oberhalb von 1060°C für mehr als 1 Minute, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser. Die genaue Temperaturführung oberhalb dieser Lösungsglühtemperatur ist nicht bestimmend für die Eigenschaften. Die Glühung kann an Luft oder unter Schutzgas erfolgen. Sie sollte unterhalb der Schmelztemperatur liegen, vorzugsweise < 1350°C. Auch sollten die Glühzeiten aus Kostengründen vorzugsweise < 24 Stunden liegen, können leistungsabhängig jedoch auch länger sein. Der Lösungsglühung folgt eine Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser, bei der sich nur wenig Laves Phase neu bildet. The first step of a Laves phase and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides ausschußenden iron-chromium alloy in the thermomechanical treatment must be an annealing above the solution annealing temperature in order that the Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides are brought into solution and are available for precipitation for the subsequent thermomechanical treatment. The solution annealing temperature is alloy-dependent, but is preferably above 1050 ° C for more than 6 minutes, or above 1060 ° C for more than 1 minute, followed by quenching in inert gas or air, moving (blown) inert gas, or Air or in water. The exact temperature control above this solution annealing temperature is not decisive for the properties. The annealing can be done in air or under inert gas. It should be below the melting temperature, preferably <1350 ° C. For reasons of cost, the annealing times should preferably be <24 hours, but may also be longer depending on the performance. The solution annealing is followed by cooling in inert gas or air, moving (blown) inert gas or air or in water, in which only a small Laves phase forms new.
Zusätzlich ist darauf zu achten, dass insbesondere bei dickwandigeren Bauteilen alle Teile des Bauteiles die geforderte Mindestglühzeit bei der vorgegebenen Temperatur erreichen. Dies ist bei der Bestimmung des Startpunktes der Glühzeit zu berücksichtigen. In addition, it must be ensured that, in particular with thick-walled components, all parts of the component achieve the required minimum annealing time at the specified temperature. This must be taken into account when determining the starting point of the glow time.
In einem zweiten Schritt muss eine erhöhte Versetzungsdichte in das Material eingebracht werden. Erhöhte Versetzungsdichten haben umgeformte Gefüge oder erholte Gefüge, wobei dort die Versetzungen in Kleinwinkelkorngrenzen angeordnet sind. Der zweite Schritt muss deshalb eine Umformung sein, damit die Versetzungen in das Material eingebracht werden, die dann in der nachfolgenden Glühbehandlung für eine gleichmäßige Verteilung der Laves-Phasen und/oder Fe-haitigen Teilchen und/oder Cr-haltigen Teilchen und/oder Si-haltigen Teilchen und/oder Karbide sorgen. In a second step, an increased dislocation density must be introduced into the material. Increased dislocation densities have reshaped structures or recovered microstructures, where the dislocations are located in small-angle grain boundaries. The second step must therefore be a forming so that the dislocations are introduced into the material, which then in the subsequent annealing for a uniform distribution of Laves phases and / or Fe-haitigen particles and / or Cr-containing particles and / or Si -containing particles and / or carbides provide.
Diese Verformung kann eine Kaltumformung sein, aber auch eine Warmumformung, wobei bei der Warmumformung dafür gesorgt werden muss, dass das Gefüge nicht schon beim Walzen vollständig rekristallisiert. Dies geschieht, indem der Verformungsbereich für die letzte Umformung und die Temperatur in der diese stattfindet beschränkt wird. Bei Verformungen oberhalb von 1000°C neigt das Material schon zur Rekristallisation bzw. Erholung bei der Umformung, so dass die Umformung vorzugweise unterhalb von 1000°C stattfinden muss. Bei Temperaturen unterhalb von 500°C liegen im Bereich der bei Ferriten auftretenden 475°C Versprödung. Dort hat das eine geringere Dehnung und einen erhöhten Umformwiderstand, was eine Umformung weniger vorteilhaft macht und die die Wirtschaftlichkeit verringert. This deformation can be a cold forming, but also a hot forming, whereby the hot working must ensure that the structure is not fully recrystallized during rolling. This is done by limiting the deformation range for the last forming and the temperature at which it takes place. In the case of deformations above 1000 ° C., the material already tends to recrystallise or recover during the deformation, so that the transformation must preferably take place below 1000 ° C. At temperatures below 500 ° C are in the range occurring in ferrites 475 ° C embrittlement. There it has a lower elongation and an increased resistance to deformation, which makes a transformation less advantageous and reduces the efficiency.
Ausscheidungen unterhalb einer gewissen Größe sind weniger wirksam (siehe z.B. „Bürgel", Seite 141). Deshalb darf die durch die Verformung erzeugte Versetzungsdichte nicht zu hoch sein, da dann zwar sehr viele aber zu schwache Ausscheidungen entstehen und die überschüssigen Versetzungen sich frei bewegen können und damit die Vorumformung schädlich wird. D.h. vorzugweise liegt die höchste Verformung bei 90 % für die den Teil der Warmumformung < 1000°C und 90 % für die Kaltumformung. Excretions below a certain size are less effective (see, for example, "Bürgel", page 141), so the dislocation density generated by the deformation must not be too high, because then very many but too weak precipitates arise and the excess dislocations can move freely and thus the pre-forming is detrimental, that is to say that the highest deformation is 90% for the part of the hot forming <1000 ° C and 90% for the cold forming.
Bei einer Umformung im Bereich von 20 bis 99 % kann eine Glühung zwischen 950°C und 1050°C eine Erholung des Gefüges bewirken. Dadurch wird die Versetzungsdichte reduziert, so dass sich wieder der positive Effekt auf die Verteilung der Laves-Phasen und/oder Fe-haltigen Teilchen und/oder Cr-haltigen Teilchen und/oder Si-haltigen Teilchen und/oder Karbide einstellt. Die eine Möglichkeit, die Laves-Phasen und/oder Fe-haltigen Teilchen und/oder Cr-haltigen Teilchen und/oder Si-haltigen Teilchen und/oder Karbide in das umgeformte Material einzubringen, ist aus dem Halbzeug die benötigten Bauteile zu fertigen und dann die gefertigten Bauteil durch eine Aufheizung mit von 0,1 °C/min bis 1000 °C/min auf die Anwendungstemperatur zwischen 550°C und 1000°C zu bringen. Während der Aufheizung werden die Laves-Phasen und/oder Fe-haltigen Teilchen und/oder Cr-haltigen Teilchen und/oder Si-haltigen Teilchen und/oder Karbide fein verteilt im Gefüge ausgeschieden. Die feine Verteilung wird durch die Keimbildung im unteren Temperaturbereich, gefolgt von einem gewissen Wachstum der Keime bei den höheren Temperaturen, erzeugt. Deshalb darf die Aufheizgeschwindigkeit nicht schneller als 1000°C/min sein, weil sonst die Zeit für diesen Vorgang zu gering ist. Aufheizgeschwindigkeiten geringer als 0,1 °C/Minute sind unwirtschaftlich. With a transformation in the range of 20 to 99%, an annealing between 950 ° C and 1050 ° C can cause a recovery of the structure. As a result, the dislocation density is reduced, so that again the positive effect on the distribution of the Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides adjusts. One way of introducing the Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides into the formed material is to produce the required components from the semifinished product and then To bring the manufactured component by heating with from 0.1 ° C / min to 1000 ° C / min to the application temperature between 550 ° C and 1000 ° C. During the heating, the Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides are excreted finely distributed in the microstructure. The fine distribution is produced by nucleation in the lower temperature range, followed by some growth of the nuclei at the higher temperatures. Therefore, the heating rate must not be faster than 1000 ° C / min, otherwise the time for this process is too low. Heating rates less than 0.1 ° C / minute are uneconomical.
Eine zweite Möglichkeit ist eine separate Wärmebehandlung des Materials. Dafür wird das umgeformte Halbzeug/Bauteil für einen Zeitraum zwischen tmjn und tmax einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 550° und 1060°C unter Schutzgas oder Luft unterzogen wird, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser oder für Wärmebehandlungen bis 800°C im Ofen, wobei A second possibility is a separate heat treatment of the material. For this, the formed semifinished product / component is subjected to a heat treatment in the temperature range between 550 ° and 1060 ° C. under protective gas or air for a period between t m j n and t ma x, followed by cooling in inert gas or air, agitated (blown ) Inert gas or air or in water or for heat treatments up to 800 ° C in the oven, wherein
tmin = Ta . 10(6740^ -9'216) Und tmin = T a . 10 (6740 ^ - 9 ' 216) And
tmax = Ta · 10(17960 na "15'72) mit Ta = T +273,15 tmax = T a · 10 (17960 na "15 '72 ) with T a = T +273.15
mit Angabe von tmin und tmax in Minuten und Wärmebehandlungstemperatur T in °C. Dabei kann das gewünschte Bauteil vor oder nach dieser Wärmebehandlung gefertigt werden. with indication of t min and t max in minutes and heat treatment temperature T in ° C. In this case, the desired component can be manufactured before or after this heat treatment.
Bei den Glühungen ist darauf zu achten, dass insbesondere bei dickwandigeren Halbzeugen/Bauteilen alle Teile des Bauteiles die geforderte Mindestglühzeit bei der vorgegebenen Temperatur erreichen. Dies ist bei Bestimmung des Startpunktes der Glühzeit zu berücksichtigen. Desgleichen ist darauf zu achten, dass kein Bereich des Halbzeugs/Bauteils die geforderte Maximalglühzeit überschreitet In the case of annealing, it must be ensured that, in particular for thick-walled semi-finished products / components, all parts of the component achieve the required minimum annealing time at the specified temperature. This must be taken into account when determining the starting point of the glow time. Likewise, care should be taken that no area of the semifinished product / component exceeds the required maximum annealing time
Zeiten kürzer als tmin reichen zur Bildung der Laves-Phasen und/oder Fe-haltigen Teilchen und/oder Cr-haltigen Teilchen und/oder Si-haltigen Teilchen und/oder Karbide nicht aus. Bei Zeiten länger als tmax besteht die Gefahr einer zu starken Vergröberung der Ausscheidungen, wodurch die Teilchen nicht mehr merklich zur Kriechfestigkeit beitragen können. Bei Zeiten länger als tmax besteht im oberen Temperaturbereich von 550°C und 1060°C die Möglichkeit, dass ein erholtes Gefüge entsteht, was durchaus noch wirksam sein kann. Allerdings wird mit fortschreitender Erholung, die Versetzungsdichte weiter reduziert, so dass die Verteilung der Ausscheidungen zunehmend ungleichmäßiger wird und der positive Effekt auf die Kriechfestigkeit schließlich verschwindet. Bei den tieferen Temperaturen im Bereich von 550°C und 1060°C sind Zeiten oberhalb von tmax zusätzlich unwirtschaftlich. Times shorter than t m i n are insufficient to form the Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides. At times longer than t max, there is the danger of an excessive coarsening of the precipitates, as a result of which the particles can no longer noticeably contribute to creep resistance. At times longer than tmax , in the upper temperature range of 550 ° C and 1060 ° C, there is the possibility that a recovered microstructure may arise, which may still be effective. However, as the recovery proceeds, the dislocation density is further reduced, so that the distribution of the precipitates becomes increasingly uneven and the positive effect on creep resistance finally disappears. At the lower temperatures in the range of 550 ° C and 1060 ° C, times above t max are additionally uneconomical.
Die Glühung kann unter Schutzgas (Argon, Wasserstoff und ähnliche Atmosphären mit verringertem Sauerstoffpartialdruck) stattfinden. Die Abkühlung erfolgt aus wirtschaftlichen Gründen in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser, insbesondere für Temperaturen oberhalb 800°C sollte eine Ofenabkühlung vermieden werden, bei Temperaturen < 800°C ist auch diese möglich. The annealing can take place under protective gas (argon, hydrogen and similar atmospheres with reduced oxygen partial pressure). The cooling takes place for economic reasons in inert gas or air, moving (blown) inert gas or air or in water, especially for temperatures above 800 ° C, a furnace cooling should be avoided, at temperatures <800 ° C, this is also possible.
Über den Chromgehalt werden die Oxidationsbeständigkeit und der thermische Ausdehnungskoeffizient des Werkstoffes bestimmt. Die Oxidationsbeständigkeit des Werkstoffes beruht auf der Bildung einer geschlossenen Chromoxidschicht. Unterhalb von 12 % entstehen insbesondere bei höheren Betriebstemperaturen verstärkt eisenhaltige Oxide, die die Oxidationsbeständigkeit verschlechtern. Der Chromgehalt wird deshalb auf > 12 % eingestellt. Oberhalb von 30 % Chrom wird die Verarbeitbarkeit des Werkstoffes und seine Gebrauchsfähigkeit durch vermehrte Bildung von versprödenden Phasen, insbesondere der Sigmaphase, beeinträchtigt. Der Chromgehalt wird deshalb auf < 30 % beschränkt. Mit zunehmendem Chromgehalt sinkt der Ausdehnungskoeffizient. The chromium content determines the oxidation resistance and the thermal expansion coefficient of the material. The oxidation resistance of the material is based on the formation of a closed chromium oxide layer. Below 12%, especially at higher operating temperatures, iron-containing oxides are increasingly formed which impair the oxidation resistance. The chromium content is therefore set to> 12%. Above 30% of chromium, the workability of the material and its usability by increased formation of embrittling phases, in particular the sigma phase, impaired. The chromium content is therefore limited to <30%. As the chromium content increases, the expansion coefficient decreases.
Insbesondere für die Anwendung in einer Brennstoffzelle lässt sich damit der Ausdehnungskoeffizient in einem Bereich einstellen, der zu den Keramiken in der Brennstoffzelle passt. Dies sind Chromgehalte um die 22 bis 23 %. Für andere Anwendungen z. B. für Reformer oder in Kraftwerken besteht diese Einschränkung jedoch nicht. In particular for use in a fuel cell, the coefficient of expansion can thus be set in a range which matches the ceramics in the fuel cell. These are chromium contents around 22 to 23%. For other applications z. However, for reformers or in power plants, this restriction does not exist.
Die Zugabe von Mangan bewirkt die Bildung eines Chrom-Mangan-Spinells auf der Chromoxidschicht, die sich auf dem Material bildet für geringere Aluminiumgehalte kleiner 2 %. Dieses Chrom-Mangan-Spinell verringert die Chromverdampfung und verbessert den Kontaktwiderstand. Es ist dafür mindestens ein Mangangehalt von 0,001 % notwendig. Mehr als 2,5 % Mangan beeinträchtigen die Oxidationsbeständigkeit durch Bildung einer sehr dicken Chrom-Mangan-Spinell- Schicht. The addition of manganese causes the formation of a chromium-manganese spinel on the chromium oxide layer that forms on the material for lower aluminum contents of less than 2%. This chromium manganese spinel reduces chromium evaporation and improves contact resistance. It is necessary for at least a manganese content of 0.001%. More than 2.5% manganese affects the oxidation resistance by forming a very thick chromium-manganese spinel layer.
Niob, Molybdän, Wolfram oder Tantal können in eisenhaltigen Legierungen an der Bildung von Ausscheidungen beteiligt sein, was zum Beispiel Karbide und/oder das M in den Laves-Phasen Fe2(M,Si) oder Fe7(M,Si)6 ist. Molybdän, Wolfram oder Tantal sind zusätzlich gute Mischkristallhärter und tragen damit zur Verbesserung der Kriechfestigkeit bei. Die untere Grenze ist dabei jeweils dadurch bestimmt, dass eine gewisse Menge vorhanden sein muss, um wirksam zu sein, die obere Grenze wird durch die Verarbeitbarkeit. Damit besteht der bevorzugte Bereich von Nb 0,1 - 2 % Niobium, molybdenum, tungsten or tantalum may be involved in the formation of precipitates in iron-containing alloys, such as carbides and / or M in the Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 , Molybdenum, tungsten or tantalum are also good mixed crystal hardeners and thus contribute to the improvement of creep resistance. The lower limit is determined in each case by the fact that a certain amount must be present in order to be effective; the upper limit is determined by the processability. Thus, the preferred range of Nb is 0.1-2%
W: 0,1 - 5 % W: 0.1 - 5%
W kann auch ganz oder teilweise durch Mo und oder Ta ersetzt werden: 0,1 - 5 %  W can also be completely or partially replaced by Mo and Ta: 0.1 - 5%
Silizium kann in eisenhaltigen Legierungen an der Bildung von Ausscheidungen beteiligt sein, zum Beispiel in den Laves-Phasen Fe2(M,Si) oder Fe7(M,Si)6. Es sorgt für die vermehrte Ausscheidung und Stabilität dieser Laves-Phasen und trägt damit zur Kriechbeständigkeit bei. Bei Bildung der Laves Phase wird es vollständig in diesen abgebunden. Damit tritt die Bildung eine Siliziumoxid-Schicht unterhalb der Chromoxid-Schicht nicht mehr auf. Zugleich wird der Einbau von M in die Oxidschicht reduziert, wodurch der negative Einfluss von M auf die Oxidationsbeständigkeit verhindert wird. Es muss mindestens 0,05 % Si vorhanden sein, damit die gewünschte Wirkung eintritt. Ist der Gehalt an Si zu groß, kann die negative Wirkung des Si wieder auftreten. Der Si-Gehalt wird deshalb auf 1 % beschränkt. Silicon may be involved in the formation of precipitates in iron-containing alloys, for example in the Laves phase Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6. It ensures the increased precipitation and stability of these Laves phases and thus contributes to creep resistance. When the Laves phase is formed, it becomes complete tied into these. Thus, the formation of a silicon oxide layer below the chromium oxide layer no longer occurs. At the same time, the incorporation of M into the oxide layer is reduced, thereby preventing the negative influence of M on the oxidation resistance. At least 0.05% Si must be present for the desired effect to occur. If the content of Si is too large, the negative effect of Si may occur again. The Si content is therefore limited to 1%.
Aluminium verschlechtert bei Gehalten unter 1 % die Oxidationsbeständigkeit, da es zu innerer Oxidation führt. Ein Aluminium-Gehalt größer als 1 % führt aber zur Bildung einer Aluminiumoxidschicht unterhalb der Chromoxidschicht, die nicht elektrisch leitend ist und damit den Kontaktwiderstand verringert. Deshalb wird der Aluminiumgehalt auf 0,5 % beschränkt wenn ein Chromoxidbildner gewünscht wird oder dessen Oxidationsbeständigkeit ausreichend ist. Ein Beispiel dafür ist z.B. für die Anwendung als Interkonnektorplatte. Ein gewisser Aluminiumgehalt von mindestens 0,001 % ist aber zur Desoxidation der Schmelze notwendig. Wenn kein leitfähiges Oxid erforderlich ist und zugleich die Forderung nach einer noch deutlich höheren Oxidationsbeständigkeit als die durch eine Chromoxidschicht gegebene, gefordert wird, kann die Legierung durch einen Gehalt an Aluminium von mindestens 2 % eine geschlossene Aluminiumoxidschicht ausbilden (DE 101 20 561). Aluminiumgehalte über 6,0 % führen zu Verarbeitungsproblemen und damit zu erhöhten Kosten Aluminum deteriorates the oxidation resistance at levels below 1% because it leads to internal oxidation. However, an aluminum content greater than 1% leads to the formation of an aluminum oxide layer below the chromium oxide layer, which is not electrically conductive and thus reduces the contact resistance. Therefore, the aluminum content is limited to 0.5% when a chromium oxide generator is desired or its oxidation resistance is sufficient. An example of this is e.g. for use as interconnector plate. However, a certain aluminum content of at least 0.001% is necessary for deoxidizing the melt. If no conductive oxide is required and at the same time the demand for a significantly higher oxidation resistance than that given by a chromium oxide layer is required, the alloy can form a closed aluminum oxide layer by a content of aluminum of at least 2% (DE 101 20 561). Aluminum contents above 6.0% lead to processing problems and thus to increased costs
Kohlenstoff führt zu Karbid Ausscheidungen und trägt damit zur Kriechfestigkeit bei. Der Kohlenstoffgehalt sollte < 0,1 % sein, um die Verarbeitbarkeit nicht zu beeinträchtigen. Er sollte jedoch > 0,002 % sein, damit eine Wirkung eintreten kann. Carbon leads to carbide precipitations and thus contributes to creep resistance. The carbon content should be <0.1%, so as not to affect the processability. However, it should be> 0.002% for an effect to occur.
Der Stickstoffgehalt sollte maximal 0,1 % betragen, um die Bildung von die Verarbeitbarkeit verschlechternden Nitriden zu vermeiden. Er sollte größer 0,002 %, um die Verarbeitbarkeit des Werkstoffs zu gewährleisten. Die Gehalte an Schwefel sollten so gering wie möglich gegeben sein, da dieses grenzflächenaktive Element die Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigt. Es werden deshalb max. 0,01 % S festgelegt. The nitrogen content should not exceed 0.1% in order to avoid the formation of processability deteriorating nitrides. It should be greater than 0.002% to ensure the workability of the material. The levels of sulfur should be as low as possible, since this surfactant affects the oxidation resistance. It will therefore max. 0.01% S set.
Sauerstoffaffine Elemente wie Ce, La, Pr, Ne, Sc, Y, Zr, Hf verbessern die Oxidationsbeständigkeit, indem das Oxidwachstum reduziert und die Haftung der Oxidschicht verbessert wird. Es ist ein Mindestgehalt von 0,02 % eines oder mehrerer der Elemente Ce, La, Pr, Ne, Sc, Y, Zr, Hf sinnvoll, um die die Oxidationsbeständigkeit steigernde Wirkung des Y zu erhalten. Die Obergrenze wird aus Kostengründen bei 0,3 Gew.-% gelegt. Oxygen-affinity elements such as Ce, La, Pr, Ne, Sc, Y, Zr, Hf improve oxidation resistance by reducing oxide growth and improving adhesion of the oxide layer. It is useful to have a minimum content of 0.02% of one or more of Ce, La, Pr, Ne, Sc, Y, Zr, Hf to obtain the oxidation resistance-enhancing effect of Y. The upper limit is set for cost reasons at 0.3 wt .-%.
Titan wird wie jedes sauerstoffaffine Element bei der Oxidation in die Oxidschicht eingebunden. Zusätzlich verursacht es noch innere Oxidation. Allerdings sind die dabei entstehende Oxide so klein und fein verteilt, dass sie eine Härtung der Oberfläche bewirken und so Aufwölbungen der Oxidschicht und den Einschluss von metallischen Bereichen während der Oxidation verhindern (siehe DE 10 2006 007 598 A1). Diese Aufwölbungen sich ungünstig, da die dabei entstehende Risse eine Erhöhung der Oxidationsrate bewirken. Damit trägt Ti zur Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit bei. Für eine Wirksamkeit des Ti-Gehaltes muss mindesten 0,01 % Ti vorhanden sein aber nicht mehr als 0,5 %, da dies die Wirkung nicht mehr verbessert, jedoch die Kosten erhöht. Titanium, like any oxygen-affine element, is incorporated into the oxide layer during oxidation. In addition, it still causes internal oxidation. However, the resulting oxides are so small and finely divided that they cause a hardening of the surface and thus prevent bulging of the oxide layer and the inclusion of metallic areas during the oxidation (see DE 10 2006 007 598 A1). These bulges are unfavorable because the resulting cracks cause an increase in the oxidation rate. Thus, Ti contributes to the improvement of the oxidation resistance. For Ti content to be effective, at least 0.01% Ti must be present, but not more than 0.5%, since this no longer improves the effect, but increases the cost.
Der Gehalt an Phosphor sollte kleiner 0,030 % sein, da dieses grenzflächenaktive Element die Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigt. Ein zu geringer P-Gehalt erhöht die Kosten. Der P-Gehalt ist deshalb > 0,002 %. The content of phosphorus should be less than 0.030% since this surfactant affects the oxidation resistance. A too low P content increases the costs. The P content is therefore> 0.002%.
Die Gehalte an Magnesium und Kalzium werden im Spreizungsbereich 0,0001 bis 0,05 Gew.-%, respektive 0,0001 bis 0,03 Gew.-%, eingestellt. The contents of magnesium and calcium are set in the spread range of 0.0001 to 0.05 wt .-%, respectively 0.0001 to 0.03 wt .-%.
Es hat sich herausgestellt, dass Kobalt-Gehalte ab 3 % die Oxidationsbeständigkeit beeinträchtigen. Die Untergrenze wird aus Kostengründen bei 0,01 Gew.-% gelegt. Für Nickel und Kupfer gilt das gleiche wie für Kobalt, Bor wird auf max. 0,005 % begrenzt, da dieses Element die Oxidationsbeständigkeit reduziert. It has been found that cobalt contents from 3% affect the oxidation resistance. The lower limit is set at 0.01 wt .-% for cost reasons. The same applies to nickel and copper as to cobalt, Boron is limited to max. 0.005% limited because this element reduces the oxidation resistance.
Anhand von Ausführungsbeispielen wird der Erfindungsgegenstand nun näher erläutert. Based on embodiments of the subject invention will now be explained in more detail.
In Tabelle 1 sind die Analysen der für die folgenden Beispiele verwendeten Chargen dargestellt. Diese Chargen wurden im Lichtbogenofen in einer Menge von ca. 30 t erschmolzen, danach in eine Pfanne abgegossen und in einer VOD- Anlage einer Entkohlungs- und Desoxidationsbehandlung sowie einer Vakuumbehandlung unterzogen und zu Blöcken vergossen. Diese wurden dann warm gewalzt und je nach Enddicke mit Zwischenglühungen kalt gewalzt. Nach dem Warmwalzen wurde die Oxidschicht durch Beizen entfernt Table 1 shows the analyzes of the batches used for the following examples. These charges were melted in an electric arc furnace in an amount of about 30 t, then poured into a pan and subjected to a decarburization and deoxidation treatment and a vacuum treatment in a VOD plant and cast into blocks. These were then hot rolled and cold rolled with intermediate annealing, depending on the final thickness. After hot rolling, the oxide layer was removed by pickling
Ein Werkstoff mit einer Analyse wie in Tabelle 1 angegeben, scheidet hauptsächlich Laves-Phasen Fe2(M, Si) oder Fe7(M, Si)6 und in deutlich verringerten Mengen Karbide aus. A material with an analysis as given in Table 1 precipitates mainly Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 and in significantly reduced amounts of carbides.
Beispiel 1 example 1
In diesem Beispiel ist Material aus der in Tabelle 1 angegebenen Charge 161061 nach einer Lösungsglühung oberhalb von 1070°C für einen Zeitraum von mehr als 7 Minuten gefolgt von einer Abkühlung an ruhender Luft zu 12 mm dickem Blech warm gewalzt worden, wobei die mechanische Umformung mit einer Starttemperatur > 1070X begonnen wurde und die letzten 78 % an mechanischer Verformung zwischen 500°C und 1000°C durch Walzen aufgebracht wurden. In this example, material from the charge 161061 shown in Table 1 was hot rolled after a solution annealing above 1070 ° C for a period of more than 7 minutes followed by cooling in still air to 12 mm thick sheet, the mechanical working with a starting temperature> 1070X was started and the last 78% of mechanical deformation between 500 ° C and 1000 ° C were applied by rolling.
Bild 1 zeigt das typische Aussehen eines so verformten Gefüges. Bei den mittels elektrolytischer Ätzung mit Oxalsäure geätzten Schliffen ist gut zu erkennen, dass nur wenig Laves-Phase mikroskopisch sichtbar ausgeschieden worden ist. Glüht man danach das so umgeformte Material bei 1075°C für 20 Minuten mit Abkühlung an ruhender Luft, so erhält man ein Gefüge mit nur wenigen Ausscheidungen von Laves-Phase und einer Korngröße von ca. 137 pm (Bild 2), was ein typisches grobkörniges Gefüge ist. Figure 1 shows the typical appearance of such a deformed structure. In the case of the etched sections by means of electrolytic etching with oxalic acid, it can be clearly seen that only a few Laves phases have been excreted microscopically. After annealing the material thus formed at 1075 ° C for 20 minutes with cooling in still air, we obtain a microstructure with only a few precipitates of Laves phase and a grain size of about 137 pm (Figure 2), which is a typical coarse grained Structure is.
Führt man an diesem Material einen Kriechversuch wie oben beschrieben mit einer Anfangsspannung von 35 MPa bei einer Temperatur von 750°C durch, so reißt die Probe nach 12,8 Stunden bei einer Dehnung A von 69,8 %. (Tabelle 2). Bei Raumtemperatur hat das so geglühte Material eine Dehnung von 35 %, was für einen Ferriten ein sehr guter Wert ist. If a creep test is carried out on this material as described above with an initial stress of 35 MPa at a temperature of 750 ° C., the sample breaks after 12.8 hours at an elongation A of 69.8%. (Table 2). At room temperature, the annealed material has an elongation of 35%, which is a very good value for a ferrit.
Wird hingegen aus dem warm gewalztem Material, was gleichbedeutend einer Vorumformung ist, eine Probe für einen Kriechversuch als Simulation für ein Bauteil gefertigt und dieses dann mit ca. 60°C/Minute auf eine Anwendungstemperatur von 750°C aufgeheizt und dann ein Kriechversuch mit einer Anfangsspannung von 35 MPa bei einer Temperatur von 750°C durchgeführt, so reißt die Probe überraschenderweise erst nach 255 Stunden bei einer Dehnung A von 29 %, was einer Verlängerung der Zeit bis zum Bruch um das 20-fache bedeutet. Die Fertigung des Bauteiles ist sehr leicht möglich, da der warm umgeformte Zustand, wie er oben beschrieben worden ist, im Zugversuch bei Raumtemperatur eine Dehnung von 19 % hat, was ein guter Wert ist und das Material gut verarbeitbar macht. If, however, from the hot rolled material, which is equivalent to a pre-forming, prepared a sample for a creep test as a simulation for a component and then heated at about 60 ° C / minute to an application temperature of 750 ° C and then a creep test with a Surprisingly, the sample tears only after 255 hours at an elongation A of 29%, which means an increase in the time to breakage by 20 times the initial stress of 35 MPa at a temperature of 750 ° C. The production of the component is very easy, since the hot formed state, as described above, in the tensile test at room temperature has an elongation of 19%, which is a good value and makes the material easy to process.
Dieses Beispiel zeigt deutlich dass das Gefüge mit der Vorumformung und dem grobkörnigen Gefüge in Bezug auf die Bruchzeit bzw. Kriechfestigkeit überlegen ist, was dem Stand der Technik, wie er im„Bürgel" Seite 196 bis 199 Tabelle 3.7 beschrieben ist, widerspricht. This example clearly shows that the microstructure is superior to the pre-forming and the coarse-grained microstructure in terms of fracture time or creep resistance, which contradicts the state of the art as described in "Bürgel" pages 196 to 199 Table 3.7.
Beispiel 2 Example 2
In diesem Beispiel wurden mit dem warm gewalzten Material aus Beispiel 1 Glühungen zwischen 600°C und 1000 °C für jeweils 20 min bzw. für einige Temperaturen auch 240 bzw. 1440 min, (für tmin und tmax nach Gleichung 1 und 2 siehe Tabelle 3) an Luft, gefolgt von einer Abkühlung an ruhender Luft durchgeführt. Nach der Wärmebehandlung wurden aus dem Blech Proben gefertigt, und dann der Kriechversuch mit einer Spannung von 35 MPa bei 750°C wie oben beschrieben durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt. In this example, with the hot rolled material of Example 1, anneals between 600 ° C and 1000 ° C for each 20 minutes or for some Temperatures also 240 or 1440 min, (for t m i n and t max according to Equation 1 and 2 see Table 3) in air, followed by a cooling to quiescent air performed. After the heat treatment, samples were prepared from the sheet, and then the creep test was carried out at a tension of 35 MPa at 750 ° C as described above. The results are summarized in Table 3.
Nach 20 min bei 1000°C wird nur eine Bruchzeit von 10,4 h bei einer Dehnung A von 79,5 % erreicht. Nach 20 min bei 600°C bis 950°C wird eine um mindestens 7- fach erhöhte Bruchzeit von über 100 Stunden bei einer Dehnung A von größer 22,7 % erreicht. Die höchste Bruchzeit bei den Glühungen mit 20 Minuten wird bei 850°C mit 564 Stunden erreicht. Die höchste Bruchzeit bei den Glühungen mit 240 Minuten wird bei 800°C mit 396 Stunden erreicht. Nach 1440 min bei 700°C wird sogar eine Bruchzeit von 645 h erreicht. Bild 3 zeigt das Gefüge nach den verschiedenen Glühungen für 20 min. Die Gefüge in Bild 3 sind nicht globular rekristallisiert. Bis 850°C (dem Maximum der Bruchzeit) hat das Gefüge das typische Aussehen eines verformten Gefüges. Ab ca. 900°C ist deutlich eine Erholung zu erkennen, was aber bedeutet, dass die Versetzungsdichte gegenüber einem globular rekristallisierten Gefüge noch erhöht ist. In einem erholten Gefüge haben sich die Versetzungen teilweise zu Kleinwinkelkorngrenzen umgeordnet. Es hat eine ähnliche Wirkung wie eine Vorumformung. Bei den mittels elektrolytischer Ätzung mit Oxalsäure geätzten Schliffen ist gut zu erkennen, dass ab ca. 750°C die Laves-Phase mikroskopisch sichtbar ausgeschieden wird, wobei sie bis 850°C (dem Maximum der Bruchzeit) immer dichter und gleichmäßiger ausgeschieden wird. Ab ca. 900°C ist sie neben den Ausscheidungen im Korn auch merklich auf den Kleinwinkelkorngrenzen bzw. Korngrenzen zu erkennen, und sorgt damit für eine Verzahnung der Kleinwinkelkorngrenzen bzw. Korngrenzen, was Maßnahme 2 zur Erhöhung der Kriechfestigkeit entspricht (siehe oben). Bei 1000°C sind erkennbar sehr große Körner durch fortschreitende Erholung entstanden, so dass die Versetzungsdichte stark reduziert ist und so keine Erhöhung der Bruchzeit mehr auftritt. Das Maximum der Bruchzeit tritt im verformten Gefüge mit dichter gleichmäßig ausgeschiedenen Laves-Phasen auf. After 20 min at 1000 ° C, only a break time of 10.4 h is achieved at an elongation A of 79.5%. After 20 minutes at 600 ° C. to 950 ° C., a fracture time of at least 7 times increased over 100 hours is achieved at an elongation A of greater than 22.7%. The highest break time for 20 minute anneals is achieved at 850 ° C with 564 hours. The highest break time for 240 minute anneals is achieved at 800 ° C with 396 hours. After 1440 min at 700 ° C even a break time of 645 h is reached. Figure 3 shows the microstructure after the different anneals for 20 min. The microstructures in Figure 3 are not globularly recrystallized. Up to 850 ° C (the maximum of the break time), the structure has the typical appearance of a deformed structure. From about 900 ° C, a clear recovery can be seen, but this means that the dislocation density compared to a globular recrystallized structure is still increased. In a recovered structure, the dislocations have partially rearranged into small-angle grain boundaries. It has a similar effect as a pre-forming. In the etched with electrolytic etching with oxalic acid grindings can be clearly seen that from about 750 ° C the Laves phase is excreted microscopically visible, being excreted up to 850 ° C (the maximum of the fracture time) more dense and uniform. From about 900 ° C, it can be seen in addition to the precipitates in the grain and noticeable on the Kleinwinkelkorngrenzen or grain boundaries, and thus provides a toothing of small-angle grain boundaries or grain boundaries, which measures measure 2 to increase the creep strength corresponds (see above). At 1000 ° C., very large grains are noticeably formed as a result of progressive recovery, so that the dislocation density is greatly reduced and thus no increase in the breaking time more occurs. The maximum of the fracture time occurs in the deformed structure with dense uniformly precipitated Laves phases.
Bei Raumtemperatur hat das 20 Minuten geglühte Blech bei allen Temperaturen zwischen 600°C und 950°C eine Dehnung von mindestens 13 %, was noch als befriedigend für eine ferritische Legierung anzusehen ist und das Material verarbeitbar macht. Die Dehnung ist am niedrigsten im Bereich von 700°C bis 800°C und verbessert sich jeweils zu den tieferen bzw. höheren Glühtemperaturen, weil bei den tieferen Temperaturen zwar schon Laves-Phase ausgeschieden worden ist, die aber mikroskopisch noch nicht sichtbar ist und damit einen geringeren Volumenanteil hat, dafür aber sehr fein verteilt ist. Bei den höheren Temperaturen ist ein größerer Volumenanteil ausgeschieden, dafür aber etwas gröber und erkennbar auf den Kleinwinkelkorngrenzen und Korngrenzen. At room temperature, the sheet annealed for 20 minutes at all temperatures between 600 ° C and 950 ° C has an elongation of at least 13%, which is still considered to be satisfactory for a ferritic alloy and makes the material processable. The elongation is lowest in the range of 700 ° C to 800 ° C and improves in each case to the lower or higher annealing temperatures, because at the lower temperatures, although Laves phase has been eliminated, which is microscopically not yet visible and thus has a lower volume fraction, but is very finely distributed. At the higher temperatures, a larger volume fraction is eliminated, but a bit coarser and recognizable on the small-angle grain boundaries and grain boundaries.
Die Glühung bei 1000°C liegt mit einer Glühzeit von 20 Minuten oberhalb von tmax = 19,6 Minuten. Sie liegt damit nicht im Erfindungsbereich und dient als Referenz. Die Bruchzeit beträgt auch nur 10,4 Stunden. Die Glühzeit von 20 Minuten bei den Temperaturen zwischen 600°C und 950°C liegen im erfindungsgemäßen Bereich zwischen tmjn und tmax. Danach war die Bruchzeit erfindungsgemäß deutlich um mehr als den Faktor 7 gegenüber dem grobkörnigen, globular rekristallisiertem Zustand aus Beispiel 1 , der nach einer Glühung von 1075°C/ 20 Minuten gefolgt von einer Abkühlung in ruhender Luft entsteht, erhöht. The annealing at 1000 ° C is with an annealing time of 20 minutes above t max = 19.6 minutes. It is therefore not in the area of invention and serves as a reference. The break time is also only 10.4 hours. The annealing time of 20 minutes at temperatures between 600 ° C and 950 ° C are in the range of the invention between t m j n and t max . Thereafter, the break time according to the invention was significantly increased by more than a factor of 7 compared to the coarse-grained, globular recrystallized state of Example 1, which is produced after annealing at 1075 ° C. for 20 minutes followed by quenching in still air.
Beispiel 3 Example 3
In diesem Beispiel ist Material aus der in Tabelle 1 angegebenen Charge 161061 nach einer Lösungsglühung von mehr als 1070°C für einen Zeitraum von mehr als 7 Minuten gefolgt von einer Abkühlung an ruhender Luft zu 12 mm dickem Blech warm gewalzt worden, wobei die Umformung mit einer Starttemperatur > 1070°C begonnen wurde und die letzten 60 % an mechanischer Verformung zwischen 1000°C und 500°C durch Walzen aufgebracht werden. Glüht man danach das so umgeformte Blech großtechnisch im Durchlaufofen bei 920°C für 28 Minuten an Luft und kühlt es an ruhender Luft ab, so hat eine aus diesem Material gefertigte Zugprobe im Kriechversuch mit einer Anfangsspannung von 35 MPa bei einer Temperatur von 750°C eine Bruchzeit von 391 Stunden bei einer Dehnung A von 38 % (Tabelle 4). Das Gefüge ist nicht globular rekristallisiert sondern erholt. Es hat Ausscheidungen im Korn und auf den Kleinwinkelkorngrenzen bzw. Korngrenzen (Bild 4). Die Bruchzeit ist das 30 -fache der Zeit, was in Beispiel 1 nach einer Glühung von 1075°C für 20 min mit einer globular rekristallisiertem Grobkorngefüge mit einer Korngröße von 137 μητι erreicht wurde. Die Glühung bei 920°C liegt mit einer Glühzeit von 28 Minuten im erfindungsgemäßen Bereich zwischen tmin = 0,32 Minuten und tmax = 162,6 Minuten. In this example, material from the batch 161061 indicated in Table 1 was hot rolled to a 12 mm thick sheet after a solution annealing of more than 1070 ° C for a period of more than 7 minutes followed by quiescent air cooling, forming with a starting temperature> 1070 ° C was started and the last 60% of mechanical deformation between 1000 ° C and 500 ° C are applied by rolling. If the sheet metal shaped in this way is then calcined in the continuous furnace at 920 ° C. for 28 minutes in air and cooled in still air, a tensile test sample made from this material has a creep test with an initial stress of 35 MPa at a temperature of 750 ° C. a break time of 391 hours at an elongation A of 38% (Table 4). The structure is not globular recrystallized but recovered. It has precipitates in the grain and on the small-angle grain boundaries or grain boundaries (Fig. 4). The break time is 30 times the time, which was achieved in Example 1 after annealing of 1075 ° C for 20 min with a globular recrystallized coarse grain with a particle size of 137 μητι. The annealing at 920 ° C is with an annealing time of 28 minutes in the range according to the invention between t m i n = 0.32 minutes and t max = 162.6 minutes.
Bei Raumtemperatur hat das so behandelte Blech eine sehr gute Dehnung von 18 % eine Dehngrenze von 475 MPa und eine Zugfestigkeit von 655 MPa (Siehe Tabelle 4), was das Material gut umformbar macht. At room temperature, the sheet thus treated has a very good elongation of 18%, a yield strength of 475 MPa, and a tensile strength of 655 MPa (see Table 4), which makes the material readily reshapeable.
Beispiel 4 Example 4
In diesem Beispiel ist Material aus der Charge 161061 und der Charge 161995 nach einer Lösungsglühung von mehr als 1070°C für einen Zeitraum von mehr als 7 Minuten gefolgt von einer Abkühlung in geblasenem Schutzgas und Warmwalzen sowie Entfernen der Oxidschicht zu 1 ,5 mm dickem Blech kalt gewalzt worden, wobei eine Kaltumformung von 53 % aufgebracht wurde. Daraufhin erfolgte eine Glühung von 1050°C für 3,4 Minuten unter Schutzgas im Durchlaufofen mit anschließender Abkühlung im kalten Schutzgasstrom. Sowohl Charge 161061 (Bild 5) als auch Charge 161995 zeigen danach ein erholtes Gefüge mit gestreckten Körnern (Bild 7) und Ausscheidung von Laves-Phase, wenn auch deutlich weniger als in Bild 4 erkennbar. Ein Teil des Materials wurde danach noch einmal bei 1050°C für 20 min unter Luft mit nachfolgender Abkühlung in ruhender Luft geglüht. Danach sind beide Chargen globular rekristallisiert, Charge 161061 mit einer Korngröße von 134 pm (Bild 6) und Charge 161995 mit einer Korngröße von 139 μητι. Ausgeschiedenen Laves-Phase ist nur noch geringfügig zu finden. In this example, material from lot 161061 and lot 161995 is after a solution anneal of more than 1070 ° C for a period of more than 7 minutes, followed by cooling in blown inert gas and hot rolling, and removing the oxide layer to a 1.5 mm thick sheet cold rolled, with a cold working of 53% was applied. This was followed by annealing at 1050 ° C. for 3.4 minutes under protective gas in a continuous furnace with subsequent cooling in the cold inert gas stream. Both Lot 161061 (Figure 5) and Lot 161995 show a recovered texture with elongated grains (Figure 7) and excretion of Laves phase, albeit much less than Figure 4. A part of the material was then again annealed at 1050 ° C for 20 min in air with subsequent cooling in still air. Thereafter, both batches are globularly recrystallized, lot 161061 with a grain size of 134 pm (Figure 6) and batch 161995 with a grain size of 139 μητι. Eliminated Laves phase is only slightly to find.
Die Tabellen 5a und 5b zeigen die Ergebnisse der Kriechversuche und der Zugversuche bei Raumtemperatur. Nach der Glühung bei 1050°C für 3,4 Minuten hat Charge 161061 in einem Kriechversuch bei 750°C mit eine Anfangsbelastung von 35 MPa eine Bruchzeit von 25,9 Stunden bei einer Dehnung A von 50 %, nach der zusätzlichen Glühung bei 1050°C für 20 Minuten, die ein sehr grobes Korn erzeugt eine nur ein Drittel betragenden Bruchzeit von 7,9 Stunden bei einer Dehnung A von 83 %. Tables 5a and 5b show the results of creep tests and tensile tests at room temperature. After annealing at 1050 ° C for 3.4 minutes, Batch 161061 in a creep test at 750 ° C with an initial load of 35 MPa has a break time of 25.9 hours at an elongation A of 50%, after additional annealing at 1050 ° C for 20 minutes, the very coarse grain produces a one-third break time of 7.9 hours at an elongation A of 83%.
Ähnlich hat Charge 161995 bei einem Kriechversuch bei 750°C mit einer Anfangsbelastung von 35 MPa eine Bruchzeit von 33,5 Stunden 89 %, nach der zusätzlichen Glühung bei 1075°C für 20 Minuten, die ein sehr grobes Korn erzeugt, eine nur ein Viertel betragenden Bruchzeit von 7,9 Stunden bei einer Dehnung A von 92 %. Die Dehnung im Zugversuch bei Raumtemperatur ist bei 1050°C und 3,4 Minuten Glühzeit für Charge 161061 mit 28 % und Charge 161995 mit 26 % für einen Ferriten sehr gut, was das Material sehr gut umformbar macht. Sie wird bei dem grobkörnigen Gefüge für Charge 161061 mit 31 % und Charge 161995 mit 29 % noch höher. Similarly, in a creep test at 750 ° C with an initial load of 35 MPa, Charge 161995 has a break time of 33.5 hours 89%, after the additional annealing at 1075 ° C for 20 minutes producing a very coarse grain, only one quarter breaking time of 7.9 hours at an elongation A of 92%. The elongation in the tensile test at room temperature is very good at 1050 ° C. and 3.4 minutes annealing time for batch 161061 with 28% and batch 161995 with 26% for a ferrit, which makes the material very easy to form. It becomes even higher with the coarse-grained texture for batch 161061 at 31% and batch 161995 at 29%.
Dies zeigt den Einfluss der Glühzeit bei Temperaturen um die 1050°C. Bei kurzzeitigen Glühungen von wenigen Minuten sind noch Versetzungen (Verformung) und ausreichend Laves-Phase im Material vorhanden, was in diesem Beispiel eine 3 bis 4-fach verlängerte Zeit bis zum Bruch im Kriechversuch zur Folge hat. Bei längeren Glühungen löst sich die Laves-Phase ausreichend auf, wie Charge 161061 zeigt und das Gefüge rekristallisiert globular mit entsprechend kurzen Zeiten bis zum Bruch beim Kriechversuch. This shows the influence of the annealing time at temperatures around 1050 ° C. For short-term annealing of a few minutes, dislocations (deformation) and sufficient Laves phase are still present in the material, which in this example results in a 3 to 4 times longer time to break in the creep test. For longer anneals, the Laves phase dissolves sufficiently, as shown in batch 161061, and the microstructure recrystallizes globular with correspondingly short times to break during the creep test.
Die Glühung bei 1050 °C für 20 min liegt mit einer Glühzeit von 20 Minuten oberhalb von tmax = 6,0 Minuten. Sie liegt damit nicht im Erfindungsbereich und dient als Referenz ebenso wie die Glühung bei 1075 °C für 20 min. Die Glühung bei 1050°C für 3,4 Minuten liegt mit einer Glühzeit von 3,4 Minuten im erfindungsgemäßen Bereich zwischen tmm = 0,32 Minuten und tmax. = 6,0 Minuten und zeigt erfindungsgemäß eine deutlich erhöhte Bruchzeit im Kriechversuch. The annealing at 1050 ° C for 20 min is with an annealing time of 20 minutes above t max = 6.0 minutes. It is therefore not in the invention range and serves as a reference as well as the annealing at 1075 ° C for 20 min. The glow at 1050 ° C for 3.4 minutes is with an annealing time of 3.4 minutes in the range according to the invention between t mm = 0.32 minutes and t ma x. = 6.0 minutes and shows according to the invention a significantly increased break time in the creep test.
Beispiel 5 Example 5
In diesem Beispiel ist Material aus der Charge 161061 nach einer Lösungsglühung oberhalb von 1070°C für einen Zeitraum von mehr als 7 Minuten gefolgt von einer Abkühlung an ruhender Luft zu 12 mm dickem Blech warm gewalzt worden, wobei die Umformung mit einer Starttemperatur > 1070°C begonnen wurde und die letzten 70 % an mechanischer Verformung zwischen 1000°C und 500°C gewalzt wurden. In this example, material from batch 161061 was hot rolled after a solution annealing above 1070 ° C for a period of more than 7 minutes followed by quiescent air cooling to 12 mm thick sheet, forming with a starting temperature> 1070 ° C was started and the last 70% of mechanical deformation was rolled between 1000 ° C and 500 ° C.
Führt man danach an dem so umgeformten Material bei 1075°C für 22 Minuten mit Abkühlung an ruhender Luft eine Lösungsglühung durch, so erhält man ein sehr grobkörniges Gefüge mit nur wenigen Ausscheidungen von Laves-Phase und einer Korngröße von ca. 134 bis 162 pm (Bild 9). Führt man an diesem Material einen Kriechversuch mit einer Anfangsspannung von 40 MPa bei einer Temperatur von 700°C durch, so reißt die Probe nach 228 Stunden bei einer Dehnung A von 51 %. (Tabelle 6) Führt man den Kriechversuch bei 60 MPa durch, so reißt die Probe nach 8,1 Stunden, bei einer Dehnung A von 43 %. Bei Raumtemperatur hat das so geglühte Material eine Dehnung von 35 %, was für einen Ferriten ein sehr guter Wert ist. If a solution annealing is then carried out at 1075 ° C. for 10 minutes at 1075 ° C. with cooling in still air, a very coarse-grained microstructure is obtained with only a few precipitates of Laves phase and a particle size of about 134 to 162 μm ( Picture 9). If a creep test is carried out on this material with an initial stress of 40 MPa at a temperature of 700 ° C., the sample breaks after 228 hours at an elongation A of 51%. (Table 6) If the creep test is carried out at 60 MPa, the sample breaks after 8.1 hours, with an elongation A of 43%. At room temperature, the annealed material has an elongation of 35%, which is a very good value for a ferrit.
Führt man an dem bei 1075°C für 22 Minuten lösungsgeglühten Material zusätzlich eine Glühung von 4 Stunden bei 700°C mit nachfolgender Abkühlung an ruhender Luft durch, so scheidet sich verteilt im Gefüge Laves-Phase aus. (Bild 10). Führt man dann den Kriechversuch bei 700°C mit einer Anfangsspannung von 40 MPa durch, so reist die Probe schon nach 104 Stunden, bei einer Dehnung A von 72,6 %, also einer wesentlich kürzeren Zeit als nach der Lösungsglühung von 1075X für 22 Minuten. Führt man den Kriechversuch mit 60 MPa durch, so reißt die Probe nach 6,3 Stunden, bei einer Dehnung A von 63 %, also ebenfalls nach wesentlich kürzerer Zeit als nach der Lösungsglühung von 1075°C für 22 Minuten. If, in addition, annealing at 700 ° C. for 4 hours at 700 ° C. with subsequent cooling in inert air is carried out on the material which has been solution-annealed at 1075 ° C. for 22 minutes, the Laves phase is distributed in the microstructure. (Picture 10). If the creep test is then carried out at 700 ° C. with an initial stress of 40 MPa, the sample travels already after 104 hours, at an elongation A of 72.6%, ie a considerably shorter time than after the solution annealing of 1075 × for 22 minutes , If one carries out the creep test with 60 MPa, then tears the sample after 6.3 hours, at an elongation A of 63%, ie also after a much shorter time than after the solution annealing of 1075 ° C for 22 minutes.
Dies ist der Beweis dafür, dass die Ausscheidung der Laves-Phase(n) in einem Gefüge mit erhöhter Versetzungsdichte, also einem umgeformten oder erholten Gefüge erfolgen muss, um eine Verlängerung der Bruchzeit zu erhalten. Eine Ausscheidung in ein lösungsgeglühtes Gefüge bewirkt genau das Gegenteil nämlich eine Verkürzung der Bruchzeit. Die Ursache hierfür ist die gleichmäßigere Verteilung von sehr feinen Ausscheidungen bei Ausscheidung in ein Gefüge mit erhöhter Versetzungsdichte, d.h. ein verformtes oder erholtes Gefüge im Vergleich zu einer Ausscheidung in ein versetzungsarmes grobkörniges Gefüge. This is the proof that the precipitation of the Laves phase (s) must take place in a structure with increased dislocation density, ie a reshaped or recovered structure, in order to obtain an extension of the fracture time. An excretion into a solution-annealed structure causes exactly the opposite namely a shortening of the break time. The reason for this is the more even distribution of very fine precipitates upon excretion into a microstructure with increased dislocation density, i. a deformed or recovered microstructure in comparison to an excretion into a dislocation-rich coarse-grained microstructure.
Beispiel 6 Example 6
In diesem Beispiel wurden, wie in Beispiel 2, mit dem warm gewalzten Material aus Beispiel 1 Glühungen zwischen 750°C und 1000 °C für jeweils 20 min bzw. für einige Temperaturen auch 120 min, 240 min, 480 min, 960 min, 1440 min bzw. 5760 min, (für tmin und tmax nach Gleichung 1 und 2 siehe Tabelle 7) an Luft, gefolgt von einer Abkühlung an ruhender Luft durchgeführt. Nach der Wärmebehandlung wurden aus den Blechen Proben gefertigt, und dann der Kriechversuch mit einer Spannung von 40 MPa bei 750°C, wie oben beschrieben durchgeführt. Die höhere Spannung im Vergleich zu Beispiel 2 wurde zur Verkürzung der Versuchszeit gewählt. Ziel war, die für die Glühungen geeigneten Wärmebehandlungszeiten festzustellen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengestellt. In this example, as in Example 2, with the hot rolled material of Example 1 anneals between 750 ° C and 1000 ° C for 20 min and for some temperatures also 120 min, 240 min, 480 min, 960 min, 1440 min and 5760 min, (for t min and t ma x according to Equation 1 and 2, see Table 7) in air, followed by cooling in still air carried out. After the heat treatment, samples were prepared from the sheets, and then the creep test was carried out at a tension of 40 MPa at 750 ° C as described above. The higher voltage compared to Example 2 was chosen to shorten the experimental time. The aim was to determine the heat treatment times suitable for the annealing. The results are summarized in Table 7.
Nach 20 min bei 1000°C wird nur eine Bruchzeit von 8,8 h bei einer Dehnung A von 78,7 % erreicht. In Beispiel 2 wurde nach 20 Minuten bei 1000°C und einem Kriechversuch bei 750°C und 35 MPa eine vergleichbar niedrige Bruchzeit erreicht wie nach der Lösungsglühung bei 1075°C für 20 Minuten mit Abkühlung an ruhender Luft, so dass dieser Wert als Referenz für die Bruchzeit des lösungsgeglühten Zustandes angenommen werden kann. Erfindungsgemäße Varianten sollten diese Bruchzeit auch wieder um einen Faktor von mindestens 1 ,5 übersteigen. After 20 min at 1000 ° C, only a break time of 8.8 h at an elongation A of 78.7% is achieved. In Example 2, after 20 minutes at 1000 ° C and a creep test at 750 ° C and 35 MPa, a comparable low break time was achieved as after the solution annealing at 1075 ° C for 20 minutes with cooling in still air, so that this value as a reference for the break time of the solution-annealed condition can be assumed. invention Variants should again exceed this break time by a factor of at least 1.5.
Nach 20 min bei 750°C bis 900°C wird eine um mindestens 10fach erhöhte Bruchzeit von über 100 Stunden bei einer Dehnung A von größer 27 % erreicht. Die höchste Bruchzeit bei den Glühungen mit 20 Minuten wird bei 850°C mit 296 Stunden erreicht. Die höchste Bruchzeit bei den Glühungen mit 120 Minuten wird bei 800°C mit 227 Stunden erreicht. Die höchste Bruchzeit bei den Glühungen mit 240 Minuten wird bei 750°C mit 182 Stunden erreicht, wobei kein Wert für 700°C vorliegt. Die höchste Bruchzeit bei den Glühungen mit 480 Minuten wird bei 800°C mit 169 Stunden erreicht. Für 960 Minuten würde nur eine Bruchzeit für 750°C bestimmt mit einem Wert von 139 Stunden bei einer Dehnung von 24,2 %. Nach 1440 min und 5760 min werden bei 750°C und 800°C nur noch Bruchzeiten deutlich unterhalb der maximal bei diesen Temperaturen erreichten Bruchzeiten erreicht. Bei 800°C z. B. fällt die Bruchzeit von 169 Stunden nach einer Behandlungszeit von 480 Minuten auf einen Wert von 46 Stunden, nach einer Behandlungszeit von 1440 Minuten auf einen Wert von 17,5 Stunden, nach einer Behandlungszeit von 5760 Minuten, die aber noch im erfindungsgemäßen Bereich liegt. Eine weitere Erhöhung der Behandlungszeit sollte die Bruchzeit weiter senken, so dass tmax sinnvollerweise mit 7059 Minuten etwas über der Zeit von 5750 Minuten liegt. Alle Dehnungen für die Wärmebehandlungstemperaturen von 750 bis 900°C und Zeiten von 20 Minuten bis 5760 Minuten liegen zwischen 24,2 % und 43% und sind damit wie gefordert größer 18 %, um sprödes Versagen zu vermeiden. Für die Gefüge nach 20 Minuten Glühung gilt das in Beispiel 2 gesagte, da es sich um die gleichen Glühungen handelt. Auch bei der höheren Spannung von 40 MPa im Kriechversuch tritt das Maximum der Bruchzeit im verformten Gefüge, mit dichter gleichmäßig ausgeschiedener Laves-Phase auf. After 20 minutes at 750 ° C. to 900 ° C., an at least 10-fold increased break time of more than 100 hours is achieved at an elongation A of greater than 27%. The highest break time for annealing with 20 minutes is achieved at 850 ° C with 296 hours. The highest break time for 120 minute anneals is achieved at 800 ° C with 227 hours. The highest break time for the 240 minute anneals is achieved at 750 ° C for 182 hours, with no value for 700 ° C. The highest break time for the 480 minute anneals is achieved at 800 ° C with 169 hours. For 960 minutes, only a break time of 750 ° C would be determined, with a value of 139 hours at an elongation of 24.2%. After 1440 min and 5760 min, only fracture times well below the maximum fracture times achieved at these temperatures are achieved at 750 ° C and 800 ° C. At 800 ° C z. B. falls the break time of 169 hours after a treatment time of 480 minutes to a value of 46 hours, after a treatment time of 1440 minutes to a value of 17.5 hours, after a treatment time of 5760 minutes, but which is still in the range of the invention , A further increase in the treatment time should further reduce the break time, so that t max makes sense, with 7059 minutes, slightly above the time of 5750 minutes. All elongations for the heat treatment temperatures of 750 to 900 ° C and times of 20 minutes to 5760 minutes are between 24.2% and 43% and are therefore greater than 18% as required to avoid brittle failure. For the structure after 20 minutes of annealing, the same applies in Example 2, since these are the same anneals. Even at the higher stress of 40 MPa in the creep test, the maximum of the fracture time occurs in the deformed microstructure, with dense uniformly precipitated Laves phase.
Bei Raumtemperatur hat das 20 Minuten geglühten Blech bei allen Temperaturen wie in Beispiel 2 zwischen 600°C und 900°C eine Dehnung von mindestens 13 %, was noch als befriedigend für eine ferritische Legierung anzusehen ist und das Material verarbeitbar macht. At room temperature, the sheet tempered for 20 minutes at each temperature has an elongation of at least 13% between 600 ° C and 900 ° C as in Example 2, which is still considered to be satisfactory for a ferritic alloy and makes the material processable.
Beispiel 7 Example 7
In diesem Beispiel ist einmal das 1 ,5 mm dicke Material der Charge 161995, das nach einer Kaltumformung von 53 % bei 1050°C für 3,4 Minuten unter Schutzgas im Durchlaufofen mit anschließender Abkühlung im kalten Schutzgasstrom geglüht wurde, verwendet worden. Auf die gleiche Art und Weise wurde 2,5 mm dickes Material aus Charge 161995 hergestellt, indem es nach einer Kaltumformung von 40 % bei 1050°C für 2,8 Minuten unter Schutzgas im Durchlaufofen mit anschließender Abkühlung im kalten Schutzgasstrom geglüht wurde. Auch das 2,5 mm dicke Material zeigt danach ein erholtes Gefüge mit gestreckten Körnern (Bild 11), wie in Bild 7 das Material aus Beispiel 4 und Ausscheidung von Laves-Phase, wenn auch deutlich weniger als in Bild 4 erkennbar. Ein Teil des Materials wurde danach noch einmal bei 1050°C für 10 min unter Luft mit nachfolgender Abkühlung in ruhender Luft geglüht. Danach ist das Material globular rekristallisiert, mit einer Korngröße von 108 μηι. Ausgeschiedenen Laves-Phase ist nur noch geringfügig zu finden. Das Material mit 1050°C/ 2,8 min und das Material mit 1075°C/10min als letzte Wärmebehandlung wurde danach mit Umformgraden zwischen 2,8 und 40% gewalzt. Danach wurden Kriechversuche bei 750°C und 35 MPa durchgeführt und Zugversuche bei Raumtemperatur. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 zusammengefasst. In this example, once the 1, 5 mm thick material of the batch 161995, which was annealed after cold working of 53% at 1050 ° C for 3.4 minutes under inert gas in a continuous furnace with subsequent cooling in the cold inert gas stream has been used. In the same way, 2.5 mm thick material was prepared from batch 161995 by annealing after cold working of 40% at 1050 ° C for 2.8 minutes under inert gas in a continuous furnace followed by cooling in the cold inert gas stream. The 2.5 mm thick material then shows a recovered structure with elongated grains (Figure 11), as in Figure 7, the material of Example 4 and excretion of Laves phase, although significantly less than in Figure 4 recognizable. A part of the material was then again annealed at 1050 ° C for 10 min in air with subsequent cooling in still air. Thereafter, the material is recrystallized globular, with a particle size of 108 μηι. Eliminated Laves phase is only slightly to find. The material with 1050 ° C / 2.8 min and the material with 1075 ° C / 10min as the last heat treatment was then rolled with degrees of deformation between 2.8 and 40%. Afterwards, creep tests were carried out at 750 ° C. and 35 MPa and tensile tests at room temperature. The results are summarized in Table 8.
Nach der Glühung bei 1050°C für 3,4 Minuten hat Charge 161995 in einem Kriechversuch bei 750°C mit eine Anfangsbelastung von 35 MPa eine Bruchzeit von 33,5 Stunden bei einer Dehnung A von 89 %, nach der zusätzlichen Glühung bei 1050°C für 10 Minuten, die ein sehr grobes Korn erzeugt eine nur ein Drittel betragende Bruchzeit von 10,8 Stunden bei einer Dehnung A von 50,4 %. After annealing at 1050 ° C for 3.4 minutes, Lot 161995 in a creep test at 750 ° C with an initial load of 35 MPa has a break time of 33.5 hours at an elongation A of 89%, after additional annealing at 1050 ° C for 10 minutes, the very coarse grain produces a one-third break time of 10.8 hours at an elongation A of 50.4%.
Wird aus dem nach 1050°C/ 2,8 min umgeformten Material eine Probe für einen Kriechversuch als Simulation für ein Bauteil gefertigt und dieses dann mit ca. 60°C/Minute auf eine Anwendungstemperatur von 750°C aufgeheizt und dann ein Kriechversuch mit einer Anfangsspannung von 35 MPa bei einer Temperatur von 750°C durchgeführt, so sinkt die Bruchdehnung bei Umformungen zwischen 5 und 40% auf werte um die 10 Stunden mit Bruchdehnungen größer 45 %. If a sample for a creep test is produced as a simulation for a component from the material converted to 1050 ° C / 2.8 min. Heated to an application temperature of 750 ° C and then subjected to a creep test with an initial stress of 35 MPa at a temperature of 750 ° C, so the elongation at break decreases with conversions between 5 and 40% on values around the 10 hours Elongation at break greater than 45%.
Wird dagegen aus dem nach 1050°C7 10 min umgeformten Material eine Probe für einen Kriechversuch als Simulation für ein Bauteil gefertigt und dieses dann mit ca. 60°C/Minute auf eine Anwendungstemperatur von 750°C aufgeheizt und dann ein Kriechversuch mit einer Anfangsspannung von 35 MPa bei einer Temperatur von 750°C durchgeführt,, so steigt die Bruchdehnung bei Umformungen zwischen 2,9 und 40% auf Werte zwischen 49 und 137 Stunden, was eine Erhöhung der Bruchzeit gegenüber dem nach 1050°C/ 2,8 min umgeformte Material um mehr als den Faktor 4 bedeutet, wobei bei 10 % ein Maximum auftritt und die Bruchdehnungen zwischen 18,9 und 60 % liegen. If, on the other hand, a sample for a creep test is produced from the material formed after 1050 ° C. for 10 minutes as a simulation for a component and then heated to an application temperature of 750 ° C. at about 60 ° C./minute and then a creep test with an initial stress of 35 MPa is carried out at a temperature of 750 ° C, the elongation at break during forming increases between 2.9 and 40% to values between 49 and 137 hours, which means an increase in the breaking time compared to that after 1050 ° C / 2.8 min Material by more than a factor of 4, with a maximum occurs at 10% and the elongation at break between 18.9 and 60%.
Ab 10 % Umformgrad wird die Bruchdehnung im Zugversuch bei Raumtemperatur allerding kleiner als 8%, so dass das Material zunehmend schlechter verarbeitbar ist. D. h bevorzugte Umformgrade für eine Kaltformgebung liegen zwischen 0,05 und 10 %. Sodann zeigt dieses Beispiel, dass die Erhöhung der Bruchdehnung nach eine Umformung nicht auftritt, wenn die Glühung vor der Umformung bei zu niedrigen Temperaturen bzw. zu kurzen Zeiten durchgeführt wurde. (Hier bei 1050°C für 2,8 Minuten) Die Erhöhung der Bruchdehnung trat auf, nachdem bei >1050 °C für > 6 Minuten geglüht wurde (Hier bei 1075 °C für 7 Minuten) From 10% degree of deformation, the elongation at break in the tensile test at room temperature, however, less than 8%, so that the material is increasingly difficult to process. D. h preferred degrees of deformation for cold forming are between 0.05 and 10%. Then, this example shows that the increase in elongation at break after forming does not occur if the annealing was carried out before deformation at too low temperatures or at short times. (Here at 1050 ° C for 2.8 minutes) The increase in elongation at break occurred after being annealed at> 1050 ° C for> 6 minutes (here at 1075 ° C for 7 minutes)
Die Beschriftungen/Beschreibungen der Tabellen/Bilder werden wie folgt wiedergegeben: The labels / descriptions of the tables / images are shown as follows:
Tabelle 1 Zusammensetzung der untersuchten Legierung (alle Angaben in Gew.-Table 1 Composition of the investigated alloy (all data in wt.
%) %)
Tabelle 2 Ergebnisse der Kriechversuche bei 750°C mit 35 MPA und der Table 2 Results of the creep tests at 750 ° C with 35 MPA and the
Zugversuche bei Raumtemperatur für die Warmwalzung und die Wärmebehandlungen in Beispiel 1 für ein 12 mm dickes Blech. (R: Referenz nach dem Stand der Technik, E: Erfindungsgemäß)  Room temperature tensile tests for hot rolling and heat treatments in Example 1 for a 12 mm thick sheet. (R: Reference according to the prior art, E: According to the invention)
Tabelle 3 Ergebnisse der Kriechversuche bei 750°C mit 35 MPA und der Table 3 Results of the creep tests at 750 ° C with 35 MPA and the
Zugversuche bei Raumtemperatur für die Warmwalzung aus Beispiel 1 und die Wärmebehandlung aus Beispiel 2 für ein 12 mm dickes Blech. (R: Referenz nach dem Stand der Technik, E: Erfindungsgemäß)  Tensile tests at room temperature for the hot rolling of Example 1 and the heat treatment of Example 2 for a 12 mm thick sheet. (R: Reference according to the prior art, E: According to the invention)
Tabelle 4 Ergebnisse der Kriechversuche bei 750°C mit 35 MPA und der Table 4 Results of the creep tests at 750 ° C with 35 MPA and the
Zugversuche bei Raumtemperatur für Beispiel 3 für ein 12 mm dickes Blech. (R: Referenz nach dem Stand der Technik, E: Erfindungsgemäß)  Room temperature tensile tests for Example 3 for a 12 mm thick sheet. (R: Reference according to the prior art, E: According to the invention)
Tabelle 5 Ergebnisse der Kriechversuche bei 750°C mit 35 MPA und der Table 5 Results of the creep tests at 750 ° C with 35 MPA and the
Zugversuche bei Raumtemperatur für Beispiel 4 für 1 ,5 mm dickes Band. (R: Referenz nach dem Stand der Technik, E: Erfindungsgemäß)  Room temperature tensile tests for Example 4 for 1.5 mm thick tape. (R: Reference according to the prior art, E: According to the invention)
Tabelle 6 Ergebnisse der Kriechversuche bei 700°C und der Zugversuche bei Table 6 Results of the creep tests at 700 ° C and the tensile tests at
Raumtemperatur für Beispiel 5 an 12 mm dickem Blech. (R: Referenz nach dem Stand der Technik, E: Erfindungsgemäß)  Room temperature for Example 5 on 12 mm thick sheet. (R: Reference according to the prior art, E: According to the invention)
Tabelle 7 Ergebnisse der Kriechversuche bei 750°C mit 40 MPA und der Table 7 Results of the creep tests at 750 ° C with 40 MPA and the
Zugversuche bei Raumtemperatur für die Warmwalzung und die Wärmebehandlungen in Beispiel 6 für ein 12 mm dickes Blech. (R: Referenz nach dem Stand der Technik, E: Erfindungsgemäß) Tensile tests at room temperature for hot rolling and Heat treatments in Example 6 for a 12 mm thick sheet. (R: Reference according to the prior art, E: According to the invention)
Tabelle 8 Ergebnisse der Kriechversuche bei 750°C mit 35 MPA und der Table 8 Results of the creep tests at 750 ° C with 35 MPa and the
Zugversuche bei Raumtemperatur für Beispiel 7 für 1 ,5 mm bis 2,5 mm dickes Band aus Charge 161995. (R: Referenz nach dem Stand der Technik, E: Erfindungsgemäß) Tensile tests at room temperature for Example 7 for 1.5 mm to 2.5 mm thick tape from batch 161995. (R: Reference according to the prior art, E: According to the invention)
Bild 1 Gefüge des warm umgeformten Materials in Beispiel 1 Figure 1 Microstructure of the hot-formed material in Example 1
Bild 2 Gefüge des warm umgeformten Materials in Beispiel 1 nach einer Figure 2 Microstructure of the hot-formed material in Example 1 after one
Glühung bei 1075°C für 20 Minuten und Abkühlung in ruhender Luft. Korngröße 137 pm.  Annealing at 1075 ° C for 20 minutes and cooling in still air. Grain size 137 pm.
Bild 3 Gefüge des Materials in Beispiel 2 nach Glühung zwischen 600°C und Figure 3 Microstructure of the material in Example 2 after annealing between 600 ° C and
1000°C für jeweils 20 Minuten und Abkühlung in ruhender Luft.  1000 ° C for every 20 minutes and cooling in still air.
Bild 4 Gefüge des Materials in Beispiel 3 nach einer Glühung bei 920°C im Figure 4 Microstructure of the material in Example 3 after annealing at 920 ° C in
Durchlaufofen an Luft mit nachfolgender Abkühlung an ruhender Luft für jeweils 20 Minuten und Abkühlung in ruhender Luft. (Ätzung V2A Beize)  Continuous furnace in air with subsequent cooling in still air for 20 minutes and cooling in still air. (Etching V2A stain)
Bild 5 Gefüge von Charge 161061 in Beispiel 4 nach einer Glühung bei Fig. 5 Microstructure of batch 161061 in example 4 after annealing at
1050°C/ 3,4 Minuten unter Schutzgas im Durchlaufofen mit Abkühlung im kaltem Schutzgasstrom.  1050 ° C / 3.4 minutes under inert gas in a continuous furnace with cooling in a cold inert gas stream.
Bild 6 Gefüge von Charge 161061 in Beispiel 4 nach einer Glühung bei Figure 6 Structure of lot 161061 in Example 4 after annealing at
1050°CV 3,4 Minuten unter Schutzgas im Durchlaufofen mit Abkühlung im kaltem Schutzgasstrom und einer Glühung von 1050°C/20 min unter Luft mit nachfolgenden Abkühlung in ruhender Luft, Korngröße 134 pm (Ätzung mit V2A Beize)  1050 ° CV 3.4 minutes under inert gas in a continuous furnace with cooling in a cold inert gas stream and an annealing of 1050 ° C / 20 min under air with subsequent cooling in still air, particle size 134 pm (etching with V2A stain)
Bild 7 Gefüge von Charge 161995 in Beispiel 5 nach einer Glühung bei Figure 7 Microstructure of batch 161995 in Example 5 after annealing at
1050°C/ 3,4 Minuten unter Schutzgas im Durchlaufofen mit Abkühlung im kaltem Schutzgasstrom.  1050 ° C / 3.4 minutes under inert gas in a continuous furnace with cooling in a cold inert gas stream.
Bild 8 Gefüge von Charge 161995 in Beispiel 5 nach einer Glühung bei Figure 8 Microstructure of batch 161995 in Example 5 after annealing at
1050°C/ 3,4 Minuten unter Schutzgas im Durchlaufofen mit Abkühlung im kaltem Schutzgasstrom und einer Glühung von 1075°C/ 20 min unter Luft mit nachfolgenden Abkühlung in ruhender Luft, Korngröße 139 μηι 1050 ° C / 3.4 minutes under inert gas in a continuous furnace with cooling in a cold inert gas stream and an annealing of 1075 ° C / 20 min under air with subsequent cooling in still air, particle size 139 μηι
Bild 9 Gefüge des warm umgeformten Materials in Beispiel 5 nach einer Figure 9 Structure of the hot-formed material in Example 5 after one
Glühung bei 1075°C für 22 Minuten und Abkühlung in ruhender Luft. Korngröße 134 pm. bis 162 pm  Annealing at 1075 ° C for 22 minutes and cooling in still air. Grain size 134 pm. up to 162 pm
Bild 10 Gefüge des warm umgeformten Materials in Beispiel 5 nach einer Figure 10 Structure of the hot-formed material in Example 5 after one
Glühung bei 1075°C für 22 Minuten gefolgt von einer Abkühlung in ruhender Luft und nachfolgender Glühung bei 700°C für 4h gefolgt von einer Abkühlung in ruhender Luft. Korngröße 136 pm.  Annealing at 1075 ° C for 22 minutes, followed by cooling in still air followed by annealing at 700 ° C for 4h, followed by cooling in still air. Grain size 136 pm.
Bild 11 Gefüge von Charge 161995 in Beispiel 7 nach einer Glühung bei Figure 11 Structure of charge 161995 in Example 7 after annealing at
1050°C für 2,8 Minuten unter Schutzgas im Durchlaufofen mit Abkühlung im kalten Schutzgasstrom.  1050 ° C for 2.8 minutes under inert gas in a continuous furnace with cooling in cold inert gas stream.
Bild 12 Gefüge von Charge 161995 in Beispiel 7 nach einer Glühung bei Figure 12 Structure of charge 161995 in Example 7 after annealing at
1050°C für 2,8 Minuten unter Schutzgas im Durchlaufofen mit Abkühlung im kaltem Schutzgasstrom, gefolgt von einer Glühung bei 1075°C für 10 Minuten unter Luft mit nachfolgender Abkühlung an ruhenden Luft. Korngröße 108 pm. 1050 ° C for 2.8 minutes under inert gas in a continuous furnace with cooling in a cold inert gas stream, followed by annealing at 1075 ° C for 10 minutes in air with subsequent cooling to quiescent air. Grain size 108 pm.
Tabelle 1 Table 1
Charge ChargeBatch charge
Element 161061 161995Item 161061 161995
C 0,007 0,009C 0.007 0.009
S <0,002 <0,002S <0.002 <0.002
N 0,015 0,018N 0.015 0.018
Cr 22,9 22,6Cr 22,9 22,6
Ni 0,30 0,22Ni 0.30 0.22
Mn 0,43 0,43Mn 0.43 0.43
Si 0,21 0,24Si 0.21 0.24
Mo 0,02 0,02Mo 0.02 0.02
Ti 0,07 0,06Ti 0.07 0.06
Nb 0,51 0,49Nb 0.51 0.49
Cu 0,02 0,02Cu 0.02 0.02
Fe Rest RestFe rest rest
P 0,014 0,017P 0.014 0.017
AI 0,02 % 0,019AI 0.02% 0.019
Mg 0,0006 <0,01Mg 0.0006 <0.01
Pb <0,001 <0,001Pb <0.001 <0.001
Sn <0,01 <0,01Sn <0.01 <0.01
Ca 0,0002 <0,01Ca 0.0002 <0.01
V 0,05 0,02V 0.05 0.02
Zr <0,01 <0,01Zr <0.01 <0.01
W 1 ,94 1 ,97W 1, 94 1, 97
Co 0,04 0,02Co 0.04 0.02
La 0,08 0,05La 0.08 0.05
Ce <0,01 Ce <0.01
0 0,004 0 0.004
Tabelle 3 Table 3
n. g. = nicht gemessen ng = not measured
Tabelle 4 Table 4
Tabelle 5a Table 5a
Tabelle 5b Table 5b
Tabelle 6 Table 6
Tabelle 7a Table 7a
n. g. = nicht gemessen ng = not measured
Tabelle 7b Table 7b
n. g. = nicht gemessen ng = not measured
Tabelle 8a Table 8a
n. g. = nicht gemessen ng = not measured
Tabelle 8b Table 8b
n. g. = nicht gemessen n. g. = not measured

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, aus einer Laves-Phasen und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide ausscheidenden, Eisen-Chrom-Legierung, indem ein aus der Legierung hergestelltes Halbzeug einer thermomechanischen Behandlung unterworfen wird, wobei in einem ersten Schritt die Legierung bei Temperaturen > der Lösungsglühtemperatur lösungsgeglüht wird, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser, in einen zweitem Schritt eine mechanische Umformung des Halbzeugs im Bereich von 0,05 bis 99 % durchgeführt wird und in einem Folgeschritt Laves Phasen Fe2(M, Si) oder Fe7(M, Si>6 und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide gezielt und fein verteilt dadurch ausgeschieden werden, dass das aus dem umgeformten Halbzeug gefertigte Bauteil durch eine Aufheizung mit von 0,1 °C/min bis 1000 °C/min auf eine Anwendungstemperatur zwischen 550°C und 1000°C gebracht wird. 1. A method for producing a component, from a Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides ausscheidenden, iron-chromium alloy by one from the In a first step, the alloy is solution annealed at temperatures above the solution annealing temperature, followed by cooling in quiescent inert gas or air, inert gas or air, or in water, in a second step Laves phases Fe2 (M, Si) or Fe7 (M, Si> 6 and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and.) In a subsequent step / or Si-containing particles and / or carbides are selectively and finely distributed thereby excreted, that the manufactured from the formed semi-finished component by heating with from 0.1 ° C / min to 1000 C / min is brought to an application temperature of between 550 ° C and 1000 ° C.
2. Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, aus einer Laves-Phasen und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide ausscheidenden, Eisen-Chrom-Legierung, indem ein aus der Legierung hergestelltes Halbzeug einer thermomechanischen Behandlung unterworfen wird, wobei in einem ersten Schritt die Legierung bei Temperaturen > der Lösungsglühtemperatur lösungsgeglüht wird, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser, in einen zweitem Schritt eine mechanische Umformung des Halbzeugs im Bereich von 0,05 bis 99 % durchgeführt wird und in einem Folgeschritt Laves Phasen Fe2(M, Si) oder Fe7(M, Si>6 und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide gezielt und fein verteilt dadurch ausgeschieden werden, dass das umgeformte Halbzeug für eine Zeit zwischen tmin und tmax einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 550 und 1060°C unter Schutzgas oder Luft unterzogen wird, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser oder für Wärmebehandlungen bis 800°C im Ofen abgekühlt werden, worin tmjn und tmax sich nach den folgenden Formeln errechnen: 2. A method for producing a component, from a Laves phases and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides ausscheidenden, iron-chromium alloy by one from the In a first step, the alloy is solution annealed at temperatures above the solution annealing temperature, followed by cooling in quiescent inert gas or air, inert gas or air, or in water, in a second step mechanical deformation of the semifinished product in the range of 0.05 to 99% is carried out and in a subsequent step Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si> 6 and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing Particles and / or Si-containing particles and / or carbides are selectively and finely distributed thereby excreted that the formed semi-finished for a time between t min and t max is subjected to a heat treatment in the temperature range between 550 and 1060 ° C under inert gas or air, followed by cooling in inert gas or air, moving (blown) inert gas or air or in water or for heat treatments up to 800 ° C. be cooled in the oven, wherein t m j n and t max are calculated according to the following formulas:
tmin = Ta . 10(6740 na "9'216) und tmax = Ta · 10( 7960 na "15J2) mit Ta = T +273,15, und wobei das gewünschte Bauteil vor oder nach dieser Wärmebehandlung gefertigt wird. tmin = T a . 10 (6740 na '9 ' 216) and t max = T a x 10 (7960 na '15J2) with T a = T +273.15, and wherein the desired component is fabricated before or after this heat treatment.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt die Legierung bei einer Temperatur > 1050°C für mehr als 6 Minuten lösungsgeglüht wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the first step, the alloy is solution-annealed at a temperature> 1050 ° C for more than 6 minutes.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt die Legierung bei einer Temperatur > 1060°C für mehr als 1 Minute lösungsgeglüht wird. 4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the first step, the alloy is solution-annealed at a temperature> 1060 ° C for more than 1 minute.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Halbzeug folgender Zusammensetzung (in Gew.-%) thermomechanisch behandelt wird: 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein semifinished product of the following composition (in wt .-%) is thermomechanically treated:
Cr 12 - 30 %  Cr 12 - 30%
Mn 0,001 - 2,5 %  Mn 0.001 - 2.5%
Nb 0,1 - 2 %  Nb 0.1 - 2%
W 0,1 - 5 %  W 0.1 - 5%
Si 0,05 - 1 %  Si 0.05 - 1%
C 0,002 - 0,1 %  C 0,002 - 0,1%
N 0,002 - 0,1 %  N 0.002 - 0.1%
S max. 0,01 %  S max. 0.01%
Fe Rest  Fe rest
sowie den üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, wobei bei Raumtemperatur eine mechanische Verformbarkeit, gemessen als plastische Dehnung im Zugversuch > 13 % gegeben ist. and the usual melting-related impurities, wherein at room temperature, a mechanical deformability, measured as a plastic strain in the tensile test> 13% is given.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Lösungsglühung bei Temperaturen > der Lösungsglühtemperatur, vorzugsweise > 1050°C bei mehr als 6 Minuten, respektive > 1060°C bei mehr als 1 Minute, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser im Ausgangszustand vor der Verformung im Halbzeug nur noch wenige oder gar keine Laves-Phasen Fe2(M, Si) oder Fe7(M, Si)6 und/oder Fe-haltige Teilchen und/oder Cr-haltige Teilchen und/oder Si-haltige Teilchen und/oder Karbide in der Legierung vorhanden sind. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that after the solution annealing at temperatures> the solution annealing temperature, preferably> 1050 ° C at more than 6 minutes, respectively> 1060 ° C at more than 1 minute, followed by cooling in still inert gas or air, moving (blown) inert gas or air or in water in the initial state before deformation in the semi-finished product only few or no Laves phases Fe 2 (M, Si) or Fe 7 (M, Si) 6 and / or Fe-containing particles and / or Cr-containing particles and / or Si-containing particles and / or carbides are present in the alloy.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des Halbzeugs durch eine Warmumformung erfolgt. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the deformation of the semifinished product is carried out by a hot forming.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmumformung des Halbzeugs mit einer Starttemperatur > 1070°C beginnt, wobei die letzen 0,05 bis 90 % mechanischer Verformung zwischen 1000°C und 500°C aufgebracht werden. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the hot working of the semifinished product begins with a starting temperature> 1070 ° C, wherein the last 0.05 to 90% mechanical deformation between 1000 ° C and 500 ° C are applied.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Warmumformung des Halbzeugs mit einer Starttemperatur > 1070°C beginnt, wobei die letzen 0,05 bis 95 % mechanischer Verformung zwischen 1000°C und 500°C aufgebracht werden. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that hot working of the semifinished product begins with a starting temperature> 1070 ° C, wherein the last 0.05 to 95% mechanical deformation between 1000 ° C and 500 ° C are applied.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Warmumformung des Halbzeugs mit einer Starttemperatur > 1070°C beginnt, wobei die letzen 0,05 bis 90 % mechanischer Verformung zwischen 1000°C und 500°C aufgebracht werden. 10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the hot working of the semifinished product starts with a starting temperature> 1070 ° C, wherein the last 0.05 to 90% mechanical deformation between 1000 ° C and 500 ° C are applied.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Warmumformung des Halbzeugs eine Kaltumformung anschließt. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that adjoins the hot working of the semi-finished cold forming.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung des Halbzeugs durch eine Kaltumformung erfolgt. 12. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the deformation of the semifinished product is carried out by a cold forming.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grad der Kaltumformung des Halbzeugs 0,05 bis 99 % beträgt 13. The method according to claim 12, characterized in that the degree of cold working of the semifinished product is 0.05 to 99%
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltumformung des Halbzeugs 0,05 bis 95 % beträgt. 14. The method according to any one of claims 12 or 13, characterized in that the cold working of the semifinished product is 0.05 to 95%.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltumformung des Halbzeugs 0,05 bis 90 % beträgt. 15. The method according to any one of claims 12 to 14, characterized in that the cold working of the semifinished product is 0.05 to 90%.
16. Verfahren nach der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Umformung des Halbzeugs 20 bis 99 % beträgt und danach das umgeformte Halbzeug für einen Zeitraum zwischen tmjn und tmax einer Wärmebehandlung im Temperaturbereich zwischen 950° und 1060°C unter Schutzgas oder Luft unterzogen wird, gefolgt von einer Abkühlung in ruhendem Schutzgas oder Luft, bewegtem (geblasenem) Schutzgas oder Luft oder in Wasser und danach das gewünschte Bauteil gefertigt wird mit 16. The method according to claims 1 to 15, characterized in that the mechanical deformation of the semi-finished product is 20 to 99% and then the formed semi-finished product for a period between t mj n and t max a heat treatment in the temperature range between 950 ° and 1060 ° C. under inert gas or air, followed by cooling in inert gas or air, moving (blown) inert gas or air or in water and then the desired component is manufactured with
tmin = Ta . 10(6740 Ta-9'216) und t mi n = T a . 10 (6740 Ta - 9 ' 216) and
tmax = Ta . 10(17960 na "15'72) mit Ta = T + 273,15 t max = T a . 10 (17960 na '15 ' 72) with T a = T + 273,15
und Angabe von tmin und tmax in Minuten und Wärmebehandlungstemperatur T in °C. and specifying t min and t ma x in minutes and heat treatment temperature T in ° C.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Legierung zusätzlich (in Gew.-%) 0,02 bis 0,3 % La enthält. 17. The method according to any one of claims 1 to 16, wherein the alloy additionally contains (in wt .-%) 0.02 to 0.3% La.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Legierung zusätzlich (in Gew.-%) 0,01 bis 0,5 % Ti enthält. 18. The method according to any one of claims 1 to 17, wherein the alloy additionally contains (in wt .-%) 0.01 to 0.5% Ti.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Legierung zusätzlich 0,02 bis 0,3 % eines oder mehrere der Elemente Ce, Pr, Ne, Sc, Y, Zr oder Hf enthält . 19. The method according to any one of claims 1 to 18, wherein the alloy additionally contains 0.02 to 0.3% of one or more of the elements Ce, Pr, Ne, Sc, Y, Zr or Hf.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Legierung zusätzlich (in Gew.-%) 0,001 bis 0,5 % AI enthält. 20. The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the alloy additionally contains (in wt .-%) 0.001 to 0.5% AI.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die Legierung zusätzlich (in Gew.-%) 2,0 bis 6,0 % AI enthält. 21. The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the alloy additionally contains (in wt .-%) 2.0 to 6.0% Al.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , wobei die Legierung zusätzlich (in Gew.-%) 2,5 bis 5,0 % AI enthält. 22. The method of claim 21, wherein the alloy additionally (in wt .-%) 2.5 to 5.0% AI.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Legierung zusätzlich eines oder mehrere der Elemente 0,0001 bis 0,07 % Mg, 0,0001 bis 0,07 % Ca, 0,002 - 0,03 % P enthält. A method according to any one of claims 1 to 22, wherein the alloy additionally contains one or more of the elements 0.0001 to 0.07% Mg, 0.0001 to 0.07% Ca, 0.002 to 0.03% P.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die Legierung des Weiteren 0,01 bis 3,0 % eines oder mehrere der Elemente Ni, Co oder Cu enthält. 24. The method according to any one of claims 1 to 23, wherein the alloy further contains 0.01 to 3.0% of one or more of Ni, Co or Cu.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die Legierung des Weiteren bis zu 0,005 % B enthält. 25. The method according to any one of claims 1 to 24, wherein the alloy further contains up to 0.005% B.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25, wobei die thermomechanisch behandelte und Laves-Phasen in fein verteilter Form ausscheidende Eisen- Chrom-Legierung folgende Zusammensetzung beinhaltend (in Gew.-%)26. The method according to any one of claims 1 to 25, wherein the thermomechanically treated and Laves phases in finely divided form ausscheende iron-chromium alloy comprising the following composition (in wt .-%)
Cr 12 - 30 % Cr 12 - 30%
Mn 0,001 - 2,5 %  Mn 0.001 - 2.5%
Nb 0,1 - 2 %  Nb 0.1 - 2%
W 0,1 - 5 %  W 0.1 - 5%
Si 0,05 - 1 % C 0,002 - 0,03 % Si 0.05 - 1% C 0,002 - 0,03%
N 0,002 - 0,03 %  N 0.002 - 0.03%
S max. 0,005 %  S max. 0.005%
Fe Rest  Fe rest
sowie den üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.  as well as the usual smelting-related impurities.
(  (
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, wobei die Legierung zusätzlich (in Gew.-%) 0,02 - 0,2 % des Elemente La enthält.  27. The method according to any one of claims 1 to 26, wherein the alloy additionally (in wt .-%) 0.02 - 0.2% of the element La contains.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei die Legierung zusätzlich (in Gew.-%) 0,02 - 0,2 % Ti enthält. 28. The method according to any one of claims 1 to 27, wherein the alloy additionally (in wt .-%) 0.02 - 0.2% Ti.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die Legierung zusätzlich (in Gew.-%) 0,02 - 0,2 % eines oder mehrere der Elemente Ce, Pr, Ne, Sc, Y, Zr oder Hf enthält. 29. The method according to any one of claims 1 to 28, wherein the alloy additionally (in wt .-%) 0.02-0.2% of one or more of the elements Ce, Pr, Ne, Sc, Y, Zr or Hf.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 29, wobei die Legierung zusätzlich eines oder mehrere der Elemente (in Gew.-%) 0,0001 - 0,05 % Mg, 0,0001 - 0,03 % Ca, 0,002 - 0,03 % P enthält. A method according to any one of claims 1 to 29, wherein the alloy additionally comprises one or more of the elements (in weight%) 0.0001 - 0.05% Mg, 0.0001 - 0.03% Ca, 0.002 - 0 , 03% P contains.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 30, wobei die Legierung des Weiteren (in Gew.-%) bis zu 0,003 % B enthält. A method according to any one of claims 1 to 30, wherein the alloy further contains (in wt%) up to 0.003% B.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 31 , wobei (in Gew.-%) der Nb- Gehalt 0,3 bis 1 ,0 % und der Si-Gehalt 0,15 - 0,5 % beträgt. 32. The method according to any one of claims 1 to 31, wherein (in wt .-%) of the Nb content 0.3 to 1, 0% and the Si content is 0.15 - 0.5%.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 32, wobei der W-Gehalt ganz oder teilweise durch mindestens eines der Elemente Mo und/oder Ta ersetzt wird. 33. The method according to any one of claims 1 to 32, wherein the W content is wholly or partly replaced by at least one of the elements Mo and / or Ta.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 33, wobei die Legierung (in Gew.- %) max. 0,2 % V und/oder max. 0,005 % S enthält. 34. The method according to any one of claims 1 to 33, wherein the alloy (in% by weight) max. 0.2% V and / or max. 0.005% S contains.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 34, wobei die Legierung (in Gew.- %) max. 0,01 % O enthält. 35. The method according to any one of claims 1 to 34, wherein the alloy (in% by weight) max. 0.01% O contains.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 35, wobei die Legierung jeweils (in Gew.-%) max. 0,01 jedes der Elemente Zn, Sn, Pb, Se, Te, Bi und Sb enthält. 36. The method according to any one of claims 1 to 35, wherein the alloy each (in wt .-%) max. 0.01 includes each of Zn, Sn, Pb, Se, Te, Bi and Sb.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass Halbzeug durch Blech, Band, Stange, Schmiedeteil, Rohr oder Draht gebildet wird. 37. The method according to any one of claims 1 to 36, characterized in that semifinished product is formed by sheet metal, strip, rod, forging, pipe or wire.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung erst nach Fertigstellen des Bauteiles durchgeführt wird. 38. The method according to any one of claims 1 to 37, characterized in that the heat treatment is performed only after completion of the component.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass durch die thermomechanische Behandlung des Halbzeugs eine besonders hohe Kriechfestigkeit des Halbzeuges und/oder des Bauteils bei gleichzeitiger Dehnung > 13 % im Zugversuch bei Raumtemperatur erzeugt wird. 39. The method according to any one of claims 1 to 38, characterized in that by the thermo-mechanical treatment of the semifinished product, a particularly high creep strength of the semifinished product and / or the component is generated with simultaneous elongation> 13% in a tensile test at room temperature.
40. Metallisches Bauteil oder Halbzeug, bestehend aus folgender chemischer Zusammensetzung (in Gew.-%) 40. Metallic component or semi-finished product consisting of the following chemical composition (in% by weight)
Cr 12 - 30 %  Cr 12 - 30%
Mn 0,001 - 2,5 %  Mn 0.001 - 2.5%
Nb 0,1 - 2 %  Nb 0.1 - 2%
W 0,1 - 5 %  W 0.1 - 5%
Si 0,05 - 1 %  Si 0.05 - 1%
C 0,002 - 0,1 %  C 0,002 - 0,1%
N 0,002 - 0,1 %  N 0.002 - 0.1%
S max. 0,01 %  S max. 0.01%
Fe Rest sowie den üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, Fe rest as well as the usual smelting-related impurities,
das im Anschluss an eine thermomechanische Behandlung eine verformte Gefügestruktur aufweist, dergestalt, dass Laves-Phase(n) in fein verteilter Form in die Gefügeversetzungen der Gefügestruktur eingelagert ist bzw. sind, wobei in einem Kriechversuch mit insbesondere 35 MPa bei 750°C und bei einer Dehnung von mindestens 18 % eine Bruchzeit in der Gefügestruktur eingestellt ist, die die Bruchzeit von einem grobkörnigen, vollständig rekristallisierten Gefüge um einen Faktor von mindestens 1 ,5 übertrifft. which has a deformed microstructure subsequent to a thermomechanical treatment, such that Laves phase (s) is embedded in finely divided form in the microstructural dislocations of the microstructure or, wherein in a creep test with in particular 35 MPa at 750 ° C and at an elongation of at least 18%, a fracture time in the microstructure is set that exceeds the fracture time of a coarse, fully recrystallized microstructure by a factor of at least 1.5.
Metallisches Bauteil oder Halbzeug, bestehend aus folgender chemischer Zusammensetzung (in Gew.-%) Metallic component or semi-finished product consisting of the following chemical composition (in% by weight)
Cr 12 - 30 %  Cr 12 - 30%
Mn 0,001 - 2,5 %  Mn 0.001 - 2.5%
Nb 0,1 - 2 %  Nb 0.1 - 2%
W 0,1 - 5 %  W 0.1 - 5%
Si 0,05 - 1 %  Si 0.05 - 1%
C 0,002 - 0,1 %  C 0,002 - 0,1%
N 0,002 - 0,1 %  N 0.002 - 0.1%
S max. 0,01 %  S max. 0.01%
Fe Rest  Fe rest
sowie den üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, as well as the usual smelting-related impurities,
das im Anschluss an eine thermomechanische Behandlung eine verformte Gefügestruktur aufweist, dergestalt, dass Laves-Phase(n) in fein verteilter Form in die Gefügeversetzungen der Gefügestruktur eingelagert ist bzw. sind, wobei in einem Kriechversuch mit insbesondere 35 MPa bei 750°C und bei einer Dehnung von mindestens 18 % eine Bruchzeit h in der Gefügestruktur eingestellt ist, die die Bruchzeit von einem grobkörnigen, vollständig rekristallisierten Gefüge um einen Faktor von mindestens 3 übertrifft. which has a deformed microstructure subsequent to a thermomechanical treatment, such that Laves phase (s) is embedded in finely divided form in the microstructural dislocations of the microstructure or, wherein in a creep test with in particular 35 MPa at 750 ° C and at an elongation of at least 18%, a break time h in the microstructure is set which exceeds the fracture time of a coarse, fully recrystallized microstructure by a factor of at least 3.
Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 41 hergestellten Bauteils als Interkonnektor in einer Brennstoffzelle. Use of a component produced according to one of claims 1 to 41 as an interconnector in a fuel cell.
43. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 41 hergestellten Bauteils als Material in einem Bauelement, wie einem Reformer oder einem Wärmetauscher oder in einem Nebenaggregat einer Brennstoffzelle. 43. Use of a component produced according to one of claims 1 to 41 as a material in a component, such as a reformer or a heat exchanger or in an auxiliary unit of a fuel cell.
44. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 41 hergestellten Bauteils im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine. 44. Use of a component produced according to one of claims 1 to 41 in the exhaust system of an internal combustion engine.
45. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 41 hergestellten Bauteils für Dampfkessel, Überhitzer, Turbinen und andere Teile eines Kraftwerks oder in der chemischen Prozessindustrie. 45. Use of a manufactured according to one of claims 1 to 41 component for steam boilers, superheaters, turbines and other parts of a power plant or in the chemical process industry.
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