NL193408C

NL193408C - Met stikstof versterkte ijzer-nikkel-chroom-legering.

Info

Publication number: NL193408C
Application number: NL8900314A
Authority: NL
Original assignee: Haynes International
Priority date: 1988-02-10
Filing date: 1989-02-08
Publication date: 1999-09-06
Also published as: KR890013204A; IT1228309B; CH676607A5; JPH01252758A; FR2626893A1; FI94062C; KR930005898B1; SE8803982D0; GB8902742D0; NO173065C; FI890471A; NL193408B; NO890558L; FR2626893B1; NO173065B; NO890558D0; CA1311374C; ATA28089A; DE3903682A1; IT8919364A0

Description

1 193408

Met stikstof versterkte ijzer-nikkel-chroom-legering

De uitvinding heeft betrekking op een metaallegering, die als hoofdbestanddelen nikkel en chroom bevat en koolstof, stikstof, eventueel titaan en ijzer en ten minste één van de elementen niobium, tantaal en 5 vanadium.

Een dergelijke metaallegering is bekend uit EP-A-0.084.588 die betrekking heeft op hittebestendige en corrosiebestendige metaallegeringen die koolstof, silicium, mangaan, nikkel, chroom, molybdeen, nibium en ijzer bevatten en eventueel titaan, kobalt, koper, wolfraam, stikstof, vanadium, zirkonium en tantaal. De eventuele aanwezigheid van koper in dergelijke metaallegeringen heeft het nadeel dat dit aanleiding kan 10 geven tot de vorming van barsten. Een verder nadeel van deze legeringen is dat zij geen aluminium en/of boor bevatten, waardoor deze legeringen geen ductiliteit bezitten.

Er zijn reeds vele pogingen ondernomen om legeringen te ontwikkelen die een grote mechanische sterkte, geringe kruipeigenschappen en een goede corrosievastheid bij verschillende temperaturen hebben. Volgens het Amerikaanse octrooischrift 3.627.516 was het reeds bekend legeringen met mechanische 15 sterkte en corrosievastheid te maken door in de legering 30 tot 35% nikkel, 23 tot 27% chroom en geringe hoeveelheden koolstof, mangaan, silicium, fosfor en zwavel op te nemen. De mechanische eigenschappen van dit type legering zijn verbeterd door toevoeging van wolfraam en molybdeen. Volgens dit octrooischrift werd de legering verder verbeterd door toevoeging van 0,2 tot 3,0 gew.% niobium. Volgens het Amerikaanse octrooischrift 3.758.294 kunnen een grote mechanische sterkte, een geringe kruip en een goede 20 corrosievastheid in hetzelfde type legering worden verkregen door toevoeging van 1,0 tot 8,0% niobium, 0,3 tot 4,5% wolfraam en 0,02 tot 0,25 gew.% stikstof. Volgens beide octrooischriften dient het koolstofgehalte van de legering tussen 0,05 en 0,85% te liggen.

Bij de ontwikkeling van legeringen volgens deze twee octrooischriften is kennelijk geen aandacht besteed aan de bewerkbaarheid bij hoge temperatuur en de bereidbaarheid van de legeringen. Het is n.l. bekend dat 25 bij koolstofgehalten van meer dan 0,2% het heet bewerken en het bereiden aanzienlijk worden gehinderd. Vele van de legeringen volgens de genoemde Amerikaanse octrooischriften bevatten meer dan 0,2% koolstof en bij voorkeur zelfs meer dan 0,4% koolstof. Volgens deze hoge koolstofgehalten zijn dergelijke legeringen moeilijk heet te bewerken, te bereiden en te herstellen.

Volgens het Amerikaanse octrooischrift 3.627.516 zou het gebruik van dure legeringselementen zoals 30 wolfraam en molybdeen ter verbetering van de mechanische eigenschappen kunnen worden omzeild door toevoeging van 0,2 tot 3,0% niobium. Volgens het Amerikaanse octrooischrift 3.758.294 blijkt echter dat wolfraam nodig is voor een goede lasbaarheid en een goede weerstand tegen cementering. Volgens deze octrooischriften is wolfraam dus, hoewel het duur is, nodig om een goed lasbare en corrosievaste legering te verkrijgen.

35 Koolstof en wolfraam en andere, een vaste-stofoplossing versterkende elementen zoals molybdeen, worden gebruikt in legeringen van de groep nikkel-chroom-ijzer die in het algemeen, met het oog op de sterkte bij hoge temperaturen, 15 tot 45% nikkel en 15 tot 30% chroom bevat. Toepassing van aanzienlijke hoeveelheden koolstof en vaste-stofoplossing versterkende metalen heeft een nadelige invloed op de thermische stabiliteit, verlaagt de weerstand tegen thermische circulatie en verhoogt gewoonlijk onevenredig 40 de kostprijs van het product. Harding door neerslagvorming is doorgaans beperkt tot sterke verbetering van de sterkte bij betrekkelijk lage temperatuur of gaat gepaard met problemen met betrekking tot de warmte-stabiliteit en de vervaardigbaarheid.

Afgezien van deze overwegingen ten aanzien van de sterkte hebben bekende legeringen van deze groep slechts een matige corrosievastheid bij hoge temperatuur in een agressieve omgeving zoals bij aanwezig-45 heid van koolwaterstoffen, koolmonoxide, kooldioxide en zwavelverbindingen.

Doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een metaallegering die betere mechanische eigenschappen en een betere warme verwerkbaarheid bezit dan de in de aanhef vermelde legering. De uitvinding heeft daartoe betrekking op een metaallegering volgens de aanhef, met het kenmerk, dat de legering in gewichtsprocenten 25-45% nikkel, 12-32% chroom, 0,02-0,2% koolstof, 0,05-0,5% stikstof, ten 50 minste één van de elementen niobium in een hoeveelheid van 0,1-2%, tantaal in een hoeveelheid van 0,2-4% en vanadium in een hoeveelheid van 0,05-1%, ten minste één van de elementen aluminium in een hoeveelheid van ten hoogste 1% en boor in een hoeveelheid van ten hoogste 0,02% alsmede titaan in een hoeveelheid van ten hoogste 0,2%, naast eventuele andere elementen en verder ijzer inclusief eventuele verontreinigingen bevat, waarbij het vrije gehalte aan koolstof plus stikstof (C+N)^, overeenkomend met 55 r, Μ Nb _V_ Ta Jl u+,v' 9 '4,5‘18'3,5’ 193408 2 groter is dan 0,14% en kleiner is dan 0,29%.

De legering volgens de uitvinding bezit verbeterde mechanische eigenschappen en een verbeterde warme verwerkbaarheid dankzij de toevoeging van een zorgvuldig bepaalde hoeveelheid stikstof en een bepaalde verhouding tussen stikstof, niobium en koolstof. Uit EP-A-154.600 zijn nog austenitische 5 nikkellegeringen bekend die geen aluminium, boor, titaan of zirkoon bevatten, maar die grote hoeveelheden mangaan kunnen bevatten, namelijk tot 8,5 gew.%. Het enige voorbeeld dat een hoog gehalte aan nikkel noemt, d.i. voorbeeld 3, heeft een te hoog mangaangehalte, namelijk 4,85 gew.%, om binnen de omvang van de onderhavige uitvinding te vallen. Bovendien gaat het in deze literatuurplaats over een werkwijze voor het thermisch behandelen van een brede klasse legeringen teneinde een fijnkorrelige structuur te verkrijgen. 10 Het is mogelijk dat deze methode met de legering van de onderhavige uitvinding een goed resultaat oplevert, maar deze literatuurplaats leert niet hoe een dergelijke legering dient te worden bereikt

In EP-A-0.016.225 wordt voorts beschreven dat het voordelig is om in austenitisch staal met een gehalte van 15-30 gew.% chroom en 7-45 gew.% nikkel een zo laag mogelijk zwavelgehalte aan te houden. De toevoeging van stikstof aan dergelijke legeringen wordt niet beschreven. Integendeel, stikstof wordt als een 15 ongewenste verontreiniging beschouwd, waarvan het gehalte zo laag mogelijk moet zijn (zie blz. 11, regels 31-34).

De Nederlandse octrooiaanvrage 7105963 heeft betrekking op zogenaamde duplex-roestvrije staalsoorten, dat wil zeggen staalsoorten die zowel een austenitische als een ferritische fase bevatten. Ruime hoeveelheden van de voornaamste elementen worden bepaald of beperkt door een specifieke vergelijking. 20 De maximaal toegelaten hoeveelheden aan aluminium, molybdeen en tantaal zijn veel lager dan toegelaten of gewenst in de legeringen volgens de uitvinding. Daarentegen is de hoeveelheid toegelaten titaan plus koper veel hoger dan volgens de uitvinding is toegestaan. Voorts wordt geen melding gemaakt van boor, welk element volgens de uitvinding bij voorkeur wordt toegepast, en ook niet van vanadium, wolfraam en zirkoon, welke elementen mogelijk zijn in de legering volgens de uitvinding. Tenslotte is de vereiste 25 betrekking tussen de verschillende elementen beslist niet een equivalent of een vervanging voor de in de aanvrage beschreven betrekking tussen vrije koolstof en vrije stikstof.

In het Amerikaanse octrooischrift 4.421.558 wordt beschreven dat stikstof nadelig is en dat het gehalte ervan zo laag mogelijk moet worden gehouden (zie kolom 3, regels 32-37).

Volgens de uitvinding wordt niobium bij voorkeur tot een hoeveelheid van ten hoogste 1% van de 30 legering toegevoegd met het oog op de vorming van complexe deeltjes van carbonitrideverbindingen die zich in de legering tijdens gebruik vormen en de sterkte verhogen. Niobium verhoogt ook de oplosbaarheid van stikstof in de legering, waardoor een grotere hoeveelheid stikstof in de legering kan worden opgenomen ter verbetering van de sterkte. Naast of in plaats van niobium kan ook tantaal en/of vanadium in bepaalde hoeveelheden worden gebruikt. De hoeveelheid sterkere niridevormers zoals aluminium en zirkonium wordt 35 beperkt ter vermijding van de vorming aan het begin van de veel grof nitride bij de bereiding van een legering en een daarmee gepaard gaande vermindering van de sterkte. Het gehalte aan chroom is meer dan 12% zodat zowel een goede bestandheid tegen oxidatie als een goede oplosbaarheid voor stikstof wordt verkregen. Bij aanwezigheid van niobium, vanadium en/of tantaal in de legering heeft een zeer geringe hoeveelheid titaan (niet meer dan 0,20% Ti) gunstige versterkende effecten. Ter verhoging van de 40 oxidatieweerstand kan silicium worden toegevoegd tot ten hoogste 3,0%, maar anderzijds gaat de sterkte bij meer dan 12% silicium duidelijk achteruit. Er kan dus gekozen worden voor twee groepen legëringen: tot 1% silicium heeft een uitstekende sterkte en 1-3% silicium heeft een geringere sterkte maar een betere oxidatieweerstand.

De legering volgens de uitvinding is een Fe-Ni-Cr-legering die bij voorkeur 25-45% nikkel en 12-32% 45 chroom bevat. Meer in het bijzonder heeft de legering de volgende samenstelling in gewichtsprocenten:

Ni - 25-45

Cr - 12-32

Nb] - 0,1-2,0

Ta van deze drie ten minste één - 0,2-4,0 50 V - 0,05-1,0

Ti - 0-0,2

Si - 0-3 N - 0,05-0,5 C - 0,02-0,2 55 Mn - 0-2

Al - 0-1

Mo+W samen - 0-12 3 193408 B - 0-0,02

Zr - 0-0,2

Co - 0-5 5 Y, La, Ce en overige lanthaniden samen 0-0,1 en voor het overige ijzer en eventuele verontreinigingen, waarbij de verhouding tussen koolstof, stikstof, niobium, tantaal, vanadium en eventueel titaan aan bepaalde, hieronder toegelichte, grenzen is gebonden.

De stikstof in de legering volgens de uitvinding treedt op als stabilisator van de vaste-stofoplossing en draagt verder bij aan een versterking door neerslagvorming in de vorm van nitriden tijdens gebruik. De 10 legeringen volgens de stand van de techniek bevatten minder nikkel dan gewenst is voor een stabiele austenietische matrix bij onderwerping aan langdurige thermische veroudering tijdens gebruik bij verhoogde temperatuur. Stikstof stabiliseert de austenietische structuur, maar indien er minder dan 25% nikkel aanwezig is, heeft de matrix, wanneer bij blootstelling tijdens gebruik aan temperaturen van meer dan 438°C nitriden zijn neergeslagen, een tekort aan stikstof en kunnen de legeringen bros worden door 15 precipitatie in de sigmafase. Ter vermijding daarvan bevat de legering volgens de uitvinding bij voorkeur meer dan 30 gew.% nikkel. Verder bevat de legering volgens de uitvinding bij voorkeur meer dan 20 gew.% chroom.

Het is bekend dat titaan in aanwezigheid van stikstof in een legering op ijzerbasis leidt tot de vorming van ongewenste, grove titaan-nitride-deeltjes. Deze nitriden worden gevormd tijdens de bereiding van de 20 legering en dragen weinig bij tot de gebruikssterkte bij hoge temperatuur. Uitsluiting van titaan uit dit type legering voorkomt de onttrekking van stikstof aan de vaste-stofoplossing op de beschreven wijze, maar geeft geen optimale sterkte. Het is gebleken dat in aanwezigheid van niobium, vanadium of tantaal in de legering, een zeer geringe hoeveelheid titaan van ten hoogste 0,2 gew.% een gunstig effect op de sterkte heeft. Niobium, vanadium en tantaal die, zoals bekend een wat grotere affiniteit voor koolstof dan voor 25 stikstof hebben, kunnen ter verhoging van de oplosbaarheid van stikstof aan de legering worden toegevoegd zonder dat de stikstof grotendeels als grove primaire nitridedeeltjes of stikstofrijke carbonitridedeeltjes wordt onttrokken. Een hoeveelheid van meer dan 2% niobium is ongewenst omdat dan de neiging tot de vorming van schadelijke fasen zoals Fe2Nb-fasen of Ni3Nb-orthorhombische fasen ontstaat. De gewichts-hoeveelheid niobium in de legering is daarom ten minste 9 maal zo groot als de hoeveelheid koolstof, maar 30 kleiner dan 2% van het totaal.

Omdat niobium liever koolstof bindt dan stikstof, is er, zolang de verhouding C/Nb nagenoeg constant is, voldoende stikstof beschikbaar voor de vorming van versterkende precipitaten van chroom- en niobium-nitriden of voor het versterken van de vaste-stofoplossing. Verder is gebleken dat voor het verkrijgen van een optimale sterkte van de legering het niobiumgehalte afhankelijk is van het gehalte aan ’’vrije” (C+N), 35 waarbij het niobiumgehalte niet groter is dan 1 gew.%. Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de legering derhalve in gewichtsprocenten 30-42% nikkel, 20-32% chroom, 0,02-0,15% koolstof alsmede 0,1-1% niobium en/of 0,2-4% tantaal en/of 0,05-1% vanadium.

Zonder niobium of een equivalente hoeveelheid vanadium of tantaal levert de toevoeging van stikstof onvoldoende sterkte. Voor het verkrijgen van soortgelijke resultaten dient, wanneer niobium wordt vervan-40 gen, in plaats daarvan de helft van het gewicht ervan aan vanadium of het dubbele gewicht ervan aan tantaal te worden opgenomen.

De legering volgens de uitvinding kan tevens mangaan bevatten ter verhoging van de bestandheid tegen een agressieve omgeving, maar het gehalte van mangaan dient bij voorkeur minder te zijn dan 2,0 gew.%. Bij voorkeur bevat de legering tevens zirkonium, hoewel de hoeveelheid bij voorkeur niet hoger is dan 0,2 45 gew.% aangezien dan verkorting van de kruiptijd optreedt. De toevoeging van kobalt in bescheiden hoeveelheden leidt tot een verdere verhoging van de sterkte bij hoge temperaturen. De hoeveelheid kobalt is echter bij voorkeur ten hoogste 5 gew.%. Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de legering derhalve tevens, in gewichtsprocenten, ten hoogste 2% mangaan, ten hoogste 5% kobalt, ten hoogste 0,2 zirkonium en/of in totaal ten hoogste 0,1 yttrium, lanthaan, cerium en/of andere zeldzame 50 aardmetalen.

De legering kan tevens aluminium bevatten ter verhoging van de bestandheid tegen een agressieve omgeving, maar het gehalte aluminium dient bij voorkeur minder te zijn dan 1,0 gew.%, omdat een verhoging van het aluminiumgehalte in de richting van 1% een verkorting van de kruiptijd heeft. Tevens is het titaangehalte bij voorkeur niet hoger dan 0,4%, omdat dit tevens leidt tot een verkorting van de kruiptijd. 55 Boor kan worden toegevoegd voor een verdere verhoging van de sterkte bij hoge temperaturen, maar het boorgehalte dient maximaal 0,02% te zijn, omdat een hoger gehalte een negatieve invloed heeft op de lasbaarheid. De legering volgens de uitvinding bevat derhalve volgens een andere voorkeursuitvoerings- 193408 4 vorm, in gewichtsprocenten, ten hoogste 0,5% aluminium, ten hoogste 0,1% titaan, 0,35-1,2% mangaan en/of ten hoogste 0,015% boor.

Ook kunnen molybdeen en wolfraam in kleine hoeveelheden in de legering aanwezig zijn. Molybdeen en wolfraam leveren extra sterkte zonder noemenswaardig verlies aan thermische stabiliteit tot een totaal van 5 5%. Hogere gehalten leiden tot een meetbaar verlies aan thermische stabiliteit, maar kunnen desondanks zonodig voor verdere versterking zorgen tot een totaalgehalte van 12%. Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding bedraagt het gehalte aan molybdeen plus wolfraam in de levering in totaal 2-12 gew.%.

Ter verhoging van de oxidatieweerstand kan ten hoogste 3,0% silicium worden toegevoegd. Zoals al 10 eerder aangegeven, is de sterkte echter minder bij meer dan 1% silicium. Voor een uitstekende sterkte wordt derhalve minder dan 1% silicium genomen. Volgens weer een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de legering 0,25-1 gew.% silicium.

Voor een betere oxidatieweerstand dient de legering meer dan 1% silicium te bevatten. De legering volgens de uitvinding bevat in een dergelijk geval volgens nog een andere voorkeursuitvoeringsvorm 1-3 15 gew.% silicium. Sterke nitridevormers zoals aluminium en zirkonium zijn slechts in beperkte hoeveelheden aanwezig ter voorkoming van de vorming van grove nitridedeeltjes tijdens de bereiding en een daarmee gepaard gaande verminderde sterkte tijdens gebruik. Het gehalte chroom is ten minste 12% met het oog op zowel een goede oxidatieweerstand als een goede oplosbaarheid voor stikstof.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een gietstuk, vervaardigd om de toepassing van de legering 20 volgens de beide laatstgenoemde voorkeursuitvoeringsvormen (de conclusies 6 en 7).

Voorbeeld I

Voor het bepalen van de invloed van niobium op de eigenschappen van de legering volgens de uitvinding werden legeringen bereid met een nominale samenstelling van 33% Ni, 21% Cr, 0,7% Mn, 0,5% Si, 0,3% Al 25 en verder koolstof, stikstof, titaan en niobium zoals aangegeven in tabel A en voor het overige ijzer. Deze legeringen werden getest waarbij de tijd werd bepaald die nodig was voor het bereiken van 1% kruip onder drie verschillende omstandigheden van temperatuur en belasting. De resultaten zijn weergegeven in tabel A.

Uit de tabel blijkt, dat titaan liever stikstof dan koolstof bindt onder vorming van TiN en eventueel enig Ti(C,N). Niobium bindt C liever dan N, zodat zolang de verhouding C/Nb betrekkelijk constant is, stikstof 30 beschikbaar is voor de vorming van versterkende precipitaten van Cr2N en NbN of voor het versterken van de vaste-stofoplossing. De sterkte van de legeringen C, D en E is derhalve ongeveer gelijk.

Opgemerkt kan worden dat toevoeging van stikstof in plaats van koolstof met meer dan 2:1 zonder Nb weinig aan de versterking bijdraagt zoals blijkt uit de legeringen A en F tegenover E. Voorts verbetert een enkele toevoeging van Nb aan een titaan houdende legering de sterkte niet duidelijk, zoals blijkt bij 35 vergelijking van de legeringen G en A. Tenslotte hebben de legeringen met hoge titaangehalten van 0,40 en 0,45% slechte resultaten, hetgeen doet vermoeden dat dergelijke hoge titaangehalten nadelig zijn.

TABEL A - Niobium tegenover titaan Nominaal (gew.%): Fe-33% Ni-21% Cr-0,7% Mn-0,5% Si-0,3% Al 40 -

Overige elementen (%) Tijdsduur tot 1% kruip (uren voor twee monsters)

Legering C N Ti Nb 760°C/900 bar 815°C/690bar 871°C/480bar 45 A 0,07 0,01 0,40 0,05 1; 1 1; 1 1; 2 B 0,06 0,20 0,31 0,05 4; 5 C 0,05 0,20 0,01 0,46 12; 18 9; 10 34; 55 D 0,09 0,19 0,01 1,00 13; 15 7; 8 34; 41 E 0,02 0,19 0,01 0,26 7; 14 9; 11 32; 32 50 F 0,01 0,19 0,01 0,05 2; 4 1; 2 8; 10 G 0,08 0,04 0,45 0,48 1; 2 2; 5

Voorbeeld 11 55 Het effect van stikstof en koolstof blijkt uit proeven met legeringen met dezelfde gehalten aan nikkel, chroom, mangaan, silicium en aluminium als legeringen op ijzerbasis volgens voorbeeld I en met de gehalten aan koolstof, stikstof, titaan en niobium zoals weergegeven in tabellen B en C.

5 193408

Uit tabel B blijkt dat de sterkte toeneemt met een toenemende hoeveelheid koolstof + stikstof. Meer dan 0,14% aan ’’vrij” (C+N) is nodig voor een goede sterkte bij hoge temperatuur. Bij een niobiumgehalte van 0,20%, een koolstofgehalte van 0,05% en een stikstofgehalte van 0,02% (de minimale waarden volgens de Amerikaanse octrooischriften 3.627.516 en 3.758.294), is de hoeveelheid ’’vrij” (C+N) gelijk aan 0,05%, en 5 niet genoeg voor een goede sterkte. Voor het verkrijgen van het minimum van 0,14% "vrij” (C+N) met een hoeveelheid koolstof van 0,05% is ten minste 0,11% stikstof nodig. Bij een niobiumgehalte van 0,50% en een koolstofgehalte van 0,05% is op die manier meer dan 0,15% stikstof nodig. Indien bij eenzelfde niobiumgehalte het koolstofgehalte wordt opgevoerd tot 0,10% is nog steeds meer dan 0,10% stikstof nodig om het gewenste gehalte aan ’’vrij” (C+N) te verkrijgen. Bij een niobiumgehalte van 1,0% tenslotte bestaat 10 er nog steeds afhankelijkheid tussen stikstof en koolstof. Met 0,05% koolstof is meer dan 0,20% stikstof nodig, bij 0,10% koolstof is meer dan 0,15% stikstof nodig en bij 0,15% koolstof is meer dan 0,10% stikstof

Nb nodig. Voor een aanvaardbare sterkte moet derhalve (C+N) groter zijn dan 0,14% +^ 15 Tabel C laat zien dat de thermische stabiliteit van samenstellingen met een hoog gehalte aan (C+N) gering kan zijn. Voor een voldoende stabiliteit moet derhalve de hoeveelheid "vrij" (C+N) kleiner zijn dan 0,29%.

Nb

Derhalve moet (C+N) kleiner zijn dan 0,29% + -ψ.

De vereiste gebieden voor het gehalte (C+N) bij vier verschillende niobiumgehalten zijn derhalve als volgt: 20 -

Nb (%) (C+N) min. (%) (C+N) max. (%) 0,25 0,17 0,32 0,50 0,20 0,35 25 0,75 0,22 0,37 1,00 0,25 0,40

TABEL B

50 Invloed van (C+N) & "vrij” (C+N) op de sterkte

Monster C N Nb Ti C+N Vrij Uren tot 1% kruip (C+N)* 871°C/480 bar 35 7984*1 0,08 0,08 0,47 0,07 0,16 0,09 12 20883 0,04 0,12 0,48 0,01 0,16 0,10 8 21283 0,09 0,14 0,98 0,01 0,23 0,12 9 7483 0,08 0,14 0,51 0,17 0,22 0,11 19 5785 0,08 0,14 0,51 0,07 0,22 0,14 25 40 5485 0,06 0,18 0,52 0,08 0,24 0,16 33 8784 0,07 0,16 0,49 0,05 0,23 0,16 40 8284 0,08 0,16 0,48 0,02 0,24 0,18 35 8884 0,09 0,27 0,51 0,07 0,36 0,28 88 8984 0,09 0,40 0,50 0,05 0,49 0,42 94 45------ *Vrii(C+N) = [c-f] + [N-^]

TABEL C

Invloed van (C+N) & ’’vrij" (C+N) op de thermische stabiliteit 50__

Monster C N Nb Ti C+N Vrij Blootstelling bij 760°C/ (C+N)* 1000 uur. Rest kamertemp.

Trekverlenging (%) 55 22584 0,08 0,04 0,48 0,45 0,12 0,00 40 193408 6 TABEL C (vervolg)

Invloed van (C+N) & ’’vrij” (C+N) op de thermische stabiliteit

Monster C N Nb Ti C+N Vrij Blootstelling bij 760°C/ 5 (C+N)* 1000 uur. Rest kamertemp.

Trekverlenging (%) 7984-2 0,05 0,07 0,48 0,20 0,12 0,01 38 7984-1 0,08 0,08 0,47 0,07 0,16 0,09 34 10 7483 0,08 0,14 0,51 0,17 0,22 0,11 29 5785 0,08 0,14 0,51 0,07 0,22 0,14 32 5485 0,06 0,18 0,52 0,08 0,24 0,16 32 8784 0,07 0,16 0,49 0,05 0,23 0,16 24 8284 0,08 0,16 0,48 0,02 0,24 0,18 24 15 8884 0,09 0,27 0,51 0,07 0,36 0,28 25 5885 0,08 0,29 0,49 0,08 0,37 0,29 11 8984 0,09 0,40 0,50 0,05 0,49 0,42 14 20 *vrij(C+N) = [c-^] + [N-£]

Voorbeeld III

Het belang van de hoeveelheid titaan blijkt uit de kruipgegevens voor de legeringen J, K, L en M die dezelfde basismaterialen bevatten aan de legeringen volgens voorbeeld I. De kruipgegevens voor deze legeringen bij beproeving bij 760°C en 900 bar zijn weergegeven in tabel D. In de tabel zijn de legeringen 25 gerangschikt volgens toenemend titaangehalte. Uit de gegevens blijkt dat de aanwezigheid van titaan gunstig is, maar tevens blijkt er een bovengrens beneden ongeveer 0,4% voor dit gunstige effect te zijn.

TABEL D - Invloed van titaan

Nominaal (%): Fe-33% Ni-21% Cr-0,7% Mn-0,5% Si-0,3% AM),005% B

30 -

Overige elementen (%) Gemiddeld aantal uren tot 1% kruip bij 760°C/900 bar

Levering C N Ti Nb uren 35 - K 0,08 0,18 geen 0,49 35 L 0,08 0,16 0,02 0,48 47 J 0,08 0,14 0,07 0,51 92 M 0,08 0,14 0,17 0,51 59 40 -

Voorbeeld IV

Silicium blijkt een belangrijk bestanddeel van de legering volgens de uitvinding te zijn. Die invloed ervan is aangegeven in tabel E. Uit de gegevens blijkt dat de hoeveelheid silicium nauwkeurig moet worden gekozen 45 voor het bereiken van optimale eigenschappen. Geringe gehalten aan silicium zijn gunstig, maar wanneer het siliciumgehalte 2 gew.% bereikt begint het resultaat sterk te verminderen. Dit is blijkbaar het gevolg van de vorming van siliciumnitride dat bij toeneming van het siliciumgehalte in toenemende hoeveelheden wordt gevormd.

7 193408 TABEL E - Invloed silicium

Nominaal (%): Fe-33% Ni-21% Cr-0,7% Mn-0,5% Nb-0,3% AI-0,005% B

Overige elementen (%) Tijdsduur tot 1% kruip (uren) 5 - -

Legering C N Ti Si 760°C/900bar 871°C/480 bar 982°C/172bar 1% R 1% R 1% R .

J 0,08 0,14 0,07 0,57 81 951 23 179 43 160 10 104 948 27 214 160 402 N 0,07 0,12 0,02 1,40 61 592 25 321 216 672 40 640 10 227 0 0,08 0,15 0,06 1,96 3 73 3 58 112 315 4 79 4 56 206 547 15 P 0,08 0,14 0,08 2,41 4 55 2 47 138 470 2 49 2 48 137 512

Voorbeeld V

20 De in tabel F vermelde gegevens laten zien dat de aanwezigheid van zirkonium in een hoeveelheid van 0,02% leidt tot een verkorting van de kruiptijd. Ook een verhoging van het aluminiumgehalte in de richting van 1% geeft een dergelijk resultaat.

TABEL F - Invloed van Al en Zr

25 Nominaal (%): Fe-33% Ni-21% Cr-0,5% Nb-0,7% Mn-0,005% B

Overige elementen (%) Gemiddeld aantal uren tot 1% kruip bij 760°C/900 bar 30 - -

Legering C N Si Al Zr (uren) Q 0,08 0,14 0,60 0,24 0 59 R 0,08 0,14 0,61 0,86 0 13 35 S 0,07 0,12 1,40 0,28 0 49 T 0,07 0,21 1,48 0,28 0,02 7

Op basis van de gegevens uit de tabellen At/mF werd de legering J gekozen met twee andere legeringen 40 U en V, waarvan de kruipgegevens in tabel G zijn vermeld. De legeringen J en V steken gunstig af bij legeringen volgens de stand van de techniek wat betreft mechanische eigenschappen, zoals blijkt uit de tabellen Η, K en L.

TABEL G - Kruipgegevens

45 Nominaal (%): Fe-0,5% Nb-0,7% Mn-0,5% Si-0,3% AI-0,005% B

Overige elementen (%) Tijdsduur tot 1% kruip (uren)

Legering Ni Cr C N 760°C/900 871°C/480 982°C/172 50 bar bar bar 1 34,0 20,8 0,08 0,14 92 25 83 U 40,3 20,9 0,06 0,18 60 33 119 V 39,8 30,0 0,07 0,16 77 40 274 55 -—-- 193408 8 TABEL Η

Vergelijking van eigenschappen van legeringen J en V volgens de uitvinding met bekende legeringen legering J legering V 800H 253MA 601 310 316 5 . --------—-

Zwichtspanning (10®

Pa) kamertemperatuur 2,8 3,4 2,4 3,5 2,9 2,2 2,6 649°C 1,8 1,9 1,5 1,7 2,6 1,2 1,5 10 760°C 1,7 1,9 1,4 1,5 2,7 1,0 1,2 871 °C 1,4 1,7 0,9 1,1 0,8 0,8 0,8 982°C 0,8 0,7 0.6 - 0,6 0,4 0,4

Trekverlenging (%) kamertemperatuur 42 45 46 51 47 46 - 15 649°C 42 50 45 48 50 39 760°C 45 40 62 44 41 73 871 °C 61 35 56 65 69 982°C 56 66 83 86 54 20

TABEL K

Vergelijking van eigenschappen

Eigenschappen bij kamertemperatuur na 1000 uur bij verhoogde temperatuur 25 Verhoogde legering J legering V 800H 601 310 temperatuur 649°C UTS*(105 Pa) 6,7 8,0 6,1 8,6 5,9

Zwichtspanning (10® Pa) 2,8 3,9 2,6 5,2 2,5 30 Verlenging (%) 35 30 38 31 41 760°C UTS (105 Pa) 6,5 8,3 5,7 7,3 6,9

Zwichtspanning (10® Pa) 2,7 4,3 2,4 3,5 2,8

Verlenging (%) 32 24 41 37 21 871 °C UTS (105 Pa) 6,2 7,4 5,4 6,3 5,8 35 Zwichtspanning (10® Pa) 2,4 3,3 2,1 2,6 2,4

Verlenging (%) 33 32 39 45 23 onthard UTS (105 Pa) 6,8 7,4 5,6 6,5 5,6

Zwichtspanning (108 Pa) 2,8 3,4 2,5 2,9 2,2

Verlenging (%) 42 45 46 47 46 40 -—-1 * Uiteindelijke trekspanning

TABEL L

Vergelijking van eigenschappen 45 --------

Levensduur tot legering J levering V 800H 253MA 601 310 316 spanningsbreuk (uur) 760°C/900 bar 949 551 104 110 205 10 95 50 871°C/480 bar 196 194 88 40 98 5 21

Levensduur bij kruip (uren tot 1%) 760°C/900 bar 92 77 3 18 46 1 871°C/480 bar 25 40 8 10 29 1 55 --—---

Op grond van de hierboven besproken gegevens blijkt dat een legering die 25 tot 45 gew.% nikkel, 12 tot

Claims

9 193408 32 gew.% chroom, ten minste één van de volgende drie componenten 0,1 tot 2% niobium, 0,2 tot 4% tantaal en 0,05 tot 1% vanadium, en verder 0 tot 0,2% koolstof en 0,05 tot 0,5% stikstof bevat naast eventuele andere elementen, en met als rest ijzer inclusief eventuele verontreinigingen, goede eigenschappen heeft wat betreft warme verwerkbaarheid en bereidbaarheid, indien het ’’vrije” gehalte aan koolstof plus 5 stikstof groter dan 0,14 en kleiner dan 0,29 gew.% is. Zoals eerder vermeld is het "vrije” gehalte aan koolstof plus stiktof De legering kan tevens silicium bevatten, maar het gehalte ervan is bij voorkeur niet meer dan 3 gew.%. 10 Een gehalte tot 1% silicium heeft een uitstekende sterkte terwijl tussen 1 en 3% een geringere sterkte heeft maar een betere bestandheid tegen oxidatie. Ook titaan kan worden toegevoegd ter verbetering van de kruipweerstand. Er dient echter niet meer dan 0,2% titaan te worden gebruikt. In dat geval wordt de formule voor (C+N)^: C+N-Nfe.X.Ia.JI 1S U 9 4,5 18 3,5 Mangaan en aluminium kunnen worden toegevoegd hoofdzakelijk ter verhoging van de bestandheid tegen een agressieve omgeving maar het gehalte aan deze twee elementen dient bij voorkeur minder te zijn dan respectievelijk 2,0 en 1,0%. Boor, molybdeen, wolfraam en kobalt kunnen in bescheiden hoeveelheden worden toegevoegd voor een 20 verdere verhoging van de sterkte bij hoge temperaturen. Een boorgehalte van maximaal 0,02% leidt tot een verbetering van de kruipsterkte maar een hoger gehalte heeft een negatieve invloed op de lasbaarheid. Molybdeen en wolfraam leveren extra sterkte zonder noemenswaardig verlies aan thermische stabiliteit tot een totaal van ongeveer 5%. Hogere gehalten leiden tot een meetbaar verlies aan thermische stabiliteit, maar kunnen desondanks zo nodig voor verdere versterking zorgen tot een totaal gehalte van 12%. Het 25 totale gehalte molybdeen plus wolfraam is in het bijzonder 2-5 gew.%. De legering volgens de uitvinding, in het bijzonder wanneer deze silicium bevat, is zeer geschikt voor het vervaardigen van gietstukken. 30 Conclusies

1. Metaallegering, die als hoofdbestanddelen nikkel en chroom bevat en koolstof, stikstof, eventueel titaan en ijzer en ten minste één van de elementen niobium, tantaal en vanadium, met het kenmerk, dat de legering in gewichtsprocenten 25-45% nikkel, 12-32% chroom, 0,02-0,2% koolstof, 0,05-0,5% stikstof, ten 35 minste één van de elementen niobium in een hoeveelheid van 0,1-2%, tantaal in een hoeveelheid van 0,2-4% en vanadium in een hoeveelheid van 0,05-1%, ten minste één van de elementen aluminium in een hoeveelheid van ten hoogste 1% en boor in een hoeveelheid van ten hoogste 0,02% alsmede titaan in een hoeveelheid van ten hoogste 0,2%, naast eventuele andere elementen en verder ijzer inclusief eventuele verontreinigingen bevat, waarbij het vrije gehalte aan koolstof plus stikstof (C+N)^, overeenkomend met 40 c+N.m.jL.m.jL u 9 4,5 18 3,5’ groter is dan 0,14% en kleiner is dan 0,29%.

2. Legering volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat deze in gewichtsprocenten 30-42% nikkel, 20-32% chroom, 0,02-0,15% koolstof alsmede 0,1-1% niobium en/of 0,2-4% tantaal en/of 0,05-1% vanadium 45 bevat.

3. Legering volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat deze tevens, in gewichtsprocenten, ten hoogste 2% mangaan, ten hoogste 5% kobalt, ten hoogste 0,2% zirkonium en/of in totaal ten hoogste 0,1% yttrium, lanthaan, cerium en/of andere zeldzame aardmetalen bevat

4. Legering volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat deze, in gewichtsprocenten, ten hoogste 50 0,5% aluminium, ten hoogste 0,1% titaan, 0,35-1,2% mangaan en/of ten hoogste 0,015% boor bevat.

5. Legering volgens een der conclusie 1-4, met het kenmerk, dat het gehalte aan molybdeen plus wolfraam in totaal 2-12 gew.% bedraagt.

6. Legering volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat deze 0,25-1 gew.% silicium bevat.

7. Legering volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat deze 1-3 gew.% silicium bevat.

8. Gietstuk, vervaardigd onder toepassing van de legering volgens conclusie 6 of 7.