SE462395B - Austenitisk jaern-nickel-krom-baslegering med goda hoegtemperaturegenskaper samt anvaendning av denna - Google Patents

Description

462 395 10 15 20 25 30 35 I följande tabell visas det vida intervallet för de i legeringen enligt uppfinningen ingående ämnena samt företrädesvis respektive lämpligen valda haltintervall. Halterna är angivna i vikts-%. Rest utgörs av järn, oundvikliga föroreningar i normala halter samt normalt förekommande accessoriska element. Sålunda finns i stålet en viss halt av kalcium som restämne från legeringens färdigställning före gjutning. Halterna av fosfor och svavel är mycket små, max 0.040 % respektive max 0.008 %.

Tabell 1 Vidare Företrädesvis Lämpliga gränser valda gränser gränser C 0.01- 0.50 0.02- 0.08 0.035- 0.065 Si 1 - 2.5 1.2 - 2.0 1.3 - 1.8 Mn från spår till max 2 1.3 - 1.8 Cr 21 -30 22 -29 23 -27 Ni 30 -40 32 -38 33 -37 Sällsynta jordarts- metaller 0.01- 0.15 0.02- 0.12 0.03 - 0.10 N 0.08- 0.25 0.1 - 0.2 0.12 - 0.18 §glhalten har betydelse för stålets hållfasthetsegenskaper och skall därför finnas i en lägsta halt av 0.01 %, företrädesvis minst i en halt av 0.02 %, och lämpligen lägst 0.035 %. I sitt vidaste intervall kan kolhalten uppgå till 0.50 %. Om legeringen skall användas såsom gjutlegering, bör kolhalten ligga i den övre delen av det vida inter- vallet, lämpligen mellan 0.10 och 0.50 %. Kolhalten har även betydelse för legeringens varm- och kallbearbetbarhet. I de fall man skall framställa plåt, stång, tråd och/eller rör av legeringen bör kolhalten därför inte överstiga 0.08 %, lämpligen inte överstiga 0.065 %.

Kisel erfordras i en halt av minst 1 % för att kombinationseffekt skall uppnås med sällsynta jordartsmetaller, såsom även framgår av det följande vid beskrivningen av cerium. Av samma skäl bör kiselhalten 10 15 20 25 30 35 462 395 företrädesvis lägst vara 1.2 % och lämpligen lägst 1.3 %. Den övre kiselhaltsgränsen, 2.5 %, företrädesvis max 2.0 % och lämpligen max 1.8 % bestäms av tillverkningstekniska skäl eller på grund av att högre kiselhalter kan medföra svårigheter vid svetsning.

Mangan är allmänt hållfasthetshöjande men försämrar oxidations- resistensen. Manganhalten bör därför icke överstiga 2 % och bör lämpligen vara 1.3-1.8 %.

Fosfor och svavel över de ovan angivna maximigränserna har en skadlig inverkan på varmbearbetbarheten. šrgmhalten är hög och ligger inom intervallet 21-30 %, företrädesvis 22-29 % och lämpligen 23-27 %. Härigenom uppnås, i kombination med hög nigkelhalt, 30-40 %, en hög kiselhalt och en signifikant halt av sällsynta jordartsmetaller, god resistens mot högtemperaturskador, främst oxidationshärdighet vid hög temperatur. Nickelhalten bör företrädesvis uppgå till mellan 32 och 38 % och nickelhalt mellan 33 och 37 % har visat sig lämplig.

Sällsynt jordartsmetall i en halt av 0.01-0.15 %, företrädesvis minst 0.02 % och lämpligen minst 0.03 %, främst gerigm, befrämjar bildandet av en tunn, elastisk och vidhäftande oxidfilm, då legeringen enligt uppfinningen exponeras i oxiderande miljö vid höga temperaturer. Vid högre halter än 0.12 % av sällsynta jordartsmetaller, främst cerium, uppnås icke någon mot tillsatsen proportionell förbättring av oxídationshärdigheten. Det lämpligen använda intervallet för halten sällsynt jordartsmetall ligger mellan 0.03 och 0.10 %.

Cerium och övriga lantanider (sällsynta jordartsmetaller) tillsätts lämpligen såsom mischmetall tillsammans med kiselkalcium eller eventu- ellt kalk till den i övrigt färdigställda legeringssmältan. Genom tillsatsen av kiselkalcium och/eller genom att täcka smältan med ett kalkskikt förhindras alltför omfattande förluster av cerium och övriga sällsynta jordartsmetaller, varigenom de sällsynta jordartsmetallerna 462 10 15 20 25 30 35 395 uttryckt i halt av cerium i tillräcklig mängd kommer att föreligga i den färdiga produkten för att den eftersträvade effekten skall kunna uppnås. Under inverkan av cerium och övriga sällsynta jordartsmetaller inom nämnda haltintervall uppnås i kombination med kisel i ovan nämnda haltintervall en positiv inverkan på tillväxten av ett SiO2-skikt på metallytan, då denna utsätts för höga temperaturer i oxiderande miljö, vilket SiO2-skikt motverkar transporten av metalljoner, framförallt krom, ut ur legeringen, så att skalning minimeras. šväve har en gynnsam inverkan på legeringens krypbrotthållfasthets- egenskaper och skall därför finnas i en lägsta halt av 0.08 %, före- trädesvis minst 0.1 % och lämpligen lägst 0.12 %. Kväve försämrar emellertid samtidigt legeringens varmbearbetbarhet och skall därför inte finnas mer än i en högsta halt av 0.25 %, företrädesvis max 0.2 % och lämpligen max 0.18 %.

KORT FIGURBESKRIVNING I den följande resultatredogörelsen kommer att hänvisas till bifogade ritningsfigurer, av vilka Fig. 1 utgör ett diagram, i vilket jämföras resultaten efter inter- mittent oxidationsglödgning av ett antal kommersiella lege- ringar och en legering enligt ett första exempel på en legering enligt uppfinningen, Fig. 2 utgör ett diagram som illustrerar oxidationsresistensen hos en legering enligt ett andra exempel på uppfinningen genom att visa viktsökningen i termovåg som funktion av glödgningstemperaturen upp till l300°C. 10 15 20 25 30 35 40 45 EXEMPEL, UTFÖRDA PROVER SAMT RESULTAT I Tabell 2 utgör legeringarna 1-7 exempel på uppfinningen. Legering- 462 595 arna A, B och C utgör kommersiella jämförelselegeringar. Leg. 1 till- verkades som en 500 kg provcharge. Leg. 2-6 tillverkades som 13 kg laboratoriecharger. Leg. 7 tillverkades som en 10 ton fullskalecharge.

Av leg. 1-6 analyserades såväl smältan före gjutning som sammansätt- ningen hos slutprodukten. Föroreningshalterna var i samtliga fall låga. Resten utgjordes sålunda väsentligen endast av järn. Sammansätt- ningarna för legeringarna A, B och C är hämtade från analysföreskrif- ter för dessa material.

Tabell 2 Leg Charge/ nr produkt 1 052875 plåt 2 B322 stång 3 B325 stång 4 B323 stång 5 B321 stång 6 B32O stång 7 2281-71 plåt A B C 0.047 0.046 0.040 0.048 mâX 0.08 0.04 max 0.10 1.52 max 1.5 0.35 1.74 max 2.0 0.75 0.5 25.75 24-26 21 21 34.6 19-22 31 11 0.065 0.03 0.086 0.034 0.053 0.018 0.059 0.023 0.114 0.034 0.045 0.05 0.146 0.147 0.077 0.078 ej anal 0.022 0.130 0.3 Cu 0.15 462 395 10 15 20 25 30 35 OXIDATIONSBESTÄNDIGHET Oxidationsbeständigheten för leg. nr 1 undersöktes genom oxidations- glödgning. Av plåten framställdes provkuponger 25 x 15 x 2 mm.

Kupongerna hyvlades och slipades. Provkupongerna oxidatíonsglödgades med en total glödgningstid = 45 h och med fem växlingar ner till rumstemperatur. Provkupongerna glödgades vid varierande temperaturer mellan 1050 och l200°C. Kupongerna vägdes med en normalvåg före och efter glödgningsförsöken. Resultaten framgår av Fig. l, där även inlagts resultaten från motsvarande provning av de kommersiella legeringarna A, B och C. Av dessa resultat kan konstateras att skalningstemperaturen kan vara l200°C.

Därefter oxidationsprovades även den fullskaletillverkade legeringen nr 7 i termovåg, varvid viktsökningen uppmättes som funktion av glödgningstemperaturen såsom i föregående försök men ända upp till l300°C. Kupongerna vägdes med en normalvåg före och efter glödgnings- försöken som komplement till termovågsmätningarna.

Varje enskilt provs termovågsvärde och skillnaderna mellan kupongen före och efter försök redovisas i Tabell 3.

Viktsökningen i termovåg som fuktion av glödgningstemperaturen redovisas i diagrammet i Fig. 2. Gränserna 1.0 och 2.0 g/ma h har markerats med streokad linje i Fig. 2 av den anledningen att skalningstemperaturen definieras av viktsökningens storlek på följande sätt: "Skalningen får inte överstiga 1 g/m2 h med det tilläggsvill- koret, att 50°C högre temperatur inte får ge mer än högst 2 g/nf IFK Resultatet av provningen av leg. nr 7 visar att den uppfinningsenliga legeringen även klarar en skalningstemperatur på över l200°C. 10 15 20 25 30 35 40 45 462 595 Tabell 3 Tabell över varje enskilt prov av Leg. nr 7, 17.7 mm plåt, charge 2282-71. Intermittentglödgning, 5 st växlingar under 45 h.

Provn Försök T-våg Víkts- Tot 02 Temp nr värden förlust upptagn °C g/nf g/nf g/nf 1100 B451 7.43 6.64 14.08 1150 B452 7.80 21.24 29.04 1200 B453 11.87 23.08 34.95 1200 B454 18.65 19.56 38.21 1250 B455 54.19 32.09 86.28 1250 B458 61.94 27.15 89.09 1300 B456 35.95 47.90 83.85 1300 B457 56.57 42.22 98.79 KRYPBROTTHÃLLFASTHETSUNDERSÖKNINGAR Krypbrotthållfastheten hos en 20 mm plåt tillverkad av leg nr 1 från en 500 kg provcharge undersöktes vid temperaturerna 600, 750 och 900°C. Utvärderade Rkm-värden samt (inom parentes) jämförelsedata med min/max-data från 3 st fullskalecharger av det kommersiella stålet C, Tabell 2, framgår av Tabell 4. Det undersökta provmaterialet med den låga kvävehalten har som väntat lägre värden än för leg. C, som är känd för sin utomordentligt höga krypbrotthållfasthet.

Tabell 4 Temp Kråpbrottgrän N/hm? °c 10 n iošfi Elm' 1041. 10511* 600 250 175 105 62 (300-315) (235-240) (145-155) ( = sa- = 100) 750 78 45 24 13 (105-125) (ev-vs) (aa-m ( = 21- = 24) 900 zs 16 10 5 (36-40) (23) (14-15) ( = a- = 12) *Värdena för 105h har erhållits efter manuell (grafisk extrapolering) ca en 10-potens i tid. 462 395 10 15 20 25 30 35 De fem 13 kg laboratefiechargerna, leg. 2-6, framställdes för att undersöka kvävets inverkan på krypbrotthållfastheten hos legeringen enligt uppfinningen. Göten från dessa små laboratoriecharger smíddes till ø 20 mm. Kvävehalterna varierade från min 0.022 % till max 0.147 %. Utvärderade krypbrottgränsvärden vid 900°C framgår av Tabell 5.

Tabeii 5 Charge N C: Krypbrottgräns, Rkm, N/mf % % Rkm/1oo n Rkm/1000 h Rkm/10 ooo h* B 322 0.121 o.o3o 33 20 (12) 3 325 o.o56 o.o34 31 19 (11) B 323 0.147 o.o13 34 13 (10) B 321 o.o73 o.o23 33 17 ( 9) B 320 0.022 o.o34 23 16 ( 9) *Värdena för 104 har erhållits efter manuell (grafisk) extrapolering ca en 10-potens i tid I jämförelse med den krypbrotthållfasthet som uppnåddes på 20 mm plåt av leg. nr 1 från en 500 kg provcharge uppnåddes vid de fortsatta undersökningarna med avseende på kvävehaltens inverkans bästa resultat med leg. nr 2 med 0.12 % N. Förbättringen av krypbrottgränsvärdet vid 900°C var ca 20 %. Undersökningarna visar också att även halten cerium synes ha inverkan på krypbrotthållfastheten. De relativt låga värderna för leg. nr 4 - trots en kvävehalt på ca 0.15 % - kan sålunda bero på att enligt kontrollanalysen ceriumhalten låg på endast 0.018 %. Detta indikerar även betydelsen av att vid tillverkningen skydda lantani- derna så att dessa inte går förlorade i samband med smältans färdig- ställning och gjutning. Även stångmaterialet för leg. nr 5, som inne- höll ca 0.08 % kväve och 0.023 % cerium synes få en större sänkning av krypbrottvärdena med förlängd provningstid, troligen beroende på den måttliga halten cerium, vilket indikerar att ceriumhalten bör vara lägst 0.03 % för att icke endast ge effekt på oxidationsresistensen utan även på krypbrotthållfastheten. Undersökningen visar för övrigt, att med ökad kvävehalt erhålles en klar höjning av krypbrotthållfast- heten.

Claims (16)

10 15 20 25 30 35 462 395 PATENTKRAV l. Järn-, nickel-, krombaslegering med austenitisk struktur och med goda högtemperaturegenskaper, däribland mycket god resistens mot oxidation i oxiderande atmosfär och mot uppkolning vid exponering mot uppkolande media vid höga temperaturer samt god krypbrotthållfasthet, k ä n n e t e c k n a d av att legeringen har följande sammansättning i vikts-%: 0.01 - 0.08 C

1.2 - 2.0 Si från spår upp till max 2 Mn 22 - 29 Cr 32 - 38 Ni 0.01 - 0.15 sällsynta jordartsmetaller 0.08 - 0.25 N rest väsentligen endast järn samt oundvikliga föroreningar i normala halter och normalt förekommande accessoriska element, varvid nämnda sällsynta jordartsmetaller vid den nämnda kiselhalten befrämjar till- växten av ett skyddande S10 -skikt på metallytan, då denna utsätts för 2 höga temperaturer i oxiderande atmosfär, vilket motverkar transporten av metalljoner, framförallt krom, ut ur legeringen, så att skalning minimeras.

2. Legering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den har en kolhalt mellan 0.02 och 0.08%.

3. Legering enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att kolhalten är lägst 0.035% och högst 0.065%.

4. Legering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att kiselhalten är lägst 1.3 och högst 1.8%.

5. Legering enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att den har en kvävehalt mellan 0.1 och O.2%.

6. Legering enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att kvävehalten är lägst 0.12 och högst O.l8%. 462 10 15 20 25 30 35 395 10

7. Legeríng enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den har en halt sällsynta jordartsmetaller av lägst 0.02 och företrädesvis lägst 0.03%.

8. Legering enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att ceriumhalten är max 0.1%.

9. Legering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den har en kromhalt mellan 23 och 27%.

10. Legering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den har en nickelhalt mellan 33 och 37%.

11. ll. Legering enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mangan- halten är mellan 1.3 och l.8%.

12. Användning av en legering enligt något av kraven 1-11 i form av plåt, stång, tråd och rör för föremål vilka utsätts för långvariga påkänningar i reaktiva miljöer vid höga temperaturer.

13. Användning enligt krav 12 i oxiderande miljöer vid höga tempera- turer.

14. Användning enligt krav 12 i uppkolande miljöer vid höga tempera- turer.

15. Användning enligt krav 12 i omväxlande uppkolande och oxiderande miljöer vid höga temperaturer.

16. Användning enligt krav 12 vid höga temperaturer i miljöer som samtidigt verkar både oxiderande och uppkolande.