WO2012139864A1 - Gusseisen mit niob und bauteil - Google Patents

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WO2012139864A1
WO2012139864A1 PCT/EP2012/054941 EP2012054941W WO2012139864A1 WO 2012139864 A1 WO2012139864 A1 WO 2012139864A1 EP 2012054941 W EP2012054941 W EP 2012054941W WO 2012139864 A1 WO2012139864 A1 WO 2012139864A1
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cobalt
niobium
silicon
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Susanne Michel
Lutz Dekker
Guido Günther
Babette Tonn
Mark Vierbaum
Stefan Janssen
Alfred Scholz
Shilun Sheng
Stefan Wanjura
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C37/00—Cast-iron alloys
    • C22C37/06—Cast-iron alloys containing chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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    • C22C33/08—Making cast-iron alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C37/00—Cast-iron alloys
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion

Definitions

  • the invention relates to a cast iron with niobium according to claim 1 and a component according to claim 19.
  • the known and used cast iron alloys (so-called GJS alloys: nodular cast iron) mainly use silicon and molybdenum to increase creep resistance, scale resistance and LCF behavior. Here, but these elements in time lead to a interpreting ⁇ remarkable drop in toughness.
  • Molybdenum also shows a very high tendency to increase.
  • the object is achieved by an alloy according to claim 1 and a component according to claim 19.
  • the invention consists in that cobalt and / or niobium,
  • the iron-based alloy of the invention has high Deh ⁇ voltages for the scope in the temperature range of 450 ° C - 550 ° C and has the following composition (in wt
  • Si Silicon (Si) 2.0% - 4.5%, in particular 2.3% - 3.9% Carbon (C) 2.9% - 4.0%, in particular 3.2% - 3.7%, niobium (Nb) 0.05% -0.7%, in particular 0.05% -0.6%, very particularly 0, 1% to 0.7%,
  • Co Co
  • Mn manganese
  • Nickel (Ni) ⁇ 0.5%, in particular ⁇ 0.3%,
  • Magnesium (Mg) 0,0 0.07%, especially at least 0.03%, especially 0.03% - 0.06%
  • Phosphorus (P) ⁇ 0.05%, in particular 0.02% - 0.035%
  • sulfur (S) ⁇ 0.012%, in particular ⁇ 0.005%
  • Chromium (Cr) ⁇ 0.1%, in particular ⁇ 0.05%
  • Niobium improves creep strength with consistently high LCF strength and good toughness. Niobium caused by the elimination of finely divided Nb KAR bide a higher heat resistance, making the fürsgren ⁇ zen are shifted to high temperatures. Cobalt causes a solid solution strengthening the
  • the proportion of cobalt in the alloy is between 0.5 wt% to 1.5 wt%.
  • chromium (Cr) having at least 0.01% by weight but not more than 0.05% by weight, which increases the oxidation resistance.
  • the alloy can have further elements.
  • FIG. 1 shows a steam turbine
  • Figure 2 is a gas turbine.
  • the alloy component shows an optimal ferritic microstructure with spheroidal graphite.
  • the table shows exemplary alloys of the invention having improved mechanical properties.
  • the alloy contains no vanadium (V) and / or titanium (Ti) and / or tantalum (Ta) and / or copper (Cu).
  • the ratio of C and Si should give a near-eutectic composition, that is, correspond to a carbon equivalent CE between 4.1% and 4.4%
  • FIG. 1 a steam turbine 300, 303 is shown with a long ent ⁇ a rotation axis 306 extending turbine shaft 309th
  • the steam turbine has a high-pressure turbine part 300 and a medium-pressure turbine part 303, each with a réellege ⁇ housing 312 and this enclosing outer housing 315 on.
  • the high-pressure turbine part 300 is designed, for example, in Topfbauart.
  • the medium-pressure turbine part 303 is designed, for example, double-flow. It is also mög ⁇ Lich that the medium-pressure turbine 303 is out-flow ⁇ leads.
  • a bearing 318 is arranged between the high-pressure turbine section 300 and the medium-pressure turbine section 303, the turbine shaft 309 having a bearing region 321 in the bearing 318.
  • the turbine shaft 309 is supported on another bearing 324 adjacent to the high pressure turbine sub 300.
  • the high-pressure turbine part 300 has a shaft seal 345.
  • the Turbi ⁇ nenwelle 309 is sealed relative to the outer housing 315 of the central ⁇ pressure turbine section 303 by two further shaft seals 345.
  • the turbine shaft 309 in the high-pressure turbine section 300 has the high-pressure impeller blading 357.
  • This high-pressure rotor blading 357 provides with the associated, not shown in detail blades 360 a first blading.
  • the medium-pressure turbine 303 has a central steam inflow ⁇ 333rd Associated with the steam inlet 333, the turbine shaft 309 in a radially symmetrical shaft shield 363, a cover plate, on the one hand to Tei ⁇ development of the vapor stream in the two flows of the medium-pressure turbine section 303 and for preventing direct contact of the hot steam to the turbine shaft 309th
  • the turbine shaft 309 has in the medium-pressure turbine section 303 a second blading area 366 with the medium pressure Laufschaufein 354 on.
  • the hot steam flowing through the second blading area 366 flows out of the medium-pressure turbine section 303 from a discharge connection 369 to a downstream low-pressure turbine section (not shown).
  • the turbine shaft 309 is composed for example of two Operaturbi ⁇ nenwellen 309a and 309b, which are fixedly connected together in the region of the bearing 318th
  • Each Operaturbi- nenwelle 309a, 309b has a central bore 372 as long ⁇ ent of the rotation axis 306 formed on the cooling line 372.
  • the cooling line 372 is connected to the steam outlet region 351 having a radial bore 375 Zuströmlei ⁇ tung 375th
  • the coolant line 372 is connected to a cavity not shown below the shaft shield.
  • the supply power lines 375 are as a radial bore 375a executed, thereby "cold" steam from the high pressure turbine section 300 may flow into the central bore 372a.
  • the steam passes through the storage area 321 into the medium-pressure turbine section 303 and there to the mantle surface 330 of the turbine shaft 309 in Dampfeinström- area 333.
  • the flowing through the cooling line steam has a significantly lower temperature than the steam flowing into the Dampfeinström Suite 333 inter-superheated steam, so that a effective cooling of the first blade rows 342 of the medium-pressure turbine section 303 and the mantle surface 330 in the region of these blade rows 342 is ensured.
  • FIG. 2 shows by way of example a gas turbine 100 in a partial longitudinal section.
  • the gas turbine 100 has a rotatably mounted about a rotational axis 102 ⁇ rotor 103 having a shaft 101, which is also referred to as the turbine rotor.
  • a compressor 105 for example, a toroidal combustion chamber 110, in particular annular combustion chamber, with a plurality of coaxially arranged burners 107, a turbine 108 and the exhaust housing 109th
  • the annular combustion chamber 110 communicates with an annular annular hot gas channel 111, for example.
  • annular annular hot gas channel 111 for example.
  • turbine stages 112 connected in series form the turbine 108.
  • Each turbine stage 112 is formed, for example, from two blade rings . As seen in the direction of flow of a working medium 113, in the hot gas channel 111 of a row of guide vanes 115, a series 125 formed of rotor blades 120 follows.
  • the guide vanes 130 are fastened to an inner housing 138 of a stator 143, whereas the moving blades 120 of a row 125 are attached to the rotor 103 by means of a turbine disk 133, for example.
  • the working medium 113 expands in a pulse-transmitting manner, so that the blades 120 drive the rotor 103 and drive the machine coupled to it.
  • the components exposed to the hot working medium 113 are subject to thermal during operation of the gas turbine 100 Charges.
  • the guide vanes 130 and rotor blades 120 of the first turbine stage 112, viewed in the flow direction of the working medium 113, are subjected to the highest thermal stress in addition to the heat shield elements lining the annular combustion chamber 110.
  • substrates of the components may have a directional structure, i. they are monocrystalline (SX structure) or have only longitudinal grains (DS structure).
  • the components in particular for the turbine blade or vane 120, 130 and components of the combustion chamber 110.
  • iron-, nickel- or cobalt-based superalloys are used.
  • Such superalloys are known, for example, from EP 1 204 776 B1, EP 1 306 454, EP 1 319 729 A1, WO 99/67435 or WO 00/44949.
  • the blades 120, 130 may be anti-corrosion coatings (MCrAlX; M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
  • M is at least one element of the group iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni)
  • X is an active element and is yttrium (Y) and / or silicon , Scandium (Sc) and / or at least one element of the rare earth or hafnium).
  • Such alloys are known from EP 0 486 489 B1, EP 0 786 017 B1, EP 0 412
  • MCrAlX may still be present a thermal barrier coating, and consists for example of r02, Y203-Zr02, ie it is not, partially or completely stabilized by Ytt ⁇ riumoxid and / or calcium oxide and / or magnesium oxide.
  • Electron beam evaporation produces stalk-shaped grains in the thermal barrier coating.
  • the guide vane 130 has an inner housing 138 of the turbine 108 facing guide vane root (not Darge here provides ⁇ ) and the guide vane opposite Guide vane head on.
  • the vane head faces the rotor 103 and fixed to a mounting ring 140 of the stator 143.

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Abstract

Bekannte Gusseisenlegierungen bezüglich der Temperatur weisen Anwendungsgrenzen auf. Die Legierung weist auf (in Gew.-%): Silizium (Si) 2,0%-4,5%, insbesondere 2,3%-3,9%, Kohlenstoff (C) 2,9%-4,0%, insbesondere 3,2%-3,7%, Niob (Nb) 0,05%-0,7%, insbesondere 0,05% - 0,6%, ganz insbesondere 0,1% bis 0,7%, Molybdän (Mo) 0,3%-1,5%, insbesondere 0,4%-1,0%, ganz insbesondere 0,5%, optional Kobalt (Co) 0,1%-2,0%, insbesondere 0,1%-1,0%, Mangan (Mn) ≤0,3%, insbesondere 0,15-0,30%, Nickel (Ni) ≤0,5%, insbesondere ≤0,3%, Magnesium (Mg) ≤0,07%, insbesondere mindestens 0,03%, ganz insbesondere 0,03%-0,06%, Phosphor (P) ≤0,05%, insbesondere 0,02% - 0,035%, Schwefel (S) ≤0,012%, insbesondere ≤0,005%, ganz insbesondere zwischen 0,003% und 0,012%, Chrom (Cr) ≤0,1%, insbesondere ≤0,05%, Antimon (Sb) ≤0,004%, insbesondere ≤0,003%, Eisen (Fe), insbesondere Rest Eisen.

Description

Gusseisen mit Niob und Bauteil
Die Erfindung betrifft ein Gusseisen mit Niob gemäß Anspruch 1 und ein Bauteil gemäß Anspruch 19.
Die bekannten und im Einsatz befindlichen Gusseisenlegierungen (so genannte GJS Legierungen: Gusseisen mit Kugelgraphit) verwenden hauptsächlich Silizium und Molybdän zur Steigerung der Kriechfestigkeit, Zunderbeständigkeit und LCF-Verhalten . Dabei führen diese Elemente mit der Zeit aber zu einem deut¬ lichen Abfall der Zähigkeit.
Molybdän zeigt darüber hinaus eine sehr große Steigerungs- neigung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Legierung und ein Bauteil anzugeben, die die oben genannten Nachteile überwin- den und bessere mechanische Festigkeiten über die Einsatzdauer aufweisen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Legierung gemäß Anspruch 1 und ein Bauteil gemäß Anspruch 19.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander in vorteilhafter Art und Weise miteinander verknüpft werden.
Die Erfindung besteht darin, dass Kobalt und/oder Niob,
Molybdän teilweise ersetzen kann. Somit können die Anwendungsgrenzen, die die bisherige GJS-Legierung aufweisen, überwunden werden. Die erfindungsgemäße eisenbasierte Legierung weist hohe Deh¬ nungen für den Anwendungsbereich in dem Temperaturbereich von 450°C - 550°C auf und hat folgende Zusammensetzung (in Gew.-
Silizium (Si) 2,0% - 4,5%, insbesondere 2,3% - 3,9% Kohlenstoff (C) 2,9% - 4,0%, insbesondere 3,2% - 3,7%, Niob (Nb) 0,05% - 0,7%, insbesondere 0,05% - 0,6%, ganz insbesondere 0, 1% bis 0.7%,
Molybdän (Mo) 0,3% - 1,5%, insbesondere 0,4% - 1,0% ganz insbesondere 0,5%,
optional
Kobalt (Co) 0,1% - 2,0%, insbesondere 0,1% - 1,0%, Mangan (Mn) < 0,3%, insbesondere 0,15 - 0,30%,
Nickel (Ni) ^ 0,5%, insbesondere ^ 0,3%,
Magnesium (Mg) ^ 0,07%, insbesondere mindestens 0,03%, ganz insbesondere 0,03% - 0,06%
Phosphor (P) < 0,05%, insbesondere 0,02% - 0,035%, Schwefel (S) < 0,012%, insbesondere < 0,005%,
ganz insbesondere zwischen 0,003% und 0,012%,
Chrom (Cr) < 0,1%, insbesondere < 0,05%,
Antimon (Sb) < 0,004%, insbesondere < 0,003%,
Eisen ( Fe ) ,
insbesondere Rest Eisen .
Vorteilhafterweise gilt, dass der Anteil von Silizium,
Kobalt, Niob und Molybdän < 7,5 Gew.-%, insbesondere < 6,5 Gew.-% beträgt.
Schon geringe Anteile von Kobalt und/oder Niob und Molybdän verbessern die mechanischen Kennwerte.
Niob verbessert die Zeitstandfestigkeit bei gleich bleibend hoher LCF-Festigkeit und guter Zähigkeit. Niob bewirkt durch die Ausscheidung fein verteilter Nb-Kar- bide eine höhere Warmfestigkeit, wodurch die Anwendungsgren¬ zen zu hohen Temperaturen verschoben werden. Kobalt bewirkt eine Mischkristall-Verfestigung welche die
Eigenschaften der Legierung bei hohen Temperaturen und geringen Spannungen positiv beeinflusst.
Durch Zulegierung von Molybdän (vorzugsweise 0,4% - 1,0%) wird die Warmfestigkeit (Rp0,2 und Rm im erhöhten Temperaturbereich) und das Zeitstandverhalten (Kriechfestigkeit) posi¬ tiv beeinflusst.
Vorzugsweise liegt der Anteil von Kobalt in der Legierung zwischen 0,5 Gew.-% bis 1,5 Gew.-%.
Vorteilhafte mechanische Werte werden für die Legierung je¬ weils erreicht, wenn der Kobalt-Gehalt bei 0,1 Gew.-% bis 1,0 Gew.-% Kobalt liegt. Durch Magnesium wird die kugelige Ausbildung des Graphits erwirkt und Magnesium ist vorzugsweise mit mindestens 0,03 Gew.-% vorhanden, maximal 0,07 Gew.-%.
Je nach Anwendung ist vorzugsweise Chrom (Cr) mit mindestens 0,01 Gew.-% aber maximal 0,05 Gew.-% vorhanden, das die Oxi- dationsbeständigkeit erhöht.
Die Legierung kann weitere Elemente aufweisen.
Gegebenenfalls sind in der Legierung geringe Mindest-Beimen- gen von
Phosphor (P) 0,05 Gew.-%
Schwefel (S) 0,001 Gew.-%
Magnesium (Mg) 0,01 Gew.-%
Antimon (Sb)
Cer (Ce)
vorhanden, die einen positiven Einfluss auf die Gießbarkeit und/oder die Ausbildung des Kugelgraphits haben, aber auch nicht zu hoch sein dürfen, da ansonsten die negativen Einflüsse überwiegen.
Weiterhin ist vorzugsweise kein Chrom (Cr) in der Legierung vorhanden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand folgender Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Dampfturbine,
Figur 2 eine Gasturbine.
Das Bauteil mit der Legierung zeigt ein optimales ferriti sches Gefüge mit Kugelgraphit.
Die Tabelle zeigt beispielhafte erfindungsgemäße Legierungen, die verbesserte mechanische Eigenschaften aufweisen.
Figure imgf000006_0001
Vorzugsweise enthält die Legierung kein Vanadium (V) und/oder Titan (Ti) und/oder Tantal (Ta) und/oder Kupfer (Cu) .
Das Verhältnis von C und Si sollte eine naheutektische Zusam- mensetzung ergeben, also einem Kohlenstoffäquivalent CE zwischen 4.1% und 4.4% entsprechen
Gew%Si + Gew%P
(CE = Gew.-%C + ) . In Figur 1 ist eine Dampfturbine 300, 303 mit einer sich ent¬ lang einer Rotationsachse 306 erstreckenden Turbinenwelle 309 dargestellt . Die Dampfturbine weist eine Hochdruck-Teilturbine 300 und eine Mitteldruck-Teilturbine 303 mit jeweils einem Innenge¬ häuse 312 und einem dieses umschließenden Außengehäuses 315 auf. Die Hochdruck-Teilturbine 300 ist beispielsweise in Topfbauart ausgeführt. Die Mitteldruck-Teilturbine 303 ist beispielsweise zweiflutig ausgeführt. Es ist ebenfalls mög¬ lich, dass die Mitteldruck-Teilturbine 303 einflutig ausge¬ führt ist.
Entlang der Rotationsachse 306 ist zwischen der Hochdruck- Teilturbine 300 und der Mitteldruck-Teilturbine 303 ein Lager 318 angeordnet, wobei die Turbinenwelle 309 in dem Lager 318 einen Lagerbereich 321 aufweist. Die Turbinenwelle 309 ist auf einem weiteren Lager 324 neben der Hochdruck-Teilturbine 300 aufgelagert. Im Bereich dieses Lagers 324 weist die Hoch- druck-Teilturbine 300 eine Wellendichtung 345 auf. Die Turbi¬ nenwelle 309 ist gegenüber dem Außengehäuse 315 der Mittel¬ druck-Teilturbine 303 durch zwei weitere Wellendichtungen 345 abgedichtet. Zwischen einem Hochdruck-Dampfeinströmbereich 348 und einem Dampfaustrittsbereich 351 weist die Turbinen- welle 309 in der Hochdruck-Teilturbine 300 die Hochdruck- Laufbeschaufelung 357 auf. Diese Hochdruck-Laufbeschaufelung 357 stellt mit den zugehörigen, nicht näher dargestellten Laufschaufeln einen ersten Beschaufelungsbereich 360 dar. Die Mitteldruck-Teilturbine 303 weist einen zentralen Dampf¬ einströmbereich 333 auf. Dem Dampfeinströmbereich 333 zugeordnet weist die Turbinenwelle 309 eine radialsymmetrische Wellenabschirmung 363, eine Abdeckplatte, einerseits zur Tei¬ lung des Dampfstromes in die beiden Fluten der Mitteldruck- Teilturbine 303 sowie zur Verhinderung eines direkten Kontaktes des heißen Dampfes mit der Turbinenwelle 309 auf. Die Turbinenwelle 309 weist in der Mitteldruck-Teilturbine 303 einen zweiten Beschaufelungsbereich 366 mit den Mitteldruck- Laufschaufein 354 auf. Der durch den zweiten Beschaufelungsbereich 366 strömende heiße Dampf strömt aus der Mitteldruck- Teilturbine 303 aus einem Abströmstutzen 369 zu einer strömungstechnisch nachgeschalteten, nicht dargestellten Nieder- druck-Teilturbine .
Die Turbinenwelle 309 ist beispielsweise aus zwei Teilturbi¬ nenwellen 309a und 309b zusammengesetzt, die im Bereich des Lagers 318 fest miteinander verbunden sind. Jede Teilturbi- nenwelle 309a, 309b weist eine als zentrale Bohrung 372a ent¬ lang der Rotationsachse 306 ausgebildete Kühlleitung 372 auf. Die Kühlleitung 372 ist mit dem Dampfaustrittsbereich 351 über eine eine radiale Bohrung 375a aufweisende Zuströmlei¬ tung 375 verbunden. In der Mitteldruck-Teilturbine 303 ist die Kühlmittelleitung 372 mit einem nicht näher dargestellten Hohlraum unterhalb der Wellenabschirmung verbunden. Die Zu- stromleitungen 375 sind als radiale Bohrung 375a ausgeführt, wodurch „kalter" Dampf aus der Hochdruck-Teilturbine 300 in die zentrale Bohrung 372a einströmen kann. Über die insbeson- dere auch als radial gerichtete Bohrung 375a ausgebildete Ab¬ strömleitung 372 gelangt der Dampf durch den Lagerbereich 321 hindurch in die Mitteldruck-Teilturbine 303 und dort an die Manteloberfläche 330 der Turbinenwelle 309 im Dampfeinström- bereich 333. Der durch die Kühlleitung strömende Dampf hat eine deutlich niedrigere Temperatur als der in den Dampfeinströmbereich 333 einströmende zwischenüberhitzte Dampf, so dass eine wirksame Kühlung der ersten Laufschaufelreihen 342 der Mitteldruck-Teilturbine 303 sowie der Manteloberfläche 330 im Bereich dieser Laufschaufelreihen 342 gewährleistet ist.
Die Figur 2 zeigt beispielhaft eine Gasturbine 100 in einem Längsteilschnitt .
Die Gasturbine 100 weist im Inneren einen um eine Rotations¬ achse 102 drehgelagerten Rotor 103 mit einer Welle 101 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors 103 folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 104, ein Verdichter 105, eine beispielsweise torusartige Brennkammer 110, insbesondere Ringbrennkammer, mit mehreren koaxial angeordneten Brennern 107, eine Turbine 108 und das Abgasgehäuse 109.
Die Ringbrennkammer 110 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal 111. Dort bilden beispielsweise vier hintereinander geschaltete Turbinenstufen 112 die Tur- bine 108.
Jede Turbinenstufe 112 ist beispielsweise aus zwei Schaufel¬ ringen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums 113 gesehen folgt im Heißgaskanal 111 einer Leitschaufelreihe 115 eine aus Laufschaufeln 120 gebildete Reihe 125.
Die Leitschaufeln 130 sind dabei an einem Innengehäuse 138 eines Stators 143 befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 120 einer Reihe 125 beispielsweise mittels einer Turbinenscheibe 133 am Rotor 103 angebracht sind.
An dem Rotor 103 angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine (nicht dargestellt) .
Während des Betriebes der Gasturbine 100 wird vom Verdichter 105 durch das Ansauggehäuse 104 Luft 135 angesaugt und ver¬ dichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 105 be¬ reitgestellte verdichtete Luft wird zu den Brennern 107 ge¬ führt und dort mit einem Brennmittel vermischt. Das Gemisch wird dann unter Bildung des Arbeitsmediums 113 in der Brenn- kammer 110 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium
113 entlang des Heißgaskanals 111 vorbei an den Leitschaufeln 130 und den Laufschaufeln 120. An den Laufschaufeln 120 entspannt sich das Arbeitsmedium 113 impulsübertragend, so dass die Laufschaufeln 120 den Rotor 103 antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine.
Die dem heißen Arbeitsmedium 113 ausgesetzten Bauteile unterliegen während des Betriebes der Gasturbine 100 thermischen Belastungen. Die Leitschaufeln 130 und Laufschaufeln 120 der in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums 113 gesehen ersten Turbinenstufe 112 werden neben den die Ringbrennkammer 110 auskleidenden Hitzeschildelementen am meisten thermisch be- lastet.
Um den dort herrschenden Temperaturen standzuhalten, können diese mittels eines Kühlmittels gekühlt werden.
Ebenso können Substrate der Bauteile eine gerichtete Struktur aufweisen, d.h. sie sind einkristallin (SX-Struktur) oder weisen nur längsgerichtete Körner auf (DS-Struktur ) .
Als Material für die Bauteile, insbesondere für die Turbinen¬ schaufel 120, 130 und Bauteile der Brennkammer 110 werden beispielsweise eisen-, nickel- oder kobaltbasierte Superle- gierungen verwendet.
Solche Superlegierungen sind beispielsweise aus der EP 1 204 776 Bl, EP 1 306 454, EP 1 319 729 AI, WO 99/67435 oder WO 00/44949 bekannt. Ebenso können die Schaufeln 120, 130 Beschichtungen gegen Korrosion (MCrAlX; M ist zumindest ein Element der Gruppe Eisen (Fe) , Kobalt (Co) , Nickel (Ni) , X ist ein Aktivelement und steht für Yttrium (Y) und/oder Silizium, Scandium (Sc) und/oder zumindest ein Element der Seltenen Erden bzw. Haf- nium) . Solche Legierungen sind bekannt aus der EP 0 486 489 Bl, EP 0 786 017 Bl, EP 0 412 397 Bl oder EP 1 306 454 AI.
Auf der MCrAlX kann noch eine Wärmedämmschicht vorhanden sein, und besteht beispielsweise aus r02, Y203-Zr02, d.h. sie ist nicht, teilweise oder vollständig stabilisiert durch Ytt¬ riumoxid und/oder Kalziumoxid und/oder Magnesiumoxid.
Durch geeignete Beschichtungsverfahren wie z.B. Elektronen- strahlverdampfen (EB-PVD) werden stängelförmige Körner in der Wärmedämmschicht erzeugt.
Die Leitschaufel 130 weist einen dem Innengehäuse 138 der Turbine 108 zugewandten Leitschaufelfuß (hier nicht darge¬ stellt) und einen dem Leitschaufelfuß gegenüberliegenden Leitschaufelkopf auf. Der Leitschaufelkopf ist dem Rotor 103 zugewandt und an einem Befestigungsring 140 des Stators 143 festgelegt .

Claims

Patentansprüche
1. Eisenbasierte Legierung aufweisend (in Gew.-%) :
Silizium (Si) 2,0% - 4,5%, insbesondere 2,3% - 3,9%
Kohlenstoff (C) 2,9% - 4,0%, insbesondere 3,
2% - 3,7%, Niob (Nb) 0,05% - 0,7%, insbesondere 0,05% - 0,6%, ganz insbesondere 0,1% bis 0,7%,
Molybdän (Mo) 0,3% - 1,5%, insbesondere 0,4% - 1,0% ganz insbesondere 0,5%,
optional
Kobalt (Co) 0,1% - 2,0%, insbesondere 0,1% - 1,0%,
Mangan (Mn) < 0,3%, insbesondere 0,15 - 0,30%,
Nickel (Ni) < 0,5%, insbesondere < 0,
3%,
Magnesium (Mg) < 0,07%, insbesondere mindestens 0,03%, ganz insbesondere 0,03% - 0,06%
Phosphor (P) < 0,05%, insbesondere 0,02% - 0,035%,
Schwefel (S) < 0,012%, insbesondere < 0,005%,
ganz insbesondere zwischen 0,003% und 0,012%,
Chrom (Cr) < 0,1%, insbesondere < 0,05%,
Antimon (Sb) < 0,004%, insbesondere < 0,003%,
Eisen ( Fe ) ,
insbesondere Rest Eisen.
Legierung nach Anspruch 1,
die 0,1 Gew.-% - 0,2 Gew.-% Niob (Nb) enthält,
insbesondere 0,1 Gew.-% Niob.
Legierung nach Anspruch 1,
die 0,4 Gew.-% - 0,6 Gew.-% Niob (Nb) enthält,
insbesondere 0,5 Gew.-%.
4. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3,
die kein Kobalt (Co) enthält.
5. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3,
enthaltend 0,4 Gew.-% bis 0,6 Gew.-% Kobalt,
insbesondere 0,5 Gew.-% Kobalt.
6. Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3,
enthaltend 0,9 Gew.-% bis l,0Gew.-% Kobalt,
insbesondere 1,0 Gew.-% Kobalt.
7. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 1, 2 oder 3,
die 1 Gew.-% bis 2 Gew.-% Kobalt (Co) enthält,
insbesondere 1,5 Gew.-% (Co),
ganz insbesondere 2,0 Gew.-% (Co) .
8. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 1, 2 oder 3,
die 0,1 Gew.-% Kobalt enthält.
9. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche,
deren Anteil an Silizium (Si) , Kobalt (Co) , Molybdän (Mo) und Niob (Nb) kleiner 6,5 Gew.-% beträgt.
10. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche,
deren Anteil an Molybdän (Mo) und Niob (Nb) 1,5 Gew.-% nicht übersteigt.
11. Legierung nach einem oder mehreren der vorherig
Ansprüche,
die 2,0 Gew.-% - 3,0 Gew.-% Silizium (Si) enthält, insbesondere 2,3 Gew.-% - 2,7 Gew.-% Silizium.
12. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche,
die 3,0 Gew.-% - 4,5 Gew.-% Silizium (Si) enthält, insbesondere 3,3 Gew.-% - 3,5 Gew.-% Silizium enthält.
13. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche,
die kein Nickel (Ni) außer als mögliche Verunreinigung ent hält.
14. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche,
die mindestens 0,01 Gew.-% Nickel enthält,
insbesondere mindestens 0,05 Gew.-%.
15. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche,
die 2,5 Gew.-% bis 3,7 Gew.-% Kohlenstoff (C) ,
insbesondere 2,9 Gew.-% - 3,0 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
16. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche,
die kein Chrom (Cr) außer als mögliche Verunreinigung enthält.
17. Legierung nach einem oder mehreren der vorherig
Ansprüche 1 bis 16,
die mindestens 0,01wt% Chrom aufweist,
insbesondere mindestens 0,05wt%.
18. Legierung nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 1 bis 17,
die für Kohlenstoff (C) , Silizium (Si) und Phospor (P) ein
CE-Äquivalent von 4,1% bis 4,4% aufweist,
Gew%Si + GewVaP
wobei CE = Gew.-%C + gilt.
19. Bauteil,
insbesondere bestehend aus einer Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18,
das insbesondere ein Gehäuseteil,
insbesondere einer Dampfturbine (300, 303) oder einer Gas- turbine (100) ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140093416A1 (en) * 2012-10-01 2014-04-03 Lutz Dekker Cast iron containing niobium and component
DE112015004365B4 (de) * 2014-10-27 2020-09-24 Scania Cv Ab Gusseisenartikel mit einer korrosionsbeständigen Schicht und Verfahren zur Herstellung des Artikels

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6090905B2 (ja) * 2012-11-26 2017-03-08 株式会社日本製鋼所 高温延性と高温クリープ破断寿命に優れた球状黒鉛鋳鉄およびその製造方法
US9980257B2 (en) 2014-09-26 2018-05-22 Qualcomm Incorporated Ultra-low latency LTE reference signal transmission
US9955462B2 (en) * 2014-09-26 2018-04-24 Qualcomm Incorporated Ultra-low latency LTE control data communication
CN104342594A (zh) * 2014-12-02 2015-02-11 江苏金洋机械有限公司 一种用于制备高铁扣件用铁垫板的合金
RU2629406C1 (ru) * 2016-12-13 2017-08-29 Юлия Алексеевна Щепочкина Чугун
CN108149142A (zh) * 2018-02-01 2018-06-12 广西超盛网络科技有限责任公司 一种耐腐蚀钢材及其制备方法
CN112626409A (zh) * 2020-12-15 2021-04-09 江苏泽茗精密机械制造股份有限公司 用于涡轮壳的耐高温蠕墨铸铁的制备工艺

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0486489B1 (de) 1989-08-10 1994-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperaturfeste korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere für gasturbinenbauteile
EP0412397B1 (de) 1989-08-10 1998-03-25 Siemens Aktiengesellschaft Rheniumhaltige Schutzbeschichtung mit grosser Korrosions- und/oder Oxidationsbeständigkeit
EP0786017B1 (de) 1994-10-14 1999-03-24 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschicht zum schutz eines bauteils gegen korrosion, oxidation und thermische überbeanspruchung sowie verfahren zu ihrer herstellung
WO1999067435A1 (en) 1998-06-23 1999-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Directionally solidified casting with improved transverse stress rupture strength
WO2000044949A1 (en) 1999-01-28 2000-08-03 Siemens Aktiengesellschaft Nickel base superalloy with good machinability
EP1306454A1 (de) 2001-10-24 2003-05-02 Siemens Aktiengesellschaft Rhenium enthaltende Schutzschicht zum Schutz eines Bauteils gegen Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen
EP1319729A1 (de) 2001-12-13 2003-06-18 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperaturbeständiges Bauteil aus einkristalliner oder polykristalliner Nickel-Basis-Superlegierung
JP2003221639A (ja) * 2002-01-31 2003-08-08 Aisin Takaoka Ltd タービンハウジング一体型排気マニホルド及びその製造方法
EP1204776B1 (de) 1999-07-29 2004-06-02 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperaturbeständiges bauteil und verfahren zur herstellung des hochtemperaturbeständigen bauteils
US20080260568A1 (en) * 2005-09-15 2008-10-23 Shah Bipin H High Silicon Niobium Casting Alloy and Process for Producing the Same
WO2010040606A1 (de) * 2008-10-09 2010-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Sphärogusseisen mit kobalt

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3411957A (en) * 1965-06-01 1968-11-19 Nisso Seiko Kabushiki Kaisha Method of manufacturing a cast iron roll
SU926057A1 (ru) * 1980-07-22 1982-05-07 Днепропетровский Тепловозоремонтный Завод Чугун
US5323883A (en) * 1988-09-20 1994-06-28 Nissan Motor Company, Limited Friction device
JP2898749B2 (ja) * 1990-07-04 1999-06-02 株式会社クボタ 高耐摩耗ロール材およびその製造法
DE10309386B4 (de) * 2003-03-04 2005-02-24 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Gusseisenwerkstoffes mit gezieltem Restkarbidanteil
CN1826421A (zh) * 2003-07-18 2006-08-30 日立金属株式会社 奥氏体系耐热球状石墨铸铁
DE102004040055A1 (de) * 2004-08-18 2006-03-02 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Gusseisenwerkstoff für Kolbenringe
WO2006121826A2 (en) * 2005-05-05 2006-11-16 Wescast Industries Inc. Cast iron with improved high temperature properties
EP1808504A1 (de) * 2006-01-16 2007-07-18 Siemens Aktiengesellschaft Gusseisen mit Kobalt und Bauteil und seine Verwendung in Dampfturbinen
RU2327773C2 (ru) * 2006-06-13 2008-06-27 Юлия Алексеевна Щепочкина Чугун
US7846381B2 (en) * 2008-01-29 2010-12-07 Aarrowcast, Inc. Ferritic ductile cast iron alloys having high carbon content, high silicon content, low nickel content and formed without annealing

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0486489B1 (de) 1989-08-10 1994-11-02 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperaturfeste korrosionsschutzbeschichtung, insbesondere für gasturbinenbauteile
EP0412397B1 (de) 1989-08-10 1998-03-25 Siemens Aktiengesellschaft Rheniumhaltige Schutzbeschichtung mit grosser Korrosions- und/oder Oxidationsbeständigkeit
EP0786017B1 (de) 1994-10-14 1999-03-24 Siemens Aktiengesellschaft Schutzschicht zum schutz eines bauteils gegen korrosion, oxidation und thermische überbeanspruchung sowie verfahren zu ihrer herstellung
WO1999067435A1 (en) 1998-06-23 1999-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Directionally solidified casting with improved transverse stress rupture strength
WO2000044949A1 (en) 1999-01-28 2000-08-03 Siemens Aktiengesellschaft Nickel base superalloy with good machinability
EP1204776B1 (de) 1999-07-29 2004-06-02 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperaturbeständiges bauteil und verfahren zur herstellung des hochtemperaturbeständigen bauteils
EP1306454A1 (de) 2001-10-24 2003-05-02 Siemens Aktiengesellschaft Rhenium enthaltende Schutzschicht zum Schutz eines Bauteils gegen Korrosion und Oxidation bei hohen Temperaturen
EP1319729A1 (de) 2001-12-13 2003-06-18 Siemens Aktiengesellschaft Hochtemperaturbeständiges Bauteil aus einkristalliner oder polykristalliner Nickel-Basis-Superlegierung
JP2003221639A (ja) * 2002-01-31 2003-08-08 Aisin Takaoka Ltd タービンハウジング一体型排気マニホルド及びその製造方法
US20080260568A1 (en) * 2005-09-15 2008-10-23 Shah Bipin H High Silicon Niobium Casting Alloy and Process for Producing the Same
WO2010040606A1 (de) * 2008-10-09 2010-04-15 Siemens Aktiengesellschaft Sphärogusseisen mit kobalt

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140093416A1 (en) * 2012-10-01 2014-04-03 Lutz Dekker Cast iron containing niobium and component
DE112015004365B4 (de) * 2014-10-27 2020-09-24 Scania Cv Ab Gusseisenartikel mit einer korrosionsbeständigen Schicht und Verfahren zur Herstellung des Artikels

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EP2511394B1 (de) 2015-05-27
CN103517997A (zh) 2014-01-15
EP2511394A1 (de) 2012-10-17
US20140030133A1 (en) 2014-01-30
RU2562175C2 (ru) 2015-09-10
RU2013150798A (ru) 2015-05-20

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