WO2017194282A1 - Stahl-werkstoff für hochtemperatur-anwendungen und turbinengehäuse aus diesem werkstoff - Google Patents

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WO2017194282A1
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turbine
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Marc Hiller
Martin Thomas
Markus STRATMANN
Abdullhamed HAMUDA
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a steel material which is suitable to ⁇ particular for use at high temperatures up to about 1000 ° C, and a turbine housing for a turbocharger, which is produced from this material.
  • exhaust gas turbochargers are equipped with exhaust gas turbochargers.
  • the operating principle of an exhaust gas turbocharger is to use the energy contained in the exhaust gas flow to the pressure in the intake of the engine increase and thus cause a better filling of the combustion chamber with air-oxygen and thus to be able to convert more fuel, gasoline or diesel, per combustion ⁇ process, so to increase the performance of the engine.
  • the exhaust gas turbocharger to the exhaust gas tract of the Ver ⁇ brennungsmotors arranged exhaust turbine, one arranged in the intake fresh air compressor, and a rotor bearing disposed therebetween.
  • the exhaust gas turbine has a Turbi ⁇ nengephase and disposed therein, senstrom driven by the turbine impeller Abgasmas-.
  • the fresh air ⁇ compressor includes a compressor housing and it is ⁇ arranged, a boost pressure anabolic compressor impeller.
  • the turbine runner and the compressor runner are rotationally fixed on the opposite ends of a common shaft, the so-called rotor shaft, thus forming the so-called turbocharger rotor.
  • the rotor shaft extends axially between the turbine runner and the compressor runner through the rotor bearing arranged between the exhaust gas turbine and the fresh air compressor and is radially and axially rotatably mounted therein, with respect to the rotor shaft axis.
  • driven by the exhaust gas mass flow turbine impeller drives the compressor impeller via the rotor shaft, whereby the pressure in the intake tract of the internal combustion engine, based on the
  • Air-oxygen is effected.
  • a common exhaust gas turbocharger 1 has a multi-part construction.
  • a can be arranged in the exhaust tract of the engine Tur ⁇ binengephaseuse 21, an arranged in the intake tract of the engine compressor housing 31 and between the turbine housing 21 and compressor housing 31, a bearing housing 41 on a common turbocharger axis 2 arranged side by side and connected to each other montagetechnisch.
  • a further structural unit of the exhaust gas turbocharger 1 is the turbocharger rotor 10, which has a rotor shaft 14, a turbine wheel 12 arranged in the turbine housing 21 with an impeller blading and an in the Compressor housing 31 arranged compressor impeller 13 having an impeller blading.
  • the turbine runner 12 and the compressor runner 13 are disposed on the opposite ends of the common rotor shaft 14 and rotatably connected thereto.
  • the rotor shaft 14 extends in the direction of the turbocharger axis 2 axially through the bearing housing 41 and is rotatably mounted in this axially and radially about its longitudinal axis, the rotor axis of rotation 15, wherein the rotor axis of rotation 15 is in the turbocharger ⁇ axis 2, that coincides with this.
  • the turbine housing axis 2a is in line with the rotor ⁇ axis of rotation 15 and the turbocharger axis 2.
  • the exhaust gas mass flow AM through the turbine housing 21 and the fresh air mass flow through the compressor housing 31 are each shown with corresponding arrows.
  • the turbine housing 21 has one or more annularly around the turbocharger shaft 2 and the turbine impeller 12 and the centrally arranged to the turbine housing axis 2a recording ⁇ portion 12a of the turbine runner 12 arranged to helically to the receiving region 12a and the turbine runner 12 tapering exhaust-ring channels 22, so-called exhaust fumes.
  • These exhaust gas flows have a respective or common, tangentially outwardly directed Abgaszu 1500kanal 23 with a manifold connecting piece 24 for connection to an exhaust manifold (not shown) of an internal combustion engine through which the exhaust gas mass flow AM flows into the respective exhaust gas.
  • the exhaust gas flows furthermore each have a gap opening extending over at least part of the inner circumference, the so-called exhaust gas inlet gap 25, which is directed in at least a proportionate radial direction toward the turbine runner 12 and through which the exhaust gas mass flow AM flows onto the turbine runner 12.
  • the turbine housing 21 further has an Abgasab adoptedkanal 26, which extends away from the axial end of the turbine runner 12 in the direction of the turbocharger axis 2 and an off ⁇ puff connection piece 27 for connection to the exhaust system (not shown) of the internal combustion engine.
  • Abgasab adoptedkanal 26 is the off of the turbine wheel 12 from passing exhaust gas mass flow AM discharged into the exhaust system of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas temperatures are kept as high as possible. Due to the hot exhaust gases that flow through the turbine housing, it is subjected to thermal cycling with temperatures of over 1000 ° C. Furthermore, there is the demand for high strength and dimensional stability at the lowest possible weight, so a reduced use of materials.
  • steel materials with a mostly austenitic structure and a high nickel content of up to 40% have hitherto been used.
  • Such materials are, for example, cast steel materials with the abbreviation 1.4848
  • the material 1.4848 is characterized by the following material composition: 0.3-0.5% C; 1.0-2.5 "6 S ⁇ m.cLX ⁇
  • the material has the following 1.4849 ⁇ plant material composition: 0.3-0.5% C; 1.0-2.5% Si; Max . 2.0% Mn; max.0.03% S; 18.0-21.0% Cr; max.0.5% Mo; 36.0-39.0% Ni;
  • the high nickel content increases the strength and durability of the materials, especially at operating temperatures up to 1050 ° C.
  • nickel is a relatively expensive material, so cheaper alternatives are sought.
  • Another heat-resistant material with a lower nickel content which is used in particular in furnace construction and annealing cakes as well as in turbine construction is the material 1.4823 (GX4 OCrNiS-4), which has the following composition: 0.3-0.5% C; 25.0-28.0% Cr; 3.0-6.0% Ni; max.1.5% Mn; 1.0-2.5 Si; max.0.5% Mo; max.0.04% P; max.0.03% S and remainder Fe.
  • GX4 OCrNiS-4 has the following composition: 0.3-0.5% C; 25.0-28.0% Cr; 3.0-6.0% Ni; max.1.5% Mn; 1.0-2.5 Si; max.0.5% Mo; max.0.04% P; max.0.03% S and remainder Fe.
  • the recommended temperature range is between 900 and 1100 ° C.
  • the material tends to embrittle more in the temperature range up to 900 ° C, which considerably restricts the use for exhaust gas turbine casings subjected to extreme thermal cycling as described above.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a material and a turbine housing made of this material, with low material costs, ie in particular at low nickel content of the material, in a Tempe ⁇ ratur Scheme to 1050 ° C sufficient strength and time ⁇ stability for use in exhaust gas turbines of internal combustion engines.
  • a steel material for high-temperature applications, which is characterized by a material composition which, apart from iron, Fe, has at least the following alloy constituents within the limits of the stated amounts in percent by weight:
  • Nickel, Ni 4.0 to 5.0%
  • Niobium, Nb 1.25 to 1.75%.
  • alloying constituents may be added to achieve certain properties.
  • unavoidable impurities in quantities, which are negligible in terms of material properties may be included.
  • the specified material composition required for use in turbine housings for exhaust gas turbocharger material properties are achieved in relation to the minimum plug limit and tensile strength at the same time compared to previously used high-temperature materials greatly reduced nickel content and thus reduced material costs. For example, after a given operating time and at an operating temperature of 1000 ° C, the minimum yield strength is still 50 MPa and the tensile strength is 70 MPa.
  • alloy coins ⁇ approximately components are matched in composition and amount to one another and defined within narrow limits that only a small fraction of ferritic structure, in particular less is formed 40%.
  • niobium and chromium within the specified quantity limits increases the strength through the formation of chromium carbides and niobium carbides.
  • Steel material is characterized in that, in addition to the abovementioned alloy constituents, it has the further alloy constituents within the limits of the stated amounts in percent by weight:
  • Molybdenum Mo: 0.1-0.5%
  • a special feature of the steel material with the alloy components specified above is characterized in that the steel material is a two-phase structure consisting of a ferrite matrix with deposits of austenite, has.
  • a material with such a structure is also called
  • Duplex or duplex steel have a combination of properties of stainless, ferritic chromium steels and austenitic chromium-nickel steels. As a result, compared to the individual components, both the strength and the ductility and fatigue strength are increased overall. In addition, energy absorption is comparatively high and increases with increasing temperature due to decreasing embrittlement.
  • the turbine housing according to the invention for an exhaust-gas turbocharger has a receiving area arranged centrally relative to a turbine housing axis for a turbine runner of the exhaust-gas turbocharger and at least one exhaust gas annular passage tapering helically toward the receiving area for the turbine runner.
  • the turbine housing is characterized in that it is made of a steel material having a material composition ⁇ translation, comprising in addition to iron, Fe at least the following LE g réelles shockeder within the limits of the amounts given in percent by weight:
  • Nickel, Ni 4.0-5.0%
  • Niobium, Nb 1.25-1.75%.
  • a corresponding turbine housing is characterized by sufficient material properties for the application, in particular with regard to the high-temperature strength, at the same time, compared to turbine housings made of high-alloy nickel alloys, reduced price.
  • the turbine housing 21 has a receiving region 12a arranged centrally with respect to the turbine housing axis 2a for a turbine runner 12 of the exhaust gas turbocharger 1.
  • a receiving region 12a or the turbine runner 12 Around the receiving region 12a or the turbine runner 12, at least one exhaust gas annular channel 22 is arranged which is tapered in the manner of a helix to the receiving region 12a and the turbine runner 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stahl-Werkstoff (21a) für Hochtemperatur-Anwendungen und ein Turbinengehäuse (21) für einen Abgasturbolader (1) aus diesem Stahl-Werkstoff (21a), wobei der Stahl-Werkstoff (21a) gekennzeichnet ist durch eine Werkstoffzusammensetzung die zumindest die Legierungsbestandteile Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Nickel, Niob und Eisen in bestimmten Mengen aufweist. Diese Werkstoffzusammensetzung gewährleistet eine ausreichende Temperaturfestigkeit bei gleichzeitig gegenüber anderen Hochtemperatur-Werkstoffen niedrigem Nickelanteil und reduziertem Preis.

Description

Beschreibung
Stahl-Werkstoff für Hochtemperatur-Anwendungen und Turbinengehäuse aus diesem Werkstoff
Die Erfindung betrifft einen Stahl-Werkstoff, der sich ins¬ besondere zum Einsatz bei hohen Temperaturen bis über 1000°C eignet, sowie ein Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader, das aus diesem Werkstoff gefertigt ist.
Die Entwicklung neuer Technologien sowie die Weiterentwicklung entsprechender Vorrichtungen und Verfahren hin zu höherer Leistung und Effizienz bei gleichzeitiger Reduzierung des Resourceneinsatzes gehen sehr häufig einher mit gesteigerten Anforderungen an die verwendeten Werkstoffen in Bezug auf
Festigkeit, Temperaturbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit . Desweiteren spielt beim industriellen Einsatz natürlich auch der Preis eine bedeutende Rolle. Einer solchen technologischen Herausforderung, die immer höher Anforderungen stellt, ist traditionell der Fahrzeugbau und insbesondere die Entwicklung der darin eingesetzten Verbrennungsmotoren unterworfen. Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des Schadstoff-Aus¬ stoßes bei gleichbleibender oder sogar gesteigerter Leistung des Verbrennungsmotors werden vermehrt kleinvolumige Motorkonzepte, sogenannte Downsizing-Konzepte, zugrundegelegt, die zur
Leistungssteigerung mit Abgasturboladern ausgestattet sind. Hierbei stellen insbesondere bei Otto-Verbrennungsmotoren die vorherrschenden hohen Abgastemperaturen bis über 1000 °C eine starke Herausforderung für die in der Abgasturbine eingesetzten Werkstoffe dar. Das Wirkprinzip eines Abgasturboladers besteht darin, die im Abgasstrom enthaltene Energie zu nutzen um den Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors zu erhöhen und so eine bessere Befüllung des Brennraumes mit Luft-Sauerstoff zu bewirken und somit mehr Treibstoff, Benzin oder Diesel, pro Verbrennungs¬ vorgang umsetzen zu können, also die Leistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Dazu weist der Abgasturbolader eine im Abgastrakt des Ver¬ brennungsmotors angeordnete Abgasturbine, einen im Ansaugtrakt angeordneten Frischluftverdichter und ein dazwischen angeordnetes Läuferlager auf. Die Abgasturbine weist ein Turbi¬ nengehäuse und ein darin angeordnetes, durch den Abgasmas- senstrom angetriebenes Turbinenlaufrad auf. Der Frischluft¬ verdichter weist ein Verdichtergehäuse und ein darin ange¬ ordnetes, einen Ladedruck aufbauendes Verdichterlaufrad auf . Das Turbinenlaufrad und das Verdichterlaufrad sind auf den sich gegenüberliegenden Enden einer gemeinsamen Welle, der soge- nannten Läuferwelle, drehfest angeordnet und bilden so den sogenannten Turboladerläufer. Die Läuferwelle erstreckt sich axial zwischen Turbinenlaufrad und Verdichterlaufrad durch das zwischen Abgasturbine und Frischluftverdichter angeordnete Läuferlager und ist in diesem, in Bezug auf die Läuferwel- lenachse, radial und axial drehgelagert. Gemäß diesem Aufbau treibt das vom Abgasmassenstrom angetriebene Turbinenlaufrad über die Läuferwelle das Verdichterlaufrad an, wodurch der Druck im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors, bezogen auf den
Frischluftmassenstrom hinter dem Frischluftverdichter, erhöht und dadurch eine bessere Befüllung des Brennraumes mit
Luft-Sauerstoff bewirkt wird.
In der Regel weist ein gebräuchlicher Abgasturbolader 1, wie der Figur dargestellt, einen mehrteiligen Aufbau auf. Dabei sind eine im Abgastrakt des Verbrennungsmotors anordenbares Tur¬ binengehäuse 21, ein im Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors anordenbares Verdichtergehäuse 31 und zwischen Turbinengehäuse 21 und Verdichtergehäuse 31 ein Lagergehäuse 41 auf einer gemeinsamen Turboladerachse 2 nebeneinander angeordnet und montagetechnisch miteinander verbunden. Eine weitere Baueinheit des Abgasturboladers 1 stellt der Turboladerläufer 10 dar, der eine Läuferwelle 14, ein in dem Turbinengehäuse 21 angeordnetes Turbinenlaufrad 12 mit einer Laufradbeschaufelung und ein in dem Verdichtergehäuse 31 angeordnetes Verdichterlaufrad 13 mit einer Laufradbeschaufelung aufweist. Das Turbinenlaufrad 12 und das Verdichterlaufrad 13 sind auf den sich gegenüberliegenden Enden der gemeinsamen Läuferwelle 14 angeordnet und mit diesen drehfest verbunden. Die Läuferwelle 14 erstreckt sich in Richtung der Turboladerachse 2 axial durch das Lagergehäuse 41 und ist in diesem axial und radial um seine Längsachse, die Läuferdrehachse 15, drehgelagert, wobei die Läuferdrehachse 15 in der Turbolader¬ achse 2 liegt, also mit dieser zusammenfällt. Dabei liegt auch die Turbinengehäuseachse 2a in einer Linie mit der Läufer¬ drehachse 15 und der Turboladerachse 2. Der Abgasmassenstrom AM durch das Turbinengehäuse 21 und der Frischluftmassenstrom durch das Verdichtergehäuse 31 sind jeweils mit entsprechenden Pfeilen dargestellt .
Das Turbinengehäuse 21 weist einen oder mehrere ringförmig um die Turboladerachse 2 und das Turbinenlaufrad 12 bzw. dessen zentrisch zur Turbinengehäuseachse 2a angeordneten Aufnahme¬ bereich 12a für das Turbinenlaufrad 12 angeordnete, sich schneckenförmig zum Aufnahmebereich 12a und dem Turbinenlaufrad 12 hin verjüngende Abgas-Ringkanäle 22, sogenannte Abgasfluten auf. Diese Abgasfluten weisen einen jeweiligen oder gemeinsamen, tangential nach außen gerichteten Abgaszuführkanal 23 mit einem Krümmer-Anschlussstutzen 24 zum Anschluss an einen Abgaskrümmer (nicht dargestellt) eines Verbrennungsmotors auf, durch den der Abgasmassenstrom AM in die jeweilige Abgasflute strömt. Die Abgasfluten weisen weiterhin jeweils eine zumindest über einen Teil des Innenumfanges verlaufende Spaltöffnung, den sogenannten Abgas-Eintrittsspalt 25, auf, der in zumindest anteilmäßig radialer Richtung auf das Turbinenlaufrad 12 hin gerichtet verläuft und durch den der Abgasmassenstrom AM auf das Turbinenlaufrad 12 strömt.
Das Turbinengehäuse 21 weist weiterhin einen Abgasabführkanal 26 auf, der vom axialen Ende des Turbinenlaufrades 12 weg in Richtung der Turboladerachse 2 verläuft und einen Aus¬ puff-Anschlussstutzen 27 zum Anschluss an das AuspuffSystem (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors aufweist. Über diesen Abgasabführkanal 26 wird der aus dem Turbinenlaufrad 12 aus- tretende Abgasmassenstrom AM in das AuspuffSystem des Verbrennungsmotors abgeführt.
Um die bei der Verbrennung im Verbrennungsmotor entstehende Wärmeenergie mit höheren Wirkungsgraden durch den Abgasturbolader nutzen zu können, werden obendrein die Abgastemperaturen möglichst hoch gehalten. Durch die heißen Abgase, die durch das Turbinengehäuse strömen wird dieses mit einer thermischen Wechselbeanspruchung mit Temperaturen bis über 1000 °C beauf- schlagt. Desweiteren besteht die Forderung nach hoher Festigkeit und Formbeständigkeit bei einem möglichst geringen Gewicht, also einem reduzierten Materialeinsatz.
Um diese hohen Anforderungen erfüllen zu können wurden bisher Stahl-Werkstoffe mit zumeist austenitischem Gefüge und einem hohen Nickelgehalt bis zu 40% eingesetzt. Solche Werkstoffe sind zum Beispiel Stahlguss-Werkstoffe mit der Kurzbezeichnung 1.4848
(GX40CrNiSi25-20) und 1.4849 (GX40NiCrSiNb38-19) .
Dabei zeichnet sich der Werkstoff 1.4848 durch die folgende Werkstoff-Zusammensetzung aus: 0,3-0,5% C; 1,0-2,5"6 SΪ m.cLX ·
2,0% Mn; max.0,04% P; max.0,03% S; 24,0-27,0% Cr; max.0,5% Mo;
19, 0-22, 0% Ni; Rest Fe.
Der Werkstoff 1.4849 weist die folgende Werk¬ stoff-Zusammensetzung auf: 0,3-0,5% C; 1,0-2,5% Si; max . 2,0% Mn ; max.0,03% S; 18,0-21,0% Cr; max.0,5% Mo; 36,0-39,0% Ni;
l,2-l,8%Nb; Rest Fe.
Der hohe Nickelgehalt erhöht die Festigkeit und Haltbarkeit der Werkstoffe insbesondere bei Betriebstemperaturen bis zu 1050°C. Jedoch ist Nickel ein verhältnismäßig teurer Werkstoff, weshalb kostengünstigere Alternativen gesucht werden.
Ein weiterer hitzebeständiger Werkstoff mit niedrigerem Nickelanteil, der insbesondere eingesetzt wird im Ofenbau und Glühretorten sowie im Turbinenbau ist der Werkstoff 1.4823 (GX4 OCrNiS-4 ) , der folgende Zusammensetzung aufweist: 0,3-0,5% C; 25,0-28,0% Cr; 3,0-6,0% Ni; max.1,5% Mn; 1,0-2,5 Si; max.0,5% Mo; max.0,04% P; max.0,03% S und Rest Fe. Bei diesem Werkstoff wird eine Erhöhung der Zeitdehn- und Zeitstandfestigkeit durch den Molybdänzusatz bewirkt. Der empfohlene Temperaturbereich liegt hier zwischen 900 und 1100°C. Der Werkstoff neigt jedoch im Temperaturbereich bis 900°C verstärkt zur Versprödung, was die Verwendung für Abgasturbinengehäuse, die einer extremen thermischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt sind, wie oben beschrieben, erheblich einschränkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff sowie ein Turbinengehäuse aus diesem Werkstoff anzugeben, wobei bei niedrigen Materialkosten, also insbesondere bei niedrigem Nickelanteil des Werkstoffes, in einem Tempe¬ raturbereich bis 1050°C ausreichend Festigkeit und Zeit¬ standfestigkeit für den Einsatz in Abgasturbinen von Verbrennungsmotoren aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen Stahl-Werkstoff mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Turbinengehäuse mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen, welche einzeln oder, sofern es sich nicht um sich gegenseitig ausschließende Alternativen handelt, in
Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird ein Stahl-Werkstoff für Hochtempera- tur-Anwendungen offenbart, der gekennzeichnet ist durch eine WerkstoffZusammensetzung, die außer Eisen, Fe zumindest folgende Legierungsbestandteile in den Grenzen der angegebenen Mengen in Gewichtsprozent aufweist:
Kohlenstoff, C: 0,4 bis 0,5%;
Silizium, Si: 1,25 bis 1,75%;
Mangan, Mn : 1,25 bis 1,75%;
Chrom, CR: 22,5 bis 23,5%;
Nickel, Ni : 4,0 bis 5,0%;
Niob, Nb: 1,25 bis 1,75%.
Weiterhin können, zur Erzielung bestimmter Eigenschaften ggf. zusätzliche Legierungsbestandteile zugefügt sein. Darüber hinaus können unvermeidbare Verunreinigungen in Mengenanteilen, die in Bezug auf die Werkstoffeigenschaften vernachlässigbar sind, enthalten sein.
Mit der angegebenen WerkstoffZusammensetzung werden die für den Einsatz bei Turbinengehäusen für Abgasturbolader erforderlichen Materialeigenschaften in Bezug auf die Mindeststeckgrenze und die Zugfestigkeit erzielt bei gleichzeitig gegenüber bisher gebräuchlichen Hochtemperaturwerkstoffen stark reduziertem Nickel-Anteil und somit reduzierten Materialkosten. So liegt nach einer vorgegebenen Betriebszeit und bei einer Betriebs- temperatur von 1000°C zum Beispiel die Mindeststreckgrenze noch bei 50 MPa und die Zugfestigkeit bei 70MPa.
Dies wird unter Anderem dadurch erzielt, dass die Legie¬ rungsbestandteile in Zusammensetzung und Menge so aufeinander abgestimmt und in engen Grenzen definiert sind, dass nur ein geringer Anteil an ferritischem Gefüge, insbesondere kleiner 40% ausgebildet ist.
Durch die Zugabe von Niob und Chrom innerhalb der vorgegebenen Mengen-Grenzen wird beispielsweise die Festigkeit durch die Ausbildung von Chromkarbiden und Niobkarbiden erhöht.
Eine abgewandelte Variante des erfindungsgemäßen
Stahl-Werkstoffs ist dadurch gekennzeichnet, dass er, zusätzlich zu den oben genannten Legierungsbestandteilen, die weiteren Legierungsbestandteile in den Grenzen der angegebenen Mengen in Gewichtsprozent aufweist:
Molybdän, Mo: 0,1-0,5%;
Phosphor, P: bis zu 0,04%;
Schwefel, S: bis zu 0,03%.
Diese Bestandteile tragen zur weiteren Steigerung der ge- wünschten Werkstoffeigenschaften bei und wirken insbesondere als ferritstabilisierende Legierungselemente, die eine uner¬ wünschte, ggf. fortschreitende Umwandlung von Ferrit in Austenit bei erhöhten Werkstofftemperaturen verhindern. Darüber hinaus ist bei dieser Variante die Korrossionsbeständigkeit erhöht.
Eine spezielle Ausprägung des Stahl-Werkstoffs mit den oben angegebenen Legierungsbestandteilen ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl-Werkstoff ein zweiphasiges Gefüge, bestehend aus einer Ferrit-Matrix mit Einlagerungen aus Austenit, aufweist. Ein Werkstoff mit einem solchen Gefüge wird auch als
Duplex-Werkstoff oder Duplexstahl bezeichnet. Duplexstähle weisen eine Kombination von Eigenschaften rostfreier, ferri- tischer Chromstähle und austenitischer Chrom-Nickel-Stähle auf. Dadurch ist gegenüber den Einzelkomponenten sowohl die Festigkeit als auch die Duktilität und Dauerschwingfestigkeit insgesamt erhöht. Darüber hinaus liegt die Energieabsorbtion auf vergleichsweise hohem Niveau und nimmt gar mit steigender Temperatur aufgrund abnehmender Versprödung zu.
Das erfindungsgemäße Turbinengehäuse für einen Abgasturbolader weist einen zentrisch zu einer Turbinengehäuseachse angeordneten Aufnahmebereich für ein Turbinenlaufrad des Abgasturboladers auf und zumindest einen, sich schneckenförmig zum Aufnahmebereich für das Turbinenlaufrad hin verjüngenden, Abgas-Ringkanal. Das Turbinengehäuse ist dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Stahl-Werkstoff gefertigt ist, der eine WerkstoffZusammen¬ setzung aufweist, die außer Eisen, Fe zumindest folgende Le- gierungsbestandteile in den Grenzen der angegebenen Mengen in Gewichtsprozent aufweist:
Kohlenstoff, C: 0,4-0,5%;
Silizium, Si: 1,25-1,75%;
Mangan, Mn : 1,25-1,75%;
Chrom, CR: 22,5-23,5%;
Nickel, Ni : 4,0-5,0%
Niob, Nb: 1,25-1,75%.
Weiterhin kann die genannte WerkstoffZusammensetzung des Turbinengehäuses die weiteren Legierungsbestandteile in den Grenzen der angegebenen Mengen in Gewichtsprozent,
Molybdän, Mo: 0,1-0,5%
Phosphor, P: bis zu 0,04%
Schwefel, S: bis zu 0,03%,
sowie ein zweiphasiges Gefüge, bestehend aus einer Ferrit-Matrix mit Einlagerungen aus Austenit, aufweisen. Ein entsprechendes Turbinengehäuse zeichnet sich durch für den Einsatzfall ausreichende Werkstoffeigenschaften insbesondere in Bezug auf die Hochtemperaturfestigkeit aus, bei gleichzeitig, gegenüber Turbinengehäusen aus hochlegierten Nickel-Legier- ungen, reduziertem Preis.
Die Merkmale und Merkmalskombinationen der vorstehend in der Beschreibung genannten Ausführungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind, soweit diese nicht alternativ anwendbar sind oder sich gar gegenseitig ausschließen, einzeln, zum Teil oder insgesamt, auch in gegenseitiger Kombination oder gegenseitiger Ergänzung, in Fortbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands anzuwenden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Anhand der Figur ist der prinzipielle Aufbau eines Abgastur- boladers 1, wie einführend bereits beschrieben, in schematisch vereinfachter Schnitt-Darstellung gezeigt. Das erfindungsgemäße Turbinengehäuse 21 weist dabei einen zentrisch zu der Turbi- nengehäuseachse 2a angeordneten Aufnahmebereich 12a für ein Turbinenlaufrad 12 des Abgasturboladers 1 auf. Um den Auf- nahmebereich 12a bzw. das Turbinenlaufrad 12 ist zumindest ein, sich schneckenförmig zum Aufnahmebereich 12a und dem Turbinenlaufrad 12 hin verjüngender, Abgas-Ringkanal 22 angeordnet. Der das Turbinengehäuse 21 kennzeichnende erfindungsgemäße Stahl-Werkstoff 21a, aus dem das Turbinengehäuse 21 gefertigt ist, ist dabei durch die Kreuzschraffur symbolisiert.

Claims

Patentansprüche
1. Stahl-Werkstoff (21a) für Hochtemperatur-Anwendungen, gekennzeichnet durch eine WerkstoffZusammensetzung, die außer Eisen, Fe zumindest folgende Legierungsbestandteile in den Grenzen der angegebenen Mengen in Gewichtsprozent aufweist:
Kohlenstoff, C: 0,4-0,5%;
Silizium, Si: 1,25-1,75%;
Mangan, Mn : 1,25-1,75%;
Chrom, CR: 22,5-23,5%;
Nickel, Ni : 4,0-5,0%;
Niob, Nb: 1,25-1,75%.
2. Stahl-Werkstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er die weiteren Legierungsbestandteile in den Grenzen der angegebenen Mengen in Gewichtsprozent aufweist:
Molybdän, Mo: 0,1-0,5%;
Phosphor, P: bis zu 0,04%;
Schwefel, S: bis zu 0,03%.
3. Stahl-Werkstoff gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl-Werkstoff ein zweiphasiges Gefüge, bestehend aus einer Ferrit-Matrix mit Einlagerungen aus Austenit, aufweist.
4. Turbinengehäuse (21) für einen Abgasturbolader (1) mit einem zentrisch zu einer Turbinengehäuseachse (2a) angeordneten Aufnahmebereich (12a) für ein Turbinenlaufrad (12) des Abgasturboladers (1) und zumindest einem, sich schnecken¬ förmig zum Aufnahmebereich (12a) für das Turbinenlaufrad (12) hin verjüngenden, Abgas-Ringkanal (22), dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Stahl-Werkstoff (21a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 gefertigt ist.
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