DE102012014068B3

DE102012014068B3 - Austenitische Stahllegierung mit ausgezeichneter Zeitstandfestigkeit sowie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten Einsatztemperaturen

Info

Publication number: DE102012014068B3
Application number: DE102012014068.1A
Authority: DE
Inventors: Juliane Mentz; Michael Spiegel; Joachim Konrad; Patrik Schraven
Original assignee: Salzgitter Mannesmann Stainless Tubes GmbH
Current assignee: Salzgitter Mannesmann Stainless Tubes GmbH
Priority date: 2012-07-13
Filing date: 2012-07-13
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2032-07-14
Also published as: BR112015000274A2; EP2872664A1; UA113659C2; US20150203944A1; CN104718306A; KR20150023935A; JP2015528057A; WO2014008881A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine austenitische Stahllegierung mit ausgezeichneter Zeitstandfestigkeit sowie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten Einsatztemperaturen bis etwa 750°C mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung, sowie ein nahtloses oder geschweißtes Stahlrohr, Stahlblech oder durch Schmieden oder Gießen hergestelltes Werkstück oder Werkzeugstahl mit ausgezeichneter Zeitstandfestigkeit sowie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit insbesondere bei Einsatztemperaturen oberhalb 620°C, hergestellt aus einer derartigen Stahllegierung.

Description

Die Erfindung betrifft eine austenitische Stahllegierung mit ausgezeichneter Zeitstandfestigkeit sowie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten Einsatztemperaturen gemäß Patentanspruch 1 sowie aus der Stahllegierung hergestellte Werkstücke nach Anspruch 7.
Insbesondere betrifft die Erfindung einen warmfesten austenitischen Werkstoff für die Herstellung von Rohren, Blechen oder als Schmiedewerkstoff z. B. für nahtlose Überhitzerrohre in hocheffizienten Kraftwerken der neuen Generation geeignet für Dampftemperaturen bis ca. 750°C. Die Werkstoffanforderungen bei diesen Bedingungen sind eine ausreichende Zeitstandfestigkeit in Kombination mit einer guten Oxidationsbeständigkeit in Wasserdampf und Korrosionsbeständigkeit beim Vorhandensein von Rauchgasen und Aschen.
Zur Verminderung der CO₂-Emissionen bei Kraftwerken und zur Steigerung der Effizienz werden die Dampfkessel mit immer höheren Dampftemperaturen und Drücken beaufschlagt. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei der Energieerzeugung in Kraftwerksanlagen besteht deshalb zunehmend die Anforderung, die Dampftemperatur auf bis zu 700°C und darüber und auch den Dampfdruck im Kessel zu erhöhen.
Insbesondere wurden in den letzten Jahren Versuche unternommen, die Dampftemperatur, die bislang etwa 600°C betrug, auf 650°C oder mehr und weiter auf 700°C oder mehr zu erhöhen.
Die spezifischen Anforderungen in den oberen Temperaturstufen an die Wärmetauscherrohre bei diesen hohen Betriebstemperaturen sind eine ausreichende Zeitstandfestigkeit insbesondere in Kombination mit hoher Oxidationsbeständigkeit in Wasserdampf und Korrosionsbeständigkeit bei Vorhandensein von Rauchgas und Aschen.
Hochtemperaturwerkstoffe mit hoher Zeitstandfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit für die Anwendung z. B. in Kraftwerken basieren im Allgemeinen entweder auf ferritischen, ferritisch/martensitischen oder austenitischen Eisenbasislegierungen oder auf Nickelbasislegierungen.
Chromreicher ferritischer Stahl ist im Vergleich zu austenitischem Stahl deutlich preisgünstiger und weist dazu noch einen höheren Wärmeleitungskoeffizienten und einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Außerdem besitzt chromreicher ferritischer Stahl auch noch eine hohe Oxidationsbeständigkeit, die vorteilhaft für einen Heißdampfeinsatz z. B. in Erhitzern oder Kesseln ist.
Wenn jedoch eine hohe Hochtemperaturfestigkeit, d. h. Zeitstandfestigkeit, bei gleichzeitig hoher Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit gefordert ist, kommen nur noch austenitische Stähle oder Nickelbasislegierungen in Frage.
Da Nickelbasislegierungen im Vergleich zu austenitischen Stählen sehr teuer sind, verlangt der Markt nach Werkstoffen aus austenitischen Eisenbasislegierungen insbesondere für Rohre bzw. Rohrleitungen, die auch bei hohen Einsatztemperaturen bis etwa 750°C die benötigten Zeitstand- und Korrosionseigenschaften bieten. Beispielsweise müssen Zeitstandfestigkeiten von 10⁵ Stunden bei 700°C für eine Last von 100 MPa ohne Bruch erreicht werden.
Die bekannten Werkstoffe, die bis etwa 620°C bzw. 650°C Anwendungstemperatur zur Verfügung stehen, sind ferritisch/martensitische Stähle mit Cr-Gehalten von z. B. 8 bis 15%. Diese Werkstoffe weisen zumeist weitere teure Legierungszusätze auf oder sind zudem für den Einsatz in Temperaturbereichen oberhalb 620°C nicht geeignet.
Austenitische Stähle für den Einsatz in Dampfkesseln mit Dampftemperaturen bis 700°C und darüber sind z. B. aus der DE 60 2004 002 492 T2 bekannt. Bei diesem Stahl wird die Kriechbeständigkeit insbesondere durch eine Zugabe von Titan und Sauerstoff in den angegebenen Grenzen erreicht. Nachteilig bei diesem Stahl ist jedoch die noch nicht ausreichende Oxidationsbeständigkeit in Wasserdampf sowie mangelnde Beständigkeit gegenüber Rauchgaskorrosion bei diesen hohen Einsatztemperaturen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Legierung für einen austenitischen Stahl anzugeben, der auch bei Einsatztemperaturen bis etwa 750°C und darüber die genannten Anforderungen hinsichtlich Zeitstandfestigkeit sowie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit sicher erfüllt.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, aus dieser Stahllegierung Werkstücke, wie z. B. nahtlose oder geschweißte Rohre, Bleche, Schmiede- und Gussteile oder Werkzeugstähle, bereitzustellen.
Die erste Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen. Erfindungsgemäße Werkstücke werden durch Anspruch 7 bereitgestellt.
Nach der Lehre der Erfindung wird eine Stahllegierung mit folgender chemischer Zusammensetzung (in Gew.%) vorgeschlagen:
0,02 ≤ C ≤ 0,15%
0,1 ≤ Si ≤ 2,0%
25 ≤ Cr ≤ 33%
22 ≤ Ni ≤ 38%
1 ≤ Mo ≤ 6%
0,4 ≤ Nb ≤ 1,5%
B ≤ 0,0120%
0,01 ≤ N ≤ 0,2%
Mn ≤ 2%
Co ≤ 5%
W ≤ 2%
Al ≤ 0,05%
Cu ≤ 5%
Ti ≤ 0,5%
Ta ≤ 0,5%
V ≤ 0,5%
P ≤ 0,05%
S ≤ 0,05%
Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen sowie optionaler Zugabe von seltenen Erden und reaktiven Elementen wie Ce, Hf, La, Re, Sc und/oder Y von insgesamt bis zu 1%, wobei das Gefüge des Stahls unter Einsatzbedingungen bei Betriebstemperatur ausgeschiedene Phasen von M₂₃C₆ und weitere Karbide, Karbonitride und Nitride auf den Korngrenzen und ausgeschiedene Sigma-Phase und Karbide, Karbonitride und Nitride im Korn aufweist. Hinsichtlich der angegebenen chemischen Zusammensetzung sei erwähnt, dass eine Stahllegierung mit sich teilweise überlappenden Elementen aus der US 5 543 109 A bekannt ist. Das Gesamtlegierungskonzept unterscheidet sich aber grundsätzlich von den bekannten Legierungskonzepten.
Die erfindungsgemäße austenitische hochwarmfeste Legierung besitzt hervorragende Kriecheigenschaften, sowie gute Oxidationsbeständigkeit in Wasserdampf und Korrosionsbeständigkeit in Rauchgas.
Die Verstärkung der austenitischen Matrix gegenüber Versetzungskriechen erfolgt bei bekannten austenitischen Werkstoffen bis zu Temperaturen von 650°C hinreichend durch M₂₃C₆ auf den Korngrenzen und feinteiligen Karbiden und Nitriden auf Korngrenzen und im Korninneren. Bei höheren Temperaturen sind keine hinreichenden Kriecheigenschaften gewährleistet.
Bei Versuchen wurde erkannt, dass für das Festigkeitsversagen unter Zeitstandbedingungen bekannter austenitischer Werkstoffe bei erhöhten Temperaturen bis etwa 750°C eine Schwächung der Korngrenzen durch die dortige Ausscheidung einer Sigma-Phase und damit verknüpft eine Auflösung der stabilisierenden Karbide wesentlich ist. Zusätzlich bewirkt die Vergröberung von im Korn ausgeschiedener Sigma-Phase nach anfänglich gutem Zeitstandverhalten einen raschen Festigkeitsabfall.
Als erfindungswesentlich wurde erkannt, dass eine Verbesserung der Zeitstandfestigkeit sowie der Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen nur durch eine Vermeidung der oben beschriebenen Effekte der Korngrenzenschwächung und Vergröberung der im Korn ausgeschiedenen Sigma-Phase erreicht werden kann.
Die zusätzliche Ausscheidung der Sigma-Phase im Inneren der Körner bei gleichzeitiger Unterdrückung dieser Ausscheidungen auf den Korngrenzen sowie eine Stabilisierung gegen Vergröberung aller Ausscheidungstypen führt zu einer hervorragenden Kriechfestigkeit bis zu 750°C.
Experimentelle Untersuchungen zeigten, dass entsprechend der o. g. Analyse nach dem Lösungsglühen z. B. bei 1200°C/15 min. mit Wasserabschreckung eine Mikrostruktur aus austenitischer Matrix mit primären Niobkarbonitriden (Nb(C, N)) entsteht. Nach Wärmebehandlung bei 700°C bzw. 740°C für 4000 h oder im Zeitstandversuch bildeten sich im Korn feinverteilte Sigma-Phasen-Ausscheidungen, sowie kleine Karbonitridausscheidungen des Typs MX wobei M im wesentlichen Niob ist. Eine Vergröberung der Sigma-Phase war bis zu Prüfzeiten von nahezu 20.000 h nicht zu beobachten. In 1 ist die Mikrostruktur der erfindungsgemäßen Legierung nach Glühung oder Zeitstandprüfung schematisch dargestellt.
Diese Eigenschaftskombination wird erfindungsgemäß durch ein gezielt aufeinander abgestimmtes Zulegieren von Chrom, Molybdän und Silizium sowie Kohlenstoff, Niob und Stickstoff in den beschriebenen Grenzen erreicht. In Tabelle 1 sind die untersuchten Werkstoffe zusammengestellt. Die zu Vergleichszwecken untersuchten, nicht erfindungsgemäßen Stähle sind mit einem „X” gekennzeichnet. Tabelle 1: Zusammensetzung der untersuchten Legierungen (Gew.%)
Um die festigkeitssteigernde Wirkung und die Stabilität der im Korn feinteilig ausgeschiedenen Sigma-Phase zu gewährleisten, muss sich eine ausreichende Menge an feinteiliger Sigma-Phase schnell genug bei Betriebstemperatur ausscheiden können. Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, dass der Summengehalt von Molybdän, Chrom und Silizium mindestens 29 Gew.% betragen sollte.
Zur Sicherstellung einer ausreichenden Stabilität und Wirksamkeit der anderen ausgeschiedenen Phasen Nb(C, N) und M₂₃C₆ wurde herausgefunden, dass das Verhältnis in Gew.% Nb/(N + C) eine maßgebliche Rolle spielt. Versuche ergaben, dass eine ausreichende Stabilität bei erhöhten Einsatztemperaturen vorliegt, wenn das Verhältnis zwischen 1,5 und 10 liegt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht für eine weiter verbesserte Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen vor, den Mindestchromgehalt auf 26% und den Mindestnickelgehalt auf 25% festzulegen. Durch die Erhöhung der Untergrenze des Chromgehaltes wird ein höherer Chromgehalt in der austenitischen Matrix erreicht, der die Oxidations- und Korrosionseigenschaften wesentlich beeinflusst. Die Obergrenze des Chromgehaltes ist für die Begrenzung des Gehaltes an Sigma-Phase auf 30% abgesenkt. Die Anpassung des Nickelgehaltes erfolgt zur Stabilisierung der austenitischen Struktur. Die Obergrenze kann hier auf 35% abgesenkt werden, was eine weitere Verbesserung der Korrosionseigenschaften in schwefelhaltigen Rauchgasen und unter sulfathaltigen Belägen zur Folge hat.
Optimale Eigenschaften hinsichtlich Zeitstandfestigkeit und Korrosion sind mit weiter eingeschränkten Elementgrenzen einzustellen. Dabei sind die Gehalte an Molybdän auf 2–5% und Silizium auf 0,1–1% begrenzt im Hinblick auf eine optimale Menge und Verteilung der Sigma-Phase. Außerdem wirkt die Einschränkung von Nb(0,4–1%), N(0,05–0,12%) und C(0,05–0,12%) positiv auf die Menge von Niob-Karbonitrid bei hoher Temperatur (Korngrenzenpinning) einerseits und die Menge und Verteilung von M₂₃C₆ sowie weiterer Karbide, Karbonitride und Nitride bei Betriebstemperatur andererseits. Die Einschränkung der Obergrenzen wirkt sich zudem positiv auf eine Verminderung der Neigung zu Seigerungen sowie auf die Verarbeitbarkeit des Stahls aus.
Detaillierte Beschreibungen des Legierungskonzeptes
Kohlenstoff: Der Kohlenstoffgehalt ist ein wesentlicher Bestandteil des Legierungskonzeptes und dient zur Erhöhung der Kriechfestigkeit und Streckgrenze durch Ausscheidung von Karbiden. Ein höherer Kohlenstoffanteil vermindert allerdings die Schweißbarkeit. Aus diesem Grunde wird die obere Grenze bei 0,15 Gew.% und die untere Grenze auf 0,02 Gew.% festgelegt.
Silizium: Silizium ist notwendig, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen und die Ausscheidung an Sigma-Phase kinetisch zu beschleunigen. Ein Gehalt von mind. 0,1 Gew.% hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen. Die Schweißbarkeit wird durch Silizium negativ beeinflusst, außerdem stabilisiert Silizium die Laves-Phase, welche durch Ausscheidung Chrom abbindet, so dass eine obere Grenze von 2 Gew.% nicht überschritten werden sollte.
Mangan: Mangan ist ein preiswertes Element, das die austenitische Matrix der Legierung stabilisiert. Außerdem verlangsamt Mangan bei der Oxidation in Wasserdampf den Chromverlust der Legierung durch Abdampfen flüchtiger Chromoxide in Wasserdampf aufgrund der Bildung ternärer Mn-Cr-Oxide. Der Mangangehalt ist andererseits aber zur Vermeidung beschleunigter Oxidation in Wasserdampf und Rauchgas niedrig zu halten. Zusätzlich verschlechtert ein erhöhter Mangangehalt die Kriechfestigkeit. Ein Gehalt von max. 2,0 Gew.% wird nicht als schädlich angesehen.
Chrom: Die Oxidationsbeständigkeit in Wasserdampf aber insbesondere die Beständigkeit gegenüber Rauchgaskorrosion wird durch einen Chromgehalt größer 25 Gew.% erzielt. Chrom ist außerdem notwendig zur Bildung von Karbiden M₂₃C₆ sowie zur Ausscheidung feinteiliger Sigma-Phase. Da durch die Ausscheidungen Chrom abgebunden wird, ist ein Gehalt von mindestens 25 Gew.% erforderlich, um die zur Korrosionsbeständigkeit notwendige Matrixkonzentration aufrecht zu erhalten. Im Zusammenspiel mit Molybdän in den angegebenen Grenzen wird zusätzlich die Auflösung von verstärkenden M₂₃C₆ Karbiden an der Korngrenze zugunsten von spröder Sigma-Phase verhindert. Bei hohen Chromgehalten ist allerdings vermehrt mit dem Auftreten von δ-Ferrit und damit in Folge grobkörniger Sigma-Phase zu rechnen. Der maximale Chromgehalt ist deshalb auf 33 Gew.% begrenzt.
Nickel: Nickel ist ein notwendiges Element zum Erhalt der austenitischen Struktur und den damit verbundenen Festigkeitsvorzügen, wie Kriechfestigkeit. In Kombination mit Chrom wirkt Nickel deutlich positiv auf die Dampfoxidationsbeständigkeit. Die Beständigkeit in schwefelhaltigen Rauchgasen wird durch hohe Gehalte an Nickel eher negativ beeinflusst, so dass höchstens 38 Gew.% an Nickel zugegeben werden sollten. Die untere Grenze sollte 22 Gew.% nicht unterschreiten, da aufgrund des hohen Chrom- und Molybdängehaltes die austenitische Matrix gegenüber δ-Ferrit stabilisiert werden soll.
Molybdän: Das Zulegieren von Molybdän geschieht zur Erhöhung der Kriechfestigkeit durch Mischkristallhärtung. Zudem fördert ein nicht zu hoher Anteil an Molybdän die Beständigkeit gegenüber chloridhaltigen Gasen und Aschen. Molybdän stabilisiert neben M₂₃C₆ die Sigma-Phase und sollte daher einen Mindestgehalt von 1 Gew.% nicht unterschreiten. Ein Molybdängehalt von bis zu 6 Gew.% behindert erfindungsgemäß in Kombination mit Chrom und Bor die Auflösung von verstärkenden M₂₃C₆-Karbiden an der Korngrenze zugunsten von spröder Sigma-Phase. Gleichzeitig fördert Molybdän die Ausscheidung von feinverteilter Sigma-Phase im Korn zur Erhöhung der Kriechfestigkeit. Höhere Gehalte an Molybdän als 6 Gew.% bewirken die Bildung eines zu hohen Gehaltes an Sigma-Phase und sind weiterhin wegen der Seigerungsneigung von Molybdän zu vermeiden.
Wolfram: Wolfram kann als optionales Element zulegiert werden und bewirkt eine beschleunigte Oxidation in Wasserdampf und Korrosion unter Aschebelägen. Daher sollte der Anteil 2 Gew.% nicht überschreiten. Gleichzeitig bewirkt Wolfram eine Erhöhung der Zeitstandfestigkeit durch Mischkristallhärtung und Ausscheidungsbildung, so dass je nach Anforderungen eine entsprechende Zulegierung von Wolfram erfolgen kann.
Niob: Die Ausscheidung von härtenden Niobkarbiden, Niobkarbonitriden und Niobnitriden im Korn führt zu einer deutlichen Erhöhung der Zeitstandfestigkeit bei Anwendungstemperaturen. Zusätzlich wirkt Niob durch die Nutzung des Korngrenzenpinnings durch auf den Korngrenzen ausgeschiedenen Nb(C, N) positiv auf die Ausbildung einer homogenen Mikrostruktur unter Produktionsbedingungen. Höhere Gehalte an Niob führen allerdings zu Seigerungen und verminderter Warmumform- und Schweißbarkeit. Die obere Grenze von 1,5 Gew.% sollte deshalb nicht überschritten werden. Zur wirksamen Ausscheidung von Karbiden und Nitriden sind mindestens etwa 0,4 Gew.% erforderlich. Für eine effektive Ausscheidungsgröße müssen der Nb-, N- und C-Gehalt wie oben beschrieben, genau aufeinander abgestimmt sein.
Titan, Tantal, Vanadium: Auch Ausscheidungen unter Beteiligung von Titan, Tantal und/oder Vanadium können zu einer deutlichen Erhöhung der Zeistandfestigkeit führen. Zur Vermeidung von beschleunigter Oxidation bzw. Schwefelkorrosion wird die Obergrenze aber auf jeweils 0,5 Gew.% festgelegt.
Bor: Die optionale Zugabe von Bor erhöht die Zeitstandfestigkeit durch eine Verminderung der Vergröberungsneigung und zusätzliche chemische Stabilisierung von M₂₃C₆-Teilchen. Zudem erhöht es die Stabilität von Korngrenzen gegenüber Kriechschädigung und erhöht die Duktilität. Bor verhindert die Vergröberung der Sigma-Phase durch Grenzflächensegregation und deren Ausscheidung an den Korngrenzen. Die untere Grenze für die Wirksamkeit von Bor liegt bei etwa 0,0010 Gew.%. Hohe Borgehalte erschweren das Schweißen, weshalb als obere Grenze 0,0120 Gew.% festgelegt wird.
Stickstoff: Stickstoff steigert die Zeitstandfestigkeit durch Ausscheidung von Nitriden und muss deshalb wie oben beschrieben in Abhängigkeit vom Kohlenstoff- und Niobgehalt zulegiert werden; Stickstoff stabilisiert außerdem die austenitische Matrix. Die untere Grenze für Stickstoff wird deshalb auf 0,01 Gew.% festgelegt. Ein hoher Stickstoffanteil bewirkt eine verminderte Zähigkeit und Duktilität und mindert die Warmumformbarkeit. Daher wird eine Obergrenze von 0,2 Gew.% festgelegt.
Cobalt: Durch optionale Zusätze von Cobalt wird eine Erhöhung der Mischkristallhärtung und damit der Zeitstandfestigkeit erzielt. Ein Austausch des Nickels zugunsten des Cobalts ist für eine ausreichende Stabilisierung der austenitischen Matrix ebenfalls denkbar. Gleichzeitig muss die gewünschte Mikrostruktur erhalten bleiben, weshalb eine Obergrenze von 5 Gew.% festgelegt wird.
Kupfer: Kupfer kann optional zulegiert und als weiterer Härtungsmechanismus für die Zeitstandfestigkeit genutzt werden (Ausscheidung einer Cu-Phase). Höhere Gehalte an Kupfer reduzieren die Verarbeitbarkeit, so dass eine Obergrenze von 5 Gew.% angegeben wird.
Seltene Erden und reaktive Elemente: Die optionale Zugabe von seltenen Erden und reaktiven Elementen wie Ce, Hf, La, Re, Sc und/oder Y kann zur Einstellung spezifischer Eigenschaften wie z. B. erhöhter Temperaturwechselbeständigkeit in Gehalten von insgesamt bis zu 1 Gew.% erfolgen.
2 zeigt das hervorragende Kriechverhalten bei unterschiedlichen Einsatztemperaturen von erfindungsgemäßen Stählen im Vergleich zu bekannten Stählen, während die 3 und 4 das Zeit-Dehnverhalten anhand von Dehnraten bei 740 und 700°C darstellen.
Wenngleich die erfindungsgemäße Stahllegierung vorteilhaft z. B. für Wärmetauscherrohre im Kraftwerksbereich verwendet werden kann, ist ihr Einsatz jedoch nicht darauf beschränkt. Neben der Herstellung von Rohren, die nahtlos stranggepresst, warm- und kaltgewalzt oder geschweißt sein können, ist diese Stahllegierung auch für die Herstellung von Blechen, Guss-, Schmiede-, Schleudergussteilen oder für Werkzeuge für die mechanische Bearbeitung (Werkzeugstähle) einsetzbar, wobei sich deren Anwendungsgebiet über Druckbehälter, Kessel, Turbinen, Kernkraftwerke oder den chemischen Apparatebau, d. h. auf alle Bereiche mit entsprechenden Anforderungen bei erhöhter Temperatur, erstreckt.
Auch wenn die erfindungsgemäße Stahllegierung wegen der hervorragenden Zeitstandfestigkeit, Korrosions- und Oxidationseigenschaften besonders vorteilhaft bis zu Temperaturen von 750°C oder darüber einsetzbar ist, so ist der Einsatz dieses Stahls beispielsweise auch schon bei Temperaturen oberhalb 600°C vorteilhaft, wenn es mehr auf die Festigkeit des Werkstoffs ankommt.

Claims

Austenitische Stahllegierung mit ausgezeichneter Zeitstandfestigkeit sowie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten Einsatztemperaturen bis etwa 750°C mit folgender chemischer Zusammensetzung (in Gew.%): C 0,02–0,15% Si 0,1–20% Cr 25–33% Ni 22–38% Mo 1–6% Nb 0,4–15% B ≤ 0,0120% N 0,01–0,2% Mn ≤ 2% Co ≤ 5% W ≤ 2% Al ≤ 0,05% Cu ≤ 5% Ti ≤ 0,5% Ta ≤ 0,5% V ≤ 0,5% P ≤ 0,05% S ≤ 0,05% Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen sowie optionaler Zugabe von seltenen Erden und reaktiven Elementen wie Ce, Hf, La, Re, Sc und/oder Y von insgesamt bis zu 1%, wobei das Gefüge des Stahls unter Einsatzbedingungen bei Betriebstemperatur ausgeschiedene Phasen von M₂₃C₆ und weitere Karbide, Karbonitride und Nitride auf den Korngrenzen und ausgeschiedene Sigma-Phase und Karbide, Karbonitride und Nitride im Korn aufweist.
Stahllegierung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.%): Cr 26–30% Ni 25–35%
Stahllegierung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl folgende Zusammensetzung aufweist (in Gew.%): C 0,05–0,12% Si 0,1–1% Cr 27–30% Ni 25–35% Mo 2–5% Nb 0,4–1,0% B max. 0,0090% N 0,05–0,12%
Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestgehalt an Bor 0,0010 Gew.% beträgt.
Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Sigma-Phase folgende Legierungsgehalte eingehalten werden: Gew.% Mo + Gew.% Cr + Gew.% Si ≥ 29
Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung einer ausreichenden Menge von Nb(C, N) bei gleichzeitiger Stabilität von M₂₃C₆ folgende Legierungsgehalte eingehalten werden: 1,5 ≤ Gew.% Nb/(Gew.% N + Gew.% C) ≤ 10
Nahtloses oder geschweißtes Stahlrohr, Stahlblech oder durch Schmieden oder Gießen hergestelltes Werkstück oder Werkzeugstahl mit ausgezeichneter Zeitstandfestigkeit sowie Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit insbesondere bei Einsatztemperaturen oberhalb 620°C, hergestellt aus einer Stahllegierung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6.