DE1123116B

DE1123116B - Borhaltige Titan-Eisenvorlegierung

Info

Publication number: DE1123116B
Application number: DEU4775A
Authority: DE
Inventors: Joseph Harrison Brennan; Cecil George Chadwick
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1956-09-05
Filing date: 1957-09-04
Publication date: 1962-02-01

Description

Borhaltige Titan-Eisenvorlegierung Die Erfindung betrifft Eisenvorlegierungen mit niedrigem Bor- und hohem Titangehalt zur Herstellung von borhaltigen Stählen.
Durch den Zusatz geringer Mengen Bor wird das Zeitstandverhalten von warmfesten Stählen und Legierungen stark erhöht. Um eine merkliche Wirkung zu erzielen, sind wenigstens etwa ein oder 2 Teile Bor je 1 Million Teile Stahl erforderlich, während die Zugabe von mehr als etwa 50 Teilen Bor auf 1 Million Teile Stahl in manchen Fällen die Bearbeitbarkeit bzw. Verformbarkeit und andere mechanische Eigenschaften des Stahls beeinträchtigen. Ein Gehalt von 2 bis 50 Teilen Bor je 1 Million Teile Stahl, was einem Borgehalt von 0,0002 bis 0,005 % entspricht, hat sich bei austenitischen Stählen als besonders geeignet erwiesen.
Die bisherigen Verfahren, diese geringen Bormengen warmfesten Legierungen in Form von Bor-Eisenvorlegierungen zuzugeben, sind nicht zuverlässig. Infolge der geringen Menge muß der borhaltige Zusatz sehr genau abgewogen werden. Die Zugabe ungenügender Bormenoen bewirkt schlechtes Zeitstandverhalten, während durch zu hohe Borzusätze die mechanischen Eigenschaften nachteilig beeinflußt werden. Die üblichen hochborhaltigen Legierungen mit Borgehalten von 16 bis 18% können deswegen nicht verwendet werden, da sich die äußerst geringen Bormengen unter üblichen Verfahrensbedingungen nur schwer genau abwiegen lassen. Außerdem besteht keine Gewähr, daß sich das Bor gleichmäßig im Schmelzbad verteilt und eine homogene Legierung erhalten wird. Eisenvorlegierungen mit niedrigem Borgehalt von etwa 1,5 bis 2,5°/o sind zwar normalerweise geeignete Zusätze, eignen sich aber nicht, wenn der Borgehalt einer Schmelze auf 2 bis 50 Teile Bor je 1 Million Teile Stahl eingestellt werden soll.
Gemäß der Erfindung enthalten die hoch titanhaltigen Vorlegierungen mit niedrigem Borgehalt zwischen 0,005 und 0,5 Gewichtsprozent Bor, 61 bis 90 Gewichtsprozent Titan, Rest Eisen und Verunreinigungen. Die bevorzugte erfindungsgemäße Legierungszusammensetzung zur Verwendung bei der Herstellung von warmfesten austenitischen Stählen enthält 0,01 bis 0,20 Gewichtsprozent Bor, 61 bis 80 Gewichtsprozent Titan, Rest Eisen und Verunreinigungen. Es kann auch bis zu 5 Gewichtsprozent Aluminium in der erfindungsgemäßen Vorlegierung enthalten sein.
Die Warmfestigkeit von Stählen und anderen Legierungen kann durch die Zugabe von relativ geringe Bormcngen enthaltenden Titanlegierungen erheblich erhöht werden. Es wurde gefunden, daß mit Vorlegierungen, die nicht unter 61 Gewichtsprozent Titan und 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent Bor enthalten, warmfeste Stähle mit verbessertem Zeitstandverhalten in besser regelbarer Weise hergestellt werden können.

Die Wirksamkeit der Zusätze von Vorlegierungen mit niedrigem Bor- und hohem Titangehalt gemäß der Erfindung ist aus der folgenden Tabelle ersichtlich, in der die Werte typischer Zeitstandversuche an ausgeglühten bor- und titanhaltigen StahIStäben aufgeführt sind. Eine typische Vorlegierung mit niedrigem Bor- und hohem Titangehalt zur Herstellung der Stahlstäbe enthält 66,66% Titan, 27,39'% Eisen, 3,64% Aluminium, 0,04% Silicium, 0,04% Kupfer, 0,01% Phosphor, 0,06% Kohlenstoff, 0,13% Stickstoff, 0,31% Chrom, 0,04% Molybdän, 0,014% Wasserstoff, 0,60% Sauerstoff, 0,011% Schwefel, 0,06 0; o Bor und 0,30 0"o Mangan. Die Zeitstandversuche wurden an glatten und gekerbten Stäben bei 650 C bei einer Zugspannung von etwa 43,95 kg/mm durchgeführt.

Zusammensetzung der Prüfstäbe

Stahl A Stahl B

C ................ 0,043 0,055

Mn ............... 1,42 1,57

Si ................ 0,65 0,84

Cr................ 15,16 14,85

Ni................ 25,27 25,46

Ti................ 1,83 1,89

Al................ 0,21 0,22

S ................. 0,006 0,006

P ................. 0,018 0,025

Mo ............... 1,30 1,28

V ................ 0,26 0,33

N ................ - -

O ................ 0,001 0,003

H ................ 0,004 0,009

B ................ weniger als

0,0001 0,0007

Fe und Verunreini-

gungen ......... Rest Rest

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß bei Zugabe geringer Mengen Bor in Form von Titan-Eisenvorlegierungen mit niedrigem Borgehalt zu Stählen eine 6fache Erhöhung der Lebensdauer bis zum Bruch gegenüber gekerbten Standard-Stäben erhalten wird. Die mittleren Dehnungswerte (9,7°/o) für glatte, mit der erfindungsgemäßen Vorlegierung hergestellte Stäbe betragen fast das Vierfache der Dehnungswerte für entsprechende Stangen etwa der gleichen Grundzusammensetzung, aber mit einem Borgehalt von weniger als 0,0001 %.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorlegierungen liegt darin, daß die gewünschten Titan- und Bormengen in eine Schmelze auf einmal und mit großer Genauigkeit eingeführt werden können und sich schneller lösen als bei Verwendung ähnlicher bekannter Vorlegierungen, die wesentlich mehr Bor und höchstens 45 % Titan enthalten.
Eine typische Legierung mit niedrigem Bor- und hohem Titangehalt gemäß der Erfindung kann durch Schmelzen geeigneter Mengen von Eisen und Aluminium in einem Elektroofen unter Zugabe geeigneter Mengen von Aluminium und Ferrobor unter inerter Atmosphäre hergestellt werden. Nachstehend sind die bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen, mit Bor angereicherten Ferro-Titanvorlegierung verwendeten Mengen der einzelnen Bestandteile sowie eine Analyse des erhaltenen Produktes aufgeführt.
Mischungsbestandteile A1 ...................... 11,3 kg Fe ...................... 90,6 kg Ti ...................... 249,0 kg Fe B .................... 4,98 kg Analyse der Vorlegierung Ti ...................... 67,00°/o A1 ...................... 3,49°/° B ....................... 0,12°/o Fe und andere Bestandteile Rest Es war zwar bekannt, austenitischen Stählen Bor in geringen Mengen zuzusetzen und dadurch das Zeitstandverhalten zu verbessern. Es ist aber durchaus überraschend, daß bei Verminderung der Bormengen auf die Werte gemäß der Erfindung eine ganz unerwartete Erhöhung des Zeitstandverhaltens warmfester austenitischer Stähle erzielt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Borhaltige Titan-Eisenvorlegierung, insbesondere zur Herstellung von warmfesten austenitischen Stählen mit verbessertem Zeitstandverhalten, bestehend aus 0,005 bis 0,5 °/o, insbesondere 0,01 bis 0,2011/o Bor, 61 bis 90°/o, insbesondere 61 bis 80 °!o Titan, gegebenenfalls bis 5 °/o Aluminium, Rest Eisen und Verunreinigungen.
2. Verfahren zur Herstellung von warmfesten austenitischen Stählen mit verbessertem Zeitstandverhalten durch Zusatz der Vorlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlegierung einer Stahlschmelze in solchen Mengen zugegeben wird, daß der Stahl 0,0002 bis 0,005% Bor enthält. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 542 220, 2 616 797; McQuillan, »Titanium«, 1956, S.217; E. H o u d r e m o n t , »Handbuch der Sonderstahlkunde«,
3. Auflage, 1956, Bd. 1I, S. 1463 bis 1465.