DE1758461C3 - Verwendung eines nichtrostenden Stahls - Google Patents
Verwendung eines nichtrostenden StahlsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines nichtrostenden Stahls mit hoher Korrosionsbeständigkeit
und geringer Neigung zum Fressen.
Die nichtrostenden Stähle lassen sich im wesentlichen in drei Gruppen einteilen, nämlich Stähle mit
austenitischem Gefüge, für die Stähle des Typs 18/8 repräsentativ sind, ferner Stähle mit vorwiegend
ferritischem Gefüge, für die der Typ 18Cr repräsentativ
ist und schließlich Stähle mit martensitischem Gefüge, für die der Typ 13Cr repräsentativ ist. Alle
diese Edelstahle sind unter normalen sowie schwach korrosiven Bedingungen relativ beständig und haben
weiteste Verbreitung gefunden. Die beste Beständigkeit unter den verschiedensten Bedingungen haben die
Edelstahle mit austenitischem Gefüge.und diese Stähl
werden daher auch meistens Tür gleitende Teile, di
unter korrosiven Bedingungen, gegebenenfalls ohn Schmierung betrieben werden müssen, verwendet.
In der Praxis lassen jedoch die Gleiteigenschafte der beschriebenen austenitischen Edelstahle, also ih Widerstand gegen Festfressen, zu wünschen übrij Bei aus solchen Edelstahlen gefertigten gleitende Teilen oder Teilen, die unter Druck gegeneinande
In der Praxis lassen jedoch die Gleiteigenschafte der beschriebenen austenitischen Edelstahle, also ih Widerstand gegen Festfressen, zu wünschen übrij Bei aus solchen Edelstahlen gefertigten gleitende Teilen oder Teilen, die unter Druck gegeneinande
ίο gepreßt werden, und zwar unter korrosiven um
ungeschmierten Bedingungen, wie sie beispielsweis in der chemischen Industrie und der Erdölindustrie
herrschen, treten verhältnismäßig bald Beschädigun gen durch Haften oder Verschweißen der einande
berührenden Flächen auf. Wenn nämlich die anein ander haftenden und lokal miteinander verschweißter
Flächen gewaltsam getrennt werden, werden klein« Teile aus ihnen herausgerissen, wodurch Vertiefunger
bzw. Materialerhöhungen auf den einander beruh renden Flächen entstehen. Diese Beschädigunger
verstärken sich bei der nächsten Berührung, und sie treten besonders stark in Erscheinung, wenn sich zwischen
den Gieit- oder Berührungsflächen ein Medium befindet, das Fremdkörper enthält.
Unter dem Begriff »Haften« oder »Fressen« soll also hier die Erscheinung verstanden werden, daß die
einander berührenden Flächen sich innig miteinander verbinden oder lokal verschweißen und daß beim
Trennen dieser Flächen Teilchen herausgerissen werden. die zu Löchern auf der einen Seite und Erhöhungen
auf der anderen Seite führen.
Es sind bereits eine ganze Reihe von Maßnahmen bekannt, um ein Haften oder Fressen von Glcitflächen
zu verhindern. Zu diesen bekannten Maßnahmen gehören insbesondere:
1. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche, wie
A. Auftragsschweißung, z. B. mit Stellit usw.,
B. Plattierung, wie Hartverchromung, Canigen-Vernickelung (stromloses, katalytisches Vernickelungsverfahren)
usw.,
C. Metallzementation, Alitierung, Inchromierung usw.,
D. Oberflächenhärtung wie Nitrierung usw.
2. Materialvergütungsverfahren, insbesondere Ausscheidungshärtung von nichtrostendem Stahl.
2. Materialvergütungsverfahren, insbesondere Ausscheidungshärtung von nichtrostendem Stahl.
Durch Auftragsschweißung kann zwar die Gefahr des Fressens der Oberfläche bei geeigneter Wahl des
aufgetragenen Materials erheblich verringert werden, das Verfahren ist jedoch aufwendig und kann eine
Beeinträchtigung der Beständigkeit des Grundmetalls durch ausfallendes Karbid od. dgl. rühren. Die unter
1 B bis I D genannten bekannten Verfahren liefern zwar eine sehr harte Oberflächenschicht, die gehärtete
Schicht hat jedoch eine kleine Dicke, geringe Dauerhaftigkeit und wesentlich kleinere Korrosionsbeständigkeit
als das Grundmetall.
Die unter 2. genannten Verfahren, die in martensitische. austenitische und austenisch-ferritische Härtungen unterteilt werden können, erhöhen zwar die Festigkeit des Grundmetalls durch feinverteilte Legierungsbestandteile und intermetallische Verbindungen, die bei der Wärmebehandlung ausfallen. Die Festigkeit und Härte können zwar im Vergleich zum Ausgangsmaterial erheblich erhöht werden, die Korrosionsbeständigkeit ist jedoch im allgemeinen schlechter als die von gewöhnlichen nichtrostendem Stahl. Die
Die unter 2. genannten Verfahren, die in martensitische. austenitische und austenisch-ferritische Härtungen unterteilt werden können, erhöhen zwar die Festigkeit des Grundmetalls durch feinverteilte Legierungsbestandteile und intermetallische Verbindungen, die bei der Wärmebehandlung ausfallen. Die Festigkeit und Härte können zwar im Vergleich zum Ausgangsmaterial erheblich erhöht werden, die Korrosionsbeständigkeit ist jedoch im allgemeinen schlechter als die von gewöhnlichen nichtrostendem Stahl. Die
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gewünschte Kombination von Korrosionsbeständigkeit und Widerstand gegen Fressen kann also auch
hierdurch nicht erreicht werden.
Aus der britischen Patentschrift 675 S09 sind austenitische Chromstähle aus zumindest 50% Eisen. K) bis >
30% Chrom, 0,01 bis 0,5% Kohlenstoff, 0 bis 0.2% Stickstoff, 0,1 bis 1% Silicium und 4 bis 39% Nickel
oder 0.25 bis 20% Mangan oder beides und 0.005 bis weniger als 0,1 % Bor bekannt, die einer mechanischen
Beanspruchung bei hohen Temperaturen widerstehen. Aus »Werkstoff-Handbuch Stahi und Eisen, 4. Auflage.
1965«, (0 71-2, Tafeil, lfd. Nr.29/31 und 0 71-14.
Tafel 11 !fd. Nr. 29 31), sind Stahllegierungen bekannt,
die für Bauteile der chemischen Industrie vorgeschlagen wurden. Allerdings sind diese Legierungen in ihrer
Zusammensetzung von den erfindungsgemäß angewandten verschieden.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen nichtrostenden Stahl anzugeben, der
auch ohne Oberflächenbehandlung bei Verwendung Tür gleitende Teile od. dgl. eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit
aufweist, kaum Neigung zum Fressen zeigt, der ohne aufwendige Verfahren, insbesondere
durch Schmelzen in Luft wie gewöhnlicher, nichtrostender Stahl hergestellt werden kann und der sich
Tür eine Verwendung als Werkstoff für die Herstellung nleitender Teile, die ohne Schmierung in korrodierender
Umgebung betrieben werden, eignet.
Die in dieser Beschreibung enthaltenen Prozentangaben sind Gewichtsprozente, es sei denn, daß
ausdrücklich etwas anderes angegeben wird.
Diese Aufgabe wird gemäß Erfindung durch die Verwendung eines Chrom-Nicke'-Stahls gelöst, der aus
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Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen,
besteht.
Vorzugsweise gelten die oben angegebenen Bereiche ausschließlich ihrer Grenzen.
Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Verwendung eines Stahls wie oben, bestehend aus
0.02 | bis | 0.15% | Kohlenstoff. |
0.50 | bis | 3,00°., | Silicium. |
1.00 | bis | 3,00% | Mangan, |
12.50 | bis | 25,00% | Chrom, |
5.00 | bis | 40.00% | Nickel, |
2.00 | bis | 4.00% | Wolfram. |
0.06 bis 0,15%
0.50 bis 1,50%
1.00 bis 2,00%
18.00 bis 25,00%
5.00 bis 29,00%
2.00 bis 3.00%
0.50 bis 1,50%
1.00 bis 2,00%
18.00 bis 25,00%
5.00 bis 29,00%
2.00 bis 3.00%
Kohlenstoff,
Silizium.
Mangan.
Chrom.
Nickel,
Wolfram.
ss
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen.
Man kann aber auch einen erfindv.ngsgemäß zu verwendenden Stahl einsetzen, der zusätzlich weniger
als 4% Molybdän und oder weniger als 4% Kupfer. weniger als 2% Titan und/oder weniger als 2% Niob
und oder Tantal, weniger als 1,5% Antimon und weniger als 0.3% Stickstoff enthält, wobei die Ge>amtmenge
der erwähnten zusätzlichen Elemente größer als Null ist. was oft Vorteile mit sich bringt.
Weiter ist es möglich, daß ein Stahl wie vorstehend erfindungsgemäß eingesetzt wird, bei welchem der
Nickeleehalt zwischen 5.00 und 20.00% liegt.
Alle diese erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle können noch zusätzlich 0,005 bis 1,00% Bor enthalten,
wobei ein Gehalt von 0,005 bis 0,50% Bor besonders bevorzugt wird.
Es ist unter Umständen auch vorteilhaft, wenn einer der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäß zu
verwendenden Stähle eingesetzt wird, dessen Nickelgehalt zwischen 5,00 und 15,00% liegt.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle eignen sich besonders für gleitende Teile, wie Teile
von Ventilen, Schiebern und Pumpen, die ohne Schmierung unter korrosiven Bedingungen betrieben
werden müssen. Die Verwendung der beschriebenen Stähle gewährleistet eine lange ungestörte Lebensdauer.
Die erfindungsgemäße Verwendung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in
der Verwendungsbeispiele für die nichtrostenden Stähle dargestellt sind. Es zeigt
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines säurebeständigen Tellerventils,
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines säurebeständigen Schiebers,
Fig. 3 eine Seitenansicht einer säurebeständigen
Zahnradpumpe mit abgenommenem Deckel,
F i g. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Zahnradpumpe gemäß F i g. 3 und
F1 g. 5 einen Längsschnitt eines Prüfgerätes, in
dem die Neigung zum Fressen gemessen werden kann.
Die erfindungsgeimäße Verwendung der Stähle beruht auf der Erkenntnis, daß die Gleiteigenschaften
von im wesentlichen austenitischen, nichtrostenden Chrom-Nickel-Stählen durch einen Zusatz von Wolfram
wesentlich verbessert werden, daß ferner ein Zusatz von Bor in Kombination mit Wolfram die
Gleiteigenschaften im Vergleich mit der ausschließlichen Verwendung von Wolfram noch weiter verbessert,
also die Neigung zum Fresser noch weiter herabsetzt. Sowohl der ausschließliche Zusatz von
Wolfram als auch der Zusatz von Wolfram und Bot zu den erfindungsgemäß zu verwendenden, austenitischen,
nichtrostenden Stählen erhöhen außerdem die Korrosionsbeständigkeit.
Außer dem Zusatz von Wolfram oder Wolfram und Bor zu den erfindungsgemäß zu verwendenden
Chrom-Nickel-Stählen kann zur Beeinflussung der Härte und Festigkeit in diesen noch mindestens eines
der Elemente Molybdän, Kupfer und Antimon enthalten sein, wodurch auch noch die Korrosionsbeständigkeit
bis zu einem gewissen Grade verbessert wird. Weiterhin läßt sich die Korrosionsanfälligkeit infolge
von Schweißdefekten durch einen Gehalt an Titan und oder Niob und/oder Tantal verringern. Durch
einen Gehalt an Stickstoff läßt sich das austenitische Gefüge stabilisieren und die Korngröße verringern
Wie oben gezeigt wurde, besteht ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäß tu verwendender
Stähle in einem Gehalt von 2,00 bis 4,00% Wolfram Durch diesen Zusatz ist die Korrosionsbeständigkeil
wesentlich erhöht und gleichzeitig die Neigung zurr Fressen oder Haften stark herabgesetzt.
Es ist zwar bekannt, daß Wolfram als Legierung·;
bestandteil von Stählen deren Warmfestigkeit um Dauerstandfestigkeit unter hohen Temperaturen ver
bessert, jedoch wurde noch nicht erkannt, daß eir Zusatz von Wolfram die Korrosionsbeständigkei
verbessert und die Neigung zum Fressen verringert
Obwohl Wolfram und Molybdän in der Legierungstechnik als praktisch gleichwertig angesehen werden,
wenn man berücksichtigt, daß Wolfram etwa die doppelte Dichte wie Molybdän hat. zeigte sich, daß
die durch die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle angestrebten Verbesserungen bei einem Ersatz
des Wolframs durch Molybdän nicht im vollen Umfange erreicht werden. Der angegebene Bereich zwischen
2,00 und 4,00% resultiert aus der Tatsache, daß die Neigung zum Fressen bei Wolframgehalten
unter 2% nicht sehr wesentlich verringert wird und daß die Zähigkeit bei einem Wolframgehalt über
4,00% merklich absinkt. Silizium ist in den erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen wirksam, wenn
es als Gußmaterial verwendet wird, da es die Neigung zum Fressen durch Erhöhung der Härte bis zu einem
gewissen Grad verringert und sowohl die Korrosionsbeständigkeit gegen verdünnte Säuren als auch die
Vergießbarkeit verbessert. Ein Zusatz von weniger als 0,50% hat wenig Einfluß und bei Zusätzen, die 3%
übersteigen, tritt eine merkliche Versprödung auf. Ein Zusatz von Kohlenstoff ist in den erfindungsgemäß
zu verwendenden Stählen weniger hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit als zur Erhöhung der Härte
wünschenswert. Die untere Grenze von 0,02% ergibt sich aus der Tatsache, daß das Vergießen bei kleineren
Kohlenstoffgehalten schwierig wird, da dann insbesondere leicht Gußblasen und Lunker in den Gußteilen
und Rohblöcken auftreten. Bei einem Kohlenstoffgehalt über 0,15% nimmt die Korrosionsbeständigkeit
merklich ab, was auch nicht durch andere Legierungszusätze verhindert werden kann. Da Mangan
sauerstoffbindend wirkt und bis zu einem gewissen Grade Nickel ersetzen kann, sind Zusätze bis zu 3,00%
zulässig. Da Nickel und Chrom Elemente sind, die mit dem Eisen das Gefüge bestimmen, werden ihre
Anteile entsprechend den anderen Legierungszusätzen vorzugsweise so bemessen, daß sich ein im wesentlichen
austenitisches (>·) Gefüge ergibt. Wenn der Chromanteil in den erfindungsgemäß zu verwendenden
Stählen über 25% gesteigert wird, erhöht sich der Schmelzpunkt und die Vergießbarkeit wird schlechter,
da die Neigung zur Bildung chromreicher Schichten besteht. Ein weiterer Grund, den Chromantei! auf
Werte unter 25,00% zu begrenzen, besteht in der Gefahr, daß bei Überschreitung dieser Grenze eine
Versprödung auftritt. Die obere Grenze für den Nickelgehalt in den erfindungsgemäß zu verwendenden
Stählen wurde auf 40,00% festgelegt, da man beim überschreiten dieser Grenze das Gebiet der
Nickel-Stähle verläßt und zu Nickellegierungen gelangt. Durch Erhöhung des Nickelgehaltes über 40%
werden jedoch weder die Korrosionsbeständigkeit noch die anderen vorteilhaften Eigenschaften der
Legierung verschlechtert. Bei Verwendung von weniger als 12,50% Chrom und weniger als 20,00% Nickel
ist die Korrosionsbeständigkeit ungenügend.
Die gleichzeitige Anwesenheit von Bor und Wolfram
führt zu einer Verbesserang der Korrosionsbeständigkeit und einer Verringerung der Neigung zum Fressen
gegenüber erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen, die Wolfram, jedoch kein Bor enthalten.
Es ist zwar bereits bekannt, für Neutronenabschirmungen in Kernreaktoren Stähle vom Typ 18/8 zu
verwenden, die 1 bis 2% Bor enthalten. Es ist ferner bekannt, daß die interkristalline Korrosion von
18/8-Stählen durch sehr geringe Borzusätze verringert
werden kann. Es ist bisher jedoch noch nicht erkannt worden, daß in den erfindungsgemäß zu verwendendei
Stählenein Zusatz von Borderen Neigung zu mFressei
wesentlich verringert.
Der angegebene Bereich von 0,005 bis 1,00% beruh s auf der Tatsache, daß weniger als 0,005% Bor nich
die gewünschte Wirkung ergeben und mehr al 1 % Bor den Schmelzpunkt des Stahls erheblich her
absetzt und die Bearbeitbarkeit wegen der eintretender Versprödung wesentlich verschlechtert wird.
ίο Die erfindungsgemäß zu verwendenden, nichtrosten
den Stähle sind durch die oben angegebenen Zu sammensetzungsbereiche gekennzeichnet, wobei je
doch auch noch andere Elemente vorhanden sein können, z. B. Aluminium, das sich während de*
is Schmelzens aus dem Desoxidationsmittel abgeschieden
hat. und Kobalt, das als Verunreinigung im Nickel vorhanden ist.
Dieerfindungsgemäßzu verwendenden, nichtrostenden Stähle können durch Schmelzen in Luft und übliches
Gießen wie die gewöhnlichen austenitischen nichtrostenden Stähle hergestellt werden. Eine besondere
Behandlung in einer nich (oxidierenden Atmosphäre ist nicht erforderlich, nach dem Gießen ist jedoch
eine Wärmebehandlung zur Homogenisierung und zur
Beseitigung mikroskopischer Ausscheidungen erforderlich.
Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle werden an Hand
von zwei Beispielen gezeigt.
Prüfung von Materialproben
A. Herstellung der Proben
Zur Prüfung der Korrosionsbeständigkeit wurde ein Stab mit einem Durchmesser von 12 mm und
einer Länge von 50 mm hergestellt. Zur Prüfung der Neigung zum Fressen wurde ein Stab mit einem
Durchmesser von 25 mm und einer Länge von 25 mm hergestellt. Zur Prüfung der Zugfestigkeit und Schlagfestigkeit
wurden Materialproben entsprechend den japanischen Normen (JlS = Japanese industrial Standards)
hergestellt. Zur Herstellung der Materialproben wurden die in Tabelle I aufgeführten Stähle in einem
Hochfrequenz-Induktionsofen geschmolzen, in die angegebenen Formen gegossen und einer Lösungswärmebehandlung unterworfen. Zur Kontrolle wurden
entsprechende Proben aus handelsüblichen Stählen JIS-SUS 32B. JIS-SCS 13 und JIS-SCS 14 von anderer
Zusammensetzung wie die der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle hergestellt. Die Zusammensetzung
dieser ;:ur Kontrolle verwendeten Stähle ist ebenfalls in Tabelle I angegeben.
B. Prüfverfahren
Die Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit er folgte in 5%igen Lösungen von H2SO4, HCl, HNO3,
H2C2O4 und NaQ. Die Neigung zum Fressen wurde
mittels eines Prüfgerätes, wie es in Fig. 5 dargestellt
ist, ohne Verwendung eines Schmiermittels durchgeführt. Das Prüfgerät enthält einen Probenhalter b
. mit einer Welle, die in einem Sockel α gelagert und gegen die Kraft einer Spiralfeder c bis zu einem
gewissen Grade drehbar ist Auf dem Probenhalter b wird eine stabförmige Probe dx durch Stifte e befestigt
so daß sich die Halterung b mit der Probe d, dreht Auf der Probe dx ruht eine zweite Probe d2, die über
3
I 758461
Stifte /. /ι mit einer drehbaren Welle g verbunden ist.
Die Welle g wird durch einen nicht dargestellten Antrieb gedreht und durch eine ebenfalls nicht dargestellte
Presse einer Axialkraft iv ausgesetzt. Die aufeinander
gleitenden Flächen der Proben </, und d2
werden vor dem Test geläppt und mit einem Lösungsmittel gereinigt.
Die Probe dx wird aus einem der erwähnten Stähle
JIS-SCS 13. JIS-SCS 14 und JIS-SUS 32 B hergestellt,
während Für die Probe d2 der zu prüfende, erfindungsgemäß
zu verwendende, nichtrostende Stahl eingesetzt wird. Die Axialkraft vr wird so gewählt, daß die Gleitflächen
der Proben unter einem Druck von 5,0 kp/cm2
stehen, und die Welle g wird mit einer Drehzahl von 900 Umdrehungen Min. angetrieben. Die umlaufende
Probe J, strebt die Probe i/, infolge der /wischen den
aufeinander aufliegenden Flächen herrschenden Reibung mitzunehmen, die Drehung der Probe J1 wird
jedoch durch die Spiralfeder c gehemmt, deren Federungsvermögen
größer als die Reibungskraft gemach wird. Im Verlaufe der Drehung der Probe J2 nimm
die Reibungskraft zwischen den Proben J, und d zu. bis die aufeinander gleitenden Flächen fresser
s Beim Fressen nimmt die Reibung zwischen dei Proben J1 und J2,zu und die Probe J1 wird von de
Probe J2 innerhalb der von der Probe J1 auisgeübtei
Reibungskraft mitgenommen, wodurch dann die Spi ralfeder c, die sich unmittelbar unterhalb der Proben
ίο halterung b befindet, gebogen wird und eine Versel
zung der Drehachse der Probe J2 eintritt, die nui
exzentrisch umläuft. Die Zeitspanne zwischen den Beginn der Drehung der Probe J2 und dem Begini
der instabilen Drehung ist daher ein Maß für dl· Widerstandsfähigkeit des Materials gegen ein Fest
fressen und je höher der betreffende Wert ist. um s( bessere Gleiteigenschaften hat das Material. Dii
übrigen mechanischen Eigenschaften wurden ent sprechend den gültigen japanischen Normen gemessen
I rohe \r
Tabelle I Zusammensetzung der Proben
l.cgicrunjiszusiii/c, Gewichtsprozent
0.15 | Si | ■ | Mn | Ni | Cr | I w | B | 3.00 | 1.0 | I | Tabelle II | Mo | Cu | 2.75 | 5% | Ti | i 1 U | 5% | Sb | N2 | 5% | |
( | O.OX | 1.15 | .50 | 9.00 | 20.00 | 3,00 | 3.00 | 0.5 | Materialeigenschaften | kochende | kochende | kochende | ||||||||||
I ι 0.OX | < O.OX | 2.00 | .50 | 9.00 | 20.00 | 3.00 | 3.00 | H3C2O4 | NaCI | NaOH | ||||||||||||
2 i O.OS | 2.50 | .50 | 9.00 | 20.00 | 4.00 | 3.00 | Korrosionsverhalten | 3,6 | 0,13 | 0,02 | ||||||||||||
3 ; I U)X | <0.0X | 2.50 | .50 | 9.00 | 20.00 | 3.00 | 3,00 | Gewichtsverlust (g/m2/h) in | 3.9 | 0.35 | 0.06 | 0,D1 | ||||||||||
5 ί 0.0 X | 2.50 | .50 | 9.00 | 20.00 | 3,(K) | 5% | 3,1 | 0.35 | 0,35 | 0,09 | 0,02 | |||||||||||
6 0.08 | <o.ox | 2.50 | .50 | 9.00 | 20.00 | 5% | 3.00 | kochende | — | 609 637/67 | ||||||||||||
7 ! 0.OX | 2.00 | .50 | 9.00 | 20,00 | kochende | HNO3 | 1.00 | |||||||||||||||
X ' 0.15 | 1.90 | .10 | 10.60 | 19,00 | HQ | 2.00 | 0,08 | 0.2 | ||||||||||||||
ίο : 0.09 | 2.00 | .50 | 9.00 | 20.00 | 3,00 0.2 | 54 | 0,05 | |||||||||||||||
11 o.ox | 1,50 | .50 | 12.00 | 18.50 | 3.00 j 0.5 | 0.07 | ||||||||||||||||
12 0.03 | 2.50 | .50 | 9.00 | 20.00 | 3.00 0.2 | 489 | 3.00 | 0,35 | ||||||||||||||
1 3 : O.OX | Probe Nr. | 2.5') | .50 | 9.00 | 20.00 | 3.00 j 0.5 | 562 | 3.00 | 0.35 | 0.35 | ||||||||||||
14 0.08 | 2.50 | .50 | 9.00 | 20.00 | 3.00 | 3.00 | ||||||||||||||||
15 i O.OX | 2.00 | 9.00 | 20.00 | 4.00 | 0,35 | 1.00 | ||||||||||||||||
16 | 1 | 1.50 | ~50 | 9.00 | 20.00 | 3.00 | ||||||||||||||||
IX | 2 | < 1.50 | < 2.00 | 8.00 | 18.00 | - | — | -- | ||||||||||||||
IIS-SCS 13 | 3 | 11.00 | 21,00 | |||||||||||||||||||
< 1.00 | < 2.00 | 10.00 | 16.00 | 2.00 | ||||||||||||||||||
IIS-SUS 32B | 14.00 | 18.00 | 3,00 | |||||||||||||||||||
< 1.50 | v. 2.50 | 10.00 | 17.00 | 1.75 | ||||||||||||||||||
HS-SCS 14 | 14.00 | 20.00 | ||||||||||||||||||||
s% | ||||||||||||||||||||||
kochende | ||||||||||||||||||||||
H2SO4 | ||||||||||||||||||||||
5.5 | ||||||||||||||||||||||
4,7 | ||||||||||||||||||||||
3.6 | ||||||||||||||||||||||
9 | I 461 | 10 | Fortsetzung | Probe Nr. | ■ kochende kochende | 5 | 3.5 | MCl | 576 | Korrosionsverhallen | 5"., 5"„ | kochende | Tabellen | Probe Nr. | _ . | Mechanische Fiigenschaften | 1 171 | 171 | 57.1 | Bruchdehnung ; Charpj-Schlag- | festigkeil | £ (J | ||
! H.SO., | 6 | 4.4 | 591 | 512 | Gewichtsverlust Ig rrr h) in | kochende | NaCI | Materialeigenschaften | 187 | 59.2 | CoI | kein Bruch | _ | kochende | ||||||||||
7 | 3.8 | 506 | 186 | H-C2O., | 0,07 | 3 | 68.9 | 51,7 | kein Bruch | NaOH | ||||||||||||||
1 756 | 8 | 580 | 511 | kochende | 3.2 | 0,05 | „ ■ ,. .... , j Zugfestigkeit Brtne -Harte > Λ ^ |
5 | 241 | 65.5 | 52.4 | kein Bruch | — | 0,03 | ||||||||||
10 | 4.9 70.5 | 428 | HNO, | 3.4 | 0,10 | kp mrrr) | 6 | 24! | 62.6 | 41.8 | 0,8 | 0,02 | ||||||||||||
Il | 3.8 | 538 | 0.09 | 3.4 | 0,00 | 7 | 197 | 69.6 | 4.6 | 0.2 | 0.04 | |||||||||||||
12 | 5.2 | 214 | 0.09 | 1,1 | 0.04 | 8 | 192 | 45.5 | 3.0 | 1.2 | 0.00 | |||||||||||||
13 | 4,6 | 541 | 0.13 | 2.9 | 0.07 | 10 | 187 | 51.2 | 5.6 | 0,8 | 0.02 | |||||||||||||
14 | 3.2 | 688 | 0.04 | 2,9 | 0,03 | 11 | 225 | 62.4 | 7.8 | 1.3 | 0.04 | |||||||||||||
15 | 3.8 | 694 | 0.08 | 0.04 | 12 | 255 | 56.8 | 19.6 | kein Bruch | 0.06 | ||||||||||||||
16 | 4.6 | 591 | 0.03 | ,6 | 0.08 | 13 | 241 | 56.2 | 47.2 | kein Bruch | 0.01 | |||||||||||||
18 | 4.8 | 0.03 | 2.1 | 0.08 | 14 | 255 | 68.4 | 41.3 | 1.6 | 0.04 | ||||||||||||||
JIS-SCS 13 | 5.4 | 0.12 | 2.8 | 0.06 | 15 | 228 | 62.4 | 22.4 | 0.8 | ().() 1 | ||||||||||||||
JIS-SUS 32B | 22.6 | 0,03 | 3.1 | 0,13 | 16 | 171 | 52.6 | 18.1 | 0.5 | 0.04 | ||||||||||||||
JIS-SCS 14 | 61.1 | 0.06 | 2.4 | 0.00 | 18 | 135 | 57.1 | 7.4 | 0.4 | 0,02 | ||||||||||||||
14.96 | 0.04 | 3.6 | 0.04 | JIS-SCS 13 | 137 | 54.6 | 4.3 | 51-2 kein Bruch | 0.01 | |||||||||||||||
0.08 | 3,3 | 0.00 | JIS-SUS 32 B | 137 | 51.2 | 51,4 | 0.01 | |||||||||||||||||
0.02 | 3,3 | JIS-SCS 14 | 50,1 | 46,3 | 0.01 | |||||||||||||||||||
0.01 | 2.3 | 44,i | ||||||||||||||||||||||
0.04 | ||||||||||||||||||||||||
Gleit- | ||||||||||||||||||||||||
eigenschaften | ||||||||||||||||||||||||
Zeitdauer (Sek. | ||||||||||||||||||||||||
bis zum Kressen | ||||||||||||||||||||||||
11.2 | ||||||||||||||||||||||||
10.9 | ||||||||||||||||||||||||
8.6 | ||||||||||||||||||||||||
80.2 | ||||||||||||||||||||||||
73.0 | ||||||||||||||||||||||||
70,5 | ||||||||||||||||||||||||
43.6 | ||||||||||||||||||||||||
47.3 | ||||||||||||||||||||||||
17.8 | ||||||||||||||||||||||||
37.3 | ||||||||||||||||||||||||
87.4 | ||||||||||||||||||||||||
81.5 | ||||||||||||||||||||||||
77.3. | ||||||||||||||||||||||||
66.2 | ||||||||||||||||||||||||
11.2 | ||||||||||||||||||||||||
2,5 | ||||||||||||||||||||||||
2.8 | ||||||||||||||||||||||||
3,0 |
Die Ergebnisse der Materialprüfungen sind in Tabelle II aufgeführt. Hieraus ist ersichtlich, daß das
Korrosionsverhalten der erfindungsgemäß zu verwendenden Edelstahle im ganzen gesehen vergleichbar
mit dem der zu Vergleichszwecken herangezogenen bekannten Edelstahle, die Korrosionsbeständigkeit
gegenüber Schwefelsäure und Salzsäure sogar erheblich besser ist. Die Untersuchungen der Gleiteigen-Khaften
haben ergeben, daß alle bekannten Legierun-
gen kurz nach Beginn der Prüfung schon stark zum Fressen neigen, was sich in einem erhöhten Reibungswiderstand
und einer Aufrauhung der Oberflächen manifestiert. Bei den erfindungsgemäß zu verwendenden
Edelstahlen trat dies in einem unvergleichlich
geringeren Maße und erst viel später auf.
Die Edelstahle JIS-SUS 32 B und JIS-SCS 14 enthalten
2 bis 3% Molybdän, und man sollte an sich annehmen, daß sich beim Ersatz des Molybdäns durch
ι υ υ -τ \j ι
4 bis 6% Wolfram die gleichen Eigenschaften ergeben. Dies ist jedoch überraschenderweise nicht der Fall,
wie die Testergebnisse einwandfrei zeigen.
Die Proben 11 bis 18 haben allgemein bessere Gleiteigenschaften
als die Proben I bis 10. Bei den Proben 5 bis 10 nimmt die Korrosionsbeständigkeit entsprechend
der Art. der Kombination und der Menge der verschiedenen speziellen Zusätze, die außer Wolfram
vorhanden sind, zu, insbesondere die Korrosionsbeständigkeit gegen Salze wie NaCI und Alkalien
wie NaOH; außerdem ist auch die Neigung zum Fressen gering. Durch entsprechende Kombination
Jer Zusätze kann also die Beständigkeit von gleitenden Teilen gegen vorgegebene korrosive Stoffe erheblich
verbesseri werden.
Beispiel 2
Erfahrungen in der Praxis
Erfahrungen in der Praxis
Die Stähle JIS-SCS 13 bzw. JlS-SCS 14 warden fur
den Ventilsitz I des in Fig. 1 dargestellten säurebeständigen
Tellerventils, für den Ventilsitz 3 des in Fig. 2 dargestellten säurebeständigen Schiebers und
Für das Gehäuse 5 der in den F i g. 3 und F i g. 4 dargestellten säurebeständigen Zahnradpumpe verwendet,
während die Schließkörper 2 und 4 des Ventils gemäß F i g. I bzw. Schiebers gemäß F i g. 2 und der
in Fig. 4 dargestellte Deckel 7 der Zahnradpumpe aus korrosionsbeständigem Stahl mit den unten
angegebenen Zusammensetzungen I bis IV bestanden.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Edelstahle und die Vergleichsstähle hatten die folgende Zusammensetzung:
I. Erfinduncseemäß zu verwendender Edelstahl:
C | 0,086% | 0,076% |
Ni | 8,92% | 1,12% |
Mn | 1.03% | 19,63% |
Si | 1,32% | 3.02% |
Cr | 19,46% | 1.52% |
W | 3.12% | 9,32% |
iß zu verwem | 2,72% | |
C | 0,62% | |
Mn | ||
Cr | ||
W | ||
Si | ||
Ni | ||
Mo | ||
B |
IV. JIS-SCS 13 | 0,65% | 0,062% |
C | 1,25% | 1,36% |
Mn | 19,38% | 18,74% |
Cr | 0.94% | 0,X7% |
Si | 8,94% | 11,08% |
Ni | V. JIS-SCS 14 | 2,26% |
C | igsgehärt | |
Mn | 0,07% | |
Cr | 0,60% | |
Si | 7% | |
Ni | 0.40% | |
Mo | 17% | |
heidui | 1,15% | |
C | ||
Mn | ||
Ni | ||
Si | ||
Cr | ||
Al |
Bei allen obengenannten Stählen besteht der Rest jeweils aus Eisen.
Das Ventil, der Schieber und die Zahnradpumpe wurden etwa ein Jahr lang mit verdünnter Schwefelsäure,
verdünnter Salpetersäure und Flüssigkeiten, wie sie in der petrochemischen Industrie gewöhnlich
vorkommen, betrieben. Es ist bekannt, daß Teile, die einer gleitenden Reibung unterworfen sind, wie die
Schließkörper 2 und 4, die Zahnräder 6 und der Deckel 7. beim Betrieb ohne Schmierung und mit
korrosiven Medien einer sehr starken Beanspruchung ausgesetzt sind.
Es wurde gefunden, daß die Bauteile aus den erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen mit den Zusammensetzungen
I und II völlig frei von Fressen. I.ochkorrision u.dgl. waren, während die aus den
Vergleichsstählen IV und V bestehenden Bauteile innerhalb von etwa 2 Monaten keinen einwandfreien
Betrieb mehr zuließen, was sich insbesondere bei den Absperrgliedern gemäß Fig. 1 und 2 darin zeigte,
daß die Betätigung schwierig wurde und erhebliche Undichtigkeiten auftraten. Der verwendete Stahl mit
der Zusammensetzung VI ließ hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit weniger zu wünschen übrig.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Verwendung eines nichtrostenden Stahls mit hoher Korrosionsbeständigkeit und geringer Neigung
zum Fressen, bestehend aus
0,02 bis 0,15%
0.50 bis 3,00%
1.00 bis 3,00%
12,50 bis 25,00%
5,00 bis 40,00%
2,00 bis 4,00%
0.50 bis 3,00%
1.00 bis 3,00%
12,50 bis 25,00%
5,00 bis 40,00%
2,00 bis 4,00%
Kohlenstoff,
Silizium,
Mangan.
Chrom.
Nickel,
Wolfram.
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
als Werkstoff für die Herstellung gleitender Teile, die ohne Schmierung in korrodierender Umgebung
betrieben werden.
2. Verwendung eines Stahls nach Anspruch I. bestehend aus
0,06 bis 0,15%
0.50 bis 1,50%
1,00 bis 2,00%
18,00 bis 25,00%
5,00 bis 29.00%
2.00 bis 3.00%
0.50 bis 1,50%
1,00 bis 2,00%
18,00 bis 25,00%
5,00 bis 29.00%
2.00 bis 3.00%
Kohlenstoff.
Silizium.
Mangan.
Chrom.
Nickel,
Wolfram.
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen für den Zweck nach Anspruch !.
3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, der zusätzlich weniger als 4% Molybdän
und, oder weniger als 4% Kupfer, weniger als 2% Titan und/oder weniger als 2% Niob und oder
Tantal, weniger als 1,5% Antimon und weniger als 0,3% Stickstoff enthält, wobei die Gesamtmenge
der erwähnten zusätzlichen Elemente größer als Null ist, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1. 2 oder 3, bei welchem der Nickelgehalt zwischen
5,00 und 20.00% liegt, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Verwendung eines Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der zusätzlich 0,005 bis 1,00%
Bor enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
6. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 5, bei welchem der Borgehalt 0,005 bis 0,50% beträgt,
für den Zweck nach Anspruch 1.
7. Verwendung eines Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem der Nickelgehalt
zwischen 5,00 und 15.00% liegt, für den Zweck nach Anspruch 1.
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3585467 | 1967-06-05 | ||
JP3585467 | 1967-06-05 | ||
JP996068 | 1968-02-16 | ||
JP996068 | 1968-02-16 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1758461A1 DE1758461A1 (de) | 1972-03-23 |
DE1758461B2 DE1758461B2 (de) | 1974-01-03 |
DE1758461C3 true DE1758461C3 (de) | 1976-09-09 |
Family
ID=
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