DE2312394C3

DE2312394C3 - Neue Eisenlegierung

Info

Publication number: DE2312394C3
Application number: DE2312394A
Authority: DE
Inventors: Walter George San Jose Calif. Baxter (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-05-11
Filing date: 1973-03-13
Publication date: 1975-04-17
Also published as: JPS4948512A; US3800631A; FR2184048B1; IT984209B; GB1426362A; DE2312394B2; DE2312394A1; FR2184048A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft oxydaiionsbeständige Eisenlegierungen und insbesondere solche Eisenlegierungen, die Aluminium und Chrom enthalten.

Die Zugabe von Chrom zu Eisen, mit oder ohne Nickel, um die sogenannten korrosionsbeständigen Legierungen herzustellen, wird seit langem durchgeführt. Doch besteht diese Korrosionsbeständigkeit nur bei relativ mäßigen Temperaturen, während die im Rahmen der vorliegenden Erfindung interessierenden Temperaturen hauptsächlich bei etwa 1090 C liegen, sich jedoch auch bis zu etwa 1200' C erstrecken können. Reines Chrom wird bei hohen Temperaturen sowohl von Sauerstoff als auch von Stickstoff angegriffen. Deshalb werden 0,2 bis 2,5% (diese und alle folgenden Prozentangaben sind Gewichtsprozent) Yttrium zugegeben, um Chrom oberhalb 925 C zu schützen. Eisen mit 35 bis 50° ο Chrom ist spröde und warmbrüchig. Die Zugabe von 0,5 bis 3% Yttrium und 0,5 bis 1⁰O Palladium führt jedoch zu einer oxydationsbeständigen Legierung, die warm- und kaltwalzbar ist. Ähnlich verhält sich Eisen mit 25 bis 35% Chrom, 0,5 bis 5°/o Yttrium und 0.1 bis 1°/» Thorium, auch Eisen mit 20 bis 95⁰O Chrom und 0,5 bis 5 ⁰Zo Yttrium. Eisen mit 20 bis 95° » Chrom, 0,5 bis 4% Aluminium und 0,5 bis 3" ο Yttrium ist oxydationsbeständig und kann leicht kaltgewalzt werden. Mit 5 ⁰Zo Aluminium ist es spröde und warmbrüchig. Eisen mit 20 bis 35% Chrom, 0,5 bis l,5°/o Yttrium und 0,005 bis 0,015% Kalzium ist als hervorragend hinsichtlich seiner Oxydationsbeständigkeit bis zu Temperaturen oberhalb von etwa 1090° C und seiner guten Bearbeitbarkeit beschrieben worden. Für die Verwendung in Kernreaktoren wird eine Legierung benötigt, die durch Härten bei hohen Temperaturen nicht spröde wird. Eine Legierung aus Eisen mit 0 bis 15% Chrom, 0,5 bis 12% Aluminium und 0,1 bis 3% Yttrium ist merklich frei davon, verglichen mit Eisen, enthaltend 25% Chrom, 4% Aluminium und 1 % Yttrium. Die bevorzugte Legierung enthält neben Eisen 15% Chrom, 4% Aluminium und 1 ^fl/o Yttrium.

Die Verwendungsmöglichkeiten für bei hoher Temperatur beständige Legierungen sind derart zahlreich, daß es nicht möglich ist, eine von ihnen als besser gegenüber den anderen für alle Anwendungen auszuwählen. Wirtschaftliche Aspekte einschließlich der unterschiedlichen Kosten für die Herstellung verschieden bearbeitbarer Legierungen, und der wirtschaftliche Wert einer längeren Gebrauchsdauer eines teureren Teiles, verglichen mit der kürzeren Gebrauchsdauer eines billigeren Teiles bestimmen letzlich die Überlegenheit für eine bestimmte Anwendung.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Legierung, bei der Kobalt zu dner Legierung von Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium hinzugegeben ist, wodurch verbesserte Korrosionsbeständigkeit bei hoher Temperatur und verbesserte Zugfestigkeit erzielt wird. Während, wie oben erwähnt, eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten für hochtemperaturbeständige Legierungen vorhanden ist, deren Hauptbestandteile weit und wirtschaftlich erhältlich sind, besteht gegenwärtig ein besonderer Bedarf an der erfindungsgemäßen Legierung für die Konstruktion von Auspuffreaktoren für Verbrennungskraftmaschinen aus Gründen des Umweltschutzes.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Die einzige Figur der Zeichnung gibt ein Diagramm der Oxydationsgeschwindigkeit bei zwei verschiedenen Temperaturen und die Zugfestigkeil von erfindungsgemäßen Legierungen wieder, die verschiedene Kobaltanteile aufweisen.

Die bekannte Ausgangslegierung für die vorliegende Erfindung hat die folgende nominelle Zusammensetzung in Gewichtsprozent: 15 Chrom, 4 Aluminium, 1 Yttrium, Rest Eisen. Diese Legierung hat gute Beständigkeit gegen Oxydation bei hohen Temperaturen und gute Zugfestigkeit. In der Erfindung wurde festgestellt, daß die Zugabe von Kobalt zu dieser bekannten Legierung zu einer Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit und der Zugfestigkeit führt. In der Figur ist auf der Abszisse der Gewichtsprozentgehalt Kobalt in der Ausgangslegierung aufgetragen und auf der linken Ordinate die Gewichtszunähme in Prozent eines 0,75 mm dicken Streifens nach lOOstündigem Erhitzen auf etwa 1200⁰C (vgl. die obere durchgezogene Linie A) und nach lOOstündigem Erhitzen auf etwa 1090 C (vgl. die untere durchgezogene Linie B)₁ während die Zugfestigkeit dieser Legierungen bei etwa 880° C in Luft in kp'mm² auf der rechten Ordinate aufgetragen ist (vgl. die unterbrochene Linie C). Die gemessenen Werte sind auf den Kurven angezeigt.

Die bevorzugte Art der Herstellung dieser Legierungen besteht im Vakuuminduktionsschmelzen in Mengen von 4,5 bis 13,5 kg, wobei ein Barren von 93 mm Durchmesser und 12,5 cm Länge entsteht. Dieser Barren wird bei 880° C zu einem Rundstab mit 25 mm Durchmesser stranggepreßt. Der Stab wird dann flachgeschmiedet und bei etwa 880° C zu einer Dicke von 1,5 mm gewalzt. Dieser Streifen wird unter zwischenzeitlichem Erhitzen auf 880° C in Luft zu einer 0,75 mm dicken Platte kaltgewalzt. Metallographische Aufnahmen von Proben dieser Legierungen zeigen, daß es vorteilhaft ist, Yttrium und Kobalt in Form einer Vorlegierung aus 2 Teilen Yttrium und 1 Teil Kobalt hinzuzugeben. Dieses Vo'gehen stabilisiert den oxydationsbeständigen Oxydfilm, der durch Aluminium und Yttrium gebildet wird, und verhindert das Eindiffundieren von Sauerstoff.

Die Gewichtszunahme, die ein Maß für die Oxydationsgeschwindigkeit ist, fällt bis zu einem Minimum bei etwa 0,5 % Kobaltgehalt ab und steigt dann wieder an. Die Zugfestigkeit wird durch die Kobaltzugabe erhöht. Wie der unteren durchgezogenen Kurve B entnommen werden kann, erhöht die Zugabe von 2 ⁰O Kobalt die Oxydationsgeschwindigkeit auf

einen Wert, wie er etwa bei der bekannten Ausgangslegierung ohne Kobaltzugabe erhalten wird. Wie andererseits aus den Kurven A und B ersichtlich ist, kann eine Verbesserang ab einem Kobaltgehalt von 0,25 % erwartet werden. Damit zeigen sich die Grenzen des Kobaltbereichs der vorliegenden Erfindung, der brauchbar ist. Innerhalb dieses Bereichs sind 0,4 bis 1 % Kobalt bevorzugt.

Wie der Metallurge weiß, sind die bekannten Verfahren zur Herstellung vor» Legierungen toleranzbehaftet. Es wurde durch Analysen festgestellt, daß Legierungen dieser Art Chromgchalte von 15 bis 15,4% für einen nominellen 15%-Gehalt aufwiesen und von 4,4 bis 4,9% Aluminium für eine Legierung, die 4,0% enthalten soll. Bezugnahmen auf die Grundlegierung sind daher so zu verstehen.

daß sie die üblichen Abweichungen enthalten kön

Die in den Kurzen der Figur enthaltenen Meßdaten sind die folgenden:

Gewichts prozent Kobalt in der FeCrAlY-	Zugfestigkeit kg/mm* bei 880°C	⁰Zo Gewichtszunahme nach lOOstündigem Erhitzen in Luft auf eine Temperatur von	1200°C
Legierung		1090⁰C	0,455
0	2,11	0,481
0,4	2.77		0,305
0,5		0,278	1,71
		0,544	2,09
5		0,914

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Legierung einer Grundzusammensetzang von i5% Chrom, 4% Aluminium, 1 % Yttrium, Rest Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,25 bis 1,5 % der Grundzusammensetzung an Kobalt enthält.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kobaltgehalt 0,4 bis 1,0% der Grundzusammensetzung beträgt.