DE2639325B2 - Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung - Google Patents
Verwendung einer Nickel-Basis-LegierungInfo
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Description
0,5 bis | 5 | Gew.-% | Kohlenstoff |
2 bis | 15 | Gew.-ty) | Wolfram |
25 bis | 55 | Gew,-% | Chrom |
0,5 bis | 3,5 | Gew.-W | Bor |
1 bis | 5 | Gew,-% | Silizium |
1 bis | 5 | Gew.-% | Eisen |
Rest | Nickel |
Eine solche Legierung ist für die Herstellung von Schweißstäben aus der US-PS 22 19462 bekannt
Wie die Praxis in Wärme- und Kernkraftwerken zeigt, ist die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung
von Armaturen an deren Dichtflächen am größten. Die Beschädigungen können die Folge von interkristalliner Korrosion, Erosion, Abrasion und/oder
zyklischen Temperaturwechseln sein. Als zuverlässige Methode zur Erhöhung der Beständigkeit erweist sich
das Auftragen von Legierungen auf die Dichtflächen von Armaturen durch Auftragsschweißen.
Das auf die Dichtflächen aufgeschweißte Metall muß einem spezifischen· Druck bis 10000N/cm2 und
zyklischen Temperaturwechseln mit einem Temperaturunterschied bis zu 6000C standhalten. Die Härte soll in
der Regel 35 bis 40 Rc betragen. Weiterhin wird die Stabilität des Gefüges und der Eigenschaften über einen
längeren Zeitraum sowie gute Verarbeitbarkeit und technologisch einfache Herstellbarkeit geforderL
jo Am bekanntesten für das Auftragsschweißen an Dichtflächen sind Kobalt-Chrom-Legierungen. Sie
zeichnen sich durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit und Erosionsfestigkeit aus, besitzen bis 6500C eine hohe
Warmhärte und sind sehr verschleißfest Ab 650cC ist
)> ein starker Härteabfall zu beobachten. Nachteilig sind ferner die aufwendige Verarbeitbarkeit sowie die
Anwesenheit von Kobalt das insbesondere bei der Verwendung der Legierung an Armaturen in Kernkraftwerken zur Bildung des langlebigen radioaktiven Isotop
Co60 führt Darüber hinaus ist eine vergleichsweise hohe Vorwärmtemperatur für das Auftragsschweißen notwendig. Diese Temperatur muß während des Auftragsschweißens aufrechterhalten werden. Die aufgetragenen Teile werden geglüht und verlangsamt abgekühlt
Aus diesen Gründen werden in neuerer Zeit Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierungen verwendet Die Vorteile dieser Legierungen liegen in der verhältnismäßig
niedrigen Schmelztemperatur, in den vergleichsweise geringeren Herstellungskosten und in der bedeutend
niedrigeren Vorwärmtemperatur beim Auftragsschweißen.
Die aus der DE-OS 11 98 169, der DE-OS 15 58 880
und der FR-PS 13 76 914 bekannten Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierungen erfüllen jedoch die an sie
gestellten Anforderungen hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegenüber interkristalliner
Korrosion sowie Warmhärte und Rißanfälligkeit nicht.
Gemäß DE-OS 24 46 517 wird dieses Verhalten auf den in den genannten Legierungen vorhandenen hohen
zur Karbidbildung führenden Kohlenstoffgehalt zurückgeführt. Aus diesem Grund sieht diese Druckschrift eine
Nickel-Chrom-Bor-Silizium-Legierung vor, die praktisch frei von Kohlenstoff sein und diesen nur als
Verunreinigung bis zu höchstens 0,05% enthalten soll. Dieser vergleichsweise sehr niedrige Kohlenstoffgehalt
dürfte bei der Herstellung der Legierung kaum einstellbar sein, da in der Praxis bekanntlich mit allen
anderen Komponenten Kohlenstoff eingeschleppt wird.
De der Kohlenstoffgehalt also stets über 0,05% liegen
wird, weisen diese Legierungen in der Zusammensetzung, wie sie in der Praxis verwendet werden und in
den Ausführongsbeisptelen angegeben sind, Kupfer auf,
um dadurch der Gefahr der interkristallinen Korrosion zu begegnen. Dem steht jedoch die durch Kupfer hervorgerufene
schlechtere schweißtechnische Verarbeitbarkeit
gegenüber.
Es wurde nun gefunden, daß sich die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile vermeiden lassen, wenn
eine Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung
0,5 | bis | 5 | Gew.-% | Kohlenstoff |
2 | bis | 15 | Gew.-% | Wolfram |
25 | bis | 55 | Gew-% | Chrom |
0,5 | bis | 3,5 | Gew.-% | Bor |
I | bis | 5 | Gew.-% | Silizium |
1 | bis | 5 | Gew.-% | Eisen |
Rest | Nickel |
die zur Karbidbildung Kohlenstoff als Mußkomponente enthält, für Gegenstände mit Beständigkeit gegen interkristalline
Korrosion, Erosion, Abrasion, Kavitation, thermische Ermüdungserscheinungen, zyk^che Temperaturwechsel,
Verschleiß und mit einer hohen Wannhärte von wenigstens 35 bis 60 Rc und hoher Warmfestigkeit verwendet wird.
Bei der Verwendung der Nickel-Basis-Legierung gelten folgende Randbedingungen:
a)Gew.-% C = Gew.-% Ci+Gew.-% C2+ 0,2
b) Gew.-% W = 36 χ Gew.-% C1 und
c) Gew.-% Cr > 17+9 χ Gew.-% C2 - 4 χ Gew.-% C
Cr>25 + 9xGew.-%
Vorzugsweise ist Gew.-I
C2-4xGew.-% C.
C2-4xGew.-% C.
Es bedeuten:
Gew.-% Ci = Kohlenstoffanteil der zur Karbidbildung
mit refraktären Metallen (Wolfram, Molybdän) erforderlich ist.
Gew.-% C2 - Kohlenstoffanteil der zur Chromkarbidbildung
erforderlich ist.
0,2 Faktor als Grenzlöslichkeitsäquivalent von C im Nickel-Chrom-Mischkristall.
Vorzugsweise wird eine Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung
0,5 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff
7 bis 10 Gew.-% Wolfram
30 bis 40 Gew.-% Chrom
0,5 bis 1,5 Gew. % Bor
1 bis 3 Gew.-% Silizium
2 bis 3 Gew.-% Eisen
Rest Nickel
Rest Nickel
verwendet.
Wolfram kann ganz oder teilweise durch Molybdän ersetzt sein, wobei die Maßgabe gilt, daß
Gew.-% Mo= 18 χGew.-% C1
beträgt
Gegebenenfalls kann die Legierung Kobalt als Verunreinigung bis an die Grenze der gefürchteten
Co60-Bildung enthalten.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt:
Ein Legierungspulver der vorzugsweisen Zusammensetzung
1,2Gew,-% Kohlenstoff
31,5 Gew,-% Chrom
31,5 Gew,-% Chrom
2,0 Gew.-% Silizium
0,6 Gew,-% Bor
7,8 Gew.-% Wolfram
7,8 Gew.-% Wolfram
2,0 Gew.-% Eisen
Rest Nickel
Rest Nickel
wurde in einer Plasma-Schweißanlage auf eine in einem
ίο Kernkraftwerk einzusetzende Schieberplatte aufgeschweißt
Zunächst wurde die Auftragsschweißung auf Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion mit Hilfe des
»Straußtest« nach Stahl-Eisen-Prüfblatt 1975 durchgeführt,
die Prüfzeit in kochender Lösung betrug 15 Stunden. Die Prüfung der Schieberplatte nach dem
Test erfolgte mittels metallographischem Schliff. Dieser zeigt daß weder an der Oberfläche der Auftragsschicht
noch an deren Obergang zum Grundmetall ein inter-
jo kristalliner Angriff eingetreten ist wie aus der in der
Zeichnung wiedergegebenen Abbil iing zu ersehen ist.
Ferner wurde zusätzlich eine Prüfung nach MW-Prüfblatt
E2 (Mannesmann-Werke) durchgeführt Diese Prüfung erfolgte über 8 Stunden in einer siedenden
Lösung aus
H^SO4 + Fe2(SO4J3 x X H2O.
Auch in diesem Falle zeigte sich kein interkristalliner Angriff.
w Da die Signifikanz dieser beiden T^sts, die aufgrund
ihrer spezifischen Wirkung nur für Knetlegierungen gedacht sind, in ihrer Anwendbarkeit auf Gußlegierungen
bezweifelbar ist wurde die Schieberplatte zusätzlich extremen Aggressionsmedien ausgesetzt, mit
r> denen die Armaturen beim Dekontaminieren in Berührung kommen, vor allem Oxalsäure und Salpeter-/Oxalsäuremischung.
Die Schliffprüfung ergab auch in diesem Fall keine interkristallinen Korrosionserscheinungen
und korrosiven Flächenabtrag.
4(1 Zur Untersuchung der Beständigkeit gegen zyklische
Temperaturwechsel wurde die beschichtete Schieberplflte
abwechselnd in einem Ofen auf etwa 400°C erwärmt und anschließend in Wasser abgeschreckt. Da
die Versuche nur eine charakterisierende Bedeutung
4Ί haben, wurden diese nach 100 Temperaturwechseln
abgebrochen, ohne daß sich Risse oder sonstige Schäden als folge von Temperaturermüdung zeigten.
Zur Prüfung der Beizbeständigkeit wurde die Legierung einer im Betrieb verwendeten Beizlösung der
κι Zusammensetzung 25% 62%ige Salpetersäure, 7%
40%ige Flußsäure, Rest Wasser, betriebsbezogen 0,5 Stunden bei einer Temperatur von 200C ausgesetzt.
Darüber hinaus wurde die Legierung der Beizlösung gleicher Zusammensetzung 24 Stunden lang ausgesetzt.
ν. LJie durchgeführten Schliffprüfungen zeigten keinerlei
korrosiven Flächenabtrag.
Die Härte bei Raumtemperatur wurde zu 37 Rc bestimmt
Der Verschleiß der Schieberplatte wurde nach
Der Verschleiß der Schieberplatte wurde nach
ho lOOOOmaligem Offnen und Schließen visuell begutachtet,
dabei konnte keinerlei Riefenbildung festgestellt werden.
Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung eignet sich in Pulverform insbesondere für das
hi Plasma ;chweißen und -spritzen sowie für das Flammund
Schockspritzcr,, für das Gas-Pulver-Auftragsschweißen und für das Spritzschweißen. Das Pulver wird
ferner für die Fülldrahtherstelliinir vrrwenrlpt In
Stabform kommt die Legierung insbesondere beim WIG-Schweißen und beim autogenen Schweißen zum
Einsatz. Die Legierung wird auch zur Herstellung von kernstablegierten, hüllenlegierten und kernstab-/hüllentegierten Elektroden benutzt. Ferner lassen sich aus der
Legierung Bänder für das UP-Schweißen und das Reibschweißen herstellen. Auch können aus der Legierung
Bleche erzeugt werden, die auf einem zu schützenden Grundkörper aufgebracht werden.
Aufgrund seiner ausgezeichneten technologischen
Eigenschaften läßt sich der erfindungsgemäß verwendete Werkstoff auch zu Formkörpern für Maschinenelemente, die Korrosions-, Abrasions-, Erosions-
und/oder Kavitationsverschleiß unterliegen, vergießen. Die Legierung kann auch auf Schnecken für
Separatoren, Schnecken für Extrudern oder dergleichen
aufgetragen werden. Infolge der Kobalt-Freiheit der • Nickel-Basis-Legierung wird die Bildung des langlebigen, radioaktiven Isotops Co60 an auf Verschleiß beanspruchten Gegenständen verhindert.
Claims (5)
- Patentansprüche;1, Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung
0,5 bis 5 Gew,-% Kohlenstoff 2 bis 15 Gew,-% Wolfram 25 bis 55 Gew,-% Chrom 0,5 bis 3,5 Gew-% Bor 1 bis 5 Gew,-% Silizium 1 bis 5 Gew.-% Eisen Resi t Nickel wobei die RandbedingungenGew.-%C = Gew.-% Q+Gew.-% C2+0,2 Gew.-% W = 36xGew.-% C, Gew.-%Cr > 17+9xGew.-% C2 -4xGew.-%Cgelten für Gegenstände mit Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion, Abrasion, Erosion, Kavitation, thermische Ermüdungserscheinungen, zyklische Temperaturwechsel, Verschleiß und mit hoher Warmhärte sowie hoher Warmfestigkeit; es bedeuten:Gew.-% Ci = Kohlenstoffanteil der zur Karbidbildung mit refraktären Metallen (Wolfram, Molybdän) erforderlich istGew.-% C2 = Kohlenstoffanteil der zur Chromkarbidbildung erforderlich ist0,2 Faktor als Grenzlöslichkeitsäquivalent von C im Nickel-Chrom-Mischkristall. - 2. Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung nach Anspruch 1, wobei die Ran^oedingungGew.-% Cr > 25 + 9 χ Gew.-1^. C2 - 4 χ Gew.-°/o Cgilt für die Zwecke nach Anspruch 1.
- 3. Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung0,5 bis 3 Gew.-% Kohlenstoff7 bis 10 Gew.-% Wolfram30 bis 40 Gew.-% Chrom0,5 bis 1,5 Gew.-% Bor1 bis 3 Gew.-% Silizium2 bis 3 Gew.-% Eisen Rest Nickelfür die Zwecke nach Anspruch 1 und/oder 2.
- 4. Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung1,2 Gew.-% Kohlenstoff 31,4 Gew.-% Chrom2,0 Gew.-% Silizium0,6 Gew.-% Bor7,8 Gew.-% Wolfram2,0 Gew.-% Eisen Rest Nickelfür die Zwecke nach Anspruch 1 und/oder 2.
- 5. Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei Wolfram ganz oder teilweise durch Molybdän ersetzbar ist und die RandbedingungGew.-% Mo =18 χ Gew.-% Ci gilt, für die Zwecke nach Anspruch 1.Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Nickel-Basis-Legierung der Zusammensetzung
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