DE2835025A1 - Duktile korrosionsbestaendige legierung von hoher festigkeit und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Duktile korrosionsbestaendige legierung von hoher festigkeit und verfahren zu ihrer herstellung

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DE2835025A1
DE2835025A1 DE19782835025 DE2835025A DE2835025A1 DE 2835025 A1 DE2835025 A1 DE 2835025A1 DE 19782835025 DE19782835025 DE 19782835025 DE 2835025 A DE2835025 A DE 2835025A DE 2835025 A1 DE2835025 A1 DE 2835025A1
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alloy
cologne
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transition metals
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Withdrawn
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DE19782835025
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Frank G Hodge
Howard Joseph Klein
Steven James Matthews
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Cabot Corp
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Cabot Corp
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    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/056—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 10% but less than 20%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
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Description

Duktile korrosionsbeständige Legierung von hoher Festigkeit und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft nichtrostende oder korrosionsbeständige Ni-Cr-Mo-Legierungen von hoher Streckfestigkeit und Verfahren zu ihrer Herstellung, insbesondere Legierungen dieser Art, die sehr gute Bildsamkeit in Kombination 'mit hoher Streckfestigkeit, die durch Alterung zur Auslösung einer A9B-0rdnungsreaktion (A9B ordering reaction) hervorgebracht worden ist, aufweisen.
Es gibt viele Fälle, in denen ein korrosionsbeständiger Werkstoff mit hoher Streckfestigkeit, dessen Bildsamkeit unbeeinträchtigt ist, erwünscht ist. Beispielsweise sind bei Wellen von Zentrifugen, Schiffsantriebswellen.und Antriebsteilen sowie bei den verschiedensten anderen Teilen, die einer Belastung bei niedrigen und mittleren Temperaturen in korrodierenden Umgebungen unterliegen, hohe Streckfestigkeit und unbeeinträchtigte Verformbarkeit erforderlich.
Es wurde gefunden, daß gewissen Ni-Cr-Mo-Legierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt überraschend hohe Streckfestigkeiten ohne wesentliche Beeinträchtigung ihrer Verformbarkeit durch Alterung im Bereich von 482° bis 593 C, durch die eine A2B-Ordnungsreaktion hervorgerufen wird, verliehen werden kann. Eine Alterung unter oder über diesen Temperaturen beeinflußt die Dehngrenze nicht wesentlich. Die Korrosionsbeständxgkeit wird durch die gleiche Alterungsbehandlung nicht wesentlich beeinflußt. Es wird angenommen, daß die A9B-Ordnungsreaktion bei etwa 50 Stunden, beginnend bei Temperaturen in Bereich von 482° bis 593°C, bewirkt v/erden kann.
9098 10/07 10
Gemäß einem bevorzugten Merkmal ist die Erfindung auf die Herstellung eines Werkstoffs mit hoher Festigkeit und guter Duktilität für die Bildung einer duktilen korrosionsbeständigen Legierung von hoher Festigkeit nach einem Verfahren gerichtet, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
a) einen Werkstoff herstellt, der im wesentlichen aus etwa 13 bis 18 Gew.-% Chrom, etwa 13 bis 18 Gew.-% Molybdän, v/eniger als 0,01 Gew.-% Kohlenstoff, weniger als etwa 6 Gew.-% Eisen, weniger als etwa 2,50 Gew.-%, vorzugsweise weniger als etwa 1,25 Gew.-% Kobalt, weniger als etwa 4 Gew.-% Wolfram, weniger als 0,5 Gew.-% Aluminium, weniger als 1 Gew.-% Mangan, weniger als 0,5 Gew.-% Silicium, Rest Nickel mit üblichen Übergangsmetallen und Verunreinigungen in üblichen Mengen, besteht, und
b) diesen Werkstoff anschließend bei einer Temperatur im Bereich von etwa 482° bis 59 3°C altert und hierdurch eine A2B-0rdnungsreaktion im Werkstoff bewirkt.
Vorzugsweise wird die Alterung bei etwa 538°C während einer Zeit von etwa 50 Stunden bis zu etwa 8000 Stunden durchgeführt.
Als Übergangsmetalle können die nachstehend genannten im Werkstoff vorhanden sein, und zwar vorzugsweise in den ebenfalls nachstehend angegebenen Mengen:
Vanadium weniger als 0,5%,
Bor weniger als 0,02%,
Phosphor weniger als 0,05%,
Schwefel v/eniger als 0,02%,
Zirkonium weniger als 0,02%,
Titan weniger als 0,5%,
Magnesium weniger als 0,25%,
909810/0710
Calcium weniger als 0,025%,
Kupfer weniger als 0,05%,
Blei · weniger als 0,005%,
Lanthan weniger als 0,025%.
Die Legierung gemäß der Erfindung, die im wesentlichen aus etwa 13 bis 18% Molybdän, weniger als 0,01% Kohlenstoff, weniger als etwa 6% Eisen, weniger als etwa 2,50% Kobalt, weniger als etwa 4% Wolfram, weniger als 0,5% Aluminium, weniger als 1% Mangan, weniger als 0,5% Silicium, Rest Nickel mit üblichen übergangsmetallen und Verunreinigungen in üblichen Mengen besteht und zur Auslösung einer A^B-Ordnungsreaktion bei einer Temperatur im Bereich von 482° bis 593°C gealtert worden ist, vorzugsweise wenigstens 50 Stunden, besitzt eine hohe Dehngrenze und gute Duktilität über einen weiten Temperaturbereich sowie gute Korrosionsbeständigkeit.
Die Legierung gemäß der Erfindung enthält als Übergangsmetalle
Vanadium weniger als 0,5%,
Bor weniger als 0,02%,
Phosphor weniger als 0,05%,
Schwefel weniger als 0,02%,
Zirkonium weniger als 0,02%,
Titan weniger als 0,5%,
Magnesium weniger als 0,25%,
Calcium weniger als 0,025%,
Kupfer weniger als 0,05%,
Blei weniger als 0,005%,
Lanthan weniger als 0,025%.
Die Legierung mit hoher Dehngrenze ist vorzugsweise
wenigstens 168 Stunden im angegebenen Temperaturbereich gealtert, bevorzugt bei etwa 538°C.
909810/0710
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen weiter beschrieben.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung der Streckgrenze in Abhängigkeit von der Alterungstemperatur für eine Legierung gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Dehnung in Abhängigkeit von der Alterungszeit für die Legierung von Fig. 1.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung der Streckgrenze in Abhängigkeit von der Alterungstemperatur für eine zweite Legierung gemäß der Erfindung.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Dehnung in Abhängigkeit von der Alterungszeit für die Legierung von Fig. 3.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Streckgrenze in Abhängigkeit von der Alterungstemperatur für eine dritte Legierung gemäß der Erfindung.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung der Dehnung in Abhängigkeit von der Alterungszeit für die Legierung von . Fig. 5.
Mehrere Legierungen gemäß der Erfindung wurden geschmolzen, gegossen und zu Platten verarbeitet. Eine Gruppe von Proben einer Größe von je 12,7 χ 12,7 cm wurde verschiedene Zeiten bei verschiedenen Temperaturen gealtert, worauf die physikalischen Eigenschaften bestimmt wurden.
Die Zusammensetzungen dieser Legierungen sind nachstehend in Tabelle I genannt.
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Tabelle I 65„74 Legierung 3
Chemische 16.06 67.35
Element ~ 15.99 14.36
Ni Analysen von Ni-Cr-Mo-Legierungen 0.002 14.34
Cr Legierung 1 Legierung 2 0.72 0.005
Mo 54.78 0.12 0.82
C 15.01 0.23 0.14
Fe . 16.19 0.19 0.22
Co 0.002 0.06 0.28
W 5.69 0.04 0.54
Al 1.01 0.03 0.37
Mn 3.33 0.003 n.b.
Si 0.21 0.03 0.003
V 0.48 0.011 0.005
B 0.04 0.01 0.005
P 0.27 0.38 n.b.
S 0.001 0.01 0.01
Zr 0.025 0.01 0.01
Ti 0.005 0.03 n.b.
Mg 0.01 0.005 0.01
Ca 0.01 n.b. n.b.
Cu 0.019 0.010
Pb 0.005
La 0.02
n.b.
n.b.
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Die Proben wurden in ruhender Luft ohne Beanspruchung 1000, 4000 und 8000 Stunden gealtert. Jede Probe von 12,7 χ 12,7cm wurde dann in Standardproben für die Prüfungen geschnitten. Die physikalischen Eigenschaften der Legierungen im getemperten Zustand vor der Alterung (Durchschnitt von drei Prüfungen) sind nachstehend in Tabelle II genannt.
Tabelle II
Mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur der im Walzwerk geglühten Legierungen (Die Werte sind der Durchschnitt von wenigstens drei Prüfungen)
Legierung Nr. 1 2 3
endgültige Glühtemperatur, 0C 1066 1066 1121
0,2%-Dehngrenze, N/mm 364,7 379,2 360,6
Zugfestigkeit, N/mm 864 850,8 799
Dehnung, % 53,8 54,5 62,0
Einschnürung, % 63,4 70,5 n.b.
Charpy-Schlagzähigkeit, Joule 190 302,4 n.b.
Die Eigenschaften der Legierung 3 bei Raumtemperatur nach der Alterung (Durchschnitt von drei Prüfungen) sind nachstehend in Tabelle III genannt.
909810/0710
Tabelle III Festigkeitseigenschaften der gealterten Legierung 3 bei
Raumtemperatur (12,7 mm Platte)
(Die Werte sind Durchschnittswerte von drei Prüfungen)
Alte-
rungs-
tempera-
tur,
°C		 Alte
rungs
zeit,
Std.		 0,2%-Dehn- Zugfestig-
grenze, keit,
2 2
N/mm N/mm		 86 6,7 Dehnung,
%		 Ein
schnürung ,
%
427 . 1000 385,4 875 59,8 57,3
427 4000 382,7 873,6 60,2 65,6
427 8000 390,3 995,6 55,4 62,5
538 1000 493 1206,6 46,1 51,5
538 4000 706,7 1246,6 .. 44,4 53,8
538 8000 746 862,6 38,1 49,1
649 1000 390,3 867,4 57,3 52,3
649 4000 388,9 877 53,9 52,5
649 8000 393 868,8 49,8 53,4
760 1000 370,3 878,4 54,9 53,5
760 4000 373 879,1 51,7 49,8
760 8000 368,9 867,4 45,9 48,3
871 1000 350,3 863,3 57,7 51 ,8
871 4000 349,6 851,5 56,4 60,6
871 8000 353,7 53,1 59,9 ·
Die Eigenschaften der Legierung 2 bei Raumtemperatur nach der Alterung (Durchschnitt von drei Prüfungen) sind nachstehend in Tabelle IV genannt.
909810/0710
Tabelle IV Festigkeitseigenschaften der gealterten Legierung 2 bei
Raumtemperatur (12,7 ram dicke Platte) (Die Werte sind Durchschnittswerte von drei Prüfungen)
Alte-
rungs-
tem-
peratur,
°C		 Alte
rungs-
zeit,
Std.		 0,2%-Dehn
grenze ,
N/mm2 		Zugfestia-
keit,
N/mm		 Dehnung,
%		 Ein
schnürung,
%
427 1000 410,3 873 63,2 65,4
427 4000 393 875,7 62,7 70,5
427 8000 413,7 888 59,0 62,5
538 1000 784 1323,2 42,1 50,5
538 4000 779,1 1341,8 39,8 50,8
538 8000 800,5 1358,3 35,2 46,6
649 1000 571 ,6 1076,3 44,6 47,4
649 4000 494,4 1010,8 48,5 50,6
649 8000 593 1106,6 42,0 47,9
760 1000 412,3 891,5 53,4 52,9
760 4000 397,1 927,4 46,7 43,1
760 8000 414,4 910,1 41,7 44,2
871 1000 373,7 862,6 61 ,6 57,0
871 · 4000 373,7 855 58,7 57,7
871 8000 384 841,2 54,9 56,7
Die Eigenschaften der Legierung 1 bei Raumtemperatur nach Alterung (Durchschnitt von drei Prüfungen) sind nachstehend in Tabelle V genannt.
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Tabelle V
2835Ö2S
Festigkeitseigenschaften der gealterten Legierung 1 bei
Raumtemperatur (9,53 mm dicke Platte) (Die Werte sind Durchschnittswerte von drei Prüfungen)
Alte-
rungs-
tem-
peratur,
°c		 Alte
rungs
zeit,
Std.		 0,2% Dehn
grenze,
N/mm2 		Zugfestig
keit,
N/mm2 		Dehnung,
%		 Ein
schnürung,
%
427 1000 366,8 831 ,5 63,6 70,1
427 4000 355,8 831 ,5 72,2 80,5
427 8000 363,4 818,4 77,5 78,8
538 1000 742,6 1246 43,4 48,2
538 4000 736,4 1265,2 46,8 50,6
538 8000 771 ,6 1239 27,6 20,9
649 1000 387,5 821 ,2 53,9 44,8
649 4000 445,4 328,8 21 ,4 19,2
649 8000 515,1 914,3 15,1 14,1
Die Werte der Dehngrenze für die aus der Legierung 3 bestehende Platte nach Alterung für 8000 Stunden sind in Fig. 1 und das Verhältnis der Dehnung nach der Alterung zur Dehnung nach dem Glühen in Fig. 2 dargestellt. Ebenso sind die Werte der Dehngrenze für die 8000 Stunden gealterte Legierung 2 in Abhängigkeit von der Alterungstemperatur in Fig. 3 und das Verhältnis der Dehnung nach Alterung zur Dehnung nach dem Glühen in Fig. 4 dargestellt. Schließlich sind die Werte der Dehngrenze für die
909810/071 0
2835ο;ή
Platte aus der Legierung 1 in Fig. 5 zusammen mit dem Verhältnis der Dehnung nach Alterung zur Dehnung nach dem Glühen in Fig. 6 dargestellt. Die Werte in den Tabellen III, IV und V und Fig. 1 bis Fig. 6 veranschaulichen die überraschende Steigerung der Dehngrenze durch Alterung im Temperaturbereich von 482° bis 59 3°C, während keine wesentliche Verschlechterung der Verformbarkeit oder Bildsamkeit eintritt.
Eine Platte aus der Legierung 2 wurde einem Korrosionstest (Streicher-Test) im geglühten und gealterten Zustand unterworfen. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI genannt.
Tabelle VI
Prüfkörper Korrosions-
geschwindigkeit
Legierung 2: im Walzwerk geglüht 128 mny
8000 Stu
gealtert
Legierung 2: 8000 Stunden bei 538°C 212
Um die Eignung dieser Maßnahme zur Steigerung der Festigkeit von Ni-Cr-Mo-Legierungen bei erhöhten Temperaturen v/eiter zu untersuchen und die Wirkung von kürzeren Alterungszeiten, die wirtschaftlicher sind als die von 8000 Stunden, zu ermitteln, wurde eine Reihe von Zugversuchen an der nur 1 Woche (168 Stunden) bei 538°C gealterten Legierung 2 durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in Tabelle VII zusammen mit den Vergleichswerten für die gleiche Legierung 2, die in dem im Walzwerk geglühten Zustand (15 Minuten bei 1O6 6°C und schnelle Kühlung mit Luft) geprüft wurde, angegeben. Die Ergebnisse zeigen, daß die durch ordnungsgemäße Alterung für nur 168 Stunden erzielte Verbesserung der Festigkeit bei erhöhter Temperatur erhalten bleibt, ein
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Zeichen, daß die Erfindung für Teile, die unter Bedingungen über Umgebungstemperatur eingesetzt werden, wirtschaftlich vorteilhaft ist. Diese Ergebnisse lassen erkennen, daß durch Alterung für etwa 50 Stunden ein wirksanier Grad der A^B-Ordnung (A-B ordering) erzielt wird.
93 gierung 2 (12,7 ran Platte) (Dehnung,%)
204 Dehngrenze, 2 Duktilität gemäß der
Tabelle VII 316 nach übli gemäß der nach üb Erfindung*
427 chem Glühen Erfindung* lichem
538 im Walzwerk** Glühen
Gegenüberstellung von Festigkeitswerten für die Le- im Walz
werk,**
Tempe- 45,8
ratur 335,1 685,4 63,0
der Zug- 45,6
festig- 368,2 684 60,1 52,0
keits- 322,7 547,5 60,3 49,4
prüfung, 283,4 515,1 61 ,O 49,8
Raum 269,6 562,6 65,8 48,4
tempera 253,7 476,5 61,8
tur
* 1 Woche (168 Stunden) bei 538°C gealtert.
15 Minuten bei 1066 C gealtert und schnell mit Luft gekühlt.
909810/0710
Leerseite

Claims (10)

  1. VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING
    PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler f 1973
    Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K.W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Seifing, Köln
    Ke/Ax-To. 5 KÖLN 1 , 9· August 1978
    DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF
    CABOT CORPORATION,
    High Street, Boston, Massachusetts (V.St.A.)
    Patentansnrüche
    Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffs mit hoher Festigkeit und guter Duktilität für die Bildung einer duktilen korrosionsbeständigen Legierung von hoher Festigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß man
    a) einen Werkstoff herstellt, der im wesentlichen aus etwa 13 bis 18 Gew.-% Chrom, etwa 13 bis 18 Gew.-% Molybdän, weniger als 0,01 Gew.-% Kohlenstoff, weniger als etwa 6 Gew.-% Eisen, weniger als etwa 2,50 Gew.-% Kobalt, weniger als etwa 4 Gew.-% Wolfram, weniger als 0,5 Gew.-% Aluminium, weniger als 1 Gew.-% Mangan, weniger als 0,5 Gew.-% Silicium, Rest Nickel mit üblichen Übergangsmetallen und Verunreinigungen in üblichen Mengen, besteht, und
    b) diesen Werkstoff anschließend bei einer Temperatur im Bereich von etwa 482° bis 593°C altert und hierdurch eine A~B-Ordnungsreaktion im Werkstoff bewirkt.
    J N ο υ r> Rufnummer
    ι '. IT Π
    9098 10/0710
    Ti-Mcn:'07 71! 7145 41 4 T^I-«: 8887307 dnpa d Tflegrnmnv Dompalenl Köln
    ORIGJNAL INSPECTED
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die folgenden Übergangsmetalle einsetzt:
    Vanadium v/eniger als 0,5%,
    Bor weniger als 0,02%,
    Phosphor v/eniger als 0,05%,
    Schwefel weniger als 0,02%,
    Zirkonium weniger als 0,02%,
    Titan weniger als 0,5%,
    Magnesium weniger als 0,25%,
    Calcium weniger als 0,025%,
    Kupfer weniger als 0,05%,
    Blei weniger als 0,005%,
    Lanthan weniger als 0,025%.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den "Werkstoff wenigstens 50 Stunden altert.
  4. 4. Legierung mit hoher Dehngrenze und guter Duktilität über einen weiten Temperaturbereich und guter Korrosionsbeständigkeit, bestehend im wesentlichen aus etv/a 13 bis 18% Molybdän,weniger als 0,01% Kohlenstoff, v/eniger als etwa 6% Eisen, v/eniger als etwa 2,50% Kobalt, weniger als etwa 4% Wolfram, v/eniger als 0,5% Aluminium, weniger als 1% Mangan, weniger als 0,5% Silicium, Rest Nickel mit üblichen Übergangsmetallen und Verunreinigungen in üblichen Mengen, wobei die Legierung zur Auslösung einer A-B-Ordnungsreaktion bei einer Temperatur im Bereich von 482° bis 593°C gealtert worden ist.
  5. 5. Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Übergangsmetalle enthält:
    Vanadium weniger als 0,5%,
    Bor weniger als 0,02%,
    Phosphor weniger als 0,05%,
    Schwefel weniger als 0,02%,
    909810/0710
    Zirkonium weniger als 0,02%,
    Titan weniger als 0,5%,
    agnesium. weniger als 0,25%,
    Calcium weniger als 0,025%,
    Kupfer weniger als 0,05%,
    Blei weniger als 0,005%,
    Lanthan weniger als 0,025%.
  6. 6. Legierung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens 50 Stunden gealtert worden ist.
  7. 7. Legierung mit hoher Dehngrenze, bestehend im wesentlichen aus etwa 13 bis 18% Molybdän, weniger als 0,01% Kohlenstoff, weniger als etwa 6% Eisen, weniger als etwa 2,50% Kobalt, weniger als etwa 4% Wolfram, weniger als 0,5% Aluminium, weniger als 1% Mangan, weniger als 0,5% Silicium, Rest Nickel mit üblichen Übergangsmetallen und Verunreinigungen in üblichen Mengen, wobei die Legierung zur Auslösung einer A-B-Ordnungsreaktion bei einer Temperatur im Bereich von 482 bis 593°C gealtert worden ist.
  8. 8. Legierung mit hoher Dehngrenze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie die folgenden Übergangsmetalle enthält:
    Vanadium weniger als 0,5%,
    Bor weniger als 0,02%,
    Phosphor weniger als 0,05%,
    Schwefel weniger als 0,02%,
    Zirkonium weniger als 0,02%,
    Titan weniger als 0,5%,
    Magnesium weniger als 0,25%,
    Calcium weniger als 0,025%,
    Kupfer weniger als 0,05%,
    Blei weniger als 0,005%,
    Lanthan weniger als 0,025%.
    9098 10/0710
  9. 9. Legierung mit hoher Dehngrenze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens 168 Stunden gealtert worden ist.
  10. 10. Legierung mit hoher Dehngrenze nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens 50 Stunden gealtert worden ist.
    909810/0710
DE19782835025 1977-08-24 1978-08-10 Duktile korrosionsbestaendige legierung von hoher festigkeit und verfahren zu ihrer herstellung Withdrawn DE2835025A1 (de)

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US05/827,330 US4129464A (en) 1977-08-24 1977-08-24 High yield strength Ni-Cr-Mo alloys and methods of producing the same

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DE2835025A1 true DE2835025A1 (de) 1979-03-08

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