DE2904161A1 - Gegen rissbildung unter dem einfluss von wasserstoff und spannungsrissbildung unter dem einfluss von sulfiden und chloriden bestaendige legierung und ihre verwendung - Google Patents
Gegen rissbildung unter dem einfluss von wasserstoff und spannungsrissbildung unter dem einfluss von sulfiden und chloriden bestaendige legierung und ihre verwendungInfo
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Description
Gegen Rißbildung unter dem Einfluß von Wasserstoff und Spannungsrißbildung unter dem Einfluß von Sulfiden und
Chloriden beständige Legierung und ihre Verwendung
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Nickellegierung, die gegen Rißbildung unter dem Einfluß von Wasserstoff
bei Raumtemperatur und Spannungsrißbildung unter dem Einfluß von Sulfiden und Chloriden bei Temperaturen von
etwa 2OO C beständig ist.
Die US-PS 2 703 277 beschreibt eine Superlegierung, die
in der Technik als HASTELLOY^-Legierung X (Warenzeichen
der Anmelderin), deren Zusammensetzung in Tabelle I genannt ist, allgemein bekannt ist. Die nachstehend
als "Legierung X" bezeichnete Legierung ist seit mehr als 20 Jahren wahrscheinlich die am besten bekannte und am
meisten verwendete Superlegierung. Die Legierung X ist der Gegenstand von mehr als hundert privaten und technischen
Spezifikationen einschließlich der folgenden hauptsächlichen Spezifikationen:
ASTM B435-71
ASME SB 435
ASTM B622-77
AWS A5.14-76
(ERNiCrMo-2)
SAE AMS 5536G
SAE AMS 5754F
Feinblech und Grobblech Feinblech und Grobblech nahtlose Rohre Schweißstäbe und Elektroden
Feinblech, Grobblech und Band Stäbe, Schmiedestücke und Ringe
Alle .diese Spezifikationen beschreiben mit Ausnahme von
geringfügigen Abweichungen eine Legierung, die insbeson—
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dere für die Verwendung unter oxidierenden Bedingungen bei
hohen Temperaturen bis zu 12OO°C vorgesehen ist, wobei die folgende Zusammensetzung (in Gew.-%) als typisch genannt
ist: Etwa 22% Chrom, etwa 18% Eisen, etwa 9%
Molybdän, weniger als 2,5% Kobalt, weniger als je 1% Wolfram, Mangan und Silicium, etwa 0,1% Kohlenstoff,
Rest Nickel.
Die Legierung X wurde für die mögliche Verwendung in Werkstücken bei Operationen an Bohrungen von sauren Gasen erprobt.
Das Versagen in der Umgebung von Bohrlöchern von saurem Gas hatte die Suche nach neuen oder verbesserten
korrosionsbeständigen Legierungen zur Folge. Die Förderung von "saurem Gas" erfolgt im allgemeinen unter extrem
strengen Bedingungen, nämlich in Schwefelwasserstoffreicher und chloridreicher Atmosphäre bei Temperaturen bis etwa
200° bis 25O°C.
Um die bei "saurem Gas" auftretenden Korrosionsprobleme
zu lösen, waren zahlreiche Versuche mit vielen korrosionsbeständigen Legierungen erforderlich. Eine vollkommene
Lösung wurde bisher nicht erreicht, weil einige Legierungen, die gegen Rißbildung unter dem Einfluß von Wasserstoff beständig
sind, dem Angriff von Sulfiden und Chloriden nicht widerstehen und andererseits einige Legierungen, die
gegen den Angriff von Sulfiden und Chloriden beständig sind,
gegen Rißbildung unter dem Einfluß von Wasserstoff nicht beständig sind. Aus diesem Grunde wurden alle korrosionsbeständigen
Legierungen und auch einige warmfeste Legierun- ,
gen (einschließlich der Legierung X) auf die mögliche Verwendung bei Operationen an Bohrungen von saurem Gas er-
■ 30 probt. Aus verschiedenen Gründen erwies sich keine dieser
ι Legierungen als völlig befriedigend.
Gegenstand der Erfindung ist eine neue korrosionsbeständige Legierung, die gegen Rißbildung unter dem Einfluß von
Wasserstoff sowie gegen den Angriff durch Sulfide und
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Chloride beständig ist, und die sich für die Herstellung von Werkstücken und Bauteilen, die in Bohrungen von sauren
Gasen und bei der Förderung von sauren Gasen verwendet werden, eignet.
Die Legierung gemäß der Erfindung hat die in Tabelle I genannte Zusammensetzung. In dieser Tabelle sind außerdem
die Zusammensetzungen der Legierung X und der Legierung X1,
die in Versuchsprogrammen verwendet wurden, genannt.
Wie bereits erwähnt, würde die handelsübliche Legierung X
erprobt, wobei sie sich als unbefriedigend erwies. Als Teil des Versuchsprogramms wurde eine neue Legierung (in
Tabelle I als "Legierung 8700" bezeichnet) entwickelt und erprobt. Die Legierung 8700 hat eine gewisse Ähnlichkeit
mit der Legierung X. Es hat sich gezeigt, daß die Einstellung
des Kohlenstoffgehalts in der Legierung gemäß der Erfindung entscheidend wichtig ist.
Die Warmfestigkeitseigenschaften der Legierung X werden im allgemeinen der Bildung von Carbiden in der Legierung zugeschrieben.
Kohlenstoff ist somit ein wesentliches Element in der Legierung X und in Konzentrationen von mehr als
0,05% erforderlich. Ein Kohlenstoffgehalt von nicht weniger als etwa 0,10% stellt weiterhin das anzustrebende Ziel
dar. Für die für Gußzwecke vorgesehene Legierung werden im allgemeinen höhere Kohlenstoffgehalte bis etwa 0,2% be-
25 vorzugt.
Der Kohlenstoffgehalt in der Legierung gemäß der Erfindung
darf 0,03% nicht übersteigen und kann vorzugsweise unter etwa 0,02% liegen.
Proben der Legierung X1 wurden auf Beständigkeit gegen Riß-j
bildung unter dem Einfluß von Wasserstoff in NACE-Lösung ι
(5% NaQl + 0,5% CH3COOH + H3S) bei Raumtemperatur geprüft, j
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Die Proben wurden nach 60% Kaltverformung sowie nach 60% Kaltverformung plus Wärmebehandlungen bei 75% und 1OO%
Verstreckung geprüft. Jeder Test wurde für eine Zeit von
1000 Stunden durchgeführt, wobei kein Versagen eintrat. Die Prüfergebnisse sind in Tabelle II genannt.
Proben der Legierung X1 wurden nach 60% Kaltverformung plus
200 Stunden bei 2000C bei einem Beanspruchungsgrad von 100% Verstreckung geprüft. Eine Probe wurde im Autoklaven
in der NACE-Lösung bei 2000C geprüft, um die Beständigkeit
gegen Spannungsrißbildung unter dem Einfluß von Sulfid zu ermitteln. Die Probe zeigte Rißbildung und gleichzeitig
Korrosionsangriff.
Eine weitere Probe wurde in 45%iger MgCl -Lösung bei 159°C geprüft, um die Beständigkeit gegen Spannungsrißbildung
unter dem Einfluß von Chlorid zu untersuchen. Diese Probe zeigte ebenfalls Rißbildung. Die Prüfergebnisse sind
in Tabelle III genannt.
Proben der Legierung X1 und der Legierung 8700, deren Zusammensetzungen
in Tabelle I genannt sind, wurden unter gleichen Bedingungen geprüft, um einen Vergleich zu ermöglichen.
Proben beider Legierungen .wurden nach 60% Kaltverformung plus 200°C bei einer Beanspruchung, die ungefähr
der Streckgrenze entsprach, geprüft. Die Prüfungen wurden ! zur Bestimmung der Beständigkeit gegen Rißbildung unter :
dem Einfluß von Wasserstoff im wesentlichen auf die in '■■
Beispiel 1 beschriebene Weise (Tabelle II) und gegen Span- j nungsrißbildung gegen Sulfid und Chlorid im wesentlichen
' 30 auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise (Tabelle III) ge- ! prüft. Die Ergebnisse der Prüfungen sind in Tabelle IV ge-
! nannt.
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Die Prüfdaten in Tabelle IV für Beispiel 3 zeigen eindeutig die Überlegenheit der Legierung 8700 gegenüber der bekannten
Legierung X1. Der entscheidendste Unterschied zwischen der Legierung 8700 und der Legierung X1 liegt
im Kohlenstoffgehalt. Die Untersuchungen zeigen, daß die Legierung 8700 mit 0,018% Kohlenstoff keine Rißbildung
oder Korrosion zeigte, während die Legierung X1 mit etwa
0,10% Kohlenstoff nicht nur Rißbildung zeigte, sondern auch dem Korrosionsangriff durch Sulfid unterlag. Ferner
beeinträchtigte eine Senkung des Kohlenstoffgehalts nicht
die Beständigkeit der Legierung gegen Rißbildung unter dem Einfluß von Wasserstoff bei Raumtemperatur.
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or
cn»
ti*
cn»
ti*
Kobalt
Chrom
!Molybdän
Wolfram
ί
!Eisen
!Eisen
Silicium
Mangan
Phosphor
Schwefel
Kohlenstoff
Nickel
Tabelle I
Legierungszusammensetzungen in Gew.-%
Legierung X1
Bereich
0,5 bis. 2,5 1,26
20,50 bis 23,00 21,36
8,0 bis 10,0 8,94
bis 1,0 0,56
17,0 bis 20,0 18,91
1,0 maximal 0,33
1,0 maximal 0,53
0,040 maximal 0,021
0,030 maximal 0,022
0,05 bis 0,15 0,11
Rest Rest
breiter
Bereich
Bereich
bis 5,0
bis 23
bis 10
bis 23
bis 10
bis 3,0
bis 22
bis 22
maximal
maximal
maximal
0,040 maximal
0,030 maximal
0,030 maximal
Rest
bevorzugter
Bereich
Bereich
0,5 bis 5,0
bis 23
bis 10
0,2 bis 3,0
bis 22
maximal
maximal
0,040 maximal
0,030 maximal
0,030 maximal
Rest
bis 23
bis 10
0,2 bis 3,0
bis 22
maximal
maximal
0,040 maximal
0,030 maximal
0,030 maximal
Rest
Legierung 8700
1,74 ,84 8,74 0,61 19,63 0,32 0,62 0,015
0,004 0,018 Rest '
typische Legierung
etwa etwa etwa etwa etwa 20,0 1 maximal ' 1,0 maximal ι
0,03 maximal 0,02 maximal 0,02 maximal Rest
Untersuchung der Rißbildung bei Wasserstoff-Einwirkung Legierung X1 (0,1% C)
NACE-Lösung (5% NaCl + 0,5% CH3COOH + H3S)
untersucht bei Raumtemperatur
Beanspruchungsgrad 75% Verstreckung 100% Verstreckung
1) 60% kaltverformt k.M.. k.M.
2) 60% kaltverformt
+ 200 Std./200°C k.M. k.M.
3) 60% kaltverformt
+ 100 Std./500°C k.M. k.M.
k.M.: keine Mangel in mehr als 1000 Std.
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Untersuchung der Spannungsrißbildung bei Sulfid- und
Chlorid-Einwirkung Legierung X1 (0,1% C)
60% kaltverformt + 200 Std./200°C
Beanspruchungsgrad
>1OO%
Verstreckung
Sulfideinwirkung
NACE, 200°C Autoklav - 300 Std.
Spannungsrisse
und
Korrosionsangriff Chlorideinwirkung 45% MgCl2, 159°C
300 Std.
Spannungsrisse
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to | Legierung X' | 60% kaltverformt + 200 Std./200°C | Raumtemperatur | Sulfideinwirkung | Chlorideinwirkuncr | |
W O |
(0,1% C) | Beanspruchungsgrad >. Verstreckung | 1000 Std. | NACE, 200°C (Autoklav) | 45% MgCl2, 1590C | |
<£t\ | Wasserstoffeinwirkung | 300 Std. | 300 Std. | |||
00! | NACE, | Mängel | ||||
ω | Spannungsrisse | Spannungsrisse | ||||
crt | und | |||||
**««; Oi |
Legierung 8700 | keine | Korrosionsangriff | |||
Ui! | (0,018% C) | |||||
O | m cn |
|||||
31 | Mangel | |||||
0 | keine Mangel | keine Mangel | ||||
■ζ. | ||||||
ι— | keine | |||||
Z | ||||||
CO ~o |
||||||
;ted | ||||||
Claims (5)
1. Gegen Rißbildung unter dem Einfluß von Wasserstoff und
Spannungsrißbxldung unter dem Einfluß von Sulfiden und Chloriden beständige Legierung, bestehend im wesentlichen
bis zu 5 Gew.-% Kobalt, 17 bis 23 Gew.-% Chrom, 8 bis 10 Gew.-% Molybdän, bis zu 3 Gew.-% Wolfram,
15 bis 22 Gew.-% Eisen, nicht mehr als 1 Gew.-% Silicium, nicht mehr als 1 Gew.-% Mangan, maximal 0,040 Gew.-%
Phosphor, maximal 0,030 Gew.-% Schwefel, maximal 0,030 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Nickel und übliche Verunreinigungen
.
2. Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kohlenstoffgehalt
von nicht mehr als etwa 0,020 Gew.-%.
3. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
0,5 bis 5,0 Gew.-% Kobalt, 0,2 bis 3,0 Gew.-% Wolfram und 17 bis 22 Gew.-% Eisen.
909835/0588
.p??ll Π 10.11 T»lex: 8882307 rle.pa d · Telegramm- Dompatenl Köln
4. Legierung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß sie bis zu einer Verminderung von 70% kaltverformt ist.
5. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 bis 4 zur Herstellung
von metallischen Teilen, die im Entstehungsbereich saurer Gase eingesetzt werden.
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Legal Events
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8130 | Withdrawal |