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 verwendung

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DE2904161A1 DE19792904161 DE2904161A DE2904161A1 DE 2904161 A1 DE2904161 A1 DE 2904161A1 DE 19792904161 DE19792904161 DE 19792904161 DE 2904161 A DE2904161 A DE 2904161A DE 2904161 A1 DE2904161 A1 DE 2904161A1
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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.
Beispiel 1
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.
Beispiel 2
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.
Beispiel 3
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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Legierung X
or
cn»
ti*
Kobalt
Chrom
!Molybdän
Wolfram
ί
!Eisen
Silicium
Mangan
Phosphor
Schwefel
Kohlenstoff
Nickel
Tabelle I Legierungszusammensetzungen in Gew.-%
Legierung gemäß der Erfindung
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
bis 5,0
bis 23
bis 10
bis 3,0
bis 22
maximal
maximal
0,040 maximal
0,030 maximal
0,030 maximal
Rest
bevorzugter
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
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
Tabelle II
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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Tabelle III
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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Tabelle IV
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)

Patentansprüche
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.
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.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.
9 0 9 B 3 F / Π R R 8
DE19792904161 1978-02-21 1979-02-03 Gegen rissbildung unter dem einfluss von wasserstoff und spannungsrissbildung unter dem einfluss von sulfiden und chloriden bestaendige legierung und ihre verwendung Withdrawn DE2904161A1 (de)

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