DE3039473A1 - Aufkohlungs- und korrosionsgeschuetzte nickelbasislegierung - Google Patents
Aufkohlungs- und korrosionsgeschuetzte nickelbasislegierungInfo
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Description
GHT O^ Unser Zeichen
Gesellschaft für 24.525.9
Hochtemperaturreaktor-Technik mbH D-5060 Bergisch Gladbach 1
5
5
Aufkohlungs- und korrosionsgeschützte Nickelbasislegierung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nickelbasislegierung nach dem Oberbegriff des ersten Anspruches.
Nickelbasislegierungen werden vorzugsweise dort verwendet, wo hohe Festigkeitswerte bei erhöhten Temperaturen
gewährleistet sein müssen. Ein solcher Verwendungsfall ist z. B. der mit Helium betriebene Kühlkreislauf eines
Hochtemperaturkernreaktors; der Einsatz derartiger Reaktoren wird in Betracht gezogen unter anderem für die
Kohleveredelung, z. B. die Erzeugung von synthetischem Erdgas. Dies bringt es mit sich, daß in dem Kühlkreislauf
mit dem Vorhandensein kleiner Verunreinigungen durch Methan und Wasserstoff gerechnet werden muß. Es hat sich
gezeigt, daß die genannten Legierungen bei den hohen Betriebstemperaturen von 800 - 1000 0C zur Aufkohlung und
zu interkristalliner Korrosion neigen. 25
Bekannt ist die Eigenschaft des Aluminiums, in oxidierender Atmosphäre eine dichte, nach ihrer Ausbildung weitere
Oxidation hemmende Oxidationschicht auszubilden. Ein einfaches Zulegieren von Aluminium zu Nickelbasislegierungen
reicht jedoch nicht aus, um an der Oberfläche von aus derartigen Legierungen hergestellten Werkstücken zur
Ausbildung einer schützenden Oxidschicht zu führen. Vielmehr bildet sich das Aluminiumoxid in Form unregelmäßiger
Partikel unterhalb der Oberfläche, wo es nicht nur keine Schutzwirkung entfaltet, sondern sogar die Korrosion
begünstigt.
We/17.10.80
-?- 24.525.9
Dieses Verhalten ist darauf zurückzuführen, daß der Sauerstoff schneller in die Legierung eindiffundiert,
als das Aluminium an die Oberfläche. Bei Versuchen mit einer vorzugsweise für die Herstellung von Gasturbinenschaufeln
verwendeten, bekannten Legierung der folgenden Zusammensetzung: (hier und im folgenden alle Angaben in
Gewichts-%)
Si Mn Cr Nl Fe Mo Co Tl Al W 0,1
<0,l 9,24 Rest 0,2 3,0 14,4 4,63 5,48 0,1
hat sich gezeigt, daß bei Zulegierung von Titan in einem bestimmten Verhältnis zum Aluminium die Bildung einer
durchgehenden Oxidschicht auf dem Werkstück begünstigt und dadurch die Korrosionsfestigkeit erhöht wird.
Ausgehend von dieser Erkenntnis besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Legierungszusammensetzung,
die in einer Umgebung mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck zur Bildung einer durchgehenden, dichten Oxidhaut
fähig ist und dadurch der Aufkohlung und der Korrosion widersteht. Die Legierung soll darüber hinaus (im Gegensatz
zu der zuletzt erwähnten) mechanische Eigenschaften aufweisen, die es gestatten, aus ihr Bauteile, z. B.
Rohre für Wärmetauscher in Kernreaktoranlagen der beschriebenen Art herzustellen. Die schutzschichtbildenden Eigenschaften der Legierung sollen im gesamten Temperaturbereich
ihres Einsatzes, d. h. von Raumtemperatur bis zu etwa 1000 0C erhalten bleiben. Die Lösung
dieser Aufgabe besteht aus einer Legierung, die den im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruches aufgestellten
Merkmalen genügt. Die Merkmale von speziellen Ausgestaltungen dieses allgemeinen Erfindungsgedanken werden in
Anspruch 2 genannt.
We/17.10.80
tvs217011
tvs217011
-y- 24.525.9
Durch das Zulegieren von Titan im angegebenen Verhältnis
zu Aluminium wird erreicht, daß die interstitielle Diffusion des Sauerstoffs in das Werkstück verhindert
wird (vermutlich durch Bildung von Titan-Sauerstoff-Verbindungen
nahe der Werkstückoberfläche), so daß die Diffusion von Aluminium an die Oberfläche zur Bildung
einer stabilen Aluminiumoxidschicht auf der Werkstückoberfläche führt. Um diese Oxidbildung nicht zu behindern/
wird der Gehalt an anderen sauerstoffäffinen
Elementen in der Legierung möglichst gering gehalten, insbesondere soll der angegebene Gehalt an Chrom nicht
überschritten werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß Legierungen, die Chromoxid bei mittleren Temperaturen
bis 800 0C bilden können, dies in den vorgesehenen
Anwendungsfällen bei Temperaturen um 1000 0C nicht mehr
tun. Ein völliger Verzicht auf die Zugabe von Chrom empfiehlt sich dennoch nicht, da dann der Schutz gegen
Korrosion während der Verarbeitung und Wärmebehandlung der Werkstücke geringer ist. Die übrigen genannten
Legierungsbestandteile dienen bekannterweise dazu, eine ausreichende mechanische Festigkeit bei guter Verformbarkeit
zu gewährleisten.
Zu Versuchszwecken wurde eine den Erfindungsmerkmalen genügende Legierung folgender Zusammensetzung hergestellt:
C Si Mn Cr Ni Pe Mo Co Ti Al W S Cu
0,058 0/06(0,01 4,9 60,5 14,9<0,05 7,8 1,12 0,34 10,3 0,006<0,01
30
Probestücke aus dieser Legierung wurden bei Temperaturen von 850, 900 und 950 0C über Zeiträume von je bis zu
2000 Stunden einer Heliumatmosphäre von 1,8 bar ausgesetzt.
We/17.10.80
tvs217011
tvs217011
' ]■': - 2039473
5
-Jt- 24.525.9
Diese Atmosphäre enthielt folgende Verunreinigungen:
500^bar H3, 50/t-bar CH4, 40 ^bar CO u. !,S^bar H3O.
Gleichzeitig wurden Vergleichsstücke aus einer handelsüblichen Legierung mit der Zusammensetzung
C Si Mn Cr Nl Fe Mo Cp Tl Al S
0,07 0,08 0,02 22,3 54,3 0,15 9,09 12,5 0,35 1,06 0,007
0,07 0,08 0,02 22,3 54,3 0,15 9,09 12,5 0,35 1,06 0,007
diesen Bedingugen ausgesetzt. Wie die anschließende metallographische
Untersuchung zeigte, hatte sich auf den Stücken aus der erfindungsgemäßen Legierung eine dünne,
durchgehende und gleichmäßige Oxidschicht von etwa 1 /m gebildet, die eine tiefergreifende Korrosion des Materials
wirkungsvoll verhinderte. Die Vergleichsstücke
zeigten demgegenüber bis zu 50/un tief reichende, unregelmäßige Oxidpartikel. Ein Korrosionsschutz ist dadurch nicht gegeben. Ähnliches gilt für den Schutz gegen Aufkohlung. Nach 1855 Stunden bei 900 0C zeigte die erfindungsgemäße Legierung eine Kohlenstoffaufnahme zwischen 0,003 und 0,006 Gewichtsprozent, die Vergleichslegierung eine solche von 0,042 Gewichtsprozent.
zeigten demgegenüber bis zu 50/un tief reichende, unregelmäßige Oxidpartikel. Ein Korrosionsschutz ist dadurch nicht gegeben. Ähnliches gilt für den Schutz gegen Aufkohlung. Nach 1855 Stunden bei 900 0C zeigte die erfindungsgemäße Legierung eine Kohlenstoffaufnahme zwischen 0,003 und 0,006 Gewichtsprozent, die Vergleichslegierung eine solche von 0,042 Gewichtsprozent.
Vergleichende Messungen an unbenutzten Probestücken und an solchen, die den oben geschilderten Bedingungen ausgesetzt
wurden, zeigen, daß die Festigkeitseigenschaften der erfindungsgemäßen Legierung durch den Einsatz nicht
wesentlich verändert werden. Mit Probestücken von 44 mm Länge und einem mittleren Durchmesser von 4,7 mm wurden
im unbenutzten Zustand folgende Werte erzielt (die Werte für ein weiteres Probestück, das 870 Stunden einer Temperatur
von 900 0C ausgesetzt wurde):
We/17.10.80
tvs217011
tvs217011
-%- 24.525.9
0,2 % Dehnung bei 236 MPa (239 MPa), Bruchdehnung von
57,3 % (56,4 %) bei 615 MPa (619 MPa).
Die oben herausgestellte Widerstandsfähigkeit der Probestücke
wurde erzielt, ohne daß diese einer besonderen Oberflächenbehandlung unterzogen worden wären. Es genügte
vielmehr, eine gewöhnlich blanke, z. B. geschliffene oder gebeizte Oberfläche.
We/17.10.80
tvs217011
tvs217011
Claims (2)
1. Hochwarmfeste Nickelbasislegierung für die Verwendung
in einer Umgebung mit niedrigem Sauerstoffpartialdruck mit Aluminiumbestandteilen, die an der Oberfläche
von aus derartigen Legierungen hergestellten Werkstücken zur Bildung einer korrosionshemmenden
Schutzschicht aus Aluminiumoxid führen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
10
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a) die Legierung enthält einen weiteren Bestandteil, der den aus der Umgebung in das Werkstück eindiffundierenden
Sauerstoff an die oberflächennahen Schichten des Werkstückes bindet.
b) Andere sauerstoffaffine Legierungsbestandteile sind, soweit es die Festigkeitseigenschaften der Legierung
erlauben, durch nicht sauerstoffäffine Bestandteile
ersetzt bzw. ist ihr Gehalt so gering wie möglich.
2. Legierung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch folgende Merkmale (alle Angaben in Gewichts-%):
a) Einen Aluminiumgehalt von 0,3 bis 0,8 % und einen Titangehalt von 0,3 bis 1,5 %, wobei das Verhältnis
von Titan zu Aluminium größer als 1 ist.
b) Einen Chromgehalt von 3 bis 10 % und Zusätze von Eisen, Kobalt, Molybdän und/oder Wolfram.
c) Einen Mangangehalt unter 0,1 % und einen Siliziumgehalt
unter 0,1 %.
We/17.10.80
tvs217011
tvs217011
INSPECTED
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
DE19803039473 DE3039473A1 (de) | 1980-10-18 | 1980-10-18 | Aufkohlungs- und korrosionsgeschuetzte nickelbasislegierung |
EP81108147A EP0050282B1 (de) | 1980-10-18 | 1981-10-09 | Aufkohlungs- und korrosionsgeschützte Nickelbasislegierung |
DE8181108147T DE3168928D1 (en) | 1980-10-18 | 1981-10-09 | Nickel-based alloy with protection against carbonization and corrosion |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3039473A1 true DE3039473A1 (de) | 1982-06-09 |
Family
ID=6114736
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19803039473 Withdrawn DE3039473A1 (de) | 1980-10-18 | 1980-10-18 | Aufkohlungs- und korrosionsgeschuetzte nickelbasislegierung |
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Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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US3591372A (en) * | 1968-08-12 | 1971-07-06 | Martin Metals Co | Alloy stabilization |
ZA74490B (en) * | 1973-02-06 | 1974-11-27 | Cabot Corp | Nickel-base alloys |
US4236943A (en) * | 1978-06-22 | 1980-12-02 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Precipitation hardenable iron-nickel-chromium alloy having good swelling resistance and low neutron absorbence |
-
1980
- 1980-10-18 DE DE19803039473 patent/DE3039473A1/de not_active Withdrawn
-
1981
- 1981-10-09 DE DE8181108147T patent/DE3168928D1/de not_active Expired
- 1981-10-09 EP EP81108147A patent/EP0050282B1/de not_active Expired
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Publication number | Publication date |
---|---|
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EP0050282A1 (de) | 1982-04-28 |
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