DE698801C - Manufacture of objects that have to have increased durability at temperatures over 500íÒ - Google Patents

Description

Herstellung von Gegenständen, die bei Temperaturen über 500° erhöhte Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen Zur Herstellung von Gegenständen, die bei Temperaturen über 5oo° hohe Festigkeit aufweisen. sollen, werden in bevorzugtem Maße an sich bekannte austenitische Chrom-Nickel-Stähle und Chrom-Kobalt-Stähle mit oder ohne Zusatz weiterer Legierungsbestandteile, wie Molybdän, Wolfram o.dgl., verwendet. Auch andere austenitische Stähle von der Art der Nickelstähle, Manganstähle, Chrom-Mangan-Stähle u. dgl. zeigen bei Temperaturen über 500° eine verhältnismäßig hohe Dauerstands- -festigkeit auf Grund ihres austenitischen Gefüges und finden für die genannten Zwecke Anwendung. Des weiteren war bekannt, daß Zusätze von Carbidbildnern insbesondere des Tantals und Niobs zu austenitischen Stählen die Gefahr der interkristallinen Korrosion beseitigen. Somit sind austenitische Stähle, die aus dem genannten Grunde mit Tantal-und Niobzusätzen versehen waren, bekannt. Mechanische Wirkungen des Tantal- und Niobzusatzes, insbesondere die einer Erhöhung der Dauerstandsfestigkeit, waren nicht bekannt, wie überhaupt die Wirkung dieser Zusatzelemente auf die mechanischen Eigenschaften austenitischer Stähle wenig oder gar nicht bekannt war.Manufacture of items that increased at temperatures above 500 ° Must have long-term resistance For the manufacture of objects that are used in Have high strength at temperatures above 5oo °. should be in preferred Austenitic chromium-nickel steels and chromium-cobalt steels known per se with or without the addition of other alloy components, such as molybdenum, tungsten or the like., used. Other austenitic steels such as nickel steels, manganese steels, Chromium-manganese steels and the like show a relative effect at temperatures above 500 ° high endurance strength due to their austenitic structure and find application for the stated purposes. It was also known that additions of carbide formers In particular of the tantalum and niobium to austenitic steels the danger of the intergranular Eliminate corrosion. Thus, austenitic steels are made for the reason mentioned with tantalum and niobium additives were known. Mechanical effects of tantalum and niobium additions, in particular those increasing the fatigue strength not known how the effect of these additional elements on the mechanical Properties of austenitic steels was little or not known at all.

Es hat sich nun gezeigt, daß die den einzelnen austenitischen Stahllegierungen eigene Dauerstandsfestigkeit erhöht wird durch einen Gehalt von etwa o,2 blis etwa 3% Tantal oder etwa o,2 bis etwa 3 %, Niob. Falls ein gleichzeitiger Zusatz von Tantal und Niob vorgesehen wird, soll die Summe beider Bestandteile zweckmäßig nicht über 3 %o liegen. Infolge eines Gehaltes an Tantäl und/oder Niob wird die Dauerstandsfestigkeit gegenüber einer tantal- bzw. niobfreien Legierung sonst gleicher Zusammensetzung bis etwa auf das Doppelte gesteigert. So werden beispielsweise bei Chrom-Nickel-Stählen gemäß der Erfindung bei 700° Dauerstandsfestigkeiten von II bis I2 kg/mm² erzielt, wobei die Dauerstandsfestigkeitswerte nach den Richtlinien des D. V. M.-Prüfverfahrens A 117/118 ermittelt wurden.It has now been shown that the individual austenitic steel alloys own durability is increased by a content of about o, 2 blis about 3% tantalum or about 0.2 to about 3% niobium. If a simultaneous addition of Tantalum and niobium are provided, the sum of the two components should not expediently above 3% o. As a result of a content of tantalum and / or niobium, the fatigue strength is increased compared to a tantalum or niobium-free alloy otherwise of the same composition increased to about double. For example, with chrome-nickel steels according to the invention achieved fatigue strengths of II to I2 kg / mm² at 700 °, The fatigue strength values are based on the guidelines of the D.V.M. test method A 117/118 were determined.

Der.durch tantal- bzw. niobhaltige austenitische Stähle bezüglich der Dauerstandsfestigkeit zu erzielende technische Fortschritt ergibt sich auch aus den umstehend aufgeführten Vergleichsversuchen.Due to austenitic steels containing tantalum or niobium The technical progress to be achieved in terms of durability also results from the comparison tests listed below.

Die Versuche sind an Stählen durchgeführt worden, die einen überwiegenden Niobgehalt aufweisen. Bei der chemischen Untersuchung der Stähle wurden Tantal und Niob als Summe bestimmt. Auf Grund der Zusammensetzung des als Einsatzwerkstoff verwendeten Ferrotantals besteht die Summe Niob/Tantal stets ziemlich genau zu So '/o aus Niob und zu 2o0/0 aus Tantal. Die gleiche Wirkung tritt ein, wenn mit einem überwiegenden Tantalgehalt gearbeitet wird oder bei Stählen, die nur Niob oder nur Tantal bzw. nur als Verunreinigung anzusprechende Spuren des anderen Metalls enthalten.The tests have been carried out on steels that predominate Have niobium content. During the chemical investigation of the steels, tantalum and Niobium determined as the sum. Due to the composition of the used material The ferrous tantalum used, the sum of niobium / tantalum is always almost exactly as follows '/ o from niobium and 2o0 / 0 from tantalum. The same effect occurs when using a predominant tantalum content is worked or for steels that only niobium or only tantalum or only traces of the other to be addressed as an impurity Metal included.

Demgemäß wird vorgeschlagen, austenitische Stahllegierungen (beispielsweise NikkelstahlManganstahl, Chrom-Nickel-Stahl, Chrom-Mangan-Stahl, Chrom-Kobalt-Stahl o. dgl.) mit einem Gehalt an Tantal und Niob ei nzeln oder gemeinsam in Höhe von etwa o,2 bis etwa 3 % zur Herstellung von Gegenständen zu verwenden, die bei Temperaturen über 50o° erhöhte Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen.Accordingly, it is proposed to use austenitic steel alloys (for example Nickel steel, manganese steel, chromium-nickel steel, chromium-manganese steel, chromium-cobalt steel or the like) with a content of tantalum and niobium individually or together in the amount of about o, 2 to about 3% to be used for the manufacture of objects that are at temperatures must have increased durability over 50o °.

Durch die Erfindung wird beispielsweise für austenitische Chrom-Nickelstähle die Möglichkeit der Verwendung in Abgasturbinen erschlossen, und zwar eignen sich diese Tantal und/oder Niob enthaltenden Legierungen insbesondere zur Herstellung der hochbeanspruchten Abgasturbinenschaufeln. Abgasturbinenschaufeln werden bekanntlich außer auf Wechselfestigkeit infolge der auftretenden Fliehkräfte in erheblichem Maße auf Dauerständsfestigkeit beansprucht. Im übrigen ist bei erhöhten Temperaturen, wie an sich bekannt, mit einer erhöhten Wechselfestigkeit zu rechnen, wenn der Werkstoff an sich eine hohe Dauerstandsfestigkeit aufweist. Da außerdem die Bestimmung der Wechselfestigkeit bei erhöhten Temperaturen verhältnismäßig schwierig ist, begnügt man sich damit auch für solche Fälle, in denen es vornehmlich auf Wechselfestigkeit ankommt, die Dauerstandsfestigkeit zu ermitteln und für die Beurteilung der Eignung zu verwenden. Dauerstands- Stahl Warm- C Mn Si Cr Ni M0 W Ta+Nb festigkeit Behandlung in kg/mm bei 500° 600'700' Austenitischer ... a io5o°/L 0,48 I,I7 0,43 - 25,23 - - - - 0,5 - Nickelstahl ..... b Io5o°/L 0,53 I,54 o,36 - 24,87 - - I,30 -- 2,0 - Austenitischer... a io5o°/L 0,I5 I6,75 o,37 II,62 - - - - 7,5 - Mn-Cr-Stahl .... b Io5o°/L 0,4 I6,59 0,46 ii,6o - - - I,oo - I7,0 - Austenitischer ... a 2h 750°/L 0,35 o,85 2,9I I9,40 9,04 - 0,95 - 20,o i2,o 6,o Cr-Ni-W-Stahl... b 2h 750°/L o,26 I,I8 3,00 I9;3o I0,23 - 1,i2 0,79 33,0 I6,o 8,o Austenitischer... a io5o°/L o,iI 0,48 0,4I I8,25 8,r2 - - -- I2,3 z2,0 8,3 Cr-Ni-Stahl ..... b I030°/L O,IO 0,38 0,3I I8,37 8,35 - - I,02 I5,5 I5,0 II,5 c 105oo/L o 1i o,87 or6o i8;05 8,82 - - 0,84T - - 8,5 The invention opens up the possibility of using austenitic chromium-nickel steels in exhaust gas turbines, for example, and these alloys containing tantalum and / or niobium are particularly suitable for producing the highly stressed exhaust gas turbine blades. As is well known, exhaust gas turbine blades are stressed to a considerable extent for fatigue strength in addition to fatigue strength as a result of the centrifugal forces that occur. In addition, at elevated temperatures, as is known per se, an increased fatigue strength can be expected if the material itself has a high fatigue strength. In addition, since the determination of the fatigue strength at elevated temperatures is relatively difficult, it is sufficient to determine the fatigue strength and use it for the assessment of the suitability even for those cases in which the fatigue strength is primarily important. Permanent Steel hot C Mn Si Cr Ni M0 W Ta + Nb strength Treatment in kg / mm at 500 ° 600'700 ' Austenitic ... a io5o ° / L 0.48 I, I7 0.43 - 25.23 - - - - 0.5 - Nickel steel ..... b Io5o ° / L 0.53 I, 54 o, 36 - 24.87 - - I, 30 - 2.0 - Austenitic ... a io5o ° / L 0, I5 I6.75 o, 37 II, 62 - - - - 7.5 - Mn-Cr steel .... b Io5o ° / L 0.4 I6.59 0.46 ii, 6o - - - I, oo - I7.0 - Austenitic ... a 2h 750 ° / L 0.35 o, 85 2.9I I 9.40 9.04 - 0.95 - 20, o i2, o 6, o Cr-Ni-W steel ... b 2h 750 ° / L o, 26 I, I8 3.00 I9; 3o I0.23 - 1, i2 0.79 33.0 I6, o 8, o Austenitic ... a io5o ° / L o, iI 0.48 0.4I I8.25 8, r2 - - - I2.3 z2.0 8.3 Cr-Ni steel ..... b I030 ° / LO, IO 0.38 0.3I I8.37 8.35 - - I, 02 I5.5 I5.0 II, 5 c 105oo / L o 1i o.87 or6o i8; 05 8.82 - - 0.84T - - 8.5

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Die Verwendung austenitischer- Stahl-Legierungen (beispielsweise Nickelstahl, Manganstahl, Chrpm-Nickel-Stahl, Chrom-Mangan-Stahl, Chrom-Kobalt-Stahl o.dgl.) mit einem Gehalt von Tantal und Niob einzeln oder gemeinsam in Höhe von etwa o,2 bis etwa 3 °/a zur Herstellung von Gegenständen, die bei Temperaturen über 50o° erhöhte Dauerstandsfestigkeit aufweisen müssen:PATENT CLAIM: The use of austenitic steel alloys (for example Nickel steel, manganese steel, chromium-nickel steel, chromium-manganese steel, chromium-cobalt steel or the like) with a content of tantalum and niobium individually or together in the amount of about 0.2 to about 3 ° / a for the production of objects that are at temperatures above 50o ° must have increased durability: