DE945150C

DE945150C - Stahllegierung fuer dauerstandfeste Gegenstaende mit guter Kerbzaehigkeit

Info

Publication number: DE945150C
Application number: DED1363D
Authority: DE
Inventors: Dr Ewald Baerlecken; Dr-Ing Hermann-Josef Schiffler
Original assignee: Phoenix Rheinrohr AG
Current assignee: Phoenix Rheinrohr AG
Priority date: 1941-10-03
Filing date: 1941-10-03
Publication date: 1956-07-05

Description

Stahllegierung für dauerstandfeste Gegenstände mit guter Kerbzähigkeit Zur Herstellung von Gegenständen, die einer hohen mechanischen Beanspruchung bei gleichzeitiger Temperaturbeanspruchung ausgesetzt sind, sind Werkstoffe mit hoher Dauerstandfestigkeit erforderlich. Besonders im Hochdruckdampfkesselbau, wo mit Dampftemperaturen oberhalb q.5o° C und sehr hohen Dampfdrücken gearbeitet wird, sind die Bauteile großen mechanischen Beanspruchungen unterworfen, so daß sie nur aus hochdauerstandfesten Werkstoffen hergestellt werden können. Es sind bereits verschiedene dauerstandfeste Stahllegierungen bekannt, denen zur Erzielung hoher schlossen, die durch den Ausfall von Molybdän entstanden war. Zur Sicherung des Betriebes müssen aber solche Bauteile, die hohen Drücken ausgesetzt sind, z. B. im Dampfkesselbau oder bei den verschiedensten chemischen Hochdruckverfahren, außer den notwendigen Warmfestigkeitswerten noch Mindestwerte der Kaltzähigkeit erreichen, die in amtlichen Abnahmebedingungen festgelegt sind.
Aus der Reihe der molybdänfreien warmfesten Austauschstähle sind es, wie die umfangreichen Entwicklungsarbeiten ergeben haben, vor allem die titanlegierten Stähle, die oberhalb 45o° C, z. B. bei 50o° C und insbesondere bei 55o° C, Dauerstandfestigkeiten besitzen, die denen der molybdänhaltigen Stähle nicht nur gleichkommen, sondern sie sogar noch übertreffen können. Die Wirkung von Titan auf die Dauerstandfestigkeit kann, wie von den Erfindern festgestellt wurde, noch verbessert werden, wenn der Siliziumgehalt auf mehr als o,6 % erhöht wird.
Derartige Titan-Silizium-Stähle mit Titangehalten von 0,5 bis i,5 % und Siliziumgehalten von o,6 bis 1,3% bei einem Kohlenstoffgehalt von unter o,i % haben trotz ihrer hohen Dauerstandfestigkeit sich für einige Verwendungszwecke als ungeeignet erwiesen, da diese Stähle außerordentlich kerbempfindlich sein können. Insbesondere haben dicke Querschnitte, wie sie z. B. bei Hochdruckdampfleitungsrohren häufig vorkommen, nur eine sehr niedrige Kerbschlagzähigkeit. Aber auch dann, wenn - wie z. B. beim Schweißen - der Werkstoff einer .hohen über- seiner Gebrauchstemperatur liegenden Erhitzung ausgesetzt ist, die ein Kornwachstum zur Folge hat, besitzen diese Zonen nur noch eine sehr niedrigeKerbzähigkeit, die auch durch keinerlei Nachbehandlung zu verbessern ist. Diese Kerbempfindlichkeit, die eine Verwendung derartiger Stähle für den Bau von drucktragenden Bauteilen einschränkt, kann überraschend beseitigt werden, wenn den Stahllegierungen ein Mangangehaft von o,9 bis 2,2%, vorzugsweise x,1 bis i,5 %, zulegiert wird.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Stahllegierungen mit bis zu o, z % Kohlenstoff, o,6 bis i,5 % Silizium, o,9 bis 2% Mangan, o,6 bis 1,3% Titan mit der Maßgabe, daß der Titangehält das Vierfache des Kohlenstoffgehaltes und zusätzlich mindestens.. 0,3% beträgt, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Phosphor und Schwefel für Gegenstände, die eine hohe Dauerstandfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 4S0° C, z. B. bei .50o° .C, insbesondere bei 55o° C, und gleichzeitig eine hohe Kerbzähigkeit aufweisen sollen. Besonders geeignet sind solche Legierungen mit einem Mangangehalt von i, i bis 1,5% für den genannten Zweck.
Zur weiteren Verbesserung der Dauerstandfestigkeit kann den Stahllegierungen noch 0,3 bis 3,5% Chrom zulegiert werden.

Der mit Stahllegierungen gemäß der Erfindung erzielte Fortschritt ist beispielsweise aus der Gegenüberstellung einiger Stähle zu entnehmen:

Stahl C Cr Si Mn Ti P S

Nr.

°/o °/o °/o °/o °/o °/o °/o

1421 0,04 - 1,0 - 0,44 0,92 0,012 0,003

1425 0,035 - 1,1 1,20 1,04 0,04 Sp.

33670 0,o8 3,z2 o,go 0,42 o,68 0,o16 0,004

1403 0,o6 3,21 1,05 0,94 o,64 0,011 0,001

Die an 20 mm starken Walzquerschnitten im weichgeglühten Zustand festgestellten Festigkeitseigenschaften waren bei den vier Vergleichsstählen wie folgt:

- Kerbschlag ' Dauerstand-

an 2omm

Stahl Zugfestigkeit Streckgrenze Dehnung Ein- _ festigkeit

i = iod schnürung g grünt bei 55ö° C

Nr, kg/mm2 kg/mm2 nikg kg/mm2

1421 43,8 24,8 28,5 - 76,o o,8 _ 8

1425 46,1 27,0 27,0 78,8 12,0 8

33670 42,5 25,7 30,0 80,o 0,4 8

1403 46,4 24,2 25,0 750 8,2 8

Bei einer Erhöhung des Mangangehaltes um wenige Zehntelprozent ist also die Kerbschlagzähigkeit um das Zehn- bis Zwanzigfache gestiegen.

Mit den nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Stahllegierungen lassen sich demnach Gegenstände herstellen, die bei Temperaturen oberhalb 45o° C beansprucht werden und neben hoherDäuerstandfestigkeit guteKerbzähigkeit aufweisen sollen. Derart hergestellte Stähle lassen sich nach den bekannten Verfahren zu nahtlosen Rohren verarbeiten. -Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stahllegierungen eignen- sich insbesondere für die Herstellung von Überhitzungsrohren, Dampfleitungsrohren, insbesondere dickwandigen Dampfkesselteilen, sowie von Teilen, die bei ihrer Warmverarbeitung eine verhältnismäßig geringe Verformung erfahren und bei ihrer Verarbeitung, z. B. beim Schweißen, einer Temperaturbeanspruchung oberhalb iooo° C ausgesetzt sind.
Es ist bereits bekannt, für Gegenstände, die dem Angriff entkohlender Gase unterliegen, titanhaltige Stahllegierungen zu verwenden. Jedoch soll in diesem Fall der Titangehalt nur das Vierfache des Kohlenstoffgehalts betragen. Ferner war bekannt, daß Elemente, welche Karbide bilden, wie Chrom, Wolfram, Molybdän, Titan, die Dauerstandfestigkeit erhöhen. Demgegenüber ermöglicht es die Erfindung mit der Anweisung, daß der Titangehalt das Vierfache des Kohlenstoffgehalts und zusätzlich mindestens 0,3 % betragen soll bei einem Mangangehalt von o,9 bis 2%, einen Werkstoff mit besonders guter Dauerstandfestigkeit bei hohen Temperaturen und gleichzeitig hoher Kerbzähigkeit zu schaffen, der sich für die obengenannten Zwecke besonders gut eignet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Die Verwendung von Stahllegierungen mit bis zu o, i % Kohlenstoff, o,6 bis i,5 % Silizium, o,9 bis 2% Mangan, o,6 bis 1,3% Titan mit der Maßgabe, daß der Titangehalt das Vierfache des Kohlenstoffgehalts und zusätzlich mindestens o,3% beträgt, Rest Eisen mit den üblichen Gehalten an Phosphor und Schwefel, für Gegenstände, die eine hohe Dauerstandfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 45o° C, z. B. bei 5oo° C, insbesondere bei 55o° C, und gleichzeitig eine hohe Kerbzähigkeit aufweisen sollen.
2. Die Verwendung von Stahllegierungen mit einer im Anspruch i genannten Zusammensetzung, jedoch einem Mangangehalt von i,i bis 1,5% für den Zweck nach Anspruch i.
3. Die Verwendung von Stahllegierungen mit einer in den Ansprüchen i und 2 genannten Zusammensetzung, die jedoch noch 0,3 bis 3,50/0 Chrom enthalten, f ür den Zweck nach Anspruch i.
4. Die Verwendung von Stahllegierungen mit einer in den Ansprüchen i bis 3 genannten Zusammensetzung als Werkstoff für Dampfkesselteile, insbesondere dickwandige Rohre, die bei ihrer Warmverarbeitung eine verhältnismäßig geringe Verformung erfahren und die im Anspruch i genannte Dauerstandfestigkeit und Kerbzähigkeit aufweisen sollen.
5. Die Verwendung von Stahllegierungen mit einer in den Ansprüchen i bis 3 genannten Zusammensetzung als Werkstoff für Gegenstände, die bei ihrer Verarbeitung einer Temperaturbeanspruchung oberhalb iooo° C ausgesetzt sind, z. B. beim Schweißen, und dann die hohe Dauerstandfestigkeit und Kerbzähigkeit gemäß Anspruch i aufweisen sollen. Angezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 143 62o; USA.-Patentschrift Nr. 2 059 893-