DE1295850B - Use of a nickel-chromium-tungsten alloy - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Nickel-Chrom-Wolfram-Legierung, die bis zu 1,0% Kohlenstoff, 26 bis 38% Chrom, bis zu 0,2% Mangan, bis zu 0,2% Silicium und 10 bis 25% Wolfram enthält, wobei der Rest aus Nickel mit Verunreinigungen in den üblichen Mengen besteht, zur 'Herstellung von Gegenständen, die bei Temperaturen bis zu 13700C eine hohe Zugfestigkeit, eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit und eine Kriechgrenze für eine Dehngeschwindigkeit von 1 · ΙΟ"4 %/h im 1000-Stunden-Versuch bei einer Temperatur von 13201C von mehr als 20 kg/cm- besitzen müssen.The invention relates to the use of a nickel-chromium-tungsten alloy which contains up to 1.0% carbon, 26 to 38% chromium, up to 0.2% manganese, up to 0.2% silicon and 10 to 25% tungsten contains, the remainder of nickel with impurities in the usual amounts, for the 'production of objects that at temperatures up to 1370 0 C a high tensile strength, a high thermal shock resistance and a creep limit for a strain rate of 1 · ΙΟ " 4 % / h in the 1000-hour test at a temperature of 1320 1 C of more than 20 kg / cm- must have.
Der Bedarf an Legierungen, die eine hohe Warmfestigkeit, hohe Kriechfestigkeit, hohe Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Temperaturwechselbeanspruchung (Wärmeschocks) bis zu 1370" C besitzen, besteht schon seit langem. Derartige Legierungen sind besonders erwünscht an Stelle von keramischen, feuerfesten Materialien für Drehrohröfen, Brammenöfen und Wärmestrahlungsrohren, die bei Temperaturen bis zu 1370" C betrieben werden. Herkömmliche Legierungen, die bisher in diesem Temperaturbereich verwendet wurden, haben sich als nicht zufriedenstellend für die meisten Verwendungszwecke erwiesen, und zwar wegen der hohen Kriechgeschwindigkeit, der Korrosion und des Festigkeitsverlustes bei Temperaturen von ungefähr 1200 bis 1370'1C.The need for alloys with high heat resistance, high creep resistance, high resistance to corrosion and thermal shock loads of up to 1370 ° C has existed for a long time. Such alloys are particularly desirable in place of ceramic, refractory materials for rotary kilns and slab furnaces and radiant tubes that operate at temperatures up to 1370 "C. Conventional alloys have been used in this temperature range have been found to be unsatisfactory for most uses, and because of the high creep, corrosion and strength loss at temperatures of about 1200 to 1370 '1 C.
Es wurde nun gefunden, daß eine Legierung untengenannter Zusammensetzung eine hohe Zugfestigkeit, hohe Kriechfestigkeit und hohe Temperaturwechselbeständigkeit bei Temperaturen bis zu 1370 C besitzt. Die überraschenden Eigenschaften dieser Legierung scheinen in erster Linie von der Einstellung des Kohlenstoff-, Eisen- und Wolframgehaltes in einer Legierung auf Nickel-Chrom-Basis abzuhängen. Diese Legierung umfaßt folgenden Bereich: C bis zu 1,0%, Cr 26% bis 38%, W 10% bis 25%, Mn 0,2% maximal, Si 0,2% maximal, Ni Rest mit den gewöhnlichen Verunreinigungen in den üblichen Mengen.It has now been found that an alloy of the composition below has a high tensile strength, high creep resistance and high thermal shock resistance at temperatures up to 1370 C owns. The surprising properties of this alloy seem primarily from the setting the carbon, iron and tungsten content in a nickel-chromium-based alloy to hang out. This alloy includes the following range: C up to 1.0%, Cr 26% to 38%, W 10% up to 25%, Mn 0.2% maximum, Si 0.2% maximum, Ni remainder with the usual impurities in the usual amounts.
Für einen Dauerbetrieb bei oder oberhalb von 1150" C ist der folgende Legierungsbereich zweckmäßig: C 0,2% bis 0,75%, Cr 28% bis 35%, W 13% bis 19%, Rest Ni 40% bis 60%.The following alloy range is appropriate for continuous operation at or above 1150 "C: C 0.2% to 0.75%, Cr 28% to 35%, W 13% to 19%, remainder Ni 40% to 60%.
Eine geeignete Zusammensetzung ■ ist ferner: C 0,5%, Cr 31%, Ni 51%, W 17%. Der Rest besteht aus Verunreinigungen in den üblichen Mengen.A suitable composition is also: C 0.5%, Cr 31%, Ni 51%, W 17%. The rest exists from impurities in the usual amounts.
Die vorstehend angegebenen Bereiche müssen eingehalten werden, wenn die erwünschte hohe Zugfestigkeit, die hohe Kriechfestigkeit, die Korrosionsbeständigkeit und die hohe Temperaturwechselbeständigkeit bei Temperaturen bis zu 1370' C erzielt werden sollen. Mit steigender Betriebstemperatur liegt der Kohlenstoffgehalt zweckmäßigerweise am unteren Ende des angegebenen Kohlenstoffbereiches, und die Mangan- und Siliciumgehalte sollen dabei so niedrig sein, wie die üblicherweise zusammen mit Nickel auftretenden Verunreinigungen, z. B. Eisen.The ranges given above must be adhered to if the desired high tensile strength, the high creep resistance, the corrosion resistance and the high thermal shock resistance at temperatures up to 1370 ° C should be. As the operating temperature rises, the carbon content is expediently at lower end of the specified carbon range, and the manganese and silicon contents should be be as low as the impurities usually occurring together with nickel, e.g. B. iron.
Legierungen, welche unter anderem auch die oben angegebene Zusammensetzung haben können, sind zwar an sich bekannt, jedoch nur in Zusammenhang mit einem Wärmebehandlungsverfahren zur Herstellung von Gegenständen mit hoher Steifigkeit und Federkraft aus solchen Legierungen.Alloys, which among other things can also have the composition given above, are although known per se, however, only in connection with a heat treatment process for production of objects with high rigidity and spring force made of such alloys.
Die Erfindung wird an Hand der nachstehenden Beispiele und Figuren weiter erläutert.The invention is explained further with reference to the following examples and figures.
F i g. 1 zeigt die Tendenz der Kriechgeschwindigkeit der Legierung, abhängig vom Wolframgehalt bei annähernd konstant gehaltenem Verhältnis von Nickel zu Chrom;F i g. 1 shows the tendency of the alloy's creep speed depending on the tungsten content at ratio of nickel to chromium kept approximately constant;
F i g. 2 zeigt die Tendenz der Kriechgeschwindigkeit der Legierung mit einem Wolframgehalt von etwa 14%, abhängig vom Kohlenstoffgehalt;F i g. Fig. 2 shows the creep rate tendency of the alloy with a tungsten content of about 14%, depending on the carbon content;
F i g. 3 zeigt die Tendenz der Kriechgeschwindigkeit der Legierung, abhängig vom Wolframgehalt, wobei der Chromgehalt konstant gehalten wird und die Summe aus Nickel- und Wolframanteilen jeweils annähernd 70% ausmacht;F i g. 3 shows the tendency of the creep speed of the alloy, depending on the tungsten content, the chromium content is kept constant and the sum of the nickel and tungsten components in each case accounts for approximately 70%;
F i g. 4 zeigt die Tendenz der Kriechgeschwindigkeit der Legierung, abhängig vom Wolframgehalt, wobei der Nickelgehalt konstant gehalten wird und die Summe aus Chrom- und Wolframanteilen etwa 50% ausmacht;F i g. 4 shows the tendency of the creep speed of the alloy, depending on the tungsten content, the nickel content is kept constant and the sum of the chromium and tungsten components is approximately Accounts for 50%;
F i g. 5 zeigt die Abhängigkeit der Zeitstandfestigkeit der Legierung, abhängig von der Temperatur mit der Versuchsdauer als Parameter.F i g. 5 shows the relationship between the creep rupture strength of the alloy and the temperature with the duration of the experiment as a parameter.
Zur Bestimmung der Wirksamkeit verschiedener Kombinationen innerhalb des breiten Legierungsbereiches im Hinblick auf die Kriechgeschwindigkeit bei 1320 C wird eine Reihe von Legierungen erschmolzen. Aus den Legierungen werden durch Gießen und darauffolgende spanabhebende Bearbeitung Probekörper hergestellt, die im allgemeinen eine Meßlänge von 25,4 mm und einen Durchmesser von 3,7 mm haben. Die jeweilige Probe wird in einem elektrisch beheizten Ofen auf die festgelegte Temperatur gebracht und dann einer dauernden Biegebeanspruchung ausgesetzt, die durch einen mit Gewichten versehenen Hebel ausgeübt wird. Die Probe ist dabei auf der einen Seite in einem Stahlblock und auf der anderen Seite an dem Hebel, jeweils in losem Schiebesitz, gehalten.To determine the effectiveness of various combinations within the wide range of alloys with regard to creep speed at 1320 C a number of alloys are melted. The alloys are made by Casting and subsequent machining test specimens produced in general have a gauge length of 25.4 mm and a diameter of 3.7 mm. The respective sample is in an electrically heated oven brought to the set temperature and then a permanent one Subjected to bending stress exerted by a weighted lever. the The sample is on one side in a steel block and on the other side on the lever, each held in a loose sliding fit.
Die Kriechgeschwindigkeit wird am Ende des Hebels als Winkelauslenkung pro Zeit in 7h in bezug zu einer Normhorizontalen gemessen. Die nach diesem Verfahren bestimmten Versuchswerte, hier als »Tendenz der Kriechgeschwindigkeit« bezeichnet (Creep Testing by a Cantilever-Bending Method, G. T. H a r r i s et al., Journal of the Iron and Steel Institute, Juni 1950, S. 139 bis 144), entsprechen einigermaßen den bei Zugbeanspruchung auftretenden (Werkstoff-Handbuch Stahl und Eisen, 3. Auflage, 1953, S. C 44-4). Die durch den Hebelarm ausgeübte Biegebelastung beträgt 17,6 kg/cm2. Die Zusammensetzungen einer Reihe dieser Legierungen und die jeweils nach dem beschriebenen Versuch ermittelte Tendenz der Kriechgeschwindigkeit sind in Tabelle I aufgeführt:The creep speed is measured at the end of the lever as angular deflection per time in 7 hours in relation to a standard horizontal. The test values determined by this method, here referred to as the "tendency of the creep speed" (Creep Testing by a Cantilever-Bending Method, GT H arris et al., Journal of the Iron and Steel Institute, June 1950, pp. 139 to 144), correspond to some extent to those that occur under tensile stress (material handbook steel and iron, 3rd edition, 1953, p. C 44-4). The bending load exerted by the lever arm is 17.6 kg / cm 2 . The compositions of a number of these alloys and the creep rate tendency determined in each case after the test described are listed in Table I:
geschwindig
keitCreep
swiftly
speed
Fortsetzungcontinuation
geschwindig-s Creeping
speed- s
70°/ü beträgt. Die bei diesen Legierungen nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren ermittelte Tendenz der Kriechgeschwindigkeit ist abhängig vom Wolframgehalt in F i g. 3 aufgetragen.70 ° / ü. The in these alloys after The tendency of the creep speed determined in Example 1 depends on the method Tungsten content in FIG. 3 applied.
Die sich nach dem gleichen Verfahren ergebende Tendenz der Kriechgeschwindigkeit, abhängig vom variierten Wolframgehalt bei konstantem Nickelgehalt von etwa 48% und einer konstant gehaltenen Summe aus Chrom- und Wolframanteilen in HöheThe tendency of the creep speed resulting from the same procedure, depending on the varied tungsten content with a constant nickel content of about 48% and a constant one Sum of chromium and tungsten components in the amount
ίο von 50% ist in F i g. 4 gezeigt.ίο of 50% is shown in FIG. 4 shown.
Für die nachstehend in Tabelle II aufgeführten Legierungen werden abhängig von Temperatur und Kohlenstoffgehalt die auf den Versuchsstab ausgeübte Spannung, die Zeit bis zum Auftreten des Bruches sowie die Tendenz der Kriechgeschwindigkeit in Tabelle III angegeben.For the alloys listed in Table II below, the stress exerted on the test rod, the time until fracture occurs and the tendency for the creep rate are given in Table III, depending on the temperature and carbon content.
Bei einem Teil der in Tabelle I angegebenen Legierungen wird die Tendenz der Kriechgeschwindigkeit abhängig vom Wolframgehalt bei annähernd konstant gehaltenem Verhältnis der Anteile an Nickel und Chrom bestimmt und zusammen mit entsprechenden und nicht in der Tabelle aufgeführten Werten in dem in F i g. 1 gezeigten Diagramm aufgetragen. For some of the alloys given in Table I, the creep rate tendency depending on the tungsten content with an approximately constant ratio of the proportions of Nickel and chromium determined and together with corresponding ones and not listed in the table Values in the in FIG. 1 plotted the diagram shown.
Eine Reihe von Legierungen mit 14% Wolfram und verschiedenen Kohlenstoffgehalten wird zur Bestimmung des Einflusses des Kohlenstoffes erschmolzen. Die sich mit der im Beispiel 1 beschriebenen Versuchsanordnung ergebende Tendenz der Kriechgeschwindigkeit ist abhängig vom jeweiligen Kohlenstoffgehalt in F i g. 2 dargestellt.A number of alloys with 14% tungsten and various carbon contents are used Determination of the influence of carbon melted. Which is with that described in Example 1 The tendency of the creep speed resulting from the test arrangement depends on the particular Carbon content in Fig. 2 shown.
Es wird eine Reihe von Legierungen mit 0,6% und 0,4% Kohlenstoff und wechselnden Wolframgehalten hergestellt. Der Chromgehalt beträgt 30%, und der Nickelgehalt variiert mit dem Wolframgehalt, so daß die Summe des Nickel- und Wolframgehaltes etwaA number of alloys with 0.6% and 0.4% carbon and varying tungsten contents are used manufactured. The chromium content is 30% and the nickel content varies with the tungsten content, so that the sum of the nickel and tungsten content approximately
raturTempe
rature
der Kriech
geschwindig
keittendency
the creep
swiftly
speed
zum Bruchtime to
to break
kein Bruch1681
no break
kein Bruch1685
no break
bende Dehnung in 10 000 Stunden erreicht wird und der Widerstand gegen Oxydation durch Werte für die Oxydation in mm/Jahr angegeben, umgerechnet aus einem 100 Stunden dauernden Versuch in Luft. Die Zeitstandfestigkeit ist über der Temperatur in dem in F i g. 5 gezeigten Diagramm aufgetragen.end elongation is achieved in 10,000 hours and the resistance to oxidation by values for the oxidation given in mm / year, converted from a 100-hour test in air. The creep rupture strength is above the temperature in the one shown in FIG. 5 plotted the diagram shown.
IOIO
2020th
Für die vorstehend als geeignet bezeichnete Legierung, die aus 0,5% C, 31% Cr, 51% Ni, 17% W, Rest übliche Verunreinigungen besteht, werden in Tabelle IV als Funktion der Temperatur die Zeitstandfestigkeit für Versuchszeiten von 100 und 1000 Stunden bis zum Bruch der Probe, die Kriechgrenze für eine Dehngeschwindigkeit von 1 · 10-4 %/h, d. h. die Spannung, bei der 1% blei-For the alloy identified above as being suitable, which consists of 0.5% C, 31% Cr, 51% Ni, 17% W, the remainder being normal impurities, the creep rupture strength for test times of 100 and 1000 hours are shown in Table IV as a function of temperature to rupture the specimen, the creep for a strain rate of 1 x 10- 4% / h, ie the voltage at which 1% of lead
geschwindigkeitfor a stretch
speed
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