DE1214005B

DE1214005B - Bauteile aus austenitischen Staehlen

Info

Publication number: DE1214005B
Application number: DEST23302A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Wessling
Original assignee: Stahlwerke Suedwestfalen AG
Current assignee: Krupp Stahl AG
Priority date: 1965-02-03
Filing date: 1965-02-03
Publication date: 1966-04-07
Also published as: AT266189B; CH456166A; GB1142582A; LU50321A1; BE675919A; NL6600799A

Description

Bauteile aus austenitischen Stählen Die Entwicklung der chemischen Technologie und das Streben nach größtmöglicher Wirtschaftlichkeit führt zu immer größeren drucktragenden Behältern und Apparaten hin. Der Konstrukteur ist daher in steigendem Maße daran interessiert, korrosionsbeständige, gut schweißbare Stähle mit verbesserten mechanischen Eigenschaften einsetzen zu können, um die Apparate nicht zu dickwandig auslegen zu müssen und eine Gewichtsersparnis und damit eine Einschränkung der Investitionskosten zu erzielen.
Im Ingenieurbau werden die 0,2-Grenze oder die Streckgrenze als Berechnungskennwert zugrunde gelegt. Dieser Kennwert wird für die Temperatur gewählt, die für das Bauteil als höchste Betriebstemperatur in Betracht kommt. Bei einem chemischen Reaktionsgefäß z. B. wird die Betriebstemperatur in der Regel im Bereich von 100 bis 4001 C liegen. In Sonderfällen kann ein korrosiv beanspruchter Druckkörper auch für eine niedrigere Betriebstemperatur berechnet werden.
In Tabelle 1 ist eine Aufstellung der heute gebräuchlichen austenitischen Stähle gegeben und die 0,2-Grenze für den abgeschreckten Zustand bei einer Prüftemperatur von 20, 200, 300 und 400° C verzeichnet. Die Werte wurden dem Entwurf zu DIN 17440 »Nichtrostende Stähle«, Vorlage Juni 1964, entnommen oder entstammen Versuchsreihen des Erfinders (vgl. »Chemische Ingenieur-Technik«, 36 [1964], S. 546 bis 552, und Werkstoffvortrag über stickstoffhaltige Austenitstähle, Achema 19(4, Ffm., erschienen in »Werkstoffe und Korrosion«, 16 [1965], Heft 6, S. 453 bis 465).
Die Stähle 3, 4 und 7 bis 9 sind mit Titan oder Niob stabilisiert, wobei der für die Stabilisation erforderliche Mindestgehalt an Niob (8 X % C und 7 X % N) und für Titan (4 X % C und 3,4 X % N) beträgt (vgl. »Corrosion Science«, 2 [1962], S.95ff.).
Die Stähle 1, 2, 5 und 6 enthalten dagegen weder Titan noch Niob. Sie unterscheiden sich voneinander im wesentlichen dadurch, daß die Stähle 2 und 6 einen gegenüber dem Normalgehalt erhöhten Stickstoffgehalt und im übrigen einen sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt von maximal 0,03% aufweisen, der auch nach dem Verbindungsschweißen dickster Querschnitte Sicherheit gegen interkristalline Korrosion gewährt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Bauteile aus ähnlich legierten Stählen zur Verfügung zu stellen, die eine wesentlich höhere 0,2-Grenze bei Temperaturen bis 500° C, gleichzeitig aber auch eine gute Korrosionsbeständigkeit und einwandfreie Schweißarbeit, insbesondere Unempfindlichkeit gegen Warmrissigkeit trotz rein austenitischer Schweißverbindung, kennzeichnet.
Erfindungsgemäß bestehen diese Bauteile aus Stählen mit höchstens 0,05, vorzugsweise höchstens 0,03% Kohlenstoff, höchstens 1,0% Silizium, 0,5 bis 120l0 Mangan, 16 bis 28 % Chrom, 5 bis 20 % Nickel, 0 bis 4,0% Kupfer, 0 bis 6% Molybdän, 0,10 bis 0,400/n Stickstoff und 0,05 bis 0,40% Niob.
Es handelt sich um unstabilisierte Stähle, da die geringen Gehalte an Niob zu einer Stabilisation bei weitem nicht ausreichen, denn hierfür ist eine Mindestmenge von 8 X % C + 7 X % N notwendig (vgl. »Corrosion Science«, 2 [1962]. Als Abschrecktemperatur werden die zum Lösungsglühen geeigneten Temperaturen, üblicherweise etwa 1050 bis 1100° C in Wasser, benutzt.
In den Fällen, in denen an die Korrosionsbeständigkeit besonders hohe Anforderungen gestellt werden und die Erhöhung der 0,2-Grenze eine weniger vordringliche Aufgabe ist, wird man bevorzugt Mangangehalte bis etwa 2% wählen. Dabei werden zweckmäßig Nickelgehalte von 10 bis 20%, Stickstoffgehalte von 0,16 bis 0,30% und Niobgehalte von 0,10 bis 0,25% vorgesehen, Für den Fall steigender Ansprüche an die Höhe der 0,2-Grenze wird man Stähle reit 4 bis 8,% Mangans 10 bis 20o% Nickel, 0,16 bis 0,35% Stickstoff, 0,10 bis 0,25% Niob oder Mangan 8 bis 12%, Nickel 5 bis 2004, Stickstoff 0,16 bis 0,40 %, Niob 0,10 bis 0,25% bevorzugen. In Fällen, wo es auf erhöhten Korrosionswiderstand, z. B. gegen Lochfraß, ankommt, sollen Molybdängehalte von etwa 1,5 bis 6% bevorzugt werden.
Die an sich bekannte Wirkung von Kupfer auf die Beständigkeit gegenüber schwefelsäurehaltigen Medien kann auch bei den vorliegenden Stählen, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 31% Kupfer, ausgenutzt werden.
Diese rein austenitischen Stähle haben den Vorteil, daß sie eine rein austenitische Schweißverbindung ermöglichen, Im Vergleich hierzu müssen die mit Niob oder Titan stabilisierten Stähle mit einem Zusatzwerkstoff geschweißt werden, der einen Ferritanteil von 5 bis 20% in der Schweißverbindung ergibt, um eine Warmrissigkeit der Schweiße zu vermeiden (vgl. Fachbuchreihe »Schweißtechnik«, Bd. 36, S. 84 bis 95, insbesondere S. 90). Aus dieser Gegebenheit erwachsen Nachteile für die Korrosionsbeständigkeit der stabilisierten Stähle. Der Ferrit wird in manchen Agenzien, wie z. B. Salpetersäure, selektiv angegriffen und herausgelöst (vgl. vorgenannten Werkstoffvortrag über stickstoffhaltige Austenitstähle). Bei den molybdänhaltigen stabilisierten Stählen bilden sich schon beim Abkühlen aus der Schweißhitze, insbesondere aber bei Mehrlagenschweißungen, intermetallische Phasen (z. B. Sigmaphase), die zu einer verstärkten selektiven Korrosion Anlaß geben. überdies ist nach dem Schweißen die Stabilisation nicht vollständig, so daß es zur Messerlinienkorrosion entlang der Schweißnähte kommen kann (siehe z. B. »Zeitschrift für Schweißtechnik«, [1962], S. 98 bis 106), sofern nicht eine Stabilisierungsglühung bei z. B. 900° C vorgenommen wird, die aber bei den molybdänlegierten, mit Niob oder Titan stabilisierten Stählen nicht durchgeführt werden kann, weil sich hierbei intermetallische Phasen (z. B. Sigmaphasen) bilden würden, die außerdem noch versprödend wirken (s. Fachbuchreihe »Schweißtechnik«, Bd. 36).
Das rein austenitische Gefüge und der Verzicht auf eine Stabilisation durch Wahl eines sehr niedrigen Kohlenstoffgehaltes von z. B. höchstens 0,03 % hat zur Folge, daß die für die Korrosionsbeständigkeit aufgezählten Nachteile hier nicht in Erscheinung treten (s. Werkstoffvortrag über stickstoffhaltige Austenitstähle).
Die durch die Erfindung erzielbare Steigerung der 0,2-Grenze wird durch einen Vergleich der beigefügten Tabellen 1 und 2 belegt.

In Tabelle 3 sind die Ergebnisse der Prüfung auf Warmrißempfindlichkeit bezeichnet, wobei zur Prüfung das Verfahren nach der österreichischen Patentschrift 235 601 angewendet wurde.

Tabelle 3

Prüfung der Warmrißempfindlichkeit mittels Argonarc-Schweißpunkten

Schmelze (vgl. Tabelle 2) Ergebnis Permeabilität 1) der Schweißpunkte 1

lfd. Nr. G/Oe

10. 12 Schweißpunkte ohne Risse: gut 1,005

11. 12 Schweißpunkte ohne Risse: gut 1,003

12. 12 Schweißpunkte ohne Risse: gut 1,004

13. 12 Schweißpunkte ohne Risse: gut 1,004

14. 12 Schweißpunkte ohne Risse: gut 1,005

1) Werte kleiner als 1,01 G/Oe bedeuten: kein Ferrit im Gefüge.

Messung mittels Magnetoskop nach F o e r s t e r durchgeführt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung einer rein austenitischen Stahllegierung, bestehend aus höchstens 0,05, vorzugsweise 0,03 % Kohlenstoff, 16,0 bis 28,0% Chrom, 0 bis 4,0°/o Kupfer, 0,5 bis 12,0% Mangan, 0 bis 6,01/o Molybdän, 0,10 bis 0,40 % Stickstoff, 0,05 bis 0,4011/o Mob, 5,0 bis 20,0 % Nickel, höchstens 1,0% Silizium, Rest Eisen, wobei die Legierungsgehalte auf das rein austenitische Gefüge nicht nur im verformten und üblicherweise zwischen 1050 und 1100° C in Wasser abgeschreckten, sondern auch im geschweißten oder gegossenen Zustand abgestimmt sind, als Werkstoff für Bauteile mit erhöhter 0,2-Streckgrenze bei Temperaturen bis zu 500° C, mit guter Korrosionsbeständigkeit, guter Schweißbarkeit und Unempfindlichkeit gegen Warmrissigkeit trotz rein austenitischer Schweißverbindung.
2. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1, jedoch mit bis zu 2,0'% Mangan, 1,5 bis 6,0% Molybdän, 0,16 bis 0,30°/o Stickstoff, 0,10 bis 0,25 % Niob, 10,0 bis 20,0% Nickel, Rest Eisen, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1, jedoch mit 4,0 bis 8,0-% Mangan, 0,16 bis 0,35% Stickstoff, 0,10 bis 0,251% Niob, 10,0 bis 20,0% Nickel, Rest Eisen, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1, jedoch mit 8,0 bis 12,0% Mangan, 0,16 bis 0,40 % Stickstoff, 0,10 bis 0,25% Niob, 5,0 bis 20,0 % Nickel, Rest Eisen, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Molybdängehalt 1,5 bis 6,0% beträgt.
6. Verwendung einer Stahllegierung nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei der Kupfergehalt 0,5 bis 3 % beträgt.