DE1558670A1 - Corrosion and rust-resistant alloy - Google Patents
Corrosion and rust-resistant alloyInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Legierungen^ die auch in einer Heissdampfumgebung ausserordentlich korrosions-» und rostbeständig sind und auch bei längerer Benutzung bei hohen Temperaturen in G-egenwart von überhitztem Dampf nicht der Versprödung unterließen. The invention relates to alloys which are also used in a superheated steam environment are extremely resistant to corrosion »and rust, and also when used for a long time at high temperatures in the presence of superheated steam did not cease embrittlement.
JUs ist bekannt, dass Legierungen aus Eisen$ Aluminium, Chrom und ittrium eine gute Oxydationsbeständigkeit in Luft bei Temperaturen über 1000° G aufweisen0 Nach einem Vorschlag bestehtJUs is known that alloys having iron $ aluminum, chrome and ittrium a good oxidation resistance in air at temperatures above 1000 ° G is 0 According to a proposal
BADBATH
00dÖ1?/0710-00dÖ1? / 0710-
19. Jan. 1967Jan. 19, 1967
15585701558570
eine solche oxydationsbesbändige Legierung aus einem Zusatz von 0,5 ~ 5»0 Yttrium zu der Eisen-Chrom-Ginindlegierung, die ihrerseits einen Chromgehalt von 20 - 95 % aufweist. Andere bekannte oxydationsbeständige Legierungen der oben genannten Grundzusammensebzung enthalten neben Eisen 0,5 - ^ % Aluminium, 0,5 - 3 % Yttrium und 20 - 95 % Chrom oder Eisen, 0,005 0,015 % Calcium, 0,5 - 1,5 % Yttrium und 20 - 35 % Chrom. Der Anteil an Chrom beträgt immer mindestens 20 /b, da nach der bisherigen Heinung der Fachwelt eine geringere Chrommengo als 20 Gew.% einen ungünstigen Einfluss auf die Oxydationsbeständigkeit dieser Legierungssysteme ausüben soll. Die gute Oxydationsbeständigkeit dieser Legierungen sowie ihre zufriedenstellende Widerstandsfähigkeit gegenüber Heissdampfkorrosion machen sie zu wertvollen Werkstoffen. Bei längerem Gebrauch in überhitzten Dampfsystemen, insbesondere in solchen Einrichtungen, bei denen in Gegenwart von freiem Sauerstoff gearbeitet wirds beispielsweise in einem Kernreaktor oder dergleichen, werden ihre mechanischen Eigenschaften angegriffen. So werden diese bekannten Legierungen bei Temperaturen von etwa 31K) - 52WD0 0 3tark gehärtet und spröde und ein längeres Verweilen bei Temperaturen von 5^0 - 704° 0 kann sogar zu vollständiger Versprödung führen« Die Arbeitstemperatur inSuch an oxidation-resistant alloy made from an addition of 0.5 ~ 5 »0 yttrium to the iron-chromium-ginine alloy, which in turn has a chromium content of 20-95%. Other known oxidation-resistant alloys of the above-mentioned basic composition contain, in addition to iron, 0.5 - ^ % aluminum, 0.5 - 3% yttrium and 20 - 95 % chromium or iron, 0.005 - 0.015% calcium, 0.5 - 1.5 % yttrium and 20 - 35 % chromium. The proportion of chromium is always at least 20 / b, since according to the previous knowledge of experts, a chromium content of less than 20% by weight is said to have an unfavorable influence on the oxidation resistance of these alloy systems. The good resistance to oxidation of these alloys and their satisfactory resistance to hot steam corrosion make them valuable materials. With prolonged use in superheated steam systems, in particular in such devices, in which s is carried out in the presence of free oxygen, for example, in a nuclear reactor or the like, its mechanical properties are attacked. These known alloys are hardened and brittle at temperatures of around 3 1 K) - 5 2 WD 0 0 3 and prolonged exposure to temperatures of 5 ^ 0 - 704 ° 0 can even lead to complete embrittlement
BAD 009817/0710BATH 009817/0710
la Jan, 196?la Jan, 196?
einem typischen Ileissdampf-Kernreaktorsystem ist etwa 480 565° G,. während die Brennelement temperatur bis zu etwa 680°' beträgt ο Da in einer solchen Umgebung die grosse Gefahr der T/ersprödung "und der medhanisehen Zerstörung solcher Legierungen aus Eisen, Chrom, Aluminium und Yttrium besteht, ist ihre Verwendung über längere Zeit bei hohen Temperaturen in Gegenwart von überhitztem Dampf nicht möglich,a typical steam nuclear reactor system is about 480 565 ° G ,. while the fuel element temperature is up to about 680 ° ο Since in such an environment there is a great risk of T / embrittlement and the medhanic destruction of such alloys of iron, chromium, aluminum and yttrium, their use over a long period of time at high temperatures not possible in the presence of superheated steam,
Aufgabe der Erfindung ist, eine Legierung zu schaffen, die die Oxydationsbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Dampfkorrosion der genannten Legierungen aufweist, aber gleichzeitig stabilere mechanische Eigenschaften in einer Heissdampfumgebung besitzt und auch nach längerem Einsatz in dieser nicht der Versprodung unterliegt.The object of the invention is to provide an alloy which has the oxidation resistance and resistance to steam corrosion of the alloys mentioned, but at the same time more stable mechanical properties in a superheated steam environment possesses and is not subject to embrittlement even after prolonged use in this.
Gegenstand der Erfindung ist eine Legierung, die oxydationsbeständig ist und auch bei längerem Einsatz bei hohen Temperaturen in Gegenwart von überhitztem Dampf nicht spröde wird und die gekennzeichnet ist durch einen Gehalt an 0,5 - Ί2,0 % Aluminium, 0,0 - 20,0 c/o Chrom, 091 - 3,0 c/o Yttrium und liest Eisen.The subject of the invention is an alloy which is resistant to oxidation and which does not become brittle even after prolonged use at high temperatures in the presence of superheated steam and which is characterized by a content of 0.5 - Ί2.0 % aluminum, 0.0 - 20, 0 c / o chromium, 0 9 1 - 3.0 c / o yttrium and reads iron.
0 0 9 8 1 77 0 7 1 0 BAD ORfCsNAL0 0 9 8 1 77 0 7 1 0 BAD ORfCsNAL
19, Jan. 1967Jan. 19, 1967
Eine wesentliche Eigenschaft der erfindungsgemässen Legierungszusammensetzung besteht darin, dass sie auch bei längerem Einsatz bei Temperaturen von 3^ - 704- O in einer Heissdampfatmosphäre nicht spröde wird. Dieser Umstand ermöglicht es, die Legierungen in weiteren Bereichen einzusetzen als die bekannten Werkstoffe dieser Art mit einem höheren Ohromgehalt. Im Gegensatz zu der bisher verbreiteten Auffassung der Fachwelt, dass geringere Mengen als 20 Gewichtsprozent Chrom die Oxydationsbeständigkeit der Legierungen ungünstig beeinflussen, wurde gefunden, dass Chromgehalte von weniger als 20 Gewichtsprozent nicht nur die Oxydationsbeständigkeit der Legierung nicht beeinträchtigen, sondern ihr vielmehr verbesserte mechanische Eigenschaften verleihen, die die unerwünschten Nebenwirkungen des Sprödewerdens bei hohen Temperaturen in einer Atmosphäre überhitzten Dampfes verhindern.An essential property of the alloy composition according to the invention consists in the fact that they can be used in a The hot steam atmosphere does not become brittle. This circumstance makes it possible it to use the alloys in more areas than the known materials of this type with a higher ear content. In contrast to the previously widespread Experts believe that amounts of chromium less than 20 percent by weight reduce the oxidation resistance of the alloys It was found that chromium contents of less than 20 percent by weight not only affect the resistance to oxidation not affect the alloy, but rather its improved mechanical properties which overheated the undesirable side effects of becoming brittle at high temperatures in an atmosphere Prevent steam.
Es ist offensichtlich, dass die Versprödung der Eisen-Ohrom-Aluminium-Yttrium-Legierungen durch Senken des Chromgehaltes unter das bekannte Minimum verhindert wird. Ohne die Erfindung auf eine bestimmte Theorie zu beschränken, wird angenommen, dass das Sprödewerden unterhalb 550° C durch AusscheidungIt is evident that the embrittlement of the iron-ohrom-aluminum-yttrium alloys is prevented by lowering the chromium content below the known minimum. Without the invention To be limited to a particular theory, it is believed that embrittlement below 550 ° C is due to precipitation
0B1GU4AL INSPECTED0B1GU4AL INSPECTED
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einer an Chrom reichen Perritphase bewirkt wird und oberhalb 550° 0 durch Ausscheiden einer Eisen-Chrom Sigmaphase erfolgt, und dass ein solches Ausscheiden dieser Phasen in dem in Präge stehenden Temperaturbereich durch einen Ohromgehalt von weniger als 20 Gew.% bemerkenswert verringert xtfird. Es wurde auch gefunden, dass das Yttrium die Eisen-Chrom-Aluminium-Legierungen über einen weiteren Bereich oxydationsbeständiger macht als vorher anganommen wurde. Oxydationsbeständigkeit wird bei niederen Chromgehalten und'sogar in an Chrom freien Legierungen aufrechterhalten.a chromium-rich Perritphase is effected and above 550 ° 0 due to the precipitation of an iron-chromium sigma phase takes place, and that such a separation of these phases in the stamped temperature range by an ear content of less than 20% by weight remarkably reduces xtfird. It was also found that the yttrium is the iron-chromium-aluminum alloys Makes it more resistant to oxidation over a wider area than previously assumed. Resistance to oxidation is held at low levels of chromium and even Maintained in alloys free of chromium.
Der Chromgehalt' in der Legierung wird in einem Bereich von 0 bis 20 Gew.% gehalten. Bei grb'sseren Mengen ist die Legierung der oben erwähnten Versprödung unterworfen. Ein Gehalt von 5 bis 15 Gew.% wird bevorzugt, um in einem optimalen Ausmass die vorteilhaften Eigenschaften der bekannten Eisen-Chrom-Aluminium-Xttrium-Legierungen beizubehalten, während das Öprödewerden vermieden wird.The chromium content in the alloy is kept in a range from 0 to 20% by weight. In the case of larger quantities, the alloy is subject to the above-mentioned embrittlement. A content of 5 to 15% by weight is preferred in order to be optimal the advantageous properties of the well-known iron-chromium-aluminum-xttrium alloys to be maintained while avoiding obredness.
Für die Oxydationsbeständigkeit ist ein Aluminiumgehalt von mindestens 0,5 Gew.% erforderlich. Oberhalb 12 Gew.% Alumrrdoim wird die Legierung spröde. Bei dem bevorzugten Chromgehalt wird ein Aluminiumgehalt von 4 bis 6 Gew.% für optimale Be-An aluminum content of at least 0.5% by weight is required for resistance to oxidation. Above 12% by weight of aluminum the alloy becomes brittle. With the preferred chromium content, an aluminum content of 4 to 6 wt.% Is used for optimal loading
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JS, Jan. 1967JS, Jan. 1967
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arbeitbarkeit und Oxydationsbeständigkeit vorgezogen. Für Chrom-freie Legierungen wird ein Aluminiumgehalt von 5 bis 7,5 Gewo% bevorzugt.Workability and resistance to oxidation preferred. For Chromium-free alloys will have an aluminum content of 5 to 7.5% by weight preferred.
Der Yttriumgehalt der Legierungen kann von 0,1 bis 3 Gew.% variiert werden. Bei geringeren Mengen verliert die Legierung die Oxydationsbeständigkeit und bei grösseren Mengen begrenzt eine übermässige Menge von zweiter Phase die Verarbeitbarkeit. Es werden etwa 1 Gew.% bevorzugt.The yttrium content of the alloys can range from 0.1 to 3% by weight can be varied. With smaller amounts the alloy loses its resistance to oxidation and with larger amounts An excessive amount of the second phase limits the workability. About 1% by weight is preferred.
Die erfindungsgemässe Legierung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.The alloy of the present invention is illustrated by the following Examples explained in more detail.
Legierungsprobestücke der Gewichtszusammensetzung Eisen - 25 % Chrom - 4· % Aluminium - 1 % Yttrium und Eisen 15 % Chrom - 4 % Aluminium - 1 % Yttrium wurden durch Gesenkarbeit aus extrudierten Stäben in Stangenform mit einem Durchmesser von 6,3 mm hergestellt. Die Proben wurden inAlloy specimens of weight composition iron - 25 % chromium - 4 % aluminum - 1 % yttrium and iron 15% chromium - 4 % aluminum - 1 % yttrium were die-cut from extruded rods in the form of a bar with a diameter of 6.3 mm. The samples were in
Luft bei einer Temperatur von 450° C über 200 Stunden erhitzte Die Härte der Proben wurde periodische während der Erhitzungsperiode gemessen. Die Ergebnisse sind aus der Zeichnung ersichtlich, in der die Härte als eine FunktionAir heated at a temperature of 450 ° C for 200 hours The hardness of the samples was measured periodically during the heating period. The results are from the The drawing shows the hardness as a function
009817/0710009817/0710
von der Zeit bei konstanter Temperatur dargestellt ist» Die Härte der 25 % Ohromprobe zeigte ein beachtliches Ansteigen, während die der 15 % Ohromprobe nur leicht anstieg.from the time at constant temperature is shown »The hardness of the 25 % ear sample showed a considerable increase, while that of the 15 % ear sample increased only slightly.
Die Proben der Zusammensetzung gemäss Beispiel 1 wurden geprüft,
indem sie überhitztem Dampf bei 730° 0 und 1150° 0
ausgesetzt wurden. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der
folgenden Tabelle angegeben.The samples of the composition according to Example 1 were tested by using superheated steam at 730 ° 0 and 1150 ° 0
were exposed. The results obtained are in the
given in the following table.
009817/0710°009817/0710 °
Prüfung der Korrosionsbeständigkeit der Legierungsproben in überhitztem Wasserdampf durch Messung derTesting of the corrosion resistance of the alloy samples in superheated steam by measuring the
Gewichtszunahme /"i/2^Weight gain / "i / 2 ^
O OO O
-«J- «J
1525th
15th
11
1
1,4 - 1,91.6
1.4 - 1.9
Hest Ie
in Gew.%hold
Hest Ie
in% by weight
00 I00 I.
3J Q3J Q
TJTJ
to C-
to
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Aus diesen Angaben wird deutlich, dass die Heissdampf-Korrosionsbeständigkeit der 15 % Ohromlegierung ähnlich, der Widerstandsfähigkeit der 25 % Chromlegierung ist.From this information it becomes clear that the hot steam corrosion resistance of the 15 % ear alloy is similar to the resistance of the 25% chrome alloy.
Legierungsprobestücke der Zusammensetzung Eisen- 15 Gewo% Chrom ~ 4 Gew.% Aluminium - 1 Gew.} Yttrium und der Rest Eisen, wurden durch Induktionsschmelzen, Extrudieren bei 1000° C in Stangen, Warmpresschmieden der Stangen in Tafeln, ^Warmwalzen und Kaltwalzen der Tafel auf eine Dicke von 0 0,76 mm hergestellt,, Die Proben wurden auf Oxydationsbeständigkeit geprüft, indem sie in Luft auf Temperaturen von 450, 650, 900, 1100 und 1300° 0 1000 Stunden lang erhitzt wurden. Ein Satz der Proben wurde direkt nach dem Kaltwalzen getestet, während ein anderer Satz vor der Prüfung bei 1000° C vergütet wurde. Alle Proben waren nach diesen Versuchen unversehrt, auf der Oberfläche bildete sich eine anhaftende Oxydschicht.Alloy specimens with the composition iron - 15% by weight chromium ~ 4% by weight aluminum - 1% by weight} yttrium and the remainder iron, were produced by induction melting, extrusion at 1000 ° C into bars, hot press forging of the bars into sheets, ^ hot rolling and cold rolling of the sheet prepared mm to a thickness of 0 ,, 0.76 The samples were tested for resistance to oxidation by being heated in air at temperatures of 450, 650, 900, 1100 and 1300 ° 0 1000 hours. One set of the samples was tested immediately after cold rolling, while another set was tempered at 1000 ° C prior to testing. All samples were intact after these tests, and an adhering oxide layer formed on the surface.
Proben mit den unten aufgezeigten Legierungsgehalten wurden durch Schmelzen von Einwagen von jeweils 80 g im LichtbogenSamples with the alloy contents shown below were prepared by melting single-carriages of 80 g each in an electric arc
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durch Warmwalzen bei 1000° 0 und Kaltwalzen zu 0,51 m dicken Blechen hergestellt. Die Proben wurden auf Oxydationsbeständigkeit geprüft, indem sie bei Temperaturen von 450, 650, 750, 900, 1100 und 1^00° 0 200 und JOO Stunden lang der Luft ausgesetzt wurden. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.by hot rolling at 1000 ° 0 and cold rolling to 0.51 m thick sheet metal. The samples were tested for resistance to oxidation by exposure to temperatures from 450, 650, 750, 900, 1100 and 1 ^ 00 ° 0 200 and JOO hours have been exposed to the air for a long time. The results are shown in the table below.
009817/0710009817/0710
Oxydationsprüiung der LegierungaprobenÄ durch MessungOxidation test of the alloy samplesÄ by measurement
Gewichtszunahme / me/cm _ZWeight gain / me / cm _Z
CD
CPCD
CP
Έ >Έ>
TSTS
m σm σ
gehalte
S··« Pe
in Gew.%Alloy,
hold
S ·· «Pe
in% by weight
nach 300
Stundenfailed
after 300
hours
* Misslungen sind die Versuche mit der Legierungsprobe 1 bei einer (Dempera·
tor von 1100w 0 und darüber und einer GlüMauer von 300 Stunden* The tests with alloy sample 1 with a (Dempera
tor of 1100 w 0 and above and a glow wall of 300 hours
'CT. —'CT. -
CD c-CD c-
σ isσ is
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Diese Angaben zeigen, dass bestimmte Legierungsbereiche, die durch Yttrium stabilisiert sind, eine ausgezeichnete Oxidationsbeständigkeit aufweisen»This information shows that certain alloy ranges, stabilized by yttrium, have excellent oxidation resistance »
Die 'Jlüliver suche mit Proben ohne Xttriun bei 1100° 0 und darüber misslangen. Da die Ergebnisse für die chronfreien und chromhaltigen Proben im v/esentlichen gleich sind, i.st es ersichtlich, dass Chrom für die Oxidationsbeständigkeit nicht a.usschla.ggebend ist.The 'Jlüliver search with samples without Xttriun at 1100 ° 0 and failed about it. Since the results for the chromium-free and chromium-containing samples are essentially the same, i.st it can be seen that chromium is responsible for oxidation resistance is not applicable.
Die obigen Beispiele dienen lediglich zur Erläuterung, Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Herkmale beschränkt. The above examples serve only for illustration. The invention is not restricted to the characteristics described here.
BAD ORIGINAL 009817/0710 BATH ORIGINAL 009817/0710
Claims (1)
gekennzeichnet, durch einen Gehalt an1. Oxidation-resistant alloy that does not become brittle even after prolonged use at high temperatures in the presence of superheated steam,
characterized by a content of
^ 5,0 -1 5,0 % Chrom
0,1 - 3,0 % Yttrium
Hest Eisen.0.5 - 12.0 % aluminum
^ 5.0 -1 5.0% chromium
0.1-3.0 % yttrium
Hest iron.
Rest Eisen.0.1-3.0% yttrium
Remainder iron.
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