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DE1558635B2 - High-strength, stable austenitic corrosion-resistant steel for the production of evaporator tubes and superheater tubes - Google Patents

High-strength, stable austenitic corrosion-resistant steel for the production of evaporator tubes and superheater tubes

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Publication number
DE1558635B2
DE1558635B2 DE19671558635 DE1558635A DE1558635B2 DE 1558635 B2 DE1558635 B2 DE 1558635B2 DE 19671558635 DE19671558635 DE 19671558635 DE 1558635 A DE1558635 A DE 1558635A DE 1558635 B2 DE1558635 B2 DE 1558635B2
Authority
DE
Germany
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steel
content
steels
strength
steel according
Prior art date
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Pending
Application number
DE19671558635
Other languages
German (de)
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DE1558635A1 (en
Inventor
Eiji Nishinomiya Hyogo; Yukitoshi Teruo Matsubar.a Osaka; Miyoshi (Japan)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Publication of DE1558635A1 publication Critical patent/DE1558635A1/de
Publication of DE1558635B2 publication Critical patent/DE1558635B2/en
Pending legal-status Critical Current

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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
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    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen stabilaustenitischen korrosionsbeständigen Stahl, der als Werkstoff zur Herstellung von Verdampferrohren, die bei hohen Temperaturen, und Drücken verwendet werden, geeignet ist, insbesondere für Überhitzerrohre für Verdampfer mit überkritischem Druck.The invention relates to a stable austenitic corrosion-resistant steel which is used as a material for Manufacture of evaporator tubes that are used at high temperatures and pressures, suitable is, especially for superheater tubes for evaporators with supercritical pressure.

An Werkstoffe, die zur Herstellung derartiger Rohre verwendet werden, sind im allgemeinen folgende Anforderungen zu stellen:The following requirements are generally made of materials that are used to manufacture such pipes to deliver:

1. Hohe Zeitstandfestigkeit;1. High creep rupture strength;

2. hohe Gefügestabilität auch bei Langzeitbeanspruchung; 2. high structural stability even with long-term stress;

3. gute Schweißbarkeit;3. good weldability;

4. gute Korrosions- und Oxydationsbeständigkeit;4. good corrosion and oxidation resistance;

5. gute Verformbarkeit.5. good deformability.

Stabilaustenitische korrosionsbeständige Stähle gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten:Stable austenitic corrosion resistant steels according to the present invention contain:

0,010.01 bisuntil 0,20%0.20% Kohlenstoff,Carbon, ο,ιο, ι bisuntil 1,0%1.0% Silizium,Silicon, ο,ιο, ι bisuntil 4,0%4.0% Mangan,Manganese, 0,050.05 bisuntil 0,15%0.15% Phosphor,Phosphorus, 12,012.0 bisuntil 18,0%18.0% Chrom,Chrome, 12,012.0 bisuntil 20,0%20.0% Nickel,Nickel, 0,50.5 bisuntil 2,5%2.5% Molybdän,Molybdenum, 0,10.1 bisuntil 2,0%2.0% Niob,Niobium, 0,0010.001 bisuntil 0,05%0.05% Bor,Boron,

Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten
unreinigungen außer Stickstoff.
Remainder iron with melting-related
impurities other than nitrogen.

VerDie bisher für die Herstellung von Verdampfern verwendeten bekannten austenitischen hitzebeständigen Stähle umfassen die folgenden Legierungsgruppen:VerDie known austenitic heat-resistant heat-resistant materials that were previously used for the manufacture of evaporators Steels include the following alloy groups:

1. 18-8-Cr-Ni-Stähle;1. 18-8 Cr-Ni steels;

2. Stähle der2. steels the Gruppe "X Group "X Kohlenstoff,Carbon, 0,12 %0.12% folgender Richtzusammen-the following guidelines folgender Ί following Ί : 8 Cr Ni Mo V Nb 16 13: 8 Cr Ni Mo V Nb 16 13 Silizium,Silicon, 0,75%0.75% bisuntil Zusammensetzung:Composition: Mangan,Manganese, 0,50%0.50% Kohlenstoff,Carbon, 0,30 bis0.30 to 0,10%0.10% Chrom,Chrome, 0,02%0.02% Mangan,Manganese, 1,0 bis1.0 to 0,60%0.60% Nickel,Nickel, 0,015%0.015% Silizium,Silicon, 15,5 bis15.5 to 1,5%1.5% Molybdän,Molybdenum, 16,0%16.0% Phosphor,Phosphorus, 12,5 bis12.5 to 17,5%17.5% Vanadium,Vanadium, 14,0%14.0% Schwefel,Sulfur, 1,1 bis1.1 to 14,5%14.5% Stickstoff,Nitrogen, 2,5%2.5% Chrom,Chrome, 0,60 bis0.60 to 1,5%1.5% ) · %C, jedoch weniger als 10 · %C + 0,4,)% C, but less than 10% C + 0.4, 3,0%3.0% Nickel,Nickel, 0,85%0.85% ,2% Niob, 2% niobium 0,45%0.45% Molybdän,Molybdenum, mehr als ICmore than IC 0,10%0.10% 3. 17-14-Cu-Mo-Stähle3. 17-14 Cu-Mo steels 0,25%0.25% Kupfer,Copper, maximal 1maximum 1 setzung:setting: Restrest Niob,Niobium, Titan,Titanium, Eisen.Iron.

maximalmaximum bisuntil 0,75%0.75% Silizium,Silicon, bisuntil 0,15%0.15% Kohlenstoff,Carbon, 14,7514.75 bisuntil 16,50%16.50% Chrom,Chrome, bisuntil 1,0%1.0% Silizium,Silicon, 13,5013.50 bisuntil 16,50%16.50% Nickel,Nickel, bisuntil 7,0%7.0% Mangan,Manganese, 1,251.25 bisuntil 1,85%1.85% Molybdän,Molybdenum, bisuntil 11,0%11.0% Nickel,Nickel, 1,001.00 bisuntil 1,85%1.85% Wolfram,Tungsten, bisuntil 16,0%16.0% Chrom,Chrome, 0,800.80 maximalmaximum 1,30%1.30% Niob + Tantal,Niobium + tantalum, bisuntil 1,2%1.2% Molybdän,Molybdenum, Restrest 0,15%0.15% Stickstoff,Nitrogen, bisuntil 0,40%0.40% Vanadium,Vanadium, Eisen.Iron. bisuntil 1,25%1.25% Niob,Niobium, Cr-Ni-Mn-Stähle folgender ZusammCr-Ni-Mn steels as follows 0,009%0.009% ι Bor,ι boron, maximalmaximum Eisen.Iron. 0,20.2 5,55.5 9,09.0 14,014.0 0,80.8 0,150.15 0,750.75 0,0030.003 Restrest

4. 15-15-N-Stähle folgender Zusammensetzung:4. 15-15 N steels of the following composition:

maximal 0,15% Kohlenstoff,maximum 0.15% carbon,

maximal 2,0% Mangan,maximum 2.0% manganese,

maximal 0,030% Schwefel,maximum 0.030% sulfur,

maximal 0,040% Phosphor,maximum 0.040% phosphorus,

. Auch andere Stähle wurden für den genannten Zweck als brauchbar betrachtet. Die bekannten Stähle haben jedoch sämtlich eine niedrigere Kriechfestigkeit bei hohen Temperaturen als die erfindungsgemäß zusammengesetzten Stähle. Andere bekannte Sonderstähle erreichen zwar hohe Warmfestigkeiten, enthalten jedoch teure Legierungselemente, wie Kobalt usw. in verhältnismäßig großen Mengen, wodurch die Kosten stark angehoben werden.. Other steels were also considered useful for the stated purpose. The known steels however, all of them have lower creep resistance at high temperatures than those composites of the present invention Steels. Other known special steels achieve high heat strengths, contained however, expensive alloying elements such as cobalt, etc. in relatively large quantities, thereby reducing the Costs will be increased sharply.

Bei einem weiteren für die Herstellung von Rohren bekannten austenitischen Stahl wird die Warmfestigkeit durcch Ausscheidungshärtung mittels Phosphorzusatz angehoben, und die Zähigkeit und Zeitstandfestigkeit (Kriech-Bruchfestigkeit) bei hohen Temperaturen wird durch Zusatz von Bor noch weiter verbessert. Solche Stähle enthalten beträchtliche Mengen an Ausscheidungen, wie Karbiden und Nitriden, da die Ausscheidungshärtung durch Zusätze, insbesondere von Stickstoff, zum Stahl erzielt wird. Es ist unerwünscht, solche Stähle als Werkstoff für Verdampferrohre zu verwenden, da ihre Korrosionsbeständigkeit erheblich verringert ist. Hinzu kommt, daß derartige Stähle eine schlechtere Bearbeitbarkeit bei der Herstellung von Rohren sowie wegen ihrer Hätre schlechte Biege- und Schweißeigenschaften aufweisen, so daß sie, selbst wenn sie im Hinblick auf die Verwendung mancher Rohre wünschenwerte Eigenschaften aufweisen sollten, für die Herstellung von Verdampferrohren nicht in Frage kommen. Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Stahl für die Herstellung von Verdampferrohren anzugeben, der die zahlreichen oben angegebenen Anforderungen erfüllt und der darüber hinaus eine verbesserte Kriech-Bruchfestigkeit aufweist.In another austenitic steel known for the production of pipes, the high temperature strength is increased by precipitation hardening with the addition of phosphorus, and the toughness and creep strength (Creep breaking strength) at high temperatures is further improved by adding boron. Such steels contain considerable amounts of precipitates, such as carbides and nitrides, as the Precipitation hardening is achieved through additives, in particular nitrogen, to the steel. It is undesirable To use such steels as a material for evaporator tubes because of their corrosion resistance is significantly reduced. In addition, such steels have poorer machinability during manufacture of pipes and because of their thickness have poor bending and welding properties, so that they even if they have desirable properties in view of the use of some pipes should not be used for the production of evaporator tubes. It therefore arises the task of specifying a steel for the manufacture of evaporator tubes that meets the numerous above specified requirements and which also has an improved creep resistance.

In vieljährigem Studium wurde von den ErfindernIn many years of study the inventors

festgestellt, daß es möglich ist, einen legierten Stahl mit rein austenitischem stabilem Gefüge und geringer Neigung zu Ausscheidungen selbst bei langzeitiger Beanspruchung bei hohen Temperaturen herzustellen, der hohe Kriech-Bruchfestigkeit und geringen Preis in sich vereint.found that it is possible to use an alloy steel with a purely austenitic stable structure and lower Tendency to produce precipitates even with long-term exposure to high temperatures, the high creep resistance and low price combined.

Der erfindungsgemäße Stahl wird aus einem hitzebeständigen austenitischen Stahl, der die Elemente Chrom, Nickel und Molybdän enthält, sowie einige weitere Zusätze, die im folgenden aufgezählt werden, dadurch erhalten, daß eine auf den Kohlenstoffgehalt abgestimmte Niobmenge zugefügt wird, die die Aus-The steel according to the invention is made of a heat-resistant austenitic steel, which the elements Contains chromium, nickel and molybdenum, as well as some other additives that are listed below, obtained by adding an amount of niobium tailored to the carbon content, which

scheidung von Chromkarbid verhindert, wodurch der Ausgangsstahl hauptsächlich in seiner Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion und in seiner Warmfestigkeit verbessert wird. Eine weitere beträchtliche Erhöhung der Warmfestigkeit des mit Niob legierten Stahls wird durch Zusatz von Bor in sehr kleinen Mengen zusammen mit solchen Mengen von Phosphor erzielt, die eine Erhöhung der Festigkeit der Grundmasse bewirken.Prevents the separation of chromium carbide, which makes the base steel mainly in its resistance against intergranular corrosion and its heat resistance is improved. Another sizable one The high-temperature strength of the steel alloyed with niobium is increased by adding very small amounts of boron Amounts achieved along with such amounts of phosphorus that increase the strength of the matrix cause.

Aus dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß der erfindungsgemäße Stahl dadurch ausgezeichnet ist, daß er seine hohe Warmfestigkeit ohne die Ausscheidungen erhält, die zu diesem Zweck bei den bekannten Stählen bewirkt werden müssen.From the above it can be seen that the steel according to the invention is distinguished by that it receives its high heat resistance without the precipitates that are required for this purpose in the known steels must be effected.

F i g. 1 der Zeichnung zeigt Dauerstandskurven von Stählen der erfindungsgemäßen und von Stählen bekannter Zusammensetzung;F i g. 1 of the drawing shows resistance curves of steels of the invention and of steels known Composition;

F i g. 2 zeigt den Einfluß eines jeden Legierungselementes, das zusammen mit Bor dem Ausgangsstahl zugesetzt wurde, auf die Kriech-Bruchfestigkeit;F i g. Fig. 2 shows the influence of each alloying element, which together with boron make up the starting steel was added on the creep rupture strength;

F i g. 3 zeigt das Gefüge von erfindungsgemäß zusammengesetzten Stählen im Vergleich zu bekannten und »ähnlich zusammengesetzten« Stählen in 500facher Vergrößerung.F i g. 3 shows the structure of steels assembled according to the invention in comparison with known ones and "similarly composed" steels magnified 500 times.

Die erfindungsgemäßen Stähle können an Hand der im folgenden beschriebenen Versuche und der dabei erhaltenen Resultate besser verstanden werden.The steels according to the invention can be based on the tests described below and the the results obtained can be better understood.

Die in Tabelle 1 angeführten erfindungsgemäßen Stähle A und B sowie die bekannten Stähle C, D, E, F und G wurden bei 7000C geprüft, um die Abhängigkeit der aufgebrachten Belastung und der Zeit, die bis zum Bruch verstreicht, zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in F i g. 1 graphisch dargestellt. Zusätzlich sind in Tabelle 2 die Bruchfestigkeitswerte aller in Tabelle 1 aufgeführten Stähle angegeben, nachdem diese 10000 Stunden bei 7000C geglüht worden sind.The steels A and B according to the invention listed in Table 1 and the known steels C, D, E, F and G were tested at 700 ° C. in order to determine the relationship between the applied load and the time that elapsed until breakage. The results are shown in FIG. 1 shown graphically. In addition, the breaking strength values of all steels listed in Table 1 are given in Table 2 after they have been annealed at 700 ° C. for 10,000 hours.

TabelleTabel

Stahlstole Ele
ment
Ele
ment
CC. SiSi MnMn PP. CrCr NiNi MoMon NbNb BB. VV ZrZr WW. CoCo BemerkungenRemarks
ErfindungsInvention AA. 0,020.02 0,590.59 2,802.80 0,0920.092 13,8913.89 13,7213.72 1,561.56 0,450.45 0,0080.008 gemäße
Stähle
appropriate
Steels
BB. 0,080.08 0,500.50 2,722.72 0,0930.093 15,7415.74 14,0214.02 1,621.62 1,171.17 0,0080.008
11 0,120.12 0,510.51 1,461.46 0,1440.144 13,6313.63 16,4716.47 1,471.47 0,940.94 0,0080.008 / 0,008 bis 0,012% B
\ 0,05 bis 0,15 % P
/ 0.008 to 0.012% B.
\ 0.05 to 0.15% P
22 0,080.08 0,550.55 1,431.43 0,0910.091 13,5013.50 16,2116.21 1,381.38 0,980.98 0,0150.015 / Mehr als 0,012% B
\ 0,05 bis 0,15 % P
/ More than 0.012% B
\ 0.05 to 0.15% P
33 0,090.09 0,520.52 1,451.45 0,1320.132 13,4813.48 16,3516.35 1,421.42 1,031.03 0,0140.014 / Mehr als 0,012% B
\ 0,12 bis 0,15% P
/ More than 0.012% B
\ 0.12 to 0.15% P
44th 0,120.12 0,530.53 1,411.41 0,0810.081 13,3413.34 16,1016.10 1,351.35 1,611.61 0,0060.006 0,10 bis 0,20% C0.10 to 0.20% C 55 0,100.10 0,550.55 1,451.45 0,0940.094 13,8013.80 16,5016.50 2,102.10 0,870.87 0,0080.008 2,0 bis 2,5 % Mo2.0 to 2.5% Mo 66th 0,120.12 0,500.50 1,471.47 0,0880.088 13,7513.75 16,6216.62 1,351.35 1,101.10 0,0050.005 Ȁhnlicher
Stahl«
“More like that
Stole"
CC. 0,080.08 0,740.74 2,872.87 0,0100.010 19,6719.67 14,8914.89 1,531.53 0,950.95 0,0140.014
Bekannte
Stähle
Acquaintance
Steels
DD. 0,100.10 0,500.50 6,006.00 - 15,015.0 10,010.0 1,01.0 1,01.0 0,007
0,009
0.007
0.009
0,250.25
EE. 0,060.06 0,710.71 1,741.74 0,0270.027 17,3517.35 13,2613.26 2,412.41 - - - - 0,030.03 FF. 0,120.12 0,470.47 1,451.45 0,0140.014 20,5020.50 17,1617.16 2,702.70 1,051.05 - - - 0,120.12 2,882.88 19,1219.12 GG 0,130.13 0,480.48 1,211.21 0,1480.148 18,0518.05 12,0312.03 2,052.05 - 0,0480.048 - - 0,060.06

Tabelle 2Table 2

QtQ hlQtQ St. Bruchfestigkeit in kg/mm2 Breaking strength in kg / mm 2 OLaXIlOLaXIl nach 10 000 Stunden bei 700° Cafter 10,000 hours at 700 ° C AA. 16,216.2 BB. 16,016.0 11 16,016.0 22 15,815.8 33 16,316.3 44th 14,814.8 55 15,815.8 66th 15,015.0 DD. 10,210.2 EE. 6,56.5 FF. 12,112.1

Aus F i g. 1 und Tabelle 2 ist zu erkennen, daß die erfindungsgemäß zusammengesetzten Stähle eine wesentlich höhere Kriech-Bruchfestigkeit von wenigstens 14,8 kg/mm2 nach einer Behandlung von 10000 Stunden bei 700 ° C aufweisen, als die bekannten Stähle.
Tabelle 3 zeigt außer den Kerbschlagwerten für die erfindungsgemäß zusammengesetzten Stähle A und B sowie für die bekannten Stähle C und D, wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind und die nach einfachem Lösungsglühen erhalten worden sind, auch noch die Werte für die gleichen Stähle, nachdem diese im Anschluß an die Lösungsglühbehandlung 3000 Stunden auf 7500C erhitzt und sodann in Wasser abgeschreckt worden sind. Die in Tabelle 3 aufgeführten Kerbschlagwerte stellen ein Kriterium für die Gefügestabijität dar, die bei der späteren Langzeitbelastung des Stahls erwartet werden kann. Sie lassen erkennen, daß die erfindungsgemäßen. Stühle sowohl hinsichtlich der Temperatur wie auch hinsichtlich der Belastungszeit überlegene Stabilitätseigenschaften aufweisen.
From Fig. 1 and Table 2 it can be seen that the steels composed according to the invention have a significantly higher creep strength of at least 14.8 kg / mm 2 after treatment for 10,000 hours at 700 ° C. than the known steels.
In addition to the notch impact values for the steels A and B composed according to the invention and for the known steels C and D, as listed in Table 1 and which have been obtained after simple solution annealing, also the values for the same steels after this following the solution heat treatment, they were heated to 750 ° C. for 3000 hours and then quenched in water. The notch impact values listed in Table 3 represent a criterion for the structural stability that can be expected with the later long-term loading of the steel. They indicate that the invention. Chairs have superior stability properties in terms of both temperature and exposure time.

Tabelle 3Table 3

Stahlstole

A
B
C
D
A.
B.
C.
D.

Kerbschlagwert (kg-m/cm2)Impact value (kg-m / cm 2 )

lösungsgeglühtsolution annealed

24,9
19,2
20,8
15,2
24.9
19.2
20.8
15.2

lösungsgeglüht
+ 3000 Std. 700°C/Wasser
solution annealed
+ 3000 hours 700 ° C / water

10,1
8,1
0,4
6,0
10.1
8.1
0.4
6.0

Im folgenden sollen die Gründe aufgeführt werden, weshalb die Mengen der bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Stähle zugesetzten zusätzlichen Legierungskomponenten auf die jeweils angegebenen Grenzen beschränkt werden müssen.The following are the reasons why the amounts of in the production of the Additional alloy components added to steels according to the invention to those specified in each case Limits need to be constrained.

F i g. 2 zeigt den Einfluß der Elemente Zr, V, Mn, P oder N, wenn diese zusammen mit Bor zu dem als Ausgangsstahl verwendeten Cr-Ni-Mo-Nb-Stahl hinzugefügt werden auf die Kriech-Zerreißfestigkeit des borhaltigen Ausgangsstahls. Auf der Abszisse dieser Figur sind die Gehalte der jeweils zusammen mit Bor dem Ausgangsstahl zugesetzten Elemente aufgetragen, und auf der Ordinate ist das Verhältnis der Zeit, die bis zum Bruch bei 700° C vergeht (Belastung 18 kg/mm2) jeweils für den borhaltigen Ausgangsstahl mit einem der zugesetzten Elemente zur Bruchzeit für den borhaltigen Ausgangsstahl ohne weitere Zusätze aufgetragen. F i g. 2 shows the influence of the elements Zr, V, Mn, P or N, when these are added together with boron to the Cr-Ni-Mo-Nb steel used as the starting steel, on the creep rupture strength of the starting steel containing boron. The abscissa of this figure shows the contents of the elements added to the starting steel together with boron, and the ordinate shows the ratio of the time it takes to break at 700 ° C (load 18 kg / mm 2 ) for the boron-containing steel Base steel with one of the added elements applied at the break time for the boron-containing base steel without further additives.

Aus F i g. 2 geht hervor, daß Phosphor das einzige Legierungselement ist, das die Kriech-Bruchfestigkeit anhebt, wenn es zusammen mit Bor dem Ausgangsstahl zugesetzt wird. Der Einfluß der gleichzeitig im Stahl anwesenden Elemente Phosphor und Bor ist groß. Die übrigen untersuchten Elemente zeigen die entgegengesetzte Wirkung. Sie erniedrigen die Kriechfestigkeit des Stahls. Dies ist insbesondere bei Stickstoff der Fall. Die erfindungsgemäßen Stähle sind daher wesentlich dadurch gekennzeichnet, daß sie keinen Stickstoff enthalten.From Fig. Figure 2 shows that phosphorus is the only alloying element that has creep rupture strength when it is added to the base steel together with boron. The influence of the simultaneously im Steel elements present phosphorus and boron is great. The remaining elements examined show the opposite effect. They lower the creep strength of the steel. This is especially true with nitrogen the case. The steels according to the invention are therefore essentially characterized in that they have none Contain nitrogen.

Bor wirkt insbesondere dann erhöhend auf die Kriechfestigkeit des Ausgangsstahls, wenn es in sehr kleinen Mengen anwesend ist. Sinken die Mengen jedoch unter 0,001 %, so läßt die Wirkung nach. Größere Mengen als 0,05% verschlechtern die Schweißbarkeit. Dies bedeutet, daß der Zusatz von Bor in den zuletzt genannten Mengen nicht erwünscht ist. Weiter ist zu beachten, daß der Zusatz von Bor in kleineren Mengen als 0,005 % nur wenig Einfluß auf die Erhöhung der Hochtemperatur-Zähigkeit hat und daß bereits Mengen von mehr als 0,012 % die Schweißbarkeit geringfügig verschlechtern.Boron has an especially increasing effect on the creep strength of the starting steel when it is very is present in small quantities. However, if the amounts fall below 0.001%, the effect diminishes. Larger amounts than 0.05% deteriorate the weldability. This means that the addition of Boron in the last-mentioned amounts is not desirable. It should also be noted that the addition of boron in amounts smaller than 0.005% have little effect the increase in high-temperature toughness and that already amounts to more than 0.012% improve the weldability worsen slightly.

Phosphor ist in der Hauptsache in Form einer festen Lösung in der Grundmasse enthalten, wobei es die Festigkeit der Grundmasse erhöht. Die Wirksamkeit des Phosphors ist allerdings weniger beachtlich, wenn der Gehalt unter 0,05 % beträgt. Phosphorgehalte über 0,15 °/o erhöhen die Neigung des Chromkarbids zur Ausscheidung, zerstören die plastische Verformbarkeit, erhöhen die Schwierigkeiten bei der Rohrfertigung und verschlechtern die Biegbarkeit des Stahls. Selbst Gehalte von mehr als 0,12 % Phosphor setzen bereits die Beständigkeit des Stahls gegen Spannungskorrosion herab.Phosphorus is mainly contained in the matrix in the form of a solid solution, whereby it is the Strength of the base mass increased. The effectiveness of the phosphorus is, however, less remarkable if the content is below 0.05%. Phosphorus contents above 0.15% increase the tendency of the chromium carbide to precipitate, destroy the plastic deformability, increase the difficulties in pipe production and deteriorate the flexibility of the steel. Even set contents of more than 0.12% phosphorus already reduces the steel's resistance to stress corrosion.

Kohlenstoff beeinflußt die Stahleigenschaften durch Bildung von Karbiden. Stähle mit hohen C-Gehalten sind am Platz, wo hohe Kurzzeit-Zerreißfestigkeiten gefordert werden. Außerdem erhöht Kohlenstoff die Karbidausscheidungen, woduch der Stahl versprödet und die Korrosionsbeständigkeit erniedrigt wird, wenn höhere C-Gehalte als 0,20% vorliegen. Ein C niedriggekohlter Stahl ist dementsprechend erwünscht, wenn ein hochstabiler Stahl mit geringer Neigung zu Karbidausscheidungen über lange Zeit gefordert wird, obigeich derartige niedriggekohlte Stähle, deren C-Gehalte unter 0,01% liegen, nur unbefriedigendeCarbon influences the steel properties through the formation of carbides. Steels with high carbon contents are at the place where high short-term tensile strengths are required. Also, carbon increases that Carbide precipitates, which embrittles the steel and lowers the corrosion resistance, if the C content is higher than 0.20%. A C low-carbon steel is therefore desirable, if a highly stable steel with a low tendency to precipitate carbide is required over a long period of time, The above mentioned low-carbon steels, the C-contents of which are below 0.01%, are only unsatisfactory

ίο Festigkeitseigenschaften aufweisen und schwierig herzustellen sind. Kohlenstoffzusätze von mehr als 0,1 % ergeben Stähle, die zu Karbidausscheidungen und unstabilem Gefüge neigen.
Niob wirkt nicht nur bezüglich der Ausscheidung von Chromkarbid vorbeugend, sondern es erhöht auch stark die Hochtemperaturfestigkeit (Warmfestigkeit) des Stahls. Die zuzusetzenden Gehalte hängen vom Kohlenstoffgehalt der Grundmasse ab, und sie sollten etwa gleich dem lOfachen C-Gehalt, beim erfmdungsgemäßen Stahl also 0,1 bis 2,0% sein. Hierbei ist aber zu beachten, daß Niobzusätze von mehr als 1,5% die Bildung intermetallischer Verbindungen verursachen, wodurch das Gefüge unstabil wird.
ίο have strength properties and are difficult to manufacture. Carbon additions of more than 0.1% result in steels that tend to precipitate carbides and have an unstable structure.
Niobium not only has a preventive effect with regard to the precipitation of chromium carbide, but it also greatly increases the high temperature strength (high temperature strength) of the steel. The contents to be added depend on the carbon content of the base material, and they should be approximately equal to 10 times the carbon content, i.e. 0.1 to 2.0% for the steel according to the invention. It should be noted, however, that niobium additions of more than 1.5% cause the formation of intermetallic compounds, which makes the structure unstable.

Molybdän erhöht als in der Grundmasse gelöstes Atom die Festigkeit. Es wirkt allerdings in geringerem Maße, wenn es in Gehalten von weniger als 0,5 % vorhanden ist, und es fördert die Ferritbildung und bildet mit den anderen Elementen intermetallische Verbindungen, die den Stahl bei Langzeiterwärmung auf höhere Temperaturen verspröden, sofern das Element in Gehalten über 2,5% vorhanden ist. Solche Versprödungen sind natürlich unerwünscht. Weiter ist zu beachten, daß schon bei Mo-Gehalten über 2,0% die Bildung intermetallischer Verbindungen gefördert sowie die Entstehung eines unstabilen Gefüges begünstigt wird.Molybdenum increases the strength as an atom dissolved in the matrix. However, it has less of an effect Measure if it is less than 0.5%, and it promotes ferrite formation and forms intermetallic compounds with the other elements, which the steel with long-term heating become brittle at higher temperatures, provided that the element is present in a content of more than 2.5%. Such Embrittlement is of course undesirable. It should also be noted that even with Mo levels over 2.0% promoted the formation of intermetallic compounds and the development of an unstable structure is favored.

Ein Zusatz von mehr als 16 % Nickel läßt die Warmfestigkeit des Stahls nicht mehr nennenswert ansteigen, jedenfalls nicht in dem Maße, wie es im Hinblick auf die durch den Zusatz erhöhten Kosten erwünscht wäre. Gehalte von weniger als 0,01 % Zr und weniger als 0,1 % V sind im Hinblick auf die Erhöhung der Warmfestigkeit und der Zähigkeit nur wenig wirkungsvoll. Im Hinblick auf die steigenden Produktionskosten wird durch den Zusatz von mehr als 0,05% Zr und mehr als 0,5% V ebenfalls nichts gewonnen.An addition of more than 16% nickel does not significantly increase the heat resistance of the steel, at least not to the extent that would be desirable in view of the increased costs caused by the addition. Contents of less than 0.01% Zr and less than 0.1% V are in view of increasing the high temperature strength and toughness only ineffective. In view of the increasing production costs nothing is gained by adding more than 0.05% Zr and more than 0.5% V either.

In F i g. 3 sind Mikrophotographien (Vergrößerung 500facli) der Gefüge der Stähle A und B und des ähnlich zusammengesetzten Stahles C, wie sie in Tabelle 1 aufgeführt sind, wiedergegeben, und zwar nach folgender Behandlung: Lösungsglühen 1 Stunde 12000C, anschließend 3000 Stunden 750° C und Abschrecken in Wasser. In dieser Figur bedeuten die Ziffern (1), (2) und (3) jeweils die Stähle A, B und C.In Fig. 3 are photomicrographs (magnification 500facli) of the microstructure of the steels A and B and of similar composite steel C, as listed in Table 1, reproduced, namely according to the following treatment: solution treatment 1 hour 1 200 0 C, then 3000 hours 750 ° C and quenching in water. In this figure, numerals (1), (2) and (3) represent steels A, B and C.

Wie bereits betont, ist es erforderlich, daß Stähle für die Herstellung von Verdampferrohren ein stabiles Gefüge aufweisen, dessen Zähigkeit auch bei lang dauernder Verwendung bei hohen Temperaturen nicht absinkt. Wie im folgenden gezeigt wird, genügt der erfindungsgemäße Stahl dieser Forderung vollauf.As already emphasized, it is necessary that steels for the manufacture of evaporator tubes are stable Have a structure whose toughness is not even with long-term use at high temperatures sinks. As will be shown below, the steel according to the invention fully meets this requirement.

Aus den Bildern (1) und (2) der F i g. 3 geht hervor, daß sich das Gefüge des erfindungsgemäßen Stahls nach der Langzeitglühung kaum von demjenigen vor der Langzeitglühung unterscheidet. Dies beweist, daß das Gefüge weitgehend stabil ist. Der in Bild (1) der F i g. 3 gezeigte Stahl A weist mit seinem C-Gehalt von 0,02 % nur sehr wenig Ausscheidungen auf, und er zeigt eine befriedigende Zähigkeit, wie der Kerb-From the images (1) and (2) of FIG. 3 shows that the structure of the steel according to the invention after long-term annealing hardly differs from that before long-term annealing. This proves that the structure is largely stable. The one shown in Figure (1) of FIG. 3 shown steel A shows with its C content of 0.02% has very little precipitations, and it shows a satisfactory toughness, like the notch

schlagwert von 8 bis 10 kg-m/cm2 in Tabelle 3 zeigt. Andererseits zeigt der ähnlich zusammengesetzte Stahl C — dargestellt in Bild (3) der F i g. 3 — ein Gefüge, in dem eine große Menge intermetallischer Verbindungen an den Korngrenzen und innerhalb des Kornes ausgeschieden ist. Dieser Stahl zeigt einen bemerkenswerten Abfall der Zähigkeit, der sich in einem Kerbschlagwert von weniger als 1 kg-m/cm2 ausdrückt, wie aus Tabelle 3 hervorgeht. Es ist einleuchtend, daß der Stahl C, der im lösungsgeglühten Zustand ein rein austenitisches Gefüge hatte, infolge der Ausscheidung von intermetallischen Verbindungen, wie Sigma-Phase bei der Langzeitglühung wegen seines Gehaltes von 20 % Cr und 14 % Ni beinahe völlig in Ferrit umgewandelt wurde.impact value of 8 to 10 kg-m / cm 2 in Table 3 shows. On the other hand, the similarly composed steel C - shown in Figure (3) of FIG. 3 - a structure in which a large amount of intermetallic compounds are precipitated at the grain boundaries and within the grain. This steel shows a remarkable drop in toughness, which is expressed in an impact value of less than 1 kg-m / cm 2 , as can be seen from Table 3. It is obvious that steel C, which had a purely austenitic structure in the solution-annealed state, was almost completely converted into ferrite due to the precipitation of intermetallic compounds such as the sigma phase during long-term annealing because of its content of 20% Cr and 14% Ni .

Der erfindungsgemäße Stahl sollte daher Chrom in Mengen von 12 bis 18 % und Nickel in Mengen von 12 bis 20% enthalten, um sicherzustellen, daß er eine hinreichende Korrosionsbeständigkeit, Oxydationsbeständigkeit (Zunderfestigkeit) sowie unveränderte Zähigkeit auch nach langzeitigem Gebrauch hat. Der Stahl sollte desgleichen Silizium als Desoxydationsmittel in Mengen von 0,1 bis 1,0 % enthalten. Diese Mengen können ohne Festigkeitsverlust zugesetzt werden.The steel according to the invention should therefore chromium in amounts of 12 to 18% and nickel in amounts of 12 to 20% to ensure that it has adequate corrosion resistance, oxidation resistance (scale resistance) and unchanged Has toughness even after long-term use. The steel should also contain silicon as a deoxidizer in amounts of 0.1 to 1.0%. These Quantities can be added without loss of strength.

Weiter kann der Stahl Mangan in Mengen von 0,1 bis 4,0% enthalten. Mangan wirkt wie Silizium als Desoxydationsmittel und verbessert die Bearbeitbarkeit des Stahls. In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, daß größere Mangangehalte als 4,0% vermieden werden sollten, da sie die Festigkeit des Stahls merklich erniedrigen.The steel can also contain manganese in amounts of 0.1 to 4.0%. Manganese works like silicon as a deoxidizer and improves the machinability of the steel. In this context, should It is mentioned that manganese contents greater than 4.0% should be avoided as they reduce the strength of the Noticeably lower Stahls.

Wie bereits einleitend betont, kann der erfindungsgemäße Stahl, der nicht nur als Werkstoff für die Herstellung von Verdampferrohren verwendet werden kann, sondern überhaupt als Werkstoff mit hoher Kriech-Bruchfestigkeit und hoher Korrosionsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen, ohne Verwendung von teuren Legierungselementen mit verhältnismäßig geringen Kosten erzeugt werden. Die Verwendung dieses Stahls macht es möglich, Verdampferrohre mit geringerer Wandstärke und daher geringerem Gewicht und kleinerem Preis herzustellen, und es können Verdampfer gebaut werden, die bei höherer Temperatur und mit höherem Druck arbeiten. Es wird dies wesentlieh zur Verbreitung von Verdampfern mit überkritischem Druck beitragen.As already emphasized in the introduction, the inventive Steel that is not only used as a material for the manufacture of evaporator tubes can, but generally as a material with high creep resistance and high corrosion resistance at elevated temperatures, without the use of expensive alloying elements with relatively can be generated at low cost. The use of this steel makes it possible to use evaporator tubes smaller wall thickness and therefore lower weight and lower price, and there can be evaporators that work at higher temperatures and higher pressures. This becomes essential contribute to the spread of evaporators with supercritical pressure.

Claims (9)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Stabilausteni tischer korrosionsbeständiger Stahl mit hoher Warmfestigkeit und hoher Dauerstandsfestigkeit bei hohen Temperaturen, insbesondere zur Herstellung von Verdampfer- und Überhitzerrohren, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung:1. Stable austenitic corrosion-resistant steel with high heat resistance and high fatigue strength at high temperatures, especially for the production of evaporator and superheater tubes, characterized by the following composition: 0,001 bis0.001 to 0,1 bis0.1 to 0,1 bis0.1 to 0,05 bis0.05 to 0,001 bis
12,0 bis 18,0%
12,0 bis 20,0%
0.001 to
12.0 to 18.0%
12.0 to 20.0%
0,5 bis 2,5%0.5 to 2.5% 0,1 bis 2,0%0.1 to 2.0% 0,20% Kohlenstoff,
1,0% Silizium,
4,0 % Mangan,
0,15% Phosphor,
0,05% Bor,
0.20% carbon,
1.0% silicon,
4.0% manganese,
0.15% phosphorus,
0.05% boron,
Chrom,Chrome, Nickel,Nickel, Molybdän,Molybdenum, Niob,Niobium, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen. The remainder is iron with impurities from the melting process.
2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Borgehalt 0,005 bis 0,012% beträgt.2. Steel according to claim 1, characterized in that the boron content is 0.005 to 0.012% amounts to. 3. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphorgehalt 0,05 bis 0,12% beträgt.3. Steel according to claim 1, characterized in that the phosphorus content is 0.05 to 0.12% amounts to. 4. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobgehalt 0,1 bis 1,5% beträgt.4. Steel according to claim 1, characterized in that the niobium content is 0.1 to 1.5%. 5. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphorgehalt 0,05 bis 0,12%, der Borgehalt 0,005 bis 0,012% und der Niobgehalt 0,1 bis 1,5% beträgt.5. Steel according to claim 1, characterized in that the phosphorus content is 0.05 to 0.12%, the boron content is 0.005 to 0.012% and the niobium content is 0.1 to 1.5%. 6. Stahl nach wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt 0,01 bis 0,1 % beträgt.6. Steel according to at least one of the preceding claims, characterized in that the carbon content is 0.01 to 0.1%. 7. Stahl nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt 0,01 bis 0,1 %, der Phosphorgehalt 0,05 bis 0,12%, der Nickelgehalt 12,0 bis 16,0 % und der Molybdängehalt 0,5 bis 2,5 % beträgt.7. Steel according to claim 5, characterized in that the carbon content is 0.01 to 0.1%, the phosphorus content 0.05 to 0.12%, the nickel content 12.0 to 16.0% and the molybdenum content Is 0.5 to 2.5%. 8. Stahl nach wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich 0,01 bis 0,05% Zirkonium vorhanden ist.8. Steel according to at least one of the preceding claims, characterized in that that in addition 0.01 to 0.05% zirconium is present. 9. Stahl nach wenigstens einem der voraufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich 0,1 bis 0,5% Vanadium vorhanden ist.9. Steel according to at least one of the preceding claims, characterized in that that an additional 0.1 to 0.5% vanadium is present. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 009 525/1941 sheet of drawings 009 525/194
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