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DE2010055B2 - Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs mit hoher Zeitstandfestigkeit und Zähigkeit - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs mit hoher Zeitstandfestigkeit und Zähigkeit

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Publication number
DE2010055B2
DE2010055B2 DE2010055A DE2010055A DE2010055B2 DE 2010055 B2 DE2010055 B2 DE 2010055B2 DE 2010055 A DE2010055 A DE 2010055A DE 2010055 A DE2010055 A DE 2010055A DE 2010055 B2 DE2010055 B2 DE 2010055B2
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DE
Germany
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alloy
content
application
titanium
niobium
Prior art date
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Granted
Application number
DE2010055A
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English (en)
Other versions
DE2010055A1 (de
DE2010055C3 (de
Inventor
Philip James Parry
Peter Lindsay Twigg
Original Assignee
Inco Europe Ltd., London
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inco Europe Ltd., London filed Critical Inco Europe Ltd., London
Publication of DE2010055A1 publication Critical patent/DE2010055A1/de
Publication of DE2010055B2 publication Critical patent/DE2010055B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2010055C3 publication Critical patent/DE2010055C3/de
Expired legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/055Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 20% but less than 30%

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren /um !erstellen eines Werkstoffs, der eine Lebensdauer bis zum Bruch von mindestens 268 Stunden bei einer
Belastung von 27 kg/mm-' bei 815°C sowie nach einem lOOOstündigen Glühen bei 8500C und anschließendem Abkühlen in Luft bei Raumtemperatur eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 0,74 kpm/cm' besitzen und gleichzeitig bei höheren Temperaturen beständig gegen Korrosion durch unreine, schwefelhaltige Kohlenwasserstoff-Brennstoffe und chloridhaltige Medien sein muß, aus einer Legierung bestehend aus 2i,5 bis 26% Chrom,0,01 bis0,2% Kohlenstoff, 10bis24% Kubalt,0,5 bis 2,1% Molybdän, 4,25 bis 5,6% Titan und Aluminium,
0 bis 2,0% Niob, 0,001 bis 0,05% Bor, 0 bis 0,15% Zirkonium bei einem Gesamtgehalt an Zirkonium und dem Zehnfachen des Borgehaltes von mindestens 0,02%,0 bis 0,1% Hafnium, 0 bis 0,04% Magnesium, 0 bis 0,3% Seltene Erdmetalle und 0 bis 2% Yttrium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Nickel.
In der britischen Patentschrift 8 57 299 sii.J Nickel-Chrom-Kobalt-Legierungen beschrieben und unter Schutz gestellt, die zwischen 13,5 und 14,75% Chrom, vorzugsweise 14 bis 15,5% Chrom, 18 bis 22% Kobalt, 0,9 bis 1,5% Titan, 4,2 bis 4,8% Aluminium, 0,12 bis 0,17% Kohlenstoff und 4,0 bis 5,5% Molybdän unter Zusatz von 0,05% Zirkonium und 0,003% Bor, Rest, abgesehen von Verunreinigungen, Nickel enthalten. Diese Legierungen, die in großem Umfange praktisch in Gebrauch sind, haben in geschmiedetem Zustand nach Vergütung ein Zeitstandverhalten von 280 und 500 Stunden unter Beanspruchung mit 27 kp/mm-' bei 8I5"C. Ihr Widerstand gegen Korrosion bei hohen Temperaturen ist jedoch für viele Zwecke unzureichend.
Es ist bekannt, daß durch Erhöhen des Chroiiigehalts über etwa 6% Chrom die Widerstandsfähigkeit von Legierungen auf Nickelbasis gegen Korrosion bei hohen Temperaturen in schwefelhaltiger Umgebung verbessert werden kann. Dies wird durch die graphisch in der britischen Patentschrift 8 57 299 wiedergegebenen Versuchsergebnisse veranschaulicht. Andere Ver-.suchsergebnisse, die in jener Patentschrift angegeben sind, zeigen, daß die Erhöhung des Chromgehalts über etwa 16% in bemerkenswertem Maße das Zeitstandverhalten der Legierungen verschlechtert. Eine weitere ungünstige Wirkung der Erhöhung des Chromgehalts besteht darin, daß sie den Gehalt der härtend und fesiigkeitserhöhend wirkenden Elemente Titan, Aluminium, Molybdän und Niob heruntersetzt, während doch gerade diese Elemente wirksam sind, eine Versprödung bei längerer Einwirkung höherer Temperaturen zu unterdrücken.
Bekannt ist aus der französischen Patentschrift Π 14 619 auch eine Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung mit 8 bis 25% Chrom, 5 bis 30% Kobalt, 0,5 bis 8% Titan,
1 bis 10% Aluminium, 0,01 bis 0,5% Kohlenstoff, 0,005 bis 0,2% Bor, 0 bis 12% Molybdän, 0 bis 10% Wolfram, 0 bis 5% Eisen, 0 bis 1% Zirkonium und 0 bis 2% Niob und/oder Tantal, Rest mindestens 30% Nickel. Diese Legierung dient zum pulvermetallurgischen I !erstellen von Gasturbinenschaufeln.
Des weiteren ist aus der deutschen Auslegeschrift 10 96 040 eine bei hohen Temperaturen kriechfeste Nickel-Chrom-Legierung mit 4 bis 30% Chrom, 0 bis 55% Kobalt, 0 bis 40% Eisen, bis 0,5% Kohlenstoff, 0 bis 20% Molybdän, 0 bis 5% Wolfram, 0 bis l%Niob und/oder Tantal, bis 1% Mangan, bis 2% Silizium, 0,01 bis 0,2% Zirkonium, 0,5 bis 8% Titan, 0,3 bis 8% Aluminium und 0,001 bis 0,01% Bor, Rest mindestens 40% Nickel bekannt.
In der deutschen Patentanmeldung ρ 50 38b D/40b wird eine hitzebeständige Nickel-Chrom-Legierung mit 12 bis 35% Chrom, bis 0,5% Kohlenstoff, 0 bis 15% Eisen, 0,5 bis 5% Aluminium, 0,1 bis 5% Titan, -, 0,001 bis 0,2% Zirkonium, bis 5% Molybdän und/oder Wolfram, bis 45% Kobalt, 0,002 bis 5% Niob, bis V1A, Bor beschrieben, deren Gesamtgehalt an Aluminium und Titan 2,5 bis 6% beträgt und die bei hohen Temperaluren von 900"C eine hohe Festigkeit, insbe-
ι» sondere Kriechfestigkeit und eine gute Korrosionsbeständigkeit besitzt. Über die Zähigkeit dieser Legierung, insbesondere nach einer langzeitigen Beanspruchung bei hohen Temperaturen ist nichts bekannt. Außerdem besitzt eine als Beispiel angegebene Legierung mit 20%
π Chrom, 0,96% Aluminium, 2,48% Titan, 0,05% Zirkonium, 0,42% Eisen, 0,57% Silizium, 0,39% Mangan und 20% Kobalt bei 8I5°C und einer Belastung von 27 kp/mm- eine Standzeit von nur 40 Stunden; sie unterliegt zudem bei/n Eintauchen in eine Salzschmelze
_>o aus 25% Natriumchlorid und 75% Natriumsulfat bei 900qC im Verlauf von 300 Stunden einem Gewichtsverlust von 1680 mg/cm-'.
Aus der britischen Patentschrift 7 83 955 ist schließ lieh eine Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung mit 0,001 bis
_>-, 0,15% Kohlenstoff, je 0,1 bis 1,0% Mangan und Silizium, 10 bis 25% Kobalt, 15 bis 25% Chrom, 0 oder 8 bis I Wo Wolfram, 0,001 bis 0,05% Bor, 0 bis 10% Molybdän, l.b bis 2,75% Titan, 0.2 bis 2% Aluminium, 0 bis 5% Eisen und einzeln oder nebeneinander 0 bis 3% Niob, Tantal
in und Vanadin, Rest mindestens 40% Nickel bekannt. Diese Legierung eignet sich als Guß- und Knetwerkstoff; sie soll bei Temperaturen von 600 bis 1000 'C eine gute Festigkeit und Zunderbeständigkeit, beispielsweise bei 87O0C und einer Belastung von 14 kp/mm- eine
r> Standzeit von mindestens 50 Stunden, im Ein/elfall von 225 Stunden besitzen.
Ausgehend von dem vorerwähnten Stande der Technik besieht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, ein Verfahren zum Herstellen einer
in Nickel-Chrom-Kobalt-Legierung zu schaffen, die bei 815°C und einer Belastung von 27 kp/mm- eine Standzeit von mindestens 268 Stunden und nach einem lOOOstündigen Glühen bei 8500C und anschließendem Abkühlen an Luft bei Raumtemperatur eine Keil)
r> Schlagzähigkeit von mindestens 0,74 kpm/cm-' besitzt sowie bei höheren Temperaturen beständig gegen Korrosion durch unreine, schwefelhaltige Kohlenwasserstoff-Brennstoffe und chloridhaltige Medien ist. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem
■in Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß der Titan- auf den Aluminiumgehalt so abgestimmt wird, daß das Verhältnis 1:1 bis 4 : 1 beträgt und daß der Gesamtgehalt an Titan und Aluminium so auf den Niobgehalt abgestimmt wird, daß die entsprechenden Wertepaare in das von den Eckpunkten A, B, C. D, Λ definierte Feld im Koordinatensystem, in dem die Summe der Titan- und Aluminiumgehalte gegen den Niobgehalt aufgetragen ist, fallen.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herge-
ω) stellte Legierung eignet sich beispielsweise als Werkstoff zum Herstellen von Läuferschaufeln oder anderen Teilen von Gasturbinen, die mit unreinen, insbesondere Schwefel enthaltenden Kohlenwasserstoffen und insbesondere in maritimer Atmosphäre betrieben werden.
b) Im Hinblick auf eine möglichst hohe Korrosionsbeständigkeit enthält die Legierung mindestens lyy/n Chrom. Chromgehalte über 26% bedingen dagegen eine Versprödung bzw. beeinträchtigen die Zeitstandltstiji
keit. Vorzugsweise enthalt die Legierung 24 bis 25% Chrom.
Durch Kohlenstoffgchaile unter 0,01% wird die Zeitstandfestigkeit der Legierung verschlechtert.
Er liegt deshalb vorzugsweise zwischen 0,015 und 0,08%. Ein zu großer Kohlenstoffgehalt macht die Legierungen spröde. Deshalb soll der Kohlenstoffgehalt 0,2% nicht überschreiten.
Kobalt erhöht die Festigkeit der Legierungen. Deshalb werden mindestens 10% und vorzugsweise mindestens 12% und mit besonderem Vorteil mindestens 14% für diesen Zweck vorgesehen. Übersteigt der Kobaltgehalt jedoch 24%, so neigen die Legierungen zum Verspröden bei langer dauernder Erhitzung. Vorzugsweise überschreitet daher der Kobaltgehalt nicht 22%.
Die Festigkeit der Legierung wird ferner durch Niob, Titan, Aluminium und Molybdän erhöhl.
Das Zeitstandverhalten der Legierungen wird im allgemeinen durch die Anwesenheit von Niob erhöht. Die Legierungen enthalten daher mit Vorteil mindestens 0,25% Niob und vorzugsweise 0,5% Niob. (Jbersteigt jedoch der Niobgchalt 2%, so erhält man Legierungen mit unzureichendem Zeitstandverhalten in bezug auf die Lebensdauer und niedriger Festigkeit gegen Schlagbeanspruchung bei niedrigen Raumtemperaturen. Tantal kann nebenbei mit dem Niob in einer Menge bis zu etwa einem Zehntel des Niobgehaltcs beigefügt werden. Für den mit der Erfindung verfolgten Zweck sind solche Tantalmengen als Teil des Niobgehaltes anzusehen.
Wenn der Gesamtgehalt an Titan plus Aluminium kleiner ist als 4,25%, so ist das Zcitstandverhalten bezüglich der Lebensdauer wiederum verhältnismäßig schlecht, während die Festigkeil gegen Schlagbeanspruchung nach längerer Erhitzung auf 850"C unzureichend ist, wenn der Gesamtgehall an Titan plus Aluminium zu groß ist, und zwar mil Rücksicht auf den Gehalt an Niob.
Tabelle I
Die Legierung würde also dann durch einen Punkt repräsentiert werden, der oberhalb und rechts der Linie AB in der beiliegenden Zeichnung liegt, in welche die Summe der prozentualen Gehalle an Titan und Aluminium als Ordinaten über dem Niobgehalt aufgetragen sind.
Diese Wirkungen sind erläutert durch die Vcisuchsergebnisse, die mit Reihen von Legierungen der in Tabelle I angegebenen Zusammensetzungen durchgeführt wurden. In dieser Tabelle sind die Legierungen Nr. 1 bis 4 erfindungsgemäß zusammengesetzt und alle übrigen Legierungen nicht. Das Ti : Al-Gewichtsverhältnis betrug bei allen diesen Legierungen 2:1. Zusätzlich zum Nickel und den angegebenen Bestandteilen enthielt jede Legierung nominell 0,003% Bor und 0,05% Zirkonium. Die Legierungen wurden im Vakuum erschmolzen. Es wurden 0,003% Magnesium beigegeben in Form einer Ni-!5%-Magnesiumlegierung, womit sich ein Überschuß an Magnesiumgehalt von 0,02% ergab, und die Legierungen wurden im Vakuum gegossen. Die Blöcke wurden durch Warmverformung in Stäbe oder Stränge verwandelt, von denen Proben zur Untersuchung des Zeitstandveraltens geschnitten wurden, und einer Wärmebehandlung unterworfen, die aus Lösungsglühen über 4 Stunden bei 1150° C, Abkühlen in Lur't, Aushärten über 16 Stunden bei 85O0C und erneutem Abkühlen in Luft bestand. Proben zur Untersuchung der Kerbschlagfähigkcit wurden gleichfalls hergestellt. Diese wurden ebenfalls einer Wärmebehandlung unterworfen, die aus vierstündigem Lösungsglühen bei 1150°C, Abkühlen in Luft und hierauf Erhitzen für die Dauer von 1000 Stunden bei 850°C und anschließendem Abkühlen in Luft bestand. In den drei letzten Spalten der Tabelle 1 ist das Zcitstandverhalten in Stunden bei 27 kp/mm2 und 815°C, die prozentuale Dehnung bei Bruch und die bei Raumtemperatur mittels Charpy-Kerbschlagprobe mit Spitzkerbe bestimmte Kerbschlagzähigkeit in kgm/cm2 angegeben.
Legierung C M Ii Ii + ΛΙ Cr Cd Nb Mo Zeitstand Dehnung Kerb
verhalten schlag
%) zähigkeit
Lebens 9,2
dauer 9,3
(%) ( (%) (%) (%) (%) (%) (%) (Std.) 5,5 (kg/cm')
A 0,058 ,3 2.7 4.0 25,1 20 _ 2,05 143 16 5,75
1*) 0,047 ,45 3.2 4,65 25,2 21,2 _ 2,0 337 9,8 2,90
0,047 ,8 3,5 5,3 24,8 21,1 2,0 321 9,4 2,37
3«) 0,046 ,65 3,2 4,85 24,4 19,8 0,6 2,1 283 14,9 2,51
Il 0,047 ,8 3,55 5,35 24,5 19,8 0,6 2,05 313 9,8 1,38
C" 0,046 ,3 2.3 3.6 24,4 20,1 1,1 2,1 170 6,5 4,99
D 0,060 ,35 2,7 4,05 24,8 20 0,98 2,05 167 9,4 4,13
4«) 0,043 ,5 3,05 4,55 25,1 19,7 1,05 2,1 354 5,0 2,76
ι: 0,044 ,25 2,35 3,6 24,1 20,1 2,1 2,15 197 3,01
Γ 0,058 ,35 2,7 4,05 24,2 19,7 1,9 2,05 214 2,37
CJ 0,045 ,55 3,0 4,55 23,5 19,8 2,05 2,05 216
') Niii-Ii dem crfindungsgciuüHcii Verfahren hergestellte Legierung.
Die Legierungen in Tabelle 1 werden durch die I'unkIe repräsentiert, die in der dieser Beschreibung beigefügten Zeichnung eingetragen sind. In jedem Linzclfiill bedeuten die in Klammern angegebenen /iihlcn die Standzeit in Stunden, die prozentuale Dehnung und die Kcrbschlngziihigkcii in kgni/em2.
Die vier untersuchten Legierungen, deren Zusammensetzungen innerhalb des Feldes ABCUA liegen i,ri (also Legierungen I, 2, 3 und 4), zeigten sämtlich eine Standzeil von mehr als 280 Stunden und eine Kcrbschlagzähigkcit über 1,7 kgm/cm2, während die anderen Legierungen in der einen oder anderen
Beziehung diesen Legierungen in bezug auf die in Rede stehenden Eigenschaften unterlegen waren.
Verhältnisse von Titan zu Aluminium kleiner als 1 :1 führen zu Verlust an Duktilität unter Dauerbeanspruchung und zu einer Verminderung der Widerstandsfähigkeit gegen Schlagbeanspruchung während das Zeitstandverhalten unbefriedigend ist, wenn das genannte Verhältnis 4 :1 überschreitet. Vorzugsweise beträgt dieses Verhältnis 1 :1 bis 2,5 :1.
Bei Abwesenheit von Molybdän verschlechtert sich das Zeitstandverhalten der Legierungen, und mindestens 0,5% Molybdän müssen anwesend sein, da Molybdän bis 2% das Zeitstandverhalten verbessert und bei mehr als 2% wieder etwas senkt, jedoch die Kerbschlagzähigkeit nach längerem Erhitzen auf 8500C progressiv mit zunehmendem Molybdängehalt abnimmt. Bei mehr als 2% Molybdän besteht im übrigen die Gefahr der Bildung einer Sigmaphase. Hieraus folgt, daß zwecks zufriedenstellender Kerbschlagzähigkeit
Tabelle 11
und Vermeidung von Versprödung bei längerem Erhitzen die Legierungen nicht mehr als 2% Molbdän enthalten sollen. Vorzugsweise beträgt der Molybdängehalt 1 bis 2,0%.
Diese Wirkungen werden durch die aus Tabelle II ersichtlichen Versuchsergebnisse veranschaulicht, die mit Legierungen erhalten wurden, welche nominell zusätzlich zum Molybdän Titan und Aluminium in den angegebenen Mengen enthielten, und zwar bei einem Ti: Al-Verhältnis von 2:1, ferner 0,04% Kohlenstoff, 25% Chrom, 20% Kobalt, 0,003% Bor, 0,05% Zirkonium, 0,02% Magnesium, Rest, abgesehen von Verunreinigungen, Nickel. Die Legierungen wurden in derselben Weise hergestellt, wärmebehandelt und getestet, wie dies in Verbindung mit Tabelle I beschrieben worden ist. Legierung 2a wurde nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, die Legierungen H und K dagegen nicht.
Legierung
Nr.
Mo Ti+ Al
Zeitstandverhalten
(Std.)
Dehnung
Kerbschlagzähigkeit
(kgm/cm2)
2a
4,6
4,65
4,7
120
337
296
16,8
5,25
2,90
0,52
Bor und in geringem Maße auch Zirkonium verbessern das Zeitstandverhalten der Legierungen, und diese müssen mindestens 0,001 und vorzugsweise mindestens 0,003%, aber nicht mehr als 0,05% Bor enthalten. Ein Borgehalt von mehr als 0,05% hat einen schädlichen Einfluß auf die Schmiedbarkeit der Legierungen. Zirkonium darf in Mengen bis 0,15% anwesend sein. Der Gesamtgehalt von Bor und Zirkonium, ausgedrückt durch
Der Vorteil eines Borgehalts von mindestens 0,003% wird durch die in Tabelle III angegebenen Ergebnisse veranschaulicht, die mit erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierungen erhalten wurden, also Legierungen, die zusätzlich zu Chrom, Molybdän und Bor nominell 0,04% Kohlenstoff, 20% Kobalt, 3% Titan, 1,5% Aluminium, 1% Niob, 0,04% Zirkonium, Rest, von Verunreinigungen abgesehen, Nickel enthielten.
Die Herstellung, Wärmebehandlung und Prüfung der Legierungen erfolgte ebenso, we dies in Verindung mit
(10% B), Cr Mo B Tabelle I 1 ist, jedoch mit einer Zeitstandverhalten Dehnung Sigma- phase bei 22 kp/inm2 Dehnung Sigma Kerb
zusätzlicher ι Untersuchung des Zeitstandverhaltens bei bei 27 kp/mm2 Lebens phase schlag
zähigkeit
muß mindestens 0,02% betragen. jeschrieber 22kp/mm2und815°C. Lebens (o/o) nein dauer (0/0)
Tabelle III ι worden dauer 5 nein (Std.) 5 ja
(% Zr) + Legierung (%) (0/0) (0/0) (Std.) 6 nein 707 11 nein (kgm/cm2)
25 2 0,003 268 5 nein 1107 9 nein 2,75
25 1,5 0,003 624 6 nein 944 5 nein 2,37
24 1,5 0,003 333 8 1310 11 ja
24,5 1,5 0,012 448 967 2,87
5 26 2 0,003 347 0,74
6
7
8
9
Aus Tabelle III ist ersichtlich, daß bei einem so niedrigen Borgehalt wie 0,003% und einem so hohen Molybdängehalt wie 2% oder einem so hohen Chromgehalt wie 26% eine Tendenz zur Versprödung bei längerer Erhitzung auf 8150C und Beanspruchung auf 22 kp/mm2 besteht. Um bei Legierungen, die hohen Tempersturen und hohen Beanspruchungen ausgesetzt sind, Versprödung möglichst zu vermeiden, sollte daher der Borgehalt mindestens 0,003%, der Molybdängehalt bo weniger als 2% und der Chromgehalt weniger als 26% betragen.
Hafnium kann in Mengen bis zu 0,1% anwesend sein, beispielsweise von 0,02 bis 0,07%, um die Schweißbarkeit der Legierungen zu verbessern, insbesondere bei
br) solchen Legierungen, die sowohl Bor als auch Zirkonium enthalten. Magnesium wird den Legierungen mit Vorteil in Mengen bis herauf zu 0,04% beigegeben, um ihre Verarbeitbarkeil zu verbessern, jedoch haben
größere Mengen die entgegengesetzte Wirkung und erschweren die Verarbeitung. Besonders geeignet sind Magnesiumgehalte von 0,01 bis 0,03%.
Die Widerstandsfähigkeit der Legierungen gegen Oxydation und Zündern wird durch die Anwesenheit > seltener Metalle verbessert und eines oder mehrere Metalle, die zu diesen gehören, können beigegeben werden, beispielsweise in der Form von Mischmetall. Mit Vorteil werden 0,01 bis 0,3%, beispielsweise 0,03 bis 0,08% an Seltenen Erdmetallen beigegeben. Es wurde iu gefunden, daß Beigaben von Yttrium gleichfalls die Widerstandsfähigkeit der Legierungen gegen Oxydation und Zündern sowie gegen Sulfidierung erhöhen, und Yttrium kann mit Vorteil in Mengen von 0,2 bis 2%, beispielsweise von 0,5 bis 1 %, beigegeben werden.
Von den oben angegebenen Bestandteilen abgesehen, besteht der Rest der Legierungen aus Nickel und Verunreinigungen.
Was die Elemente betrifft, die als Verunreinigungen anwesend sein können, so hat Silizium eine schädliche Wirkung auf die Korrosionsbeständigkeit und sollte daher unter 1% und vorzugsweise unter 0,5% gehalten werden. Bei anderen Verunreinigungen kann es sich um Mangan in Mengen bis zu 1 % und Eisen in Mengen bis zu 2% handeln.
Eine besonders vorteilhafte Kombination von Eigenschaften zeigen Legierungen, die 24 bis 25% Chrom, 19 bis 22% Kobalt, 0,03 bis 0,06% Kohlenstoff, 2,8 bis 3,2% Titan, 1,4 bis 1,6% Aluminium, 0,5 bis 1,0% Niob, 1,8 bis 2,0% Molybdän, 0,001 bis 0,006% Bor, 0,03 bis 0,06% Zirkonium, 0 bis 0,03% Magnesium, 0 bis 0,07% Hafnium, 0 bis 0,3% seltene Erdmetalle und 0 bis 1% Yttrium, Rest von Verunreinigungen abgesehen, Nickel enthalten. Andere Legierungen mit vorteilhaften Eigenschaften enthalten 14 bis 17% Kobalt, wobei die restliche Zuammensetzung mit der soeben angegebenen übereinstimmt.
Eine besonders bevorzugte Ausführung einer Legierung nach der Erfinung hat eine nominelle Zusammensetzung von 24,5% Chrom, 20% Kobalt, 1,5% Molybdän.3% Titan, 1,5% Aluminium, 1% Niob, 0,04% Zirkonium, 0,012% Bor, 0,04% Kohlenstoff, Rest von Verunreinigungen abgesehen, Nickel.
Um das gute Zeitstandverhalten der Legierungen in schmiedbarer oder knetbarer Form voll zu entwickeln, müssen sie einer Wärmebehandlung unterworfen
Tabelle IV
werden, die aus Lösungsglühen und anschließendem Altern besteht. Das Lösungsglühen kann sich beispielsweise zusammensetzen aus Erhitzen auf die Dauer von 1 bis 8 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 1050 bis 1250°C, und die Legierungen können dann durch Erhitzen gealtert werden, beispielsweise auf die Dauer von 1 bis 24 Stunden bei einer Temperatur im Bereich von 600 bis 9500C. Eine alternd wirkende Zwischenbehandlung, beispielsweise in der Form einer Erhitzung auf die Dauer von 1 bis 16 Stunden bei 800 bis 1050° C, kann zwischen das Lösungsglühen und die endgültige Alterungsbehandlung eingeschaltet werden. Die Legierungen können mit irgendeiner angemessenen Geschwindigkeit nach jeder Stufe der Wärmebehandlung abgekühlt werden, beispielsweise durch Kühlen in Luft (im allgemeinen bis auf Raumtemperatur) oder auch durch direkte Überführung von einem Ofen in einen anderen Ofen, in dem sie einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt werden.
Die Beständigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Legierungen gegen Korrosion unter Einwirkung von Verbrennungsprodukten aus unreinen Kohlenwasserstoff-Brennstoffen oder von Seewasser wurde durch Versuche ermittelt, bei denen Proben der Legierungen der Einwirkung einer geschmolzenen Mischung aus 25 Gewichtsprozent Natriumchlorid und 75% Natriumsulfat bei 9000C unterworfen wurden. Der Korrosionsschaden wurde durch Vergleich des Gewichts jeder Probe nach Entfernen der Korrosionsprodukte durch kathodisches Entzundern in geschmolzenem Natriumhydroxyd mit dem Gewicht vor Beginn der Einwirkung abgeschätzt. Die Stoffe höherer Widerstandsfähigkeit sind die, welche den geringsten Gewichtsverlust zeigen.
Die Versuche wurden auf zwei verschiedene Arten durchgeführt:
Test A: Proben jeder Legierung wurden in die Salzmischung getaucht, während sie in Luft erhitzt wurden.
Test B: Proben jeder Legierung wurden in einem vertikalen, oben offenen Ofen erhitzt, in welchem das Salzgemisch in Form einer feinen Dispersion mit einer Geschwindigkeit von 5 g/Std. kontinuierlich eingebracht wurde.
Die Ergebnisse der Vergleichsversuche sind in Tabelle IV wiedergegeben.
Legie- Zusammensetzung (Gew.-%)*)
Nr. C Cr Co Mo
Ti
Al
Nb Zr
Gewichtsverlust (mg/cm2)
Test A Tesi B
nach nach nach
300 Std. 72 Std. 120Std.
0,043
0,15
25,1
14,5
19,7
19,7
2,1
4,97
") Rest Nickel und Verunreinigungen.
3,05
1,27
1,50 1,05 4,50 0,05
0,09
0,003
0,004
15
1562
- 27
>1800
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (22)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs, der eine Lebensdauer bis zum Bruch von mindestens 268 Stunden bei einer Belastung von 27 kp/mm2 bei 815"C sowie nach einem lOOOstündigen Glühen bei 8500C und anschließendem Abkühlen in Luft bei Raumtemperatur eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 0,74 kpm/cm2 besitzen und gleichzeitig bei höheren Temperaluren beständig gegen Korrosion durch unreine, schwefelhaltige Kohlenwasserstoff-Brennstoffe und chloridhaltige Medien sein muß, aus einer Legierung, bestehend aus 23,5 bis 26% Chrom, 0,01 bis 0,2% Kohlenstoff, 10 bis 24% Kobalt, 0,5 bis 2,1% Molybdän, 4,25 bis 5,6% Titan und Aluminium, 0 bis 2,0% Niob, 0,001 bis 0,05% Ror, 0 bis 0,15% Zirkonium bei einem Gesamtgehalt an Zirkonium und dem Zehnfachen des ßorgehaltes von mindestens 0,02%, 0 bis 0,1% Hafnium, 0 bis 0,04% Magnesium, 0 bis 0,3% Seltene Erdmetalle und 0 bis 2% Yttrium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Nickel, dadurch gekennzeichnet, daß der Titan- auf den Aluminiumgehalt so abgestimmt wird, daß das Verhältnis 1:1 bis -4:1 beträgt, und daß die Summe der Titan- und Aluniiniumgehalte auf den Niobgehalt so abgestimmt wird, daß die entsprechenden Wertepaare in das in der Zeichnung von den Eckpunkten A, B, C, D, Λ definierte Feld im Koordinatensystem, in dem die Summe der Titan- und Aluniiniumgehalte gegen den Niobgehalt aufgetragen ist, fallen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung 24 bis 25% Chrom, 0,015 bis 0,08% Kohlenstoff, Kobalt und mindestens 1% Molybdän enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobgehalt auf mindestens 0,5% sowie das Verhältnis des Titangehaltes zum Aluminiumgehalt auf 1:1 bis 2,5 : 1 eingestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Legierung 0,03 bis 0,06% Kohlenstoff, 19 bis 22% Kobalt, 0,03 bis 0,06 % Zirkonium, 0 bis 0,03% Magnesium, 0 bis 0,07% 1 lafniiim, 0 bis 0,3% Seltene Erdmetalle und 0 bis 1% Yttrium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobgehalt auf 0,5 bis 1,0%, der Titangehalt auf 2,8 bis 3,2% und der Aluniiniumgehaltauf 1,4 bis 1,6% eingestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Legierung 24 bis 25% Chrom, 19 bis 22% oder 14 bis 17% Kobalt, 0,03 bis 0,06% Kohlenstoff, 1,8 bis 2,0% Molybdän, 0,001 bis 0,006% Bor, 0,03 bis 0,06% Zirkonium, 0 bis 0,03% Magnesium, 0 bis 0,07% Hafnium, 0 bis 0,3% Seltene Erdmetalle und 0 bis 1 % Yttrium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobgehalt auf 0,5 bis 1,0%, der Titangehalt auf 2,8 bis 3,2% und der Aluminiumgehalt auf 1,4 bis 1,6% eingestellt werden.
5. Verfahren nach Ansprach 1, wobei die Legierung 24,5% Chrom, 20% Kobalt, 1,5% Molybdän 0,04% Zirkonium, 0,012% Bor und 0,04% Kohlenstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Niobgehalt auf 1%, der Titangehalt auf 3% und der Aluminiumgehalt auf 1,5% eingestellt werden.
6. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch I auf eine im Anspruch I genannte Legierung, die jedoch 0,001 bis 0,01% Bor enthält.
7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3 auf eine im Anspruch 5 genannte Legierung, die jedoch 1,0 bis 2% Molybdän und 0,001 bis 0,006% Bor enthält.
8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3 auf eine im Anspruch 3 genannte Legierung, die jedoch 1,4 bis 1,6% Molybdän und 0,010 bis 0,015% Bor enthält.
9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch I auf eine in den Ansprüchen I, 6, 7 und 8 genannte Legierung, die jedoch mindestens 12% Kobalt
id enthält.
10. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf eine in den Ansprüchen 1, 6, 7, 8 und 9 genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,25% Niob enthält.
ι > 11. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 auf eine in den Ansprüchen 1,2 und 6 bis 10 genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,003% Zirkonium enthält.
12. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprü-.'0 chen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen I bis 11 genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,02% Hafnium enthält.
13. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 12
_>> genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,01% Magnesium enthält.
14. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 13 genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,01% Seltene
«ι Erdmetalle enthält.
15. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine Legierung nach den Anspi lichen 1 bis 14, die jedoch höchstens 0,08% Seltene Erdmetalle enthält.
D 16. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 13 genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,2% Yttrium enthält.
17. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüto chen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen I bis 15 genannte Legierung, die jedoch mindestens 0,5% Yttrium enthält.
18. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 17
Ii genannte Legierung, die jedoch unter 1% Silizium entheilt.
19. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen I bis 17 genannte Legierung, die jedoch unter 0,5% Silizium
in enthält.
20. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 19 genannte Legierung, die jedoch höchstens 1% Mangan enthält.
υ
21. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5 auf eine in den Ansprüchen 1 bis 20 genannte Legierung, die jedoch höchstens 2% Eisen enthält.
22. Anwendung des Verfahrens nach den Ansprü-
bi) chen 1 oder 2 auf eine in den Ansprüchen I, 2 und 6 bis 21 genannte Legierung, die jedoch höchstens 17% Kobalt enthält.
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