AT143620B

AT143620B - Manufacture of objects that must be resistant to attack by decarburizing gases, especially at high temperatures and pressures.

Info

Publication number: AT143620B
Authority: AT
Original assignee: Krupp Ag
Priority date: 1932-12-08
Filing date: 1933-11-27
Publication date: 1935-11-25
Also published as: DE692226C; US2109118A; AT145805B; GB420567A; GB425073A; AT143623B; DE687503C; GB427585A; GB419009A; US2059893A; US2109119A

Description

  

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Herstellung von Gegenständen, die gegen den Angriff entkohlender Gase, insbesondere bei hohen
Temperaturen und Drücken, widerstandsfähig sein müssen. 



   Es ist bekannt, die beim Arbeiten mit Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Gasgemischen unter Druck und bei erhöhter Temperatur verwendeten drucktragenden Apparateteile aus legierten Edelstählen herzustellen, die Chrom, Wolfram, Molybdän oder Vanadium und gegebenenfalls auch Nickel enthalten. Ferner ist es bekannt, bei der Herstellung von Apparaten zum Kracken von Ölen und Teeren nickelfreie Stahllegierungen zu verwenden, die bis   13%   Chrom enthalten und denen noch 0'3-4% Aluminium,   0'2-2'5% Kupfer   und bis 2% Silizium, Molybdän, Vanadium, Titan oder Beryllium, einzeln oder gleichzeitig, zugesetzt werden können.

   Schliesslich ist auch die Verwendung von Spezialstählen, die neben Mangan, Chrom, Wolfram, Vanadium oder   Molybdän noch   Titan enthalten, zur Herstellung von Apparaten und Apparateteilen, die gegen den entkohlend wirkenden Angriff von Wasserstoff bei hohen Drücken und Temperaturen widerstandsfähig sein müssen, bekannt. 



   Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf die Herstellung von Gegenständen (z. B. von Apparaten und Apparateteilen zum spaltenden Hydrieren von Ölen und Kohlen sowie zur Ammoniaksynthese), die gegen den Angriff entkohlender Gase (z. B. Wasserstoff und wasserstoffhaltige Gasgemische), insbesondere bei hohen Temperaturen und Drücken, widerstandsfähig sein müssen. Erfindungsgemäss werden diese Gegenstände auch aus einer titanhaitigen Stahllegierung hergestellt, die aber mindestens das Vierfache ihres   Kohlenstoffgehaltes   an Titan enthält. 



   Es hat sich nämlich gezeigt, dass dann Titan in weit höherem Masse als Chrom, Wolfram,   Molyb-   dän und Vanadium die Fähigkeit besitzt, Stahl gegen die Einwirkung entkohlender Gase, z. B. gegen den bei hohen Temperaturen und Drücken erfolgenden Angriff von Wasserstoff, widerstandsfähig zu machen. Die grössere Widerstandsfähigkeit eines solchen Titanstahles gegen Wasserstoff bei hohen Drücken und Temperaturen geht z.

   B. aus dem nachstehenden Versuch hervor :
Aus drei Stahllegierungen von folgender Zusammensetzung : 
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<tb> 
<tb> 1. <SEP> 0. <SEP> 15% <SEP> C, <SEP> 0. <SEP> 24% <SEP> Si, <SEP> 0-38% <SEP> Mn, <SEP> 3-18% <SEP> Cr, <SEP> 0. <SEP> 39% <SEP> Mo,
<tb> 2. <SEP> 0. <SEP> 20% <SEP> C, <SEP> 0-28% <SEP> Si, <SEP> 0-66% <SEP> Mn, <SEP> 0. <SEP> 50% <SEP> Ti,
<tb> 3. <SEP> 0'11% <SEP> c, <SEP> 0. <SEP> 33% <SEP> Si, <SEP> 0-50% <SEP> Mn, <SEP> 0-46% <SEP> Ti,
<tb> 
 wurden Rohre hergestellt mit einem äusseren Durchmesser von 30 mm und einem inneren Durchmesser von 12 mm. Durch diese Rohre wurde Wasserstoff unter einem Druck von 300 Atm. und bei einer Temperatur von 700  C geleitet. Das aus dem Stahl 1 hergestellte Rohr platzte nach 48 Stunden. Eine Untersuchung des zerstörten Rohres ergab, dass es bis zu einer Tiefe von 2 mm entkohlt war.

   Das aus Stahl 2 hergestellte Rohr platzte nach 5 Stunden auf und war bis zu einer Tiefe von 3 mm entkohlt. Das aus Stahl 3 bestehende Rohr war nach 100 Versuchsstunden noch unbeschädigt und zeigte keine Entkohlung. 



   Der Kohlenstoffgehalt der erfindungsgemäss verwendeten Stahllegierungen soll zweckmässig 1% nicht übersteigen. Der Titangehalt beträgt dann zweckmässig etwa bis   5%.   Der Titangehalt wird deshalb mindestens viermal so gross gehalten wie der Kohlenstoffgehalt, um den gesamten Kohlenstoff an Titan als Titankarbid (Ti C) zu binden. 



   Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften können den erfindungsgemäss verwendeten 
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 Molybdän, Vanadium (bis zu   30%)   zugesetzt werden. Im allgemeinen wird man jedoch mit einem Gehalt bis zu 15% an Zusatzbestandteilen auskommen. Auch bei Anwesenheit dieser weiteren Legierungselemente bleibt das Titan der Hauptträger der Widerstandsfähigkeit gegen die Entkohlung, wenn der Titangehalt mindestens viermal so gross ist wie der Kohlenstoffgehalt. 



   Als besonders für den Verwendungszweck nach der Erfindung geeignet haben sich solche Stahllegierungen erwiesen, die etwa bis   0'4%   Kohlenstoff, bis 2% Titan, bis 3% Molybdän oder Vanadium, einzeln oder gemischt, und gegebenenfalls bis   10%   Chrom enthalten.

   Für Apparate zum spaltenden Hydrieren von Ölen und Steinkohlen sowie zur   Ammoniaksynthese können   beispielsweise folgende Stahllegierungen. verwendet werden : 
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<tb> 
<tb> 1. <SEP> eine <SEP> Stahllegierung <SEP> mit <SEP> etwa <SEP> 0'15% <SEP> C, <SEP> 0-23 <SEP> % <SEP> Si, <SEP> 0-36% <SEP> Mn, <SEP> 0-80 <SEP> % <SEP> Cr, <SEP> 0-40 <SEP> % <SEP> Mo <SEP> und <SEP> 0-83% <SEP> Ti,
<tb> 2. <SEP> eine <SEP> Stahllegierung <SEP> mit <SEP> etwa <SEP> 0. <SEP> 10% <SEP> C, <SEP> 0. <SEP> 50% <SEP> Si, <SEP> 0. <SEP> 40% <SEP> Mn, <SEP> 0. <SEP> 80% <SEP> Cr, <SEP> 2-2% <SEP> Mo <SEP> und <SEP> 0-50% <SEP> Ti,
<tb> 3. <SEP> eine <SEP> Stahllegierung <SEP> mit <SEP> etwa <SEP> 0#10% <SEP> C, <SEP> 0#30% <SEP> Si, <SEP> 0#40% <SEP> Mn, <SEP> 0#-1#0% <SEP> Mo <SEP> und <SEP> 0-50% <SEP> Ti,
<tb> 4.

   <SEP> eine <SEP> Stahllegierung <SEP> mit <SEP> etwa <SEP> 0#10% <SEP> C, <SEP> 1#5% <SEP> Si, <SEP> 0#50% <SEP> Mn, <SEP> 6-0% <SEP> Cr, <SEP> 0-4% <SEP> Mo <SEP> und <SEP> 0. <SEP> 50% <SEP> Ti.
<tb> 
 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Herstellung von Gegenständen, die gegen den Angriff entkohlender Gase, insbesondere bei hohen Temperaturen und   Drücken, widerstandsfähig   sein müssen, aus titanhaltigen Stahllegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens das Vierfache ihres Kohlenstoffgehaltes an Titan enthalten.



   <Desc / Clms Page number 1>
 



  Manufacture of items that are resistant to attack by decarburizing gases, especially at high levels
Temperatures and pressures, must be resistant.



   It is known to produce the pressure-bearing apparatus parts used when working with hydrogen or hydrogen-containing gas mixtures under pressure and at elevated temperature from alloyed stainless steels which contain chromium, tungsten, molybdenum or vanadium and possibly also nickel. It is also known to use nickel-free steel alloys in the production of apparatus for cracking oils and tars which contain up to 13% chromium and which also contain 0-3-4% aluminum, 0-2-2-5% copper and up to 2% % Silicon, molybdenum, vanadium, titanium or beryllium, individually or simultaneously, can be added.

   Finally, the use of special steels, which in addition to manganese, chromium, tungsten, vanadium or molybdenum also contain titanium, for the production of apparatus and apparatus parts that must be resistant to the decarburizing attack of hydrogen at high pressures and temperatures is known.



   The invention also relates to the production of objects (e.g. apparatus and apparatus parts for the splitting hydrogenation of oils and coals and for the synthesis of ammonia) which are resistant to attack by decarburizing gases (e.g. hydrogen and hydrogen-containing gas mixtures), in particular in high temperatures and pressures, must be resistant. According to the invention, these objects are also made from a titanium-containing steel alloy which, however, contains at least four times its carbon content in titanium.



   It has been shown that titanium then has the ability to a far greater extent than chromium, tungsten, molybdenum and vanadium to protect steel against the effects of decarburizing gases, e.g. B. to make resistant to the attack of hydrogen at high temperatures and pressures. The greater resistance of such a titanium steel to hydrogen at high pressures and temperatures is z.

   B. from the following experiment:
Made of three steel alloys with the following composition:
 EMI1.1
 
<tb>
<tb> 1. <SEP> 0. <SEP> 15% <SEP> C, <SEP> 0. <SEP> 24% <SEP> Si, <SEP> 0-38% <SEP> Mn, <SEP> 3-18% <SEP> Cr, <SEP> 0. <SEP> 39% <SEP> Mo,
<tb> 2. <SEP> 0. <SEP> 20% <SEP> C, <SEP> 0-28% <SEP> Si, <SEP> 0-66% <SEP> Mn, <SEP> 0. < SEP> 50% <SEP> Ti,
<tb> 3. <SEP> 0'11% <SEP> c, <SEP> 0. <SEP> 33% <SEP> Si, <SEP> 0-50% <SEP> Mn, <SEP> 0-46 % <SEP> Ti,
<tb>
 Pipes were produced with an outer diameter of 30 mm and an inner diameter of 12 mm. Hydrogen was passed through these pipes under a pressure of 300 atm. and passed at a temperature of 700 C. The pipe made from steel 1 burst after 48 hours. An examination of the destroyed pipe showed that it was decarburized to a depth of 2 mm.

   The pipe made of steel 2 burst open after 5 hours and was decarburized to a depth of 3 mm. The pipe made of steel 3 was still undamaged after 100 hours of testing and showed no decarburization.



   The carbon content of the steel alloys used according to the invention should expediently not exceed 1%. The titanium content is then expediently about up to 5%. The titanium content is therefore kept at least four times as high as the carbon content in order to bind all of the carbon to titanium as titanium carbide (Ti C).



   To improve the mechanical properties, those used according to the invention can be used
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 Molybdenum, vanadium (up to 30%) can be added. In general, however, you will get by with a content of up to 15% of additional components. Even in the presence of these additional alloying elements, the titanium remains the main carrier of resistance to decarburization if the titanium content is at least four times as high as the carbon content.



   Steel alloys which have proven to be particularly suitable for the purpose according to the invention are those which contain up to 0.4% carbon, up to 2% titanium, up to 3% molybdenum or vanadium, individually or mixed, and optionally up to 10% chromium.

   The following steel alloys, for example, can be used for apparatus for the splitting hydrogenation of oils and hard coal and for ammonia synthesis. be used :
 EMI2.1
 
<tb>
<tb> 1. <SEP> a <SEP> steel alloy <SEP> with <SEP> about <SEP> 0'15% <SEP> C, <SEP> 0-23 <SEP>% <SEP> Si, <SEP > 0-36% <SEP> Mn, <SEP> 0-80 <SEP>% <SEP> Cr, <SEP> 0-40 <SEP>% <SEP> Mo <SEP> and <SEP> 0-83% <SEP> Ti,
<tb> 2. <SEP> a <SEP> steel alloy <SEP> with <SEP> about <SEP> 0. <SEP> 10% <SEP> C, <SEP> 0. <SEP> 50% <SEP> Si , <SEP> 0. <SEP> 40% <SEP> Mn, <SEP> 0. <SEP> 80% <SEP> Cr, <SEP> 2-2% <SEP> Mo <SEP> and <SEP> 0 -50% <SEP> Ti,
<tb> 3. <SEP> a <SEP> steel alloy <SEP> with <SEP> about <SEP> 0 # 10% <SEP> C, <SEP> 0 # 30% <SEP> Si, <SEP> 0 # 40% <SEP> Mn, <SEP> 0 # -1 # 0% <SEP> Mo <SEP> and <SEP> 0-50% <SEP> Ti,
<tb> 4.

   <SEP> a <SEP> steel alloy <SEP> with <SEP> about <SEP> 0 # 10% <SEP> C, <SEP> 1 # 5% <SEP> Si, <SEP> 0 # 50% <SEP> Mn, <SEP> 6-0% <SEP> Cr, <SEP> 0-4% <SEP> Mo <SEP> and <SEP> 0. <SEP> 50% <SEP> Ti.
<tb>
 



   PATENT CLAIMS:
1. Manufacture of objects that must be resistant to attack by decarburizing gases, especially at high temperatures and pressures, from titanium-containing steel alloys, characterized in that they contain at least four times their carbon content in titanium.

Claims

2. Manufacture of objects according to claim 1, characterized in that the steel alloys contain up to 1% carbon and up to 5% titanium.

3. Manufacture of objects according to claims 1 and 2, characterized in that the steel alloys, in addition to titanium, at least one of the elements silicon, manganese (up to 15%), nickel, cobalt, chromium, tungsten, molybdenum, vanadium (up to 30%) %) contain.

4. Production of objects according to claims 1 to 3, characterized in that the steel alloys contain up to 0 # 4% carbon, up to 2% titanium, up to 3% molybdenum or vanadium, individually or mixed, and optionally up to 10% chromium.