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. Stählerne Bauteile, die bei hohen Dampftemperaturen oberhalb 500 C und hohen Drucken ver- wendet werden.
Bekanntlich wurden im Dampfkesselbau in den letzten Jahren sowohl die Drücke als auch die
Temperaturen des Dampfes mehr und mehr gesteigert. Die höchste Temperatur des Dampfes lag praktisch bei etwa 5000 C. Dampf temperaturen in dieser Höhe erforderten bereits eine besondere
Auswahl der zur Verwendung gelangenden Stähle, besonders für den Dampfüberhitzer. In neuester
Zeit ist beabsichtigt, die Dampftemperaturen noch weiter zu steigern. Dann treten aber oberhalb etwa 5000 C Angriffe an den Stahlwandungen nach Art der bekannten Verzunderungen auf. Infolgedessen erweist es sich als notwendig, auch die Dampfleitungsrohre aus einem zunderbeständigen Werkstoff herzustellen, der dem Angriff des auf über 5000 C erhitzten Dampfes widersteht.
Zwar gibt es für diese Leitungsrohre, ebenso wie für die Überhitzerrohre, Stahllegierungen, die diesen Beanspruchungen gewachsen sind. Damit ist aber das Problem nach einer wichtigen Richtung hin nicht erschöpft. Es ergibt sich nämlich die Notwendigkeit, Verbindungsstücke, Absperrorgane, Abzweigungen und andere zum Teil verwickelte Teile aus einem zunderbeständigen Werkstoff herzustellen. Wegen der schwierigen Herstellung und zur Vermeidung von Schweissungen müssen diese Teile, auch aus wirtschaftlichen Gründen, als Stahlformguss hergestellt werden.
Die hiefür in Frage kommenden Stahlformgusslegierungen weisen aber den Nachteil auf, dass sie entweder zu viel Legierungsbestandteile in unerwünschter Höhe benötigen oder dass sie, wenn sie wenig Legierungsbestandteile enthalten, den erforderlichen mechanischen Beanspruchungen nicht gewachsen und nicht genügend korrosionsbeständig sind.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Stahlguss, der nicht nur den korrodierenden Einflüssen des Dampfes gewachsen ist, sondern der mit Rücksicht auf die Gewährleistung der Sicherheit bei den ungewöhnlich hohen Beanspruchungen auch noch die im Dampfkesselbau verlangten technologischen Abnahmebedingungen erfüllt. Der zur Verwendung kommende Stahlguss muss also folgende Eigenschaften in sich vereinigen :
1. Zunderbeständigkeit gegen den Angriff von Wasserdampf bei Temperaturen oberhalb 5000 C.
2. Hohe Warmfestigkeit, d. h. hohe Dauerstandsfestigkeit bei den in Frage kommenden Temperaturen.
3. Trotz hoher Festigkeit genügende Dehnung, sowie hohe Kerbzähigkeit in der Kälte, um auch bei Biegebeanspruchungen bei abgekühlter Leitung oder beim Wiederanfahren nach Stillstand der Anlage nicht zu Bruch zu gehen.
Eingehende Versuche des Erfinders führten nun zur Auffindung einer besonders geeigneten Stahlgusslegierung, die den oben näher ausgeführten Bedingungen entspricht bzw. für solche Ver- wendungszwecke geeignet ist, bei denen ähnliche Beanspruchungen auftreten und die, was besonders wichtig ist, in wirtschaftlicher Weise erzeugt und ohne besondere Massnahmen vergossen und bearbeitet werden kann. Die Erschmelzung des Stahles erfolgt dabei im Elektroofen. Die Stahlgusslegierung nach der Erfindung hat folgende Zusammensetzung :
EMI1.1
<tb>
<tb> C <SEP> Cr <SEP> Si <SEP> Mo
<tb> 0-12-0-19% <SEP> 3-5-4% <SEP> 0-7-1-3% <SEP> 0-4-1-0%
<tb>
Mangan, Schwefel, Phosphor usw. sind in den üblichen Mengen vorhanden, Rest ist Eisen.
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Molybdän kann ganz oder zum Teil durch Wolfram oder Vanadin in entsprechendem Verhältnis ersetzt werden. Auch der Siliziumgehalt kann zum Teil oder fast ganz durch Aluminium ersetzt werden.
Ohne die charakteristischen Eigenschaften der Legierung wesentlich zu verändern, kann sie noch eine geringe Menge an Nickel, Kobalt, Kupfer, Zirkon und Tantal einzeln bis zu 0'5% oder zu mehreren bis zu etwa 1% enthalten. Es ist ganz besonders vorteilhaft, bei den höheren Chromgehalten die niedrigeren Kohlenstoffgehalte zu wählen und die niedrigeren Siliziumgehalt den höheren Chromgehalten zuzuordnen. Die guten Eigenschaften der Legierung ergeben sich aus nachstehenden Beispielen.
Für eine Heissdampftemperatur von 535 C wurde die aus der Tabelle ersichtliche Gusslegierung I verwendet. Zwei andere Legierungen II und III für den gleichen Zweck, die ebenfalls in der Tabelle aufgeführt sind, zeigten die dort aufgeführten Prüfergebnisse. In allen Fällen waren die Gusslegierungen nach der Erfindung für den obengenannten Zweck ausserordentlich brauchbar und geschmiedeten Stählen für den gleichen Zweck mindestens gleichwertig.
Analyse.
EMI2.1
<tb>
<tb>
Stahlguss <SEP> C <SEP> Cr <SEP> Si <SEP> Mo <SEP> Mn <SEP> S <SEP> P
<tb> I <SEP> 0#15 <SEP> 3#4 <SEP> 0#80 <SEP> 0#53 <SEP> 0#58 <SEP> 0#01 <SEP> 0#024
<tb> II <SEP> 0#18 <SEP> 2#8 <SEP> 1#1 <SEP> 0#6 <SEP> 0#7 <SEP> 0#008 <SEP> 0#019
<tb> III <SEP> 0#14 <SEP> 3#83 <SEP> 0#84 <SEP> 0#72 <SEP> 0#38 <SEP> 0#008 <SEP> 0#018
<tb> Physikalische <SEP> Werte <SEP> nach <SEP> Spanungsfreiglühen.
<tb>
Streck- <SEP> Ein- <SEP> Dauer- <SEP> BiegeFestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> schnürung <SEP> Standfestig- <SEP> zähigkeit <SEP> Biege- <SEP> winkel2)
<tb> grenze <SEP> kg/mm2 <SEP> % <SEP> %
<tb> kg/mm2 <SEP> % <SEP> % <SEP> 535 <SEP> C <SEP> mg/cm11)
<tb> I <SEP> 43 <SEP> 65 <SEP> 22 <SEP> 69 <SEP> 11 <SEP> 15 <SEP> 180
<tb> II <SEP> 46 <SEP> 71 <SEP> 17 <SEP> 61 <SEP> 11#3 <SEP> 11 <SEP> 140
<tb> III <SEP> 41 <SEP> 63 <SEP> 21 <SEP> 67 <SEP> 11#6 <SEP> 15 <SEP> 180
<tb> 1) <SEP> Kl. <SEP> Charpy-Probe. <SEP> - <SEP> 2) <SEP> Abmessung <SEP> der <SEP> Probe <SEP> 20 <SEP> mm <SEP> #.
<tb>
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Stählerne Bauteile, die bei hohen Dampftemperaturen oberhalb 500 C und hohen Drücken verwendet werden, z. B. Verbindungsstücke, Absperrorgane, Abzweigungen und ähnliche Teile, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Stahllegierung mit 0'12-0'19% Kohlenstoff, 2'5-4% Chrom, 0-7-1-2% Silizium, 0'4-1% Molybdän, den üblichen Gehalten an Mangan, Phosphor und Schwefel, Rest Eisen durch Giessen hergestellt sind.
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. Steel components that are used at high steam temperatures above 500 C and high pressures.
As is well known, in steam boiler construction both the pressures and the
Temperatures of the steam increased more and more. The highest temperature of the steam was practically around 5000 C. Steam temperatures at this level required a special one
Selection of the steels to be used, especially for the steam superheater. In the newest
Time is intended to increase the steam temperatures even further. But then above about 5000 C attacks on the steel walls occur in the manner of the known scaling. As a result, it turns out to be necessary to manufacture the steam pipes from a non-scaling material that can withstand the attack of the steam heated to over 5000 C.
It is true that there are steel alloys for these line pipes, as well as for the superheater pipes, which can cope with these stresses. But that does not end the problem in one important direction. This is because there is a need to manufacture connecting pieces, shut-off devices, branches and other partly entangled parts from a scale-resistant material. Because of the difficult production and to avoid welding, these parts have to be produced as cast steel, also for economic reasons.
The cast steel alloys in question have the disadvantage, however, that they either require too many alloy components in an undesirable amount or that, if they contain few alloy components, they cannot cope with the required mechanical stresses and are not sufficiently corrosion-resistant.
The subject of the invention is now a cast steel that can not only cope with the corrosive effects of the steam, but also meets the technological acceptance conditions required in steam boiler construction with a view to ensuring safety under the unusually high stresses. The cast steel used must therefore combine the following properties:
1. Scaling resistance against attack by water vapor at temperatures above 5000 C.
2. High heat resistance, d. H. high durability at the temperatures in question.
3. Sufficient elongation despite high strength, as well as high notch toughness in the cold, so that it does not break even under bending loads when the line has cooled down or when restarting after the system has stopped.
In-depth experiments by the inventor have now led to the discovery of a particularly suitable cast steel alloy which corresponds to the conditions detailed above or is suitable for uses in which similar stresses occur and which, which is particularly important, is produced economically and without special Measures can be cast and processed. The steel is melted in an electric furnace. The cast steel alloy according to the invention has the following composition:
EMI1.1
<tb>
<tb> C <SEP> Cr <SEP> Si <SEP> Mo
<tb> 0-12-0-19% <SEP> 3-5-4% <SEP> 0-7-1-3% <SEP> 0-4-1-0%
<tb>
Manganese, sulfur, phosphorus etc. are present in the usual amounts, the remainder being iron.
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Molybdenum can be replaced in whole or in part by tungsten or vanadium in a corresponding ratio. The silicon content can also be partially or almost entirely replaced by aluminum.
Without significantly changing the characteristic properties of the alloy, it can still contain a small amount of nickel, cobalt, copper, zirconium and tantalum individually up to 0.5% or several up to about 1%. It is particularly advantageous to choose the lower carbon contents for the higher chromium contents and to assign the lower silicon contents to the higher chromium contents. The good properties of the alloy result from the following examples.
Cast alloy I shown in the table was used for a hot steam temperature of 535 C. Two other alloys II and III for the same purpose, also listed in the table, showed the test results listed there. In all cases, the cast alloys according to the invention were extremely useful for the above purpose and forged steels were at least equivalent for the same purpose.
Analysis.
EMI2.1
<tb>
<tb>
Cast steel <SEP> C <SEP> Cr <SEP> Si <SEP> Mo <SEP> Mn <SEP> S <SEP> P
<tb> I <SEP> 0 # 15 <SEP> 3 # 4 <SEP> 0 # 80 <SEP> 0 # 53 <SEP> 0 # 58 <SEP> 0 # 01 <SEP> 0 # 024
<tb> II <SEP> 0 # 18 <SEP> 2 # 8 <SEP> 1 # 1 <SEP> 0 # 6 <SEP> 0 # 7 <SEP> 0 # 008 <SEP> 0 # 019
<tb> III <SEP> 0 # 14 <SEP> 3 # 83 <SEP> 0 # 84 <SEP> 0 # 72 <SEP> 0 # 38 <SEP> 0 # 008 <SEP> 0 # 018
<tb> Physical <SEP> values <SEP> after <SEP> stress relief annealing.
<tb>
Stretching <SEP> Single <SEP> Permanent <SEP> Flexural Strength <SEP> Elongation <SEP> Lacing <SEP> Stability <SEP> Toughness <SEP> Flexural <SEP> Angle2)
<tb> limit <SEP> kg / mm2 <SEP>% <SEP>%
<tb> kg / mm2 <SEP>% <SEP>% <SEP> 535 <SEP> C <SEP> mg / cm11)
<tb> I <SEP> 43 <SEP> 65 <SEP> 22 <SEP> 69 <SEP> 11 <SEP> 15 <SEP> 180
<tb> II <SEP> 46 <SEP> 71 <SEP> 17 <SEP> 61 <SEP> 11 # 3 <SEP> 11 <SEP> 140
<tb> III <SEP> 41 <SEP> 63 <SEP> 21 <SEP> 67 <SEP> 11 # 6 <SEP> 15 <SEP> 180
<tb> 1) <SEP> class <SEP> Charpy probe. <SEP> - <SEP> 2) <SEP> Dimension <SEP> of the <SEP> sample <SEP> 20 <SEP> mm <SEP> #.
<tb>
PATENT CLAIMS:
1. Steel components that are used at high steam temperatures above 500 C and high pressures, e.g. B. connecting pieces, shut-off devices, branches and similar parts, characterized in that they are made of a steel alloy with 0'12-0'19% carbon, 2'5-4% chromium, 0-7-1-2% silicon, 0 ' 4-1% molybdenum, the usual contents of manganese, phosphorus and sulfur, the remainder iron are made by casting.