DE1932147A1 - Ferritische rostfreie Staehle - Google Patents
Ferritische rostfreie StaehleInfo
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- C22C—ALLOYS
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf verbesserte -ferritische· rostfreie Stähle mit einer hohen Oxydationsbestäitttgkeit bei erhöhten Temperaturen, die bestimmte kritische
Mengen an Aluminium und Chrom und einen positiven durch Grenfcwerte von Kohlenstoff und Stickstoff ausgedrückten Titanäquivalentwert von wenigsten« einem der Metalle Titan, Zirkon, Tantal
und Niob in einer theoretischen Menge, die zur Kombination mit Kohlenstoff und Stickstoff al» Carbide und Nitride erforderlich ist,
aufweisen. -
Seitrdem der Luftverunreinigung erhöhte Aufmerksamkeit gewidmet
wird, werden beträchtliche Anstrengungen zur Entwicklung von Abgasregelvor.richtungen für Kraftfahrzeuge unternommen. Solche Vorrichtungen müssen so wirtschaftlich wie möglich hergestellt werden,
wobei jedoch die Verwendung von Materialien, die bei erhöhten
• 909 881/1 12 7· ·
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Temperaturen oxydationsbeständig sind, erforderlich int.
Eine Gruppe der sogenannten "Muffler grade"-Stähien wurde technisch
zur Verwendung in Abgasvorrichtungen entwickelt. Einige rostfreie Stähle, die wegen ihrer verhältnismäßig guten Oxydationsbeständigkeit für
diesen Zweck infrage kamen, sind die Stahltypen 41o und 43o. Leider
sinu die zufriedenstellenden Eigenschaften der zur Zeit verfügbaren
Materialien jedoch nur begrenzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines rostfreien
Stahls vom Typ der Chrom-Titan-Aluininium-Stähle mit geregelten Mengen
an Titan, Zirkon, Tantal und/oder Niob, welcher verbesserte Oxydationsbeständigkeit
bei erhöhten Temperaturen aufweist. Gegenstand der Erfindung ist daher ein rostfreier Stahl, der im wesentlichen aus wenigstens 11 °/o Chrom, mehr als. o,5 'i° Aluminium und
einen ausreichenden Anteil an '^itan, Zirkon, Tantal oder Niob besteht,
so daß ein '^itanäquivalenzwert von mehr als 0 entsprechend der folgenden
gleichung»
Ti-Xqui - #Pi - 3,99 (#C) - 3,42
vorliegt
Im Falle von Niob, Zirkon und Tantal, wird der Titan-Äquivalentwert
durch die folgendei Gleichungen bestimmt:
Ti-Äqu. - o.5l6(#»b) - 3·99(?δθ) - 3
Ti-Äqu. -o
Ein geeignetes Verfahren zur Messung und Bewertung der Beständigkeit
gegenüber Oxydation bei hohen Temperaturen besteht aus einem Versuch, j
bei welchem eine Probe für eine Zeit von loo Stunden bei variierenden
' 9 0-9 881/1127 "3"
193ZU7
Temperaturen erhitzt wird. Die ±Jroben werden vor und nach dem Erhitzen
gewogen und die Gewichtszunahme pro Flächeneinheit auf Grund der
Oxydation, wird als Funktion der Temperatur ermittelt. Die Temperatur,
bei welcher die Gewichtszunahme pro Flächeneinheit 7 mg/ctü oder mehr
entspricht, wird als"Ausfalltemperatur" bezeichnet. Offensichtlich ist"
die iiochtemperaturoxydationsbeständigkeit umso größer, je höher die Ausfallstemperatur
ist.
Wie bereits ausgeführt wurd,e, besitzen die erfindungsgemäßen Legierungen
wenigstens 11ι/ί Chrom, wenn weniger al3 dieser iuindestgehalt
an Chrom verwendet wird, ist die Korrosionsbeständigkeit gering, wenn sie auch für bestimmte Verwendungszwecke ausreichend sein kann. Normalerweise
sind Kohlenstoff und Stickstoff in solchem Stahl anwesend, obwohl dies im Idealfall erfindunfrsgemäß nicht zu sein braucht. Andere übliche
Verunreinigungen von der Stahlherstellung, einschließlich Silizium μηα
Manga.n, können ebenfalls anwesend sein, üine bestimmte Menge an Titan,
Zirkon, Niob oder Tantal muß vorhanden sein, damit in Übereinstimmung mit den vorher angegebenen Gleichungen, ein xitanäquivalent an Titan, Zirkon,
Niob oder Tantal von größer als Hull, d.h. ein "positives" Äquivalent,
geschaffen wird.""Die numerischen Faktoren in den obigen Formeln basieren
auf der theoretischen Menge an Titan, Zirkon, Tantal und Niob, die zur Kombination mit Kohlenstoff und Stickstoff als Carbide und Nitride
erforderlich ist. Es wurde auch festgestellt, daß die Anwesenheit von
Aluminium notwendig ist, um die erfindungsgemäß verbesserte Oxydationsbeständigkeit zu schaffen.
zur Verbesserung der Oxydatiönsfestigkeit
Ferner wurde gefunden, daß nichts von dem .Aluminium'wirksam ausgenutzt
wird, so lange nicht der Zirkon-, Mtan-, Tantal- und Niobgehalt eine
faöhe von 0,3$ erreicht« Es sind mehr als etwa.o,5$ Al notwendig, um
durchweg das für die erfindungsgemäßen Legierungen typischen Maß an
19.32H7
Cxydationsbeötändigkeit zu erreichen, iüin Merkmal solcher Legierungen
ist, daß sie durchweg eine Ausfallstemperatur von mehr als etwa Ü99 C,
vorzugsweise wenigstens etwa 954 C> besitzen, wenn sie entsprechend dem
' oben beschriebenen Verfahren einer Prüfung unterworfen werden. Obwohl Chrom, Aluminium und Titan enthaltende legierungen bereits bekannt sind,
wurde erst jetzt gefunden, äsß durch kritische Kegeiung der Grenzwerte der
Elemente, insbesondere der in '^itanäquivalenteri ausgedrückten Menge an
Titan, Zirkon, Niob oder Tantal, Hie Herstellung einer Legierung mit her-P
vorragender Oxydationsbeständif'-keit ermöglicht wird. Die Oxidationsbeständigkeit
der erfindungsgernäßen Legierungen ist beträchtlich größer als
der von ähnlichen Legierungen, die außerhalb oer kritischen Werte liegen·
Außerdem bilden die erfindungegemäßen Legierungen eine anhaftende. Oxydschicht,
die nicht leicht abblättert, und so eine n-eue oxydierbare Fläche
freilegt. Wie aus den nachfolgenden Beispielen ersichtlich ist, haben die erfindungegerr.äßen Legierungen auch eine gute Duktilität und sind
verformbar. Die erfindungegeir.äßen Stä· Ie sind ferritisch. Ferritische Stähle
haben bessere Dehnungseigenschaften als.austenitische Stähle.
Me nachfolgenden Beispiele erläutern bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
und die damit erzielten hervorragenden Eigenschaften.
Es wurden Proben von den in Tabelle I aufgeführten Legierungen hergestellt
und geprüft.
Es wurden Probestücke durch Schmelzen, Gießen und Bearbeiten zu Bändern '
(1,52 mm) hergestellt, von denen Proben abgeschnitten wurden, die der
,oben beschriebenen kontinuierlichen Oxydationsbehandlung unterworfen wurden,
um die "Ausfalltemperatur" zu bestimmeil. Aus der Tabelle 1 ist ebenfalls
der Titanäquivalenzwert für jede der genannten Legierungen ersichtlich,-
der entsprechend der vorher angegebenen Gleichung für Titanäquivalenzwerte
errechnet wurde. 9 0 9 8 81/112 7 gÄE3 0R1G!NAL
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Pie dichtigkeit,, den erforderlichen Mindestgehalt an Aiuraiuium aufrechtzuerhalten, and die Frenzen dc-r Titan-Aquivalenzwerte in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung au überwachen, kann den Tabellen II und III endgültig entno.-nrr.en v/erden, «ie festgestellt werden kann,
über ist die Ausfaiituxperatur bei O?' Aluminium nicht/etwa 899 C, wie sie für
die erfindungjgemäßen Legierungen unabhängig von äem Titan-äquivalenzwert
typisch i3t. Demgegenüber kann jedoch bei o,6^ Aluminium eine ständig
zufriedenstellende · Oxydationsbeständigkeit erhalten werden, wenn der
Titanäquivalenzwert gröiier als Null ist. Natürlich verbessert sich die
Oxydationsbeständigkeit mit höherem Aluminiurr.gehalt, sogar bei Legierungen,
die kein Titan* "Zirkon, Tantal und ifiob enthalten. Wenn jedoch
diese Elemente wie hier angegeben anwesend sind, ist der Grad der Verbesserung wesentlich größer. Außerdem sind größere Mengen an Aluminium für
viele Anwendungen nicht wüns c hens vier t, da Duktilität und Verformbarkeit
ungünstig beeinflußt werden. Die zusätzliche Verbesserung der Oxydationsbeständigkeit
auf Grund des höheren Alumihiunigehaltes ist aus
Tabelle IV ersichtlich. Aus Tabelle IV ist ebenfalls ersichtlich, daß
die Oxydationsbeständigkeit sehr viel besser ist, wenn wenigstens eines der Metalle Titan, Zirkon, Niob, Tantal und Aluminium gemäß der vorliegenden
Erfindung anwesend sind.
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11$ Cr | \ Al | 12$ Cr | AT * | 0.6$ Al | 12$ Cr. | |
KR-33 | KP-3 | KQ-22 | ||||
872 | 872 | 899 | ||||
AT - | KV-Io | KP-91 | ||||
899 | KP-64 | 872 | ||||
KP-93 | 899 | KQ-Io | ||||
872 | KN-99 | 954 | ||||
AT - | KV-9 | 954 | ||||
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11$ Cr | KP-3 | IV/o Cr | ||||
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Ti- | £0.311/ | KP-91 | ||||
Ti- | KP-64 | /0.025/ | ||||
At= | fo.oltf | 872 | ||||
KQ-2 2 | 899 | KQ-Io - . | ||||
KP-93 | /0.087/ , | Ο-99 . | /0.092/ | |||
Ti - | /0.0987 | 899 | - 954 | |||
At - | 872 | 954 |
o.2o?i KV-O KV-Io
Ti - /0.I467 I0.2I3J
At- .899 -899
(AT - Ausfalltenp. 0C) (Ti - Titanäquivalenzwert fo) ...
Tabelle IV- : .·. ,.
I^ Al . 2 ^ Al 3& AiL
Ti-äQ. II9S Cr 129& Cr 119^ Cr - 12g6 Or 11^ Cr 12^-Cr H^ Cr l2#0r
-ο.25?δ KR-35 KP-3 ßV-lloo JS-45-A ilV-llol HV-llo2 ,
AT- 827 872 872 927 983 . I066
Ti-/lo.311/ /^0.305/ /I0.2I5/ /^o.292/ /^0.242/ ; /*q.
+0.30^ ■ ; RV-I06I JS^43-B RV-I065 KQ-81 ßV-1666
Ti- /0.5537/^.236/ /0.314/ /B.42§/ /Ώ.31
AT- . 954 Ι0.Ι0 I094 II77 1288
Alle Aüsfalltemperaturen über Io94 0C beruhen auf Oxydationsprüfungen
von 48 Stunden* ; _ · ■--.,.-
Die üOrmbarkeit ist eine wichtige Eigenschaft für viele Anwendungen
von Legierungen. Wie bereite beschrieben wurde, beei-tzen die erfin-
9 0 9 8 81/112 7.
ORIGINAL JNSPECTED
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dungssemäßen Legierungen eine weitaus bessere Formbarkeit und Duktilität
als andere Stähle, die häufig für Anwendungen, die Oxydationafeüti^keit
bei hoher Temperatur erfordern, in Frage kommen. Diese Überlegenheit
ist aus den Angaben in Tabelle VI (ersichtlich, in welcher die'physikalischen
Eigenschaften von mehreren üblichen Sta;1en zusammen mit zwei
erfindungsgemäße,j> Stählen (A und B) mit den in Tabelle V beschriebenen
Zusammensetzungen wiedergegeben sind. Aus Tabelle VI sind ebenfalls die Zundereigenschaften ersichtlich, denn es ist wichtig, daß die Oxydhaut
verhältnismäßig anhaftend ist, so daß anhaltende Oberflächenoxydation
auf ein Mindestmaß herabgesetzt oder vermieden wird.
442 | 0.18 | Tabelle V | G | 2o.3 Cr | Cff/CE | ■8. | 97 Ni | 2.o2 Si | anhaftend | |
3o2B | o.o9o | G . | 18.33 Cr | nach d.Ab | ||||||
446 | O, O? | C | 26.24 Cr | 14. | 2o Ni | kühl en | ||||
3o9 | 0.095 | C | 22.5ο Cr | 21. | 46 Ni | nein | ||||
31o | 0.055 | C | 24.44 Cr | 4. | 2 Al | |||||
Typ 4o6 | 0.059 | C | 13.3 Cr | • 1. | 1 Al | 0.64 Ti | nein | |||
A | 0.058 | C_ | 12.5 Cr | 3. | 1 Al | 0.60 Ti | ||||
B | 0.039 | C | 12.2 Cr | nein | ||||||
Tabelle VI | D«hnuni | |||||||||
Test | o.2#-Streok· | keit | Θ % | nein | ||||||
Temp. | grenze 1 | |||||||||
Typ·-.. | 23.0 | nein | ||||||||
Zimmer | 93.ο | |||||||||
442 | 927 | 6,169 | •p äußerste | 6o.o | ||||||
Zimmer | o,341 | n ® Zugfe|tig | 66.0 | |||||||
3o2B | 927 | 6,773 , | kff/cm | 24.0 | ||||||
Room | I,3o2 | 127.0 | ||||||||
446 | 872 | 8,556 | 13,2o | 49.0 | ||||||
Zimmer | ö,496 | O,OO | 65.0 | c Zunderei^enschaften | ||||||
3o9 . | 983 | 6,51o | 15,31 | 45.0 | Farbe | |||||
Zimmer | 2,49 | 65.0 | ||||||||
31o | 983 | 6*572 | 14.49 | schwarz | ||||||
o,71 | ||||||||||
13,95. | schwarz | |||||||||
1.55 | ||||||||||
13,87· | schwarz | |||||||||
l,7o | ||||||||||
schwarz | ||||||||||
s chwarz | ||||||||||
Bei den angegebenen Werten wurden folgende; Beziehung zu Grunde gelegt»
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1932H7
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Teat | grenze kg/cm | äußerste | c. Dehnung '■■(, |
Γ* | röi-enoohaften | |
Typg | Temp. | Ιο.586 | 22,ο | i'Virbe | anhaftend nach d.Abkühlen |
|
4o6 | Eiomer | 0.821 | 13.53 | 85,ο | weiß | nein |
816 | 6,448 | 1.28 | 55,0 | |||
A- | Ziwmer | ο,572 | Ιο.26 | 116,"ο | rz ja | |
927 | 7,765 | 0.68 | 5ο. ο | |||
B | Zimmer | ο, 527 | Io.ö9 | 125.0 | braun | ja |
QOT | ο*0ο | |||||
Obwohl der Aiechanismua, durch den die erfindun,r:sgemäßen Legierungen
eine überlegene Oxydationeigenschaft erhalten, nicht voj.lkomir.en erklärt
werden kann, wird angenommen, daß die Äluminiuri-'^itan-j'iquivalenz-'Aechselwirkung
beteiligt ist. Um die Wirkung dieser 'Wechselwirkung näher zu erläutern, wurden sechs Legierungen zwischen C/& Aluminium
und 0,27a Titan-Äquivalenzen und l.ÖfS Alutniniun und o,2.'» Titanäquivalenzen
geprüft. Diese Zusammensetzungen von Legierungen sind in Tabelle I
aufgeführt. In Tabelle VII sind die ausfall*temperaturen für jede dieser
Legierungen angegeben. Aus dieser Tabelle ist bei einen Vergleich
r.it den Tnbellen III und IV ersichtlich, daü ein positiver Titanäquivalenzwert erforderlich ist, um den Aluminium enthaltenden legierungen
zusätzliche Oxydationsfestigkeit zu verleihen. Es ist ebenfalls klar erkennbar, daß eine Zunahme der Oxydatir,nsfestigkeit schon mit 30 geringen
Mengen wie 0.6$ Aluminium auftreten kann, wenn die Titanäquivalenzen
ausreichend hoch sind} größere. Mengen an Aluminium ergeben jedoch eine bessere Oxydationsfestigkeit.
-11-
9 0 9 881/112 7
BAß ORIGINAL
llfo Cr | ι Al | 11? | 0. | ftf 'Al | Tabelle | 119SQr | VII | |
κν-9 | 1295Cr | LQ- | 12#Cr | 0. | LQ-41 | T/o Al | ||
Ti-äq. | KV-Io | -4ö | LP-45 | 12#Cr | ||||
o.2o?£ | LQ-67 | |||||||
o.80# Al
Loja
Al
7^1467 /^2157 ^2147
899 899 895 ■ '895
LQ-42 .LQ-..65 KV-Il KP-79
S 1807^2557/^.2567 /o.2267 ^2557 /·
895 805 895 lolo 954 lolo
CO OO OO
Es ist möglich, daß Titan durch Tantal, Niob und Zirkon ersetzt wird, um die Beständigkeit gegenüber
Hochtemperaturoxydation zu verbessern. Zur Erläuterung der Verwendung dieser ■ Alternativeleaente wurde eine
Äeihe von Legierungen mit einer'^uaammensr. tzung, wie sie in Tabelle VIII an^e^eben ist, hergestellt.
in Tabelle VIII sind auch die Titanäquivälenzv.erte Und die Ausfallteinperaturen aufgeführt.
"\ '·■ ' Tabelle VIII ' "■.
C | o44 | Mn | 44 | P | ,008 | S | 050 | Si | |
LA-Io | °t | .045 | 0-, | 45 | 0 | ,007, | 0, | 025 | o^44 |
-LA-Il | O, | 052 | °» | 59 | 0 | ,Ool | Ö» | o26 | .0^45 |
LB-54 | .0, | 0, | 0 | ö. | "o,'45 | ||||
Cr , Ni N3 Al
12.12 o,ol7 o,ol8 lf.14
12.22 o,op5 ο,οΙΟ 1,1,2
12.Ol o,ol9 o,o45 1,11
MD-I4A 0,041 0,50 0,009 o,0I7 ' 0,50 12,p6 o,12 o,ol7 o,5o
MD-I4B 0,050 0,50 0,009 o,ol8 o,55 12,51. o,12, o,ol7 0,59
Ti-äq. | Ausfall- | |
andere | 0,260 | teiTip.0 C |
0.98 Nb | o,265 | i.p94 |
0.96 Zr | o,122 | lolo , |
l,8o T<i | 0,270 | I058 |
o,97 Nb | Ο.245 | 927 ■ |
o,97 Nb | lolo | |
Aüs den'Angaben in Tabelle VIII ist ersichtlich, daß Tantal, Zirkon und Niob erfolgreich anstelle von
Titan zur Verbesserung der Beständigkeit- gegenüber Hochternperaturoxydation vor endet werden können.
Es wird jedoch darauf hingev/iesen, daß bei einem, Aluminiumf^halt von nur etwa o, 5"^ eini*(".^ Carbid- und
Nitridbild^r, z.B. Niob, nicht mehr wirksam sein können.
CO Ca) K)
Claims (4)
1932H7
- 12 - ■'■'■.-.
1-. Ferritischer, rostfreier, bei erhöhten Temperaturen ox7/ds —
tionsbeständiger Stshl enth?. It end· die Lerierunn'seleniente
Chrovi, Aluminium, kohlenstoff, Stickstoff und Titan,
dadurch gekennzeichnet, d^ß er in wesentlichen ous wenigstens
etwa 11^· Chron, mehr als 0,5 ?>
-'lu;r<i:irur. und eineraausreichenden
Anteil ·~~ο v.ren lasten ε eir.er.i der j'lenontc
. ..,2itnn, iiioh, Zirkon \\:\* Tantal "besteht, 30 dn"^ ein υοαΐ-r
tiver C?itrnäpuivnlencv.rort i'ai 7alle der />nv;esenheit von
Titnn entsprec1"·ender I'oriael:
Ti-Äo. = ;' -21 - 3,99 &C) - 3,42 (^;)
in Falle der Anv:osenheit von ::iob entsprechend o.er X'or..iGl:
2i-lq. = 0,516 (^Jb) - 3,09 (;'3) - 3,4? (ί':ί)
in Falle der Anv/esenneit Ύοη hantel entsprechend der Porrasl
Ti-Ic. = 0,265 C^Sa) - 3,99 (£C) - 3,4-2 (^If) und
-' . im Falle der Anv.'osonheit von Zirkon entsprechend der Fornel
Ti-Io, = o,525 C^Zr) - 3,99 C^") - 3,^-2 (^j)
vorliegt.
2. Ferritisoher, rosTfroier Stahl 2scä3 Anspruch. 1, dadurch
gekennzeichnet, αε.' er wenigstens eines der Elenente Titan,
i.iob, Zirkon und. Tantal in einer !!enge von v/enigstens 0,35^
enthält. ' ' ■ .
3. Ferritischer, rostfreier Stahl gemäß Anspruch "1-2,
dadurch gekennzeichnet, daß er einen Titanäquivalenzwert von wenigstens Q,2$ besitzt.
4. Ferritischer, rostfreier Stahl gemäß Anspruch 1 - 3 , dadurch gekennzeichnet, daß er zwischen 2,0$ und 3,5$
Aluminium enthält. -' ■'■-.."
909881/112? ·
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