DE2051609C3 - Use of an austenitic stainless steel as a material for the production of welded pressure vessels for cryogenic operation and the production of cold-drawn wire-shaped molded bodies - Google Patents
Use of an austenitic stainless steel as a material for the production of welded pressure vessels for cryogenic operation and the production of cold-drawn wire-shaped molded bodiesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls, der aus 153 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11% Kohlenstoff, 03 bis 038% Stickstoff, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, als Werkstoff für die Herstellung von geschweißten Druckkesseln für den kryogenen Betrieb, die sowohl eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur als auch eine gute Zähigkeit und Stabilität bei kryogenen Temperaturen aufweisen, sowie als Werkstoff für die Herstellung von kaltgezogenen drahtförmigen Formkörpern mit einer guten Zähigkeit bei 78° K, einer guten Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrißbildung in siedenen Chloridmedien und einem guten Kalthärtungsvermögen.The invention relates to the use of an austenitic stainless steel, which consists of 153 to 20% chromium, 11 up to 15% manganese, 1.1 to 3.75% nickel, less than 0.01 to 0.11% carbon, 03 to 038% nitrogen, remainder Iron with impurities caused by the smelting exists as a material for the production of welded pressure vessels for cryogenic operation, which have both high strength at room temperature as also have good toughness and stability at cryogenic temperatures, and as a material for the Production of cold-drawn wire-shaped moldings with good toughness at 78 ° K, a good one Resistance to stress corrosion cracking in boiling chloride media and good cold hardening properties.
Aus der deutschen Auslegungsschrift 12 61 677 sind nicht-magnetisierbare, austenitische Chrom-Mangan-Stahllegierungen bekannt, die aus 10 bis 20% Chrom, 12 bis 25% Mangan, bis zu 5% Nickel, bis 0,25% Kohlenstoff, 0.05 bis 0.5% Stickstoff und Rest Eisen mit Verunreinigungen bestehen. Diese Stahllegierungen eignen sich als Werkstoff für die Herstellung vonFrom the German interpretation 12 61 677 non-magnetizable, austenitic chromium-manganese steel alloys are known, which consist of 10 to 20% chromium, 12 up to 25% manganese, up to 5% nickel, up to 0.25% carbon, 0.05 to 0.5% nitrogen and the remainder with iron Impurities exist. These steel alloys are suitable as a material for the production of Schwerstangen für Tiefbohrgestänge, die durch Kaltverformung auf eine Streckgrenze von mindestens 70 kg/mm2 gebracht werden.Collars for deep drilling rods, which are brought to a yield point of at least 70 kg / mm 2 by cold forming.
w Auch aus »ASM Preprint 29« Band 47, 1954, der US-Patentschrift 27 78 731 und »ASTM Special Technical Publication 369«, 1963. sind Nickel enthaltende Chrom-Mangan-Stahllegierungen bekannt, die eine hohe Festigkeit und eine hohe Kalthärtungsgeschwinw Also from "ASM Preprint 29" Volume 47, 1954, der US Pat. No. 2,778,731 and "ASTM Special Technical Publication 369", 1963. are nickel-containing Chromium-manganese steel alloys are known to have high strength and a high cold hardening rate digkeit aufweisen. Diese hochfesten austenitischen Legierungen mit niedrigem Nickelgehalt eignen sich jedoch nur begrenzt für einen kryogenen Betrieb, weil sie beim Verformen in Martensit übergehen und daher eine geringe Beständigkeit gegen Ermüdung aufweisen.show dignity. These high strength austenitic However, alloys with a low nickel content are of limited suitability for cryogenic operation because they transform into martensite when deformed and therefore have poor resistance to fatigue.
Zwar ist es möglich, durch Erhöhung ihres Nickelgehaltc-- ihre Umwandlung in Martensit bei kryogenen Temperaturen teilweise zu verhindern, die Belastbarkeit der. dabei erhaltenen Stahllegierungen ist jedoch begrenzt, da sie bei Raumtemperatur nur eineIt is possible, by increasing their nickel content, to convert them to martensite in the case of cryogenic Temperatures partially prevent the resilience of the. steel alloys obtained thereby is however limited as they only have one at room temperature
6> verhältnismäßig geringe Festigkeit besitzen. Außerdem sind derartige Stahllegierungen wegen ihres verhältnismäßig hohen Nickelgehaltes sehr teuer. Allen diesen bekannten Stahllegierungen ist ferner gemeinsam, daß6> have relatively low strength. aside from that Such steel alloys are very expensive because of their relatively high nickel content. All of these known steel alloys is also common that
sie eine verhältnismäßig geringe Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion bei kryogenen Temperaturen und in siedenden Chloridmedien besitzen, selbst wenn sie 5 bis 15% Nickel enthalten.they have a relatively low resistance to stress corrosion cracking at cryogenic temperatures and in boiling chloride media, even if they contain 5 to 15% nickel.
Aufgabe der Erfindung war es daher, einen verhältnis- -, mäßig niedriglegierten, voll austenitischen rostfreien Stahl vorzuschlagen, der auf Grund seiner spezifischen kritischen Zusammensetzung eine einzigartige Kombination von Eigenschaft», nämlich eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur, eine gute Beständigkeit gegen κι Ermüdung, eine gute Zähigkeit und Stabilität gegen Umwandlung in Mariensit bei kryogenen Temperaturen, eine gute Allgemeinkorrosionsbeständigkeit, eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion, ausgezeichnete Schweißeigenschaften, sowie die Fähigkeit ι -, besitzt, bis zu einer sehr hohen Festigkeit kaltgehärtet zu werden, so daß ei äia Werk:trff für die Herstellung von geschweißten Druckkesseln für den Kryogenen Betrieb und für die Herstellung von kaltgezogenen drahtförmigen Fonnkörpern mit den gewünschten >o Eigenschaften verwendet werden kann.The object of the invention was therefore to propose a relatively low-alloy, fully austenitic stainless steel which, due to its specific critical composition, has a unique combination of properties, namely high strength at room temperature, good resistance to fatigue good toughness and stability against conversion to mariensite at cryogenic temperatures, good general corrosion resistance, good resistance to stress corrosion cracking, excellent welding properties, as well as the ability ι - to be cold hardened to a very high strength, so that ei äia Werk: tr ff can be used for the production of welded pressure vessels for cryogenic operation and for the production of cold-drawn wire-shaped shaped bodies with the desired> o properties.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst werden kann durch Verwendung eines austenitischen rostfreien Stahls, der aus 153 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1,1 bis 3,75% 2", Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11% Kohlenstoff, 0,28 bis 038% Stickstoff, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen besteht, als Werkstoff für die Herstellung von geschweißten Druckkesseln für den kryogenen Betrieb die sowohl einte hohe Festigkeit bei jo Raumtemperatur als ;-uch eine gute Zähigkeit und Stabilität bei kryogenen Temperaturen und eine gute Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion in siedenden Chloridmedien aufweisen, sowie a!s Werkstoff für die Herstellung von kaltgezogenen arahiförmigen For-mkörpern mit einer guten Zähigkeit bei 78° K, einer guten Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrißbildung in siedenden Chloridmedien und einem guten Kalthärtungsvermögen.It has now been found that this object can be achieved according to the invention by using an austenitic stainless steel consisting of 153 up to 20% chromium, 11 to 15% manganese, 1.1 to 3.75% 2 ", Nickel, less than 0.01 to 0.11% carbon, 0.28 to 038% nitrogen, the remainder iron with impurities from the melting process, is used as the material for the Manufacture of welded pressure vessels for cryogenic operation that have both unified high strength at jo Room temperature than; -uch good toughness and stability at cryogenic temperatures and good Have resistance to stress corrosion cracking in boiling chloride media, as well as a! S material for the production of cold-drawn arahi-shaped moldings with good toughness at 78 ° K, a good resistance to stress corrosion cracking in boiling chloride media and a good one Cold hardening capacity.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl besitzt auf Grund der Abstimmung seiner Gehalte an Chrom, Mangan, Nickel, Kohlenstoff und Stickstoff aufeinander eine einzigartige Kombination von vorteilhaften Eigenschaften, nämlich eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur, eine gute Beständigkeit gegen Ermüdung, eine gute Zähigkeit und Stabilität gegen Umwandlung in Martensit bei kryogenen Temperaturen, eine gute Allgemeinkorrosionsbeständigkeit, eine gifte Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion in siedenden Chloridmedien, ausgezeichnete Schweißeigenschaften sowie m, die Fähigkeit, bis zu einer sehr hohen Festigkeit kaltgehärtet zu werden.The steel to be used according to the invention has, due to the coordination of its chromium content, Manganese, nickel, carbon and nitrogen each other have a unique combination of beneficial properties, namely high strength at room temperature, good resistance to fatigue, a good toughness and stability against transformation to martensite at cryogenic temperatures, good General corrosion resistance, a poisonous resistance to stress corrosion cracking in boiling chloride media, excellent welding properties as well as m, the ability to be work hardened to a very high strength.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung enthält der erfindungsgemäß zu verwendende austenitische rostfreie Stahl vorzugsweise Il bis 133% Mangan, vorzugsweise i,l bis 3,5% Nickel, vorzugsweise 0,03 bis 0,10% Kohlenstoff, vorzugsweise 0,30 bis 0,34% Stickstoff und vorzugsweise 17 bis 19% Chrom. Außerdem kann der erfindungsgemäß zu verwendende austenitische rostfreie Stahl vorzugsweise Vanadin/ m oder Niob in einer Menge von 0.1 bis 0,5% enthalten und in ihm können gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bis zu 3,5% Chrom im Verhältnis 1 :1 durch Molybdän ersetzt sein. Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl kann ferner &5 zusätzlich noch bis zu 0,010% Bor enthalten.According to a preferred embodiment, the austenitic stainless steel to be used according to the invention preferably contains II to 133% manganese, preferably 1.1 to 3.5% nickel, preferably 0.03 to 0.10% carbon, preferably 0.30 to 0.34% Nitrogen and preferably 17 to 19% chromium. In addition, the austenitic stainless steel to be used according to the invention can preferably contain vanadium / m or niobium in an amount of 0.1 to 0.5% and, according to a further preferred embodiment of the invention, up to 3.5% chromium in a ratio of 1: 1 can pass through it Be replaced by molybdenum. The steel to be used according to the invention can also contain up to 0.010% boron.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung besteht der erfindungsgemäß zu verwendende austeniti-According to a further preferred embodiment, the austenitic to be used according to the invention consists
j-,j-,
4040
4-,4-, sqhe rostfreie Stahl aus 15,5 bis 20% Chrom, 11 bis 15% Mangan, 1.1 bis 3,75% Nickel, weniger als 0,01 bis 0,11% Kohlenstoff, 0,28 bis 038% Stickstoff, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,030% Schwefel, bis zu 1,0% Siücüm, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen, und gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht er aus 17 bis 19% Chrom, 11 bis 13,5% Mangan, 1,1 bis 3,5% Nickel, 0,03 bis 0,10% Kohlenstoff, 0,30 bis 034% Stickstoff, bis zu 0,040% Phosphor, bis zu 0,030% Schwefel, bis zu 1,0% Silicium, Rest Eisen mit erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.sqhe stainless steel of 15.5 to 20% chrome, 11 to 15% Manganese, 1.1 to 3.75% nickel, less than 0.01 to 0.11% Carbon, 0.28 to 038% nitrogen, up to 0.040% Phosphorus, up to 0.030% sulfur, up to 1.0% Siücüm, The remainder iron with impurities from the melting process, and according to a further preferred embodiment of the invention it consists of 17 to 19% chromium, 11 up to 13.5% manganese, 1.1 to 3.5% nickel, 0.03 to 0.10% Carbon, 0.30 to 034% nitrogen, up to 0.040% phosphorus, up to 0.030% sulfur, up to 1.0% silicon, The remainder is iron with impurities from the melting process.
Wenn es auf eine besonders hohe Allgemeinkorrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit ankomnu, können in dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl bis zu 3,5% Chrom im Verhältnis 1 :1 durch Molybdän ersetzt werden. Das Molybdän setzt jedoch die Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen herab. Zur Erhöhung der Festigkeit können Niob und/oder Vanadin in Mengen von jeweils 0,1 bis 0,5% zugegeben werden. Zur Erhöhung der Warmhartbarkeit kann Bor in Mengen bis zu 0,010% zugegeben werden.If a particularly high general corrosion resistance and high temperature resistance are important, up to 3.5% chromium in a ratio of 1: 1 can penetrate the steel to be used according to the invention Molybdenum to be replaced. However, the molybdenum reduces the toughness at cryogenic temperatures. To the To increase the strength, niobium and / or vanadium can be added in amounts of 0.1 to 0.5% each will. Boron can be added in amounts of up to 0.010% to increase the heat-hardenability.
Die Elemente Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Nickel und Stickstoff sowie deren chemisches Gleichgewicht sind in jedem Falle kritisch. Wenn eines dieser Elemente weggelassen wird oder wenn ihre kritischen Gehalte nicht eingehalten werden, gehen eine oder mehrere der erwünschten Eigenschaften verloren. Der Kohlenstoffgehalt der Stähle beträgt vorzugsweise mindestens etwa 0,03%, um dem Stahl die erforderliche Festigkeit zu verleihen und um als Austenitbilder zu wirken. Auf bestimmten Anwendungsgebieten kann der Kohlenstoffgehalt 0,03% und sogar 0,01% unterschreiten, da man sich darauf verlassen kann, daß Stickstoff einen entsprechenden Einfluß auf die Eigenschaften des Stahls ausübt. Ein maximaler Kohlenstoffgehalt vqn 0,K>% ist bevorzugt. Höhere C-Gehalte als 0,11% sind unzweckmäßig, da hierdurch die Allgemeinkorrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit sowie die 'Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen beeinträchtigt werden.The elements carbon, manganese, chromium, nickel and nitrogen and their chemical equilibrium are critical in any case. If any of these elements are omitted or if their critical contents are not adhered to, one or more of the desired properties are lost. The carbon content of the steels is preferably at least about 0.03% to give the steel the required strength and to act as an austenite former. on In certain areas of application, the carbon content can fall below 0.03% and even 0.01% because one can rely on the fact that nitrogen has a corresponding influence on the properties of the steel exercises. A maximum carbon content of 0. K>% is preferred. C contents higher than 0.11% are unsuitable, since this increases the general corrosion resistance and weldability as well as the toughness cryogenic temperatures are affected.
Um eine vollständig austenitische Struktur zu gewährleisten und um den Stickstoff in Lösung zu halten, sind mindestens 11% Mangan erforderlich. Höhere Mangangehalte als 15% und vorzugsweise als 13,5% sind unzweckmäßig, da sie infolge von Manganverlusten beim Schmelzen die Kosten erhöhen und da Mangandazuneigt.eineWarmbrüchigkeithervorzurufen.To ensure a completely austenitic structure and to keep the nitrogen in solution hold, at least 11% manganese is required. Manganese levels higher than 15% and preferably than 13.5% is unsuitable because it increases costs due to manganese losses during melting and there Manganda tends to induce heat fragility.
Chrom wird in Mengen von mindestens 153% benötigt, um der Legierung die erforderliche Korrosiinsbeständigkeit zu verleihen und um in Kombination mit Mangan den Stickstoff in Lösung zu halten. Mehr als 20% O.rom können bei den angegebenen Kohlenstoff-, Mangan-, Nickel- und Stickstoffgehalten nicht toleriert werden, da Chrom ein Ferritbiidner ist und ein größerer als etwa 2%iger Ferritgehalt aus Gründen einer guten Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen vermieden werden muß. Aus diesen Gründen ist ein maximaler Chromgehalt von etwa 18% bevorzugt.Chromium is used in quantities of at least 153% needed to give the alloy the required corrosion resistance and in combination with manganese to keep the nitrogen in solution. More than 20% O.rom can be used in the specified carbon, Manganese, nickel and nitrogen contents cannot be tolerated, since chromium is a ferrite binder and a larger one than about 2% ferrite content avoided for reasons of good toughness at cryogenic temperatures must become. For these reasons, a maximum chromium content of about 18% is preferred.
Die Anwesenheit von Nickel in Mengen von mindestens 1,1% ist sowohl wegen seiner Funktion als Austenitbildner als auch wegen seiner zähigkeitserhöhenden Wirkung bei kryogenen Temperaturen von wesentlicher Bedeutung. Höhere Nickelgehalte als 3,75% führen nicht mehr zu einer Zähigkeitserhöhung und sind folglich unzweckmäßig. Darüber hinaus machen Nickelgehalte von mehr als 3,75% die Legierung für Spannungskorrosionsbrüche anfällig. Im übrigen ist es wegen des hohen NickelpreisesThe presence of nickel in amounts of at least 1.1% is due both to its function as Austenite former as well as because of its toughness-increasing effect at cryogenic temperatures of essential. Nickel contents higher than 3.75% no longer lead to an increase in toughness and are consequently inexpedient. In addition, nickel contents in excess of 3.75% make up the Alloy prone to stress corrosion cracking. Besides, it is because of the high price of nickel
zwccfcmäBie, den Nickelgehalt so niedrig zu halten, wie es die Wechselbeziehung der anderen Elemente mit Nickel ohne Beeinträchtigung der gewünschten Eigenschaften eben noch zuläßt.ZwccfcmäBie to keep the nickel content as low as it allows the other elements to interrelate with nickel without affecting the desired properties just allowed.
Um eine hohe Festigkeit bei Raumtemperatur zu * erreichen, werden mindestens 0,28% Stickstoff benoti^x. Daneben ist Stickstoff ein starker Austenitbildner; son.it werden also bei den angegebenen Kohlenstoff-, Mangan- und Nickelgehalten mindestens 0,28% Stickstoff benötigt. Mehr als 038% Stickstoff können nicht in toici'vert werden, da dann die Zähigkeit bei kryogenen Temperaturen abnimmt. Schmelzen mit Gaseinschlüssen erhalten werden und eine Porosität der Schweißnähte, auftrittIn order to achieve high strength at room temperature *, at least 0.28% nitrogen is required. In addition, nitrogen is a strong austenite former; son.it So with the specified carbon, manganese and nickel contents at least 0.28% nitrogen needed. More than 038% nitrogen can not be in toici'vert, because then the toughness with cryogenic Temperatures decreases. Melts with gas inclusions are obtained and a porosity of the weld seams, occurs
Die obigen Ausführungen zeigen, daß ein ausgewoge- ι "> nes Gleichgewicht hinsichtlich der Mengen an den wesentlichen Elementen eingehalten werden muß und daßdie Wechselbeziehung der einzelnen Bestandteile innerhalb der angegebenen Grenzen zu einer neuen Kombination von Eigenschaften führt. Daraus ist ferner zu entnehmen, daß bestimmte Abänderungen innerhalb der angegebenen Grenzen zu einer Legierung mit optimalen Eigenschaften zur kryogenen Verwendung führen, während andere Änderungen zu einer Legierung mit optimalen Allzweckeigenschaften, z. B. zur Herste!- lung von hochfesten Federdrähten, führen.The above statements show that a balanced ι "> A balance must be maintained with regard to the quantities of the essential elements and that the interrelation of the individual components within the specified limits to a new one Combination of properties leads. It also shows that certain amendments within the specified limits to an alloy with optimal properties for cryogenic use while other changes result in an alloy with optimal general purpose properties, e.g. B. for the manufacture! - development of high-strength spring wires.
Eine bevorzugte Legierung für kryogene Anwendungsgebiete hat die nachfolgend angegebene Zusammensetzung: A preferred alloy for cryogenic applications has the following composition:
0,05% Kohlenstoff, 13% Mangan, 18% Chrom, 3,0% jo Nickel, 032% Stickstoff, erschmelzungsbedingte Mengen an Phosphor, Schwefel und Silicium und Rest Eisen.0.05% carbon, 13% manganese, 18% chromium, 3.0% jo Nickel, 032% nitrogen, amounts of phosphorus, sulfur and silicon due to the melting process and the remainder iron.
Eine weitere bevorzugte Legierung zur kryogenen Verwendung mit einer besonders günstigen Kombinationvon hoher Festigkeit bei Raumtemperatur, guter Stabilität gegen eine Umwandlung in Martensit und guter Zähigkeit bei 78° K sowie ausgezeichneter Schweißbarkeit hat die folgende Zusammensetzung:Another preferred alloy for cryogenic use with a particularly beneficial combination of high strength at room temperature, good stability against transformation into martensite and good toughness at 78 ° K and excellent weldability has the following composition:
0,05 Kohlenstoff, 13,5% Mangan, 18% Chrom, 3,5% Nickel, C,35% Stickstoff, bis zu 030% Vanadium und/oder Niob, erschmelzungsbedingte Mengen an Phosphor, Schwefel, Silicium und Rest Eisen.0.05 carbon, 13.5% manganese, 18% chromium, 3.5% nickel, C, 35% nitrogen, up to 030% vanadium and / or niobium, amounts of phosphorus, sulfur, silicon and the remainder iron due to the melting process.
jEine bevorzugte Legierung zur Herstellung von kaltgezogenen Federdrähten mit einer Zugfestigkeit vqn mehr als 1550 MN/m2 hat die folgende Zusammen-Setzung: A preferred alloy for the production of cold-drawn spring wires with a tensile strength of more than 1550 MN / m 2 has the following composition:
.0/10% Kohlenstoff, 12% Mangan, 18,5% Chrom, 1,5% Nickel, 035% Stickstoff, erschmelzungsbedingte Mengeiran Phosphor, Schwefel und Silicium und Rest Eisen..0 / 10% carbon, 12% manganese, 18.5% chromium, 1.5% Nickel, 035% nitrogen, amount of iron due to the melting process, phosphorus, sulfur and silicon and the remainder iron.
Die unter kryogeneu Betriebsbedingungen zulässigen Belastungen beruhen auf den Zug- und Streckgrenzenwerten bei Raumtemperatur, der prozentualen Dehnung und Einschnürung bei Raumtemperatur, · der Schlagfestigkeit bei 78° K und dem Grad der Umwandlung in Martensit, gemessen als magnetische Umwandlung. The permissible loads under cryogenic operating conditions are based on the tensile and yield strength values at room temperature, the percentage elongation and necking at room temperature, · the Impact resistance at 78 ° K and the degree of conversion in martensite, measured as magnetic conversion.
Mit den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen wurden im Vergleich zu bekannten kryogenen Legierungen und zu Legierungen mit Chromgehalten übef und unter den Chromgehalten der erfindungsgemaß zu verwendenden Legierungen und mit Mangangehallen unter den Mangangehalten der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen, jedoch mit den übrigen Bestandteilen innerhalb der für die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle angegebenen Grenzen, derartige Tests durchgeführt. Die Zusammensetzungen der verschiedenen unter,jchten Legierungen sind in der folgenden Tabelle I angegeben; die genannten Eigenschaften der in der Tabelle I angegebenen Legierungen sind in der folgenden Tabelle M jsiSiTWPr-iigei.teli!.With the alloys to be used according to the invention, compared to known cryogenic Alloys and alloys with chromium contents above and below the chromium contents of the invention to be used alloys and with manganese halls below the manganese contents of the invention to be used alloys, but with the other constituents within the range for the according to the invention used steels indicated limits, such tests carried out. The compositions of the various alloys below are given in Table I below; the properties mentioned of the alloys given in Table I are listed in the following table M jsiSiTWPr-iigei.teli !.
Zusätzlich zu den Untersuchungen hinsichtlich dar mechanischen und metallurgischen Eigenschaften der Legierungen wurden die Proben i bis 14 und 17 bis 22 in siedendem Magnesiumchlorid (MgCIj) auf ihr Spannungsrißkorrosionsverhalten hin untersucht Die Probestücke wurden durch Anbringen von Schmelzschweißungen an gegenüberliegenden Seiten von 25,4 mm Rundstäben hergestellt. Hierbei wurden in den äußeren Fasern der Probestücke Zugspannungen hervorgerufen. Während sämtliche Proben der ersten Gruppe (1 bis 14) innerhalb von 24 h keine Anzeichen einer Rißbildung zeigten, war bei sämtlichen Proben der zweiten Gruppe (17 bis 22) innerhalb dieser Zeit eine Rißbildung zu beobachten. Der hauptsächliche Unterschied in der chemischen Zusammensetzung de-- beiden Gruppen ist ihr Nickelgehalt. Aus den Ergebnissen dieser Versuche geht hervor, daß bei einem Nickelgehalt von über 3,75% die Beständigkeit gegen Spanni'"gsrißkorrosion abnimmt. In addition to the studies on mechanical represents and metallurgical properties of the alloys were the samples i to 14 and examined 17 through to 22 in boiling magnesium chloride (MgCIj) on their Spannungsrißkorrosionsverhalten The sample pieces were prepared by attaching fusion welds on opposite sides of 25.4 mm round bars . This caused tensile stresses in the outer fibers of the test pieces. While none of the samples in the first group (1 to 14) showed any signs of cracking within 24 hours, cracking was observed in all samples in the second group (17 to 22) within this time. The main difference in the chemical composition of the two groups is their nickel content. The results of these tests show that with a nickel content of more than 3.75%, the resistance to stress crack corrosion decreases.
Sämtliche Chargen wurden in einem Induktionsofen erschmolzen, dann warmverformt und bei 1340° K eine halbe Stunde lang angelassen und mit Wasser abgeschrecktAll batches were melted in an induction furnace, then thermoformed and at 1340 ° K a Left on for half an hour and quenched with water
Die in der Tabelle II enthaltenen Ergebnisse zeigen, daß die Festigkeit bei Raumtemperatur der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen beträchtlich höher ist als diejenige der Vergluichslegierungen. Die Zähigkeit der erfmdungsgemäß zu verwendenden Stähle bei 78° K ist nicht so hoch wie die Zähigkeit der Vergleichsstähle; in diesem Zusammenhang sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Zähigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle für kryogene Betriebsbedingungen vollständig ausreicht, da ein Mindestwert von 203 Joule beim Charpy-Schlagfestigkeitsversuch mit V-Kerbe bei einer Temperatur von 78° K als ausreichend angesehen wird.The results contained in Table II show that the strength at room temperature of the invention to be used alloys is considerably higher than that of the comparison alloys. the The toughness of the steels to be used according to the invention at 78 ° K is not as high as the toughness of the Comparative steels; In this context, however, it should be noted that the toughness of the invention steels to be used for cryogenic operating conditions are completely sufficient, as there is a minimum value of 203 joules in the Charpy impact strength test with V-notch at a temperature of 78 ° K as is considered sufficient.
Aus der Tabelle II ergibt sich ferner, daß fünf erfmdungsgemäß zu verwendende Legierungen beim Verformen bei einer Temperatur von 78° K eine geringfügige magnetische Umwandlung zeigen, während die restlichen erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen nur eine äußerst geringe magnetische Umwandlung aufweisen. Im Gegensatz dazu zeigen die Vergleichslegierungen infolge Umwandlung in Martensit eine starke Magnetisierbarkeit.From Table II it can also be seen that five Alloys to be used according to the invention when deforming at a temperature of 78 ° K show slight magnetic conversion, while the remaining to be used according to the invention Alloys have only an extremely low magnetic conversion. In contrast, the Comparative alloys have a strong magnetizability due to conversion to martensite.
Die Vergleichsprobe 19 besitzt trotz ihres beträchtlichen höheren Gehalts an Legierungsbestandteilen, insbesondere Nickel und Mangan, Eigenschaften bei Raumtemperatur und Zähigkeitswerte bei 780K, die sich mit den entsprechenden Werten der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen vergleichen lassen.In spite of its considerably higher content of alloy components, in particular nickel and manganese, the comparative sample 19 has properties at room temperature and toughness values at 78 ° K, which can be compared with the corresponding values of the alloys to be used according to the invention.
Die Proben 10 und 11, die Mangan in geringeren Mengen enthalten, als sie bei den erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen erforderlich aind, besaßen eine unbrauchbar niedrige Zähigkeit bei 78° K und gingen bei Raumtemperatur in Martensit über. Durch diese Ergebviisyp wird die Notwendigkeit eines Mangangehalts von mindestens 11,0% gezeigt.Samples 10 and 11, which contain manganese in smaller amounts than they are in the case of those according to the invention alloys using, had an unusually low toughness at 78 ° K and changed to martensite at room temperature. This type of result eliminates the need for a manganese content of at least 11.0%.
Hohe Chfömgehälte (Proben 12 und 13) führten zu einer Zweiphjsenstruktur mit einem großen prozentualen Ferritanteil und zu einer unbrauchbar niedrigen Schlagfestigkeit bei 7BU K.High chfm content (samples 12 and 13) led to a two-phase structure with a large percentage of ferrite and an unusually low impact strength at 7B U K.
Schließlich ze;2te die einen Chromgeha1' unterhalb der erforderlichen Mindestmenge von 15,5% aufweisende Probe 14 eine unbi ?.Mchbar niedrige Schlagfestigkeit bei 78° K.Finally ze ; Second, the sample 14, which has a chromium content 1 'below the required minimum amount of 15.5%, has an unbeatably low impact strength at 78 ° K.
Zusammensetzung der verschiedenen untersuchten Stühle*)Composition of the various examined chairs *)
*) Bei den Proben I bis 14 betrug der Phosphorgehalt 0,007 bis 0,027%, der Schwefelgehalt 0,010 bis 0,029% und der Siliciumgehall0.21 bis 0,54%.*) In samples I to 14 the phosphorus content was 0.007 to 0.027%, the sulfur content 0.010 to 0.029% and the Silicon content 0.21 to 0.54%.
ίοίο
Fortsetzungcontinuation
Vcrgl.-Lcg. mitCompare Lcg. with
niedrigemlow
Mn-GehallMn-Gehall
desgl.the same
795795
455455
6767
870870
448448
5151
hohem Cr-Gehalthigh Cr content
niedrigemlow
Cr-GehaltCr content
Vergl.-Leg.
desgl.
desgl.
desgi.Comp. Leg.
the same
the same
desgi.
desgl.
desgl.the same
the same
640 613 725 695640 613 725 695
780 593780 593
510 538510 538
455455
318 270 372 338318 270 372 338
420 314420 314
68
63
6868
63
68
70
71
70
7070
71
70
70
69
6969
69
21 desgl. 613 3!0 51 6921 the same. 613 3! 0 51 69
22 desgl. 710 400 50 7022 the same. 710 400 50 70
·) Die Schlagfestigkeitswerte bei Raumtemperatur überstiegen bei sämtlichen Proben 135 Joule.·) The impact strength values at room temperature exceeded 135 joules for all samples.
1212th
106106
138138
8787
137137
54
14954
149
135
102135
102
Umwand lung i)Ci Raumtempe raturConversion i) Ci room temperature
Umwand lung bei Raumtempe raturConversion at room temperature
35% Ferrit 20% Ferrit35% ferrite 20% ferrite
geringsmall amount
Umwand lungConversion
Umwand lungConversion
Umwand lungConversion
Umwand lungConversion
Umwand lung geringConversion low
sehr geringvery low
Der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl erwies sich als hochfest; er kann bei einem Endzug mit geringfügig mehr als 40%iger Querschnittsabnahme bis zu einer Zugfestigkeit von 1515 bis 1725 MN/m2 und einer Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von mindestens 124Ö iviN/m7 gciro«ren werden. Die Kalthärtungsfähigkeit der erfmdungsgemäb tu v;,—-irrenden Legierun- eo gen ist beträchtlich größer als die der befcaisraer. Legierungen. Hinsichtlich der anderen physikalischen Eigenschaften lassen sich die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle ohne weiteres nut den bekannten Stählen vergleichen. Die höhere Kalthärtbarkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle ermöglicht es. in einem einzigen Zug einen Stahl bis auf die Grunddicke zu ziehen, wohingegen der bekannte Stahl eine Gesamtkaltverformung in der Größenordnung von 60% erfordert, um eine Zugfestigkeit von 1515 MN/m2 zu erreichen.The steel to be used according to the invention was found to be high-strength; with a final tension with a slightly more than 40% reduction in cross-section up to a tensile strength of 1515 to 1725 MN / m 2 and a yield point (0.2% proof stress) of at least 124 iviN / m 7 . The Kalthärtungsfähigkeit the erfmdungsgemäb tu v;, - erring Legierun- eo gene is considerably larger than that of the befcaisraer. Alloys. With regard to the other physical properties, the steels to be used according to the invention can easily be compared with the known steels. The higher cold hardenability of the steels to be used according to the invention makes this possible. pulling a steel to the basic thickness in a single pull, whereas the known steel requires a total cold deformation of the order of 60% in order to achieve a tensile strength of 1515 MN / m 2 .
Eine Schmelze der Zusammensetzung 18,6% Chrom, % Mangan, 1,6% Nickel, 0,11% Kohlenstoff, 038% Stickstoff, 0.0Ϊ 5% Phosphor, 0.010% Schwefel, 0,60% Silicium, Rest Eisen, wurde auf ihre mechanischen Kaltzieheigenschaften hin untersucht Die (bei Raumtemperatur crh~!i?nen) Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III angegeben. Sie wurden mit einem nichtgerichteten Draht, gezogen aus einem 6,35 mm Rundstab, der eine halbe Stunde lang bei 1340" K angelassen und anschließend mit Wasser abgeschreckt worden war, erhalten. Die Anlaßhärte betrug 98 HRB.A melt with the composition 18.6% chromium,% manganese, 1.6% nickel, 0.11% carbon, 038% Nitrogen, 0.0Ϊ 5% phosphorus, 0.010% sulfur, 0.60% Silicon, the remainder iron, was examined for its mechanical cold drawing properties (at room temperature crh ~! i? nen) results are in the following Table III given. They were non-targeted with one Wire drawn from a 6.35 mm round rod that was tempered at 1340 "K for half an hour and was then quenched with water. The tempering hardness was 98 HRB.
Raumtemperatur
(0.2''/»-Dehngrenze)Yield point hot
Room temperature
(0.2 '' / »- yield strength)
MeUlänge'Vdrawing in
Meter length
Härte CRockwell
Hardness C
Der 6.35 mm Rundstab, von dem ausgegangen wurde, wurde aus einem quadratischen Barren mit iö,2 χ 10,2 cm Querschr.ittsfläche hergestellt. Der Barren besaß eine Zugfestigkeit von 800 MN/m2, eine Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von 448 MN/m2, eine Dehnung in 5 cm Meßlänge von 53%, eine Einschnürung von 73,5% und eine Härte von 96 HRB.The 6.35 mm round rod, which was assumed, was made from a square bar with a cross-sectional area of 10.2 10.2 cm. The bar had a tensile strength of 800 MN / m 2 , a yield point (0.2% proof stress) of 448 MN / m 2 , an elongation in 5 cm measuring length of 53%, a necking of 73.5% and a hardness of 96 HRB.
Der 5,35 min Rundstab besaß nach einem entsprechenden Anlassen und nach dem Abschrecken mit Wasser eine Zugfestigkeit von 825 MN/m-\ eine Streckgrenze (0,2% Dehngrenze) von 442 MN/m-. eine Dehnung in 5 cm Meßlänge von 63%. eine Einschnürung von 69% und eine Härte von 98 HRB.The 5.35 min round rod possessed a corresponding one Tempering and, after quenching with water, a tensile strength of 825 MN / m2 Yield strength (0.2% yield strength) of 442 MN / m-. an elongation in 5 cm measuring length of 63%. a constriction of 69% and a hardness of 98 HRB.
Ein aus einem 10.2 cm Barren (Vierkantbarren) warmgewalzter 6.35 mm Rundstab besaß eine Zugfestigkeit von 1140 MN/m2, eine Streckgrenze (0.2% Dehngrenze) von 895 MN/m2, eine Dehnung in 5 cm Meßlänge von 38%, eine Einschnürung von 60% und eine Härte von 36 HRC.A 6.35 mm round bar hot-rolled from a 10.2 cm bar (square bar) had a tensile strength of 1140 MN / m 2 , a yield point (0.2% proof stress) of 895 MN / m 2 , an elongation in 5 cm measuring length of 38%, a constriction of 60% and a hardness of 36 HRC.
Ein Stahl·.', ickel vurde zu einem 2.5 mm Rundstab verarbeitet, bei 131O0K angelassen, gebeizt und mit einer Geschwindigkeit von 30.5 m/min mit einer Qiierschniusabnahmc von 43% in einem ein/igen Zug zu einem 1.9 mm Rundstab verarbeitet. Die erhaltene Zugfestigkeit betrug 1515 MN/m·'. Vergleichsweise war beim Versuch aus einem Vergleichs-Stahl einen Draht der gleichen Dicke zu ziehen, eine Gesamtverforiiiung von 58% erforderlich, um eine Zugfestigkeit von 1515 MN/m2 zu erreichen. Dies erforderte zwei Ziihe. den ersten mit einer Geschwindigkeit von 30,5 m/min und den zweiten mit einer Geschwindigkeit von 18.3 m/min, um Oberflächenfehler am Draht zu vermeiden.A steel ·. ', Ickel vurde to a 2.5 mm round bar processed, annealed at 131O 0 C, pickled and processed at a speed of 30.5 m / min with a Qiierschniusabnahmc of 43% in a a / strength train to a 1.9 mm round bar. The tensile strength obtained was 1515 MN / m · '. For comparison, an attempt to draw a wire of the same thickness from a comparative steel required a total deformation of 58% in order to achieve a tensile strength of 1515 MN / m 2 . This took two pulls. the first at a speed of 30.5 m / min and the second at a speed of 18.3 m / min to avoid surface defects on the wire.
Der erfindungsgeiT'aß zu verwendende Stahl laß: sich durch Schmelzen im ;lektrischen Ofen, entweder unter Luftzutritt oder im Vakuum, herstellen. Er kann weiter vergütet werden, beispielsweise durch Entgasen im Vakuum, und zu Rohblöcken vergossen oder kontinuierlich zu Brammen vergossen werden. Hierauf wird der Stahl in der Regel /u Platten. Blechen. Bandern. Stangen. Stäben oder Draht, z. B. Federdraht oder Schweißdraht, »varm- und kaltverformt.The steel to be used according to the invention can be by melting in the electric furnace, either under Provide access to air or in a vacuum. He can be remunerated further, for example by degassing in the Vacuum, and cast into ingots or continuously cast into slabs. Then the Steel usually / u plates. Sheet metal. Gangs. Poles. Rods or wire, e.g. B. spring wire or Welding wire, »hot and cold formed.
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