WROUGHT NICKEL-BASE ALLOY AND PROCESS FOR ITS THERMAL TREATMENT

Abstract: 1. A wrought nickel-based alloy with the alloy constituents C, Si, Mn, Cr, Mo, Cu, Ti and Fe, characterized in that it comprises max. 0.1% C, max. 1% Si, max. 1.5% Mn, 36.5 to 46.0% Ni, 18.5 to 26.0% Cr, 1.0 to 4.0% Mo, 1.0 to 4.0% Cu, 1.35 to 2.60% Ti, optionally up to 0.7% Al, and/or 0.3 to 1.2% Nb/Ta, and the rest essentially Fe and impurities determined by production.

Description: Nickel-Knetlegierung und Verfahren zur iärmebehandlung derselben Die Erfindung betrifft eine Nickel-Knetlegierung mit den Legierungsbestandteilen C, Si, Mn, Cr, Mo, Cu, Ti und Fe mit der Zielsetzung, durch eine Abänderung der prozentualen Zusammensetzung eine wesentliche Festigkeitssteigerung durch eine spezielle Wärmebehandlung möglich zu machen. Die Erfindung geht von einer Nickel-Knetlegierung aus, die im Deutschen Normenblatt DIN 17 744 (Feb. 1983) unter dem Kurzzeichen Ni Cr 21 Mo /Werkstoff-Nr. 2.4858 angeführt ist, u.zw. mit nachfolgender Zusammensetzung: max. 0,025 % C, max. 0,5 % Si, max. 1,0 % Mn, 38,0 - 46,0 % Ni, 19,5 - 23,5 % Cr, 2,5 - 3,5 % Mo, 1,5 - 3,0 % Cu, 0,6 - 1,2 % Ti, gegebenenfalls noch max. 0,2 % Al bzw. max. 1,0 % Co (wobei es sich je Ccch bei Al und Co - siehe die Seiten 106 bzw. 107 cer "Stahl-Eisen-Liste", 6. Auflage, 1977 - bloss um zulässige Verunreinigungen handelt), Rest im wesentli onen Fe. Diese Legierung wird grundsätzlich im lösungsgeglühten Zustand angewendet, wobei sie (die mechanischen Kennwerte beziehen sich im folgenden grundsätzlich auf RT) eine Zugfestigkeit von etwa 600 bis max. 700 N/mm2 und eine 0,2 %- Dehngrenze von etwa 230 bis max. 270 N/mm2 aufweist. Für Rohre und Stangen ist auch der kaltverfestigte Verwendungszustand gebräuchlich, wobei die erzielte Kaltverfestigung in der Grössenordnung derjenigen liegt, wie sie für austenitische Dr-Ni-Stähle gilt; die Zugfestigkeit beträgt demgemäss für kaltverformte Rohre bis etwa 800 N/mm2 und die 0,2 % Dehngrenze bis etwa 500 N/mm2. Wegen ihrer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit auch in heissen Säuren bzw. Mischsäuren und gegenüber oxidierenden Einflüssen, beispielsweise seien Mischungen aus Salpeter-, Phosphor- und Schwefelsäure genannt, sowie der sehr guten Beständigkeit gegen Loch fass und Spannungsrisskorrosion erfolgt die Anwendung insbesondere dort, wo ausnehmend heikle Korrosionsprobleme auftreten, wie beispielsweise bei Sulfonieranlagen, für Beizausrüstungen in der Metallindustrie sowie für Anwendungszwecke in der Zellstoff- und Kunstfaserindustrie und anderes mehr. Eine Beschränkung von Anzahl und Umfang der Anwendungsarten erfährt diese Nickel-Legierung vorwiegend durch den verhältnismässig hohen Preis und daraus folgert, dass mit einer Festigkeitssteigerung und den damit erzielbaren Einsparungen und der Erschliessung neuer Anwendungsgebiete ein sehr bedeutender technischer Fortschritt zu erreichen wäre. Zur Lösung des Problems und der gestellten Aufgabe wird gemäss dem Erfi: bungskennzeichen folgende Legierungszusammen setzung für die neue Nickel-Knetlegieruno vorgeschlagen: max. 0,1 % C, max. 1 %, vorzugsweise max. 0,6 % Si, max. 1,5 %, vorzugsweise max. 1,2 % Mn, 36,5 bis 46,0 %, vorzugsweise 38,0 bis 4a.0 % Ni, 18,5 bis 26,0 %, vorzugsweise 19,0 bis 24,0 % Cr, 1,0 bis 4,0 %, vorzugsweise 2,0 bis 3,5 Sto, 1,0 bis 4,0 %, vorzugsweise 1,0 bis 3,0 %Cu, 1,35 bis 2,60 % Ti, Rest im wesentlichen Fe und herstellungsbedingte Verunreinigungen. Eine derartige Legierung weist weiters eine Permeabilität unter 1,010 auf, womit sie als amagnetisch bezeichnet werden kann. Nach einer Abwandlung ist weiters vorgesehen, dass die erfindungsgemässe Knetlegierung auch bis 0,7 %, vorzugsweise bis 0,5 % Al und/oder 0,3 bis 1,2 % vorzugsweise 0,5 bis 1,2 % Nb/Ta enthält. Unter Bezugnahme auf den Aluminiumgehalt wird darauf verwiesen, dass geringe, meistens in der Grössenordnung von einigen Hunders¯el-Prozent liegende Gehalte dieses Legierungselemen- tes oft herstellungsbedingt vorhanden sind, weshalb ein als Legierungszusatz zu wertender Anteil jedenfalls dann vorliegt, wenn ein Prozentanteil von 0,2 % Al in der Legierungszusammensetzung überschritten ist. Dem alternativ eingeräumten Zusatz von Al kommt insbesondere die Bedeutung zu, dass es sich beim Erschmelzen der Legierung erübrigt, auf eine kritische Einstellung dieses Legierungsbestandteiles hinsichtlich einer einzuhaltenden Höchstmenge etwa bei der Desoxidation Bedacht nehmen zu müssen. Die Abwandlung mit Bezug auf einen Zusatz von Nb/Ta erbringt eine kornfeinernoe Wirkung, die sich positiv auf die 0,2 % Dehngrenze auswirkt. Wie schon eingangs erwähnt, liegt aie Bedeutunc des neuen Werkstoffes, insbesondere in der Möglichkeit, durch eine Wärmebehandlung eine beträchtliche Festigkeitssteigerung erreichen zu können. Die Erfindung umfasst auch die wärmebehandelte Legierung. Ein bevorzugtes Verfahren zur Wärmebehandlung dieser Nickel-Knetlegierung ist dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Lösungsglühen im Temperaturbereich von 980 - 1170 OC mit einer Haltezeit von zumindest 5 min zur Erzielung einer weiteren Festigkeitssteigerung eine Einstellung der Temperatur auf 650 - 800 OC, vorzugsweise auf 680 - 770 OC, während eines Zeitraumes von 3 bis 20 h, vorzugsweise von 6 bis 16 h, vorgenommen wird. Es gelingt so, eine Erhöhung der Zugfestigkeit bis auf über 1.000 N/mm2 und der 0,2 %-Dehngrenze auf 800 N/mm2 zu erreichen. Eine weitere Steigerung dieser mechanischen Kennwerte ist gemäss einem weiteren Verfahrensmerkmal noch dadurch erzielbar, dass nach dem Lösungsglühen noch eine Kaltverformung mit einem Verformungsgrad von 5 bis 15 % zwischengeschaltet wird. Es hat sich nämlich unerwarteterweise gezeigt, dass dadurch der festigkeitssteigernde Effekt der W'ärme5ehandlung verbessert wird, weil eine noch feinere Verteilung der an den Korngrenzen ausgeschiedenen Partikel damit erreicht wird. Während in diesem Falle eine Abkühlung auf Raumtemperatur nach dem Lösungsglühen zwingend vorgenommen werden muss, kann ansonsten die festigkeitssteigernde Erwärmung gegebenenfalls auch ohne eine solche Abkühlung, also unmittelbar aus dem Temperaturbereich vom Lösungsglühen, vorgenommen werden. Die Erfindung bezieht sich weiters auf die Verwendung der Legierung als Werkstoff für aagnetische Teile, z.B. Gehäuseteile, Bohrstangenteile u.dgl., insbesondere für die Erschliessung und/oder Förderung von gasförrioen und/oder flüssigen fossilen Brennstoffen. Es war durchaus überrasc -nd, dass mit dem erhöhten Zusatz von Titan neben der möglichen Steigerung der Festigkeitswerte auch eine Permeabilität erreicht wird, die es erlaubt, diesen Werkstoff für derartige Bauteile anzuwenden, wobei gleichzeitig die niedrige Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit diesen Werkstoff für den Einsatz in der Bohr- und Fördertechnik, z.B. als amagnetische Schwerstangen oder auch als Gehäuse für entsprechende Magnetmessvorrichtungen u.dgl., hervorragend geeignet ist. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen im Vergleich mit der Basislegierung (Schmelze Nr. 1) näher erläutert. In der Tabelle ist die Zusammensetzung von elf Versuchsschmelzen derjenigen von Schmelze Nr. 1 gegenübergestellt, wobei die erfindungsgemässen Legierungen, beginnend mit Schmelze Nr. 2 sich insbesondere durch einen jeweils steigenden Titan-Gehalt unterscheiden. Alle Proben wurden in gleicher Weise einer Wärmebehandlung gemäss dem Verfahrensanspruch 3 unterzogen, und zwar nach einem Lösungsglühen bei 1150 C mit einer Haltezeit von 30 min, Abkühlung (durch Abschrecken in Wasser) auf RT und Aushärtung während zwölf Stunden bei 740 OC, wonach langsam an ruhender Luft auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. EMI5.1 <tb> <SEP> Schmelze- <SEP> A <SEP> n <SEP> a <SEP> l <SEP> y <SEP> s <SEP> e <SEP> [%] <tb> <SEP> Nr. <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Ni <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> Cu <SEP> Ti <SEP> Al <SEP> Nb/Ta <tb> <SEP> 1 <tb> <SEP> Vergleichs- <SEP> 0,023 <SEP> 0,34 <SEP> 0,66 <SEP> 41,05 <SEP> 21,67 <SEP> 2,61 <SEP> 2,16 <SEP> 1,12 <SEP> 0,050 <tb> <SEP> legierung <tb> <SEP> 2 <SEP> 0,038 <SEP> 0,21 <SEP> 0,90 <SEP> 40,36 <SEP> 20,91 <SEP> 3,22 <SEP> 2,62 <SEP> 1,37 <SEP> 0,061 <tb> <SEP> 3 <SEP> 0,045 <SEP> 0,39 <SEP> 0,80 <SEP> 39,81 <SEP> 22,37 <SEP> 3,08 <SEP> 2,52 <SEP> 1,58 <SEP> 0,052 <tb> <SEP> 4 <SEP> 0,040 <SEP> 0,44 <SEP> 0,79 <SEP> 40,03 <SEP> 21,00 <SEP> 2,77 <SEP> 1,83 <SEP> 1,61 <SEP> 0,42 <tb> <SEP> 5 <SEP> 0,056 <SEP> 0,27 <SEP> 0,89 <SEP> 43,16 <SEP> 19,18 <SEP> 2,01 <SEP> 3,09 <SEP> 1,86 <SEP> 0,068 <tb> 6 <SEP> 0,082 <SEP> 0,43 <SEP> 1,17 <SEP> 40,88 <SEP> 21,44 <SEP> 3,47 <SEP> 2,69 <SEP> 1,90 <SEP> 0,071 <SEP> 0,82 <tb> <SEP> 7 <SEP> 0,069 <SEP> 0,50 <SEP> 0,58 <SEP> 38,19 <SEP> 23,22 <SEP> 2,85 <SEP> 2,73 <SEP> 1,99 <SEP> 0,049 <tb> <SEP> 8 <SEP> 0,037 <SEP> 0,52 <SEP> 0,85 <SEP> 39,70 <SEP> 23,71 <SEP> 2,99 <SEP> 2,01 <SEP> 2,04 <SEP> 0,36 <tb> <SEP> 9 <SEP> 0,061 <SEP> 0,32 <SEP> 0,60 <SEP> 43,01 <SEP> 18,99 <SEP> 2,17 <SEP> 1,49 <SEP> 2,29 <SEP> 0,058 <SEP> 1,03 <tb> <SEP> 10 <SEP> 0,050 <SEP> 0,47 <SEP> 0,76 <SEP> 41,82 <SEP> 20,49 <SEP> 3,04 <SEP> 1,93 <SEP> 2,33 <SEP> 0,066 <tb> <SEP> 11 <SEP> 0,042 <SEP> 0,30 <SEP> 1,18 <SEP> 40,13 <SEP> 22,61 <SEP> 3,41 <SEP> 2,46 <SEP> 2,35 <SEP> 0,51 <tb> <SEP> 12 <SEP> 0,039 <SEP> 0,58 <SEP> 0,98 <SEP> 42,99 <SEP> 19,77 <SEP> 2,27 <SEP> 1,90 <SEP> 2,57 <SEP> 0,070 <tb> In den Schaubildern 1 und 2 sind die von den einzelnen Proben ermittelten Werte der Zugfestigkeit bzw. der 0,2 %-Dehngrenze in Relation zum Titangehalt dargestellt, und es zeigt sich, dass die Vergleichsprobe (Schmelze Nr. 1) mit 1,12 % Ti im Gegensatz zu den erfindungsgemässen Schmelzen 2 - 12 praktisch keine auf die Wärmebehandlung zurückgehende Festigkeitssteigerung erkennen lässt. Um auch noch den Einfluss der Aushärtetemperatur auf die E- höhung der 0,2 %-Dehngrenze aufzuzeigen, sind in Figur 3 die bei verschiedenen Aushärtetemperaturen erzielten Werte für die Schmelzen 1, 3, 7 und 12 sowie die Ausgar-swerte im lösungsgeglühten Zustand angegeben; man ersieht daraus, dass im bevorzugten Temperaturbereich von 680 - 770 OC die besten Ergebnisse erhalten wurden. Wie der Figur 4 zu entnehmen, sinkt die Permeabilität mit steigendem Titangehalt, wobei ca. ab einem Titangehalt von 1,2 % die Permeabilität unter 1,01 zu liegen kommt, sodass hie ein technisch als amagnetisch zu bezeichnender Werkstoff vorliegt.

Claims: Patentansprüche: 1. Nickel-Knetlegierung mit den Legierungsbestandteilen C, Si, Mn, Cr, Mo, Cu, Ti und Fe, dadurch gekennzeichnet, dass sie max. 0,1 % C, max. 1 %, vorzugsweise max. 0,6 % Si, max. 1,5 m, vorzugsweise max. 1,2 S Mn, 36,5 bis 46,0 %, vorzugsweise 38,0 bis 44,0 % Ni, 18,5 bis 26,0 %, vorzugsweise 19,0 bis 24,0 % Cr, 1,0 bis 4,0 %, vorzugsweise 2,0 bis 3,5 % Mo, 1,0 bis 4,0 %, vorzugsweise 1,0 bis 3,0 % Cu, 1,35 bis 2,60 % Ti, Rest im wesentlichen Fe und herstellungsbedingte Verunreinigungen. aufweist. 2. Nickel-Knetlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass sie bis 0,7 %, vozucsweise bis 0,5 % Al und/oder 0,3 bis 1,2 %, vorzugs.eise û,5 bis 1,2 % Nb/Ta enthält. 3. Verfahren zur Wärmebehandlung der Nickel-Knetlegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Lösungsglühen im Temperaturbereich von 980 1170 C mit einer Haltezeit von zumindest 5 min zur Er zielung einer Festigkeitssteigerung eine Einstellung der Temperatur auf 650 - 800 OC, vorzugsweise auf 680 770 OC, während eines Zeitraumes von 3 bis 20 h, vor zugsweise von 6 bis 16 h, vorgenommen wird. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Lösungsglühen eine Kaltverformung mit einem Verformungsgrad von 5 bis 15 % zisohengeschaltet wird. 5. Verwendung einer Legierung nach einem cer Ansprüche 1 bis 4 als Werkstoff für amagnetische Teile, z.B. Gehäu seteile, Bohrstrangteile u.dgl., insbesondere für die Erschliessung und/oder Förderung von gasförmigen und/oder flüssigen fossilen Brennstoffen.

Inventors: AIGNER, HERBERT DIPL.-ING.
Applicants: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AKTIENGESELLSCHAFT (VEW)
Application year: 1984
Main classification: C22C30
IPC codes: C22C30