DE202009017682U1 - Austenitic steel alloy and wear protection for boiler tubes - Google Patents

Austenitic steel alloy and wear protection for boiler tubes Download PDF

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Abstract

Austenitische Stahllegierung, umfassend 15 bis 17 Gew.-% Ni, 25 bis 27 Gew.-% Cr, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Nb, 0,1 bis 0,9 Gew.-% C, 1 bis 1,5 Gew.-% Si, 1,4 bis 1,6 Gew.-% Mn.An austenitic steel alloy comprising 15 to 17% by weight of Ni, 25 to 27% by weight of Cr, 0.1 to 1.5% by weight of Nb, 0.1 to 0.9% by weight of C, 1 to 1.5% by weight of Si, 1.4 to 1.6% by weight of Mn.

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Figure 00000001

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft eine austenitische Stahllegierung sowie einen Verschleißschutz für Kesselrohre.The invention relates to an austenitic steel alloy and a wear protection for boiler tubes.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Kesselrohre, wie sie beispielsweise in Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerken oder Zuckerfabriken verwendet werden, können widrigen Umgebungsbedingungen mit hohen Temperaturen, korrodierenden Gasen oder dergleichen ausgesetzt sein, die zu einem erhöhten Verschleiß der Kesselrohre führen. Um die Kesselrohre hiergegen zu schützen, können die Kesselrohre mit einem Verschleißschutz versehen werden.Boiler pipes, such as those used in waste incineration plants, power plants or sugar factories, may be exposed to adverse environmental conditions of high temperatures, corrosive gases or the like leading to increased wear of the boiler tubes. In order to protect the boiler tubes against this, the boiler tubes can be provided with a wear protection.

Ein derartiger Verschleißschutz ist aus der DE 10 2007 020 085 A1 bekannt und zeichnet sich durch eine elastisch aufweitbare Schnappverbindung auf, die eine einfache Montage ermöglicht.Such wear protection is from the DE 10 2007 020 085 A1 known and is characterized by an elastically expandable snap connection, which allows easy installation.

Die Schnappverbindung erfordert eine hohe Dehnbarkeit und gleichzeitig eine hohe Bruchsicherheit. Diese beiden Anforderungen sind jedoch mit üblichen Stahllegierungen wie etwa dem der in der DE 10 2007 020 085 A1 erwähnten Stahlschlüssel 1.4865 nur bedingt realisierbar.The snap connection requires a high extensibility and at the same time a high resistance to breakage. However, these two requirements are common with steel alloys such as that in the DE 10 2007 020 085 A1 mentioned steel key 1.4865 only partially realizable.

Hohe Anforderungen an Dehnbarkeit, Zugfestigkeit, und Bruchfestigkeit sowie auch Hitzebeständigkeit sind aber nicht nur bei Schutzschalen, sondern allgemein bei Stahlformteilen gewünscht.High demands on ductility, tensile strength, and breaking strength as well as heat resistance are not only desired in protective shells, but generally in steel moldings.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine austenitische Stahllegierung sowie einen Verschleißschutz für Kesselrohre zu schaffen, die hinsichtlich Dehnbarkeit, Zugfestigkeit, und Bruchfestigkeit bei hoher Hitzebeständigeit verbessert sind.The invention is therefore based on the object to provide an austenitic steel alloy and a wear protection for boiler tubes, which are improved in terms of ductility, tensile strength, and breaking strength at high heat resistance.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 4 gelöst.This object is achieved according to the features of claim 1 or 4.

Demnach wird eine austenitische Stahllegierung geschaffen, die 15 bis 17 Gew.-% Ni, 25 bis 27 Gew.-% Cr, 0,1 bis 1,5 und insbesondere 0,8 bis 1 Gew.-% Nb, 0,1 bis 0,9 und insbesondere 0,3 bis 0,5 Gew.-% C, 1 bis 1,5 Gew.-% Si, und 1,4 bis 1,6 Gew.-% Mn enthält.Accordingly, an austenitic steel alloy is provided which comprises 15 to 17% by weight of Ni, 25 to 27% by weight of Cr, 0.1 to 1.5 and in particular 0.8 to 1% by weight of Nb, 0.1 to 0.9 and in particular 0.3 to 0.5 wt .-% C, 1 to 1.5 wt .-% Si, and 1.4 to 1.6 wt .-% Mn.

Die Stahllegierung weist gegenüber bekannten Stahllegierungen eine erheblich verbesserte Zugfestigkeit, Bruchfestigkeit und Dehnbarkeit auf. Sie ist daher besonders vorteilhaft zur Herstellung von Stahlformteilen geeignet, die eine Elastizität aufweisen müssen und dennoch erheblichen mechanischen, chemischen und thermischen Belastungen insbesondere über lange Zeiträume ausgesetzt sind. Es handelt sich um einen Austenit, der eine große Dehnung ermöglicht, keine Tendenz zur Rißbildung zeigt und bis über 1000°C hitzebeständig ist.The steel alloy has significantly improved tensile strength, breaking strength and ductility over known steel alloys. It is therefore particularly advantageous for the production of steel moldings suitable, which must have an elasticity and are nevertheless exposed to considerable mechanical, chemical and thermal stresses, especially over long periods. It is an austenite that allows great elongation, has no tendency to crack and is resistant to heat up to over 1000 ° C.

Die Erfindung schafft ferner einen Verschleißschutz, wie er aus der DE 10 2007 020 085 A1 bekannt ist, für ein Kesselrohr oder dergleichen, insbesondere zur Verwendung in Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerken oder Zuckerfabriken, umfassend eine am Kesselrohr befestigbare Schutzschale mit einer elastisch aufweitbaren Schnappverbindung für ein lösbares Aufklemmen auf das Kesselrohr, wobei die Schutzschale aus der Stahllegierung gebildet ist.The invention further provides a wear protection, as it is known from DE 10 2007 020 085 A1 is known, for a boiler tube or the like, in particular for use in waste incineration plants, power plants or sugar mills, comprising a protective shell attachable to the boiler tube with an elastically expandable snap connection for releasably clamping on the boiler tube, wherein the protective shell is formed from the steel alloy.

Die Stahllegierung ermöglich dabei eine besonders stabile und elastische Ausgestaltung des Schnappverbindungselements, welches eine Form aufweist, die durch Krafteinwirkung beim Aufsetzen der Schutzschale auf das Kesselrohr elastisch aufweitbar ist, um das Kesselrohr aufzunehmen, um danach in die ursprüngliche Form zurückzukehren und das Kesselrohr teilweise umgreifend zu halten, wobei eine auf das Kesselrohr wirkende Restspannung verbleiben kann.The steel alloy allows a particularly stable and elastic design of the snap connection element, which has a shape which is elastically expandable by force when placing the protective shell on the boiler tube to accommodate the boiler tube to then return to the original shape and the boiler tube partially encompassing hold, with a residual stress acting on the boiler tube can remain.

Hierzu kann das Schnappverbindungselement einen zur Längskante der Schutzschale benachbarten Abschnitt aufweisen, der in Richtung auf die gegenüberliegende Längskante der Schutzschale abgewinkelt ist. Dieser abgewinkelte Abschnitt umgreift das Kesselrohr im schnappverbundenen Zustand der Schutzschale zumindest teilweise und übt gegebenenfalls einen Druck auf das Kesselrohr aus, um ein Verdrehen oder Verschieben der Schutzschale zu verhindern oder zu erschweren.For this purpose, the snap connection element may have an adjacent to the longitudinal edge of the protective shell portion which is angled in the direction of the opposite longitudinal edge of the protective shell. This angled portion at least partially surrounds the boiler tube in the snap-connected state of the protective shell and possibly exerts a pressure on the boiler tube in order to prevent or aggravate a twisting or shifting of the protective shell.

Zudem kann das freie Ende des Schnappverbindungselements sich von der gegenüberliegenden Längskante der Schutzschale weg erstrecken. Hierdurch kann die Schutzschale vor Herstellen der Schnappverbindung einfach auf dem Kesselrohr positioniert und in Position gehalten werden, ohne seitlich wegzurutschen. Zudem leitet das freie Ende die zur Montage auf die Schutzschale in Richtung auf das Kesselrohr ausgeübte Kraft so um, dass das Schnappverbindungselement aufgeweitet wird, so dass Werkzeuge zum Aufweiten des Schnappverbindungselements nicht erforderlich sind. Es ergibt sich eine besonders einfache Montage. In addition, the free end of the snap connection element may extend away from the opposite longitudinal edge of the protective shell. In this way, the protective shell can be easily positioned on the boiler tube and held in position before making the snap connection without slipping sideways. In addition, the free end directs the force applied to mount on the protective shell in the direction of the boiler tube force so that the snap connection element is widened, so that tools for expanding the snap connection element are not required. This results in a particularly simple installation.

Weitere Ausgestaltungen und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen.Further embodiments and features of the invention will become apparent from the following description, the figures and the claims.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 ist eine perspektivische Ansicht des Verschleißschutzes in auf ein Kesselrohr aufgesetztem Zustand. 1 is a perspective view of the wear protection in attached to a boiler tube state.

2 ist eine stirnseitige Ansicht auf den Verschleißschutz der 1. 2 is an end view of the wear protection of the 1 ,

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINZELNER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Die Stahllegierung der bevorzugten Ausführungsform weist die folgenden Zusätze auf: Ni 15 bis 17 Gew.-% Cr 25 bis 27 Gew.-% Nb 0,8 bis 1 Gew.-% C 0,3 bis 0,5 Gew.-% Si 1 bis 1,5 Gew.-% Mn 1,4 bis 1,6 Gew.-% The steel alloy of the preferred embodiment has the following additions: Ni 15 to 17% by weight Cr 25 to 27% by weight Nb 0.8 to 1% by weight C 0.3 to 0.5% by weight Si 1 to 1.5% by weight Mn 1.4 to 1.6% by weight

Vergleichsbeispiel:Comparative Example:

Die Zugfestigkeit, die Bruchfestigkeit und die Dehnbarkeit einer erfindunggemäßen Stahllegierung und einer Vergleichs-Stahllegierung sind auf üblich Weise ermittelt worden.The tensile strength, breaking strength and ductility of a steel alloy according to the invention and a comparative steel alloy have been determined in a conventional manner.

Die Stahllegierung der bevorzugten Ausführungsform weist die folgenden Zusätze auf: Ni 16 Gew.-% Cr 26 Gew.-% Nb 0,9 Gew.-% C 0,4 Gew.-% Si 1,25 Gew.-% Mn 1,5 Gew.-% The steel alloy of the preferred embodiment has the following additions: Ni 16% by weight Cr 26% by weight Nb 0.9% by weight C 0.4% by weight Si 1.25% by weight Mn 1.5% by weight

Die Stahllegierung des Vergleichsbeispiels weist die folgenden Zusätze auf: Ni 13 Gew.-% Cr 26 Gew.-% Nb 0 Gew.-% C 0 Gew.-% Si 1,25 Gew.-% Mn 2 Gew.-% The steel alloy of the comparative example has the following additives: Ni 13% by weight Cr 26% by weight Nb 0% by weight C 0% by weight Si 1.25% by weight Mn 2% by weight

Es ergeben sich folgende Werte für das Vergleichsbeispiel (erster Wert) und die erfindungsgemäße Legierung (zweiter Wert): Zugfestigkeit 450 N/mm2 516 N/mm2 Bruchfestigkeit 220 N/mm2 380 N/mm2 Dehnung 6% 12% The following values result for the comparative example (first value) and the alloy according to the invention (second value): tensile strenght 450 N / mm 2 516 N / mm 2 breaking strength 220 N / mm 2 380 N / mm 2 strain 6% 12%

Ersichtlich ergeben sich erheblich verbesserte Werte. So ist z. B. die Zugfestigkeit gegenüber der Vergleichslegierung um 66 N/mm2 oder 15% höher. Bei der Bruchfestigkeit ergibt sich eine Steigerung von 160 N/mm2 oder 72%. Die Dehnbarkeit hat sich verdoppelt.Obviously, significantly improved values result. So z. As the tensile strength compared to the comparative alloy by 66 N / mm 2 or 15% higher. The breaking strength results in an increase of 160 N / mm 2 or 72%. The elasticity has doubled.

Die erfindungsgemäße Stahllegierung weist die überraschenden Eigenschaften nur in dem beanspruchten engen Bereich der einzelnen Zusätze auf.The steel alloy according to the invention has the surprising properties only in the claimed narrow range of the individual additives.

Infolge der extrem hohen Dehnbarkeit, Bruchfestigkeit und Zugfestigkeit kann die Stahllegierung für eine Vielzahl neuer Stahlformteile, insbesondere Stahlgussteile, verwendet werden.Due to the extremely high ductility, breaking strength and tensile strength, the steel alloy can be used for a variety of new steel moldings, especially steel castings.

Beispielhaft wird nachfolgend die Verwendung für einen Verschleißschutz für ein Kesselrohr beschrieben.By way of example, the use for a wear protection for a boiler tube is described below.

Der in 1 und 2 dargestellte Verschleißschutz umfasst eine Schutzschale 1, die über elastisch aufweitbare Schnappverbindungen 2 mit beispielsweise jeweils zwei Schnappverbindungselementen 3 an einem Kesselrohr 4 lösbar befestigt werden kann.The in 1 and 2 shown wear protection includes a protective shell 1 , which have elastically expandable snap connections 2 with, for example, two snap connection elements 3 on a boiler tube 4 can be releasably attached.

Die Schnappverbindungselemente 3 sind hier einstückig mit der Schutzschale 1 ausgebildet und erstrecken sich aus gegenüberliegenden Längskanten 5, 6 der Schutzschale 1 heraus. Die Schutzschale 1 mit Schnappverbindungen 2 kann aus einem Stahl, insbesondere einem Edelstahl, geformt sein. Zwar ist grundsätzlich ein Edelstahlguss gemäß Stahlschlüssel 1.4865 (= DIN-Bezeichnung Gx40MiCrSi36 16) geeignet. Allerdings ist die Schutzschale hier aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung gebildet, die hochgradig dehnbar, bruchfest, zugfest, hitzebeständig und abriebfest ist.The snap fasteners 3 are here in one piece with the protective shell 1 formed and extend from opposite longitudinal edges 5 . 6 the protective shell 1 out. The protective shell 1 with snap connections 2 may be formed from a steel, in particular a stainless steel. Although a stainless steel casting according to steel key 1.4865 (= DIN designation Gx40MiCrSi36 16) is generally suitable. However, the protective shell is formed here from the steel alloy according to the invention, which is highly ductile, unbreakable, tensile, heat resistant and resistant to abrasion.

Die Schnappverbindungselemente 3 weisen jeweils einen zur entsprechenden Längskante 5, 6 der Schutzschale 1 benachbarten Abschnitt 7 auf, der in Richtung auf die jeweils gegenüberliegende Längskante 6, 5 der Schutzschale 1 abgewinkelt ist. Die Abwinkelung erfolgt gegenüber der Innenfläche der Schutzschale 1. Die Länge und der Winkel des Abschnitts 7 im Querschnitt der 2 sind entsprechend des Kesselrohrdurchmesser so zu wählen, dass mit dem gewählten Material eine ausreichende elastische Aufweitung sichergestellt ist. Eine große elastische Aufweitung wird durch die Dehnbarkeit und Bruchfestigkeit der erfindungsgemäßen Stahllegierung ermöglicht. Sofern in montiertem Zustand eine Restspannung auf das Kesselrohr wirken soll, ist dies bei der Bemaßung ebenfalls zu berücksichtigen.The snap fasteners 3 each have one to the corresponding longitudinal edge 5 . 6 the protective shell 1 adjacent section 7 on, in the direction of the respective opposite longitudinal edge 6 . 5 the protective shell 1 is angled. The bending takes place with respect to the inner surface of the protective shell 1 , The length and the angle of the section 7 in cross-section of 2 are to be selected according to the boiler tube diameter so that sufficient elastic expansion is ensured with the selected material. A large elastic expansion is made possible by the ductility and breaking strength of the steel alloy according to the invention. If, in the installed state, a residual stress is to act on the boiler tube, this must also be taken into account in the dimensioning.

Das sich an den Abschnitt 7 anschließende freie Ende 8 der Schnappverbindungselemente 3 ist in die entgegengesetzte Richtung abgewinkelt, erstreckt sich also von der jeweils gegenüberliegenden Längskante 5, 6 der Schutzschale 1 weg.That goes to the section 7 subsequent free end 8th the snap connectors 3 is angled in the opposite direction, thus extending from the respective opposite longitudinal edge 5 . 6 the protective shell 1 path.

Im Bereich zwischen dem Abschnitt 7 und dem freien Ende 8 kann eine Einkerbung auf der Außenseite des Schnappverbindungselements 3 vorgesehen sein. Hierdurch wird die elastische Aufweitung erleichtert.In the area between the section 7 and the free end 8th may have a notch on the outside of the snap fastener 3 be provided. As a result, the elastic expansion is facilitated.

Stirnseitig kann die Schutzschale 1, die hier beispielhaft als Halbrohr dargestellt ist, eine Verbindungsmuffe 10 aufweisen, um überlappend an eine benachbarte Schutzschale angesetzt werden zu können. Eine stirnseitige Verbindungsnase 11 sowie eine endseitige komplementäre Aussparung 12 können vorgesehen sein, um eine einfache ordnungsgemäße Ausrichtung benachbarter Schutzschalen 1 ohne zusätzliche Werkzeuge oder Arbeitsschritte zu ermöglichen.Front side, the protective shell 1 , which is shown here by way of example as a half tube, a coupling sleeve 10 have to be applied overlapping to an adjacent protective shell can. An end-side connection nose 11 and an end-side complementary recess 12 can be provided to allow easy proper alignment of adjacent protective shells 1 without the need for additional tools or work steps.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Schutzschaleprotective shell
22
Schnappverbindungsnap
33
SchnappverbindungselementSnap fastener
44
Kesselrohrboiler tube
5, 65, 6
Längskantelongitudinal edge
77
Abschnittsection
88th
freies Endefree end
9 9
Einkerbungnotch
1010
Verbindungsmuffecoupling sleeve
1111
Verbindungsnaseconnection tab
1212
Aussparungrecess

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (4)

Austenitische Stahllegierung, umfassend 15 bis 17 Gew.-% Ni, 25 bis 27 Gew.-% Cr, 0,1 bis 1,5 Gew.-% Nb, 0,1 bis 0,9 Gew.-% C, 1 bis 1,5 Gew.-% Si, 1,4 bis 1,6 Gew.-% Mn.An austenitic steel alloy comprising 15 to 17% by weight of Ni, 25 to 27% by weight of Cr, 0.1 to 1.5% by weight of Nb, 0.1 to 0.9% by weight of C, 1 to 1.5% by weight of Si, 1.4 to 1.6% by weight of Mn. Legierung nach Anspruch 1, mit 0,8 bis 1 Gew.-% Nb.An alloy according to claim 1, comprising 0.8 to 1 wt% Nb. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, mit 0,3 bis 0,5 Gew.-% C.Alloy according to claim 1 or 2, containing from 0.3 to 0.5% by weight of C. Verschleißschutz für ein Kesselrohr (4) oder dergleichen, insbesondere zur Verwendung in Müllverbrennungsanlagen, Kraftwerken oder Zuckerfabriken, umfassend eine am Kesselrohr (4) befestigbare Schutzschale (1) mit einer elastisch aufweitbaren Schnappverbindung (2) für ein lösbares Aufklemmen auf das Kesselrohr (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschale (1) aus der Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 gebildet ist.Wear protection for a boiler tube ( 4 ) or the like, in particular for use in waste incineration plants, power stations or sugar mills, comprising one on the boiler tube ( 4 ) attachable protective shell ( 1 ) with an elastically expandable snap connection ( 2 ) for a detachable clamping on the boiler tube ( 4 ), characterized in that the protective shell ( 1 ) is formed from the alloy according to one of claims 1 to 3.
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