Сплав

 

СПЛАВ, содержащий никель, марганец, хром, кремний, азот и железо , отличающийся тем, что, с целью повышения технологкческой пластичности и улучшения свариваемости сплава, он дополнительно содержит алюминий, титан кальций и магний при следующем соотношении компонентов , весД: 35.0-37.0 Никель 0,2-0,6 Марганец 0,2-0,6 Хром . 0,1-0,3 Кремний 0,002-0,02 Азот 0,005-0,01 Алюминий 0,005-0,01 Титан S 0,005-0- 03 Кальций МаУний 0,005-0,03 Остальное .Железо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„ I 0335, У51) С 22 С 38/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

35,0"37,0

0,2-0,6

0,2-0,6

0,1-0,3

О,0О2-0,02

0,005-0,01

0,005"0,01

0,005"0303

0,005-0,03

Остальное

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТКРЫТИЙ (21) 3410439/22-02 (22) 16.03.82 (46) 07.08.83. Бюл. М 29 (72) А.И.Захаров, Н;А.Тулин, А.Ф.Каблуковский, В.М.Бреус, М.Д.Шувалов, А.А.Дедюкин, Н.П.Лякишев, О.И.Тищенко, О.В.Басаргин, Б.Г.Вайнштейн, E.ß.×åðнышев, Я.N.Ãèíäèí, В.П,Беляков, Г.А.Степанов, В.П.Морозов и и В.Х.Левинзон (71) Центральный ордена Трудового

- Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина и Челябинский ордена

Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени металлургический завод (53) 669.13-018.2(088.8) (56) 1, Сплавы прецизионные.

ГОСТ 1О994-74. (54) (57) СПЛАВ, содержащий никель, марганец., хром, кремний, азот и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения технологической пластичности и улучшения свариваемости сплава, он дополнительно со" держит алюминий, титан, кальций и магний при следующем соотношении компонентов, вес.3:

Никель

Марганец

Хром

Кремний

Азот

Алюминий

Титан

В

Магний

%enema

1 1033

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к разработке составов прецизионных сплавов для криогенной техники.

Для транспортировки сжиженных га5 зов требуются трубопроводы без компенсаторов. Это требование может быть обеспечено при использовании сплавов инварного типа, имеющих температурный козффяциент линейного рас- 10 .ширения менее 2-10 К ", в которых температурные напряжения, возникающие при охлаждении до температур кипения сжиженного газа, не превышают предела текучести сплава. Материал трубопроводов сжиженного газа должен иметь высокие и стабильные характеристики временного сопротивления, предела текучести, ударной вязкости. Металл должен обеспечивать вакуумную плот- < ность при глубоком вакууме.

Известен сплав с низким температурным коэффициентом линейного расширения 1,ТКЛР), содержащий, вес./:

Никель 35-37 25

Марганец 0,3-0,6

Железо Остальное

Сплав может содержать углерода до 0,05 вес. 0, кремния до 0,3 вес. 1, хрома до 0,15 вес.Ф. Сплав в диапа- З0 зоне температур от -100 до +100 имеет ТКЛР 1,5 10 К "$1)

Недостаток сплава состоит в том, что при температурах ниже " f00 С под воздействием напряжений он претерпевает мартенситное превращение, сопровождающееся увеличением ТКЛР.

Сплав не пригоден для изготовления трубопровода сжиженных газов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является сплав, содержащий, вес. l:

Никель 35-37

Марганец 0,3-0,6

Хром 0,4-0,6

Железо Остальное

Сплав может содержать в качестве примесей азот, углерод до 0,05 вес.1, кремний до 0,3 вес.1, медь до

0,25 вес.i. Сплав в диапазоне температур от -258 до +100 С имеет ТКЛР не более 2 ° 10 К " и применяется для конструкций и трубопроводов, работающих при низких температурах 1 ) .

Недостаток известного сплава состоит в плохой свариваемости. Сварной шов содержит мелкие поры и не всегда удовлетворяет требованиям вакуумной

r;67

2 плотности. Кроме того, сварной шов имеет пониженные характеристики временного сопротивления и пластичности

1 и является наиболее слабым участком конструкции.

При этом сплав нетехнологичен в изготовлении и при горячей пластической деформации имеет низкий выход годного металла.

Целью изобретения является повышение технологической пластичнос.ти и улучшение свариваемости.

Цель достигается тем, что сплав, содержащий никель, марганец, хром, кремний, азот и железо, дополнительно содержит алюминий, титан, кальций и магний при следующем соотношении компонентов, вес. l:

Никель 35-37

Марганец 0,2-0,6

Хром 0,2-0,6

Кремний 0,1-0>3

Азот 0,002-0,02

Алюминий 0,005-0,01

Титан 0,005-0,01

Кальций 0,005-0,03

Магний 0,005-0,03

Железо Остальное

Сплав в диапазоне температур от

-258 до +100 С имеет ТКЛР (1...2) ° 10 K хорошую свариваемость и может обрабатываться методами горячей пластической деформации. !

Никель в сплаве с железом стабилизирует аустенит и в количестве 35373 создает инварные свойства сплаваминймальный ТКЛР. При содержании никеля менее 35 вес,l снижается устойчивость аустенита в области отрицательных температур и повышается ТКЛР.

Увеличение содержания никеля более

37 вес.3 хотя и приводит к получению устойчивости аустенитной структуры, однако резко увеличивает-ТКЛР.

Марганец в количестве 0,2-0,6 вес. оасширяет область аустенитной фазы.

При содержании марганца менее 0,2вес.l при напряжениях, приближающихся к пределу текучести сплава, возможно образование мартенсита в области температур кипении жидкого водорода (20K). При содержании марганца олее

0,6 вес. ТКЛР может превысить

2 ° 10 К ", в особенности в сплаве с содержанием никеля 36,5-37 вес.1 и хрома 0,5-0,6 вес.3.

Хром в сплаве в количестве 0,30,6 вес.4 стабилизирует аустенитную структуру IlpH воэдейгтвии высоких

3 -10335 сдвиговых напряжений в области отри- цательных температур в основном за счет образования нитридов хрома, закрепления ими дислокаций и предотвращения образования мартеясита. Содержание хрома менее 0,3 вес.4 недостаточно для стабилизации аустенита при содержании никеля 35-35,5 вес.<. При содержании, хрома более 0,6 вес.3 изменяются тепловые характеристики аусте- 1Î нита, и ТКЛР увеличивается более

2.10- ЬК- 1.

Кремний повь1шает температуру мартенситного превращения, но с другой стороны кремний улучшает технологичность металла при разливке. При содержании кремния менее 0,05 вес.3 значительно ухудшается раэливаемость жидкого металла, увеличивается количество дефектов и снижается выход годного сплава. Содержание кремния

0,3 вес.3 является предельным с точки зрения обеспечения оптимальных тепловых характеристик сплава. При увеличении содержания кремния более

0,3 вес. 1 ТКЛР увеличивается более

2 -10-Ь К -1.

Азот в сплаве в количестве

0,002-0,02 вес.1 является элементом, повышающим прочностные свойства спла- 30 ва и стабилизирующим аустенит в области отрицательных температур за счет закрепления дислокаций нитридами.

Кроме того, азот является элементом, ухудшающим свариваемость сплава. При содержании азота менее 0,002 вес.3 не достигается упрочнение сплава и стабилизация аустенита при отрицательных температурах. При содержании азота более 0,02 вес. снижаются плас40 тические свойства сплава и ухудшается

его свариваемость.

Алюминий являетсу сильным .раскислителем и в предлагаемом сплаве. в количестве 0,005-0,1 вес. 1 очищает . матрицу Мталла от кислорода, нахо45 дящегося в твердом растворе, и за счет этого улучшает инварные характеристики сплава. При содержании алюминия менее 0,005 вес.ь не достигается необходимая степень раскисления сплава и не обеспечивается получение низкого ТКЛР. Увеличение содержания алюминия более 0,1 вес.4 способствует увеличению в сплаве содержания недеформирующих неметаллических включений 55 при окислении алюминия атмосферным воздухом в процессе разливки сплава.

Кроме того,. при содержании алюминия

<7 4 более О,1 вес. 3 резко ухудшается технологичность металла при горячей пластической деформации (увеличивается количество рванин и трещин) эа счет выделения нитридов алюминия, а также ухудшается свариваемость сплава.

Титан обладает высоким средством к азоту и уменьшает содержание азота в твердом растворе, предотвращает образование нитридов алюминия и улучшает технологичность металла при горячей пластической деформации. Нитриды титана, образующиеся в жидком металле, в большинстве своем удаляются из расплава, а формирующиеся в процессе кристаллизации и охлаждении сплава нитриды титана упрочняют металл. В процессе сварки нитриды титана в отличие от нитридов хрома, алюминия и т.п. не разлагаются. В результате в сварном шве не образуются газовые раковины, сварной шов получается более плотным. Содержание титана менее

0,005 вес.Ф недостаточно для эффективного улучшения деформируемости и свариваемости сплава. При содержании титана более 0,1 вес. возможно образование в сплаве локальных объемов с повышенной концентрацией титана и крупными нитридными включениями, ухудшение свариваемости и снижение вакуумной плотности сплава.

Кальций .обладает высоким сродством к кислороду и сере. В предлагаемом сплаве кальций контролирует состав и свойства оксидных и сульфидных неметаллических включений деформированного сплава, способствует их глобуляриэации и повышению пластичности металла при горячей деформации. Содержание кальция в сплаве предлагаемого состава менее 0,0005 вес.Ф недостаточчо для улучшения горячей пластичности сплава. При содержании кальция более

0,03 вес.4 в сплаве появляются недопус тимо крупные недеформирующиеся неметаллические включения, которые являются инициативными центрами раз" рушения металла при горячей деформации и снижают вакуумную плотность сплава и в особенности сварного шва.

Магний введен в сплав в качестве элемента, регулирующего технологическую пластичность, однако в отличие от кальция влияния магния на технологическую пластичность осуществляется путем воздействия на нитридные вклю" чения. В присутствии поверхностноактивного элемента магния Формирование

Т а б л и ц а !

Химический состав сплава, вес.4

Известный

) Компоненты

Предлагаемый

) г

Никель

35,8 36,4

0,48 0,52

0,55

0,1 0,2

0,0047

37

Марганец

0,6

0,2

0 5l

0,6

Хром

0,39

0,2

Кремний

0,23

0,3

0,1

О, 008

0,005

0,03

Азот

0,02

0,00,2

0,06

0,005

Алюминий

0,1

Титан

0,1

В 1033 крупных нитридных включений и скоплений нитридов подавляется. В сплаве предлагаемого состава, содержащем магний в количестве 0,0005-0,03 вес.Ф, нитридные включения дисперсны и равномерно распределены в объеме металла ° Границы зерен чистые. Кроме того, магний, внедряясь в решетку металлической матрицы, замещает в ней атом никеля и улучшает упругие характерис- 1О тики кристаллической решетки и сплава в целом. При содержании магния менее 0,0005 вес.4 технологичность сплава при прокатке ухудшается, а при содержании магния более 0,03 вес.3 15 возможно образование фаз Лавеса и охрупчивание сплава.

Сплав может содержать примесные элементы, не изменяющие свойства сплава и изделий иэ него, в количестве 20 до 0,4 вес.3. В сплаве допускается содержание углерода до 0,05 вес.4, серы до 0,02 вес.Ф, фосфора до

0,02 вес.1.

Пример ы. 8 40 кг индукцион- 2 ной печи выплавили серию сплавов.

При выплавке сплава предложенного состава дополнительно введеные.в его состав элементы присаживали в виде ферросиликокальция 0,05-0,824, алюминия 0,13-1,253, ферротитана (303 Тi)

0,075-1,374.ферросплавы и алюминий присаживали на дно ковша перед его заполнением металлом, имеющим темпео ратуру 1550-1560 С. Полученные слитки сплавов проковывали, а затем прокатывали для изготовления образцов. Об567

6 раэцы сплава предложенного состава перед испытанием механических свойств и ТКЛР подвергали термической обработке по следующему режиму: нагрев до 900 С, выдержка 1 ч, закагка в воде и последующий отпуск при 315 С в течение 1 ч.

Химический состав известных и предложенного сплавов приведены в табл.1.

Свойства сплавов предлагаемых и известных представлены в табл.2.

Как видно из табл.2, предлагаемый сплав имеет ТКЛР не более 2 10 К предел текучести не менее 267 МПа и пригоден для использования в качестве материала трубопроводов сжиженного газа.

Сплав обладает более высокой технологической пластичностью при горячей деформации, благодаря чему сокращается расход металла на производсчво листового сплава. Сплав имеет хорошую .свариваемость, что позволяет изготавливать из него трубопроводы ожиженного газа методом сварки листа.

Сплав имеет более высокий предел текучести, что позволяет увеличить диаметр изготавливаемых из него трубопроводов и уменьшить их металлоемкость.

Зкономический эффект основан на увеличении выхода годного металла при производстве листа, снижении металлоемкости трубопроводов ожиженного газа, сокращении затрат на изготовление и эксйлуатацию трубопроводов и оценивается в размере более 100 тыс.руб.в год.

1033567

Продолжение табл. 1

Химический состав сплава, вес.3

Известный

Компоненты

Предлагаемый

0,03 0,0027 0,0005

Кальций

0,0О8 0,03 -0,0005

Остальное

Магний

Железо

Таблица 2

Сплавы

Известные

Предлагаемый

) ) Свойства сплавов

2 . 3

1 . 2

Механические свойства

459 453

Временное сопротивление, мПа 456

407 450

Предел текучести, МПа

299

280

267

225 260

Относительное . удлинение, ф - 45,4

46,4

45,0

1,8

ТКЛР, х 10 К 1,9

1,5

56 62

Свойства сварного шва

465 45036

Временное сопротивление, мПа 460

400

Относительное удлинение, 4

45

Зона разругения

Разрыв по зоне сплавления

Разрыв

Составитель Н.Косторный

Редактор В.Данко Техред И.Метелева, Корректор Ю,Макаренко

Заказ 5564/28 Тираж 627 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-,35,. Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4! Выход годного при прокатке, ь 5 1 !

2 (Разрыв по основному металлу по основйому"ме- таллу

48,6 45,0

2,1 1, l

Разрыв Не свапо свар-рился ному шву