Сплав на основе никеля

 

. СОЮЗ .СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (я)з С 22 C 19/05

ГОСУДАРСТВЕН.ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 4831587/02 (22) 16.11ЯО . (46) 30.05.93. Бюл, М 20

; (71) Хэйнес Интернэшнл, Инк. (US) (72) Нарейси Сридхар (US) .. (73) Хэйнес Интернэшнл, Инк. (US) (56) Патент США N 4836985, кл. С 22 С 30/02, 1988. (54) СПЛАВ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ *

В (57) Предлагается сплав на основе никеля, предназ..аченный для использования в сверхокислительных условиях, например в е, Изобретение относится к сплавам на основе никеля, содержащим хром, кремний, медь и, возможно, другие элементы для пол..учения ценнцх технологических характеристик при использовании-в жестких условиях кбррозии и высоких температур.

В табл.1 приведен ряд сплавов в соответствии с действующими сейчас патентами, Все составы в таблице и в формуле изобретения даются в процентах по массе

- (мас.$), кроме специально оговоренных случаев. Каждый сплав в общем случае обес. печивает прекрасное сопротивление корро-. зии, или прекрасную пластичность сварного шва, или прекрасную ударную вязкость по . Шарпи, или прекрасные характеристики упрочнения при старении. Некоторые сплавы могут обладать более чем одним из указанных качеств; однако ни один из них не обла дает сочетанием всех этих качеств.

Композиции сплавов на основе никеля в со... Ж,, 1819292 АЗ среде серной кислоты, дымящей азотной, кислоты, хромовой кислоты и в смесях, со-. держащих дихромовую кислоту. Сплав обладает высокой прочностью и может быть дисперсионно упрочнен. Термическая устойчивость и свариваемость отличные.

Сплав обладает в высокой степени устойчивостью против точечной коррозии. Номинальная композиция содержит,, мас.$: .около 20 хрома; около 2 меди; около 2 железа; около 2 молибдена; около 5 кремния; никель плюс нормальные примеси — остальное. 3 з. и, Ф-лы. 6 табл. ответствии с имеющимся уровнем техники в. табл.1, почти все, могут содержать, среди других элементов, хром, медь, молибден и кремний. По большей части, применение сплавов в виде литья ограничена из-за большого суммарного содержания хрома, кремния, углерода и меди.

©

Целью изобретения является обеспече- 1 ние сплавов на основе никеля с высоким 0 сопротивлением коррозии в окислительных Я средах в условиях отжига, сварки и термического старения,.

Кроме того, сплавы согласно изобретению не только обладают высоким сопротивлением коррозии, но также имеют высокую термическую стабильность и сопротивление деградации механических свойств в результате происходящих при старении или тер момеханической формовке структурных изменений.

1819292

Результатом реализации изобретения является создание сплавов, устойчивых против коррозионного растрескивания под напряжением в хлоридных средах в условиях дисперсионного упрочнения.

Сплав имеет структуру твердого раствора на основе никеля, и могут быть легко получены в виде отливки или. поковки и подвергнуты затем холодной обработке давлением, и которые в равновесном состоянии гомогенны.

В соответствии с данным изобретени= ем, вышеуказанные преимущества достигаются за счет тщательного контроля содержания основных компонентов в широких пределах, указанных в табл.2, Все экспериментальные сплавы содержали необязательные элементы, алюминий, углерод, ниобий, кобальт, железо, азот, титан и вольфрам в основном, в пределах, представленных в табл.2. В большинстве случаев эти элементы преднамеренно не добавляли, и содержание их находится в пределах нормального уровня примеси.

Сплавы устойчивы по отношению ко многим различным окисляющим кислотам в интервале концентраций и температур. Kaid показали испытания сварного соединения на изгиб, они проявляют прекрасную пластичность сварного шва. Термическая устойчивость, как показали результаты испытания на ударную вязкость по Шарпи, очень. высока. Сплавы отличаются хорошими характеристиками упрочнения при старении. -Сплавы также устойчивы против .коррозионного растрескивания под напряжением в условиях упрочнения при старении.

Примеры и результаты испытаний.

Коррозия.

Проведен ряд испытаний для определения влияния на коррозию хрома, кремния, молибдена и меди. Во многих патентах показан благоприятный эффект хрома и кремния на устойчивость по отношению к сильно окисляющим растворам, таким как концентрированная серная. кислота. Однако оказа- лось, что требуемое содержание кремния является очень важным параметром и зависит от содержания хрома. Как показано в табл,3, в сильно окислительных средах (среды В в табл.3) сопротивление сплавов коррозии тем выше, чем больше содержание кремния. В,несколько менее окисляющих средах (среды А и С) скорость коррозии с увеличением содержанйя кремния проходит через максимум, причем малые количества кремния (до 3 ) .сказываются отрицательно, более высокие — положительно. В кислотах с еще менее окисляющим действием, таких, как среды Д в таблице 3, кремний вреден, а хром дает положительный эффект. Следовательно. соотношение количеств хрома: кремний должно находиться в определенных пределах, для того, чтобы сплав был коррозионно-устойчив в широком диапазоне сред.

Кроме того, видно благоприятное действие молибдена и меди на устойчивость по

"0 отношению к 90 Н2$04 (среда типа С), В этой среде особенно положительно действие меди. Однако слишком высокое содермчание меди (свыше 3,5 ) вредно .Сказывается на сопротивлении точечной

"5 коррозии и на технологичности. Для достижения оптимального положительного эффекта, рекомендуется, чтобы максимальное содержание меди не превышало 3,0 ; предпочтительно содержание 2; .

20 Пластичность сварного шва.

Сплавы такого класса характеризуются высокой степенью свариваемости. Проводили.ряд испытаний, как показано в табл.4.

Пластичность сварного шва на изгиб опре25 деляли по хорошо известному способу йспытания с радиусом прогиба 2-Т.

Результаты испытания указывают, что отношение содержания никеля и железа должно . быть больше 1,0. Отношение меньше 1 ха30 рактеризует славы на основе железа, например, стали типа 20 и стали, полученные дуплекс-процессом, которые не устойчивы по отношению к различным сочетаниям кислот.

Известно, что кремний в нержавеющих сталях и в некоторых никелевых сплавах приводит к возникновению растрескивания и. снижению пластичности сварных швов.

Однако, сплавы по данному изобретению

40 проявляют s этом смысле удивительную ус- тойчивость при условии, что содержание никеля превышает некоторую величину. Это . является основной отличительной чертой данного изобретейия.

45 . Результаты испытания сварных швов на изгиб приведены в табл.4, откуда видно; что при малом содержании никеля (менее при мерно 12ф) или если оно превышает опре- деленный уровень (примерно 25 Д) сварные

50. швы успешно выдерживают испытание на

2-Т изгиб. При содержании никеля ниже 12 ф (в сплавах 20Сг, 12Со, 5Si) микроструктура сплава показывает присутствие феррита, а хорошо известно.. что присутствие

55. малых количеств феррита на начальной стадии затвердевания сварного шва способствует его пластичности, Однако, это условие не выполняется для гомогенных твердйх растворов на основе никеля, соответствую-. щих данному изобретению. В то время как

1819292 малые количества феррита в нержавеющих сталях способствуют устойчивости против растрескивания при сварке, присутствие феррита может увеличивать растрескивание при воздействии температур 1600 .F, 5 что встречается в операциях горячего формования. Однако сплавы с высоким содержанием никеля устойчивы к растрескиванию и при этих температурах.

Термическая устойчивость. 10

Термическую устойчивость ряда сплавов проверяли испытанием на удар после того, как подвергали воздействию температуры 1600 С в течение 6 мин и 30 мин. Ре.зультаты испытаний приведены в табл.5, t5

Данные показывают, что сплав согласно данному изобретению (сплав 5-8) обладает достаточной ударной вязкостью, хотя образцы были малого размера. Сплав 5-9 в соответствии с данным изобретением вы- 20 держивали при 1600ОF в течение шести минут и одного часа. Оба сплава обладали хорошей ударной вязкостью по сравнению со сплавом (20 — Fe) х (Sl — 3), который дал величину менее 5.Железа должно быть ме- 25 нее 19 ;

Дисперсионное упрочнение (упрочнение при старении).

Да;ьнейшим преимуществом данных, сплавов является способность существенно 30 упрочняться при тепловой обработке. Действие кремния аналогично алюминию и титану, но имеются значительные различия. 35

Для сплавов кремния температура старения, необходимая, чтобы вызвать упрочнение, ниже, что облегчает их дисперсионное упрочнение. Содержание железа должно 40 быть ниже примерно 19, а кремния — больше 3 . Для того, чтобы наблюдалось упрочнение, величина (20 — Fe) к (Sl - 3) должна быть больше 5. Данные приведены в табл,б.

Экспериментальные образцы сплавов в соответствии с данным изобретением изготавливались в виде фольги, отливок. сварных материалов и тому подобных беэ технологических затруднений. Сплавы данного изобретения могут быть получены в форме литых, кованых порошкообраэных продуктов, а также в виде частиц для использования в процессах сварки и в сварных конструкциях.

Ф ..о р м у л а и э о б р е т е н и я

1. Сплав на основе никеля, содержащий хром, железо, кремний, молибден и медь, отличающийся тем, что, с целью повышения корроэионной стойкости иударной вязкости, он содержит компоненты при следующем соотношении, мас. : хром

11,0-29,0; железо 0,12 — 19,0; кремний 3.5—

6,5; молибден 1,0 — 6,5; медь 1,0 — 3,0; никель остальное, при выполнении массового соотношения (2Q — Fe) х (Sl — 3) > 5.

2. Сплав по и 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по крайней мере один элемент, выбранный иэ группы, содержащей, мас. ; алюминий

0,01-1,5; углерод 0,002-0,10; ниобий 0,05—

3,0; кобальт 0,01 — 15,0; титан 0,01-2,0; вольфрам 0,01-2,5, 3. Сплав по п 1; отличающийся тем, что выполняются следующие соотношения: 2 $1/Сг= 0,35 — 0,5; NI/Fe > 2.

4. Сплав по и 1, отличающийся тем, что он имеет структуру кованого, литого порошкообразного или сварного материала.

1819292! абюичл!

Сюлазм достигнутого уровни техники

Состав, е еес.t

2.938, 786 4 ° 836, 985

2, 103,855 2,821 474 3, 758, 296 4,033, 767

Апенин>З!

Углерод

Ниобий.05-.25.30.05-.25 до .03 до .11

30-35

4-7,5

2,5-8.

3-25

30-34

4-7,5

2,5-8 до 25 1-3,5

4-5,25

19-26 31""33

9-30

20 30

Х ром

1,2

2,7-4

Кобальт

4-7.05-5

3>5-7

12-!2

Иедь до 10 остальное

Мелево

Нзрганец

Нэлиблен

1-3 5

0 3 до 1,5

5-9 до 2,0

4-5,2 . 04-,62

36-40,5

2,5-6

2 "6

Азот

46-69

1 5-7,5

30-48

0-6

26-48 до 4,0

Йикель

Кремний

Т итан

Вопьфран

50-55 остальное

6-7

3,5-5 до 07

° 025" ° 55 до, 10 до .!О

Крекинг+молибден принеси

> Титан>инобис+тантал остальное (поковка) до .05

Таблица2

ctIlldoI> по данному изобретении

Состав, масА мНивский интервал до 0,5 до 0>04 до 1,0

16-23 до 10

1-3

1«10

Алюминий

Углерод

l9

Хром

Кобальт

1,8

2,3

4,6

1,8

1,8. 4t>3

Надь

2,2

0 12

Иепеза

Нвргвнеч

1Ьпибден до .. 1-5

3,0

1,5

3,0

2,8 до 0>1

Азот ост.

Никель

Кронина

Титам

Вольфрам ест °

S,0 ест. ост,, ост.

4-6 до 1 по 1

4.5"5,5

Ip 0,2 ло 0,5.

5,0

5 2

5,00

5 ° 2

Отноеение кремнию

Ic крону борзые 2

Вопьев 5

2 0,33"0,6 (20 ta)к(01-3) Откованна никелю к

3>влезу

Никель плес принеси до 1,5t до 0,062 до 3t

11-292 до 208

1-3 5\ до 192 до 24

1-6>58 до 0,2t ост.

- 3 ° 5-6.5t до 2t до 2,52

Нромеиуточиып Нредпочтитель мнтаре ал н>0 интервал до 0>3 до 0,02 ло 0,3 .19-21 до >5

1 ° 5-2, 5

3-7 ло 0,5

1 ° 5 3 ло 0,03

Тилич>в>в сплавы а ° сплав 3".9 сплав 5-.9 . сплав 6 7 сипае 6-8 сплав 6-13

1819292

ТаблиЦФЗ

Bll»>I»»» крона, креи>в>я, молибдена м меди

Сплав, F

Влияние кремния

108,0 !23,5

13>Х . 45>7

5,9 94>3

2,9 97,5

0,0 2,2

0,0 16,7

0,0 . 18>3

0,0 1,4

8,8

13,4

16,6

21,4

0,0

0,0

0,0

0,0

6,09 00

2,87 6,0

3,79 0,0

4,86 0,0

21,2 0,1

21,4 0;22

21>5 О> II

21>4 0>1

3-1

3-2

3-3.

3-4

2I,2 1,91

21>3 6,12

21,5 0,18

2I>8 0,13

19,8 4,95

19,1 4,6

0>0

0,0

0>0

2,0

2 ° 3

2,3

27,2

34,3

33, 4

28 8

29,6

23,4

46,5

78,1

79,9

6,3

5,4

13> tt

l>8

1,7

2 5

4,92 2>8

4,78 2,8

5 ° ОЭ 6,7

4>64 2,7

5,09 3,0

5,22 1,5

2 ° 1

1,9

5,2

1,8

2,6 .2,6

0,0

2,6 .О

О

12,6

21,7

115,0

Горя»ед.

5,.11 0,.0 О

479 00 0

5,19 3,0 О

6,60 2>9 О

29,3 4,92 17,6 О,!

11,9 4,95

21,8 4,93

Влияние крона

З-l l

3-!ХЯ

3" 13

3 14

3,5 10 0

2,7 95,6

3,0 26,0 о растрескался при поковке

2,1

0,0

2,2

2>1

3,4

Окислительнме сорди>

Л 992 Нз004, 130вС

В» ЗОМ НЗОО4+ 152 ПсОЗ> 79 С

С и 902 Н2004> 80 С

Р 502 НзБО4+ 42G/I 11>еа(60412> (АБтИ G-20А) кипящая

Сплавм по данному изобретению

ТаблицаЯ.»

И(Fe ДеФорма" результаты испытания на цня изгиб с радиусом прогиба 2-Т

Сплавм . Fe C»

44 ° 00 1, 10 19,50 4,83 20,30 О, 00 0 ° 44

5,90 21, 70 5, 1 1 20,40 0,00 0,47

0>00 24,60 5,26 20,50 . 0,00 . 0,50

5,97 25>60 4,30 20,30 3,00 0,67

4 2

4-3

4СЯ

46>40

49>00

38,00

41, 00 5,90 25,10 3>10 20; 00,3>10

5,60

11,86

11. 70

О,ОО

11,60

11,80

4> 90

4,10

5,0О

5,50

5,80

5>66

5,09

55> 50

53уoo

53, 00

0,14

0,14

I9, 45

4 ° 95

12,50

10; 00

10,00

74>10

62,50

42,66

64,73

21, TO

20,40

20; 00

19,20

l 9, 70

20,29

19,78

Oi l0

1,40

0,00

0,06

O> OO

6,00

2>96 еСплаен по данному изобретению

Испитания на изгиб с радиусои прогиба 2,5«Т ая

4-5

4-6

4"7

4-8

4-9

4-10

4 11

4 12.

Влияние молибдена> вольераиа, иеди

„... 3-5

3-6

3-7

3-8

3".9

3"lo

0,61

0,23

0,19

0,19

529 29

446 43

2,19

13,08

0,00 растрескался, слегка изогнут плоскость 0,25»

0,00 растрескался лри сварке

0,00 растрескался при сварке

0,00 растрес4ался > слегка изогнут, плоскость 0,25

0,00 растрескался, слегка изогнут, плоскость 0,25н

1,00 . не растрескивается, плоскость 0>5н .не-растрескиеается, плоскость 0,5н нФ растрескиеавтся, плоскость 0,5н

1,66 .не растрескнеается, плоскость 0,5и

1,00 не растрескнвается, плоскость О,з

1,00

1,60

Ю ° ° >

1819292

Таблица5

Влилмме иикелл, юбельте> палева и кре>ве>л ма терн>в>ескуп устойчивость удара ть барон образцов с

Ч-обраэнмн надрезом т

1600 Т/6 нин (1 604 Т/34 иин ч е реинмд

fав O

Нолнбден

Кобальт

Недь

Отнопение микелл к налезу

»»

О,47

0,23

0,19

0,19

529,29

446 43

2,19 .

13; 02

14,54

7> 75, 3,25

6,63

5,00

249,00..199,33

147,33

65,8

70> 7

9 ;11 24> 44 О, DO

I 90 21 ° 10 0,14

4,16 26,,40 1,40

5,00 . 20,00 0,00

5,50 .19>24 0,00

S,86 19,70 0,00

5>66 20,29 0,00

5. 14 19,66.. 3,65

5,22 . 19,14,1,46

4,50

3,25

7,00

4,25 187,o4

1.40, 40

94, 1.7

46,40

55,56

53,ОО

53,00

О,, 1 4

0,14

19>45

S,00

l,64

5 1 5 2

S""3

54

5"5

5-6

5-7

5-8

5-9

21. 70

12, 50

10>60

10,60

74,16

62,50

42,60

65,08

66,9

5,90

5,60

ll,80

11,70

4 00 ! 1,60

11,86

6,00

1>9

2> 28

63,7

l.С 20-P e) х (Si-)) Увеличение ll. Т KSi

KSi

Сплав Кобальт Хрома Мела

Надь

Никель

>.» н » »Ф Ф Ф й Прирост,велмчм>ц> Il.Т. » П.t, (прн стареммн)» П.Т..(отозван.)

tl,Ò. " предел текучестп Сипаем.по данньму изобретение

Составитель E.Носырева

Техред M.Ìîðãåíòàë . Корректор Н. Ревская

Редактор.Заказ 1950 . . " Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарин;- 101

61

6 2

6-3

64

6-6

6"7.

6-8

6-9

6 10 б-ll

612

6-13

6-14

6 15 б 16

6-17

6-18

0;00

0,04

11,76

0,40

4,00

О> 04

0,00

oioo

D,00

0,06

0 04

11,64

0 00

4,00

6,66

0,00

0,04

0,00

21 ° 60

21;76

20,29

h>76

21,68

21 ° 55

24,73

21 ° 73

21,30

21, 68

19, 15

19,68

21,99

2l>43

23>96

21,lo гт> 73

17>52

0,10

0,22

19 45

11,62

9,37

4,78

1 >75

1>81

l 87

0,19

0>14

O,N

0,12

O ll

0,11

0,11

6>11

0,10

0,08

0,00

0,00

6,40

2>99

0 06

3,46

2,98

2,73

8,56

О,I9

0,66

2,84

2,78

0>00

4,64

6,04

6 00

77M

74,43

42,6«

60,72

55,91

67,62

66,88

63,90

67.92

65,68

7I>13 -

62,49

67.60

67,52

69,87

72, 58

73, 63

76;34

0,10 " -57, 71, 3,14 2,77

5,66 1,46 .

5,74,. 22 ° 63 ., 2 ° 1 . 491., 20 ° 30

5>85 .43,38 ., 1,9 S,OO 36.50

1, 8 5,22 " 40,38

S>B9 S2,40

5,66, 52,69

5 48 49 25

5,83 56,24

2,2 5,02, 40, 16 .

5,77 55,10

5,84 . . 56,49 S,66 52,91

4,29 25,66

5,82 56,12, 3,50

0,00

«,00

64,73

56>90

7l,28 °

61 20

82,50

85,51

79,33

71>00

64,00. . 82,32 85,15 .

63,19

76,52

51>79

76,03..

Таблицаб

-А

П,Т; 0,26 R.Ò. отозван- 0 22 KS>

>- ЙО>>7>>»> резцов . часе.

33,80 37,30 .36,05 35,60 35,60 39,06 35>30 . 96,43

52 60 f09;50

34, 42 145,70

56>74 . 117,90 .

52,30 134,80

51>04 136,55

56,88 136,21

35,00 . 106,00

35,00 99,06 . «7,02 129,34

55>34 .140,49

37,20, 100,39

41;26 117,78 >

35,66 87 ° 45

: 37,14 113,17