Сплав на основе титана


 


Владельцы патента RU 2502819:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)

Изобретение относится к металлургии, а именно к сплавам на основе титана с высокой коррозионной стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах, и может быть использовано в свариваемых элементах оборудования: химических производств, оффшорной техники и судостроения. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 4,7-6,3, ванадий 1,0-1,9, молибден 0,7-2,0, углерод 0,06-0,14, цирконий 0,02÷0,10, кислород 0,06-0,13, кремний 0,02-0,12, железо 0,05-0,25, рутений 0,05-0,14, титан - остальное при выполнении соотношения: [O2]+[Si]+[Fe]≤0,40. Сплав обладает повышенной стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах. 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к созданию сплавов на основе титана, обладающих повышенной устойчивостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием (3,5% NaCl и pН 2,5-4,0) и температурой до 250°С.

Сплав предназначен для элементов оборудования: химических производств, оффшорной техники (глубоководных бурильных и добывающих райзеров, сосудов высокого давления и. т.д.) и судостроения, в том числе сварных соединений.

Известны сплавы на основе титана, предназначенные для использования в агрессивных средах (Grade l3-15, Grade 26-27, Grade 28-29 по ASTM В 265-98). Эти сплавы, обладая хорошей коррозионной стойкостью, тем не менее имеют определенные недостатки, ограничивающие их применение в средах с повышенным солесодержанием (3,5% NaCl) и pН 2,5-4,0) и температурой до 250°С.

Недостатками перечисленных сплавов являются для одних - низкий уровень прочности, для других - пониженные значения пластичности.

Известен также сплав на основе титана с рутением и палладием (RU 2203974 С22С 14/00 07.05.2001). Этот сплав обладает хорошей коррозионной стойкостью, механическими свойствами, однако содержит повышенное содержание Р-легирующих элементов и примесей железа, что приводит к структурной неоднородности и снижению стойкости против щелевой и питтинговой коррозии в средах с повышенным солесодержанием (3,5% NaCl и pН 2,5-4,0) и.температурой до 250°C.

Наиболее близким по содержанию ингредиентов является сплав на основе титана [GB 785293 A, C22C 14/00, 23.10.1957], содержащий масс %: алюминий 0,25-7,5, ванадий 0,1-30,0, молибден 0,1-30,0, углерод до 0,3, цирконий 0,1-10,0, кислород до 0,3, кремний 0,1-1,0, железо 0,1-2,0, титан остальное.

Из альтернативных вариантов составов указанного сплава в качестве прототипа выбран сплав, качественный и количественный состав которого соответствует качественному и количественному составу заявляемого сплава.

Недостатком сплава прототипа является низкая стойкость против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием (3,5% NaCl и pН 2,5-4,0) и температурой до 250°C.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание сплава, обладающего более высокой стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием (3,5% NaCl и pН 2,5-4,0) и температурой до 250°C. по сравнению со сплавом - прототипом.

Технический результат достигается за счет того, что в состав известного сплава, содержащего алюминий, ванадий; молибден, углерод, цирконий, кислород; кремний, железо, титан остальное, дополнительно вводится рутений при следующем соотношении компонентов (мас.%):

Алюминий 4,7-6,3;
Ванадий 1,0-1,9;
Молибден 0,7-2,00;
Углерод 0,06÷0,14;
Цирконий 0,02÷0,10
Кислород 0,06÷0,13
Кремний 0,02÷0,12;
Железо 0,05÷0,25;
Рутений 0,05-0,14;
Титан остальное;

при этом суммарное содержание кислорода, кремния и железа должно быть менее или равно 0,40

[O2]+[Si]+[Fe]≤0,40

В заявляемом изобретении легирующие и примесные элементы (кислород, кремний, железо) находятся в таком соотношении, чтобы обеспечить высокую стойкость против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием (3,5% NaCl и pН 2,5-4,0) и температурой до 250°C Кислород, кремний, железо в заявляемом изобретении в заявляемом суммарном содержании обеспечивают комплексное микролегирование сплава и получение однородного регламентированного структурного состояния.

Выполнение заявленного соотношения [О2]+[Si]+[Fe]≤0,40 повышает электролитическую однородность сплава, что необходимо для повышения стойкости против щелевой и питтинговой коррозии.

Увеличение суммарного содержания [O2]+[Si]+[Fe]>0,40 при проведении термических циклов сварки приведет к снижению коррозионной стойкости заявляемого сплава, так как переплавленный металл сварного шва теряет способность к внутризеренной деформации, деформация локализуется по границам. Рутений в заявляемом сплаве является микролегирующей и катодно-модифицирующей добавкой, который в сочетании с алюминием и ванадием, препятствует образованию структурной и химической неоднородности, способствует пассивации за счет снижения перенапряжения реакции выделения водорода.

При катодном микролегировании рутением повышается катодная эффективность, смещающая электрохимический потенциал сплава в область устойчивой пассивности, что исключает опасность питтингообразования.

При содержании рутения менее 0,05% в указанных агрессивных средах пассивация не наступает.Полная пассивация в хлоридных растворах при содержании рутения до 0,14% обусловлена облегчением протекания катодной реакции (H++е→Н) восстановления водорода. Содержание сверх указанного предела не эффективно и нецелесообразно.

Содержание углерода в заявляемом сплаве ограничено выбранными пределами, так как при содержании более 0,14% углерод выделяется в виде округлых включений по границам зерен, которые снижают коррозионную стойкость. При содержании углерода менее 0,06% снижается прочность сплава.

Алюминий в заявляемых пределах 4,7-6,3% интенсивно повышает прочностные характеристики сплава и обеспечивает хорошие технологические свойства при производстве полуфабрикатов. Повышение алюминия сверх пределов, заявленных в сплаве, снижает коррозионную стойкость в указанных средах.

Ванадий в заявленных пределах снижает сегрегацию легирующих элементов, повышая структурную однородность сплава.

Содержание молибдена ограничено пределами 0,7-2,0%, т.к. при содержании молибдена более 2,0% в сварном соединении образуется α'-фаза с пониженными пластичностью и стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии.

Молибден при содержании до 2,0% блокирует процесс упорядочения и образования α1-фазы [В.Н. Моисеев и др. Сварные соединения титановых сплавов М, Металлургия,1978 г, с.60].

Нейтральный β-стабилизатор -цирконий в пределах 0,02-0,10% в сочетании с алюминием обеспечивает однородное распределение легирующих компонентов в α-фазе, снижает внутрикристаллическую ликвацию.

Пример выполнения.

Выплавляли слитки с химическим составом из предлагаемого сплава и сплава-прототипа (таблица 1).

Слитки ковали на заготовки и прокатывали в листы толщиной 4,0 мм, из которых затем изготавливали образцы размером 4×35×35 мм для проведения коррозионных испытаний на щелевую и питтинговую коррозию.

С целью ускорения коррозионные испытания проводили в автоклаве в среде насыщенных паров 20% раствора NaCl при температуре 250°С в течение 200 часов. Давление составляло 40ата. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Оценка склонности к щелевой коррозии произведена по результатам исследования потери массы в размерности 10-3 г/дм2 час и наличия локальных повреждений.

Оценка склонности к питтингу выполнена визуально при осмотре поверхности образцов с использованием оптического микроскопа при увеличении ×12. Выявляли питтинги диаметром не менее 0,1 мм.

На образце сплава прототипа обнаружены питтинговые поражения поверхности размером более 4,0 мм. На образце из заявляемого сплава никаких поражений поверхности обнаружено не было, поверхность образцов была блестящая. Представленные результаты показывают, что предлагаемый сплав по стойкости против щелевой и питтинговой коррозии превосходит аналогичные характеристики известного сплава. Это позволяет увеличить ресурс различных элементов оборудования при эксплуатации в водных растворах с повышенным содержанием хлоридов при повышенной температуре до 250°C и pН 2,5 в 2-3 раза.

Таблица 1
Химический состав заявляемого и сплава-прототипа на основе титана
Сплав № состава Аl V Мo C Zr O2 Si Fe Ru O2+Si+Fe≤0,40 Ti
Предлагаемый 1 4,7 1,0 0,7 0,06 0,02 0,13 0,02 0,25 0,14 0,40 ост.
2 5,0 1,5 1,5 0,10 0,07 0,08 0,05 0,20 0,10 0,33 ост.
3 6,3 1,9 2,0 0,14 0,10 0,06 0,12 0,05 0,05 0,23 ост.
Известный 6,5 4,0 3,0 0,20 0,30 0,20 0,25 0,30 - 0,75 ост.
Таблица 2
Коррозионная стойкость заявленного сплава и прототипа
Сплав № состава Характеристика среды Результаты коррозионных испытаний, длительность испытаний 200 часов
заявляемый Аэрированный насыщенный Рн=3,5, СО2 (10-15 бар), 20% раствор NaCl, температура 250°С Щелевая коррозия Характеристика состояния поверхности при питтинговой коррозии, наличие язвенных повреждений
Степень поражения Вид щелевой поверхности
1 Поверхность образцов блестящая не обнаружен
2 Нет поражений не обнаружен
3 не обнаружен
Известный Местное поражение Серая пленка язвы диаметром более 2,0 мм

Сплав на основе титана, содержащий алюминий, ванадий, молибден, углерод, цирконий, кислород, кремний, железо, титан - остальное, отличающийся тем, что он дополнительно содержит рутений при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий 4,7-6,3
Ванадий 1,0-1,9
Молибден 0,7-2,0
Углерод 0,06-0,14
Цирконий 0,02-0,10
Кислород 0,06-0,13
Кремний 0,02-0,12
Железо 0,05-0,25
Рутений 0,05-0,14
Титан Остальное,

при выполнении соотношения содержаний кислорода, кремния и железа:
[O2]+[Si]+[Fe]≤0,40.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в качестве конструкционного материала для изделий авиационной и космической промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным титановым сплавам, и может быть использовано в авиационной промышленности. Высокопрочный псевдо-бета титановый сплав содержит, мас.%: 5,3-5,7 алюминия, 4,8-5,2 ванадия, 0,7-0,9 железа, 4,6-5,3 молибдена, 2,0-2,5 хрома, 0,12-0,16 кислорода, остальное титан и примеси и, при необходимости, один или более дополнительных элементов, выбранных из N, С, Nb, Sn, Zr, Ni, Co, Cu и Si, причем каждый дополнительный элемент присутствует в количестве менее 0,1%, и общее содержание дополнительных элементов составляет менее 0,5 мас.%.

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к дисперсно-упрочненным композиционным материалам. .

Изобретение относится к области наноструктурных материалов с ультрамелкозернистой структурой, в частности, двухфазных альфа-бета титановых сплавов, которые могут быть использованы для изготовления полуфабрикатов и изделий в различных отраслях техники, машиностроения, медицины.

Изобретение относится к области спецэлектрометаллургии и может быть использовано при вакуумно-дуговом переплаве базового -TiAl-сплава, который затвердевает через -фазу.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к листам из чистого титана, которые могут быть использованы для изготовления пластин теплообменников. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханическим исполнительным механизмам, предназначенным для преобразования тепловой энергии в механическую.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к функциональным металлическим сплавам на основе титана и способу их обработки и может быть использовано для сверхупругих элементов конструкций, а также в хирургии и ортопедической имплантологии.

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано в конструкциях, работающих при температурах до 650°С, например для деталей корпуса и статорных лопаток компрессора высокого давления газотурбинных двигателей.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых нерадиоактивных материалов, и может быть использовано в атомной энергетической промышленности.

Изобретение относится к деформационно-термической обработке сплавов с эффектом памяти формы, в частности сплавов на основе TiNi. Наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы характеризуется структурой из наноскристаллических аустенитных зерен В2 фазы, в которой объемная доля зерен с размером менее 0,1 мкм и с коэффициентом формы зерен не более 2 во взаимно перпендикулярных плоскостях составляет не менее 90%. Более чем 50% зерен имеют большеугловые границы, разориентированные относительно соседних зерен на углы от 15° до 90°. Способ получения прутка из наноструктурированного сплава титан-никель с эффектом памяти формы включает термомеханическую обработку, сочетающую интенсивную пластическую деформацию и дорекристаллизационный отжиг. Интенсивную пластическую деформацию проводят в два этапа, на первом этапе осуществляют равноканальное угловое прессование с достижением накопленной степени деформации е≥4. На втором этапе осуществляют деформацию кузнечной вытяжкой и/или волочением. Отжиг проводят в процессе и/или после каждого этапа деформации. Равноканальное угловое прессование проводят при температуре не выше 400°С. Кузнечную вытяжку и волочение проводят с общей накопленной деформацией ε более 60% при постепенном снижении температуры в интервале t=450-200°C, а отжиг проводят при температуре, равной t=400-200°C. Повышаются механические и функциональные свойства сплава. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, и может быть использовано в элементах оборудования химических производств, в сварных соединениях судостроения. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 4,3-6,3, молибден 1,5-2,5, углерод 0,05-0,14, цирконий 0,2-1,0, кислород 0,06-0,14, кремний 0,02-0,12, железо 0,05-0,25, ниобий 0,3-1,20, рутений 0,05-0,14, титан - остальное. Суммарное содержание кремния и железа не должно превышать 0,30 мас.%. Сплав обладает повышенной стойкостью к щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием и при температуре до 250 °С. 2 табл., 1 пр.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению порошка сплава на основе элементов 4 группы периодической таблицы. Может использоваться в пироиндустрии при получении запальных устройств, в качестве газопоглотителей в вакуумных трубках, в лампах, в вакуумной аппаратуре и в установках для очистки газов. Оксид базисного элемента, выбранного из Ti, Zr и Hf, смешивают с легирующим металлическим порошком, выбранным из Ni, Сu, Та, W, Re, Os или Ir, и с порошком восстановителя. Полученную смесь нагревают в печи в атмосфере аргона до начала реакции восстановления. Реакционный продукт выщелачивают, промывают и сушат. Оксид базисного элемента имеет средний размер частиц от 0,5 до 20 мкм, удельную поверхность по БЭТ от 0,5 до 20 м2/г и минимальное содержание оксида 94 вес.%. Обеспечивается получение порошка с воспроизводимыми временем горения, удельной поверхностью, распределением частиц по размерам и временем горения. 22 з.п. ф-лы, 5 пр.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству титановых сплавов, и может быть использовано для высоконагруженных деталей и узлов, работающих при температурах до 550°C длительно и при 600°C кратковременно. Сплав на основе титана содержит, мас.%: Al 5,0-6,6, Mo 1,5-2,5, Zr 1,0-2,8, V 0,4-1,4, Fe 0,08-0,40, Si 0,08-0,28, Sn 1,5-3,8, Nb 0,4-1,2, O 0,02-0,18, C 0,008-0,080, Ti - остальное. Сплав обладает высокими прочностными характеристиками при температурах до 600°C, повышенным уровнем технологичности при горячей деформации. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения сплавов на основе титана, плавка и разливка которых проводится в вакуумных дуговых гарнисажных печах. Способ получения сплава на основе титана с содержанием бора 0,002-0,008 мас.% включает проведение плавки в вакуумной дуговой гарнисажной печи с расходуемым электродом, не имеющей дополнительного вакуумного порта для введения модифицирующих добавок. Навеску модификатора B4C, завернутую в алюминиевую фольгу, закладывают в отверстие расходуемого электрода, которое высверливают от сплавляемого торца электрода на расстоянии, определяемом в зависимости от времени его расплавления. Получают сплав на основе титана с равноосной структурой и размером зерна менее 15 мкм. 1 табл., 1 пр.

Изобретение может быть использовано для пайки высокотемпературным припоем тугоплавких металлических и/или керамических материалов. Припой выполнен из сплава, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас.%: цирконий 45-50, бериллий 2,5-4,5; алюминий 0,5-1,5, титан - остальное. Припой выполнен в виде гибкой ленты и получен сверхбыстрой закалкой сплава путем литья расплава на вращающийся диск. Припой обладает высокими эксплуатационными характеристиками, обеспечивает уменьшение интерметаллидных прослоек в паяном шве. 2 з.п. ф-лы, 11 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке новых нерадиоактивных материалов, и может быть использовано в атомной энергетической промышленности. Сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе титана содержит, вес. %: углерод 0,03-0,10; железо 0,15-0,25; кремний 0,05-0,12; азот 0,01-0,04; алюминий 1,8-2,5; цирконий 2,0-3,0; самарий 0,5-5,0; титан и примеси остальное. Сплав обладает повышенным уровнем поглощения тепловых нейтронов, высокими эксплуатационными и пластическими свойствами. 3 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе гамма-алюминида титана и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 800°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей. Способ получения сплава на основе гамма-алюминида титана γ-TiAl, имеющего плотность при комнатной температуре не более 4,2 г/см3, температуру солидуса не менее 1450°C, количество фаз α2 и γ при 600-800°C не менее 20 мас.% и не менее 69 мас.% соответственно, суммарное количество этих фаз не менее 95 мас.%, а содержание ниобия в γ-фазе не менее 3 мас.%, заключается в том, что сплав на основе гамма-алюминида титана γ-TiAl, содержащий ниобий в количестве 1,3, или 1,5, или 1,6 ат.% и переходные металлы, выбранные из хрома в количестве 1,3 или 1,7 ат.% и циркония в количестве 1,0 ат.%, подвергают горячему изостатическому прессованию, совмещенному с термообработкой путем отжига при температуре 800°С и выдержки в течение 100 часов. Сплав обладает низкой плотностью и имеет стабильный фазовый состав при рабочих температурах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения отливок сплавов на основе гамма алюминида титана, и может быть использовано при получении изделий ответственного назначения, работающих при температурах до 700°C, в частности лопаток газотурбинных двигателей. Способ получения литого сплава на основе гамма алюминида титана для фасонных отливок включает получение смеси порошков, формирование из нее брикета и проведение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Получают смесь порошков из чистых металлов, содержащую титан, алюминий, ниобий и молибден в количестве, мол.%: алюминий 40-44, ниобий 3-5, молибден 0,6-1,4, титан - остальное. Брикет формируют с относительной плотностью 50-85 % и подвергают его термовакуумной обработке при температуре 550-650°C в течение 10-40 мин, скорости нагрева 5-40°C/мин и давлении 10-1-10-3 Па, а СВС проводят при начальной температуре 560-650°C. Получают отливки заданной конфигурации с высоким уровнем механических свойств при повышенных температурах. 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам на основе алюминида титана Ti3Al, и может быть использовано для изготовления деталей газотурбинных двигателей, силовых установок и агрегатов авиационного, топливно-энергетического и морского назначения. Сплав на основе алюминида титана Ti3Al содержит, мас.%: Al 13-15, Nb 3-6, V 2-4, Zr 0,5-1,0, Mo 1-3, Sn 0,5-3, Si 0,1-0,3, Ti - остальное. Заготовку из сплава на основе алюминида титана Ti3Al подвергают термоводородной обработке путем ее насыщения водородом с последующим отжигом в вакууме. Насыщение заготовки водородом ведут до концентрации 0,4-0,6 мас.% в две стадии, затем заготовку подвергают прокатке. Отжиг в вакууме проводят в две стадии с остаточным давлением не выше 5·10-5 мм рт.ст. Жаропрочный сплав на основе алюминида титана Ti3Al характеризуется высокими показателями пластичности и жаропрочности. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Наверх