Жаропрочный хромоникелевый сплав с аустенитной структурой


 


Владельцы патента RU 2533072:

Махлай Сергей Владимирович (RU)
Афанасьев Сергей Васильевич (RU)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочных хромоникелевым сплавам с аустенитной структурой. Жаропрочный хромоникелевый сплав с аустенитной структурой, содержащий, мас.%: углерод 0,05-0,10, хром 24-27, никель 33-35, ниобий 0,6-1,3, церий 0,005-0,10, цирконий 0,005-0,10, лантан 0,005-0,10, кремний 0,81-1,50, марганец 0,60-1,20, ванадий 0,005-0,20, титан 0,005-0,15, алюминий 0,001-0,10, вольфрам менее 0,10, железо и примеси - остальное. Повышается жаропрочность аустенитного сплава. 1 пр.

 

Изобретение относится к металлургической отрасли промышленности, в частности к составам жаропрочных хромоникелевых сплавов аустенитного класса, и может найти широкое применение в процессе изготовления фасонных отливок для коллекторов и реакционных труб печей риформинга крупнотоннажных агрегатов аммиака, метанола и водорода с температурами эксплуатации до 1100°С и давлением до 6 МПа.

Наиболее распространенным методом изготовления реакционных труб является центробежное литье, предусматривающее последующую механическую обработку центробежнолитых заготовок по внутренней поверхности для удаления дефектов металлургического происхождения.

Срок службы центробежнолитых труб на агрегатах аммиака и метанола, работающих при температурах около 900°С и давлениях до 50 атмосфер, должен составлять не менее 100000 часов. После его истечения их необходимо заменять, так как прочность металла резко понижается, что зачастую приводит к аварийному разрушению трубы и выходу из строя всей технологической установки.

Снижение жаропрочности реакционных труб (способности материала противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах) специалисты увязывают с неоптимальным составом и недостаточно высокой однородностью размеров зерен кристаллической структуры используемых сплавов.

Известен жаропрочный сплав, описанный в RU №2194785, кл. C22C 30/00, включающий, мас.%: углерод 0,06-0,10, кремний 0,005-0,65; марганец 0,0005-0,74; хром 19,0-23,0; никель 30,0-34,0; титан 0,25-0,80; алюминий 0,0005-0,45, ванадий 0,0005-0,10; вольфрам 0,0006-0,10; железо - остальное. При этом содержание в нем примесей - серы, фосфора, свинца, олова, мышьяка, цинка, молибдена и меди - не должно превышать следующие значения, мас.%: сера - 0,02, фосфор - 0,03, свинец - 0,01, олово - 0,01, мышьяк - 0,01, цинк - 0,01, молибден - 0,5 и медь - 0,2.

К недостаткам указанного сплава следует отнести относительно невысокую температуру эксплуатации труб на его основе.

Известен жаропрочный сплав, описанный в RU №2149210, кл. C22C 38/50, 30/00 и включающий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, ванадий, титан, алюминий и железо при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод 0,08-0,14, кремний 0,0005-0,79, марганец 0,5005-1,21, хром 19-21, никель 31,0-34,0, ниобий 0,90-1,35, ванадий - 0,0005-0,20, титан 0,0005-0,10, алюминий 0,0005-0,10, железо - остальное.

Содержание в жаропрочном сплаве серы, фосфора, свинца, олова, мышьяка, цинка, молибдена и меди не должно превышать следующие значения, мас.%: сера 0,03, фосфор 0,03, свинец 0,01, олово 0,01, мышьяк 0,01, цинк 0,01, молибден 0,5 и медь 0,2.

Его существенным недостатком является тот факт, что реальная температура эксплуатации труб в печах риформинга в ряде случаев не обеспечивается величиной показателя жаропрочности.

Наиболее близким по технической сущности является жаропрочный сплав аустенитной структуры, приведенный в RU №2446223, кл. C22C 30/00; C22C 38/00; C22C 19/05 и включающий углерод, хром, никель, ниобий, церий, кремний, марганец, ванадий, титан, алюминий, вольфрам и железо при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод 0,05-0,10; хром 21-23; никель 30-33; ниобий 0,6-1,5; церий 0,06-0,12; кремний 0,01-0,95; марганец 0,001-0,55; ванадий - менее 0,10; титан - менее 0,10; алюминий 0,001-0,10, вольфрам - менее 0,10, железо и примеси - остальное, а содержание примесей - серы, фосфора, свинца, мышьяка, цинка, молибдена, кобальта и меди - не превышает следующих значений, мас.%: сера - 0,03; фосфор - 0,03; свинец - 0,01; олово + мышьяк + цинк + сурьма - 0,01; молибден - 0,20; медь - 0,10.

Указанный сплав обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, однако пониженное содержание хрома и отсутствие в нем некоторых редкоземельных элементов может негативно отразиться на жаропрочности реакционных труб при давлениях выше 6 МПа.

Технической задачей изобретения является оптимизация химического состава и структуры жаропрочного сплава с одновременным улучшением длительной прочности при высоких температурах.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в жаропрочном сплаве оптимизировано содержание ряда элементов и введены новые компоненты - цирконий и лантан.

Таким образом, сущностью предлагаемого технического решения является жаропрочный хромоникелевый сплав с аустенитной структурой, включающий углерод, хром, никель, железо, ниобий, церий, кремний, марганец, ванадий, титан, алюминий, вольфрам, серу, фосфор, свинец, олово, мышьяк, цинк, сурьму, молибден, медь и дополнительно цирконий и лантан при следующем содержании компонентов, % мас: углерод 0,05-0,10; хром 24-27; никель 33-35; ниобий 0,6-1,3; церий 0,005-0,10; цирконий 0,005-0,10; лантан - 0,005-0,10; кремний 0,81-1,50; марганец 0,60-1,20; ванадий 0,005-0,20; титан 0,005-0,15; алюминий 0,001-0,10, вольфрам - менее 0,10, железо и примеси - остальное, а содержание примесей - серы, фосфора, свинца, мышьяка, цинка, молибдена, кобальта и меди - не превышает следующих значений, мас.%: сера - 0,03; фосфор - 0,03; свинец - 0,01; олово + мышьяк + цинк + сурьма - 0,01; молибден - 0,20; медь - 0,10.

По сравнению с прототипом в нем также увеличено содержание марганца, никеля, способствующих повышению предела текучести металла.

Заявляемый сплав является чисто аустенитным, так как его структура хорошо сохраняется при нагревании. Он не упрочняется термообработкой, то есть не склонен к дисперсионному твердению, выплавляется только в индукционных печах с основной футеровкой и использованием преимущественно чистых шихтовых материалов. Отходы, обрезь и другие загрязненные материалы при выплавке заявленного сплава применяются в ограниченных количествах, не более 15% мас. Специфика плавления металла в индукционных печах за счет использования высокочастотного способа нагрева обеспечивает хорошее диспергирование компонентов сплава в процессе выплавки, а также позволяет получать сплав с низким содержанием газов и избежать науглероживания, как это происходит в электродуговой печи.

Заявляемый сплав является строго литейным и для него не требуется дополнительных мер по ограничению содержания вредных примесей, таких как сера и фосфор. В указанных количествах они позитивно влияют на обрабатываемость сплава резанием.

Изделия на основе заявляемого сплава получались методом центробежного литья трубных заготовок путем заливки расплавленного сплава во вращающийся кокиль с внутренним диаметром, равным наружному диаметру получаемой трубы с последующей механической расточкой внутренней поверхности без изменения структуры металла.

Пример

Основные результаты испытаний были получены при использовании сплава следующего состава, мас.%: углерод - 0,08; кремний - 0,90; марганец - 0,75; хром - 25,0; никель - 33,5; ниобий - 1,0; церий - 0,05; цирконий - 0,04; лантан - 0,08; ванадий - 0,04; титан - 0,10; алюминий - 0,02; вольфрам - 0,07, сера - 0,02; фосфор - 0,02; медь - 0,06; молибден - 0,08; железо - остальное.

Среднюю величину зерна определяли в окуляре металлографического микроскопа на матовом стекле (ГОСТ 5639 "Сталь. Методы выявления и определения величины зерна").

Экспериментально установлено, что средняя величина зерна у заявляемого сплава равна 255 мкм, то есть практически такая же, как у сплава-прототипа (254 мкм).

Однородность структуры оценивалась с помощью коэффициента неоднородности А, который определяется как отношение А=Rmax/Rmin, где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный линейные размеры зерен в структуре сплава соответственно. В известном сплаве-прототипе А=1,08-1,12, а для заявляемого сплава А=1,04-1,07, что свидетельствует о более высокой однородности его структуры.

Испытания на длительную прочность были проведены при температуре 960°С на образцах типа ДП-5 с рабочей частью ⌀5, длиной 25 мм с прямым нагружением образцов в соответствии с ГОСТ 10145. Полученные данные позволяют построить график зависимости времени до разрушения от уровня растягивающих механических напряжений.

Значение предела длительной прочности заявляемого сплава при температуре 960°С за 100000 час, найденные методом экстраполяции, оказались на 5% выше данных по жаропрочности сплава-прототипа (18,4 МПа и 17,5 МПа, соответственно). Это значит, что срок эксплуатации реакционных труб может быть также увеличен.

Из описания изобретения следует, что по заявленному техническому решению удается улучшить структуру и жаропрочность сплава, предназначенного для изготовления коллекторов и реакционных труб к печам риформинга.

Тем самым можно гарантировать более безопасную эксплуатацию фасонных отливок и реакционных труб при давлениях в них не менее 6 МПа и температурах до 1100°С.

Жаропрочный хромоникелевый сплав с аустенитной структурой, включающий углерод, хром, никель, железо, ниобий, церий, кремний, марганец, ванадий, титан, алюминий, вольфрам, серу, фосфор, свинец, олово, мышьяк, цинк, сурьму, молибден и медь, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий и лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%:

углерод 0,05-0,10
хром 24-27
никель 33-35
ниобий 0,6-1,3
церий 0,005-0,10
цирконий 0,005-0,10
лантан 0,005-0,10
кремний 0,81-1,50
марганец 0,60-1,20
ванадий 0,005-0,20
титан 0,005-0,15
алюминий 0,001-0,10
вольфрам менее 0,10
сера менее 0,03
фосфор менее 0,03
свинец менее 0,01
олово + мышьяк + цинк + сурьма менее 0,01
молибден менее 0,2
медь менее 0,1
железо остальное



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к термомеханической обработке монокристаллов ферромагнитного сплава нового состава Fe-Ni-Co-Al-Ti, и может быть использовано для создания исполнительных механизмов, датчиков, актюаторов, демпфирующих элементов.
Изобретение относится к металлургии, в частности к конструкционным материалам для ядерных энергетических установок и к материалам для свариваемых деталей и конструкций, работающих при повышенных температурах в высокоагрессивных средах.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для постоянных магнитов. Сплав для постоянных магнитов содержит, масс.%: кобальт 34,5-35,5, никель 14,0-14,5, медь 3,8-4,2, алюминий 7,0-7,5, титан 5,0-5,5, сера 0,15-0,25, олово 0,1-0,2, гафний 1,0-2,0, железо - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным, стойким к окислению сплавам, пригодным для сварки. Сплав содержит следующие компоненты, масс.%: 25-32 железа, 18-25 хрома, 3,0-4,5 алюминия, 0,2-0,6 титана, 0,2-0,4 кремния, 0,2-0,5 марганца, до 2,0 кобальта, до 0,5 молибдена, до 0,5 вольфрама, до 0,01 магния, до 0,25 углерода, до 0,025 циркония, до 0,01 иттрия, до 0,01 церия, до 0,01 лантана, никель и примеси - остальное.
Изобретение относится к металлургии, а именно к γ/γ'-суперсплавам на основе никеля. Сплав содержит, вес.%: вплоть до 20 суммы Со и Fe, между 17 и 21 Сr, между 0,5 и 3 суммы Мо и W, не более 2 Мо, между 4,8 и 6 Аl, между 1,5 и 5 Та, между 0,01 и 0,2 суммы С и В, между 0,01 и 0,2 Zr, между 0,05 и 1,5 Hf, между 0,05 и 1,0 Si, и между 0,01 и 0,5 суммы по меньшей мере двух элементов из актиноидов и редкоземельных металлов, таких как Sc, Y и лантаноиды, причем содержание каждого элемента составляет не более 0,3.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к твердому припою на железохромовой основе с превосходной характеристикой смачивания на материале на основе нержавеющей стали, причем твердый припой образует паяное соединение с высокой прочностью и хорошей коррозионной стойкостью.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным хромоникелевым сплавам с аустенитной структурой, и может быть использовано при изготовлении отливок для коллекторов и реакционных труб печей риформинга крупнотоннажных агрегатов аммиака и метанола с температурой эксплуатации до 1200°С и давлении до 50 атм.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к дисперсионно-твердеющим сплавам Ni-Fe-Cr, предназначенным для клапанов двигателей внутреннего сгорания. .
Сплав // 2475553
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов, которые могут быть использованы для изготовления монет. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к поршневому кольцу для двигателя внутреннего сгорания с покрытием, нанесенным термическим напылением порошка. Порошок для термического напыления включает твердые смазочные материалы и имеет следующее содержание элементов, мас.%: 15-30 железа, 15-30 вольфрама, 25-35 хрома, 10-35 никеля, 1-5 молибдена, 0,2-3 алюминия, 3-20 меди, 1-10 углерода, 0,1-2 серы, 0,1-2 кремния. Защитное покрытие, нанесенное термическим напылением на поршневое кольцо, характеризуется достаточной вязкостью разрушения при высоких усталостных характеристиках, повышенной износостойкостью, хорошей стойкостью к нагару и заеданию. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.
Изобретение относится к разработке прецизионных сплавов для микрометаллургических процессов, в том числе для получения функциональных покрытий, пленок, микропроводов, порошковых материалов, конструкционно-функциональные элементы из которых эффективно работают в жестких условиях эксплуатации, таких как негативное воздействие механических нагрузок, износа, химических реагентов, положительных и отрицательных температур. Сплав содержит, мас.%: никель 33,0-56,0, цирконий 3,0-5,0, хром 5,0-9,0, гафний 3,0-8,0, церий 0,2-2,0, лантан 0,5-1,5, иттрий 1,5-3,0, нитрид бора 0,6-1,2, медь - остальное, при этом размер частиц нитрида бора составляет 60-80 нм. Технический результат изобретения заключается в расширении диапазона рабочих температур, повышении адгезии до более 10 МПа и микротвердости до более 20 ГПа. 2 пр.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам сплавов, которые могут быть использованы в ювелирном деле. Ювелирный сплав содержит, мас.%: золото 58,3-58,5; цинк 0,4-0,5; медь 38,2-39,6; галлий 1,5-3,0. Изобретение направлено на расширение ассортимента ювелирных изделий и упрощение технологии их получения. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к эвтектическим композиционным материалам на основе ниобия, упрочненным силицидами ниобия, предназначенным для изготовления теплонагруженных изделий, и может быть использовано в авиационной и энергетической промышленности. Композиционный материал на основе ниобия, упрочненный силицидами ниобия, содержит, ат.%: кремний 15,0-17,0; титан 12,0-16,0; гафний 2,5-5,5; алюминий 2,0-4,0; хром 3,0-5,0; цирконий 4,0-6,0; молибден 8,0-12,0; иттрий 0,5-2,0; ниобий - остальное. Композиционный материал может содержать силицид ниобия Nb5Si3 и/или силицид ниобия Nb3Si. Материал характеризуется повышенными значениями кратковременной прочности. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к магнитному порошку системы Fe-Co-Ni. Магнитный наноструктурированный порошок частиц системы железо-кобальт-никель характеризуется тем, что каждая частица порошка содержит, мас.%: никель 10-20, кобальт 10-50, железо остальное, при этом состоит из нанокристаллитов размерами менее 20 нм, компактно сложенных в агрегаты размерами от 40 до 80 нм с образованием агломератов сферической формы с размерами от 100 до 200 нм. Порошок характеризуется высокими магнитными свойствами. 7 ил., 1 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к железо-хром-алюминиевому сплаву с высокой коррозионной стойкостью, низкой скоростью испарения хрома и высокой жаропрочностью, получаемому пирометаллургическим способом. Сплав содержит, мас.%: Al 2,0-4,5, Cr 12-25, W 1,0-4,0, Nb 0,25-2,0, Si 0,05-1,2, Mn 0,001-0,70, С 0,001-0,030, Mg 0,0001-0,05, Сa 0,0001-0,03, P 0,001-0,030, N не более 0,03, S не более 0,01, Y 0,01-0,10, Hf 0,01-0,10, Zr 0,01-0,10, Mo при условии, что Mo+W составляет 1,0-4,0, Ni не более 1,0, Co не более 1,0, Cu не более 0,5, V не более 0,1, O 0,001-0,010 и/или B 0,0001-0,008, Fe и примеси - остальное. Из сплава получают ленту толщиной 0,02-3 мм и проволоку диаметром 0,01-12 мм. Сплав характеризуется высокими характеристиками жаропрочности, ползучести и коррозионной стойкости. 7 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к суперсплавам на основе никеля, которые могут быть использованы в деталях газовой турбины. Суперсплав на основе никеля содержит, вес.%: C ≤0,1; Si ≤0,2; Mn ≤0,2; P ≤0,005; S ≤0,0015; Al 4,0-5,5; B ≤0,03; Co 5,0-9,0; Cr 18,0-22,0; Cu ≤0,1; Fe ≤0,5; Hf 0,9-1,3; Mg ≤0,002; Mo ≤0,5; N ≤0,0015; Nb ≤0,01; O ≤0,0015; Ta 4,8-5,2; Ti 0,8-2,0; W 1,8-2,5; Zr ≤0,01; Ni - остальное. Сплав характеризуется высокими показателями коррозионной стойкости и сопротивления ползучести. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочным инварным сплавам. Заявлен высокопрочный инварный сплав, содержащий, мас.%: никель от 25,0 до менее 38,0, кобальт 0,5÷20,0, углерод 0,05÷1,2, титан 0,05÷4,0, молибден 0,02÷6,0, ванадий 0,01÷4,0, ниобий 0,02÷5,0, вольфрам 0,02÷5,0, цирконий 0,01÷2,0, железо - остальное. Сплав характеризуется высокой прочностью, широким диапазоном температурного коэффициента линейного расширения, а также высокой добротностью при механических колебаниях в диапазоне температурного коэффициента линейного расширения (от 0,5 до 7)·10-6 К-1. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к никель-хром-железо-алюминиевому сплаву с высокими характеристиками коррозионной стойкости и высокотемпературной ползучести и может быть использован в качестве материала, используемого в печных конструкциях, а также в химической промышленности. Никель-хром-железо-алюминиевый сплав содержит, мас.%: от 12 до 28% хрома, от 1,8 до 3,0% алюминия, от 1,0 до 15% железа, от 0,01 до 0,5% кремния, от 0,005 до 0,5% марганца, от 0,01 до 0,20% иттрия, от 0,02 до 0,60% титана, от 0,01 до 0,2% циркония, от 0,0002 до 0,05% магния, от 0,0001 до 0,05% кальция, от 0,03 до 0,11% углерода, от 0,003 до 0,05% азота, от 0,0005 до 0,008% бора, от 0,0001 до 0,010% кислорода, от 0,001 до 0,030% фосфора, не более 0,010% серы, не более 0,5% молибдена, не более 0,5% вольфрама, остальное никель и обычные технологические примеси. Сплав характеризуется высокими характеристиками обрабатываемости, высокотемпературной прочности и ползучести, а также коррозионной стойкостью. 7 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным жаропрочным коррозионно-стойким сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления литьем сопловых лопаток газотурбинных установок, работающих в агрессивных средах при температурах 700-900°С. Жаропрочный сплав на основе никеля для литья сопловых лопаток с равноосной структурой газотурбинных установок содержит, мас.%: углерод 0,07-0,10; хром 21,0-21,7; кобальт 10,3-10,8; вольфрам 3,6-4,0; титан 3,6-3,9; алюминий 2,5-2,8; ниобий 0,15-0,3; бор 0,010-0,020; цирконий ≤ 0,03; иттрий ≤ 0,03; молибден 0,7-1,0; марганец ≤ 0,03 кремний ≤ 0,3; лантан ≤ 0,02; железо ≤ 0,5; медь ≤ 0,05; сера ≤ 0,005; фосфор ≤ 0,008; азот ≤ 15 ppm; кислород ≤ 20 ppm и никель - остальное. Суммарное содержание алюминия и титана составляет 6,1-6,7 мас.%, а отношение содержания титана к содержанию алюминия 1,3-1,4. Сплав характеризуется повышенной длительной прочностью при рабочих температурах 700-900°С в сочетании с высоким сопротивлением окислению и коррозионным воздействиям, а также повышенной структурной стабильностью на ресурс и улучшенными технологическими характеристиками. 2 табл.
Наверх