Жаропрочный сплав на основе никеля



Жаропрочный сплав на основе никеля
Жаропрочный сплав на основе никеля
Жаропрочный сплав на основе никеля

 


Владельцы патента RU 2555293:

НИППОН СТИЛ ЭНД СУМИТОМО МЕТАЛ КОРПОРЕЙШН (JP)

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на никелевой основе, имеющим высокие значения горячей обрабатываемости, ударной вязкости и пластичности после долговременного использования. Жаропрочный сплав на Ni-основе состоит из, % по массе: С≤0,15, Si≤2, Mn≤3%, Р≤0,03, S≤0,01, Cr 15 или более и менее 28, Mo от 3 до 15, Со более 5 и не более 25, Al от 0,2 до 2, Ti от 0,2 до 3, Nd от f1 до 0,08 и О≤0,4Nd. При этом нижний предел содержания Nd определен следующим выражением f1=1,7×10-5d+0,05{(Al/26,98)+(Ti/47,88)}, где d - средний размер зерна, мкм, и каждый символ элемента означает содержание в % по массе. Сплав характеризуется повышенной пластичностью после долговременной эксплуатации при высоких температурах, при этом может быть предотвращено SR-растрескивание. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к жаропрочному сплаву на Ni-основе. Более конкретно, изобретение относится к высокопрочному жаропрочному сплаву на Ni-основе, имеющему превосходные горячую обрабатываемость и ударную вязкость, и пластичность после долговременного использования, который применяют в качестве материала для труб, толстой пластины для деталей, имеющих термостойкость и сопротивление давлению, пруткового материала, кованых изделий, и тому подобных, в энергетических котлах, на предприятиях химической промышленности, и тому подобных.

Уровень техники

[0002] В недавние годы в мире сооружены несколько новых котлов с суперсверхкритическими параметрами пара, которые работают при повышенных температуре и давлении для достижения высокой производительности.

[0003] Более конкретно, в некоторых проектах температура пара, которая до сих пор составляла около 600°С, дополнительно повышена до 650°С или выше, и далее до 700°С или выше. Это обосновывается тем фактом, что энергосбережение, эффективное использование ресурсов и сокращение выбросов газообразного СО2 для сохранения окружающей среды представляют собой сложные задачи для разрешения энергетических проблем и составляют важную часть политики развития промышленности. В случае энергетических котлов, в которых сжигают ископаемое топливо, и реакторов для химической промышленности, предпочтительными являются высокопроизводительные котлы и реакторы с суперсверхкритическими параметрами пара.

[0004] Такие высокие температура и давление пара также повышают температуру трубы пароперегревателя в котле, трубы реактора для химической промышленности, и толстой пластины и кованого изделия, используемых в качестве детали, имеющей термостойкость и сопротивление давлению, до 700°С или выше во время реальной эксплуатации. Поэтому сплав, применяемый в неблагоприятных условиях окружающей среды в течение длительного периода времени, должен иметь превосходные характеристики не только в отношении высокотемпературной прочности и высокотемпературной коррозионной стойкости, но также долговременную стабильность микроструктуры металла, растяжимость при разрушении вследствие ползучести, и стойкость к совместному действию ползучести и усталости.

[0005] Кроме того, в ходе проведения работ по техническому обслуживанию, таких как ремонт после долговременной эксплуатации, подвергшийся старению в течение длительного времени материал необходимо вырезать, подвергнуть обработке или наплавке, и поэтому в недавние годы возникла настоятельная необходимость не только в характеристиках нового материала, но и в доброкачественности старого материала.

[0006] Для соответствия жестким требованиям сплав на Fe-основе, такой как аустенитная нержавеющая сталь, проявляет недостаточное сопротивление разрушению при ползучести. Поэтому неизбежным оказывается применение сплава на Ni-основе, в котором используется выделение γ'-фазы или тому подобной.

[0007] Соответственно этому, Патентные Документы 1-8 раскрывают сплавы на Ni-основе, которые содержат Mo и/или W, для достижения твердорастворного упрочнения, и содержат Al и Ti для использования дисперсионного упрочнения γ'-фазой, которая представляет собой интерметаллическое соединение, или чтобы специально использовать дисперсионное упрочнение посредством Ni3(Al, Ti), для применения в вышеописанной неблагоприятной высокотемпературной окружающей среде.

[0008] В сплавах, представленных в Патентных Документах 4-6, вследствие содержания 28% или более Cr, также выделяется и содействует упрочнению большое количество α-Cr-фазы, имеющей объемно-центрированную кубическую структуру (bcc) кристаллической решетки.

Список цитированной литературы

Патентный Документ

[0009]

Патентный Документ 1 JP51-84726A

Патентный Документ 2 JP51-84727A

Патентный Документ 3 JP7-150277A

Патентный Документ 4 JP7-216511A

Патентный Документ 5 JP8-127848A

Патентный Документ 6 JP8-218140A

Патентный Документ 7 JP9-157779A

Патентный Документ 8 JP2002-518599A

Сущность изобретения

Техническая проблема

[0010] Сплавы на Ni-основе, раскрытые в Патентных Документах 1-8, имеют более низкую пластичность, чем пластичность общеупотребительной аустенитной стали, поскольку выделяется γ'-фаза, или выделяются γ'-фаза и α-Cr-фаза, и могут претерпевать изменения с течением времени, в особенности когда используются в течение длительного периода времени, так что пластичность и ударная вязкость их в значительной степени снижаются по сравнению с новым материалом.

[0011] При периодическом обследовании после долговременной эксплуатации и при работах по техническому обслуживанию, выполняемых вследствие аварии или неисправности во время эксплуатации, дефектный материал должен быть частично вырезан и заменен новым материалом, и в этом случае новый материал должен быть приварен к старому материалу, используемому непрерывно. Кроме того, в зависимости от ситуации, должна быть выполнена работа для частичного изгибания.

[0012] Однако, патентные Документы 1-8 не раскрывают мер противодействия для ограничения повреждений материала, вызванных длительной эксплуатацией. То есть в Патентных Документах 1-8 не проведены исследования того, как ограничить долговременное старение, и как обеспечить надежный и безотказный материал в современной крупногабаритной установке, эксплуатируемой в среде с высокими температурой и давлением, который бывшая установка не имела.

[0013] Настоящее изобретение было выполнено с учетом этих обстоятельств, и соответственно этому, его целью является создание жаропрочного сплава на Ni-основе, в котором сопротивление разрушению при ползучести повышено путем твердорастворного упрочнения и дисперсионного упрочнения γ'-фазой, достигается существенное улучшение пластичности после долговременной эксплуатации при высоких температурах и может быть предотвращено межзеренное растрескивание для снятия напряжений (SR-растрескивание), которое создает проблему при ремонтной сварке и тому подобном.

Разрешение проблемы

[0014] Авторы настоящего изобретения изучили повышение пластичности после долговременной эксплуатации при высоких температурах и предотвращение SR-растрескивания сплава на Ni-основе с использованием дисперсионного упрочнения γ'-фазой (далее называемого «γ'-упрочненным сплавом на Ni-основе»). В результате авторы настоящего изобретения получили важные сведения, указанные в следующем пункте (а).

[0015] (а) Для повышения пластичности после долговременной эксплуатации при высоких температурах и предотвращения SR-растрескивания γ'-упрочненного сплава на Ni-основе является действенным содержание неодима (Nd).

В результате проведенных дополнительно разнообразных экспериментов авторы настоящего изобретения получили сведения как совокупность следующих фактов (b)-(е).

[0016] (b) Важными показателями повышения пластичности и предотвращения SR-растрескивания являются средний размер зерна и степень внутризеренного упрочнения.

[0017] (с) Степень внутризеренного упрочнения может быть количественно задана уровнями содержания Al, Ti и Nb, которые представляют собой стабилизирующие γ'-фазу элементы, и формируют γ'-фазу вместе с Ni.

[0018] (d) Минимальное необходимое количество Nd, содержащегося для повышения пластичности и предотвращения SR-растрескивания, варьирует соответственно среднему размеру зерна и степени внутризеренного упрочнения.

[0019] (е) Чтобы обеспечить количество Nd, эффективное для содействия повышению пластичности и предотвращению SR-растрескивания, необходимо строго регулировать содержание кислорода соответственно содержанию Nd.

[0020] Настоящее изобретение было выполнено на основе вышеописанных обнаруженных фактов, и его сущность заключается в жаропрочном сплаве на Ni-основе, описываемом в нижеследующих пунктах (1)-(3).

[0021] (1) Жаропрочный сплав на Ni-основе, состоящий, в процентах по массе, из С: 0,15% или менее, Si: 2% или менее, Mn: 3% или менее, Р: 0,03% или менее, S: 0,01% или менее, Cr: 15% или более, и менее 28%, Mo: от 3 до 15%, Со: более 5% и не более 25%, Al: от 0,2 до 2%, Ti: от 0,2 до 3%, Nd: от f1 до 0,08%, и О: 0,4Nd или менее, причем остальное количество составляют Ni и примеси, причем f1 имеет отношение к нижеследующей формуле, и в формуле «d» означает средний размер зерна (мкм), и каждый символ элемента означает содержание (% по массе) этого элемента, и, подобным образом, Nd в 0,4Nd означает содержание (% по массе) Nd.

f1=1,7×10-5d+0,05{(Al/26,98)+(Ti/47,88)}.

[0022] (2) Жаропрочный сплав на Ni-основе, состоящий, в процентах по массе, из С: 0,15% или менее, Si: 2% или менее, Mn: 3% или менее, Р: 0,03% или менее, S: 0,01% или менее, Cr: 15% или более, и менее 28%, Mo: от 3 до 15%, Со: более 5% и не более 25%, Al: от 0,2 до 2%, Ti: от 0,2 до 3%, Nd: от f2 до 0,08%, и О: 0,4Nd или менее, дополнительно содержащий по меньшей мере один элемент из Nb: 3,0% или менее, и W: менее 4%, причем Mo+(W/2): 15% или менее, причем остальное количество составляют Ni и примеси, причем f2 имеет отношение к нижеследующей формуле, и в формуле «d» означает средний размер зерна (мкм), и каждый символ элемента означает содержание (% по массе) этого элемента, и, подобным образом, каждый символ элемента в 0,4Nd и Mo+(W/2) также означает содержание (% по массе) Nd.

f2=1,7×10-5d+0,05{(Al/26,98)+(Ti/47,88)+(Nb/92,91)}.

[0023] (3) Жаропрочный сплав на Ni-основе, описанный в вышеуказанном пункте (1) или (2), причем сплав содержит один или более видов элементов, выбранных из следующих групп от <1> до <4>, вместо части Ni:

<1> В: 0,01% или менее, Zr: 0,2% или менее, и Hf: 1% или менее,

<2> Mg: 0,05% или менее, Са: 0,05% или менее, Y: 0,5% или менее, La: 0,5% или менее, и Се: 0,5% или менее,

<3> Та: 8% или менее, и Re: 8% или менее,

<4> Fe: 15% или менее.

[0024] «Примеси» в выражении «Ni и примеси» остального количества означает загрязняющие примеси, примешанные из руды или скрапа, использованных в качестве сырьевого материала, из производственной среды при изготовлении, и тому подобного, когда жаропрочный сплав изготавливают на промышленной основе.

Преимущественные результаты изобретения

[0025] Жаропрочный сплав на Ni-основе согласно настоящему изобретению представляет собой сплав, в котором достигается существенное повышение пластичности после долговременной эксплуатации при высоких температурах, и, кроме того, может быть предотвращено SR-растрескивание, которое создает проблему при ремонтной сварке и тому подобном. Поэтому жаропрочный сплав на Ni-основе может быть надлежащим образом использован в качестве материала для труб, толстой пластины для деталей, имеющих термостойкость и сопротивление давлению, пруткового материала, кованых изделий и тому подобных, в энергетических котлах, на предприятиях химической промышленности и тому подобных.

Описание вариантов осуществления изобретения

[0026] Обоснование ограничения химического состава жаропрочного сплава на Ni-основе в настоящем изобретении является таким, как описано ниже. В нижеследующем описании символ «%», представляющий содержание каждого элемента, означает «% по массе».

[0027] С: 0,15% или менее

С (углерод) представляет собой элемент, эффективный для обеспечения предела прочности при растяжении и предела ползучести, в результате образования карбидов, которые необходимы, когда материал используют в высокотемпературной среде, и поэтому он соответственно содержится согласно настоящему изобретению. Однако если содержание С превышает 0,15%, возрастает количество карбидов, которые не образуют твердый раствор, будучи в растворенном состоянии, так что углерод (С) не только не содействует повышению высокотемпературной прочности, но также С ухудшает механические характеристики, такие как ударная вязкость и свариваемость. Поэтому содержание С устанавливали на 0,15% или менее. Содержание С предпочтительно составляет 0,1% или менее.

[0028] Для достижения эффекта от добавления углерода (С) нижний предел содержания С предпочтительно составляет 0,005%, и более предпочтительно 0,01%. Еще более предпочтительно нижний предел содержания С составляет 0,02%.

[0029] Si: 2% или менее

Si (кремний) добавляют в качестве раскислителя. Если содержание Si превышает 2%, снижаются свариваемость и горячая обрабатываемость. Кроме того, стимулируется образование фазы интерметаллического соединения, такой как σ-фаза и тому подобная, так что снижаются ударная вязкость и пластичность вследствие ухудшения структурной стабильности при высоких температурах. Поэтому содержание Si регулируют на 2% или менее. Содержание Si предпочтительно составляет 1,0% или менее, более предпочтительно 0,8% или менее.

[0030] Для достижения эффекта от добавления Si нижний предел содержания Si предпочтительно составляет 0,05%, более предпочтительно 0,1%.

[0031] Mn: 3% или менее

Mn (марганец) проявляет раскисляющее действие, подобно Si, и также является эффективным в плане улучшения горячей обрабатываемости благодаря связыванию серы (S), которая содержится как загрязняющая примесь в сплаве, с образованием сульфида. Однако, если содержание Mn повышается, стимулируется формирование оксидной пленки типа шпинели, и ухудшается устойчивость к окислению при высоких температурах. Поэтому содержание Mn составляет 3% или менее. Содержание Mn предпочтительно составляет 2,0% или менее, более предпочтительно 1,0% или менее.

[0032] Для достижения эффекта от добавления Mn нижний предел содержания Mn предпочтительно устанавливают на 0,05%, и более предпочтительно регулируют на 0,08%. Еще более предпочтительно нижний предел содержания Mn составляет 0,1%.

[0033] Р: 0,03% или менее

Р (фосфор) содержится в сплаве в качестве загрязняющей примеси и заметно снижает свариваемость и горячую обрабатываемость, если содержится в больших количествах. Поэтому содержание Р регулировали на 0,03% или менее. Содержание Р следует делать настолько низким, насколько возможно, и предпочтительно оно составляет 0,02% или менее, более предпочтительно 0,015% или менее.

[0034] S: 0,01% или менее

S (сера), подобно фосфору, содержится в сплаве в качестве загрязняющей примеси и заметно снижает свариваемость и горячую обрабатываемость, если содержится в больших количествах. Поэтому содержание S регулировали на 0,01% или менее.

[0035] В случае, если особое значение придают горячей обрабатываемости, содержание S предпочтительно составляет 0,005% или менее, более предпочтительно 0,003% или менее.

[0036] Cr: не менее 15% и менее 28%

Cr (хром) представляет собой важный элемент для достижения эффекта улучшения коррозионной стойкости до превосходной степени, такой как устойчивость к окислению, устойчивость к оксидированию в атмосфере паров воды и высокотемпературная коррозионная стойкость. Однако если содержание Cr составляет менее 15%, желательный эффект не может быть достигнут. С другой стороны, если содержание Cr превышает 28%, микроструктура становится нестабильной, приводя к ухудшению горячей обрабатываемости, выделению σ-фазы и тому подобному. Поэтому содержание Cr устанавливали на 15% или более, и менее 28%. Нижний предел содержания Cr предпочтительно составляет 18%. Кроме того, верхний предел содержания Cr предпочтительно составляет 26%, более предпочтительно 25%.

[0037] Mo: от 3 до 15%

Mo (молибден) растворяется в исходной фазе и проявляет действие, состоящее в повышении сопротивления разрушению при ползучести и снижении коэффициента линейного расширения. Для достижения этих эффектов должны содержаться 3% или более Mn. Однако, если содержание Mn превышает 15%, снижается горячая обрабатываемость и структурная стабильность. Поэтому содержание Mn устанавливают на величину от 3 до 15%.

[0038] В дополнение к Mo в вышеописанном диапазоне содержания, может содержаться W в описываемом далее количестве. Однако в этом случае содержание Mo должно быть таким, чтобы сумма содержания Mo и половины содержания W, т.е. [Mo+(W/2)], составляла 15% или менее.

[0039] Предпочтительный нижний предел содержания Mo составляет 4%, и предпочтительный верхний предел его составляет 14%. Более предпочтительно, нижний предел содержания Mo составляет 5%, и верхний предел его более предпочтительно составляет 13%.

[0040] Со: более 5% и не более 25%

Со (кобальт) растворяется в исходной фазе и повышает сопротивление разрушению при ползучести. Кроме того, Со также проявляет эффект дополнительного улучшения сопротивления разрушению при ползучести в результате увеличения степени выделения γ'-фазы, в особенности в диапазоне температур от 750°С или выше. Для достижения этих эффектов Со должен содержаться в количестве более 5%. Однако, если содержание Со превышает 25%, снижается горячая обрабатываемость. Поэтому содержание Со регулируют на величину более 5% и не более 25%.

[0041] В случае, если важным является баланс между горячей обрабатываемостью и сопротивлением разрушению при ползучести, предпочтительный нижний предел содержания Со составляет 7%, и предпочтительный верхний предел его составляет 23%. Более предпочтительный нижний предел содержания Со составляет 10%, и верхний предел его более предпочтительно составляет 22%.

[0042] В случае, если особое значение придают сопротивлению разрушению при ползучести, в особенности в диапазоне температур 750°С или выше, Со предпочтительно содержится в количестве 17% или более, и еще более предпочтительно, когда содержатся более 20% кобальта.

[0043] Al: от 0,2 до 2%

Al (алюминий) является важным элементом в сплаве на Ni-основе, который выделяет γ'-фазу (Ni3Al), интерметаллическое соединение, и значительно повышает сопротивление разрушению при ползучести. Для достижения этого эффекта Al должен содержаться в количестве 0,2% или более. Однако, если содержание Al превышает 2%, снижается горячая обрабатываемость, и становятся затруднительными горячая штамповка и изготовление труб в горячем состоянии. Поэтому содержание Al устанавливали на величину от 0,2 до 2% или менее. Предпочтительный нижний предел содержания Al составляет 0,8%, и предпочтительный верхний предел его составляет 1,8%. Более предпочтительный нижний предел содержания Al составляет 0,9%, и верхний предел его более предпочтительно составляет 1,7%.

[0044] Ti: от 0,2 до 3%

Ti (титан) является важным элементом в сплаве на Ni-основе, который формирует γ'-фазу (Ni3(Al,Ti)), которая представляет собой интерметаллическое соединение, вместе с Al, и значительно повышает сопротивление разрушению при ползучести. Для достижения этого эффекта титан должен содержаться в количестве 0,2% или более. Однако если содержание Ti превышает 3%, снижается горячая обрабатываемость, и становятся затруднительными горячая штамповка и изготовление труб в горячем состоянии. Поэтому содержание Ti регулировали на величину от 0,2 до 3%. Предпочтительный нижний предел содержания Ti составляет 0,3%, и предпочтительный верхний предел его составляет 2,8%. Более предпочтительный нижний предел содержания Ti составляет 0,4%, и верхний предел его более предпочтительно составляет 2,6%.

[0045] Nd: от f1 до 0,08% (когда Nb не содержится), или от f2 до 0,08% (когда Nb содержится)

Nd (неодим) представляет собой важный элемент, характеризующий жаропрочный сплав на Ni-основе в соответствии с настоящим изобретением. То есть Nd является важным элементом, который очень эффективен в улучшении пластичности после долговременной эксплуатации при высоких температурах и предотвращении SR-растрескивания упрочненного γ'-фазой сплава на Ni-основе. Для достижения этих эффектов, Nd в количестве f1 или большем, причем значение f1 представлено описанной ниже формулой с учетом среднего размера «d» зерна (мкм) и содержания (% по массе) Al и Ti, должен содержаться в случае, если жаропрочный сплав на Ni-основе не содержит Nb, и также Nd в количестве f2 или большем, причем значение f2 представлено описанной ниже формулой с учетом среднего размера «d» зерна (мкм) и содержания (% по массе) Al, Ti и Nb, должен содержаться в случае, если жаропрочный сплав на Ni-основе содержит Nb.

f1=1,7×10-5d+0,05{(Al/26,98)+(Ti/47,88)},

f2=1,7×10-5d+0,05{(Al/26,98)+(Ti/47,88)+(Nb/92,91)}.

[0046] На повышение пластичности и предотвращение SR-растрескивания также влияют средний размер зерна и степень внутризеренного упрочнения. Степень внутризеренного упрочнения зависит от количеств Al, Ti и Nb, которые представляют собой стабилизирующие γ'-фазу элементы и образуют γ'-фазу вместе с Ni. Поэтому минимальное необходимое количество Nd, которое должно содержаться для улучшения пластичности и предотвращения SR-растрескивания, варьирует соответственно среднему размеру зерна и степени внутризеренного упрочнения.

[0047] С другой стороны, если содержание Nd является чрезмерным и превышает 0,8%, снижается горячая обрабатываемость и ухудшается пластичность вследствие включений. Поэтому содержание Nd устанавливали на значение от f1 до 0,08% (когда Nb не содержится) или на значение от f2 до 0,08% (когда Nb содержится).

[0048] Как правило, Nd также содержится в мишметалле. Поэтому Nd в вышеописанном количестве может содержаться, будучи добавленным в форме мишметалла.

[0049] О: 0,4Nd или менее

О (кислород) содержится в сплаве как загрязняющая примесь и снижает горячую обрабатываемость и пластичность. Более того, в случае настоящего изобретения, когда содержится Nd, кислород (О) легко соединяется с Nd с образованием оксидов, и нежелательно сокращает вышеописанное действие неодима (Nd), состоящее в повышении пластичности после долговременной эксплуатации при высоких температурах и предотвращении SR-растрескивания. Поэтому содержанию О устанавливают верхний предел, и содержание О регулировали на значение 0,4Nd или менее, то есть 0,4, или меньше доли содержания Nd. Содержание О предпочтительно делают столь низким, насколько возможно.

[0050] Один из жаропрочных сплавов на Ni-основе согласно настоящему изобретению состоит из вышеописанных элементов от С до О, причем остальное количество составляют Ni и примеси.

[0051] Ниже разъясняется Ni в остальном количестве жаропрочного сплава на Ni-основе согласно настоящему изобретению.

[0052] Ni (никель) представляет собой элемент для стабилизации аустенитной структуры и является элементом, важным также для обеспечения коррозионной стойкости. В настоящем изобретении содержание Ni не требует конкретного определения, и получается как содержание после вычитания доли загрязняющих примесей из остаточного количества. Однако содержание Ni в остаточном количестве предпочтительно превышает 50%, и более предпочтительно превышает 60%.

[0053] Как уже было описано, термин «примеси» означает загрязняющие примеси, занесенные из руды и скрапа, использованных в качестве сырьевого материала, из производственной среды при изготовлении и тому подобных источников, когда жаропрочный сплав изготавливают в промышленном масштабе.

[0054] Еще один из жаропрочных сплавов на Ni-основе согласно настоящему изобретению дополнительно содержит элементы одного или более видов из Nb, W, В, Zr, Hf, Mg, Са, Y, La, Се, Та, Re и Fe, в дополнение к вышеописанным элементам.

[0055] Ниже разъясняются технологические преимущества этих необязательных элементов и обоснования для ограничения уровней их содержания.

[0056] Как Nb, так и W действуют как повышающие предел ползучести. Поэтому эти элементы могут присутствовать.

[0057] Nb: 3,0% или менее

Назначением Nb (ниобия) является повышение предела ползучести. То есть Nb формирует γ'-фазу, которая представляет собой интерметаллическое соединение, вместе с Al и Ti, и действует как фактор повышения предела ползучести. Поэтому ниобий может содержаться. Однако, если содержание Nb возрастает и превышает 3,0%, снижаются горячая обрабатываемость и ударная вязкость. Поэтому содержание Nb в то время, когда он присутствует, устанавливали на 3,0% или менее. Содержание Nb, когда он содержится, предпочтительно составляет 2,5% или менее.

[0058] С другой стороны, для достижения эффекта от добавления Nb, содержание Nb предпочтительно составляет 0,05% или более, более предпочтительно 0,1% или более.

[0059] W: менее 4% (однако Mo+(W/2): 15% или менее)

W (вольфрам) проявляет действие, состоящее в повышении предела ползучести. То есть W растворяется в исходной фазе и действует как фактор повышения предела ползучести в качестве упрочняющего твердый раствор элемента. Поэтому W может содержаться. Однако, если содержание W увеличивается до 4% или более, снижается горячая обрабатываемость. Кроме того, настоящим изобретением предусматривается содержание Mo. Если Mo и W содержатся совокупно в таком количестве, что сумма содержания Mo и половины содержания W, то есть [Mo+(W/2)], составляет более 15%, в значительной степени снижается горячая обрабатываемость. Поэтому содержание W, когда он содержится, регулировали на величину менее 4%, и дополнительно устанавливали так, что [Mo+(W/2)] составляет 15% или менее. Содержание вольфрама в то время, когда он присутствует, предпочтительно составляет 3,5% или менее.

[0060] С другой стороны, для достижения стабильного эффекта от добавления W, содержание W предпочтительно составляет 1% или более, более предпочтительно 1,5% или более.

[0061] Описанные выше Nb и W могут содержаться либо как только в виде одного элемента, либо совокупно в двух видах. Общее количество этих элементов, содержащихся совместно, предпочтительно составляет 6% или менее.

[0062] Любой из элементов В, Zr и Hf, относящихся к группе <1>, действует как фактор повышения предела ползучести. Поэтому эти элементы могут содержаться.

[0063] В: 0,01% или менее

В (бор) проявляет действие, состоящее в повышении предела прочности при ползучести. Бор (В) также действует как фактор улучшения высокотемпературной прочности. То есть В присутствует на границах зерен в виде простого вещества и проявляет действие, состоящее в ограничении межзеренного проскальзывания, обусловленное зернограничным упрочнением во время эксплуатации при высоких температурах. Кроме того, В присутствует в карбонитридах совместно с С и N, и проявляет действие, состоящее в повышении предела прочности при ползучести вследствие ускорения выделения тонкодисперсных фаз карбонитридов, и также действует как фактор повышения высокотемпературной прочности. Поэтому бор (В) может содержаться. Однако, если содержание В возрастает и превышает 0,01%, ухудшается свариваемость. Поэтому содержание В, когда он присутствует, устанавливали на 0,01% или менее. Верхний предел содержания В, когда он содержится, предпочтительно составляет 0,008%, более предпочтительно 0,006%.

[0064] С другой стороны, для стабильного достижения эффекта от добавления бора (В) нижний предел содержания В предпочтительно составляет 0,0005%, и более предпочтительно 0,001%.

[0065] Zr: 0,2% или менее

Zr (цирконий) представляет собой элемент для зернограничного упрочнения и действует как фактор повышения предела ползучести. Zr также проявляет действие, состоящее в улучшении пластичности при разрушении. Поэтому Zr может содержаться. Однако, если содержание Zr повышается и превышает 0,2%, снижается горячая обрабатываемость. Поэтому содержание Zr, когда он присутствует, устанавливали на 0,2% или менее. Содержание Zr, когда он содержится, предпочтительно составляет 0,1% или менее, более предпочтительно 0,05% или менее.

[0066] С другой стороны, для надежного достижения эффектов от добавления Zr, содержание Zr предпочтительно составляет 0,005% или более, и более предпочтительно 0,01% или более.

[0067] Hf: 1% или менее

Hf (гафний) главным образом содействует зернограничному упрочнению и проявляет действие, состоящее в повышении предела прочности при ползучести. Поэтому Hf может содержаться. Однако, если содержание Hf превышает 1%, ухудшаются обрабатываемость и свариваемость. Поэтому содержание Hf, когда он присутствует, устанавливали на 1% или менее. Содержание Hf, когда он содержится, предпочтительно составляет 0,8% или менее, более предпочтительно 0,5% или менее.

[0068] С другой стороны, для стабильного достижения эффектов от добавления Hf, содержание Hf предпочтительно составляет 0,005% или более, и более предпочтительно 0,01% или более. Содержание Hf еще более предпочтительно составляет 0,02% или более.

[0069] Описанные выше В, Zr и Hf могут содержаться либо только как элемент одного вида, либо совместно как элементы двух или более видов. Общее содержание этих элементов, содержащихся совместно, предпочтительно составляет 0,8% или менее.

[0070] Любой из элементов Mg, Са, Y, La и Се, относящихся к группе <2>, связывает серу (S) в виде сульфида, и проявляет действие, состоящее в улучшении горячей обрабатываемости. Поэтому эти элементы могут содержаться.

[0071] Mg: 0,05% или менее

Mg (магний) связывает серу (S), которая затрудняет горячую обрабатываемость, с образованием сульфида, и действует как фактор улучшения горячей обрабатываемости. Поэтому Mg может содержаться. Однако, если содержание Mg превышает 0,05%, ухудшается чистота, и до некоторой степени ухудшаются горячая обрабатываемость и пластичность. Поэтому содержание Mg, когда он присутствует, устанавливали на 0,05% или менее. Содержание Mg, когда он содержится, предпочтительно составляет 0,02% или менее, более предпочтительно 0,01% или менее.

[0072] С другой стороны, для стабильного достижения эффекта от добавления Mg, содержание Mg предпочтительно составляет 0,0005% или более, и более предпочтительно 0,001% или более.

[0073] Са: 0,05% или менее

Са (кальций) связывает серу (S), которая снижает горячую обрабатываемость, с образованием сульфида, и действует как фактор улучшения горячей обрабатываемости. Поэтому Са может содержаться. Однако, если содержание Са превышает 0,05%, ухудшается чистота, и до некоторой степени ухудшаются горячая обрабатываемость и пластичность. Поэтому содержание Са, когда он присутствует, регулировали на 0,05% или менее. Содержание Са, когда он содержится, предпочтительно составляет 0,02% или менее, более предпочтительно 0,01% или менее.

[0074] С другой стороны, для надежного достижения эффекта от добавления Са, содержание Са предпочтительно составляет 0,0005% или более, и более предпочтительно 0,001% или более.

[0075] Y: 0,5% или менее

Y (иттрий) связывает серу (S) в виде сульфида, и действует как фактор улучшения горячей обрабатываемости. Кроме того, Y проявляет действие, состоящее в усилении адгезии защитной пленки из Cr2O3 к поверхности сплава, и в особенности действует как фактор повышения устойчивости к окислению во время повторяющегося окисления. Кроме того, Y содействует зернограничному упрочнению, и также проявляет действие, состоящее в повышении предела текучести и растяжимости при разрушении вследствие ползучести. Поэтому Y может содержаться. Однако, если содержание Y возрастает и превышает 0,5%, увеличивается число таких включений, как оксиды, и поэтому ухудшаются обрабатываемость и свариваемость. Поэтому содержание Y во время, когда он присутствует, устанавливали на 0,5% или менее. Содержание Y, когда он содержится, предпочтительно составляет 0,3% или менее, более предпочтительно 0,15% или менее.

[0076] С другой стороны, для надежного достижения эффектов от добавления Y, содержание Y предпочтительно составляет 0,0005% или более, более предпочтительно 0,001% или более. Содержание Y еще более предпочтительно составляет 0,002% или более.

[0077] La: 0,5% или менее

La (лантан) связывает серу (S) в виде сульфида и действует как фактор улучшения горячей обрабатываемости. Кроме того, La проявляет действие, состоящее в усилении адгезии защитной пленки из Cr2O3 к поверхности сплава, и в особенности действует как фактор повышения устойчивости к окислению во время повторяющегося окисления. Кроме того, La содействует зернограничному упрочнению и также проявляет действие, состоящее в повышении предела текучести и растяжимости при разрушении вследствие ползучести. Поэтому La может содержаться. Однако, если содержание La превышает 0,5%, увеличивается число таких включений, как оксиды, и поэтому ухудшаются обрабатываемость и свариваемость. Поэтому содержание La во время, когда он присутствует, устанавливали на 0,5% или менее. Содержание La, когда он содержится, предпочтительно составляет 0,3% или менее, более предпочтительно 0,15% или менее.

[0078] С другой стороны, для надежного достижения эффектов от добавления La, содержание La предпочтительно составляет 0,0005% или более, более предпочтительно 0,001% или более. Содержание La еще более предпочтительно составляет 0,002% или более.

[0079] Се: 0,5% или менее

Се (церий) связывает серу (S) с образованием сульфида и действует как фактор улучшения горячей обрабатываемости. Кроме того, Се проявляет действие, состоящее в усилении адгезии защитной пленки из Cr2O3 к поверхности сплава, и в особенности действует как фактор повышения устойчивости к окислению во время повторяющегося окисления. Кроме того, Се содействует зернограничному упрочнению и также проявляет действие, состоящее в повышении предела текучести и растяжимости при разрушении вследствие ползучести. Поэтому Се может содержаться. Однако, если содержание Се повышается и превышает 0,5%, растет число таких включений, как оксиды, и поэтому ухудшаются обрабатываемость и свариваемость. Поэтому содержание Се во время, когда он присутствует, регулировали на 0,5% или менее. Содержание Се, когда он содержится, предпочтительно составляет 0,3% или менее, более предпочтительно 0,15% или менее.

[0080] С другой стороны, для стабильного достижения эффектов от добавления Се, содержание Се предпочтительно составляет 0,0005% или более, более предпочтительно 0,001% или более. Содержание Се еще более предпочтительно составляет 0,002% или более.

[0081] Описанные выше Mg, Са, Y, La и Се могут содержаться либо как только элемент одного вида, либо совокупно как элементы двух или более видов. Общее количество этих элементов, содержащихся совместно, предпочтительно составляет 0,5% или менее.

[0082] Как Та, так и Re из группы <3> действуют как элементы, улучшающие высокотемпературную прочность и предел ползучести, будучи элементами для упрочнения твердого раствора. Поэтому эти элементы могут присутствовать.

[0083] Та: 8% или менее

Та (тантал) образует карбонитриды и действует как фактор повышения высокотемпературной прочности и предела ползучести, поскольку представляет собой упрочняющий твердый раствор элемент. Поэтому Та может содержаться. Однако, если содержание Та превышает 8%, ухудшаются обрабатываемость и механические характеристики. Поэтому содержание Та во время, когда он присутствует, устанавливали на 8% или менее. Содержание Та, когда он содержится, предпочтительно составляет 7% или менее, более предпочтительно 6% или менее.

[0084] С другой стороны, для надежного достижения эффекта от добавления Та, содержание Та предпочтительно составляет 0,01% или более, более предпочтительно 0,1% или более. Еще более предпочтительно, содержание Та составляет 0,5% или более.

[0085] Re: 8% или менее

Re (рений) проявляет действие, состоящее в повышении высокотемпературной прочности и предела ползучести, главным образом будучи упрочняющим твердый раствор элементом. Поэтому Re может присутствовать. Однако, если содержание Re возрастает и превышает 8%, ухудшаются обрабатываемость и механические характеристики. Поэтому содержание Re во время, когда он присутствует, устанавливали на 8% или менее. Содержание Re, когда он содержится, предпочтительно составляет 7% или менее, более предпочтительно 6% или менее.

[0086] С другой стороны, для стабильного достижения эффекта от добавления Re, содержание Re предпочтительно составляет 0,01% или более, более предпочтительно 0,1% или более. Еще более предпочтительно, содержание Re составляет 0,5% или более.

[0087] Описанные выше Та и Re могут содержаться либо как только элемент одного вида, либо совместно в двух видах. Общее содержание этих элементов, присутствующих совместно, предпочтительно составляет 8% или менее.

[0088] Fe: 15% или менее

Fe (железо) проявляет действие, состоящее в улучшении горячей обрабатываемости сплава на Ni-основе. Поэтому Fe может присутствовать. В реальном производственном процессе, даже если содержание Fe не предусматривается, от около 0,5 до 1% Fe иногда содержатся в качестве примеси вследствие загрязнения от стенки печи, обусловленного плавлением сплава на основе Fe. В случае, если содержится Fe, если содержание Fe превышает 15%, ухудшаются устойчивость к окислению и структурная стабильность. Поэтому содержание Fe регулируют на 15% или менее. В случае, если особое значение уделяют устойчивости к окислению, содержание Fe предпочтительно составляет 10% или менее.

[0089] Для достижения эффекта от присутствия Fe, нижний предел содержания Fe предпочтительно устанавливают на 1,5%, и более предпочтительно регулируют на 2,0%. Еще более предпочтительно, нижний предел содержания Fe составляет 2,5%.

[0090] Ниже настоящее изобретение разъясняется более конкретно на примерах, однако настоящее изобретение не ограничивается этими примерами.

Примеры

[0091] Сплавы 1-14 и А-G на Ni-основе, имеющие показанные в Таблице 1 химические составы, были выплавлены с использованием высокочастотной вакуумной печи для получения 30-килограммовых слитков.

[0092]

[0093] Слиток, полученный, как описано выше, нагрели до температуры 1160°С и после этого подвергли горячей ковке с образованием пластинчатого материала с толщиной 15 мм так, что температура конечной обработки составляла 1000°С.

[0094] Затем пластинчатый материал с толщиной 15 мм подвергли термической обработке для смягчающего отпуска при температуре 1100°С и холодной прокатке до толщины 10 мм, и далее выдержали при температуре 1180°С в течение 30 минут, и после этого охладили водой.

[0095] С использованием части пластинчатого материала с толщиной 10 мм, который был выдержан при температуре 1180°С в течение 30 минут и охлажден водой, испытательный образец, который был вырезан и заключен в оболочку из смолы таким образом, чтобы продольное направление прокатки представлялось наблюдаемой поверхностью, отполировали до зеркального блеска, и после этого протравили смесью кислот, или реагентом Каллинга, и провели обследование с помощью оптического микроскопа. При наблюдении в оптический микроскоп выполнили фотографирование при 100-кратном увеличении в пяти полях зрения, измерили среднюю секущую длину зерна методом подсчета пересечений зерен с использованием секущих линий в целом по четырем направлениям каждого поля зрения, продольной (перпендикулярно направлению прокатки), поперечной (параллельно направлению прокатки) и диагональной линии, и средний размер «d» зерна (мкм) определили умножением средней секущей длины зерна на коэффициент 1,128.

[0096] С использованием среднего размера «d» зерна (мкм), определенного, как описано выше, рассчитали значения

f1=1,7×10-5d+0,05{(Al/26,98)+(Ti/47,88)}

или

f2=1,7×10-5d+0,05{(Al/26,98)+(Ti/47,88)+(Nb/92,91)},

и вывели взаимозависимость между содержанием Nd в каждом сплаве и значением нижнего предела содержания Nd, как определено в настоящем изобретении.

[0097] Для каждого сплава Таблица 2 обобщенно приводит результат расчета f1 или f2, вместе со средним размером «d» зерна (мкм). Кроме того, Таблица 2 дополнительно приводит величины содержания Nd, Al, Ti и Nb, указанные в Таблице 1.

[0098]

[0099] Из Таблицы 2 было обнаружено, что уровни содержания Nd только в сплаве В и сплаве С были ниже, чем значение нижнего предела содержания Nd, определенного в настоящем изобретении.

[0100] Поэтому было показано, что из сплавов, приведенных в Таблице 1, в целом семь сплавов, то есть сплавы В и С, в дополнение к сплавам А и D-G, представляли собой сплавы, имеющие химический состав, отклоняющийся от определенных в настоящем изобретении условий.

[0101] С другой стороны, было выявлено, что сплавы 1-14 были сплавами, имеющими химический состав в пределах диапазона, определенного в настоящем изобретении.

[0102] Затем с использованием остальной части пластинчатого материала с толщиной 10 мм, который был выдержан при температуре 1180°С в течение 30 минут и был охлажден водой, из центральной части по направлению толщины приготовили на станке образец в виде круглого стержня для испытания на растяжение, имеющий диаметр 6 мм и рабочую длину 30 мм, параллельно продольному направлению, и провели испытание на разрушение при ползучести и испытание на растяжение при высокой температуре, при очень низкой скорости деформации, с использованием этого образца в виде круглого стержня для испытания на растяжение.

[0103] Испытание на разрушение при ползучести было проведено при приложении начального напряжения 300 МПа к имеющему вышеописанную форму образцу в виде круглого стержня для испытания на растяжение при температуре 700°С, для измерения времени до разрушения и относительного удлинения при разрушении.

[0104] Кроме того, с использованием имеющего вышеописанную форму образца в виде круглого стержня для испытания на растяжение было проведено испытание на растяжение при температуре 700°С и при очень низкой скорости деформации 10-6/сек для измерения сокращения площади поперечного сечения при разрыве.

[0105] Скорость деформации 10-6/сек является такой очень низкой скоростью деформации, что она составляет от 1/100 до 1/1000 скорости деформации в обычном испытании на растяжение при высокой температуре. Поэтому измерением сокращения площади поперечного сечения при разрыве в тот момент, когда испытание на растяжение проводят при этой очень низкой скорости деформации, можно сделать относительный вывод о чувствительности к предотвращению SR-растрескивания.

[0106] Более конкретно, в случае, где является большим сокращение площади поперечного сечения при разрыве во время, когда испытание на растяжение проводят при вышеописанной очень низкой скорости деформации, можно сделать вывод, что чувствительность к предотвращению SR-растрескивания мала, и велик эффект предотвращения SR-растрескивания.

[0107] Таблица 3 обобщает результаты испытаний.

[0108]

[0109] Таблица 3 показывает, что в случае испытаний №№ 1-14 в примерных вариантах осуществления настоящего изобретения с использованием сплавов 1-14, имеющих химический состав в пределах определенного в настоящем изобретении диапазона, являются хорошими все показатели из времени до разрушения при ползучести, растяжимости при разрушении вследствие ползучести, и сокращения площади поперечного сечения при разрыве в испытании на растяжение при очень низкой скорости деформации (то есть эффекты предотвращения SR-растрескивания).

[0110] Напротив, в случае испытаний №№ 15-21 в сравнительных примерах с использованием сплавов А-G, имеющих химический состав, отклоняющийся от определенного в настоящем изобретении условия, в сравнении с ситуацией с испытаниями №№ 1-14 примерных вариантов осуществления настоящего изобретения, все характеристики из времени до разрушения при ползучести, растяжимости при разрушении вследствие ползучести, и сокращения площади поперечного сечения при разрыве в испытании на растяжение при очень низкой скорости деформации (то есть эффекты предотвращения SR-растрескивания), являются плохими.

[0111] То есть в случае испытаний №№ 15, 16 и 18, хотя каждый из сплавов А, В и D имеет химический состав, почти эквивалентный составу сплава 2, использованного в испытании № 2, за исключением того, что не содержится Nd, или содержание Nd выходит за пределы определенного в настоящем изобретении диапазона, являются плохими все показатели из времени до разрушения при ползучести, растяжимости при разрушении вследствие ползучести, и сокращения площади поперечного сечения при разрыве в испытании на растяжение при очень низкой скорости деформации (то есть эффекты предотвращения SR-растрескивания).

[0112] В случае испытаний №№ 17 и 19, хотя каждый из сплавов С и Е имеет химический состав, почти эквивалентный составу сплава 7, использованного в испытании № 7, за исключением того, что содержание Nd выходит за пределы определенного в настоящем изобретении диапазона, являются плохими все характеристики из времени до разрушения при ползучести, растяжимости при разрушении вследствие ползучести, и сокращения площади поперечного сечения при разрыве в испытании на растяжение при очень низкой скорости деформации (то есть эффекты предотвращения SR-растрескивания).

[0113] В случае испытания № 20, хотя сплав F имеет химический состав, почти эквивалентный составу сплава 2, использованного в испытании № 2, за исключением того, что содержание О выходит за пределы определенного в настоящем изобретении диапазона, являются плохими все показатели из времени до разрушения при ползучести, растяжимости при разрушении вследствие ползучести, и сокращения площади поперечного сечения при разрыве в испытании на растяжение при очень низкой скорости деформации (то есть эффекты предотвращения SR-растрескивания).

[0114] В случае испытания № 21, хотя сплав G имеет химический состав, почти эквивалентный составу сплава 7, использованного в испытании № 7, за исключением того, что содержание О выходит за пределы определенного в настоящем изобретении диапазона, являются плохими все показатели из времени до разрушения при ползучести, растяжимости при разрушении вследствие ползучести, и сокращения площади поперечного сечения при разрыве ползучести и сокращения площади поперечного сечения при разрыве в испытании на растяжение при очень низкой скорости деформации (то есть эффекты предотвращения SR-растрескивания).

Промышленная применимость

[0115] Жаропрочный сплав на Ni-основе согласно настоящему изобретению представляет собой сплав, в котором может быть достигнуто существенное повышение пластичности после долговременной эксплуатации при высоких температурах, и, кроме того, может быть предотвращено SR-растрескивание, которое составляет проблему при ремонтной сварке и тому подобном. Поэтому жаропрочный сплав на Ni-основе может быть надлежащим образом использован в качестве материала для труб, толстой пластины для деталей, имеющих термостойкость и сопротивление давлению, пруткового материала, кованых изделий и тому подобных, в энергетических котлах, на предприятиях химической промышленности и тому подобных.

1. Жаропрочный сплав на Ni-основе, состоящий, в % по массе, из С: 0,15 или менее, Si: 2 или менее, Mn: 3 или менее, Р: 0,03 или менее, S: 0,01 или менее, Cr: 15 или более и менее 28, Mo: от 3 до 15, Со: более 5 и не более 25, Al: от 0,2 до 2, Ti: от 0,2 до 3, Nd: от f1 до 0,08 и О: 0,4Nd или менее, причем остальное количество составляют Ni и примеси, при этом нижний предел содержания Nd f1 определен нижеприведенным выражением:
f1=1,7×10-5d+0,05{(Al/26,98)+(Ti/47,88)},
где d - средний размер зерна, мкм,
каждый символ элемента означает содержание этого элемента, % по массе,
и, подобным образом, Nd в 0,4Nd означает содержание Nd в % по массе.

2. Жаропрочный сплав на Ni-основе, состоящий, в % по массе, из С: 0,15 или менее, Si: 2 или менее, Mn: 3 или менее, Р: 0,03 или менее, S: 0,01 или менее, Cr: 15 или более и менее 28, Mo: от 3 до 15, Со: более 5 и не более 25, Al: от 0,2 до 2, Ti: от 0,2 до 3, Nd: от f2 до 0,08 и О: 0,4Nd или менее, дополнительно содержащий по меньшей мере один элемент из Nb: 3,0 или менее и W: менее 4, причем Mo+(W/2): 15 или менее, причем остальное количество составляют Ni и примеси, при этом нижний предел содержания Nd f2 определен нижеприведенным выражением:
f2=1,7×10-5d+0,05{(Al/26,98)+(Ti/47,88)+(Nb/92,91)},
где d - средний размер зерна, мкм,
каждый символ элемента означает содержание этого элемента, % по массе и, подобным образом, каждый символ элемента в 0,4Nd и Mo+(W/2) также означает содержание в % по массе.

3. Жаропрочный сплав по п. 1 или 2, причем сплав содержит один или более элементов, выбранных из следующих групп от <1> до <4>, вместо части Ni:
<1> В: 0,01 или менее, Zr: 0,2 или менее, и Hf: 1 или менее,
<2> Mg: 0,05 или менее, Са: 0,05 или менее, Y: 0,5 или менее, La: 0,5 или менее и Се: 0,5 или менее,
<3> Та: 8 или менее и Re: 8 или менее,
<4> Fe: 15 или менее.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к металлургии жаропрочных сплавов для сварочной проволоки и может быть использовано для сварки деталей из высоконикелевых сплавов высокотемпературных установок с температурой эксплуатации до 950оC.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к стойким к окислению сплавам на основе никеля. Стойкий к окислению сплав никеля содержит, мас.%: 4-7 Cr, 4-5 Si, 0,1-0,2 Y, 0,1-0,2 Mg, 0,1-0,2 Hf, Ni и неизбежные примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам для защитного покрытия конструктивного элемента газовой турбины от коррозии и/или окисления. Защитное покрытие для защиты конструктивного элемента газовой или паровой турбины от коррозии и/или окисления, в частности, при высоких температурах, выполненное в виде одиночного металлического слоя из сплава, содержащего, вес.%: 24-26 кобальта, 12-14 хрома, 10-12 алюминия, 0,2-0,5 по меньшей мере одного элемента из группы, включающей в себя скандий и редкоземельные элементы, никель - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля для изготовления механических компонентов турбомашин. Суперсплав на основе никеля для механических компонентов турбомашин содержит, мас.%: хром - от 3 до 7, вольфрам - от 3 до 15, тантал - от 4 до 6, алюминий - от 4 до 8, углерод менее 0,8, никель и примеси - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, предназначенным для элементов, используемых в атомной энергетике, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, работающих при высоких температурах.

Изобретение относится к области металлургии, в частности, к дисперсионно-упрочненным жаропрочным сплавам на основе никеля и может быть использовано в качестве материала для трубчатой оболочки тепловыделяющего элемента реакторов на быстрых нейтронах.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным жаропрочным коррозионно-стойким сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления литьем деталей горячего тракта газотурбинных установок, работающих в агрессивных средах при температурах 700-900°C.

Изобретение относится к металлургии, к коррозионно-стойким жаропрочным сплавам на основе никеля и может быть использовано для изготовления деталей горячего тракта газотурбинных установок, работающих в агрессивных средах.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным коррозионностойким жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления литьем деталей горячего тракта газотурбинных установок (ГТУ), работающих в агрессивных средах природного газа при температурах 600-890°C.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Сплав, мас.%: хром - 4,0-6,0; кобальт - 8,0-11,0; молибден - 2,5-3,5; вольфрам - 6,0-8,0; алюминий - 5,4-6,2; углерод 0,05-0,16; бор - 0,008-0,04; цирконий - 0,01-0,05; титан - 0,5-2,5; церий - 0,002-0,02; иттрий - 0,001-0,01; лантан - 0,002-0,02; рений - 1,0-2,0; тантал - 4,0-6,0; никель - остальное.

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Выпускной клапан (1) предназначен для использования в двигателе внутреннего сгорания. Выпускной клапан (1) содержит стержень (14) и клапанный диск (11) на нижнем конце стержня (14). Клапанный диск (11) на своей верхней поверхности имеет посадочную фаску (10). Клапанный диск (11) выполнен из основного материала, посадочная фаска состоит из материала посадочной фаски, который отличается от основного материала. Материал посадочной фаски представляет собой сплав на основе никеля. Сплав, с указанием состава в процентах по весу и без учета обычных примесей и неизбежных остаточных количеств компонентов раскислителей, включает по меньшей мере от 34,0 до 44,0% Cr, совокупное количество Nb и Та в диапазоне по меньшей мере от 2,8 до 6,1%, от 0,3 до 2,0% Ti, не более 0,2% Al, не более 0,04% В, не более 0,8% Fe, не более 0,04% С, не более 0,4% Si и остальное количество Ni, где количество Ti+Nb+0,5×Ta варьирует в диапазоне от 3,4 до 6,6%, при этом количество Nb+0,5×Ta составляет менее 3,0%, если количество Ti составляет свыше 1,5%. Раскрыт способ изготовления выпускного клапана. Технический результат заключается в улучшении механических свойств клапана в сочетании с повышением устойчивости к высокотемпературной коррозии. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 табл., 7 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к припоям на основе никеля, которые могут использоваться при изготовлении паяных деталей горячего тракта турбин газотурбинных двигателей. Припой на основе никеля содержит, мас.%: хром 8,0-15,0; бор 2,0-3,5; алюминий 3,0-5,0; ниобий 3,0-5,0; кобальт 12,0-17,5; титан 1,5-3,7; никель - остальное. Припой может быть использован для пайки деформируемых и интерметаллидных никелевых жаропрочных сплавов с температурой пайки не выше 1220°C, при этом обеспечивается прочность паяных соединений на уровне 0,8 от прочности соединяемых материалов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к прецизионным сплавам на основе системы никель-хром, работающих в широком диапазоне температур и предназначенных для реализации микрометаллургических процессов получения функциональных покрытий на основе порошковых материалов и литых микропроводов с высокой микротвердостью. Сплав системы никель-хром содержит, мас. %: Cr 12,0-18,0, Mn 7,0-10,5, Sn 2,0-3,0, Si 1,0-1,5, W 0,8-2,5, Re 0,9-1,8, Се 0,2-0,6, La 0,1-0,5, Y 0,3-0,7, Ni остальное. Сплав получен при введении марганца, кремния и олова в виде интерметаллидов Mn2Si и Mn2Sn, причем соотношение марганца и кремния в интерметаллиде Mn2Si составляет 5:1. Изобретение позволяет получать порошковые композиции, функциональные покрытия, микропровода с более высокой микротвердостью. 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления рабочих лопаток газотурбинных установок. Шихтовая заготовка содержит, мас.%: углерод 0,07-0,12, хром 12,9-13,5, кобальт 5,3-5,9, вольфрам 6,7-7,3, молибден 0,8-1,2, алюминий 3,2-3,5, титан 4,4-4,7, бор 0,010-0,015, медь ≤0,04, сера ≤0,005, фосфор ≤0,005, азот ≤15 ppm, кислород ≤15 ppm, кальций 0,00-0,02, магний 0,00-0,02, марганец 0,01-0,3, по меньшей мере два элемента, выбранные из группы: железо, кремний и барий, ≤0,2 каждого и по меньшей мере два элемента, выбранные из группы: иттрий, лантан, неодим, самарий, 0,005-0,05 каждого, никель - остальное. Обеспечивается повышение структурной однородности и длительной прочности лопаток с равноосной структурой, полученных литьем с использованием шихтовой заготовки, повышение сопротивления окислению и коррозионным воздействиям, повышение структурной стабильности на ресурс, повышение прочности и пластичности. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к защитному покрытию для защиты конструкционной детали от коррозии и/или окисления. Безрениевый сплав на основе никеля, обладающий стойкостью к коррозии и/или окислению, содержит, в вес.%: кобальт 24-26, хром 12-15, алюминий 10,5-11,5, по меньшей мере один элемент из скандия и/или редкоземельных элементов, в частности иттрий, 0,1-0,7, тантал 0,1-3, необязательно кремний 0,05-0,6, никель - остальное. Защитное покрытие выполнено из заявленного сплава. Конструкционная деталь, в частности, конструкционная деталь (120, 130, 155) газовой турбины (100), содержащая подложку (4) из сплава на основе никеля или на основе кобальта, защитное покрытие и керамический термобарьерный слой (10), причем упомянутый керамический термобарьерный слой (10) нанесен, в частности, на защитное покрытие (7). Защитное покрытие имеет высокую устойчивость к высокотемпературной коррозии и окислению, имеет долговременную стабильность. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения композиционного материала на основе никеля включает перемешивание порошков для приготовления матрицы материала и дисперсного порошка оксида металла, механическое легирование полученной смеси, компактирование и прокатку полученного сплава. Порошки перемешивают с получением смеси, содержащей оксид металла с его объемным содержанием 1-3,5 %, 7,5-8,5 мас. % алюминия, 4-5 мас. % хрома, 2-2,5 мас. % вольфрама, 2,5-3,5 мас. % кобальта, 0,8-1,5 мас. % титана, Ni - остальное. Механическое легирование проводят в высокоэнергетической установке для размола и смешивания в защитной атмосфере в течение 40-60 часов. Компактирование проводят методом горячей экструзии при температуре 1100-1250°C и с коэффициентом вытяжки 11-16. Полученный сплав в виде прутков экструдата прокатывают вдоль направления экструзии при температуре 950-1150°C и коэффициенте деформации 15-20% за один проход. Обеспечивается получение композиционного материала на основе никелевой матрицы, упрочненного оксидом алюминия, с прочностью на растяжение при комнатной температуре не менее 900 МПа и плотностью ≤8,0 г/см3. 3 з.п. ф-лы, 3 пр.

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным коррозионностойким жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано для изготовления литьем деталей горячего тракта газотурбинных установок, работающих в агрессивных средах при температурах 700-920°C, а также для ремонта дефектов поверхности изделия, возникающих в результате литья или эксплуатации. Сплав на основе никеля для изготовления и ремонта лопаток газотурбинных установок содержит, мас. %: углерод 0,04-0,06, хром 13,5-14,1, кобальт 14,9-15,5, вольфрам 1,7-2,1, молибден 1,8-2,2, алюминий 2,6-2,8, гафний 0,1-0,2, церий 0,02±0,005, иттрий 0,02±0,005, кремний 0,1±0,03, бор 0,01±0,002, цирконий 0,05±0,01, титан 5,55-6,05, ниобий 0,1-0,2, марганец 0,07-0,13 и никель остальное. Сплав характеризуется повышенными характеристиками длительной прочности, сопротивления окислению и коррозии. Обеспечиваются повышенная структурная стабильность на ресурс, стабильность технологических характеристик сплава и ремонтного покрытия. 4 табл.

Изобретение относится к металлургии. Литая рабочая лопатка с монокристаллической структурой содержит перо, полку замка и замковую часть и состоит из двух фрагментов, соединенных зоной сплавления. Зона сплавления двух фрагментов высотой 5-30 мм размещена между полкой замка и замковой частью лопатки. Один фрагмент - замковая часть - выполнен из сплава с повышенной кратковременной прочностью, а другой фрагмент - перо лопатки и полка замка - из сплава с повышенной жаропрочностью. Разница температур полного растворения упрочняющей γ′- фазы двух жаропрочных сплавов TSOLγ′ составляет не более 20°C, а разница плотностей сплавов ~8%. Жаропрочный сплав на основе никеля для изготовления замковой части рабочей лопатки по изобретению содержит, мас. %: углерод 0,001-0,12; хром 6,5-9,8; кобальт 4,0-7,2; молибден 1,6-3,7; вольфрам 2,0-4,2; титан 3,0-4,5; алюминий 4,8-6,2; ниобий 0,08-0,22; марганец 0,002-0,12; кремний 0,005-0,2; никель остальное. Способ термообработки литой лопатки включает гомогенизирующий отжиг при температуре 1250±10°C в течение 2-3 часов с последующим охлаждением со скоростью 25-40°C/мин до температуры 690-710°C, последующий нагрев лопатки до температуры старения, выдержку в течение 16-24 часов и охлаждение со скоростью 20-40°C/мин до температуры 500°C, выдержку в течение 5-30 мин и охлаждение на воздухе. Обеспечивается повышение прочностных характеристик лопатки и надежности работы турбины. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к суперсплавам на основе никеля, которые могут быть использованы при сварке. Сплав на основе никеля содержит, вес.%: С 0,13-0,2, Cr 13,5-14,5, Со 9,0-10,0, Мо 1,5-2,4, W 3,4-4,0, Ti 4,6-5,0, Al 2,6-3,0, В 0,005-0,008, при необходимости Nb макс. 0,1, Та макс. 0,1, Zr макс. 0,05, в частности по меньшей мере 0,02, Hf макс. 0,1, Si макс.0,1, Mn макс. 0,1, и примеси, в частности Р, Fe, S, V, Cu, Pb, Bi, Se, Те, Tl, Mg, N, Ag, Ni - остальное. Предотвращается появление горячих трещин при сварке. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

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.
Наверх