КОРРОЗИОННОСТОЙКИЙ СПЛАВ Российский патент 2018 года по МПК C22C19/05 

Описание патента на изобретение RU2672647C1

Изобретение относится к металлургии, к сплавам на никелевой основе, предназначенным для эксплуатации в агрессивных окислительных средах.

Известен коррозионностойкий сплав Nicrofer 6616 hMo сплав С-4 (№2.4610), содержащий мас. %: 14,5-17,5 Cr, 14,0-17,0 Mo, ≤3,0 Fe, ≤0,009 С, ≤1,0 Mn, ≤0,05 Si, ≤2,0 Со, ≤0,7 Ti, ≤0,020 Р, ≤0,010 S, никель и неизбежные примеси остальное (Справочник «Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы», М., Прометей-Сплав, 2008 г., стр.. 304-306).

Сплав применяется для изготовления оборудования, эксплуатируемого в широком диапазоне химических сред, при комнатной и повышенной температурах. В частности - для адсорберов при десульфурации дымовых газов; ванн травления и установок регенерации кислот; установок для производства уксусной кислоты и агрохимикатов.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является сплав ХН65МВУ(ЭП760) содержащий, мас. %: ≤0,02 С, ≤0,1 Si, ≤1,0 Mn, 14,5-16,5 Cr, 15,0-17,0 Мо, 3,0-4,5 W, ≤0,5 Fe, ≤0,012 S, ≤0,015 Р, никель и неизбежные примеси остальное (ГОСТ 5632-2014 - прототип).

Сплав применяется для изготовления сварных конструкций (колонны, теплообменники, реакторы), работающих при повышенных температурах в агрессивных средах окислительно-восстановительного характера, в химической, нефтехимической промышленности (производство уксусной кислоты, эпоксидных смол, винилацетата, меламина, сложных органических соединений) и других отраслях в интервале температур от -70 до 500°С.

Сплав марки ХН65МВУ и его сварные соединения могут применяться в средах KCl-AlCl3-ZrCl4 только до 500°С, т.к. при температуре выше указанного значения у сплава помимо межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания происходит резкое снижение относительного удлинения с 48% до 7,3-13% при 550°С и до 2,5% при 625°С и проявляется охрупчивание металла при приложении деформации.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание сплава обладающего высоким уровнем коррозионных свойств при температуре до Т=650°С в рабочих средах хлоридных установок (KCl-AlCl3-ZrCl4).

Технический результат изобретения заключается в получении сплава с повышенным уровнем пластических свойств при эксплуатации в диапазоне температур от 550°С до 625°С и повышенной стойкостью против коррозионного растрескивания в расплавах хлоридов КCl, АlCl3+(ZrCl4HfCl4), при температуре до 650°С.

Указанный технический результат достигается тем, что сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, фосфор, серу, железо, никель и неизбежные примеси, согласно изобретению дополнительно содержит титан, алюминий, ниобий, магний в следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углерод ≤0,006 Кремний ≤0,1 Марганец ≤1,0 Хром 22,8-24,0 Железо ≤0,75 Молибден 12,0-14,0 Ниобий 0,01-0,03 Титан 0,01-0,06 Алюминий 0,1-0,2 Магний 0,005-0,01 Фосфор ≤0,015 Сера ≤0,012 Никель и неизбежные примеси остальное

Для получения стабильной структуры и пластических свойств предпочтительно, чтобы содержание хрома, молибдена и железа было связано соотношением:

(отношение суммарного массового процентного содержания хрома и молибдена к процентному содержанию железа не менее 46,4)

Для получения стабильной структуры и высоких коррозионных свойств предпочтительно, чтобы содержание ниобия и углерода было связано соотношением:

(отношение массового процентного содержания ниобия к массовому процентному содержанию углерода не менее 1,66).

Оптимально, чтобы содержание хрома, молибдена, железа, ниобия и углерода было связано соотношениями:

при

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый сплав отличается от известного пониженным содержанием углерода (≤0,006% вместо ≤0,02), молибдена (12,0-14,0% вместо 15,0-17,0%), повышенным содержанием хрома (23,0-24,0% вместо 14,5-16,5%), железа (≤0,75% вместо ≤0,5%) не содержит вольфрам, а также - дополнительным введением таких элементов, как ниобий в количестве 0,01-0,03%, титан в количестве 0,01-0,06%, алюминий в количестве 0,1-0,2% и магний в количестве 0,005-0,01%.

При этом в частных случаях осуществления изобретения выполняются заявленные соотношения элементов:

или

или при

Пределы содержания легирующих элементов в заявляемом сплаве установлены в результате исследования свойств сплавов с различными вариантами состава.

Превышение содержания углерода более 0,006% приводит к снижению коррозионной стойкости в растворах солей циркония и гафния за счет увеличения процесса карбидообразования при высоких температурах (появления нежелательных карбидных фаз).

Содержание хрома установлено 22,8-24,0% для обеспечения требуемой жаростойкости в средах оксидов гафния и циркония. При введении в сплав хрома менее 22,8% не обеспечивается требуемая жаростойкость, а превышение содержания свыше 24,0% ухудшает жаропрочность сплава.

Введение молибдена в никелевые сплавы повышает температуру рекристаллизации твердых растворов, тормозит их разупрочнение, повышает жаропрочность и приводит к увеличению пластичности при кратковременных и длительных испытаниях.

Диапазон содержания молибдена 12,0-14,0% выбран для обеспечения требуемых механических свойств как при кратковременных, так и при длительных нагрузках и высоких температурах. При введении менее 12,0% молибдена не обеспечиваются требования по механическим свойством. При содержании свыше 14,0% происходит уменьшение пластичности и соответственно ухудшение технологичности сплава при металлургических переделах.

Ниобий в количестве 0,01-0,03%, связывает остаточный углерод и азот в карбиды, нитриды и карбонитриды, препятствует образованию по границам зерен карбидов и карбонитридов хрома. Добавка ниобия в количестве, в 6-10 раз превышающем содержание углерода в сплаве, устраняет межкристаллитную коррозию сплавов и предохраняет сварные швы от разрушения. При содержании ниобия менее 0,01% его взаимодействие с остаточным углеродом малоэффективно, а содержание ниобия свыше 0,03% не рационально для карбидообразования.

Превышение содержания кремния свыше 0,1% негативно сказывается на технологичности сплава, а также приводит к охрупчиванию сплава из-за увеличения содержания в нем включений силикатов кремния.

Повышение содержания марганца более 1,0% приводит к появлению легкоплавкой эвтектики, которая приводит к разрушению слитка при обработке давлением и снижает жаропрочность сплава, а также приводит к снижению стойкости против локальной коррозии.

Никель устойчив в НСl даже при температуре кипения. Однако, в присутствии хлоридов, ионов Fe(III) и других окислителей коррозия никеля и никельхром молибденовых сплавов усиливается, с этим связано ограничение содержания железа не более 0,75%.

Введение титана в количестве 0,01-0,06% повышает коррозионную стойкость в расплавах солей циркония и гафния, связывает остаточный углерод в карбиды и приводит к образованию достаточного количества интерметаллида типа Ni3Ti, который при температуре эксплуатации 500-700°С положительно влияет на жаропрочность сплава. При содержании титана менее 0,01% не обеспечиваются требования по коррозионной стойкости, а превышение содержания титана выше 0,06% приводит к снижению технологичности сплава и образованию нежелательных фаз в силу реакционной способности титана.

Алюминий и магний в количестве 0,1-0,2% и 0,005-0,01% вводятся в сплав для выведения остаточного кислорода, а также, что касается алюминия, для образования интерметаллида типа Ni3Al, который положительно влияет на жаропрочность сплава. При введении данных элементов в количествах, менее указанных, не достигается необходимое удаление остаточного кислорода. При превышении содержания данных элементов происходит образование грубых неметаллических включений.

При превышении содержания серы более 0,012% и фосфора более 0,015% происходит образование грубых неметаллических включений, которые отрицательно влияют на пластичность сплава.

В условии при уменьшении отношения ниже 46,4 структура сплава становится менее стабильной (происходит выделение сигма-фазы), что оказывает негативное влияние на пластические характеристики и коррозионную стойкость.

В условии при отношении менее 1,66 происходит снижение коррозионной стойкости сплава.

Предлагаемые соотношения элементов в сплаве были найдены экспериментальным путем и являются оптимальными, поскольку позволяют получить заявленный комплексный технический результат. При нарушении соотношений элементов ухудшаются свойства сплава, наблюдается их нестабильность и комплексный эффект не достигается.

Примеры реализации изобретения.

Слитки сплавов выплавляли в вакуумных индукционных печах. Контроль изменения пластических свойств исследуемых сплавов под воздействием температур 550°С и 625°С после длительных выдержек в печи более 1000 ч. проводили методом изгиба образцов до угла 90 градусов и более по ГОСТ 14019-2003. Промышленные испытания сплавов на стойкость против коррозионного растрескивания проводили в расплавах хлоридов КСl, АlСl3+(ZrCl4 HfCl4)

В таблице 1 приведен химический состав слитков сплавов с различными вариантами состава, а также сплава-прототипа. В таблице 2 приведены результаты определения пластических свойств сплавов, указанных в таблице 1, путем изгиба на угол 90 градусов по ГОСТ 14019-2003. В таблице 3 представлены результаты промышленных испытаний сплавов, указанных в таблице 1, на стойкость против коррозионного растрескивания в расплавах хлоридов КСl, АlСl3+(ZrCl4 HfCl4), 100 ч., при Т=650°С.

Как видно из таблиц 1, 2 пластические свойства при 550 и 625°С сплава, удовлетворяющего заявляемому составу (сплавы 1, 2), выше свойств сплава - прототипа, сплав 3, не удовлетворяющий заявляемому составу, имеет более низкие пластические характеристики, чем сплавы 1, 2, что приводит к образованию трещин в результате испытаний на изгиб по ГОСТ 14019-2003.

Как видно из таблицы 3, скорость коррозии сплавов (сплавов 1, 2), удовлетворяющих заявленному составу, ниже скорости коррозии сплава-прототипа, визуальный осмотр трещин не выявил, в отличие от сплава-прототипа. Скорость коррозии сплава 3, не удовлетворяющего заявленному составу, превышает скорость коррозии сплавов 1, 2 (однако ниже скорости коррозии сплава-прототипа), визуальный осмотр выявил трещину в образце.

Похожие патенты RU2672647C1

название год авторы номер документа
Коррозионностойкий сплав, легированный скандием 2022
  • Шевакин Александр Федорович
  • Коростелев Алексей Борисович
  • Шишимиров Матвей Владимирович
  • Пантюхин Александр Павлович
  • Коростелев Юрий Алексеевич
  • Порошина Мария Дмитриевна
RU2801911C1
БЕСШОВНАЯ ВЫСОКОПРОЧНАЯ ТРУБА ИЗ СТАЛИ МАРТЕНСИТНОГО КЛАССА ДЛЯ ОБСАДНЫХ КОЛОНН И СПОСОБ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА 2022
  • Пумпянский Дмитрий Александрович
  • Чикалов Сергей Геннадьевич
  • Четвериков Сергей Геннадьевич
  • Трутнев Николай Владимирович
  • Тумашев Сергей Владимирович
  • Красиков Андрей Владимирович
  • Буняшин Михаил Васильевич
  • Ульянов Андрей Георгиевич
  • Мякотина Ирина Васильевна
  • Чубуков Михаил Юрьевич
  • Лоханов Дмитрий Валерьевич
  • Благовещенский Сергей Иванович
  • Никляев Андрей Викторович
  • Пышминцев Игорь Юрьевич
  • Выдрин Александр Владимирович
  • Черных Иван Николаевич
  • Корсаков Андрей Александрович
RU2798642C1
Состав коррозионно-стойкого покрытия для защиты технологического нефтехимического оборудования 2016
  • Балдаев Лев Христофорович
  • Бакаева Раиса Дмитриевна
  • Ишмухаметов Динар Зуфарович
  • Ершов Максим Викторович
  • Шарыгин Вадим Сергеевич
  • Ригин Александр Николаевич
  • Александров Александр Геннадиевич
  • Каминский Владимир Вячеславович
  • Старшов Игнат Михайлович
RU2636210C2
Бесшовная труба нефтяного сортамента из высокопрочной коррозионно-стойкой стали мартенситного класса и способ ее получения 2021
  • Александров Сергей Владимирович
  • Лаев Константин Анатольевич
  • Нурмухаметова Марианна Рашидовна
  • Щербаков Игорь Викторович
  • Девятерикова Наталья Анатольевна
  • Ошурков Георгий Леонидович
  • Маковецкий Александр Николаевич
RU2807645C2
КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ ДЛЯ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ И ОБСАДНЫХ ТРУБ И НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ 2010
  • Чикалов Сергей Геннадьевич
  • Тазетдинов Валентин Иреклеевич
  • Ладыгин Сергей Александрович
  • Александров Сергей Владимирович
  • Прилуков Сергей Борисович
  • Белокозович Юрий Борисович
  • Медведев Александр Павлович
  • Ярославцева Оксана Владимировна
RU2437955C1
ДУПЛЕКСНАЯ НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЗАПОРНОЙ И РЕГУЛИРУЮЩЕЙ АРМАТУРЫ 2017
  • Левков Леонид Яковлевич
  • Уткина Ксения Николаевна
  • Шурыгин Дмитрий Александрович
  • Баликоев Алан Георгиевич
  • Ефимов Виктор Михайлович
  • Калугин Дмитрий Александрович
  • Марков Сергей Иванович
  • Орлов Сергей Витальевич
  • Толстых Дмитрий Сергеевич
RU2693718C2
Труба нефтяного сортамента из коррозионно-стойкой стали мартенситного класса 2018
  • Пышминцев Игорь Юрьевич
  • Битюков Сергей Михайлович
  • Космацкий Ярослав Игоревич
  • Трутнев Николай Владимирович
  • Неклюдов Илья Васильевич
  • Красиков Андрей Владимирович
  • Фролочкин Владислав Валерьевич
  • Засельский Евгений Михайлович
  • Тихонцева Надежда Тахировна
  • Жукова Светлана Юльевна
  • Софрыгина Ольга Андреевна
  • Мануйлова Ирина Ивановна
RU2703767C1
Мартенситно-стареющая сталь 2020
  • Мазничевский Александр Николаевич
  • Сприкут Радий Вадимович
RU2738033C1
КОРРОЗИОННО-СТОЙКАЯ СТАЛЬ ДЛЯ НЕФТЕГАЗОДОБЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ 2010
  • Чикалов Сергей Геннадьевич
  • Тазетдинов Валентин Иреклеевич
  • Ладыгин Сергей Александрович
  • Александров Сергей Владимирович
  • Прилуков Сергей Борисович
  • Белокозович Юрий Борисович
  • Медведев Александр Павлович
  • Ярославцева Оксана Владимировна
RU2437954C1
Изделие в виде прутка для изготовления деталей электропогружных установок для добычи нефти из сплава на основе железа и хрома 2023
  • Кузнецов Антон Юрьевич
  • Мурадян Ованес Саркисович
  • Бердников Петр Эдуардович
  • Хисматуллин Рамиль Рустамович
RU2823412C1

Реферат патента 2018 года КОРРОЗИОННОСТОЙКИЙ СПЛАВ

Изобретение относится к металлургии, к сплавам на никелевой основе, предназначенным для эксплуатации в агрессивных окислительных средах. Коррозионностойкий сплав содержит, мас. %: углерод ≤0,006, кремний ≤0,1, марганец ≤1,0, хром 22,8-24,0, железо ≤0,75, молибден 12,0-14,0, ниобий 0,01-0,03, титан 0,01-0,06, алюминий 0,1-0,2, магний 0,005-0,01, фосфор ≤0,015, сера ≤0,012, никель и неизбежные примеси – остальное. Сплав характеризуется высоким уровнем пластических свойств при эксплуатации в диапазоне температур от 550°С до 625°С и повышенной стойкостью против коррозионного растрескивания в расплавах хлоридов KCl, АlСl3+(ZrCl4 HfCl4), при температуре до 650°С. 3 з.п. ф-лы, 3 табл., 3 пр.

Формула изобретения RU 2 672 647 C1

1. Коррозионностойкий сплав на никелевой основе, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, молибден, фосфор, серу, железо, никель и неизбежные примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит титан, алюминий, ниобий, магний при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Углерод ≤0,006 Кремний ≤0,1 Марганец ≤1,0 Хром 22,8-24,0 Железо ≤0,75 Молибден 12,0-14,0 Ниобий 0,01-0,03 Титан 0,01-0,06 Алюминий 0,1-0,2 Магний 0,005-0,01 Фосфор ≤0,015 Сера ≤0,012 Никель и неизбежные примеси остальное

2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что содержание хрома, молибдена и железа связано соотношением:

3. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что содержание ниобия и углерода связано соотношением:

4. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что содержание хрома, молибдена и железа связано соотношением:

а содержание ниобия и углерода соотношением:

.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2672647C1

US 5855699 A, 05.01.1999
US 4906437 A1, 06.03.1990
СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ БРОНЕЗАЩИТЫ КОРПУСА И БАШНИ ТАНКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2009
  • Сальников Виктор Александрович
  • Леонтьев Анатолий Николаевич
  • Мамаев Олег Алексеевич
  • Тарасов Владимир Никитич
  • Эдигаров Вячеслав Робертович
  • Дадаян Сергей Эдуардович
  • Бояркина Ирина Владимировна
RU2405643C2
СВАРОЧНАЯ ПРОВОЛОКА ДЛЯ СВАРКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ РАЗНОРОДНЫХ СТАЛЕЙ 2010
  • Старченко Евгений Григорьевич
  • Носов Станислав Иванович
  • Бастаков Леонид Антонинович
  • Кабанов Илья Викторович
  • Муруев Станислав Владимирович
  • Тазлов Яков Яковлевич
RU2440876C1

RU 2 672 647 C1

Авторы

Асеев Михаил Анатольевич

Беликов Сергей Владимирович

Дедов Кирилл Владимирович

Крицкий Александр Александрович

Митюков Рашид Амирович

Пантюхин Александр Павлович

Половов Илья Борисович

Скиба Константин Владимирович

Харин Пётр Алексеевич

Чинейкин Сергей Владимирович

Шевакин Александр Фёдорович

Шипулин Сергей Александрович

Даты

2018-11-16Публикация

2017-08-01Подача