Сплав на основе никеля Советский патент 1993 года по МПК C22C19/05 

Изобретение относится к сплавам на основе никеля, содержащим хром, кремний, медь и. возможно, другие элементы для получения ценных технологических характеристик при использовании в жестких условиях ксррозии и высоких температур.

В табл.1 приведен ряд сплавов в соответствии с действующими сейчас патентами. Все составы в таблице и в формуле изобретения даются в процентах по массе (мас.%), кроме специально оговоренных случаев. Каждый сплав в общем случае обеспечивает прекрасное сопротивление коррозии, или прекрасную пластичность сварного шва, или прекрасную ударную вязкость по Шарли, или прекрасные характеристики упрочнения при старении. Некоторые сплавы могут обладать более чем одним из указанных качеств; однако ни один из них не обладает сочетанием всех этих1 качеств. Композиции сплавов на основе никеля в соответствии с имеющимся уровнем техники в табл.1, почти все, могут содержать, среди других элементов, хром, медь, молибден и кремний. По большей части, применение сплавов в виде литья ограничено из-за большого суммарного содержания хрома, кремния, углерода и меди.

Целью изобретения является обеспечение сплавов на основе никеля с высоким сопротивлением коррозии в окислительных средах в условиях отжига, сварки и термического старения.

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

ё

00

ч

to

о

ю

СА

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

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

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

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

Примеры и результаты испытаний. Коррозия. ..

Проведен ряд испытаний для определения влияния на коррозию хрома, кремния, молибдена и меди. Во многих патентах показан благоприятный эффект хрома и кремния на устойчивость по отношению к сильно окисляющим растворам, таким как концентрированная серная кислота. Однако оказалось, что требуемое содержание кремния является очень важным параметром и зависит от содержания хрома. Как показано в табл.3, в сильно окислительных средах (среды В в табл.3) сопротивление сплавов коррозии тем выше, чем больше содержание кремния. В .несколько менее окисляющих средах (среды А и С) скорость коррозии с увеличением содержания кремния проходит через максимум, причем малые количества кремния (до 3%) сказываются отрицательно, более высокие - положительно. В кислотах с еще менее окисляющим

действием, таких, как среды Д в таблице 3. кремний вреден, а хром дает положительный эффект. Следовательно, соотношение количеств хрома : кремний должно находиться в определенных пределах, для того, чтобы сплав был коррозиен но-устойчив в широком диапазоне сред.

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

0 отношению к 90% НаЗСЦ (среда типа С). В этой среде особенно положительно действие меди. Однако слишком высокое содержание меди (свыше 3,5%) вредно .сказывается на сопротивлении точечной

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

0 Пластичность сварного шва.

Сплавы такого класса характеризуются высокой, степенью свариваемости. Проводили ряд испытаний, как показано в табл.4. Пластичность сварного шва на изгиб опре5 деляли по хорошо известному способу испытания с радиусом прогиба 2-Т. Результаты испытания указывают, что отношение содержания никеля и железа должно быть больше 1,0. Отношение меньше 1 ха0 рактёризует славы на основе железа, например, стали типа 20 и стали, полученные дуплекс-процессом, которые не устойчивы по отношению к различным сочетаниям кислот. -.- . . . . .:

5 Известно, что кремний в нержавеющих

сталях и в некоторых никелевых сплавах приводит к возникновению растрескивания и снижению пластичности сварных швов. Однако, сплавы по данному изобретению

0 проявляют в этом смысле удивительную устойчивость при условии, чтосодержание никеля превышает некоторую величину. Это является основной отличительной чертой данного изобретения.

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

0 швы успешно выдерживают испытание на 2-Т изгиб. При содержании никеля ниже 12% (в сплавах 20Сг, 12Ср, 5S) микроструктура сплава показывает присутствие феррита, а хорошо известно;. что присутствие

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

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

Термическая устойчивость.

Термическую устойчивость ряда сплавов проверяли испытанием на удар после того, как подвергали воздействию температуры 1600°С в течение 6 мин и 30 мин. Результаты испытаний приведены в табл.5. Данные показывают, что сплав согласно данному изобретению (сплав 5-8) обладает достаточной ударной вязкостью, хотя образцы были малого размера. Сплав 5-9 в соответствии с данным изобретением вы- держивали при 1600°F в течение шести минут и одного часа. Оба сплава обладали хорошей ударной вязкостью по сравнению со сплавом (20 - Fe) x (Si - 3), который дал величину менее 5. Железа должно быть ме- нее 19%.

Дисперсионное упрочнение (упрочнение при старении).

Дальнейшим преимуществом данных сплавов является способность существенно упрочняться при тепловой обработке. Действие кремния аналогично алюминию и титану, но имеются значительные различия. Для сплавов кремния температура старения, необходимая, чтобы вызвать упрочнение, ниже, что облегчает их дисперсионное упрочнение. Содержание железа должно быть ниже примерно 19%, а кремния - больше 3%. Для того, чтобы наблюдалось упрочнение, величина (20 - Fe) x (SI - 3) должна быть больше 5. Данные приведены в тябл.б. Экспериментальные образцы сплавов-в соответствии с данным изобретением изготавливались в виде фольги, отливок, сварных материалов и тому подобных без технологических затруднений. Сплавы данного изобретения могут быть получены в форме литых, кованых порошкообразных продуктов, а также в виде частиц для использования в процессах сварки и в свар- ных конструкциях.

рмула изобретения

1. Сплав на основе никеля, содержащий хром, железо, кремний, молибден и медь, отличающийся тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости и ударной вязкости, он содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: хром 11,0-29,0; железо 0,12-19,0; кремний 3.5- 6,5; молибден 1,0-6,5; медь 1,0-3,0; никель остальное, при выполнении массового соотношения (20, - Fe) x (Si - 3) 5.

2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по крайней мере один элемент, выбранный.из группы, содержащей, мас.%: алюминий 0,01-1,5; углерод 0,002-0,10; ниобий 0,05- 3,0; кобальт 0,01-15,0; титан 0,01-2,0; вольфрам 0,01-2,5,/

3. Сплав по п.1; отличающийся ем, что выполняются следующие соотношения: 2 Si/Cr 0,35-0,5; Ni/Fe 2.

4. Сплав по п.1, отличающийся ем, что он имеет структуру кованого, литого порошкообразного или сварного материаа.

Сллмк по данному изобретений

е кремния

е никеля к

«о 1,5 до 0.06Х до 3% 1t-29t ДО 20 1-J.5 до 19 АО 2

1-6,5 ВО 0,2

ОСТ.

по 0.5 Л 0,0 до 1,0 I6-2J ДО 10

1-3

1-10 ДО 1 1-5

да 0.1 ост..

||-6

ДО t ПО 1

o.JJ-0,4

20Ге)жШ-3)

ДО 0,3 до 0,02 Л 0,3 .19-21 ПО 5 1.5-Z.5 3-7

по 0,5 1.5-3 ло 0.03 ост.

.5-5,5 ло 0,2 ло 0,5

Белый 2 Болыве 5

Никель плес примеси

.

19

.

V5

ост. 5,2

25

2 1,8

3,Р

ост. 5.00

22

1,8

V8 з.

ост. 5.2

22

2,2 0,12

2,8

оет. / 5.0 ;

Влияние хрома, Кремния, молибдена и неди

Окислительные среды А 9П H,SOt,

Б - ЗОХ 11,80,+ 15 r.tOf, - С 90Х IIjSO,

D-- 50Х HtSO«+ 42G/L fet(SOtij. (ASTIl G-20A) Сплавы по данному изобретению

Сплавы по данному изобретению Ислмтаиия на изгиб с радиусом прогиба 2,5-Т

ТввлиЦ«Э

.Таблица 1

Влияние иикмя, мХЬльта, мелем и кремния ма термическу устойчивость

Прирост ««личины П.Т. П.Т. (при старении) П.Т. (отоюивн.) П.Т. предел текучести. Сллны по данмону нюбретенмв N

Таблнца5

б. л ц-а 6