NL8102330A

NL8102330A - Tegen corrosie bestand zijnde nikkellegering.

Info

Publication number: NL8102330A
Application number: NL8102330A
Authority: NL
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1980-07-10
Filing date: 1981-05-12
Publication date: 1982-02-01
Also published as: NL191124C; IT1144586B; JPS5743951A; IN155363B; CH649314A5; SE8103909L; DE3125301A1; AU540150B2; BR8104377A; GB2080332A; GB2080332B; CS232716B2; JPH028017B2; FR2493343B1; IT8167743A0; FR2493343A1; SE445468B; PL232124A1; ZA813090B; CA1168478A

Description

* I

Λ *· N.0. 50.131 -1- ---

Tegen corrosie bestand zijnde nikkellegering.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op tegen corrosie bestand zijnde legeringen op nikkelbasis en meer in het bijzonder op nikkellegeringen, die in hoofdzaak chroom, molybdeen en wolfraam bevatten, die corrosie doorstaan bij blootstelling aan verschillen-5 de ernstig corrosieve media.

Tegen corrosie bestand zijnde legeringen op nikkelbasis van deze klasse zijn in het algemeen in samenstelling enigszins soortgelijk met slechts een zeer geringe variatie in samenstelling tussen specifieke legeringen, die deze onder bepaalde omstandigheden ge-10 schikt maken. Tot voorbeelden van deze klasse behoren de legeringen beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3*160.500, 3*205*792, 4.080.201 en 4*168.188. Tabel A vermeldt de samenstelling van deze bekende legeringen.

Eet Amerikaanse octrooischrift 3*160.500 heeft betrekking op 15 een legering bekend als legering 625, in het bijzonder geschikt voor bestandheid tegen corrosie onder oxyderende zure omstandigheden, zoals zwavelzuur, dat ijzer(lIl)ionen bevat. De legering is niet bijzonder geschikt onder reducerende zure omstandigheden, zoals warm zoutzuur en onder omstandigheden die onderhevig zijn aan plaatselij-20 ke corrosieve aantasting, zoals putvorming in kokende oxyderende zuren, die chloriden bevatten.

De legering beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.205.792 bekend als legering 0-276 is bijzonder geschikt voor toepassing onder omstandigheden, die onderhevig zijn aan plaatselijke 25 corrosieve aantasting en warme reducerende zuren. In warm oxyderend zuur is deze legering echter minder bestand dan legering 625 van het Amerikaanse octrooischrift 3*160.500.

De legering beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4*080.201 bekend als legering C-4 is bijzonder geschikt voor toe-30 passing onder omstandigheden in warme reducerende en oxyderende zuren, maar niet bijzonder bestand onder omstandigheden van plaatselijke corrosieve aantasting.

De legering beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.168.188, bekend als legering 276-3?, is bijzonder geschikt voor toe-35 passing als een component van grote sterkte in diepe "zuur gas" bron-toepassingen, die onderhevig zijn aan spanningskraking door waterstofsulfide en dergelijke. De bestandheid tegen corrosie onder verschillende zure omstandigheden is enigszins minder voor deze legering 8102330

*. V

-2- in vergelijking met legering C-276 beschreven in het Amerikaanse oc-trooischrift 3*203*792.

De vergelijkende analyse van de hiervoor vermelde bekende legeringen heeft betrekking op alleen een beperkt onderzoek van cor-5 rosieve eigenschappen van de legeringen. Vanzelfsprekend zijn andere overwegingen van belang voor het bepalen van de toepasbaarheid van deze legeringen, zoals kosten, beschikbaarheid, verwerkingseigenschappen en dergelijke. Een geschikte conclusie van deze vergelijking is dat geen van de legeringen "perfekt" is. Dat wil zeggen, 10 geen van de legeringen heeft de beste bestandhèid voor alle hiervoor vermelde omgevingen en media. Geen heeft de optimum combinatie van tegen corrosie bestand,zijnde eigenschappen.

Het is een hoofdoogmerk van de onderhavige uitvinding een legering te verschaffen, die een optimum combinatie heeft van tegen' 15 corrosie bestand zijnde eigenschappen onder een verscheidenheid van omgevingen en corrosieve media.

Andere oogmerken en voordelen van de uitvinding kunnen gemakkelijk worden vas'tgesteld door de deskundigen op dit gebied.

Deze oogmerken en voordelen worden verschaft in een legering, 20 die in tabel B beschreven is. Alle samenstellingen zijn gegeven in gewichtsprocenten tenzij anders vermeld.

In vele legeringssystemen kunnen'1 molybdeen en wolfraam onderling verwisseld worden. Dit is niet het geval in de legering van de onderhavige uitvinding. Molybdeen en wolfraam zijn beide vereist in 25 de legering van de onderhavige uitvinding binnen de in tabel B aangegeven trajekten en in hoofdzaak in een kritisch verband, Mo: V = van 5'ï1 tot 3*1» Dij voorkeur ongeveer 4:1 en gewoonlijk met 13% molybdeen en 3»0% wolfraam. Het ijzergehalte in de legering is eveneens vereist binnen het in tabel B vermelde trajekt en bij voorkeur 30 ongeveer in een trajekt Ee:W = 1:1 tot 3:1*

De elementen koolstof, silicium en mangaan zijn verontreini- -1 gingen, die gewooniijk in legeringen van deze klasse worden aangetroffen. Deze elementen kunnen toevallig aanwezig zijn binnen de in tabel B vermelde trajekten. Aluminium, columbium, tahtaal, titaan 35 en vanadium, kunnen in de legering aanwezig zijn als residuen van opzettelijke toevoegingen toegepast bij de verwerking, zoals de de-oxydatietrap en dergelijke. De gehalten van deze acht elementen bui-, ten de in tabel B vermelde trajekten zijn schadelijk en dienen ver- 4 meden te worden. Zwavel en fosfor dienen eveneens vermeden te'worden 40 en te worden beperkt tot minder dan 0,05% elk.

8102330 -3-

Het exakte metallurgische mechanisme, dat de verbeteringen van de onderhavige uitvinding geeft, wordt niet volledig begrepen. Verondersteld wordt, dat het chroomgehalte tezamen met de kritische molybdeen tot wolfraam verhouding tezamen met het vereiste ijzerge-5 halte en het gecontroleerde mangaangehalte alle op een synergistische wijze werken om de optimum combinatie van tegen corrosie bestand zijnde eigenschappen te geven.

Onderzo ekprogramma.

Ben reeks legeringen werd bereid voor onderzoek zoals vermeld 10 in tabel C. In de tabel is legering 0-276 de handelslegering van het Amerikaanse octrooischrift 5*302.792; is de legering C-4 de handelslegering van het Amerikaanse octrooischrift 4*080.201 en is legering 625 de handelslegering van het Amerikaanse octrooischrift 5*160.500. Een legering van het Amerikaanse octrooischrift 4*168.188 werd bij 15 deze reeks proeven niet beproefd. De legeringen A-20 en B-20 zijn experimentele legeringen en legering C-20 is de legering van de onderhavige uitvinding. Tabel D geeft de nominale samenstellingen van deze legeringen duidelijkheidshalve in één oogopslag.

Tabel A.

20 Samenstelling in gew.9é van bekende legeringen.

Amerikaans octrooischrift 5.160.500 5.205.792 4.080.201 4.168.188 chroom 20 - 24 14 - 26 12 - 18 10 - 20 molybdeen 7-11 5-18 10-18 12-18 25 wolfraam 0-8 0-5 0-7 0-5 columbium 3 - 4»5 - - - tantaal - - 0,75* koolstof 0,1* 0,1* 0,02* 0,1* silidum 0,5* 0 - 0.,2 0,08* 0,2* 50 mangaan ” 0,5* 0-5 0,5* 0-3 ijzer rest (20*) 0-50 0-5 10-20

Al., Ti. 0,4* - 0,75* vanadium - - - 1,0* nikkel plus 55 verontreinigingen 55 - 62 40 - 65 rest 40 - 65 z maximum.

8102330 -4- ~ \ * Ïahel Β.

Legeringen van de onderhavige uitvinding* gew.%>.

Tra.i ekt Gebruikelijk chroom . 20 -24 ongeveer 21 - 23 5molybdeen 12 - 17 ongeveer 12-14 wolfraam 2-4 ongeveer 2,5-3»5

Mo:W verhouding 3s 1 tot 5s1 ongeveer 4ï3 columbium 0,5 max 0,5 max t ant aal (3,5 max 0,5 max 10 koolstof 0,1 max 0,05 max silidnm 0,2 max 0,1 max mangaan 0,5 max 0,5 max ijzer 2-8 ongeveer 2,5-5>5 ïe:W 1:1 tot 3:1 1:1 tot3:1 15 A1 + Ti 0,7 max 0,4 max vanadium 0,5 max 0,5 max nikkel plus verontreinigingen rest rest.

81 023 3 0 -5- ιτ\ Μ «

Lf\ ιφ | 1Λ ·» ^ ^ CÖ fc Λ Λ

φ ~ O O O Bi O O O

Φ ° I I I + II I

ctf |

Ö ·Η Η ·Η p Η Η H

<i ί> B <5 &< O oJ-eJ < ^ w *ίτι k\ ir\ -^f-

> (Λ1 t— #4 CM t— CM

o o o *— o o o ï o * » » ·* ~ o O O o o o ö

Π CM CM KN

öf LT\ O O O

! I *- *- o o o o

H

rH

m *!d *co «I ^ S' ί£

CjiHOOlTN OO O

-.8 ai » « » ·* * ** j| O o o o o o m vo IA K\

Φ O

Λ φ tn« ~ ^ o Ph νλ ir\ in IA fc\ 02

ö -H

Φ s

& φ £r TT

Ö Λ T- CO O

1-1 O ·.·»·> • f-| > I I O 1°* 101 O Φ —i φ C— LT\ \0 ffl H <M *" o ·* " * ^ φ o VO VD σ\ OO Ν' B 'd gi-T- T-T- T-

«W

o (T\ C Ό ^ Lf\ CM vo σ\ P *w ·* · ** φ (4V0VDT- O OS T~

pq o t- T- CM CM T- CM

p -p -P -P -P

43 φ 02 02 02 02 •H 02 φ Φ ΦΦ Φ S φ μ m h fi fi H 5 a Ή >

-P

•H

Φ u

•H

Ö %

φ tO

6C Λ

Ö M

ι4 Φ

M 'O

ö Φ Ö

ft Φ a h ® •h ra a

Li m p ® h g Λ jjj

Eï Φ O O CÖ O -H

φ VO -P CM CM > CM Μ H C~- Ö ώ CM Lf\ φ I I 6i l a

>5 o O S 5 <i fi 5 O IH

Ö MM

Φ Φ Φ M P ft Φ Η Φ

pq m pI

8102330

V 'V

-V

-6-

Tabel D.

Nominale chemische samenstelling (gew.%).

Legeringen Ni Cr Mo ¥ Fe C-276 rest 16 16 4 5 5 0-4 rest 16 16 - 3 625 rest 21 9 - 5 A-20 rest 21 10 - 5 B-20 rest 21 10 3 .5 0-20 rest· 21 13 3 3 •jO Tabel E.

ASTM G28 uroefresultaten.

(simulerende oxyderende zunromstandigheden)«

Legeringen Mate van corrosie in mm ber .iaar 0-276 6,10 15 C-4 4,24 625 0,58 A-20 0,51 B-20 0,58 C-20 0,74. · ! 20 Tabel F.

Proefresultaten kokend 10% H^SO^ (simulerende reducerende zuuromstandigheden).

Legeringen . Mate van corrosie in mm ner .iaar 0-276 0,58 25 C-4 0,79 625 1,17 A-20 1,27 B-20 1,19 C-20 0,36.

8102330 « -7-

Tabel G.

Proefresultaten 7 vol.96 HgSO^ + 3 vol.96 HC1 + 196 CuClg + 196 FeCl-τ_ (simulerende invretingsomstandigheden).

5 Legeringen 25°C 70°0 102°C

C-276 geen aantasting geen aantasting geen aantasting C-4 geen aantasting geen aantasting invreting 625 geen aantasting geen aantasting invreting A-20 geen aantasting invreting invreting 10 B-20 geen aantasting geen aantasting invreting C-20 geen aantasting geen aantasting geen aantastiig

De experimentele legeringen werden gesmolten als partijen van 22,65 kg door vacuüm smelten en elk van de partijen werd tot een elektrode gegoten. De elektrode werd volgens de elektroslakmethode 15 opnieuw gesmolten (ESS) tot een ingot met een diameter van 10 cm. De ingot werd heet gesmeed hij ongeveer 1120 - 1230°C tot een plaat met een dikte van 3 j8 cm en vervolgens warm gewalst hij ongeveer 1120 -1230°C tot een plaat van 0,32 cm. Na een ontharding hij 1120°C werd de plaat afgeheten en tenslotte gevormd tot de standaard-corrosie-20 proefmonsters zoals vereist voor de verschillende proeven.

Een reeks proefmonsters werd onderworpen aan een oxyderende zuurproef. Elk monster werd tegen corrosie beproefd in een kokende 50-procents oplossing van HgSO^, die 42 g/liter Peg (SO^)^ bevatte gedurende 24 uren. Dit is de standaard G-28 ASTM proef. Tabel E laat 25 de resultaten van deze proef zien.

By .een andere proef' werden proefmonsters onderworpen aan een reducerende zuurproef. Elk monster werd tegen corrosie onderzocht in een kokende oplossing van 1096 HgSO^ gedurende 24 uren. Deze proef is in de techniek bekend. Tabel P laat de resultaten van deze proef 30 zien.

Bij nog een andere proef werden monsters onderworpen aan een invretingsproef, die een maat is voor plaatselijke corrosieve aantasting. Elk monster werd tegen corrosie beproefd in een oplossing van 7 vol.96 HgSO^ plus 3 vol.96 HCl plus 1 gew.96 CuClg plus 1 gew.96 35 PeCl^ gedurende 24 uren bij drie temperatuurniveau's: 25°C, 70°C en 102°C. Deze proef is in de techniek bekend als de "Green Death"-proe£ Tabel G laat de resultaten van deze proef zien.

Bespreking van de -proefresultaten.

De ASTM G-28 proefresultaten in tabel E laten duidelijk de ver- 8102330 -8- * * betering van de bestandheid tegen corrosie in oxyderend zuur *van legering C-20 van de onderhavige uitvinding zien ten opzichte van legering C-276 en legering C-4· Deze resultaten dragen bij tot ondersteuning van de eis van ten minste 20% chroom in de legering.

5 De reducerend zuur proefresultaten in tabel F laten duidelijk zien dat legering C-20 van de onderhavige uitvinding de hoogste bestandheid tegen corrosie ten opzichte van alle onderzochte legeringen heeft. Deze resultaten dragen bij tot ondersteuning van de eis van molybdeen binnen het trajekt van 12 - 15%· 10 De invretings-proefresultaten in tabel G laten alleen duide lijk zien dat legering C-20 van de onderhavige uitvinding en legering C-276 niet onderhevig waren aan plaatselijke corrosieve aantasting bij elk van de onderzochte temperaturen. Deze resultaten dragen bij tot ondersteuning van de gecombineerde eis van molybdeen en 15 wolfraam binnen de Mo :¥-verhouding in de legering van de onderhavige uitvinding zoals aangegeven in tabel B.

De resultaten van de corrosiebeproeving van deze legeringen laten zien dat de legering van de onderhavige uitvinding, legering C-20, de optimum combinatie van tegen corrosie bestand zijnde eigen-20 schappen heeft. legering C-20 was de enige legering van alle onderzochte legeringen, die een wenselijke mate van bestandheid tegen corrosie bij elke proef bezat.

De legering van de onderhavige uitvinding kan bereid worden volgens elke werkwijze, die thans gebruikt wordt bij de vervaardi-25 ging van superlegeringen van deze klasse, bijvoorbeeld legering C-276 en legering 625· De legering kan bereid worden in de vorm van gietelingen en de vorm van poeder voor bekende poeder-metallurgie-verwerking. De legering is gemakkelijk gelast en kan gebruikt worden als voorwerpen voor lassen: dat wil zeggen lasdraad enz. De war-50 me en koude verwerkingseigenschappen van deze legering maken de vervaardiging mogelijk van warm en koud gewalste dunne plaat, buizen ' en andere commerciële vormen.

s 81 023 30

Claims

1. Legering, in hoofdzaak bestaande uit 20 - 24 gew.% chroom, 12-17 gew.% molybdeen, 2-4 gew.% wolfraam, minder dan 0,5 gev.% columbium, minder dan 0,5 gev.% tantaal, minder dan 0,1 gev.% kool- 5 stof, minder dan 0,2 gev.% silicium, minder dan 0,5 gev.% mangaan, 2-8 gev.% ijzer, minder dan 0,7 gev.% aluminium plus titaan,minder dan 0,5 gev.% vanadium en de rest nikkel plus verontreinigingen.

2. Legering volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de verhouding molybdeen tot wolfraam binnen het trajekt van 3*1 10 tot 5*1 is.

3. Legering volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de verhouding ijzer tot wolfraam binnen het trajekt van 1:1 tot 3*1 is.

4· Legering volgens conclusie 1, met het kenmerk, 15 dat de legering ongeveer 21 - 23 gev.% chroom, ongeveer 12-14 gev.% molybdeen, ongeveer 2,5 - 3>5 gev.% wolfraam, niet meer dan 0,05 gev.% koolstof, niet meer dan 0,1 gev.% silicium, ongeveer 2,5 - 5,5 gew.% ijzer en niet meer dan ongeveer 0,4 gev.% aluminium plus titaan bevat. 20

5· Legering volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de legering ongeveer 22 gev.% chroom, ongeveer 13 gev.% molybdeen, ongeveer 5 gev.% wolfraam en ongeveer 3 gev.% ijzer bevat.

6. Legering volgens conclusie 1 met een optimum combinatie van tegen corrosie bestand zijnde eigenschappen in een verscheidenheid 25 van corrosieve media.

7· Legering volgens conclusie 1 in de vorm van een voor lassen geschikt voortbrengsel.

8. Legering volgens''conclusie 1 in de vorm van een gieteling.

9· Legering volgens conclusie 1 in de vorm van een metaalpoe- 30 der. 81 02 33 0