RU2288967C1 - Corrosion-resisting alloy and article made of its - Google Patents
Corrosion-resisting alloy and article made of its Download PDFInfo
- Publication number
- RU2288967C1 RU2288967C1 RU2005110954/02A RU2005110954A RU2288967C1 RU 2288967 C1 RU2288967 C1 RU 2288967C1 RU 2005110954/02 A RU2005110954/02 A RU 2005110954/02A RU 2005110954 A RU2005110954 A RU 2005110954A RU 2288967 C1 RU2288967 C1 RU 2288967C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- corrosion
- nickel
- iron
- molybdenum
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, к составам высоколегированных коррозионно-стойких сплавов на железо-хромо-никелевой основе, а также к изделиям, выполненным из них, и может быть использовано в химическом машиностроении при изготовлении сварной химической аппаратуры для работы в средах высокой коррозионной активности окислительного и восстановительного характера. Кроме того, в виде бесшовных холоднодеформированных труб с различным уровнем прочности, в том числе для добычи нефти и газа на газоконденсатных месторождениях с высоким содержанием сероводорода, диоксида углерода и хлор-иона при высоких пластовых температурах и давлениях.The invention relates to the field of metallurgy, to the compositions of highly alloyed corrosion-resistant alloys on an iron-chromium-nickel basis, as well as to products made from them, and can be used in chemical engineering in the manufacture of welded chemical equipment for use in environments of high oxidative corrosion activity and restorative in nature. In addition, in the form of seamless cold-deformed pipes with various strength levels, including for oil and gas production in gas condensate fields with a high content of hydrogen sulfide, carbon dioxide and chlorine ion at high reservoir temperatures and pressures.
В областях, где от материала требуется сочетание высокой коррозионной стойкости и повышенной прочности, применяются коррозионно-стойкие высоколегированные стали аустенитно-ферритного и аустенитного классов, а также сплавы на основе железа.In areas where the material requires a combination of high corrosion resistance and increased strength, corrosion-resistant high-alloy steels of austenitic-ferritic and austenitic classes, as well as iron-based alloys, are used.
Известна коррозионно-стойкая сталь аустенитно-ферритного класса, предназначенная для обустройства нефтяных скважин и оборудования, используемого в химической промышленности.Known corrosion-resistant steel of the austenitic-ferritic class, designed for equipping oil wells and equipment used in the chemical industry.
Сталь содержит следующие компоненты, мас.%:Steel contains the following components, wt.%:
Углерод 0,01-0,03Carbon 0.01-0.03
Хром 23-26Chrome 23-26
Никель 5,5-7,0Nickel 5.5-7.0
Молибден 2,5-4,0Molybdenum 2.5-4.0
Кремний 0,2-0,4Silicon 0.2-0.4
Марганец 1,0-2,0Manganese 1.0-2.0
Азот 0,05-0,25Nitrogen 0.05-0.25
Церий 0,05-0,1Cerium 0.05-0.1
Цирконий 0,05-0,1Zirconium 0.05-0.1
Бор 0,0005-0,001Boron 0.0005-0.001
Алюминий 0,01-0,06Aluminum 0.01-0.06
Титан 0,01-0,06Titanium 0.01-0.06
Сера 0,05-0,15Sulfur 0.05-0.15
Кальций 0,08-0,2Calcium 0.08-0.2
Железо - остальное,Iron is the rest
при выполнении следующих соотношений:when performing the following ratios:
Ca/S=1,0-2,8Ca / S = 1.0-2.8
Crэкв/Niэкв=2,1-2,9, гдеCr eq / Ni eq = 2.1-2.9, where
Crэкв=%Cr+1,5% Si+% Мо+%(Ti+Al+Zr+Се+В) иCr equiv =% Cr + 1.5% Si +% Mo +% (Ti + Al + Zr + Ce + B) and
Niэкв=% Ni+% 0,5% Mn+30*%(С+N).Ni equiv =% Ni +% 0.5% Mn + 30 *% (C + N).
(Патент РФ 2004612, МПК С 22 С 38/60, опубл. 15.12.1993 г.).(RF patent 2004612, IPC C 22 C 38/60, publ. 15.12.1993).
Сталь характеризуется повышенной обрабатываемостью резанием при сохранении высокой коррозионной стойкости, технологической пластичности и механических свойств.Steel is characterized by increased machinability by cutting while maintaining high corrosion resistance, technological ductility and mechanical properties.
Однако данная сталь, имеющая аустенитно-ферритную структуру, не в полной мере удовлетворяет требованиям по уровню чувствительности к водородному охрупчиванию при работе в сероводородсодержащих средах.However, this steel, having an austenitic-ferritic structure, does not fully satisfy the requirements for the level of sensitivity to hydrogen embrittlement when working in hydrogen sulfide-containing environments.
Известен дисперсионно-твердеющий коррозионно-стойкий сплав с гарантированным пределом текучести 522 МПа при температуре - 59°С, содержащий, мас.%:Known dispersion hardening corrosion-resistant alloy with a guaranteed yield strength of 522 MPa at a temperature of 59 ° C, containing, wt.%:
Никель 25-35Nickel 25-35
Хром 19-24Chrome 19-24
Молибден 1,5-7Molybdenum 1.5-7
Титан 1,5-3,5Titanium 1.5-3.5
Алюминий <0,4Aluminum <0.4
Углерод 0,002-0,02Carbon 0.002-0.02
Ниобий <1,2Niobium <1.2
Марганец <5Manganese <5
Медь <1Copper <1
Кобальт <2Cobalt <2
Бор 0-0,005Boron 0-0.005
Железо - остальное, а также случайные примеси и раскислители.Iron is the rest, as well as incidental impurities and deoxidants.
(Международная заявка WO 00/24944, МПК С 22 С 38/44 опубл. 23.10.1999 г.).(International application WO 00/24944, IPC C 22 C 38/44 publ. 10/23/1999).
Сплав имеет достаточно высокую прочность в состаренном состоянии, удовлетворительную коррозионную стойкость при испытании под нагрузкой в подкисленном растворе, содержащем 15% NaCl, 0,435 psi Н2S, 700 psi CO2 при рН 4,0 и температуре 194°F.The alloy has a sufficiently high aged strength, satisfactory corrosion resistance when tested under stress in an acidified solution containing 15% NaCl, 0.435 psi H 2 S, 700 psi CO 2 at pH 4.0 and a temperature of 194 ° F.
Однако для повышения прочности сплава без потери его коррозионной стойкости использование дисперсионного твердения, сопровождающегося выделением интерметаллидных фаз типа Ni3 (Ti, Nb), менее эффективно, чем применение для этих целей холодной деформации для сплавов с однофазным γ-твердым раствором.However, to increase the strength of the alloy without losing its corrosion resistance, the use of dispersion hardening, accompanied by the release of intermetallic phases of the type Ni 3 (Ti, Nb), is less effective than the use of cold deformation for alloys with single-phase γ-solid solution for these purposes.
Известен аустенитный сплав и проволока из него, содержащий следующие компоненты, мас.%:Known austenitic alloy and a wire from it, containing the following components, wt.%:
Хром 23-30Chrome 23-30
Никель 25-35Nickel 25-35
Молибден 3-6Molybdenum 3-6
Марганец 1-6Manganese 1-6
Азот 0-0,4Nitrogen 0-0.4
Углерод до 0,05Carbon up to 0.05
Кремний до 1,0Silicon up to 1.0
Сера до 0,02Sulfur up to 0.02
Медь до 3Copper up to 3
Mg, Се, Са, В, La, Pr, Zr, Ti, Nd - один из элементов или несколько в сумме до 0,2 вес.%Mg, Ce, Ca, B, La, Pr, Zr, Ti, Nd - one of the elements or several in the amount of up to 0.2 wt.%
Железо - остальное, и обычно встречающиеся примеси.Iron is the rest, and commonly found impurities.
(Международная заявка WO 01/90432 A1, МПК С 22 С 38/44, опубл. 29.11.2001 г.).(International application WO 01/90432 A1, IPC C 22 C 38/44, published on November 29, 2001).
Изделия, выполненные из этого сплава, в частности холоднодеформированная проволока, имеют (при соблюдении определенных условий) высокую структурную стабильность, стойкость против сероводородного коррозионного растрескивания и высокую прочность.Products made from this alloy, in particular cold-deformed wire, have (subject to certain conditions) high structural stability, resistance to hydrogen sulfide corrosion cracking and high strength.
Это достигается при достаточно высоком содержании дефицитного молибдена (4-6%), повышенном содержании азота (предпочтительно 0,35-0,49%) и высокой степени холодной пластической деформации (60%).This is achieved with a sufficiently high content of deficient molybdenum (4-6%), increased nitrogen content (preferably 0.35-0.49%) and a high degree of cold plastic deformation (60%).
Известен коррозионно-стойкий сплав и выполненные из него изделия - бесшовные и электросварные трубы для работы в неорганических и органических кислотах и их смесях, средах, содержащих хлориды, таких как морская вода.Known corrosion-resistant alloy and products made from it - seamless and electric-welded pipes for working in inorganic and organic acids and their mixtures, environments containing chlorides, such as sea water.
Сплав содержит следующие компоненты, мас.%:The alloy contains the following components, wt.%:
Хром 24,0-30,0Chrome 24.0-30.0
Никель 26,0-35,0Nickel 26.0-35.0
Молибден 2,0-6,0Molybdenum 2.0-6.0
Марганец >2,0-6,0Manganese> 2.0-6.0
Азот >0-0,5Nitrogen> 0-0.5
Углерод >0-0,05Carbon> 0-0.05
Кремний >0-1,0Silicon> 0-1.0
Сера >0-0,02Sulfur> 0-0.02
Медь >0-3,0Copper> 0-3.0
Вольфрам >0-6,0Tungsten> 0-6.0
Один или более элементов из группы Mg, Се, Са, В, La, Pr, Zr, Ti, Nd в количестве до 2,0 мас.%One or more elements from the group Mg, Ce, Ca, B, La, Pr, Zr, Ti, Nd in an amount of up to 2.0 wt.%
Железо - остальное, и обычные включения и добавки, используемые при производстве сплава.Iron is the rest, and the usual inclusions and additives used in the manufacture of the alloy.
(Международная заявка WO 03/044239, МПК С 22 С 38/44, опубл. 30.05.2003 г.).(International application WO 03/044239, IPC C 22 C 38/44, publ. 05/30/2003).
Композиция сплава сбалансирована таким образом, что сплав и продукт, изготовленный из него, в закаленном состоянии обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошей структурной стабильностью, а также улучшенными механическими свойствами в сочетании с хорошей пригодностью для изготовления труб. Предпочтительным составом сплава является, мас.%: Cr 27-29, Ni 30-35, Мо 4-5,5, Mn 3-6,0, С≤03, Si<0,5, S<0,002.The alloy composition is balanced in such a way that the alloy and the product made from it, in the quenched state, have high corrosion resistance, good structural stability, as well as improved mechanical properties combined with good suitability for the manufacture of pipes. The preferred alloy composition is, wt.%: Cr 27-29, Ni 30-35, Mo 4-5.5, Mn 3-6.0, C≤03, Si <0.5, S <0.002.
К недостаткам сплава можно отнести ограничение содержания в сплаве одного или более элементов из группы Mg, Се, Са, В, La, Pr, Zr, Ti, Nd в количестве до 2%. Известно, что данные элементы, за исключением титана, имеют весьма малую растворимость (или совсем не растворяются) в железо-хром-никелевой основе и вводятся в металл в виде микродобавок (менее 0,1; 0,01 либо 0,001% в зависимости от конкретного элемента). Введение данных элементов в больших количествах ухудшает технологические свойства сплава.The disadvantages of the alloy include the limitation of the content in the alloy of one or more elements from the group Mg, Ce, Ca, B, La, Pr, Zr, Ti, Nd in an amount of up to 2%. It is known that these elements, with the exception of titanium, have very low solubility (or do not dissolve at all) in the iron-chromium-nickel base and are introduced into the metal in the form of microadditives (less than 0.1; 0.01 or 0.001%, depending on the specific item). The introduction of these elements in large quantities affects the technological properties of the alloy.
Известен сплав Nicrofer 3127hMo (сплав 31 - №14562 DIN) и исполненные из него изделия в виде сорта, листа, труб и т.д.Known alloy Nicrofer 3127hMo (alloy 31 - No. 14562 DIN) and products made from it in the form of grades, sheets, pipes, etc.
Сплав содержит следующие компоненты, мас.%:The alloy contains the following components, wt.%:
Углерод ≤ 0,15Carbon ≤ 0.15
Кремний ≤ 0,3Silicon ≤ 0.3
Марганец ≤ 0,2Manganese ≤ 0.2
Хром 26-28Chrome 26-28
Никель 30-32Nickel 30-32
Молибден 6,0-6,7Molybdenum 6.0-6.7
Медь 1,0-1,4Copper 1.0-1.4
Азот ≤ 0,2Nitrogen ≤ 0.2
Сера ≤ 0,015Sulfur ≤ 0.015
Фосфор ≤ 0,010Phosphorus ≤ 0.010
Железо - остальноеIron - the rest
(Реферативный журнал "Металлургия". Сводный том, 2001 г, №5 - реф. 15И237 / Сплав 31 (Никрофер 3127): свойства и применение в технологических процессах, стр.25).(Review journal "Metallurgy". Consolidated volume, 2001, No. 5 - ref. 15I237 / Alloy 31 (Nikrofer 3127): properties and application in technological processes, p. 25).
Сплав рекомендуется для работы в сильно агрессивных средах, где обычные нержавеющие стали не пригодны. Сплав хорошо сопротивляется питтинговой и щелевой коррозии в нейтральных и кислых водных растворах. Что обусловлено присутствием в его составе высокого содержания молибдена (6,5%) и азота (до 0,2%).The alloy is recommended for use in highly aggressive environments where conventional stainless steels are not suitable. The alloy is well resistant to pitting and crevice corrosion in neutral and acidic aqueous solutions. This is due to the presence in its composition of a high content of molybdenum (6.5%) and nitrogen (up to 0.2%).
Недостатком известных изделий является то, что они изготовлены из сплавов, содержащих повышенное количество дефицитных и дорогостоящих элементов.A disadvantage of the known products is that they are made of alloys containing an increased amount of scarce and expensive elements.
Прототипом изобретения - сплав и изделие, выполненное из него, выбран сплав ХНЗОМДБ, из которого изготавливают прутки, листы горячекатаные и холоднокатаные, проволоку, трубы. Металлопродукция поставляется в закаленном состоянии.The prototype of the invention is the alloy and the product made from it, the KhNZOMDB alloy is selected from which rods, hot-rolled and cold-rolled sheets, wire, pipes are made. Metal products are supplied in hardened condition.
Сплав содержит следующие элементы, мас.%:The alloy contains the following elements, wt.%:
Углерод ≤ 0,020Carbon ≤ 0.020
Кремний ≤ 0,20Silicon ≤ 0.20
Марганец 0,5-1,8Manganese 0.5-1.8
Хром 27,0-29.0Chrome 27.0-29.0
Никель 29,0-31,0Nickel 29.0-31.0
Молибден 2,8-3,5Molybdenum 2.8-3.5
Медь 0,9-1,5Copper 0.9-1.5
Ниобий 0,05-0,2Niobium 0.05-0.2
Сера <0,020Sulfur <0.020
Фосфор <0,020Phosphorus <0.020
Железо - остальноеIron - the rest
(Шлямнев А.П., Свистунова Т.В., Лапшина О.Б. и др. Коррозионно-стойкие жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы. Справочник - М.: Интермет инженеринг, 2000 г., стр.111).(Shlyamnev A.P., Svistunova T.V., Lapshina O. B. et al. Corrosion-resistant heat-resistant and high-strength steels and alloys. Reference book - M .: Intermet engineering, 2000, p. 111).
Сплав рекомендуется для изготовления сварной, химической аппаратуры, работающей в агрессивных средах производства сложных минеральных удобрений (в фосфорной и серной кислотах, загрязненных галогенами), в целлюлозно-бумажной и нефтяной промышленности. Рекомендуется для изготовления деталей и узлов газопромыслового оборудования, работающего в сероводородосодержащих средах.The alloy is recommended for the manufacture of welded, chemical equipment operating in aggressive environments for the production of complex mineral fertilizers (in phosphoric and sulfuric acids contaminated with halogens), in the pulp and paper and oil industries. Recommended for the manufacture of parts and components of gas production equipment operating in hydrogen sulfide-containing environments.
К недостаткам данного сплава относится то, что при неблагоприятном сочетании в его составе хрома, молибдена, ниобия (преимущественно при содержании их на верхнем пределе) в его структуре могут присутствовать избыточные фазы (типа σ).The disadvantages of this alloy include the fact that in the case of an unfavorable combination of chromium, molybdenum, niobium in its composition (mainly when they are kept at the upper limit), excessive phases (such as σ) can be present in its structure.
Это отрицательно сказывается на его стойкости против питтинговой коррозии, коррозии в хлор- и фторсодержащих средах. Кроме того, сплав не достаточно пластичен в интервале температур 900-1200°С.This adversely affects its resistance to pitting corrosion, corrosion in chlorine and fluorine-containing environments. In addition, the alloy is not sufficiently ductile in the temperature range 900-1200 ° C.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении технологичности, работоспособности и эксплуатационной надежности сплава и применяемых изделий из него, в том числе холоднодеформированных бесшовных труб с высоким уровнем прочностных и коррозионных свойств для добычи газа.The problem to which the invention is directed, is to increase the manufacturability, operability and operational reliability of the alloy and its products, including cold-deformed seamless pipes with a high level of strength and corrosion properties for gas production.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание нового сплава, имеющего сбалансированный химический и фазовый состав и обладающего улучшенной структурной стабильностью и повышенным уровнем стойкости против питтинговой коррозии и пластичности в интервале температур горячей деформации по сравнению с известным аналогом при сохранении высоких прочностных и пластических свойств при 20°С и общей коррозионной стойкости.The technical result of the present invention is the creation of a new alloy having a balanced chemical and phase composition and having improved structural stability and an increased level of resistance to pitting corrosion and ductility in the temperature range of hot deformation in comparison with the known analogue while maintaining high strength and plastic properties at 20 ° C and general corrosion resistance.
Указанный технический результат достигается тем, что коррозионно-стойкий сплав, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, молибден, медь, ниобий, серу, фосфор и железо, согласно изобретению дополнительно содержит азот, титан, алюминий, бор и кальций (либо магний), а также имеет ограничения по содержанию примесных элементов - серы и фосфора.The specified technical result is achieved in that the corrosion-resistant alloy containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, molybdenum, copper, niobium, sulfur, phosphorus and iron, according to the invention additionally contains nitrogen, titanium, aluminum, boron and calcium (or magnesium), and also has restrictions on the content of impurity elements - sulfur and phosphorus.
Предлагается композиция сплава при следующем соотношении компонентов, мас.%:An alloy composition is proposed in the following ratio of components, wt.%:
Углерод 0,005-0,02Carbon 0.005-0.02
Кремний 0,01-0,2Silicon 0.01-0.2
Марганец 0,5-1,8Manganese 0.5-1.8
Хром 26,0-29,0Chrome 26.0-29.0
Никель 29,0-32,0Nickel 29.0-32.0
Молибден 2,8-3,5Molybdenum 2.8-3.5
Медь 0,9-1,5Copper 0.9-1.5
Азот 0,08-0,20Nitrogen 0.08-0.20
Ниобий 0,05-0,2Niobium 0.05-0.2
Титан 0,02-0,1Titanium 0.02-0.1
Алюминий 0,01-0,1Aluminum 0.01-0.1
Бор 0,0005-0,004Boron 0.0005-0.004
Кальций (либо магний) 0,005-0,03Calcium (or Magnesium) 0.005-0.03
Сера 0,001-0,015Sulfur 0.001-0.015
Фосфор 0,002-0,020Phosphorus 0.002-0.020
Железо - остальное,Iron is the rest
при выполнении следующих соотношений: (Cr+1,5Si+2Nb+Мо+3Ti+Al+В)/(Ni+1,5Mn+0,5Cu+30(C+N))=0,75-0,9 (1); ΣС+N<0,21.when the following relations are satisfied: (Cr + 1.5Si + 2Nb + Mo + 3Ti + Al + B) / (Ni + 1.5Mn + 0.5Cu + 30 (C + N)) = 0.75-0.9 ( one); ΣC + N <0.21.
Указанный технический результат достигается также тем, что изделия выполняют из коррозионно-стойкого сплава вышеуказанного состава.The specified technical result is also achieved by the fact that the products are made of a corrosion-resistant alloy of the above composition.
Изделия могут быть выполнены в виде листа, или в виде прутков, или в виде бесшовных горячекатаных и холоднокатаных труб.Products can be made in the form of a sheet, or in the form of rods, or in the form of seamless hot-rolled and cold-rolled pipes.
Сущность изобретения заключается в том, что в сплаве регламентировано соотношение элементов, стабилизирующих γ-твердый раствор в отношении выделения избыточных фаз (типа σф) при высокотемпературных нагревах (>800°С) (1), введены азот, бор и кальций (либо магний), а также ограниченно содержание титана, алюминия, серы и фосфора.The essence of the invention lies in the fact that in the alloy the ratio of elements stabilizing the γ-solid solution is regulated with respect to the release of excess phases (type σ f ) during high-temperature heating (> 800 ° C) (1), nitrogen, boron and calcium (or magnesium ), as well as a limited content of titanium, aluminum, sulfur and phosphorus.
Основными легирующими элементами в сплаве являются хром, никель, молибден.The main alloying elements in the alloy are chromium, nickel, molybdenum.
Высокое содержание никеля (29-32%), с одной стороны, обусловлено необходимостью стабилизации γ-твердого раствора с высоким содержанием хрома (26-29%) и молибдена (2,8-3,5%), а с другой стороны, необходимостью придания сплаву высокой коррозионной стойкости в средах восстановительного характера и стойкости против коррозионного растрескивания, в том числе в сероводородосодержащих средах.The high nickel content (29-32%), on the one hand, is due to the need to stabilize a γ-solid solution with a high content of chromium (26-29%) and molybdenum (2.8-3.5%), and on the other hand, the need giving the alloy high corrosion resistance in reducing environments and resistance to corrosion cracking, including in hydrogen sulfide-containing environments.
Высокое содержание в сплаве хрома (26-29%) вызвано необходимостью придания ему высокой коррозионной стойкости в средах окислительного и окислительно-восстановительного характера и стойкости против питтинговой коррозии в хлорсодержащих средах.The high content of chromium alloy (26-29%) is due to the need to give it high corrosion resistance in oxidizing and redox environments and resistance to pitting corrosion in chlorine-containing environments.
Высокое содержание в сплаве никеля и хрома весьма благоприятно для обеспечения его высокой коррозионной стойкости в сероводородосодержащих средах, загрязненных хлор-ионом.The high content of nickel and chromium in the alloy is very favorable for ensuring its high corrosion resistance in hydrogen sulfide-containing environments contaminated with chlorine ion.
Молибден в количестве до 3,5% повышает стойкость сплава против питтинговой коррозии. Повышение содержания молибдена выше заявленных пределов при высоком хроме инициирует выделение избыточных фаз (типа σ) при температурах выше 800°С, т.е. снижает его структурную стабильность.Molybdenum in an amount of up to 3.5% increases the resistance of the alloy against pitting corrosion. An increase in the molybdenum content above the stated limits at high chromium initiates the release of excess phases (type σ) at temperatures above 800 ° C, i.e. reduces its structural stability.
Азот введен как аустенитообразующий элемент, повышающий структурную стабильность γ-твердого раствора с точки зрения выделения σ-фазы в процессе технологических нагревов. Кроме того, азот в сочетании с молибденом увеличивает стойкость сплава против питтинговой коррозии и тормозит образование приграничных выделений, повышает прочность. Нижний предел 0,08% определен тем, что при более низком содержании его влияние не эффективно. Верхний предел (0,20%) ограничен во избежание возникновения трудностей при горячей деформации в связи с ростом прочностных свойств.Nitrogen was introduced as an austenite-forming element that increases the structural stability of the γ-solid solution from the point of view of the allocation of the σ-phase during technological heating. In addition, nitrogen in combination with molybdenum increases the resistance of the alloy to pitting corrosion and inhibits the formation of cross-border emissions, increases strength. The lower limit of 0.08% is determined by the fact that, at a lower content, its effect is not effective. The upper limit (0.20%) is limited in order to avoid difficulties during hot deformation due to the increase in strength properties.
Нижний предел содержания углерода (0,005%) определен техническими возможностями при выплавке в индукционных печах при использовании чистой шихты. Верхний предел 0,02% ограничен тем, что при более высоком содержании возможно возникновение склонности к межкристаллитной коррозии, особенно в сварных соединениях.The lower limit of carbon content (0.005%) is determined by technical capabilities for smelting in induction furnaces using a clean charge. The upper limit of 0.02% is limited by the fact that at a higher content a tendency to intergranular corrosion may occur, especially in welded joints.
При этом суммарное содержание элементов внедрения - углерода и азота не должно превышать 0,21%.Moreover, the total content of interstitial elements - carbon and nitrogen should not exceed 0.21%.
Ниобий введен в количестве 0,05-0,2% для предотвращения возможности выделения карбидов типа Cr23С6 по границам зерен при провоцирующих нагревах.Niobium is introduced in an amount of 0.05-0.2% to prevent the possibility of precipitation of carbides of the type Cr 23 C 6 along the grain boundaries during provoking heating.
Увеличение содержания ниобия как сильного карбидообразующего и нитридообразующего элемента выше заявленных пределов может привести к увеличению неоднородности распределения карбонитридных фаз с одновременным снижением физико-механических свойств.An increase in the content of niobium as a strong carbide-forming and nitride-forming element above the stated limits can lead to an increase in the heterogeneity of the distribution of carbonitride phases with a simultaneous decrease in physical and mechanical properties.
Несоблюдение указанных в формуле изобретения пределов, а также дополнительных условий по ограничению элементов внедрения (C+N<0,21) приводит к увеличению загрязненности металла карбонитридными включениями.Failure to comply with the limits specified in the claims, as well as additional conditions to limit the implementation elements (C + N <0.21), leads to an increase in metal contamination with carbonitride inclusions.
Введение в заявленную композицию микродобавок кальция (либо магния) (0,005-0,03%) и бора (0,0005-0,004%) в совокупности с ограничением содержания серы (0,001-0,015%), а также алюминия (0,01-0,1%) и титана (0,02-0,1%) обусловлено необходимостью регулирования формы, дисперсности и распределения оксидов и сульфидов.Introduction to the claimed composition of microadditives of calcium (or magnesium) (0.005-0.03%) and boron (0.0005-0.004%), together with a limitation of sulfur content (0.001-0.015%), as well as aluminum (0.01-0 , 1%) and titanium (0.02-0.1%) due to the need to regulate the shape, dispersion and distribution of oxides and sulfides.
Введением кальция (либо магния) достигается более высокая чистота металла, так как, обладая высокой термодинамической активностью и сродством к сере и кислороду, кальций (магний) тормозит их диффузионную активность.The introduction of calcium (or magnesium) achieves a higher purity of the metal, since, having high thermodynamic activity and an affinity for sulfur and oxygen, calcium (magnesium) inhibits their diffusion activity.
Влияние микродобавок кальция (либо магния) и бора проявляется еще в том, что оба элемента, являясь поверхностно-активными элементами, влияют на поверхностное натяжение жидкого металла и как следствие на зарождение центров кристаллизации и рост зерна, а также состояние границ зерен, что в совокупности способствует заметному улучшению важнейших структурно-чувствительных характеристик металла, во многом определяющих его конструктивную прочность и пластичность при высоких температурах.The influence of microadditives of calcium (or magnesium) and boron is also manifested in the fact that both elements, being surface-active elements, affect the surface tension of a liquid metal and, as a result, the nucleation of crystallization centers and grain growth, as well as the state of grain boundaries, which together contributes to a marked improvement in the most important structurally sensitive characteristics of the metal, which largely determine its structural strength and ductility at high temperatures.
Для сплавов на железо-хромо-никель-молибденовой основе, модифицированных оптимальным количеством бора и кальция (магния), характерно также повышение сопротивляемости основного металла и сварных соединений против межкристаллитной коррозии и коррозионного растрескивания, что делает заявленный сплав практически невосприимчивым к локальным видам коррозии (в том числе в средах, содержащих H2S и хлор-ион) и повышает его эксплуатационную надежность при длительном воздействии коррозионно-активных сред.Iron-chromium-nickel-molybdenum-based alloys modified with an optimal amount of boron and calcium (magnesium) are also characterized by an increase in the resistance of the base metal and welded joints against intergranular corrosion and corrosion cracking, which makes the claimed alloy practically immune to local types of corrosion (in including in environments containing H 2 S and chlorine ion) and increases its operational reliability during prolonged exposure to corrosive environments.
Введение рассматриваемых элементов в заявленную композицию вне указанных в формуле изобретения пределов снижает эффективность их положительного влияния на комплекс коррозионных и механических свойств и приводит к снижению эксплуатационных характеристик материала.The introduction of the elements in question into the claimed composition outside the limits indicated in the claims reduces the effectiveness of their positive effect on the complex of corrosion and mechanical properties and reduces the operational characteristics of the material.
Полученный более высокий уровень основных коррозионных и технологических свойств заявленного сплава обеспечивается комплексным легированием композиции в указанном соотношении с другими элементами. При этом для обеспечения структурной стабильности соотношение (1) суммарного содержания ферритообразующих (Cr, Si, Nb, Мо, Ti, Al, В) и аустенитообразующих элементов (Ni, Mn, Cu, С, N) должно быть в пределах 0,75-0,90. При соотношении более 0,90 сплав будет содержать повышенное количество σ-фазы.The resulting higher level of basic corrosion and technological properties of the claimed alloy is ensured by complex alloying of the composition in the specified ratio with other elements. In order to ensure structural stability, the ratio (1) of the total content of ferrite-forming (Cr, Si, Nb, Mo, Ti, Al, B) and austenite-forming elements (Ni, Mn, Cu, C, N) should be within 0.75- 0.90. At a ratio of more than 0.90, the alloy will contain an increased amount of the σ phase.
Ниже даны варианты осуществления изобретения, не исключающие другие в объеме формулы изобретения.The following are embodiments of the invention, not excluding others in the scope of the claims.
Металл выплавляли в индукционной печи с последующим электрошлаковым переплавом расходуемого электрода в ЭШП-слиток.The metal was smelted in an induction furnace, followed by electroslag remelting of the consumable electrode into an ESR ingot.
Полученный металл подвергался обработке давлением на промышленном кузнечно-прессовом и прокатном оборудовании с получением либо листового проката, либо бесшовной холоднокатаной трубы различных размеров с требуемым комплексом прочностных и пластических свойств, а также коррозионной стойкости.The resulting metal was subjected to pressure treatment on industrial forging and rolling equipment with the receipt of either sheet metal or seamless cold-rolled pipe of various sizes with the required set of strength and plastic properties, as well as corrosion resistance.
В случае использования металлопродукции (лист, сорт, трубы) сплава для изготовления сварной химической аппаратуры она поставляется в закаленном состоянии, т.е. с пониженным уровнем прочностных свойств (σв=685-730 МПа, σ0,2=360-395 МПа, δ≥40%).In the case of using metal products (sheet, grade, pipes) of the alloy for the manufacture of welded chemical equipment, it is supplied in a hardened state, i.e. with a reduced level of strength properties (σ in = 685-730 MPa, σ 0.2 = 360-395 MPa, δ≥40%).
В том случае, когда сплав используется для изготовления бесшовных труб для нефтегазодобычи, они поставляются после холодной пластической деформации, которая обеспечивает получение высокой прочности (σв≥793 МПа, σ0,2=758-965 МПа) и пластичности (δ≥12%) наряду с высокой стойкостью против локальных видов коррозии (сероводородного коррозионного растрескивания, питтинговой коррозии). Холодная пластическая деформация в данном случае является единственным способом достижения требуемого уровня прочности однофазного γ-твердого раствора без существенного влияния на его коррозионную стойкость.In the case when the alloy is used to make seamless pipes for oil and gas production, they are delivered after cold plastic deformation, which provides high strength (σ in ≥793 MPa, σ 0.2 = 758-965 MPa) and ductility (δ≥12% ) along with high resistance to local types of corrosion (hydrogen sulfide corrosion cracking, pitting corrosion). Cold plastic deformation in this case is the only way to achieve the required level of strength of a single-phase γ-solid solution without significantly affecting its corrosion resistance.
Химический состав плавок предложенного и известного сплавов приведен в табл.1.The chemical composition of the melts proposed and known alloys are given in table 1.
Пластичность сплавов в интервале температур горячей пластической деформации (900-1200°С) определяли по величине ударной вязкости (ГОСТ 9454), механические свойства при 20°С - по ГОСТ 1497 (табл.2). Объектом исследования являлся горячекатаный лист (толщиной 10 мм) в состоянии закалки (с 1070°С в воду), а также последующей холодной деформации (25%).The ductility of alloys in the temperature range of hot plastic deformation (900-1200 ° C) was determined by the value of impact strength (GOST 9454), mechanical properties at 20 ° C - according to GOST 1497 (Table 2). The object of the study was a hot-rolled sheet (10 mm thick) in a state of quenching (from 1070 ° C into water), as well as subsequent cold deformation (25%).
Определение скорости общей коррозии основного металла и сварных образцов сплавов в закаленном состоянии проводили в растворе экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) следующего состава: 54,8% P2O5+2,65% SO3+9,4% F при температуре 120°С в течение 500 ч (табл.3, среда 1).The rate of general corrosion of the base metal and welded samples of alloys in the quenched state was determined in a solution of extraction phosphoric acid (EPA) of the following composition: 54.8% P 2 O 5 + 2.65% SO 3 + 9.4% F at a temperature of 120 ° C for 500 hours (Table 3, Wednesday 1).
Испытание образцов сплавов к сульфидному коррозионному растрестиванию (СКР) проводили по методике МСКР-01-85 (среда: водный раствор, содержащий 5 вес.% NaCl+0,5 вес.% СН3СООН, насыщенный H2S при давлении 0,1 МПа) при температуре 23°С, рН 3,0. Образцы под постоянной нагрузкой подвергались одностороннему растяжению σ=758 МПа, (σ=0,9σ0,2), продолжительность испытаний 720 ч (табл.3, среда 2). Испытания на общую и питтинговую коррозию образцов проводили в растворе 5% NaCl+0,5% СН3СООН+Н2S (Рн2s=15 атм) +CO2 (Рсо2) при общем давлении 50 атм (СН4), температуре 115°С в течение 1440 ч (табл.3, среда 3). В средах 2 и 3 образцы испытывались в холоднодеформированном состоянии.Testing alloy samples for sulfide corrosion cracking (SCR) was carried out according to the method MSKR-01-85 (medium: aqueous solution containing 5 wt.% NaCl + 0.5 wt.% CH 3 COOH, saturated with H 2 S at a pressure of 0.1 MPa) at a temperature of 23 ° C, pH 3.0. Samples under constant load were subjected to unilateral tension σ = 758 MPa, (σ = 0.9σ 0.2 ), the test duration was 720 hours (Table 3, medium 2). Tests for the general and pitting corrosion of the samples were carried out in a solution of 5% NaCl + 0.5% CH 3 COOH + H 2 S (pH 2 s = 15 atm) + CO 2 (PcO 2 ) at a total pressure of 50 atm (CH 4 ), at a temperature of 115 ° C for 1440 h (Table 3, Wednesday 3). In media 2 and 3, the samples were tested in a cold-deformed state.
Фазовый состав сплавов изучали методом рентгеноструктурного анализа анодноизолированных осадков, выделенных электрохимическим методом из образцов в состоянии закалки (табл.3.).The phase composition of the alloys was studied by the method of X-ray diffraction analysis of anodically insulated precipitates, isolated by electrochemical method from samples in a quenched state (Table 3.).
Анализ представленных материалов показывает, что предлагаемый сплав превосходит прототип по структурной стабильности (табл.3), стойкости против локальных видов коррозии и технологической пластичности при одинаковом уровне общей коррозионной стойкости в агрессивных средах, прочностных и пластических свойств при 20°С.Analysis of the materials presented shows that the proposed alloy surpasses the prototype in structural stability (Table 3), resistance to local types of corrosion and technological plasticity at the same level of general corrosion resistance in aggressive environments, strength and plastic properties at 20 ° C.
Ожидаемый технико-экономический эффект использования новой марки сплава и изделий из него выразится в повышении эксплуатационной надежности и безопасности, а также общего ресурса работы в том числе в виде сварного химического оборудования для сильно агрессивных сред, а также подземного скваженного оборудования, работающего на газоконденсатных месторождениях с высоким содержанием сероводорода и хлор-иона.The expected technical and economic effect of using a new brand of alloy and products from it will be expressed in increasing operational reliability and safety, as well as the overall service life, including in the form of welded chemical equipment for highly aggressive environments, as well as underground well equipment operating in gas condensate fields with high content of hydrogen sulfide and chlorine ion.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005110954/02A RU2288967C1 (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Corrosion-resisting alloy and article made of its |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005110954/02A RU2288967C1 (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Corrosion-resisting alloy and article made of its |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2288967C1 true RU2288967C1 (en) | 2006-12-10 |
Family
ID=37665610
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005110954/02A RU2288967C1 (en) | 2005-04-15 | 2005-04-15 | Corrosion-resisting alloy and article made of its |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2288967C1 (en) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2599936C2 (en) * | 2012-06-21 | 2016-10-20 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Seamless pipe of high-strength stainless steel with high corrosion resistance for oil well and method of its manufacture |
RU2620834C2 (en) * | 2011-12-20 | 2017-05-30 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | High-strength, corrosion-resistant austenitic alloys |
RU2661972C1 (en) * | 2014-11-18 | 2018-07-23 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | High-strength seamless steel pipe for oil-field pipe articles and method for manufacture thereof |
US10053758B2 (en) | 2010-01-22 | 2018-08-21 | Ati Properties Llc | Production of high strength titanium |
US10094003B2 (en) | 2015-01-12 | 2018-10-09 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
US10144999B2 (en) | 2010-07-19 | 2018-12-04 | Ati Properties Llc | Processing of alpha/beta titanium alloys |
RU2675877C1 (en) * | 2013-11-12 | 2018-12-25 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Methods for processing metal alloys |
US10287655B2 (en) | 2011-06-01 | 2019-05-14 | Ati Properties Llc | Nickel-base alloy and articles |
RU2690246C2 (en) * | 2013-02-26 | 2019-05-31 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Methods for treating alloys |
US10337093B2 (en) | 2013-03-11 | 2019-07-02 | Ati Properties Llc | Non-magnetic alloy forgings |
US10370751B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-08-06 | Ati Properties Llc | Thermomechanical processing of alpha-beta titanium alloys |
US10422027B2 (en) | 2004-05-21 | 2019-09-24 | Ati Properties Llc | Metastable beta-titanium alloys and methods of processing the same by direct aging |
US10435775B2 (en) | 2010-09-15 | 2019-10-08 | Ati Properties Llc | Processing routes for titanium and titanium alloys |
US10502252B2 (en) | 2015-11-23 | 2019-12-10 | Ati Properties Llc | Processing of alpha-beta titanium alloys |
US10513755B2 (en) | 2010-09-23 | 2019-12-24 | Ati Properties Llc | High strength alpha/beta titanium alloy fasteners and fastener stock |
-
2005
- 2005-04-15 RU RU2005110954/02A patent/RU2288967C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ШЛЯМНЕВ А.П. и др. Коррозионно-стойкие жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы. Справочник. - М.: нтермет инжиниринг, 2000, с.111. * |
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10422027B2 (en) | 2004-05-21 | 2019-09-24 | Ati Properties Llc | Metastable beta-titanium alloys and methods of processing the same by direct aging |
US10053758B2 (en) | 2010-01-22 | 2018-08-21 | Ati Properties Llc | Production of high strength titanium |
US10144999B2 (en) | 2010-07-19 | 2018-12-04 | Ati Properties Llc | Processing of alpha/beta titanium alloys |
US10435775B2 (en) | 2010-09-15 | 2019-10-08 | Ati Properties Llc | Processing routes for titanium and titanium alloys |
US10513755B2 (en) | 2010-09-23 | 2019-12-24 | Ati Properties Llc | High strength alpha/beta titanium alloy fasteners and fastener stock |
US10287655B2 (en) | 2011-06-01 | 2019-05-14 | Ati Properties Llc | Nickel-base alloy and articles |
RU2620834C2 (en) * | 2011-12-20 | 2017-05-30 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | High-strength, corrosion-resistant austenitic alloys |
US9758850B2 (en) | 2012-06-21 | 2017-09-12 | Jfe Steel Corporation | High strength stainless steel seamless pipe with excellent corrosion resistance for oil well and method of manufacturing the same |
RU2599936C2 (en) * | 2012-06-21 | 2016-10-20 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | Seamless pipe of high-strength stainless steel with high corrosion resistance for oil well and method of its manufacture |
US10570469B2 (en) | 2013-02-26 | 2020-02-25 | Ati Properties Llc | Methods for processing alloys |
RU2690246C2 (en) * | 2013-02-26 | 2019-05-31 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Methods for treating alloys |
US10337093B2 (en) | 2013-03-11 | 2019-07-02 | Ati Properties Llc | Non-magnetic alloy forgings |
RU2745050C2 (en) * | 2013-03-11 | 2021-03-18 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Thermomechanical treatment of high strength non-magnetic corrosion-resistant material |
US10370751B2 (en) | 2013-03-15 | 2019-08-06 | Ati Properties Llc | Thermomechanical processing of alpha-beta titanium alloys |
RU2675877C1 (en) * | 2013-11-12 | 2018-12-25 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Methods for processing metal alloys |
US11111552B2 (en) | 2013-11-12 | 2021-09-07 | Ati Properties Llc | Methods for processing metal alloys |
RU2661972C1 (en) * | 2014-11-18 | 2018-07-23 | ДжФЕ СТИЛ КОРПОРЕЙШН | High-strength seamless steel pipe for oil-field pipe articles and method for manufacture thereof |
US10094003B2 (en) | 2015-01-12 | 2018-10-09 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
US10619226B2 (en) | 2015-01-12 | 2020-04-14 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
US10808298B2 (en) | 2015-01-12 | 2020-10-20 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
US11319616B2 (en) | 2015-01-12 | 2022-05-03 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
US11851734B2 (en) | 2015-01-12 | 2023-12-26 | Ati Properties Llc | Titanium alloy |
US10502252B2 (en) | 2015-11-23 | 2019-12-10 | Ati Properties Llc | Processing of alpha-beta titanium alloys |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2288967C1 (en) | Corrosion-resisting alloy and article made of its | |
JP6787483B2 (en) | Martensitic stainless steel | |
US8119063B2 (en) | Austenitic iron and an iron product | |
JP4803174B2 (en) | Austenitic stainless steel | |
EP2246454B1 (en) | Carburization-resistant metal material | |
EP2479300B1 (en) | Ni-BASED ALLOY PRODUCT AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF | |
TWI571517B (en) | Ferritic-austenitic stainless steel | |
US9637813B2 (en) | Duplex stainless steel | |
CA3035162C (en) | Austenitic stainless steel | |
US4155752A (en) | Corrosion-resistant ferritic chrome-molybdenum-nickel steel | |
EP0545753A1 (en) | Duplex stainless steel having improved strength and corrosion resistance | |
RU2418880C2 (en) | High strength corrosion resistant alloy for oil industry | |
CA2397592C (en) | Duplex stainless steel | |
EP1446513A1 (en) | Super-austenitic stainless steel | |
AU2002329144B2 (en) | Use of a duplex stainless steel alloy | |
EA014812B1 (en) | Duplex stainless steel alloy and use of this alloy | |
KR20040029142A (en) | Duplex steel alloy | |
US20190126408A1 (en) | Welding Structure Member | |
AU2002329144A1 (en) | Use of a duplex stainless steel alloy | |
EP0438992B1 (en) | Austenitic stainless steel | |
RU2409697C1 (en) | Corrosion resistant steel | |
US20190105727A1 (en) | Welding Structure Member | |
JPS6358214B2 (en) | ||
JP3449282B2 (en) | Austenitic stainless steel with excellent high-temperature strength and ductility | |
CN112391576B (en) | Low-alloy heat-resistant steel and steel pipe |