RU2393260C1 - Heat resistant alloy - Google Patents
Heat resistant alloy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2393260C1 RU2393260C1 RU2009114197/02A RU2009114197A RU2393260C1 RU 2393260 C1 RU2393260 C1 RU 2393260C1 RU 2009114197/02 A RU2009114197/02 A RU 2009114197/02A RU 2009114197 A RU2009114197 A RU 2009114197A RU 2393260 C1 RU2393260 C1 RU 2393260C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- heat
- resistant alloy
- phosphorus
- nickel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к составам жаропрочных хромоникелевых сплавов аустенитного класса, и может быть использовано при изготовлении реакционных труб нефтегазоперерабатывающих установок с рабочими температурами в интервале 800-1200°С и давлением до 50 атм.The invention relates to metallurgy, in particular to compositions of heat-resistant chromium-nickel alloys of the austenitic class, and can be used in the manufacture of reaction tubes of oil and gas processing plants with operating temperatures in the range of 800-1200 ° C and pressure up to 50 atm.
Для их изготовления применяется метод центробежного литья, предусматривающий механическую обработку центробежнолитых заготовок по внутренней поверхности для удаления дефектов металлургического происхождения и сварку для получения реакционной трубы требуемой длины.For their manufacture, the centrifugal casting method is used, which provides for the mechanical processing of centrifugally cast billets on the inner surface to remove defects of metallurgical origin and welding to obtain a reaction tube of the required length.
Срок службы центробежнолитых труб на нефтегазоперерабатывающих установках, работающих при температурах 950-1200°С и давлениях до 10 атмосфер, составляет от 20000 до 65000 часов. После его истечения их необходимо заменять, так как прочность резко понижается, что может привести к аварийному разрушению трубы и выходу из строя всей установкиThe service life of centrifugally cast pipes in oil and gas refineries, operating at temperatures of 950-1200 ° C and pressures up to 10 atmospheres, ranges from 20,000 to 65,000 hours. After its expiration, they must be replaced, since the strength decreases sharply, which can lead to emergency pipe destruction and failure of the entire installation
Одной из возможных причин пониженной жаропрочности (способности материала противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах) труб, изготовленных из известных жаропрочных сплавов, является недостаточно высокая однородность размеров зерен кристаллической структуры этих сплавов и относительно небольшая средняя величина этих зерен.One of the possible reasons for the low heat resistance (the ability of the material to withstand mechanical loads at high temperatures) of pipes made of known heat-resistant alloys is the insufficiently high grain size uniformity of the crystal structure of these alloys and the relatively small average size of these grains.
Известен жаропрочный сплав, описанный в RU №2194785, кл. С22С 30/00, включающий, мас.%: углерод 0,06-0,10, кремний 0,005-0,65; марганец 0,0005-0,74; хром 19,0-23,0; никель 30,0-34,0; титан 0,25-0,80; алюминий 0,0005-0,45, ванадий 0,0005-0,10; вольфрам 0,0006-0,10; железо - остальное. Содержание в жаропрочном сплаве серы, фосфора, свинца, олова, мышьяка, цинка, молибдена и меди не превышает следующих значений, мас.%: сера - 0,02, фосфор - 0,03, свинец - 0,01, олово - 0,01, мышьяк - 0,01, цинк - 0,01, молибден - 0,5 и медь - 0,2. Одновременно с этим должны выполняться следующие условия:Known heat-resistant alloy described in RU No. 2194785, class. C22C 30/00, including, wt.%: Carbon 0.06-0.10, silicon 0.005-0.65; Manganese 0.0005-0.74; chrome 19.0-23.0; nickel 30.0-34.0; titanium 0.25-0.80; aluminum 0.0005-0.45; vanadium 0.0005-0.10; tungsten 0.0006-0.10; iron is the rest. The content in the heat-resistant alloy of sulfur, phosphorus, lead, tin, arsenic, zinc, molybdenum and copper does not exceed the following values, wt.%: Sulfur - 0.02, phosphorus - 0.03, lead - 0.01, tin - 0, 01, arsenic - 0.01, zinc - 0.01, molybdenum - 0.5 and copper - 0.2. At the same time, the following conditions must be met:
%Ni + 32%С + 0,6% Мn +%Cu = 33,10504 - 37, 844%;% Ni + 32% C + 0.6% Mn +% Cu = 33.10504 - 37, 844%;
%Cr + 3%Ti +%V +%Mo + 1,6%Si +%W = 19/7518 - 25,18226%.% Cr + 3% Ti +% V +% Mo + 1.6% Si +% W = 19/7518 - 25.18226%.
К его недостаткам следует отнести относительно невысокую температуру эксплуатации труб на его основе.Its disadvantages include the relatively low operating temperature of pipes based on it.
Известен жаропрочный сплав [RU №2149203, кл. С22С 30/00], содержащий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, церий и железо при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод 0,40-0,50, кремний 1,8995-2,39, марганец 0,0505-0,51, хром 24-28, никель 34-36, ниобий 1,3-1,7, церий 0,08-0,12, железо - остальное и дополнительно ванадий, титан и алюминий, мас.%:Known heat-resistant alloy [RU No. 2149203, class. C22C 30/00] containing carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, niobium, cerium and iron in the following components, wt.%: Carbon 0.40-0.50, silicon 1.8995-2.39, manganese 0.0505-0.51, chromium 24-28, nickel 34-36, niobium 1.3-1.7, cerium 0.08-0.12, iron - the rest and additionally vanadium, titanium and aluminum, wt.% :
Содержание в жаропрочном сплаве серы, фосфора, свинца, олова, мышьяка, цинка, молибдена и меди не должно превышать следующие значения, мас.%: сера 0,03, фосфор 0,03, свинец 0,01, олово 0,01, мышьяк 0,01, цинк 0,01, молибден 0,5 и медь 0,2.The content in the heat-resistant alloy of sulfur, phosphorus, lead, tin, arsenic, zinc, molybdenum and copper should not exceed the following values, wt.%: Sulfur 0.03, phosphorus 0.03, lead 0.01, tin 0.01, arsenic 0.01, zinc 0.01, molybdenum 0.5 and copper 0.2.
Кроме того, для данного жаропрочного сплава необходимо одновременное выполнение двух условий:In addition, for this heat-resistant alloy, two conditions must simultaneously be met:
%Ni + 32%С + 0,6%Mn +%Cu = 47,94875 - 52,506%.% Ni + 32% C + 0.6% Mn +% Cu = 47.94875 - 52.506%.
%Cr + 3%Ti +%V +%Mo + 1,6%Si + 0,6%Nb = 27,8217 - 32,6395%.% Cr + 3% Ti +% V +% Mo + 1.6% Si + 0.6% Nb = 27.8217 - 32.6395%.
В отличие от предыдущего сплава он может эксплуатироваться в интервале температур 950-1200°С, однако при существенно низком давлении (до 10 атм). Это ограничивает области использования реакционных труб и снижает сроки их эксплуатации.Unlike the previous alloy, it can be operated in the temperature range 950-1200 ° С, however, at a significantly low pressure (up to 10 atm). This limits the use of the reaction tubes and reduces their service life.
Наиболее близким по технической сущности является жаропрочный сплав, описанный в RU №2149206, кл. С22С 30/00 и включающий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, ванадий, титан, алюминий и железо при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод 0,35-0,45, кремний 1,1995-1,59, марганец 1,0005-1,51, хром 24-27, никель 34-36, ниобий 1,3-1,7, ванадий - 0,0005-0,20, титан 0,0005-0,10, алюминий 0,0005-0,10, железо - остальноеThe closest in technical essence is the heat-resistant alloy described in RU No. 2149206, class. C22C 30/00 and including carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, niobium, vanadium, titanium, aluminum and iron in the following components, wt.%: Carbon 0.35-0.45, silicon 1.1995-1, 59, manganese 1.0005-1.51, chromium 24-27, nickel 34-36, niobium 1.3-1.7, vanadium - 0.0005-0.20, titanium 0.0005-0.10, aluminum 0.0005-0.10, iron - the rest
Содержание в жаропрочном сплаве серы, фосфора, свинца, олова, мышьяка, цинка, молибдена и меди не должно превышать следующие значения, мас.%: сера 0,03, фосфор 0,03, свинец 0,01, олово 0,01, мышьяк 0,01, цинк 0,01, молибден 0,5 и медь 0,2.The content in the heat-resistant alloy of sulfur, phosphorus, lead, tin, arsenic, zinc, molybdenum and copper should not exceed the following values, wt.%: Sulfur 0.03, phosphorus 0.03, lead 0.01, tin 0.01, arsenic 0.01, zinc 0.01, molybdenum 0.5 and copper 0.2.
Кроме того, для данного жаропрочного сплава необходимо одновременное выполнение двух условий:In addition, for this heat-resistant alloy, two conditions must simultaneously be met:
%Ni + 32%С + 0,6%Мп +%Cu = 46,94184 - 51,506%.% Ni + 32% C + 0.6% Mn +% Cu = 46.94184 - 51.506%.
%Cr + 3%Ti +%V +%Mo + 1,6%Si + 0,6%Nb = 26,7017 - 30,59154%.% Cr + 3% Ti +% V +% Mo + 1.6% Si + 0.6% Nb = 26.7017 - 30.59154%.
Его существенным недостатком является тот факт, что реальная температура эксплуатации труб в ряде случаев превышает показатель жаропрочности.Its significant drawback is the fact that the actual pipe operating temperature in some cases exceeds the heat resistance index.
Технической задачей изобретения является оптимизация химического состава и структуры жаропрочного сплава с целью его использования для изготовления труб, эксплуатируемых при температурах до 1200°С и давлениях до 50 атм.An object of the invention is to optimize the chemical composition and structure of the heat-resistant alloy with a view to its use for the manufacture of pipes operated at temperatures up to 1200 ° C and pressures up to 50 atm.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в жаропрочном сплаве снижено содержание углерода, кремния, никеля и хрома и введены новые компоненты - церий и вольфрам, что позитивно отразилось на структуре сплава и его физико-механических показателях. Одновременно с этим ограничено содержание кобальта, повышенная концентрация которого негативно отражается на размере зерен.The specified technical result is achieved due to the fact that the content of carbon, silicon, nickel and chromium in the heat-resistant alloy is reduced and new components are introduced - cerium and tungsten, which positively affected the structure of the alloy and its physical and mechanical properties. At the same time, the cobalt content is limited, the increased concentration of which negatively affects the grain size.
Таким образом, сущностью предлагаемого технического решения является жаропрочный сплав, включающий углерод, хром, никель, ниобий, церий, кремний, марганец, ванадий, титан, алюминий, вольфрам и железо при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод 0,30-0,40; хром 20-23; никель 30-33; ниобий 1,0-1,7; церий 0,07-0,11; кремний 0,45-0,95; марганец 0,8-1,45; ванадий 0,0005-0,15; титан 0,0005-0,15; алюминий 0,0005-0,10, вольфрам 0,05-0,5, железо и примеси - остальное, а содержание примесей - серы, фосфора, свинца, мышьяка, цинка, молибдена, кобальта и меди не превышает следующих значений, мас.%: сера - 0,02; фосфор - 0,02; свинец - 0,01; олово - 0,01; мышьяк - 0,01; цинк - 0,01; молибден - 0,25; кобальт - 0,1; медь - 0,2.Thus, the essence of the proposed technical solution is a heat-resistant alloy, including carbon, chromium, nickel, niobium, cerium, silicon, manganese, vanadium, titanium, aluminum, tungsten and iron with the following content of components, wt.%: Carbon 0.30-0 , 40; chrome 20-23; nickel 30-33; niobium 1.0-1.7; cerium 0.07-0.11; silicon 0.45-0.95; manganese 0.8-1.45; vanadium 0.0005-0.15; titanium 0.0005-0.15; aluminum 0.0005-0.10, tungsten 0.05-0.5, iron and impurities - the rest, and the content of impurities - sulfur, phosphorus, lead, arsenic, zinc, molybdenum, cobalt and copper does not exceed the following values, wt. %: sulfur - 0.02; phosphorus - 0.02; lead - 0.01; tin - 0.01; arsenic - 0.01; zinc - 0.01; molybdenum - 0.25; cobalt - 0.1; copper - 0.2.
Заявляемый сплав является чисто аустенитным, сохраняет неизменной структуру при нагревании и не упрочняется термообработкой, то есть не склонен к дисперсионному твердению и выплавляется только в индукционных печах с основной футеровкой (кислая футеровка приводит к обезуглероживанию сплава) и использованием чистых шихтовых материалов. Отходы, обрезь и другие загрязненные материалы при выплавке заявленного сплава не применяются. Специфика нагрева и расплавления металла в индукционных печах без образования электрической дуги (в отличие от электродуговых печей) не требует наведения шлаков на поверхности жидкого металла с переводом ряда примесей в наведенный шлак и последующим его удалением. Кроме того, за счет применения высокочастотного способа нагрева в индукционной печи обеспечивается хорошее диспергирование компонентов сплава в процессе выплавки. Плавление в футерованном индукторе индукционной печи защищает металл от любых загрязнений, в первую очередь продуктами сгорания топлива (в отличие от плавления в мартеновских и др. печах), от науглероживающего влияния электродов (в отличие от плавления в электродуговых печах) и от насыщения газами (азотом, водородом и др. ) из окружающей атмосферы (в отличие от плавления в электродуговых печах при наличии сверх высокотемпературной электрической дуги).The inventive alloy is purely austenitic, keeps its structure unchanged when heated and is not hardened by heat treatment, that is, it is not prone to dispersion hardening and is smelted only in induction furnaces with a main lining (acid lining leads to decarburization of the alloy) and using pure charge materials. Waste, trimmings and other contaminated materials are not used in the smelting of the claimed alloy. The specifics of heating and melting of metal in induction furnaces without the formation of an electric arc (in contrast to electric arc furnaces) does not require slag guidance on the surface of a liquid metal with the transfer of a number of impurities to the induced slag and its subsequent removal. In addition, through the use of a high-frequency heating method in an induction furnace, good dispersion of alloy components during smelting is ensured. Melting in a lined inductor of an induction furnace protects the metal from any contamination, primarily the products of fuel combustion (as opposed to melting in open-hearth and other furnaces), from the carburizing effect of electrodes (as opposed to melting in electric arc furnaces) and from saturation with gases (nitrogen , hydrogen, etc.) from the surrounding atmosphere (as opposed to melting in electric arc furnaces in the presence of an ultrahigh-temperature electric arc).
Заявленный сплав является строго литейным, и для него не требуется дополнительных мер по ограничению содержания вредных примесей, таких как сера и фосфор. В указанных количествах они позитивно влияют на обрабатываемость сплава резанием.The claimed alloy is strictly foundry, and it does not require additional measures to limit the content of harmful impurities, such as sulfur and phosphorus. In the indicated amounts, they positively affect the machinability of the alloy by cutting.
Изделия на основе заявляемого сплава получались из центробежнолитых трубных заготовок, изготовленных путем заливки расплавленного сплава во вращающийся кокиль с внутренним диаметром, равным наружному диаметру получаемой трубы, с последующей механической обработкой без деформации структуры материала, то есть путем снятия стружки.Products based on the inventive alloy were obtained from centrifugally cast tubular billets made by pouring molten alloy into a rotating chill mold with an inner diameter equal to the outer diameter of the resulting pipe, followed by machining without deformation of the material structure, i.e., by removing chips.
ПримерExample
Основные результаты исследований были получены при использовании сплава следующего состава, мас.%: углерод - 0,40; кремний - 0,82; марганец - 1,13; хром - 20,5; никель - 33,3; ниобий - 1,5; церий - 0,03; ванадий - 0,05; титан - 0,07; алюминий - 0,02; вольфрам - 0,09, сера - 0,02; фосфор - 0,02; медь - 0,06; молибден - 0,05; кобальт - менее 0,02; железо - остальное.The main research results were obtained using an alloy of the following composition, wt.%: Carbon - 0.40; silicon - 0.82; Manganese - 1.13; chrome - 20.5; nickel - 33.3; niobium - 1.5; cerium - 0.03; vanadium - 0.05; titanium - 0.07; aluminum - 0.02; tungsten - 0.09, sulfur - 0.02; phosphorus - 0.02; copper - 0.06; molybdenum - 0.05; cobalt - less than 0.02; iron is the rest.
Среднюю величину зерна определяли в окуляре металлографического микроскопа на матовом стекле (ГОСТ 5639 "Сталь. Методы выявления и определения величины зерна").The average grain size was determined in the eyepiece of a metallographic microscope on frosted glass (GOST 5639 "Steel. Methods for the detection and determination of grain size").
Экспериментально установлено, что средняя величина зерна у заявляемого сплава составляет 250 мкм, что несколько больше, чем у сплава-прототипа (215 мкм).It was experimentally established that the average grain size of the inventive alloy is 250 μm, which is slightly larger than that of the prototype alloy (215 μm).
Однородность структуры оценивалась с помощью коэффициента неоднородности А, который определяется как отношение А=Rmax/Rmin, где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный линейные размеры зерен в структуре сплава соответственно. В известном сплаве-прототипе А=1,22-1,34, а для заявляемого сплава А=1,10-1,21, что свидетельствует о более высокой однородности его структуры.The uniformity of the structure was estimated using the inhomogeneity coefficient A, which is defined as the ratio A = R max / R min , where R max and R min are the maximum and minimum linear grain sizes in the alloy structure, respectively. In the known prototype alloy A = 1.22-1.34, and for the inventive alloy A = 1.10-1.21, which indicates a higher uniformity of its structure.
Испытания на длительную прочность были проведены при температуре 960°С на образцах типа ДП-5 с рабочей частью ⌀5, длиной 25 мм на испытательных машинах типа МП-3 с прямым нагружением образцов в соответствии с ГОСТ 10145. Полученные данные позволяют построить график зависимости времени до разрушения от уровня растягивающих механических напряжений.Long-term strength tests were carried out at a temperature of 960 ° C on samples of type DP-5 with a working part of ⌀5, length 25 mm on testing machines of type MP-3 with direct loading of samples in accordance with GOST 10145. The data obtained allow us to plot a time dependence to failure from the level of tensile stresses.
Значение предела длительной прочности заявляемого сплава при температуре 960°С за 100 000 час, полученных методом экстраполяции, составило 17,4 Н/мм2, что на 26% выше данных по жаропрочности сплава-прототипа.The value of the ultimate strength of the inventive alloy at a temperature of 960 ° C per 100,000 hours obtained by extrapolation was 17.4 N / mm 2 , which is 26% higher than the data on the heat resistance of the prototype alloy.
Испытания механических свойств были выполнены при температурах 20 и 960°С на образцах с рабочей частью ⌀5, длиной 25 мм по ГОСТ 9651 на машине FP-100/1 при скорости растяжения образца 2 мм/мин. По сравнению с прототипом механические свойства заявляемого сплава оказались также на более высоком уровне (см. таблицу).Testing of mechanical properties was carried out at temperatures of 20 and 960 ° C on samples with a working part 255, length 25 mm according to GOST 9651 on a FP-100/1 machine with a sample stretching speed of 2 mm / min. Compared with the prototype, the mechanical properties of the inventive alloy were also at a higher level (see table).
Совокупность полученных результатов испытаний позволяет гарантировать увеличение рабочего давления в реакционных трубах, изготовленных на основе заявляемого сплава, до 50 атм при температуре 800-1200°С.The totality of the test results allows us to guarantee an increase in working pressure in the reaction tubes made on the basis of the inventive alloy, up to 50 atm at a temperature of 800-1200 ° C.
Из описания изобретения и таблицы следует, что по заявленному техническому решению удается улучшить структуру и механические свойства жаропрочного сплава для изготовления реакционных труб и повысить рабочее давление их эксплуатации до 50 атм.From the description of the invention and the table it follows that according to the claimed technical solution, it is possible to improve the structure and mechanical properties of the heat-resistant alloy for the manufacture of reaction tubes and increase the operating pressure of their operation to 50 atm.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009114197/02A RU2393260C1 (en) | 2009-04-14 | 2009-04-14 | Heat resistant alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009114197/02A RU2393260C1 (en) | 2009-04-14 | 2009-04-14 | Heat resistant alloy |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2393260C1 true RU2393260C1 (en) | 2010-06-27 |
Family
ID=42683633
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009114197/02A RU2393260C1 (en) | 2009-04-14 | 2009-04-14 | Heat resistant alloy |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2393260C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105296887A (en) * | 2015-12-09 | 2016-02-03 | 江苏东方电力锅炉配件有限公司 | Boiler tube and manufacturing process thereof |
RU2577643C1 (en) * | 2015-04-22 | 2016-03-20 | Байдуганов Александр Меркурьевич | High-temperature alloy |
RU2700346C1 (en) * | 2019-06-13 | 2019-09-16 | Сергей Васильевич Афанасьев | Heat-resistant alloy |
-
2009
- 2009-04-14 RU RU2009114197/02A patent/RU2393260C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2577643C1 (en) * | 2015-04-22 | 2016-03-20 | Байдуганов Александр Меркурьевич | High-temperature alloy |
CN105296887A (en) * | 2015-12-09 | 2016-02-03 | 江苏东方电力锅炉配件有限公司 | Boiler tube and manufacturing process thereof |
RU2700346C1 (en) * | 2019-06-13 | 2019-09-16 | Сергей Васильевич Афанасьев | Heat-resistant alloy |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108315599B (en) | A kind of high cobalt nickel base superalloy and preparation method thereof | |
US20180100211A1 (en) | Microalloy carbon steel for passenger car hub bearings and method for manufacturing the same | |
EP2479293A1 (en) | Forging heat resistant steel, manufacturing method thereof, forged parts and manufacturing method thereof | |
NO337650B1 (en) | Steel for steel pipes | |
RU2393260C1 (en) | Heat resistant alloy | |
CN114107826B (en) | Nickel-based high-temperature alloy and preparation method thereof | |
CN104651743A (en) | Multielement composite heat-resistant steel | |
CN112853155A (en) | High aluminum austenitic alloy having excellent high temperature corrosion resistance and creep resistance | |
RU2485200C1 (en) | Heat-resistant chrome-nickel alloy with austenitic structure | |
EP3135789A1 (en) | Turbine rotor material for geothermal power generation and method for manufacturing same | |
RU2446223C1 (en) | Heat-resistant chrome-nickel alloy with austenitic structure | |
CN1043253C (en) | Al-Mn-Si-N series austenitic stainless acid-resisting steel | |
RU2395608C1 (en) | Heat resistant alloy | |
RU2149203C1 (en) | Refractory alloy | |
RU2441092C1 (en) | Heat-resistant steel | |
RU2533072C1 (en) | Refractory chromium-nickel alloy with austenite structure | |
RU2149210C1 (en) | Refractory alloy | |
CN116601324A (en) | Austenitic stainless steel | |
RU2395606C1 (en) | Heat resistant alloy | |
RU2479645C1 (en) | Round hot-rolled bar stock | |
RU2149212C1 (en) | Refractory alloy | |
CN104651749A (en) | Medium-carbon multielement heat resistant steel | |
KR20200118814A (en) | New Duplex Stainless Steel | |
RU2149206C1 (en) | Refractory alloy | |
RU2149205C1 (en) | Refractory alloy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120113 |