RU2468108C1 - Коррозионностойкий высокопрочный инварный сплав - Google Patents
Коррозионностойкий высокопрочный инварный сплав Download PDFInfo
- Publication number
- RU2468108C1 RU2468108C1 RU2011143454/02A RU2011143454A RU2468108C1 RU 2468108 C1 RU2468108 C1 RU 2468108C1 RU 2011143454/02 A RU2011143454/02 A RU 2011143454/02A RU 2011143454 A RU2011143454 A RU 2011143454A RU 2468108 C1 RU2468108 C1 RU 2468108C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- corrosion
- cobalt
- nickel
- alloys
- vanadium
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, к составам коррозионностойких инварных сплавов, и может быть использовано в авиационной, криогенной технике, судостроении, а также для создания конструкций и приборов наземного, морского базирования, работающих в условиях повышенной влажности и морского тумана. Заявлен коррозионностойкий инварный сплав, содержащий, мас.%: кобальт - 30,0÷60,0, хром - 6,0÷12,0, никель - 2,0÷20,0, ванадий - 0,05÷4,0, углерод - 0,1÷1,5, железо - остальное. При этом отношение суммарного содержания никеля и кобальта к содержанию хрома находится в интервале 5÷11. Технический результат - увеличение размерной стабильности сплавов при низких температурах до -196°С, повышение прочностных свойств при сохранении минимального значения температурного коэффициента линейного расширения и высокой коррозионной стойкости в условиях повышенной влажности и морского тумана. 1 табл., 8 пр.
Description
Изобретение относится к металлургии, конкретно к разработке коррозионностойких инварных сплавов с минимальным значением температурного коэффициента линейного расширения ТКЛР (ниже 3·10-6 K-1). Такие сплавы могут использоваться в авиационной, криогенной технике, судостроении, а также для создания конструкций и приборов наземного и морского базирования, работающих в условиях повышенной влажности и морского тумана. При этом конструкции практически не меняют своих размеров при изменении температуры от -196°C до +200°C.
Известен неферромагнитный инварный сплав и изделие, выполненное из него [патент РФ 2095455, 30.01.1998 (C22C 14/00, 27/02)]. Сплав обладает минимальным температурным коэффициентом линейного расширения (≤3·10-6 К-1), а также высокой коррозионной стойкостью. Заявлена группа изобретений сплава. Сплав по первому варианту изобретения содержит 2÷20 мас.% ванадия; титан - остальное, а по второму варианту 20÷50 мас.% ниобия и титан - остальное.
Недостатком этого сплава являются:
- высокая стоимость, обусловленная высоким содержанием дорогостоящих ниобия и титана;
- сложная технология выплавки и металлургического передела, в частности необходимость использования многократного вакуумно-дугового переплава, а также деформационной обработки в вакууме или в среде инертного газа;
- для реализации требуемого значения ТКЛР необходима деформация по строго заданной степени обжатия;
- весьма существенным недостатком является наличие анизотропии величины ТКЛР;
- минимальное значение ТКЛР удается реализовать по одному, в крайнем случае по двум, направлениям.
Указанные недостатки существенно ограничивают применение данного сплава в технике.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемости результатов является коррозионностойкий инварный сплав системы железо-кобальт-хром, содержащий по массе, %: кобальт - 50÷55; хром - 9,0÷10; железо - остальное [А.И.Захаров. Физика прецизионных сплавов с особыми тепловыми свойствами. М. Металлургия. 1986 г., с.188÷190].
Для этих сплавов после нагрева до 950÷1100°C и охлаждения до комнатной температуры могут быть достигнуты минимальные значения ТКЛР (<2·10-6 K-1) в сочетании с высоким уровнем коррозионных свойств.
Недостатком данных сплавов являются:
- высокая чувствительность теплового расширения к колебаниям состава;
- узкий диапазон концентраций по кобальту и хрому, при которых реализуются низкие значения ТКЛР. Это приводит к трудностям выплавки точного состава;
- для достижения требуемого уровня свойств, в частности низкого значения ТКЛР, требуется сложная термическая обработка, включающая регулируемое замедленное охлаждение со скоростью 0,5÷0,8 °C/мин, в определенном температурном диапазоне (500÷800°C);
- недостатком этого сплава являются низкая устойчивость к деформации и изменениям температуры. При охлаждении ниже -70°C, а также при пластической деформации они теряют инварные свойства вследствие протекания фазовых γ→α превращений;
- в закаленном и наклепанном состоянии сплавы обладает высоким тепловым расширением >(6÷8)·10-6 K-1 и не могут быть применены в качестве материала с минимальным ТКЛР (≤3·10-6 K-1).
Кроме этого сплавы обладают весьма низкими механическими свойствами: HV - 150 Н/мм2, σ0,2≤300 Н/мм2.
Перечисленные недостатки ограничивают применение вышеуказанных сплавов в технике, в том числе в высокопрочных конструкциях, работающих под нагрузкой при пониженных температурах.
Задача, решаемая изобретением
- Расширение диапазона концентраций по кобальту, хрому и легирующим элементам, при которых реализуются минимальные значения ТКЛР.
- Увеличение размерной стабильности сплавов при понижении температуры и пластической деформации.
- Упрощение режимов дефомационно-термической обработки, повышение прочностных свойств при сохранении минимального значения температурного коэффициента линейного расширения и высокой коррозионной стойкости в условиях повышенной влажности и морского тумана.
Технический результат изобретения - увеличение размерной стабильности сплавов при низких температурах (до -196°C), повышение прочностных свойств при сохранении минимального значения температурного коэффициента линейного расширения и высокой коррозионной стойкости в условиях повышенной влажности и морского тумана.
Указанный технический результат достигается тем, что коррозионностойкий инварный сплав с высокой размерной стабильностью при низких температурах, высокой прочностью, низкими значениями температурного коэффициента линейного расширения и высокой коррозионной стойкостью в условиях повышенной влажности и морского тумана, содержащий кобальт, хром и железо, согласно изобретению дополнительно содержит углерод, никель, ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
кобальт - 30,0÷60,0;
хром - 6,0÷12,0;
никель - 2,0÷20,0;
ванадий - 0,05÷4,0;
углерод - 0,1÷1,5;
железо - остальное,
при этом отношение суммарного содержания никеля и кобальта к содержанию хрома находится в интервале 5÷11.
По сравнению с прототипом предложенный сплав отличается новым соотношением компонентов, входящих в сплав, а также дополнительным содержанием углерода, никеля и ванадия.
Введение углерода в заявленных пределах понижает температуру начала мартенситного превращения и тем самым стабилизирует γ-фазу при деформации и охлаждении. Кроме этого добавки углерода в твердый раствор приводят к его упрочнению. Максимальное содержание углерода - 1,5%, выше вводить не целесообразно, так как углерод не удается удержать в твердом растворе при закалке и он образует в процессе выдержки под закалку крупные труднорастворимые карбиды ванадия и хрома. Это приведет к понижению механических свойств и повышению ТКЛР.
Введение углерода менее 0,1% не приведет к сколько-нибудь заметному упрочнению сплавов и понижению температуры Мн.
Ванадий вводится в сплав с целью уменьшения величины зерна, а также образования карбида ванадия. Это вызывает дальнейшее понижение температуры начала мартенситного превращения и дополнительные упрочнение вследствие образования карбида ванадия.
Введение ванадия более 4% приводит к образованию крупных труднорастворимых карбидов ванадия, что приводит к понижению уровня механических свойств и повышению ТКЛР.
Присутствие ванадия менее 0,05% не вызывает упрочнение сплавов, так как вероятность образования карбидов ванадия при столь малом содержании ванадия незначительна.
Никель вводится в сплав с целью повышения хладостойкости вследствие понижения температуры начала мартенситного превращения, а также расширения диапазона концентрации по кобальту и хрому, при которых реализуются низкие значения ТКЛР.
Введение никеля менее 2% не приведет к заметному изменению свойств. Введение никеля более 20% приводит к существенному повышению ТКЛР вследствие формирования упорядоченных фаз с высоким тепловым расширением.
Отношение суммарного содержания никеля и кобальта к содержанию в сплаве хрома должно составлять 5÷1. Оно определяется количеством хрома, необходимого для достижения высокого уровня коррозионных свойств, а также количеством никеля и кобальта, необходимого для стабилизации γ-фазы и получения необходимого уровня инварных свойств.
Примеры
Выплавку сплавов производят в высокочастотной открытой индукционной печи емкостью ~50 кг. Ковку слитков производят при температуре 1000÷1150°C. Закалку образцов и изделий проводят от 1000°C в воде. Упрочняющий отжиг при температурах 500÷800°C.
Значения ТКЛР определялись с использованием кварцевых дилатометров чувствительностью выше 1 мкм/мм.
Коррозионная стойкость определялась на цилиндрических образцах ⌀10, длиной 50 мм, изготовленных в соответствии с требованиями ГОСТ 9.905-2007. Испытания на коррозионную стойкость проводились по трем режимам:
1. Выдержка в климатической камере в течение 48 суток, в среде солевого тумана, содержащего 3% NaCl, водностью 2-3 г/м3 при температуре +35°C.
2. Выдержка в климатической камере в течение 90 суток при разбрызгивании водопроводной воды.
3. Методом переменного погружения в течение 50 суток по следующему режиму:
- сушка образцов при температуре +35°C и влажности воздуха 60% в течение 1 суток;
- затопление образцов на ½ длины в водопроводную воду с температурой +25°C в течение 1 суток.
Оценка коррозионной стойкости проводилась по результатам визуального осмотра и изменению массы образцов в соответствии с ГОСТ 9.908. Помимо образцов разработанных сплавов проводились исследования коррозионной стойкости сплавов Х18Н9Т и 36Н, находящихся в тех же условиях испытаний.
При испытаниях по режиму 1 после 18 суток выдержки наблюдается питтинговая коррозия с размером питтинга менее 1 мм. После 48 суток испытаний коррозия пятнами.
При испытаниях по режимам 2 и 3 следов коррозии не обнаружено.
Результаты испытаний сплавов сравнивались с результатами испытаний сплава Х18Н9Т, характеризуемого скоростью проникновения коррозии при испытаниях по режиму 1 - 0,0004 мм/год (относится к группе «совершенно стойких» сплавов). Скорость проникновения коррозии для разработанных сплавов не превышала 0,0009 мм/год, что позволяет отнести их к группе «совершенно стойких» сплавов в среде повышенной влажности и морского тумана.
Размерная стабильность, характеризуемая точкой мартенситного превращения Мн, определялась дилатометрическим методом. При температуре Мн происходит увеличение размеров образцов вследствие γ→α мартенситного превращения. Температура, при которой происходит увеличение размеров, принимается за температуру Мн.
Химические составы и результаты измерений свойств предлагаемых сплавов представлены в таблице. Составы сплавов под номерами 1-4 находятся в рамках заявленного состава. Данные по ТКЛР, приведенные в таблице, получены в интервале температур 20÷100°C.
Из приведенных в таблице данных видно, что предлагаемый сплав по сравнению с прототипом имеет более низкую температуру начала мартенситного превращения при деформации, а следовательно, и более широкий температурный интервал стабильности ТКЛР. Кроме этого предлагаемый сплав имеет более высокий уровень прочностных свойств при сохранении низкого значения ТКЛР.
Предлагаемый коррозионностойкий инварный сплав повышенной прочности может быть использован для изготовления высокопрочных конструкций, сохраняющий свои геометрические размеры в широком диапазоне температур при работе в условиях повышенной влажности и морского тумана.
Предлагаемые инварные сплавы позволят облегчить вес металлургических конструкций, а также создать новые конструкции, работающие в условиях повышенной влажности и морского тумана, для которых требуются высокопрочные материалы с минимальным значением температурного коэффициента линейного расширения.
Claims (1)
- Коррозионностойкий инварный сплав, содержащий кобальт, хром, железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод, никель и ванадий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
кобальт - 30,0÷60,0; хром - 6,0÷12,0; никель - 2,0÷20,0; ванадий - 0,05÷4,0; углерод - 0,1÷1,5; железо - остальное,
при этом отношение суммарного содержания никеля и кобальта к содержанию хрома находится в интервале 5÷11.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011143454/02A RU2468108C1 (ru) | 2011-10-28 | 2011-10-28 | Коррозионностойкий высокопрочный инварный сплав |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011143454/02A RU2468108C1 (ru) | 2011-10-28 | 2011-10-28 | Коррозионностойкий высокопрочный инварный сплав |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2468108C1 true RU2468108C1 (ru) | 2012-11-27 |
Family
ID=49254893
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011143454/02A RU2468108C1 (ru) | 2011-10-28 | 2011-10-28 | Коррозионностойкий высокопрочный инварный сплав |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2468108C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0723025A1 (en) * | 1995-01-23 | 1996-07-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Invar type alloy wire and manufacturing method thereof |
US5639317A (en) * | 1995-01-23 | 1997-06-17 | Daido Steel Co. Ltd. | High strength, low thermal expansion alloy wire and method of making the wire |
RU2154692C1 (ru) * | 1999-04-23 | 2000-08-20 | Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина | Высокопрочный инварный сплав |
DE112008001868T5 (de) * | 2007-07-16 | 2010-07-22 | Deloro Stellite Holdings Corp. | Schweißbare, bruchfeste Co-basierende Legierung, Auftragsverfahren und Komponenten |
-
2011
- 2011-10-28 RU RU2011143454/02A patent/RU2468108C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0723025A1 (en) * | 1995-01-23 | 1996-07-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Invar type alloy wire and manufacturing method thereof |
US5639317A (en) * | 1995-01-23 | 1997-06-17 | Daido Steel Co. Ltd. | High strength, low thermal expansion alloy wire and method of making the wire |
RU2154692C1 (ru) * | 1999-04-23 | 2000-08-20 | Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина | Высокопрочный инварный сплав |
DE112008001868T5 (de) * | 2007-07-16 | 2010-07-22 | Deloro Stellite Holdings Corp. | Schweißbare, bruchfeste Co-basierende Legierung, Auftragsverfahren und Komponenten |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Stepanov et al. | Effect of carbon content and annealing on structure and hardness of the CoCrFeNiMn-based high entropy alloys | |
CN107653421B (zh) | 一种耐海水腐蚀的超高强度马氏体时效不锈钢 | |
Knyazeva et al. | Duplex steels. Part II: carbides and nitrides | |
RU2698233C1 (ru) | Высокопрочная бесшовная труба из нержавеющей стали для трубных изделий нефтепромыслового сортамента и способ ее производства | |
Song et al. | Atomic-scale investigation of ε and θ precipitates in bainite in 100Cr6 bearing steel by atom probe tomography and ab initio calculations | |
JP5574283B1 (ja) | 析出強化型マルテンサイト鋼及びその製造方法 | |
Tukur et al. | Effect of heat treatment temperature on mechanical properties of the AISI 304 stainless steel | |
Pickering et al. | Macrosegregation and microstructural evolution in a pressure-vessel steel | |
EP3690072A1 (en) | Oil well pipe martensitic stainless seamless steel pipe and production method for same | |
Sha et al. | Phase transformations in maraging steels | |
EP3767000A1 (en) | Martensitic stainless steel seamless steel tube for oil well pipes, and method for producing same | |
Li et al. | Effects of heat treatment influencing factors on microstructure and mechanical properties of a low-carbon martensitic stainless bearing steel | |
EP3690073A1 (en) | Oil well pipe martensitic stainless seamless steel pipe and production method for same | |
Balan et al. | Effect of single and double austenitization treatments on the microstructure and mechanical properties of 16Cr-2Ni steel | |
Gao et al. | Microstructure and oxidation properties of 9Cr–1.7 W–0.4 Mo–Co ferritic steel after isothermal aging | |
Calliari et al. | Phase transformation in duplex stainless steels after isothermal treatments, continuous cooling and cold working | |
Elsabbagh et al. | On microstructure and microhardness of isothermally aged UNS S32760 and the effect on toughness and corrosion behavior | |
RU2468108C1 (ru) | Коррозионностойкий высокопрочный инварный сплав | |
Kaputkina et al. | Influence of alloying by nitrogen on the strength and austenite stability of X18H10 steel | |
Fakić et al. | Review of the Development of Research in the Design of Semi Austenitic Stainless Steel 17-7PH | |
Pylypenko | High pure zirconium | |
Shuro et al. | Property evolution on annealing deformed 304 austenitic stainless steel | |
Stepanov et al. | Structure and properties of low-alloy Cr-Mo-V steel after austenitization in the intercritical temperature range | |
BR112013032196B1 (pt) | Ligas de aço resistentes ao choque endurecíveis ao ar, métodos de fazer as ligas e artigos incluindo as ligas | |
Kaputkina et al. | Stability of structure and properties of nitrogen high-strength austenitic steels under cyclic thermal and mechanical loads |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181029 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210415 |