RU2582171C1 - Titanium-based alloy - Google Patents

Titanium-based alloy Download PDF

Info

Publication number
RU2582171C1
RU2582171C1 RU2015115847/02A RU2015115847A RU2582171C1 RU 2582171 C1 RU2582171 C1 RU 2582171C1 RU 2015115847/02 A RU2015115847/02 A RU 2015115847/02A RU 2015115847 A RU2015115847 A RU 2015115847A RU 2582171 C1 RU2582171 C1 RU 2582171C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
alloy
corrosion
ruthenium
hydrogen
Prior art date
Application number
RU2015115847/02A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Петрович Леонов
Анатолий Сергеевич Кудрявцев
Евгений Васильевич Чудаков
Вера Петровна Кулик
Нелли Федоровна Молчанова
Юлия Юрьевна Малинкина
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей")
Priority to RU2015115847/02A priority Critical patent/RU2582171C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2582171C1 publication Critical patent/RU2582171C1/en

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to titanium alloys, and can be used in making structures operated in aggressive media, such as marine water at high temperatures. Titanium-based alloy contains, wt %: aluminium 3.0-4.2, zirconium 2.0-3.0, silicon 0.02-0.12, iron 0.05-0.25, oxygen 0.03-0.14, nitrogen 0.01-0.04, carbon 0.05-0.10, hydrogen 0.001-0.006, ruthenium 0.05-0.15, niobium 0.7-1.5, vanadium 0.7-1.5, balance is titanium.
EFFECT: alloy is characterised by high strength, resistance to slot, pitting and hot salt corrosion in aggressive selenium-containing media with pH>2 and temperature of up to 250°C.
1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к созданию сплавов титана, обладающих повышенной прочностью, коррозионной стойкостью и используемых в авиастроении, судостроении, атомной энергетике и других отраслях промышленности, связанных с работой конструкций в агрессивной среде, такой как морская вода, при повышенных температурах.The invention relates to the field of non-ferrous metallurgy, in particular to the creation of titanium alloys with increased strength, corrosion resistance and used in aircraft, shipbuilding, nuclear energy and other industries related to the operation of structures in an aggressive environment, such as sea water, at elevated temperatures .

Известен сплав на основе титана марки ПТ-7М по ГОСТ 19807, содержащий в масс. %: алюминий 1,8-2,5, цирконий 2,0-3,0, кремний не более 0,12, железо не более 0,25, кислород не более 0,15, водород не более 0,006, азот не более 0,04, углерод не более 0,10, титан - остальное.Known alloy based on titanium grade PT-7M according to GOST 19807, containing in mass. %: aluminum 1.8-2.5, zirconium 2.0-3.0, silicon no more than 0.12, iron no more than 0.25, oxygen no more than 0.15, hydrogen no more than 0.006, nitrogen no more than 0 , 04, carbon not more than 0.10, titanium - the rest.

Сплав обладает высокой пластичностью, благодаря чему способен деформироваться в холодном состоянии, хорошо сваривается без последующей термической обработки.The alloy has high ductility, due to which it is able to deform in the cold state, welds well without subsequent heat treatment.

Основным недостатком этого сплава является низкий уровень прочностных свойств. Недостатком труб из этого сплава является склонность к питтинговой, щелевой и горячей солевой коррозии при использовании их в качестве теплопередающих элементов водяных парогенераторов при повышенном солеотложении на носителях.The main disadvantage of this alloy is the low level of strength properties. A disadvantage of pipes made of this alloy is the tendency to pitting, crevice and hot salt corrosion when used as heat transfer elements of water vapor generators with increased salt deposition on carriers.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сплав на основе титана (прототип), содержащий в масс. %: алюминий 1,8-2,5, цирконий 2,0-3,0, кремний 0,02-0,10, железо 0,05-0,15, кислород 0,03-0,13, водород 0,001-0,006, азот 0,01-0,03, углерод 0,01-0,10, рутений 0,05-0,12, титан - остальное (патент РФ №2426808, МПК C22C 14/00, опубл. 20.08.2011 г.).The closest in technical essence to the proposed is an alloy based on titanium (prototype), containing in mass. %: aluminum 1.8-2.5, zirconium 2.0-3.0, silicon 0.02-0.10, iron 0.05-0.15, oxygen 0.03-0.13, hydrogen 0.001- 0.006, nitrogen 0.01-0.03, carbon 0.01-0.10, ruthenium 0.05-0.12, titanium - the rest (RF patent No. 2426808, IPC C22C 14/00, publ. 08.20.2011 .).

Сплав обладает высокой стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии при температуре до 250°C.The alloy is highly resistant to crevice and pitting corrosion at temperatures up to 250 ° C.

Однако недостатком этого сплава является низкий уровень прочностных свойств при комнатной температуре и пониженная стойкость против горячей солевой коррозии при температуре 250°C.However, the disadvantage of this alloy is the low level of strength properties at room temperature and reduced resistance to hot salt corrosion at a temperature of 250 ° C.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание титанового сплава, обладающего более высокой прочностью при комнатной температуре и стойкостью против горячей солевой коррозии в условиях температуры до 250°C при сохранении высокой стойкости против щелевой и питтинговой коррозии при температуре до 250°C.The technical result of the invention is the creation of a titanium alloy having higher strength at room temperature and resistance to hot salt corrosion at temperatures up to 250 ° C while maintaining high resistance to crevice and pitting corrosion at temperatures up to 250 ° C.

Технический результат достигается за счет того, что титановый сплав, содержащий алюминий, цирконий, кремний, железо, кислород, водород, азот, углерод, рутений, титан - остальное, дополнительно содержит ванадий и ниобий и более высокое содержание алюминия при следующем соотношении компонентов, мас. %:The technical result is achieved due to the fact that the titanium alloy containing aluminum, zirconium, silicon, iron, oxygen, hydrogen, nitrogen, carbon, ruthenium, titanium - the rest, additionally contains vanadium and niobium and a higher aluminum content in the following ratio of components, wt . %:

АлюминийAluminum 3,0-4,23.0-4.2 ЦирконийZirconium 2,0-3,02.0-3.0 КремнийSilicon 0,02-0,120.02-0.12 ЖелезоIron 0,05-0,250.05-0.25 КислородOxygen 0,03-0,140.03-0.14 АзотNitrogen 0,01-0,040.01-0.04 УглеродCarbon 0,05-0,100.05-0.10 РутенийRuthenium 0,05-0,150.05-0.15 ВанадийVanadium 0,7-1,50.7-1.5 НиобийNiobium 0,7-1,50.7-1.5 ВодородHydrogen 0,001-0,0060.001-0.006 ТитанTitanium остальноеrest

Ванадий и ниобий в указанных пределах вводятся для повышения прочностных характеристик. Ванадий является изоморфным бета-стабилизатором и влияет как на повышение прочности, так и повышение пластичности. Ниобий является технологической добавкой для введения углерода и ванадия в титановый сплав.Vanadium and niobium within the specified limits are introduced to increase the strength characteristics. Vanadium is an isomorphic beta stabilizer and affects both the increase in strength and increase ductility. Niobium is a processing aid for introducing carbon and vanadium into a titanium alloy.

Алюминий в указанных пределах 3,0-4,2% вводится для повышения прочностных свойств. Алюминий является альфа-стабилизатором и основным легирующим элементом в титановых сплавах, он эффективно упрочняет сплавы при сохранении удовлетворительной пластичности. При содержании алюминия менее 3,0% прочность титанового сплава относительно низкая, при содержании алюминия более 4,2% возможно снижение стойкости сплава к горячей солевой коррозии. Также снижается технологическая пластичность, что может привести к потере способности к холодному деформированию при изготовлении труб.Aluminum in the specified range of 3.0-4.2% is introduced to increase the strength properties. Aluminum is an alpha stabilizer and the main alloying element in titanium alloys; it effectively hardens alloys while maintaining satisfactory ductility. With an aluminum content of less than 3.0%, the strength of the titanium alloy is relatively low, with an aluminum content of more than 4.2%, the alloy may be less resistant to hot salt corrosion. Technological ductility is also reduced, which can lead to a loss of ability to cold deformation in the manufacture of pipes.

Увеличенное до 0,15% количество рутения вводится для повышения стойкости труб против горячей солевой коррозии в хлорсодержащих средах при температурах до 250°C. Рутений является бета-стабилизатором и обеспечивает устойчивую пассивность титанового сплава за счет снижения перенапряжения реакции выделения водорода. Вследствие этого электрохимический потенциал смещается в область устойчивой пассивности сплава, что исключает опасность питтинговой, щелевой и солевой коррозии. При содержании рутения менее 0,05% устойчивой пассивности не происходит в титановых сплавах и вероятность щелевой и питтинговой коррозии возрастает. При содержании рутения более 0,15% стабилизируется устойчивое пассивное состояние за счет перенапряжения выделения водорода, что способствует стабилизации в пассивной области титанового сплава в условиях засоления.The amount of ruthenium increased to 0.15% is introduced to increase the resistance of pipes to hot salt corrosion in chlorine-containing environments at temperatures up to 250 ° C. Ruthenium is a beta stabilizer and provides stable passivity of the titanium alloy by reducing the overvoltage of the hydrogen evolution reaction. As a result, the electrochemical potential shifts to the region of stable passivity of the alloy, which eliminates the risk of pitting, crevice and salt corrosion. With a ruthenium content of less than 0.05%, stable passivity does not occur in titanium alloys and the likelihood of crevice and pitting corrosion increases. When the ruthenium content is more than 0.15%, a stable passive state is stabilized due to overvoltage of hydrogen evolution, which contributes to stabilization in the passive region of the titanium alloy under saline conditions.

Для исследования свойств в вакуумной дуговой печи методом двойного переплава были выплавлены слитки из заявленного сплава и сплава-прототипа (таблица 1). Слитки деформировали для получения поковок толщиной 52 мм, из которых затем изготавливали специальные образцы:To study the properties in a vacuum arc furnace by the double remelting method, ingots from the claimed alloy and prototype alloy were smelted (table 1). The ingots were deformed to produce 52 mm forgings, from which special samples were then made:

- образцы размерами 4×35×35 мм для проведения испытаний на щелевую и питтинговую коррозии;- samples with dimensions 4 × 35 × 35 mm for testing crevice and pitting corrosion;

- образец, имитирующий трубу, с внешним диаметром 15 мм, толщиной стенки 2,5 мм и длиной 30 мм для испытаний на горячую солевую коррозию.- a sample simulating a pipe with an external diameter of 15 mm, a wall thickness of 2.5 mm and a length of 30 mm for testing for hot salt corrosion.

Механические свойства проверяли с помощью стандартных механических испытаний на растяжение по ГОСТ 1497 и ударный изгиб по ГОСТ 9454 при комнатной температуре.Mechanical properties were checked using standard mechanical tensile tests according to GOST 1497 and impact bending according to GOST 9454 at room temperature.

Испытания на щелевую и питтинговую коррозию проводили в автоклаве в водной среде 20% раствора NaCl при температуре 250°C в течение 2000 часов.Tests for crevice and pitting corrosion were carried out in an autoclave in an aqueous medium of a 20% NaCl solution at a temperature of 250 ° C for 2000 hours.

Испытания на горячую солевую коррозию проводили в автоклаве в среде смеси кристаллических солей NaCl и KBr, взятых в соотношении 300:1 при температуре 250°C в течение 500 часов.Hot salt corrosion tests were carried out in an autoclave in a mixture of crystalline NaCl and KBr salts, taken in a ratio of 300: 1 at a temperature of 250 ° C for 500 hours.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.The test results are shown in table 2.

Оценка склонности к щелевой коррозии произведена по результатам измерения потери массы образцов (10-4 г/дм2 час).The tendency to crevice corrosion was assessed based on the results of measuring the weight loss of the samples (10 -4 g / dm 2 hours).

Оценка склонности к питтинговой коррозии выполнена визуально путем осмотра поверхности образцов, а также с использованием оптического микроскопа при двенадцатикратном увеличении (поражений не обнаружено).The tendency to pitting corrosion was assessed visually by examining the surface of the samples, as well as using an optical microscope at twelve-fold magnification (no lesions were found).

Оценка склонности к горячей солевой коррозии проведена по результатам измерения потери массы и результатам пересчета ее на скорость коррозии (оценочно скорость коррозии предлагаемого сплава 0,005 мм/час, а прототипа - 0,02 мм/час).Assessment of the tendency to hot salt corrosion is carried out according to the results of measuring the weight loss and the results of its conversion to the corrosion rate (estimated corrosion rate of the proposed alloy is 0.005 mm / hour, and the prototype is 0.02 mm / hour).

Представленные результаты показывают, что по стойкости против щелевой и питтинговой коррозии предлагаемый сплав находится на уровне известного сплава-прототипа, а вот по стойкости к горячей солевой коррозии предлагаемый сплав превосходит известный сплав-прототип. Прочностные свойства предлагаемого сплава значительно выше, чем известного сплава-прототипа.The presented results show that in terms of resistance to crevice and pitting corrosion, the proposed alloy is at the level of the known prototype alloy, but in terms of resistance to hot salt corrosion, the proposed alloy is superior to the known prototype alloy. The strength properties of the proposed alloy is significantly higher than the known prototype alloy.

Технико-экономическая эффективность от использования предложенного сплава по сравнении со сплавом-прототипом выразится в повышении в 10 раз ресурса эксплуатации труб предлагаемого сплава в солесодержащих растворах и в местах солеотложения при температурах до 250°C, за счет увеличения стойкости к горячей солевой коррозии.Technical and economic efficiency from the use of the proposed alloy in comparison with the prototype alloy is expressed in a 10-fold increase in the service life of the pipes of the proposed alloy in saline solutions and in places of scaling at temperatures up to 250 ° C, due to an increase in resistance to hot salt corrosion.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (1)

Сплав на основе титана, содержащий алюминий, цирконий, кремний, железо, кислород, азот, углерод, рутений, водород и титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ванадий и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Алюминий 3,0-4,2 Цирконий 2,0-3,0 Кремний 0,02-0,12 Железо 0,05-0,25 Кислород 0,03-0,14 Азот 0,01-0,04 Углерод 0,05-0,10 Рутений 0,05-0,15 Ванадий 0,7-1,5 Ниобий 0,7-1,5 Водород 0,001-0,006 Титан остальное
A titanium-based alloy containing aluminum, zirconium, silicon, iron, oxygen, nitrogen, carbon, ruthenium, hydrogen and titanium, characterized in that it additionally contains vanadium and niobium in the following ratio of components, wt. %:
Aluminum 3.0-4.2 Zirconium 2.0-3.0 Silicon 0.02-0.12 Iron 0.05-0.25 Oxygen 0.03-0.14 Nitrogen 0.01-0.04 Carbon 0.05-0.10 Ruthenium 0.05-0.15 Vanadium 0.7-1.5 Niobium 0.7-1.5 Hydrogen 0.001-0.006 Titanium rest
RU2015115847/02A 2015-04-27 2015-04-27 Titanium-based alloy RU2582171C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015115847/02A RU2582171C1 (en) 2015-04-27 2015-04-27 Titanium-based alloy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015115847/02A RU2582171C1 (en) 2015-04-27 2015-04-27 Titanium-based alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2582171C1 true RU2582171C1 (en) 2016-04-20

Family

ID=56195221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015115847/02A RU2582171C1 (en) 2015-04-27 2015-04-27 Titanium-based alloy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2582171C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19533743A1 (en) * 1995-09-12 1997-03-13 Vladislav Prof Tetjuchine Titanium alloy with high resistance to corrosion
RU2203974C2 (en) * 2001-05-07 2003-05-10 ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение Titanium-based alloy
RU2426808C1 (en) * 2010-04-29 2011-08-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Alloy on base of titanium
RU2439183C2 (en) * 2010-04-07 2012-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"(ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") Titanium-based alloy

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19533743A1 (en) * 1995-09-12 1997-03-13 Vladislav Prof Tetjuchine Titanium alloy with high resistance to corrosion
RU2203974C2 (en) * 2001-05-07 2003-05-10 ОАО Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение Titanium-based alloy
RU2439183C2 (en) * 2010-04-07 2012-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"(ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") Titanium-based alloy
RU2426808C1 (en) * 2010-04-29 2011-08-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Alloy on base of titanium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2731924C1 (en) High-entropic corrosion-resistant alloy having high content of nitrogen and containing several basic elements
CN109642282B (en) Duplex stainless steel and method for producing same
EP0066361B1 (en) Corrosion resistant high strength nickel-based alloy
US20200283874A1 (en) High-Performance Corrosion-Resistant High-Entropy Alloys
JP5661938B2 (en) Ni-Fe-Cr-Mo-alloy
EP1446513A1 (en) Super-austenitic stainless steel
JP5660253B2 (en) Titanium alloy with excellent corrosion resistance in environments containing bromine ions
JP2010270395A (en) Aluminum alloy brazing sheet for thin-wall tube
FI124893B (en) Stainless steel ferrite, industrial product and solid oxide fuel cell
KR20170007133A (en) METHOD FOR PRODUCING TWO-PHASE Ni-Cr-Mo ALLOYS
JPWO2016079920A1 (en) High strength stainless steel seamless steel pipe for oil well
WO2018146783A1 (en) Austenitic heat-resistant alloy and method for producing same
RU2439183C2 (en) Titanium-based alloy
CN111485135A (en) 930 MPa-grade Ti-Al-V-Zr-Ru corrosion-resistant titanium alloy pipe and preparation method thereof
JP6690359B2 (en) Austenitic heat-resistant alloy member and method for manufacturing the same
RU2582171C1 (en) Titanium-based alloy
JP6927418B2 (en) Titanium alloy and its manufacturing method
SE431660B (en) FORMABLE AUSTENITIC Nickel Alloy
WO2019098233A1 (en) Two-phase stainless steel and method for manufacturing two-phase stainless steel
RU2659546C1 (en) Thermal resistant alloy on aluminum basis
JP2013001973A (en) Titanium alloy welded pipe having excellent hydrogen absorption resistance and pipe-formability and hoop product for welled pipe, and methods for manufacturing them
RU2502819C1 (en) Titanium-base alloy
JP2014196525A (en) Heat-resistant magnesium alloy
RU2801581C1 (en) Titanium based alloy
RU2426808C1 (en) Alloy on base of titanium