RU2690073C1 - Литейный сплав на основе титана - Google Patents

Литейный сплав на основе титана Download PDF

Info

Publication number
RU2690073C1
RU2690073C1 RU2018144505A RU2018144505A RU2690073C1 RU 2690073 C1 RU2690073 C1 RU 2690073C1 RU 2018144505 A RU2018144505 A RU 2018144505A RU 2018144505 A RU2018144505 A RU 2018144505A RU 2690073 C1 RU2690073 C1 RU 2690073C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
titanium
alloy
corrosion resistance
metallurgy
ruthenium
Prior art date
Application number
RU2018144505A
Other languages
English (en)
Inventor
Валерий Петрович Леонов
Евгений Васильевич Чудаков
Наталья Валерьевна Третьякова
Евгения Андреевна Васильева
Нэлли Фёдоровна Молчанова
Максим Владимирович Иксанов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - 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" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей")
Priority to RU2018144505A priority Critical patent/RU2690073C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2690073C1 publication Critical patent/RU2690073C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C14/00Alloys based on titanium

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Preventing Corrosion Or Incrustation Of Metals (AREA)

Abstract

Изобретение относится к металлургии, в частности к литейным свариваемым сплавам на основе титана, обладающим высокой коррозионной стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах, и может быть использован для изготовления фасонных отливок типа корпусов насосов и арматуры, эксплуатируемых в элементах оборудования офшорной техники, ответственных сварно-литых конструкциях судостроения, химической промышленности. Сплав на основе титана содержит, мас.%: алюминий 3,0-4,5, углерод 0,02-0,10, кислород 0,05-0,10, железо 0,02-0,10, кремний 0,02-0,10, ванадий 0,02-0,15, рутений 0,05-0,14, титан и примеси - остальное, при соблюдении следующего соотношения: 2(V+Fe+Si)/Al≤0,20. Сплав характеризуется высокой коррозионной стойкостью и технологичностью, а также обладает хорошими литейными свойствами и комплексом механических свойств, обеспечивающих надежность при эксплуатации изделий в агрессивной коррозионной среде с повышенным солесодержанием NaCl, рН>2,5 и при температуре до 250°C. 2 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к созданию литейных свариваемых сплавов на основе титана, обладающих повышенной коррозионной стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в водных теплоносителях с повышенным солесодержанием 3,5% NaCl и pH>2,5 и температурой до 250°C.
Сплав предназначен для изготовления фасонных отливок типа корпусов насосов и арматуры, эксплуатируемых в элементах оборудования оффшорной техники, ответственных сварно-литых конструкциях судостроения, химической промышленности.
Известны литейные свариваемые сплавы на основе титана: марки ВТ1Л, марки ВТ6Л. Недостатками этих сплавов является в одном случае пониженная прочность; в другом недостаточная пластичность и низкая коррозионная стойкость в среде хлоридов при повышенных температурах (Н.Ф. Аношкин, А.Ф. Белов, б.и. Бондарев и др. Производство фасонных отливок из титановых сплавов, М., ВИЛС, 1988).
Известен сплав на основе титана, предназначенный для работы в условиях агрессивных сред, содержащий масс. %: алюминия 0,01-0,15, цирконий 0,005-0,10, медь 0,005-0,05, никель 0,005-0,05, магний 0,005-0,1, титан остальное. Сплав предназначен для коррозионной среды в H2SO4, (300 г/л) и NaOH (30 г/л), патент №1746730 от 15.07.1994 г. С22С, 14/00, RU.
Недостатком этого сплава является низкие показатели прочности, не обеспечивающие требуемого ресурса оборудования при эксплуатации в средах с повышенной температурой.
Известны зарубежные марки литейных титановых сплавов с повышенной коррозионной стойкостью, по ASTM 367-2005:
Grade 7, содержащий 0,12-0,25% Pd, 0,05% N, 0,20 Fe, 0,40 O2, ост. титан
Grade 16, содержащий 0,04-0,08% Pd, 0,03% N, 0,30 Fe, 0,18 O2, ост. титан
Grade 17, содержащий 0,04-0,08% Pd, 0,03% N, 0,20 Fe, 0,25 O2, ост. титан
Grade 18, содержащий 2,5-3,5% Al, 2,0-3,0% V, 0,04-0,08% Pd, 0,05% N, 0,25% Fe, 0,15% O2, ост. титан (Materials Properties Handbook Titanium Alloys/Ed/ by R, Boyer, G. Welsch, E.W. Collings. - ASM International. The Material Information Society, 1994-1176 p.).
Недостатком сплавов, легированных палладием, является высокая стоимость изделий из них. Использование даже незначительного количества палладия отличается дороговизной и необходимостью в обеспечении сохранности драгоценных металлов. Сплавы этой группы представляют твердый раствор нелегированного титана с палладием и примесями: железа, кислорода. Из-за содержания кислорода до 0,40% в сварных соединениях из сплава титана с палладием образуются трещины.
Недостатком другого известного сплава Grade 18 с содержанием кислорода менее 0,15% является повышенное содержание азота 0,05%. Известно, что повышенное содержание азота превращает пластичный материал в хрупкий с образованием трещин в сварных соединениях [2 С.Г. Глазунов и др. «Конструкционные титановые сплавы, М., Металлургия, 1973, с. 24]
Наиболее близким по технической сущности и составу ингредиентов (прототип), является литейный свариваемый сплав на основе титана, содержащий: алюминия 3,0-4,5%, углерода 0,02-0,14%, кислорода 0,05-0,14%, железа 0,021-0,25%, кремний 0,02-0,12%, ванадий 0,02-0,15%, бор 0,001-0,005%, при выполнении следующих условий (С+О2≤0,20) и 2(V+Fe+Si) / Al≤0,20, патент №2547371 от 10.09.2013 г. С22С 14/00 RU.
Этот сплав обладает хорошими литейными свойствами, в том числе заполняемостью форм, свариваемостью, хорошим комплексом механических свойств, обеспечивающих требуемый ресурс эксплуатации оборудования.
Недостатком этого сплава является низкая стойкость к питтинговой и щелевой коррозии в условиях эксплуатации в водных теплоносителях с повышенным содержанием хлоридов 3,5% NaCl с pH>2,5 и температурой до 250°C.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание литейного сплава, обладающего более высокой стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в средах, содержащих до 20,0% NaCl при температуре от 250°C и pH>2,5, при сохранении высокой пластичности, хороших литейных и сварочных свойств, присущих известному сплаву.
Технический результат достигается за счет того, что в состав известного сплава, содержащего алюминий, углерод, кислород, железо, кремний, ванадий и остальное титан, дополнительно вводится рутений при следующем соотношении компонентов (масс. %):
алюминий 3,0-4,5
углерод 0,02-0,10
кислород 0,05-0,10
железо 0,02-0,10
кремний 0,02-0,10
ванадий 0,02-0,15
рутений 0,05-0,14
при соблюдении следующего условия 2⋅(V+Fe+Si) / Al≤0,20.
Рутений в заявляемом сплаве является микролегирующей и микромодифицирующей добавкой, которая в сочетании с алюминием и ванадием, препятствует образованию структурной и химической неоднородности, повышает стабильность механических свойств и способствует образованию стабильной окисной пленки, препятствующей питтингообразованию и щелевой коррозии.
Рутений относится к металлам платиновой группы. Металлы платиновой группы обуславливают более низкое перенаряжение выделения водорода в кислой среде. Защитное действие рутения обусловлено поляризующим действием. Эффект от легирования сплава рутением проявляется при его содержании в сплаве выше 0,05%. Легирование сплава рутением в количестве большем, чем 0,14% не приводит к дальнейшему заметному повышению коррозионных свойств и экономически не целесообразно.
Алюминий в указанных в сплаве пределах 3,0-4,5% интенсивно повышает прочностные характеристики сплава, в том числе и при повышенных температурах вследствие образования в α-твердом растворе обогащенных алюминием микросегрегатов. При содержании алюминия сверх пределов, указанных в заявляемом сплаве коррозионная стойкость снижается.
Бор из предлагаемого сплава исключен, так как при превышении предела его растворимости образуются локальные выделения боридной фазы повышенной твердости на границах зерен и α-прослоек, снижающие коррозионную стойкость.
В заявляемом изобретении элементы находятся в соотношении, обеспечивающим высокую стойкость к щелевой и питинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием NaCl%, pH 2,5-4,0 и температурой до 250°C.
Содержание кислорода в заявленных пределах 0,05-0,10% и углерода 0,02-0,10% обеспечивают оптимальную пластичность и сварочные свойства сплава. Элементы кремний и железо, содержащиеся в сплаве в количестве до 0,10% выступают в качестве микролегирующих добавок, большее содержание кремния и железа ведет к снижению пластичности и ударной вязкости металла. Отношение 2⋅(V+Fe+Si) / Al≤0,20 за счет малого количества β-стабилизирующих элементов обеспечивает комплексное микролегирование, сопровождающиеся повышением пластичности и коррозионной стойкости.
Пример выполнения
Составы предлагаемого и известного сплавов выплавляли в вакуумной дуговой гарниссажной плавильно-заливочной печи «Нева-2». Из предлагаемого и известного сплавов отливали в металлических формах литые заготовки «плита» размером 20×300×400 мм., химические составы которых представлены в таблице 1. Из литых заготовок изготавливали образцы размером 4×35×35 мм для проведения коррозионных испытаний на щелевую и питтинговую коррозию. Коррозионные испытания на питтинговую коррозию проводили в автоклаве в среде 20,0% раствора NaCl при температуре 250°C и pH 3,5 в течение 2000 часов
Испытания проводили по ГОСТ9.912-89 (СТСЭВ 64461-88 «Методы ускоренных испытаний на стойкость к питтинговой коррозии»).
Оценка склонности к питтингу выполнена визуально при осмотре поверхности образцов с использованием оптического микроскопа при увеличении × 12. Выявляли питтинги (язвы) диаметром не менее 0,1 мм.
Поверхность образца из сплава прототипа в указанной среде первоначально приобретает синефиолетовый цвет. Это свидетельствует, что в реакции титана и коррозионной среды, кислород принимает активное участие и в присутствии NaCl процесс окисления идет более активно. Затем с увеличением продолжительности испытаний цвет поверхности становится серым и выявляются язвы размером более 2,0 мм. Язвы являются концентраторами напряжений и при приложении нагрузок местом зарождения и роста трещин, что снижает долговечность изделий.
На образцах из предлагаемого сплава повреждений поверхности от питтинговой и щелевой коррозии не обнаружено, что является бесспорным преимуществом предлагаемого сплава по сравнению с известным сплавом.
Представленные результаты в таблице 2 показывают, что предлагаемый сплав по стойкости к щелевой и питтинговой коррозии превосходит аналогичные характеристики известного сплава - прототипа. Это позволяет увеличить ресурс различных элементов оборудования в водных растворах с повышенным содержанием хлоридов при повышенной температуре до 250°C и pH>2,5 примерно в 2 раза.
Figure 00000001
Figure 00000002

Claims (5)

  1. Литейный свариваемый сплав на основе титана, содержащий алюминий, углерод, кислород, железо, кремний, ванадий и титан остальное, отличающийся тем, что он дополнительно содержит рутений при следующем соотношении компонентов, мас.%:
  2. алюминий 3,0-4,5 углерод 0,02-0,10 кислород 0,05-0,10
  3. железо 0,02-0,10
  4. кремний 0,02-0,10 ванадий 0,02-0,15 рутений 0,05-0,14 титан и примеси остальное
  5. при соблюдении следующего соотношения: 2(V+Fe+Si) / Al≤0,20.
RU2018144505A 2018-12-14 2018-12-14 Литейный сплав на основе титана RU2690073C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144505A RU2690073C1 (ru) 2018-12-14 2018-12-14 Литейный сплав на основе титана

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144505A RU2690073C1 (ru) 2018-12-14 2018-12-14 Литейный сплав на основе титана

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2690073C1 true RU2690073C1 (ru) 2019-05-30

Family

ID=67037605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018144505A RU2690073C1 (ru) 2018-12-14 2018-12-14 Литейный сплав на основе титана

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2690073C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801581C1 (ru) * 2022-08-30 2023-08-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") Сплав на основе титана

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2439183C2 (ru) * 2010-04-07 2012-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"(ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") Сплав на основе титана
RU2547371C1 (ru) * 2013-09-10 2015-04-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Фгуп "Цнии Км "Прометей" Литейный сплав на основе титана
CN105779999A (zh) * 2016-02-01 2016-07-20 中原工学院信息商务学院 一种高机械强度零件的材料
RU2614228C1 (ru) * 2016-03-01 2017-03-23 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Литейный сплав на основе титана
WO2018053263A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Karsten Manufacturing Corporation Multi-process hardening method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2439183C2 (ru) * 2010-04-07 2012-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей"(ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") Сплав на основе титана
RU2547371C1 (ru) * 2013-09-10 2015-04-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Фгуп "Цнии Км "Прометей" Литейный сплав на основе титана
CN105779999A (zh) * 2016-02-01 2016-07-20 中原工学院信息商务学院 一种高机械强度零件的材料
RU2614228C1 (ru) * 2016-03-01 2017-03-23 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Литейный сплав на основе титана
WO2018053263A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Karsten Manufacturing Corporation Multi-process hardening method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2801581C1 (ru) * 2022-08-30 2023-08-11 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") Сплав на основе титана

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2683399C1 (ru) Сплав на основе алюминия
US7718118B2 (en) Creep resistant magnesium alloy with improved ductility and fracture toughness for gravity casting applications
RU2650659C2 (ru) ЛЕГКООБРАБАТЫВАЕМЫЕ, ВЫСОКОПРОЧНЫЕ, СТОЙКИЕ К ОКИСЛЕНИЮ Ni-Cr-Co-Mo-Al-СПЛАВЫ
US20200377979A1 (en) Production of hic-resistant pressure vessel grade plates using a low-carbon composition
JPH08109429A (ja) 機械的強度の優れたダイカスト用アルミニウム合金及びそれを用いたボールジョイント装置
JP2015526593A (ja) フェライト系ステンレス鋼
CN105283568A (zh) 具有改进的高温特性的铸造铝合金
JPH11501364A (ja) 機械的特性及び耐蝕性の改良された耐蝕性鉄アルミニド
US4711761A (en) Ductile aluminide alloys for high temperature applications
RU2688314C1 (ru) Сплав на основе алюминия и изделие из него
JP4264411B2 (ja) 高強度α+β型チタン合金
JP2010150624A (ja) 鋳造用アルファ+ベータ型チタン合金及びこれを用いたゴルフクラブヘッド
KR101821170B1 (ko) 비용-효과적인 페라이트계 스테인리스강
CA3195581A1 (en) Aluminum casting alloy
RU2690073C1 (ru) Литейный сплав на основе титана
RU2502819C1 (ru) Сплав на основе титана
JP6927418B2 (ja) チタン合金およびその製造方法
JP2512235B2 (ja) 銅合金
RU2439183C2 (ru) Сплав на основе титана
JP2017533342A (ja) 予測可能な特性を有する難合金化チタン合金
RU2385358C1 (ru) Литейный сплав на основе алюминия
RU2801581C1 (ru) Сплав на основе титана
JP6587881B2 (ja) 締結部品用フェライト系ステンレス線状鋼材
RU2716568C1 (ru) Деформируемый свариваемый алюминиево-кальциевый сплав
JP2010053419A (ja) 耐クリープ性および高温疲労強度に優れた耐熱部材用チタン合金