RU2787532C1 - Жаропрочный сплав на никелевой основе и изделия, выполненные из него - Google Patents

Жаропрочный сплав на никелевой основе и изделия, выполненные из него Download PDF

Info

Publication number
RU2787532C1
RU2787532C1 RU2022110434A RU2022110434A RU2787532C1 RU 2787532 C1 RU2787532 C1 RU 2787532C1 RU 2022110434 A RU2022110434 A RU 2022110434A RU 2022110434 A RU2022110434 A RU 2022110434A RU 2787532 C1 RU2787532 C1 RU 2787532C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nickel
heat
alloy
chromium
resistant
Prior art date
Application number
RU2022110434A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Владимирович Шильников
Илья Викторович Кабанов
Александр Евгеньевич Шильников
Борис Владимирович Троянов
Татьяна Николаевна Сидорина
Original Assignee
Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" filed Critical Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь"
Application granted granted Critical
Publication of RU2787532C1 publication Critical patent/RU2787532C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к металлургии, а именно к составам жаропрочных низкоуглеродистых хромоникелевых сплавов, и может быть использовано при изготовлении методом деформации и сварки силовых узлов, деталей энергомашиностроения и турбиностроения, колец цельнокатаных различного назначения, работающих при высоких температурах 700-800°С. Жаропрочный сплав на никелевой основе содержит, мас.%: углерод 0,05-0,10, кремний 0,0005-0,39, марганец 0,0005-0,49, хром 17,50-20,05, титан 1,00-1,40, алюминий 1,90-2,30, вольфрам 5,50-7,50, молибден 4,00-6,00, ванадий 0,0005-0,10, ниобий 0,0005-0,10, магний 0,0005-0,03, церий 0,0005-0,03, бор 0,0005-0,008, железо - не более 4,00, сера - не более 0,015, фосфор - не более 0,015, свинец - не более 0,010, олово - не более 0,010, мышьяк - не более 0,010, цинк - не более 0,010, медь - не более 0,20, никель - основа. Сплав характеризуется высокими механическими свойствами, в том числе высокой длительной прочностью. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Предлагаемое изобретение относится к металлургии, в частности, к составам жаропрочных низкоуглеродистых хромоникелевых сплавов, и может быть использовано при изготовлении методом деформации и сварки силовых узлов, деталей энергомашиностроения и турбиностроения, колец цельнокатаных различного назначения, работающих при высоких температурах 700-800°С.
Известен «Сплав на основе никеля» (авторское свидетельство SU 1663951, кл. С22С 19/03, опубл. 10.05.1995 г.), имеющий следующий химический состав, мас.%: хром 16,0-20,0; вольфрам 0,5-3,0; молибден 3,0-6,0; титан 1,5-3,0; алюминий 1,5-3,5; ниобий 0,5-2,0; бор 0,001-0,05; иттрий 0,001-0,02; магний 0,001-0,05; никель - остальное. Однако данный сплав не обладает достаточной жаропрочностью за счет более низкого содержания карбидообразующих элементов, при этом потерю жаропрочности полностью не компенсирует высокое содержание элементов, образующих γ'-фазу.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является жаропрочный сплав ХН62 ВМЮТ, описанный в ГОСТ 5632 (легированные нержавеющие стали и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки) и содержащий в мас.%: углерода 0,05-0,10; кремния не более 0,40; марганца не более 0,50; хрома 17,50-20,00; никель - основа; титана 1,00-1,40; алюминия 1,90-2,30; вольфрама 5,50-7,50; молибдена 4,00-6,00; железа не более 4,00; серы не более 0,015; фосфора не более 0,015; церия не более 0,03; бора не более 0,008. Однако из-за отсутствия в составе ванадия и магния данный сплава недостаточно технологичен и не может быть использован для производства крупногабаритных изделий сложной формы.
Цельнокатаные кольца обычно изготавливают из хромоникелевых сплавов путем ковки слитка вакуумного дугового переплава на заготовку, резки ее на кратные заготовки, осадки, прошивки и горячей раскатке за несколько циклов кольцевой заготовки. Каждый цикл включает методический нагрев и раскатку, при этом после первого цикла осуществляют отжиг заготовки. Затем после горячей штамповки производят профильную раскатку заготовки и термическую обработку. В результате обеспечивается повышение производительности изготовления изделий и улучшение их структуры и механических свойств.
Одной из возможных причин недостаточно высокой жаропрочности (способности материала противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах) колец, изготовленных из известных жаропрочных сплавов, является неоднородность размеров зерен кристаллической структуры этих сплавов.
Задачей данного изобретения является повышение механических свойств и длительной прочности.
Указанный технический результат достигается за счет того, что жаропрочный сплав, содержащий в мас.%: углерод 0,05-0,10; кремний 0,0005-0,39; марганец 0,0005- 0,49; хром 17,50-20,05; никель - основа; титан 1,00-1,40; алюминий 1,90-2,30; вольфрам 5,50-7,50; молибден 4,0-6,0; железо не более 4,0; бор 0,0005-0,008; церий 0,0005-0,03; серу - 0,015 и фосфор - 0,015, дополнительно содержит в мас.%: ванадий 0,0005-0,10; ниобий 0,0005-0,10; магний 0,0005-0,03; свинец - не более 0,010; олово - не более 0,010; мышьяк - не более 0,010; цинк - не более 0,010; медь - не более 0,20.
Выплавка заявляемого сплава возможна в металлургических печах как с использованием чистых шихтовых материалов, так и с использованием паспортной шихтовой рафинированной заготовки (ПШРЗ), полученной из некондиционных отходов (стружки (до 50%), кусковых отходов и полуфабрикатов марок близкого химического состава) в дуговой печи с окислительной продувкой кислородом расплава и дополнительно легированной вольфрамом, молибденом, титаном и алюминием. Использование ПШРЗ на выплавку заявляемого сплава позволяет вовлечь в производство некондиционные отходы с возвратом в производство дефицитных и дорогостоящих материалов, обеспечить стабильный химический состав, что гарантирует стабильность структуры и свойств готовых изделий.
Заявленный сплав является деформируемым, т.е. поддается прессованию, ковке, штамповке или прокатке на различных агрегатах.
Например, такие изделия как цельнокатаные кольца из заявляемого сплава получались нами из кольцевых заготовок. Для этого, выплавленные слитки из заявленного сплава подвергали вакуумному дуговому переплаву, механической обработке, раскрою на мерную длину, последующей осадке и прошивке.
Для формирования однородной, мелкозернистой структуры и получения необходимого уровня механических свойств, а также с целью исключения при деформации образования грубых поверхностных дефектов, нагрев металла осуществляют методически, исключая резкий перепад температур между поверхностными и внутренними слоями по режиму: температура печи при посадке металла не должна быть выше 400°С, затем производят выдержку при этой температуре не менее 2-х часов, после чего увеличивают температуру до 60СН-650°С с произвольной скоростью и производят выдержку не менее 1-го часа, далее поднимают температуру до 1170÷1190°С со скоростью не более 60 град/час и осуществляют выдержку при этой температуре в течение 3÷4 часов.
В макроструктуре кольцевой заготовки не были выявлены трещины, газовые пузыри, расслоения, следы усадочной раковины, шлаковые включения, рыхлости, видимые невооруженным глазом.
В дальнейшем заготовки подвергали горячей раскатке за несколько циклов, включающих методический нагрев и раскатку. Затем осуществляли горячую штамповку, профильную раскатку заготовки и термическую обработку (закалка при температуре 1130-1150°С, выдержка 1,0-1,5 часа, охлаждение на воздухе, последующее старение при температуре 780-830°С с выдержкой 15 часов и охлаждение на воздухе).
Также из заявленного сплава нами осуществлялось получение поковок 070-350 мм и проката 08-65 мм. Для этого, выплавленные слитки из заявляемого сплава подвергали вакуумному дуговому переплаву, механической обработке, последующей деформации на молотах и гидравлических прессах, термической обработке, раскрою на кратные заготовки, для деформации на различных прокатных агрегатах.
Основные результаты исследований были получены нами при использовании сплава следующего состава в масс %: никель - основа; углерод - 0,075; титан - 1,20; железо - 2,0; кремний - 0,20; марганец - 0,25; алюминий - 2,10; хром -18,75; ванадий -0,05; молибден - 5,0; вольфрам - 6,5; ниобий - 0,05; магний - 0,015; церий - 0,015; бор - 0,004; сера - 0,01; фосфор - 0,01; медь - 0,1; свинец - 0,005; олово - 0,005; мышьяк -0,005; цинк - 0,005.
Исследование микроструктуры заявляемого сплава показало, что структура сплава представляет собой γ-твердый раствор с рекристаллизованным равноосным зерном и равномерно распределенной карбидной фазой. Среднюю величину зерна определяли по ГОСТ 5639 «Сталь. Методы выявления и определения величины зерна». Установлено, что средняя величина зерна у заявляемого сплава составляет 90 мкм. Полученная структура обеспечивает оптимальное сочетание механических свойств и длительной прочности.
Получаемые изделия относятся к первой группе контроля по ОСТ 1 00021 (Отраслевой стандарт «Термическая и химико-термическая обработка деталей. Группы контроля»), который предусматривает контроль механических свойств и макроструктуры на кольцевом припуске каждого кольца.
Контроль качества изделия осуществляли в объеме ОСТ 1 90396 (Отраслевой стандарт «Кольца цельнокатаные точные из легированных коррозионностойких, жаропрочных и жаростойких сталей и сплавов. Общие технические условия») на образцах, вырезанных из кольцевого припуска в состоянии поставки. Уровень механических свойств при температуре 20°С на образцах, вырезанных в тангенциальном направлении, соответствует требованиям ОСТ 1 90396 и имеет достаточный запас по всем характеристикам. Макроструктура удовлетворительная. Результаты контрольно-сдаточных испытаний представлены в таблице 1.
Анализ результатов исследования длительной прочности показал, что достижение поставленного технического результата - повышение однородности структуры заявляемого жаропрочного сплава на никелевой основе - приводит к повышению его жаропрочности.
Figure 00000001
Было установлено, что введение в состав сплава ванадия и ниобия по отдельности или попарно не приводило к увеличению размера зерна, повышению однородности структуры сплавов и к повышению их жаропрочности.
Введение магния в предлагаемый жаропрочный сплав при указанном соотношении используется для стабилизации поликристаллической равноосной структуры изделий из сплава, упрочнения межзеренных границ и повышения жаростойкости, что приводит к увеличению пластичности и сопротивления длительной высокотемпературной ползучести.
Результаты исследований показали, что в случае превышения пределов содержания серы, фосфора, свинца, олова, мышьяка, цинка и меди, оговоренных в п. 2 формулы изобретения, резко увеличивается коэффициент неоднородности структуры, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению длительной прочности сплава.
Таким образом, исследования физических параметров заявленного сплава показали, что по механическим свойствам при комнатной температуре, относительном удлинении и относительном сужении, он находится на уровне с известным аналогом, а по показателям предела прочности и предела текучести, а также жаропрочности, превосходит его за счет повышения однородности структуры хромоникелевого сплава при указанном в формуле изобретения содержании компонентов.

Claims (25)

1. Жаропрочный сплав на никелевой основе, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, титан, алюминий, вольфрам, молибден, железо, бор, церий, серу, фосфор и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит, ванадий, ниобий, магний, свинец, олово, мышьяк, цинк и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод 0,05-0,10;
Кремний 0,0005-0,39;
Марганец 0,0005-0,49;
Хром 17,50-20,05;
Титан 1,00-1,40;
Алюминий 1,90-2,30;
Вольфрам 5,50-7,50;
Молибден 4,00-6,00;
Ванадий 0,0005-0,10;
Ниобий 0,0005-0,10;
Магний 0,0005-0,03;
Церий 0,0005-0,03;
Бор 0,0005-0,008;
Железо - не более 4,00;
Сера - не более 0,015;
Фосфор - не более 0,015;
Свинец - не более 0,010;
Олово - не более 0,010;
Мышьяк - не более 0,010;
Цинк - не более 0,010;
Медь - не более 0,20;
Никель - основа.
2. Заготовка цельнокатаного кольца, изготовленная из жаропрочного сплава на никелевой основе, отличающаяся тем, что она изготовлена из жаропрочного сплава по п. 1.
3. Заготовка по п. 2, отличающаяся тем, что она изготовлена путем проведения вакуумного дугового переплава жаропрочного сплава на никелевой основе с получением слитка, горячей деформации слитка в заготовку и по крайней мере одной термической обработки заготовки.
RU2022110434A 2022-04-19 Жаропрочный сплав на никелевой основе и изделия, выполненные из него RU2787532C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2787532C1 true RU2787532C1 (ru) 2023-01-10

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8470106B2 (en) * 2006-12-29 2013-06-25 Areva Np Method of heat treatment for desensitizing a nickel-based alloy relative to environmentally-assisted cracking, in particular for a nuclear reactor fuel assembly and for a nuclear reactor, and a part made of the alloy and subjected to the treatment
RU2531217C2 (ru) * 2009-02-06 2014-10-20 Обер Э Дюваль Способ изготовления детали из суперсплава на основе никеля и деталь, полученная указанным способом
RU2622470C1 (ru) * 2011-11-30 2017-06-15 ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи Термообработки сплава на основе никеля, сплавов на основе никеля и изделий, содержащих сплавы на основе никеля
JP6620475B2 (ja) * 2015-09-10 2019-12-18 日本製鉄株式会社 Ni基耐熱合金管の製造方法
US11193186B2 (en) * 2017-07-28 2021-12-07 Vdm Metals International Gmbh High-temperature nickel-base alloy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8470106B2 (en) * 2006-12-29 2013-06-25 Areva Np Method of heat treatment for desensitizing a nickel-based alloy relative to environmentally-assisted cracking, in particular for a nuclear reactor fuel assembly and for a nuclear reactor, and a part made of the alloy and subjected to the treatment
RU2531217C2 (ru) * 2009-02-06 2014-10-20 Обер Э Дюваль Способ изготовления детали из суперсплава на основе никеля и деталь, полученная указанным способом
RU2622470C1 (ru) * 2011-11-30 2017-06-15 ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи Термообработки сплава на основе никеля, сплавов на основе никеля и изделий, содержащих сплавы на основе никеля
JP6620475B2 (ja) * 2015-09-10 2019-12-18 日本製鉄株式会社 Ni基耐熱合金管の製造方法
US11193186B2 (en) * 2017-07-28 2021-12-07 Vdm Metals International Gmbh High-temperature nickel-base alloy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОСТ 5632-2014. Нержавеющие стали и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные. Москва, Стандартинформ, 2015. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220119931A1 (en) Preparation method of nickel-based wrought superalloy wheel disk forgings used at high temperature
EP0184136B1 (en) Fatigue-resistant nickel-base superalloys
US11718897B2 (en) Precipitation hardenable cobalt-nickel base superalloy and article made therefrom
EP2009123B1 (en) Nickel-based heat-resistant alloy for gas turbine combustor
EP3327158B1 (en) Method for producing ni-based superalloy material
HUE027372T2 (en) Thermomechanical processing of nickel-based alloys
EP0533918A1 (en) Forging process for superalloys and related composition.
CN111819300B (zh) 航空器发动机壳体用Ni基超耐热合金及由其制成的航空器发动机壳体
JP3388411B2 (ja) 高強度の切欠き延性析出硬化ステンレス鋼合金
Guimarães et al. Influence of yttrium addition on the microstructural evolution and mechanical properties of superalloy 718
CN111118422A (zh) 一种高钨高钴的镍合金细晶板材的制备方法
CN106544540A (zh) 一种高强度、高硬度、耐磨贵金属合金及制备方法
JPH0885838A (ja) Ni基超耐熱合金
US2519406A (en) Wrought alloy
CN114032440A (zh) 一种Laves相强化奥氏体耐热钢及其制备方法
JP6642843B2 (ja) Ni基超耐熱合金の製造方法
RU2787532C1 (ru) Жаропрочный сплав на никелевой основе и изделия, выполненные из него
JP2017066495A (ja) 析出強化型ステンレス鋼の製造方法
EP0533914A1 (en) METHOD FOR FORGING SUPERALLOYS AND COMPOSITION THEREOF.
CN108672980B (zh) 一种gh4169合金焊丝短流程制备方法
CN114000027B (zh) Uns n08120锻环及其制造方法
CN112708788B (zh) 一种提高k403合金塑性的方法,模具材料和制品
JP3581028B2 (ja) 熱間工具鋼及びその熱間工具鋼からなる高温用部材
JP5288674B2 (ja) 鋼組成物、その製造方法および前記組成物から製造される部品特にバルブ
Bhowal et al. Full scale gatorizing of fine grain inconel 718