RU2803779C1 - Cast corrosion-resistant nickel-based polycrystalline superalloy - Google Patents

Cast corrosion-resistant nickel-based polycrystalline superalloy Download PDF

Info

Publication number
RU2803779C1
RU2803779C1 RU2022128014A RU2022128014A RU2803779C1 RU 2803779 C1 RU2803779 C1 RU 2803779C1 RU 2022128014 A RU2022128014 A RU 2022128014A RU 2022128014 A RU2022128014 A RU 2022128014A RU 2803779 C1 RU2803779 C1 RU 2803779C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
corrosion
resistant
nickel
chromium
Prior art date
Application number
RU2022128014A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Денис Викторович Данилов
Сергей Александрович Заводов
Иван Александрович Редькин
Максим Николаевич Буров
Илья Игоревич Хрящев
Александр Вячеславович Логунов
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2803779C1 publication Critical patent/RU2803779C1/en

Links

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to casting corrosion-resistant nickel-based polycrystalline heat-resistant alloys containing cobalt and chromium and can be used for the manufacture of parts with a polycrystalline structure by casting, for example, turbine blades operating at a temperature of 1000°C. Cast corrosion-resistant polycrystalline heat-resistant nickel-based alloy comprises, wt.%: chromium 14.5-19.5, tungsten 5.2-7.2, aluminium 2.5-3.5, titanium 4.0-5.0, cobalt 11.0-14.0, boron 0, 01-0.05, carbon 0.05-0.13, molybdenum 0.6-1.6, hafnium 0.1-0.3, cerium 0.01-0.05, yttrium 0.01-0.05 , lanthanum 0.01-0.05, rhenium 0.5-1.5, tantalum 0.7-1.7, manganese 0.05-0.3, silicon 0.05-0.3 and the rest is nickel, with the following ratios: 1≤ Al/(Ti+Ta)≤ 1.5, where Al, Ti and Ta is the content of these components, at.%, 1≤ Ti/Al≤ 1.5, where Al, Ti is the content of these components, wt.%.
EFFECT: alloy has a high resistance to sulphide corrosion combined with high structural and phase stability.
1 cl, 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности, к литейным коррозионно-стойким поликристаллическим жаропрочным сплавам на основе никеля, содержащих кобальт и хром, и может быть использовано для изготовления методом литья деталей с поликристаллической структурой, например, лопаток турбин, работающих при температуре 1000°С.The invention relates to metallurgy, in particular, to cast corrosion-resistant polycrystalline heat-resistant nickel-based alloys containing cobalt and chromium, and can be used for the manufacture of casting parts with a polycrystalline structure, for example, turbine blades operating at a temperature of 1000°C.

Повышение эффективности перспективных энергетических газотурбинных установок и морских газотурбинных двигателей приводит к росту рабочих температур, что в свою очередь требует применения для лопаток турбин, которые первыми принимают на себя поток рабочих газов, (содержащих продукты сгорания топлива и частицы соли) коррозионно-стойких конструкционных материалов с более высокими рабочими температурами.Increasing the efficiency of promising power gas turbine plants and marine gas turbine engines leads to an increase in operating temperatures, which in turn requires the use of corrosion-resistant structural materials with higher operating temperatures.

В настоящий момент работы по созданию новых коррозионных жаропрочных сплавов ведутся по двум направлениям: создание сплавов c монокристаллической и поликристаллической структурой.Currently, work on the creation of new corrosion-resistant heat-resistant alloys is being carried out in two directions: the creation of alloys with a single-crystalline and polycrystalline structure.

Монокристаллическая структура обладает рядом недостатков. Прежде всего, технология получения монокристаллического литья более сложная, дорогая и имеет существенные технологические ограничения, связанные с габаритами отливок и их геометрии. Монокристаллическая структура обеспечивается направленной кристаллизацией отливки, при этом необходимо обеспечение высоких градиентов температур на фронте кристаллизации. При увеличении габаритов отливки градиент температур уменьшается, а зона кристаллизации расширяется. Также рост массы отливки требует увеличения толщины литейных форм для обеспечения требований прочности и исключения разрушения блоков форм в результате гидростатического давления расплава в форме или гидроудара в процессе заполнения форм жидким металлом. При кристаллизации форма является теплоизолятором и дополнительно снижает градиент температур на фронте кристаллизации. Необходимо также отметить, что резкие геометрические переходы, например, бандажные полки лопаток или отливка секторов лопаток, приводят к образованию в зоне перехода паразитных зерен из-за ограничений скорости роста боковых ветвей дендритов кристалла. Также монокристаллические отливки обладают крайне низкой ремонтопригодностью из-за невозможности получения монокристаллической структуры наплавкой восстанавливаемого участка, а также чувствительности монокристаллических отливок к наклепу при механической обработке и ударам, который может привести к рекристаллизации детали при температурах эксплуатации.The monocrystalline structure has a number of disadvantages. First of all, the technology for producing single-crystal casting is more complex, expensive and has significant technological limitations associated with the dimensions of the castings and their geometry. The monocrystalline structure is ensured by directional crystallization of the casting, while it is necessary to ensure high temperature gradients at the crystallization front. As the dimensions of the casting increase, the temperature gradient decreases and the crystallization zone expands. Also, an increase in the mass of the casting requires an increase in the thickness of the casting molds to meet the strength requirements and prevent the destruction of mold blocks as a result of hydrostatic pressure of the melt in the mold or water hammer during the process of filling the molds with liquid metal. During crystallization, the mold acts as a heat insulator and further reduces the temperature gradient at the crystallization front. It should also be noted that sharp geometric transitions, for example, shroud flanges of blades or casting of blade sectors, lead to the formation of parasitic grains in the transition zone due to restrictions on the growth rate of the lateral branches of the dendrites of the crystal. Also, single-crystal castings have extremely low repairability due to the impossibility of obtaining a single-crystal structure by surfacing the area being restored, as well as the sensitivity of single-crystal castings to work hardening during machining and impacts, which can lead to recrystallization of the part at operating temperatures.

По этой причине монокристаллические сплавы в морских и энергетических газотурбинных двигателях и установках применяются ограничено. Особенно это касается сопловых лопаток турбин, для которых прочностные показатели являются не основными, более критичны рабочие температуры, коррозионная стойкость и технологичность. Потребность в создании поликристаллических коррозионно-стойких сплавов, эксплуатируемых при повышенных температурах, является очевидной.For this reason, single-crystal alloys are used to a limited extent in marine and power gas turbine engines and installations. This is especially true for turbine nozzle blades, for which strength indicators are not the main ones; operating temperatures, corrosion resistance and manufacturability are more critical. The need to create polycrystalline corrosion-resistant alloys operating at elevated temperatures is obvious.

Известен никелевый жаропрочный сплав для монокристаллического литья (Патент на изобретение РФ RU2700442 от 04.06.2019, опубл. 17.09.2019 бюл. №26 МПК C22C19/05), содержащий углерод, хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, тантал, гафний, иттрий, лантан, церий, кремний, марганец и бор, рений, при следующем соотношении компонентов, мас.%:A nickel heat-resistant alloy for single-crystal casting is known (RF patent for invention RU2700442 dated 06/04/2019, published on 09/17/2019 bulletin No. 26 IPC C22C19/05), containing carbon, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, tantalum, hafnium, yttrium, lanthanum, cerium, silicon, manganese and boron, rhenium, with the following ratio of components, wt.%:

С WITH 0,002-0,10.002-0.1 Cr Cr 4,0-8,04.0-8.0 Со Co 6,0-12,06.0-12.0 W W 3,0-8,03.0-8.0 Мо Mo 4,0-8,04.0-8.0 Al Al 4,6-6,64.6-6.6 Та Ta 6,5-11,06.5-11.0 Hf Hf 0,1-1,00.1-1.0 Re Re 1,0-3,01.0-3.0 Y Y 0,001-0,10.001-0.1 La La 0,001-0,10.001-0.1 Се Xie 0,001-0,10.001-0.1 Si Si 0,01-0.20.01-0.2 Mn Mn 0,01-0,20.01-0.2 В IN 0,005-0,030.005-0.03 NiNi остальноеrest

и при соблюдении условия: 15,4W - 0,9WTa + 28,8Re - 1,7TaRe ≥ (1,0W2 + 3,1ReC + 2,1Re2) ≥ 16,1W - 1,2WTa +17,5Re - 1,3TaRe.and subject to the following conditions: 15.4W - 0.9WTa + 28.8Re - 1.7TaRe ≥ (1.0W2 + 3.1ReC + 2.1Re2) ≥ 16.1W - 1.2WTa +17.5Re - 1.3TaRe .

Недостатками представленного сплава является то, что сплав обладает недостаточным уровнем стойкости к сульфидной коррозии. Это связано с концентрацией хрома, которая не превышает 8 % масс., и с отсутствием в сплаве титана. Удовлетворительная стойкость никелевых сплавов к сульфидной коррозии начинает появляться при содержании в них хрома не менее 12 % мас. Титан частично замещает алюминий в упрочняющей γ'-фазе на основе Ni3Al, значительно замедляет скорость коагуляции частиц γ'-фазы и в результате имеют более активное влияние на ее упрочнение. Титан является единственным элементов, содержащемся в γ'-фазе в значительном количестве и повышающим стойкость к сульфидной коррозии.The disadvantages of the presented alloy are that the alloy has an insufficient level of resistance to sulfide corrosion. This is due to the chromium concentration, which does not exceed 8% by weight, and the absence of titanium in the alloy. Satisfactory resistance of nickel alloys to sulfide corrosion begins to appear when they contain at least 12 wt.% chromium. Titanium partially replaces aluminum in the strengthening γ'-phase based on Ni 3 Al, significantly slows down the rate of coagulation of particles of the γ'-phase and, as a result, has a more active effect on its strengthening. Titanium is the only element contained in the γ'-phase in significant quantities and increases resistance to sulfide corrosion.

Так же известен сплав, обладающий высокой стойкостью к окислению (Патент US 7169241 от 19.03.2004, МПК C22C19/05, опубл. 30.01.2007), который содержит углерод, бор, гафний, кобальт, тантал, хром, молибден, вольфрам, титан, алюминий, ниобий, ванадий, цирконий, рений, элементы платиновой группы, и редкоземельные материалы при следующем соотношении компонентов, % по весу:An alloy with high oxidation resistance is also known (Patent US 7169241 dated March 19, 2004, IPC C22C19/05, published January 30, 2007), which contains carbon, boron, hafnium, cobalt, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, titanium , aluminum, niobium, vanadium, zirconium, rhenium, platinum group elements, and rare earth materials in the following ratio of components, % by weight:

ХромChromium 1,5-161.5-16 ВольфрамTungsten 5-145-14 АлюминийAluminum 2,5-72.5-7 ТитанTitanium 0,1-4,750.1-4.75 КобальтCobalt 0,8-150.8-15 БорBor 0,01-0,040.01-0.04 УглеродCarbon 0,01-0,50.01-0.5 МолибденMolybdenum <1.0<1.0 ГафнийHafnium 0,1-2,50.1-2.5 Церий Cerium 0-0,10-0.1 ИттрийYttrium 0-0,10-0.1 ЛантанLanthanum 0-0,10-0.1 РенийRhenium 0-90-9 ТанталTantalum <8.5<8.5 НикельNickel основноеbasic

Недостатком данного сплава является несбалансированный комплекс легирования, не обеспечивающий достаточную коррозионную стойкость при работе в морских газотурбинных двигателях. В частности минимальная концентрация хрома в данном сплаве составляет 1,5%, что недостаточно для обеспечения не только стойкости к сульфидной коррозии, но и жаростойкости сплава. Критерий легирования вышеописанного сплава, влияющий на коррозионную стойкость, находится в диапазоне от 0,37 до 20,4. Данное значение для обеспечения коррозионной стойкости не должно превышать 0,2 (Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин, книга 1, Рыбинск - 2010).The disadvantage of this alloy is the unbalanced alloying complex, which does not provide sufficient corrosion resistance when operating in marine gas turbine engines. In particular, the minimum chromium concentration in this alloy is 1.5%, which is not enough to ensure not only resistance to sulfide corrosion, but also heat resistance of the alloy. The alloying criterion of the above-described alloy, which affects the corrosion resistance, ranges from 0.37 to 20.4. To ensure corrosion resistance, this value should not exceed 0.2 (Getsov L.B. Materials and strength of gas turbine parts, book 1, Rybinsk - 2010).

Наиболее близким является жаропрочный никелевый сплав для литья деталей (патент на изобретение РФ RU2520934 от 15.03.2013, опубл. 27.06.2014 бюл.№18, МПК C22C19/05), содержащий хром, кобальт, вольфрам, молибден, алюминий, титан, тантал, бор, иттрий, рений, ниобий, лантан, церий, гафний, марганец, кремний и магний при следующем соотношении компонентов, маc.%:The closest is a heat-resistant nickel alloy for casting parts (RF invention patent RU2520934 dated March 15, 2013, published June 27, 2014 Bulletin No. 18, IPC C22C19/05), containing chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, aluminum, titanium, tantalum , boron, yttrium, rhenium, niobium, lanthanum, cerium, hafnium, manganese, silicon and magnesium in the following ratio of components, wt.%:

хром chromium 9-169-16 кобальт cobalt 10-1610-16 вольфрам tungsten 4-94-9 молибден molybdenum 0,2-3,00.2-3.0 алюминий aluminum 1,8-4,51.8-4.5 титан titanium 2,0-4,52.0-4.5 тантал tantalum 2,5-7,02.5-7.0 ниобий niobium 0,01-1,50.01-1.5 бор boron 0,01-0,50.01-0.5 лантан lanthanum 0,01-0,50.01-0.5 иттрий yttrium 0,01-0,20.01-0.2 церий cerium 0,01-0,20.01-0.2 рений rhenium 0,5-5,00.5-5.0 гафний hafnium 0,1-1,00.1-1.0 марганец manganese 0,05-1,00.05-1.0 кремний silicon 0,05-1,00.05-1.0 магний magnesium 0,01-0,20.01-0.2 никель nickel остальноеrest

Недостатками данного сплава являются отсутствие углерода, обеспечивающего упрочнение границ зерен. Таким образом, полностью исключается целесообразность получения из данного сплава деталей с поликристаллической структурой, так как это приведет не только к резкому снижению эксплуатационных характеристик деталей, но и браку заготовок при изготовлении из-за образования трещин по границе зерен в результате термических напряжений в процессе кристаллизации.The disadvantages of this alloy are the lack of carbon, which provides strengthening of grain boundaries. Thus, the feasibility of producing parts with a polycrystalline structure from this alloy is completely excluded, since this will lead not only to a sharp decrease in the performance characteristics of the parts, but also to defective workpieces during manufacturing due to the formation of cracks along the grain boundaries as a result of thermal stresses during the crystallization process.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является разработка литейного коррозионно-стойкого поликристаллического жаропрочного сплава на основе никеля, обладающего высоким сопротивлением к сульфидной коррозии в сочетании с высокой структурно-фазовой стабильностью и технологичностью, для применения этого сплава в условиях воздействия морской солевой среды.The technical result to be achieved by the invention is the development of a cast corrosion-resistant polycrystalline heat-resistant nickel-based alloy with high resistance to sulfide corrosion in combination with high structural-phase stability and manufacturability, for the use of this alloy under conditions of exposure to a sea salt environment.

Технический результат достигается тем, что литейный коррозионно-стойкий поликристаллический жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий хром, вольфрам, алюминий, титан, кобальт, бор, марганец, молибден, гафний, церий, иттрий, лантан, рений, тантал, кремний и никель, в отличие от известного сплава дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас.%The technical result is achieved by the fact that a cast corrosion-resistant polycrystalline heat-resistant nickel-based alloy containing chromium, tungsten, aluminum, titanium, cobalt, boron, manganese, molybdenum, hafnium, cerium, yttrium, lanthanum, rhenium, tantalum, silicon and nickel, unlike the known alloy, it additionally contains carbon in the following ratio of components, wt.%

ХромChromium 14,5-19,514.5-19.5 ВольфрамTungsten 5,2-7,25.2-7.2 АлюминийAluminum 2,5-3,52.5-3.5 ТитанTitanium 4,0-5,04.0-5.0 КобальтCobalt 11,0-14,011.0-14.0 БорBor 0,01-0,050.01-0.05 УглеродCarbon 0,05-0,130.05-0.13 МолибденMolybdenum 0,6-1,60.6-1.6 ГафнийHafnium 0,1-0,30.1-0.3 Церий Cerium 0,01-0,050.01-0.05 ИттрийYttrium 0,01-0,050.01-0.05 ЛантанLanthanum 0,01-0,050.01-0.05 РенийRhenium 0,5-1,50.5-1.5 ТанталTantalum 0,7-1,70.7-1.7 МарганецManganese 0,05-0,30.05-0.3 КремнийSilicon 0,05-0,30.05-0.3 НикельNickel остальноеrest

при выполнении соотношений:when the relations are fulfilled:

, ,

где , , - содержание указанных компонентов в ат. %,Where , , - content of the specified components in at. %,

, ,

где , - содержания указанных компонентов в мас.%.Where , - content of these components in wt.%.

Химический состав заявляемого сплава отличается от прототипа наличием углерода, а также концентрацией хрома, титана, тантала.The chemical composition of the proposed alloy differs from the prototype in the presence of carbon, as well as the concentration of chromium, titanium, and tantalum.

Введение в сплав углерода позволит обеспечить образование в сплаве карбидов, необходимых для упрочнения зерен, которые позволят получить отливку с поликристаллической структурой. Кроме того, карбиды присутствуют и в самих зернах, повышая сопротивление ползучести, тормозя диффузионные процессы и перемещение дислокаций. Также углерод положительно влияет на жидкотекучесть расплава и повышения технологичности при получении отливок за счет лучшего заполнения форм.The introduction of carbon into the alloy will ensure the formation of carbides in the alloy necessary for strengthening the grains, which will make it possible to obtain a casting with a polycrystalline structure. In addition, carbides are present in the grains themselves, increasing creep resistance, inhibiting diffusion processes and the movement of dislocations. Carbon also has a positive effect on the fluidity of the melt and improves manufacturability when producing castings due to better filling of molds.

Повышенная стойкость к сульфидной коррозии достигается повышением содержания хрома и оптимальным соотношением основных элементов, влияющих на коррозионную стойкость.Increased resistance to sulfide corrosion is achieved by increasing the chromium content and the optimal ratio of the main elements that affect corrosion resistance.

Выполнение условия , % мас. обеспечивает оптимальный баланс структурно-фазовой стабильности и высокой стойкости к сульфидной коррозии.Condition fulfilled ,% wt. provides an optimal balance of structural-phase stability and high resistance to sulfide corrosion.

При сплав непригоден для использования в морских газотурбинных двигателях и энергетических газотурбинных установках, использующих в качестве топлива дизельное топливо и природный газ, загрязненные серой, так как превышение количества алюминия по отношению к титану повысит жаростойкость, но отрицательно повлияет на стойкость к сульфидной коррозии.At the alloy is unsuitable for use in marine gas turbine engines and power gas turbine units using diesel fuel and natural gas contaminated with sulfur as fuel, since an excess of aluminum relative to titanium will increase heat resistance, but will negatively affect resistance to sulfide corrosion.

При сплав становится склонным к образованию хрупких η-фаз (Ni3Ti) разупрочняющих сплав, структурно- фазовая стабильность, и следовательно, в результате снижается работоспособность деталей, изготовленных из данного сплава.At the alloy becomes prone to the formation of brittle η-phases (Ni 3 Ti), which weaken the alloy, structural-phase stability, and consequently, as a result, the performance of parts made from this alloy decreases.

Выполнение условия , % атомные проценты, позволяет обеспечить структурно-фазовую стабильность, под которой понимается отсутствие в сплаве негативных фаз, отрицательно влияющих на характеристики сплава, а также вероятности их образования в процессе эксплуатации.Condition fulfilled , % atomic percent, allows us to ensure structural-phase stability, which means the absence in the alloy of negative phases that negatively affect the characteristics of the alloy, as well as the likelihood of their formation during operation.

Если данное соотношение будет ,то не достигается структурно-фазовая стабильность сплава, в результате сплав становится склонным к образованию хрупких η-фаз (Ni3Ti) и (Ni3Ta), отрицательно влияющих на пластичность и прочностные характеристики сплава,If this ratio is , then the structural-phase stability of the alloy is not achieved, as a result the alloy becomes prone to the formation of brittle η-phases (Ni 3 Ti) and (Ni 3 Ta), which negatively affect the ductility and strength characteristics of the alloy,

Если данное соотношение будет ,то возможно возрастание скорости коагуляции упрочняющей γ'-фазы, что ускорит образование рафт-структуры и сократит ресурс сплава. Также это приводит к общему увеличению алюминия сплава, что отрицательно сказывается на стойкости сплава к сульфидной коррозии.If this ratio is , then it is possible to increase the rate of coagulation of the strengthening γ'-phase, which will accelerate the formation of the raft structure and reduce the service life of the alloy. This also leads to an overall increase in aluminum in the alloy, which negatively affects the alloy’s resistance to sulfide corrosion.

Для подтверждения эффективности предлагаемого литейного коррозионно-стойкого жаропрочного сплава были проведены экспериментальные исследования на стойкость к сульфидной коррозии с различной концентрацией в сплаве углерода. Для этого были выплавлены два опытных составов сплава, содержание компонентов в которых приведено в таблице 1.To confirm the effectiveness of the proposed cast corrosion-resistant heat-resistant alloy, experimental studies were carried out on resistance to sulfide corrosion with different concentrations of carbon in the alloy. For this purpose, two experimental alloy compositions were smelted, the content of components in which is given in Table 1.

Для каждого из представленных составов сплавов были определены основные характеристики таблица 2.For each of the presented alloy compositions, the main characteristics were determined (Table 2).

Основными характеристиками литейных жаропрочных никелевых сплавов, стойких к сульфидной и высокотемпературной солевой коррозии являются:The main characteristics of cast heat-resistant nickel alloys resistant to sulfide and high-temperature salt corrosion are:

1. Минимальная концентрация хрома -легирующего элемента наиболее эффективно обеспечивающего коррозионную стойкость ;1. Minimum concentration of chromium - the alloying element that most effectively provides corrosion resistance ;

2. Vγ', % - объемная доля упрочняющей γ'-фазы на основе Ni3Al. Al в указанной фазе может быть замещен Ti, Ta. Превышение суммарной концентрации этих элементов сверх предельного значения приводит к образованию эвтектической γ'-фазы, упрочняющий эффект которой значительно ниже. Кроме того алюминий, в отличие от титана, отрицательно сказывается на стойкости к сульфидной коррозии. При этом эффективность титана по данному показателю несопоставима с хромом, поэтому стойкость к сульфидной коррозии упрочняющей γ'-фазы ниже чем у матрицы сплава. Тантал и титан значительно замедляют скорость коагуляции частиц γ'-фазы и в результате имеют более активное влияние на упрочнение γ'-фазы.2. Vγ', % - volume fraction of the strengthening γ'-phase based on Ni 3 Al. Al in this phase can be replaced by Ti, Ta. Exceeding the total concentration of these elements above the limit value leads to the formation of a eutectic γ'-phase, the strengthening effect of which is much lower. In addition, aluminum, unlike titanium, has a negative effect on resistance to sulfide corrosion. At the same time, the efficiency of titanium in this indicator is not comparable with chromium, therefore the resistance to sulfide corrosion of the strengthening γ'-phase is lower than that of the alloy matrix. Tantalum and titanium significantly slow down the rate of coagulation of γ'-phase particles and, as a result, have a more active effect on the strengthening of the γ'-phase.

3. - температура полного растворения упрочняющей γ'-фазы. Температура которой нужно достичь для полного растворения упрочняющей γ'-фазы. Данный показатель должен быть выше рабочих температур, но чрезмерное его увеличение сужает технологическое окно термообработки - температурный интервал между полным растворением упрочняющей фазы и началом расплавления сплава, что отрицательно сказывается на технологичности сплава.3. - temperature of complete dissolution of the strengthening γ'-phase. The temperature that must be reached for complete dissolution of the strengthening γ'-phase. This indicator should be higher than operating temperatures, but its excessive increase narrows the technological window of heat treatment - the temperature interval between the complete dissolution of the strengthening phase and the beginning of melting of the alloy, which negatively affects the manufacturability of the alloy.

4. Соотношение показывает стойкость к сульфидной коррозии сплава, которая достигается повышением содержания хрома и оптимальным соотношением основных элементов, влияющих на коррозионную стойкость. Соотношение не должно превышать 0,2 (Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин, книга 1, Рыбинск - 2010).4. Ratio shows resistance to sulfide corrosion of the alloy, which is achieved by increasing the chromium content and the optimal ratio of the main elements that affect corrosion resistance. Ratio should not exceed 0.2 (Getsov L.B. Materials and strength of gas turbine parts, book 1, Rybinsk - 2010).

5. Обеспечение структурно-фазовой стабильности , % атм.5. Ensuring structural and phase stability , % atm.

6. Обеспечение стойкости к сульфидной коррозии , % мас.6. Ensuring resistance to sulfide corrosion ,% wt.

Таблица 1Table 1 Легирующие элементыAlloying elements Содержание легирующих элементов, % масс.Content of alloying elements, wt.% RU2700442RU2700442 US7169241US7169241 Прототип RU2520934Prototype RU2520934 Выплавки сплава по изобретениюSmelting the alloy according to the invention №1No. 1 №2No. 2 ХромChromium CrCr 4,0-8,04.0-8.0 1,5-161.5-16 9-169-16 14,514.5 19,519.5 ВольфрамTungsten WW 3,0-8,03.0-8.0 5-145-14 4-94-9 5,25.2 7,27.2 АлюминийAluminum AlAl 4,6-6,64.6-6.6 2,5-72.5-7 1,8-4,51.8-4.5 2,52.5 3,53.5 ТитанTitanium TiTi -- 0,1-4,750.1-4.75 2,0-4,52.0-4.5 4,04.0 5,005.00 КобальтCobalt CoCo 6,0-12,06.0-12.0 0,8-150.8-15 10-1610-16 11,011.0 14,014.0 БорBor BB 0,005-0,030.005-0.03 0,01-0,040.01-0.04 0,01-0,50.01-0.5 0,010.01 0,050.05 УглеродCarbon CC 0,002-0,10.002-0.1 0,01-0,50.01-0.5 -- 0,050.05 0,130.13 МолибденMolybdenum MoMo 4,0-8,04.0-8.0 <1,0<1.0 0,2-3,00.2-3.0 0,60.6 1,561.56 ГафнийHafnium HfHf 0,1-1,00.1-1.0 0,1-2,50.1-2.5 0,1-1,00.1-1.0 0,10.1 0,30.3 Церий Cerium CeCe 0,001-0,10.001-0.1 0-0,10-0.1 0,01-0,20.01-0.2 0,010.01 005005 ИттрийYttrium YY 0,001-0,10.001-0.1 0-0,10-0.1 0,01-0,20.01-0.2 0,010.01 0,050.05 ЛантанLanthanum LaLa 0,001-0,10.001-0.1 0-0,10-0.1 0,01-0,50.01-0.5 0,010.01 0,050.05 РенийRhenium ReRe 1,0-3,01.0-3.0 0-90-9 0,5-5,00.5-5.0 0,50.5 1,51.5 ТанталTantalum TaTa 6,5-11,06.5-11.0 < 8,5< 8.5 2,5-7,02.5-7.0 0,70.7 1,71.7 МарганецManganese MnMn 0,01-0,20.01-0.2 нетNo 0,05-1,00.05-1.0 0,050.05 0,30.3 КремнийSilicon SiSi 0,01-0,20.01-0.2 нетNo 0,05-1,00.05-1.0 0,050.05 0,30.3 НикельNickel NiNi ост.ost. ост.ost. ост.ost. ост.ost. ост.ost. ЦирконийZirconium ZrZr -- 0-0,10-0.1 -- -- -- НиобийNiobium NbNb -- <4<4 0,01-1,50.01-1.5 -- -- ВанадийVanadium VV -- 0-1,00-1.0 -- -- -- Платиновая группаPlatinum group -- 0-0,50-0.5 -- -- -- МагнийMagnesium MgMg -- -- 0,01-1,00.01-1.0 -- --

Таблица 2table 2 Характерис-тики сплаваAlloy characteristics Известные сплавыKnown alloys Выплавки по изобретениюSmelting according to the invention RU
2700442
RU
2700442
US
7169241
US
7169241
Прототип RU2520934Prototype RU2520934 №1No. 1 №2No. 2
CCr мин Cr min 4,04.0 1,51.5 9,09.0 14,514.5 19,519.5 Vγ', %Vγ', % 63-6563-65 38-7038-70 6060 5151 4949 , °С , °С 1314-13231314-1323 1259-12441259-1244 12201220 12301230 11581158 Ti отсутствуетTi missing 0,37-20.410.37-20.41 0,220.22 0,170.17 0,120.12 , % атм. , % atm. 4,02-4,744.02-4.74 1.77-44.351.77-44.35 1,221.22 1,061.06 1,141.14 , % масс. ,% wt. 00 0,04-0.680.04-0.68 1,031.03 1,601.60 1,431.43

Испытания образцов проходили в условиях раствора солей Na2SO4 75% + NaCl 25% при температуре 1000°С.The samples were tested under conditions of a salt solution Na 2 SO 4 75% + NaCl 25% at a temperature of 1000°C.

Анализ полученных результатов позволил установить, что предложенный сплав обладает гораздо более высокой коррозионной стойкостью, структурно-фазовой стабильностью и технологичность. Результаты испытаний образцов предлагаемого сплава показали, что скорость его коррозии в условиях раствора солей не превышает 0,0421 мг/см2.Analysis of the results obtained allowed us to establish that the proposed alloy has much higher corrosion resistance, structural-phase stability and manufacturability. The test results of samples of the proposed alloy showed that its corrosion rate under salt solution conditions does not exceed 0.0421 mg/cm 2 .

Согласно данным таблицы 2 видно, выплавки по предложенному составу сплава №1 и №2 обладают повышенным содержанием хрома, по сравнению с аналогами и прототипом, тем самым повышается стойкость к сульфидной коррозии с сохранением структурно-фазовой стабильностью, что доказывают показатели , .According to the data in Table 2, it can be seen that smelting according to the proposed composition of alloy No. 1 and No. 2 have an increased chromium content compared to analogues and the prototype, thereby increasing resistance to sulfide corrosion while maintaining structural and phase stability, as evidenced by the indicators , .

Предлагаемый сплав превосходит сплавы-аналоги и сплав-прототип по стойкости к сульфидной коррозии. Сплав, описанный в прототипе, имеет критерий легирования, влияющий на коррозионную стойкость 0,22. А предложенный сплав имеет наиболее эффективный показатель не превышающий 0,2.The proposed alloy is superior to analogue alloys and the prototype alloy in terms of resistance to sulfide corrosion. The alloy described in the prototype has an alloying criterion that affects the corrosion resistance of 0.22. And the proposed alloy has the most effective indicator not exceeding 0.2.

В ходе исследований определяли объемную долю упрочняющей γ'-фазы Vγ'. При увеличении объемной доли упрочняющей фазы прочность и жаропрочность сплава растет, но снижается пластичность сплава. А также ухудшаются некоторые технологические свойства, такие как жидкотекучесть, склонность к образованию трещин при литье и сварке/наплавке. Исходя из этого, принимая во внимание назначение сплава, количество упрочняющей γ'-фазы в разрабатываемом сплаве было ограничено 50% ат. Таким образом, предложенный сплав обладает оптимальным показателем упрочняющей γ'-фазы, согласно табл. 2.During the research, the volume fraction of the strengthening γ'-phase Vγ' was determined. With an increase in the volume fraction of the strengthening phase, the strength and heat resistance of the alloy increases, but the ductility of the alloy decreases. And also some technological properties deteriorate, such as fluidity, tendency to crack formation during casting and welding/surfacing. Based on this, taking into account the purpose of the alloy, the amount of the strengthening γ'-phase in the developed alloy was limited to 50 at.%. Thus, the proposed alloy has an optimal indicator of the strengthening γ'-phase, according to Table. 2.

Благодаря углероду предлагаемый сплав не имеет технологических ограничений по габаритам, геометрии и ремонтопригодности деталей и отливок, которыми обладает прототип с монокристаллической структурой.Thanks to carbon, the proposed alloy has no technological limitations in terms of dimensions, geometry and maintainability of parts and castings, which the prototype with a monocrystalline structure has.

Предложенное содержание в сплаве хрома, титана, тантала, а так же добавление в сплав углерода позволили получить сплав, обладающий высоким сопротивлением к сульфидной коррозии. Сплав отличается высокой стабильностью и обладает рабочими температурами до 1000°С в условиях воздействия морской солевой среды и продуктов сгорания низкокачественного дизельного топлива, что показывают проведенные исследования (выплавки №1, №2).The proposed content of chromium, titanium, tantalum in the alloy, as well as the addition of carbon to the alloy, made it possible to obtain an alloy with high resistance to sulfide corrosion. The alloy is highly stable and has operating temperatures of up to 1000°C under conditions of exposure to the sea salt environment and combustion products of low-quality diesel fuel, as shown by studies (melts No. 1, No. 2).

Claims (7)

Литейный коррозионно-стойкий поликристаллический жаропрочный сплав на основе никеля, содержащий хром, вольфрам, алюминий, титан, кобальт, бор, марганец, молибден, гафний, церий, иттрий, лантан, рений, тантал, кремний и никель, отличающийся тем, что дополнительно содержит углерод при следующем соотношении компонентов, мас. %:Cast corrosion-resistant polycrystalline heat-resistant nickel-based alloy containing chromium, tungsten, aluminum, titanium, cobalt, boron, manganese, molybdenum, hafnium, cerium, yttrium, lanthanum, rhenium, tantalum, silicon and nickel, characterized in that it additionally contains carbon in the following ratio of components, wt. %: ХромChromium 14,5-19,514.5-19.5 ВольфрамTungsten 5,2-7,25.2-7.2 АлюминийAluminum 2,5-3,52.5-3.5 ТитанTitanium 4,0-5,04.0-5.0 КобальтCobalt 11,0-14,011.0-14.0 БорBor 0,01-0,050.01-0.05 УглеродCarbon 0,05-0,130.05-0.13 МолибденMolybdenum 0,6-1,60.6-1.6 ГафнийHafnium 0,1-0,30.1-0.3 ЦерийCerium 0,01-0,050.01-0.05 ИттрийYttrium 0,01-0,050.01-0.05 ЛантанLanthanum 0,01-0,050.01-0.05 РенийRhenium 0,5-1,50.5-1.5 ТанталTantalum 0,7-1,70.7-1.7 МарганецManganese 0,05-0,30.05-0.3 КремнийSilicon 0,05-0,30.05-0.3 НикельNickel остальноеrest
при выполнении соотношений:when the relations are fulfilled: 1 ≤ Al/(Ti+Ta) ≤ 1,5,1 ≤ Al/(Ti+Ta) ≤ 1.5, где Al, Ti и Ta - содержание указанных компонентов, ат. %,where Al, Ti and Ta are the content of these components, at. %, 1 ≤ Ti/Al ≤ 1,5,1 ≤ Ti/Al ≤ 1.5, где Al, Ti - содержание указанных компонентов, мас. %.where Al, Ti - content of these components, wt. %.
RU2022128014A 2022-10-28 Cast corrosion-resistant nickel-based polycrystalline superalloy RU2803779C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2803779C1 true RU2803779C1 (en) 2023-09-19

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1914327A1 (en) * 2006-10-17 2008-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Nickel-base superalloy
WO2013183670A1 (en) * 2012-06-07 2013-12-12 新日鐵住金株式会社 Ni-BASED ALLOY
RU2520934C1 (en) * 2013-03-15 2014-06-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Heat-resistant nickel alloy with higher resistance to sulphide corrosion combined with high heat resistance
RU2524515C1 (en) * 2013-09-05 2014-07-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine working blades
RU2623940C2 (en) * 2015-06-23 2017-06-29 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Casting nickel alloy with increased heat strength and resistance to sulfide corrosion
RU2697674C1 (en) * 2019-05-24 2019-08-16 Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ "Современные технологии металлургии" (ООО "НТЦ"СТМ") Heat-resistant nickel alloy

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1914327A1 (en) * 2006-10-17 2008-04-23 Siemens Aktiengesellschaft Nickel-base superalloy
WO2008046708A1 (en) * 2006-10-17 2008-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Nickel-base superalloys
WO2013183670A1 (en) * 2012-06-07 2013-12-12 新日鐵住金株式会社 Ni-BASED ALLOY
RU2520934C1 (en) * 2013-03-15 2014-06-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Heat-resistant nickel alloy with higher resistance to sulphide corrosion combined with high heat resistance
RU2524515C1 (en) * 2013-09-05 2014-07-27 Открытое акционерное общество Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" ОАО НПО "ЦНИИТМАШ" Refractory nickel-based alloy for casting gas turbine working blades
RU2623940C2 (en) * 2015-06-23 2017-06-29 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" Casting nickel alloy with increased heat strength and resistance to sulfide corrosion
RU2697674C1 (en) * 2019-05-24 2019-08-16 Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ "Современные технологии металлургии" (ООО "НТЦ"СТМ") Heat-resistant nickel alloy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0789087B1 (en) High strength Ni-base superalloy for directionally solidified castings
Bewlay et al. Niobium silicide high temperature in situ composites
US9034248B2 (en) Ni-based superalloy, and turbine rotor and stator blades for gas turbine using the same
US6755921B2 (en) Nickel-based single crystal alloy and a method of manufacturing the same
JPH11310839A (en) Grain-oriented solidification casting of high strength nickel-base superalloy
JP5299899B2 (en) Ni-base superalloy and manufacturing method thereof
JP2007162041A (en) Ni-BASE SUPERALLOY WITH HIGH STRENGTH AND HIGH DUCTILITY, MEMBER USING THE SAME, AND MANUFACTURING METHOD OF THE MEMBER
US5925198A (en) Nickel-based superalloy
JP3559670B2 (en) High-strength Ni-base superalloy for directional solidification
EP2169087B1 (en) Nickel-based superalloy and gas turbine blade using the same
RU2803779C1 (en) Cast corrosion-resistant nickel-based polycrystalline superalloy
CN114164357A (en) Low-cost and low-density nickel-based single crystal superalloy
JPH0211660B2 (en)
EP3778943A1 (en) Ni group superalloy casting material and ni group superalloy product using same
JPH1121645A (en) Ni-base superalloy having heat resistance, production of ni-base superalloy having heat resistance, and ni-base superalloy parts having heat resistance
JP2001294959A (en) SINGLE CRYSTAL Ni HEAT RESISTANT ALLOY AND TURBINE BRADE
JPH10317080A (en) Ni(nickel)-base superalloy, production of ni-base superalloy, and ni-base superalloy parts
KR20110114928A (en) Ni base single crystal superalloy with good creep property
RU2678353C1 (en) Heat and corrosion resistant nickel-based alloy for casting of large-sized working and nozzle blades of gas-turbine units
US8241560B2 (en) Nickel base superalloy and single crystal castings
JPH07207391A (en) Alloy material for turbine blade of gas turbine
RU2353691C2 (en) Composition of heat-resistant nickel alloy (versions)
RU2610577C1 (en) CASTING ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, AND ARTICLE OUT OF IT
JPH09184035A (en) Production of nickel-base superalloy, and nickel-base superalloy excellent in high temperature corrosion resistance and high temperature strength
JP2023018394A (en) Ni-BASED SUPERALLOY, AND TURBINE WHEEL