SE443158B - Nickelkromlegering och anvendning av en gjuten artikel av denna - Google Patents

Description

7800352-2 0,3 till l,2% bor, 0-3,5% molybden, 0-0,5% zirkonium, 0-0,2% totalt av yttrium och/eller lantan och 0-0,l% kol, varvid resten förutom föreningar är nickel.

Legeringen måste innehålla minst 15% krom för att ha god korro- sionshärdighet men får inte innehålla över 21%, för att risken för skadlig 0-fasalstring skall minskas vid omfattande högtemperatur- drift. Kromhalten är företrädesvis 15-17 % eller 19-21 %.

Kobolt i en mängd av 5-25% i legeringen har en förstärkande effekt, men mer än 25% kobolt skulle leda till alstring av 0-fas. Företrä- desvis är kobolthalten 5-22%, t ex 7-20%. _ Närvaron av tantal, titan, aluminium och niob har också en förstärkande effekt på legeringarna. Minst 0,5% tantal måste vara närvarande, företrädesvis 0,8-2,5%, t ex 1,0-2,0%, men mer än 3% tantal leder till försprödning. Niob kan valfritt ingå i en mängd upp till 2% och är företrädesvis närvarande i en mängd av minst 0,2 eller 0,5%. Mer än 2% kan emellertid leda till en försprödning, och niobhalten är företrädesvis högst l,5%.

Titan- och aluminiumhalterna måste ligga i områdena 2-5% resp l-4,5%, varvid den sammanlagda titan- och aluminiumhalten är 4,5-9% och företrädesvis högst 8,5%. Högre halter än maxima för ett- dera av dessa element individuellt eller i kombination leder till försprödning, och den föredragna titanhalten är 2,5-4,5%, t ex 3-4%, medan den föredragna aluminiumhalten är l,5-4%, t ex 1,8-3,8%.

För uppnående av optimala krypbrottegenskaper avpassas titan-, aluminium-, niob-, tantal- och kromhalterna företrädesvis på följan- de sätt i förhållande till varandra: %Ti + %Al + %Nb + 0,5 (%Ta) + 0,2 (%Cr) = ll,2 till 12,4.

Borhalten är kritisk för uppnående av legeringens utmärkta egen- skaper, och bor måste vara närvarande i mängder över 0,3% men högst l,2%. Halter utanför detta område leder till en minskning av kryp- brottlivslängden. Företrädesvis är borhalten 0,4-1%, t ex 0,5-1%.

Kopplat till denna borhalt bör kolhalten hållas så låg som möjligt och får kolhalten icke överstiga 0,l%, företrädesvis högst 0,05% och ännu hellre högst 0,03%, eftersom kolet också leder till en minsk- ning av krypbrottlivslängden.

När Volfram och molybden är närvarande, bidrager de till styr- kan. Volfram måste vara närvarande i en mängd av l-5%, företrädes- vis l,5-4%, t ex 1,8-3%, och molybden får icke vara närvarande i mängder över 3,5%. Företrädesvis är molybdenhalten minst 0,2% men högst 2%. Zirkonium förbättrar styrkan och duktiliteten och kan 3 7800352-2 valfritt vara närvarande i en mängd av högst 0,5%. Ett lämpligt zir- keniumnairemraae är o,o1-o,3%, föreeräaeevie o,o2-o,z%.

Yttrium eller lantan eller bådadera kan vara närvarande i en mängd av upp till totalt 0,2% för erhållande av förbättrad duktili- tet. Emellertid kan mer än 0,2% av dessa element leda till otillräck- lig duktilitet. ' ' _ För erhållande av optimala egenskaper är det totalt sett före- draget, att borhalten är över 0,6%, och en föredragen legering inne- håller antingen 15-17% krom tillsammans med 7-10% kobolt eller 19-21% krom tillsammans med 13-17% kobolt, och innehåller därjämte 2,1-2,8% volfram, 1,4-2,0% tantal, 3,2-4,0% titan, 2,2-3,8% aluminium, 0,5-l,5% niob, 0,6-l,0% bor, 0,2-2,0% molybden, 0,03-0,08% zirkonium, 0-0,2% sammanlagt av yttrium och/eller lantan och 0-0,03% kol, varvid res- ten är nickel. _ I de mest föredragna legeringarna bör det ovan angivna sambandet mellan titan-, aluminium-, niob-, tantal- och kromhalterna utnyttjas.

Av de element, som kan vara närvarande såsom föroreningar, må nämnas att kisel har en skadlig inverkan på korrosionshärdigheten och bör hållas under 1% och företrädesvis under 0,5%. Andra föroreningar kan inbegripa upp till l% mangan och upp till 3% järn tillsammans med extra element, som normalt ingår i legeringar av denna typ och som icke har någon skadlig inverkan på legeringarnas egenskaper.

För att utveckla fulla hållfasthetsegenskaper hos legeringarna enligt uppfinningen bör de utsättas för en värmebehandling, som om- fattar upplösningsbehandling och efterföljande åldring. Upplösninge- behandlingen omfattar företrädesvis värmning under l-12 h vid en tem- peratur av 1100-ll80°C och legeringarna kan sedan åldras genom att värmas under 8-48 h.vid en temperatur av 800-900°C. Den i ett steg genomförda slutliga åldringsbehandlingen kan lämpligen ersättas med en i två steg genomförd åldringsbehandling, som omfattar värmning under 4-24 h vid 900-l00O°C, följt av värmning under 8-48 h vid 7oo~soo°c. Kylningen efter detta värmebehanaiingeeteg kan-utföras med vilken som helst lämplig hastighet, och luftkylning är vanligt- vis lämplig. l I det värmebehandlade tillståndet har legeringen enligt upp- finningen minimikrypbrottlivslängder, som i viss utsträckning mins- kar med ökande kromhalt. För en kromhalt av l5~l7% skulle legeringen ha en krypbrottlivslängd av minst 260 h vid 550 N/mmz och 760°C och för en kromhalt av 19-21% skulle legeringen ha en krypbrottlivslängd av minst zoo h vid sso N/mmz een 1so°c. Det må emellertid påpekas, 7000352-2 [ i 4, att ett överraskande särdrag hos uppfinningen är, att de bästa re- sultaten vid utnyttjande av de mest föredragna legeringskompositio- nerna synes uppnås vid de högre.kromhalterna.

Det faktum, att legeringen enligt uppfinningen uppvisar en ut- märkt kombination av egenskaper, inbegripande i synnerhet krypbrott- egenskaper jämsides med korrosionshärdighet, framgår av följande exempel. _ ' ' Ett antal legeringar med de i tabell l angivna sammansättningar- na vakuumsmältes och göts i vakuum till avsmalnande provstavsämnen,- från vilken provstavar bildades genom spånskärande bearbetning. Före den spånskärande bearbetningen av provstyckena behandlades ämnena genom upplösningsvärmning vid ll2l°C under 2 h, luftkylning, åldring vid 843°C under 24 h och luftkylning i fråga om legeringarna A och' nr 1-4 samt genom upplösningsvärmning vid ll60°C under 4 h, luftkyl- ning, åldring vid 850°C under 16 h och luftkylning i fråga om lege- ringarna B, 5 och 6. De värmebehandlade provstyckena utsattes sedan för olika krypbrottprov, varvid de i tabell 2 angivna resultaten upp- nåddes. I tabellerna 1 och 2 är legeringarna nr 1-6 enligt uppfin- ningen, medan legeringarna A och B är jämförelselegeringar utanför uppfinningsramen. "_ W ¿ I TABELLI Lega- _ Komposition (víktí), resten Ni Ung" .cp c 'i 06 M6 w m, Ta Ti A1 zr ß A 15,8 0,013 8,5 1,74 2,55 0,85 1,75 3,57 3,36 0,055 0,20 1 16,0 0,009 8,4 1,73 2,59 0,85' 1,75 3,56 3,34 0,054 0,31 2 16,3 0,017 3,4 1,73 2,73 0,36 1,73 3,53 3,45 0,054 0,43 3 16,5 0,012 0,6 1,76 2,63 0,84 1,77 3,63 3,43 0,050 0,60* 4 16,5 0,013 8,5 1,76 2,72 0,85 1,73 3,63 3,43 0,054 0,71 B 20,4 0,014 14,8 0,49 2,32 0,98 _1,50 3,72 2,54 0,05 0,20 5 20,5 0,008 15,0 0,52 2,40 0,96 1,49 3,67 2,54 0,05 0,40 6 20 -~ -0,01 -15,0-- 0,5 ' 2,2 1,0 1,5 3,6 2,5 0,05 0,60 äNomine11t ...f.Åf.'Ä.'Ä. . . . . ._ Vid en jämförelse av resultaten i tabell 2 framgår, att lege- ._ringarna nr 1-4 med lägre kromhalt hade, i jämförelse med legering A, bättre krypbrottlivslängds- och förlängningsegenskaper inom hela området av använda provförhållanden. På liknande sätt hade även de högre kromhalt uppvisande legeringarna 5 och 6 bättre krypbrottlivs- längds- och förlängningsegenskaper än legering B vid de utnyttjade provförhållandena. s 7800352-2 TABELL 2 Krypbrotthållfastheter Lege' 2 0 2 0 i 2 0 ring 550 N/m - 760 C 330 N/mm - 816 C 228 N/mm - 927 C Lívslängd Förlängning Livslängd» Förlängning Livslängd Förlängning h " Z h Z h A 250 ' 6,3 1001 ' 5,0 62 13,3 1 267 5,9 1007 V 10,3 '71 11,9 2 321 1,1 1067 8,7 _ 1 62 13,8 3 sea s,a 1735 10,0 ss _ 14,6 4 454 4,8 1 1173 7,2 so 11,3 B 185 3,3 33 7,4 5 217 4,0 >504 N.A. 39 14,8 6 65s"f ", ' 1 2.6 .91o 2,5 eigeo* s,1;s,4“ N.A. = icke tillgängligt _ “Två prov' Om man tänker på att de lägre kromhalt uppvisande legeringarna nr l-4 innehöll nominellt 16% krom, kan man av resultaten i tabell 2 konstatera, att krypbrottegenskaperna förbättrades vid ökande borhalt vid provförhållandena 550 N/mmz och 760°C, att en topp vid ca 0,60% bor förelåg vid provförhållandena 330 N/mmz och 8l6°C och att de ifrågavarande egenskaperna var allmänt goda inom hela borhaltområdet vid provförhållandena 228 N/mmz och 927°C. De högre kromhalt uppvi- sande legeringarna nr 5 och 6, som innehöll nominellt 20% krom, upp- visade förbättrade krypbrottegenskaper vid ökande borhalter upp till 0,80%. För optimala krypbrotthâllfasthetsegenskaper föredrages där- för, att legeringen enligt uppfinningen innehåller mellan 0,4, före- trädesvis 0,5, och l,0% bor. _ Ytterligare prov utfördes för att jämföra legeringens 7 egen- skaper (en föredragen legering enligt uppfinningen) med en känd kom- mersiell legering (legering C, som kan inköpas under handelsbeteck- ningen IN-792). Dessa båda legeringars sammansättningar anges i ta- bell 3. Även i detta fall framställdes provstycken genom vakuumsmält- ning och gjutning i vakuum för framställning av avsmalnande provstavs- ämnen, från vilka provstavarna utformades genom spånskärande bearbet- ning. Den värmebehandling, som före den spånskärande bearbetningen utnyttjades vid dessa ytterligare prov, var en enkel tvâstegsbehand- ling, som omfattade upplösningsvärmning under 4 h vid ll50°, luft- kylning och därefter åldring vid 850°C under 16 h och luftkylning. 78ÜÛ352-2 5 TABELL 3 Lege- _ ring Cr C Co Mb W Nb Ta Ti A1 Zr B Ni 7 20,5 0,021 15,0_ 0,53 2,31 0,98 1,63 3,70 2,64 '0,065 0,79 re5flefl 7 20,0 0,01 15,0 0,50 2,2 1,0 1,5 3,6 2,5 0,05 0,80 ïefiïen (modi- fierad) _ C 12,6 0,125 9,0 1,93 3,91 - 3,95 4,30 3,62 0,08 0,018 resten De värmebehandlade provstyckena utsattes för diverse standard-- krypbrottprov, vilkas resultat anges i tabell 4.

TABELL 4 Drag- Prov- Legeríng nr 7 Legering C 'spänning temp.

(N/mmz) (°C) Livâlängd Förläçgning Livsäšngd Förlñägning 620 760 498 2,7 161 5,2 550 " 1797 2,5 499 5,2 500 " >2089 1668 2,6 545 816 133* 2,5* - - 414 " 581 3,1 543 6,0 400 " 873 5,2 917 4,4 345 " 2461 3,6 2085. 3,7 330 " 3464* 1,7* - - 300* " 7 >2785 ' ' >1439 269 '927 97 p 8,2 133 8,2 228 " 199 4,7 zoo " 516' 6,2 692 8,2 154 " >I336~' >985 1sz_ geo 185* 6,8* *modifierad-legering nr-7 Det må påpekas, att två olika hetor-av legering nr 7 utnyttja- des vid dessa prov, och i tabell 4 har angivits vilken speciell heta, som utnyttjats för varje speciellt prov.

De sistnämnda provresultaten visar, att legering nr 7 enligt uppfinningen generellt hade en styrka, som var åtminstone ekviva- lent med och i vissa fall betydligt högre, särskilt vid lägre tem- peraturer såsom exempelvis 760°C,än styrkan hos legering C (IN-792), som hittills alltid ansetts vara en extremt stark legering. Dess- 7 a 7souss2+2 utom är legeringens nr_7 duktilitet (baserad på en jämförelse av brottförlängningssiffrorna) generellt ekvivalent med duktiliteten hos legering C med undantag för värdet vid 760°C, där legeringen nr 7 hade en överlägsen styrka. 7 En jämförelse av legeringens nr 7 krypbrottegenskaper med pub- licerade data för en annan kommersiellt tillgänglig legering, som försäljes under beteckningen IN-100, visar också överlägsenheten hos legering nr 7 vid 760°C och åtminstone likhet vid 8l6°C, 927°C och 9so°c. ' Förutom att legeringen enligt uppfinningen har hög styrka, särpräglas den också av hög korrosionshärdighet. Detta faktum fram- går vid degelprov, vid vilka cylindriska provstycken av standard- storlek av legering nr 7 doppades ned i en lösning av 25% natrium- klorid och 75% natriumsulfat.

Vid ett första prov vid 900°C under 300 h, varvid salterna för- nyades efter l50 h, var provstyckets viktsförlust efter avlägsnande av korrosionsrester så låg som 2 mg/cmz. Vid ett mera aggresivt prov vid samma temperatur, varvid saltet förnyades varje dygn, var vikt- förlusten också mycket låg, nämligen 16 mg/cmz.

Såsom en jämförelse kan nämnas, att ett liknande provstycke av den jämförbara legeringen C (IN-792) befanns ha utsatts för extremt kraftig korrosion efter enbart 48 h vid ett prov vid 85000, varvid viktförlusten var 562 mg/cmz. V Legeringen enligt uppfinningen kan användas i gjuten eller plastiskt bearbetad form för_högtemperaturanvändningar, t ex i gas- turbinmotordelar, t ex rotor- eller statorblad och även skivor med i ett stycke därmed utformade blad.

-De ovan beskrivna värmebehandlingarna för att utveckla lege- ringens egenskaper kan kompletteras med andra mera komplexa behand- lingar, som är kända för att vara lämpliga för denna typ av lege- ringar. Förutom normala gjutningsmetoder kan man även använda så- dana metoder som gjutmetoder med ensriktad stelningsriktning, om man så önskar.

Claims (1)

1. 7880352-2 PATENTKRAV l. Nickelkromlegering, k ä n n e t e c k n a d därav, att den räknat efter vikt innehåller 15-21% krom, 5-25% kobolt, l-5% volfram, 0,5-3% tantal, 2-5% titan, 1-4,5% aluminium, varvid den sammanlagda. titan- och aiuminiumhalfien är 4,54%, o-.zæ niob, från mer än 0,3 till l.2% bor, 0-3,5% molybden, 0-0,5% zirkonium, Q-O,2% sammanlagt av yttrium och/eller lantan och 0-0,l% kol, varvid resten förutom föroreningar är nickel.

   2. Legering enligt patentkravet l, därav, att borhalten är minst 0,4%.

   3. Legering enligt patentkravet l eller 2,. n a d därav, att borhalten är högst 1%.

   4. Legering enligt patentkravet 2 eller 3, n a d därav, att borhalten är minst 0,5%. 51 Legering enligt något av de föregående patentkraven, k ä n- k ä n n e tle c k n a d k ä n n e t e c k- k ä n n e t e c k- n e t e c k n a d därav, att kolhalten är högst 0,05%.

   6. Legering enligt något av de föregående patentkraven, k ä n- n e.t e c k n a d därav, att kromhalten är högst 17%.

   7. Legering enligt något av de föregående patentkraven, k ä n- n e t_e c k n a d -därav, att kromhalten är minst 19%. ä. Legering enligt något av de föregående patentkraven, k ä n- n e t e c k n a d därav, att kobolthalten är 5-22%.

   9. Legering enligt något av de föregående patentkraven, n e t e c k n a d därav, att tantalhalten är 0,8-2,5%.

   10. iegering enligt något av de föregående patentkraven, k ä n- k ä n- .n e t e c k n a d därav, att legeringen innehåller minst 0,S% niob. all. Legering enligt något av de föregående patentkraven, k ä n- n e t e c k n a d därav, att titanhalten är 2,5-4,5%. l2. Legering enligt något av de föregående patentkraven,e k ä n- n e t e c k n a d därav, att aluminiumhalten är 1,5-4%. k ä n-

   13. Legering enligt något av de föregående patentkraven, n e t e c k n a d därav, att titan-, aluminium-, niob-, tantal- och kromhalterna är avpassade i förhållande till varandra enligt sam- bandet: %Ti + %Al + %Nb + 0,5(%Ta) + 0,2(%Cr) = 11,2 till 12,4. _.

   14. Legering enligt något av de föregående patentkraven, n e t e c k n a d därav, att volframhalten är 1,5-4%. k ä n- ” É 7800552-2

   15. Legering enligt något av de föregående patentkraven, k ä n- n e tre c k n a d därav, att molybdenhalten är 0,2-2%. l 16. Legering enligt något av de föregående patentkraven, k ä n- n e t e c k n a d därav, att zirkoniumhalten är 0,01-0,3%.

   17. Legering enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innehåller 15-17% krom, 7-10% kobolt, 2,1-2,8% volfram,7 l,4-2,Û% tantal, 3,2-4,0% titan, 2,2-3,8% aluminium, 0,5-l,5% niob, 0,6-l,0% bor, 0,2-2,0% molybden, 0,03-0,08% zirkonium, 0-0,2% samman- lagt av yttrium och/eller lantan och 0-0,03% kol.

   18. Legering enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d adärav, att den innehåller 19-21% krom, 13-17% kobolt, 2,1-2,8% vol- fram, 1,4-2,0% tantal, 3,2-4,0% titan, 2,2-3,8% aluminium, 0,5-l,5% niob, 0,6-l,0% bor, 0,2-2,0% molybden, 0,03-0,08% zirkonium, O-0,2% sammanlagt av yttrium och/eller lantan och 0-0,03% kol.

   19. Användningen av en legering enligt något av de föregående patentkraven som en gjuten artikel för användning vid förhöjda tem- peraturer i korrosiva omgivningar.