SE507217C2 - Korrosionsbeständiga Ni-Cr-Si-Cu-legeringar - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 507217 2 ordentliga åldershärdningsegenskaper. Vissa av dessa legeringar kan ge mer än en av dessa egenskaper, ingen tillhandahåller emellertid en god kombination av alla dessa egenskaper. Tidigare kända kompositioner av nickelbaserade legeringar enligt tabell 1 innehåller nästan alla, bland andra element krom, koppar, molybden och kisel. I de flesta fall är legeringama begränsade beträffande användningen som gjut- gods beroende på kombinationen av höga 100m-, kisel-, kol- och kopparhalter.

Det fiims sålunda fortfarande ett behov av legeringar som med framgång motstår ut- fällning av karbid och intennetalliska faser fastän de fortfarande besitter stor korrosionsbeständighet i upplösningshärdat tillstånd Tidigare kända legeringar erbjuder inte tillräcklig korrosionsbeständighet i vissa kraftigt oxiderande rniljöer.

Upgfinningens ändamål Ett huvudändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla nickelbaserade med utomordentlig korrosionsbeständighet i oxiderande omgivningar i härdat, svetsat och termiskt åldrat tillstånd.

Ett annat ändamål är att tillhandahålla sådana legeringar som inte bara besitter utomordentlig korrosionsbeständighet, utan vilka också har en mycket god termisk stabilitet och beständighet mot förlust av mekaniska egenskaper som ett resultat av strukurforändringar under åldring eller termomekanisk formning. Ett ytterligare an- nat ändamål är att tillhandahålla legeringar som är beständiga mot spännings- korrosionsbrott i kloridrriiljö i utskiljningsforstärkt tillstånd.

Det är ett ytterligare ändamål att tillhandahålla nickelbaserade legeringar , vilka lätt kan srnidas eller gjutas och bearbetas samt är homogena i jämviktstillstånd. 10 15 20 25 30 507217 Kort beskrivning av uppfinningen Enligt föreliggande uppfinning uppnås ovanstående ändamål och fördelar genom en försiktig reglering av sarrunansättriingen av väsentliga element inom ett brett område som anges i tabell 2. Alla experimentella legeringar innehåller de valfria elementen aluminium, kol, niob, kobolt, järn , kväve, titan och volfiam inom de breda området som anges i tabell 2. I de flesta fall gjordes inte avsiktliga tillsatser av dessa element och innehållet därav faller inom ramen för normala föroreningsnivåer.

Legeringama är beständiga mot olika oxiderande syror vid skilda koncentrationer och temperaturer. De har utomordentliga svetssegheter som visas av spetsböj- provresultat. De terrniska stabilitetema, som visas med Charpy slagprovresultat är mycket fördelaktiga. Legeringarna har goda åldringsegenskaper. Legeringama är ' också beständiga mot spänningskorrosionsbrott vid åldringshärdning.

Exempel och nrovresultat Korrosion. En serie prover genomfördes för att bestämma effekten av krom, kisel. molybden och koppar på korrosionen. De fördelaktiga effektema av kombinationen av krom och kisel för att motstå kraftigt oxiderande lösningar, såsom koncentrerad svavelsyra har visats i många patent. Det har emellertid visat sig att de nivåer av kisel som krävs är helt kritiska och beror på kromnivån. Som visas i tabell 3 för mycket oxiderande omgivningar (omgivning B i tabell 3) är att ju högre kiselhalt. Ju högre är legeringamas resistens. I en lätt oxiderande omgivning (omgivning A och C), går korrosionshastigheten genom ett maximum med avseende på kisel. med små mängder kisel (upp till 3%) skadliga och högre mängder fördelaktiga. Även mindre oxiderande syror, som omgivningen D i tabell 3, visar att kisel är skadligt och krom fördelaktigt. Följ-aktligen måste krom till lcisel-förhållandet falla inom vissa intervall, för att legeringen skall besitta beständighet i ett stort antal om- givningar. Dessa motsatta effekter av kisel och krom belyses i fig. 1, som den 10 15 20 25 507217 4 relativa korrosionshastigheten i förhållande till 2 Si/Cr förhållande (2 avspeglar den högre effektiviteten av kisel och den lägre atomvikten). Ur fig. l framgår att detta förhållande kommer att falla mellan 0,3-O,6 för total beständighet mot ett stort antal oxidationsmedel. Detta förhållande: ingår förutom gränsema för Cr och Si.

De fördelaktiga effektema av Mo och Cu kan vidare ses i 90%-ig H2SO4 (omgivning C). Koppar är speciellt fördelaktig i den omgivningen. Alltför höga nivåer av koppar (över 3,5%) är emellertid skadliga för grovfrätningsbeständigheten och bearbetbarheten. För optimala fördelaktiga effekter rekommenderas maximalt 3,0% koppar och omkring 2% föredras.

Svetsseghet. Legeringen av denna typ måste ha en hög grad av svetsbarhet. En serie prover genomfördes som visas i tabell 4. Svetsböjsegheten bestämdes med den väl- "kända 2-T Radius Bend Test (böjprovet). Resultatet vid provet antydde att för- hållandet Ni till Fe måste vara över 1,0. Förhållanden mindre än 1 ger en jäm- baserad legering, till exempel, stål typ 20 och duplexstål, vilken inte har någon korrosionsbeständighet för olika syrakombinationer.

Kisel i rostfritt stål och vissa Ni-legeringar är ökända för att skapa svetssprick- problem och sänka svetssegheten. Legeringama enligt föreliggande uppfinning är emellertid överraskande beständiga mot dessa problem under förutsättning att nickelirinehållet ligger över ett visst område. Detta är en huvudpunkt enligt förelig- gande uppfmning. Svetsböjprovresultaten visas i tabell 4. Det framgår ur tabell 4 att om nickelhalten är för låg (under cirka 12%) eller om nickelinnehållet är över en viss nivå (omkring 25%), så kommer svetsama att kunna godkärmas vid 2-T böj- provet. Under 12% nickel (i 20 Cr, 12 Co, 5 Si-legeringarna) har legeringen en viss mängd ferrit i sin rnikrosuulduroch det är välkänt att små mängder ferrit i början av svetsstelningen är fördelaktigt för svetsbarheten Detta tillstånd återfinnes emellertid ej i homogena fasta lösningar av nickelbaserade legeringar enligt föreliggande 10 15 20 25 30 sa7217 5 uppfinning. Fastän en liten mängd fenit i rostfiitt stål är fördelaktigt för att kunna motstå sprickbildningar under svetsning, kan ferrit leda till en ökad sprickbildning _ under exponering för temperaturer på 875°C (IGOOOF) vilka man kan räkna med under ett varmfonnningsförfarandel. Den höga Ni-legeringen är emellertid beständig mot sprickbildning även vid dessa temperaturer.

Tennisk stabilitet. Den termiska stabiliteten av en serie legeringar slagprovades efter att de utsatts för 875°C (1600°F) under sex minuter och trettio minuter. Resultaten visas i tabell 5. Data visar att en legering enligt föreliggande uppfinning (legeririg 5-8) har en tillräckligslagseghet fastän provet var för litet. Legering 5-9 enligt uppfinningen utsattes för 875°C (l600°F) under sex minuter och en timme.

Båda legeringarna hade god slagseghet i jämförelse med legeringarna med ett (20-Fe x Si-3) värde mindre än 5. Jäm måste vara mindre än 19%. Åldringshärdning. En ytterligare fördel med dessa legeringar är förmågan att väsentligen härdas vid värmebehandling. Kisel verkar på liknande sätt som aluminium och titan men där är väsentliga skillnader. Åldringstemperaturen som krävs för att framkalla härdníng är lägre för Si-legeringarna, som gör det lättare att åldringshärda. J äminnehållet måste vara lägre än omkring 19% och kiselirmehållet måste vara högre än 35. Talet (20-Fe) x (Si-3) måste vara större än 5 för att härd- nirig skall erhållas. Data visas i tabell 6.

Exempel och provresultat visar uppfinningen. Provdata visar att legeringarna enligt föreliggande uppfinning har en unik kombination av bearbetningsegenskaper. För- hållandena och sammansättningarnas områden har upprättats genom att identifiera legeringen på ett praktiskt sätt. Fastän den exakta mekanismen enligt uppfinningen inte är fullständigt förstådd har det bestämts att förhållandena som upprättats ger de bästa resultaten. Sålunda krävs enligt uppfinningen inte endast vissa specifika sammansättningsorriråden för de kritiska elementen utan även förhållandena bland vissa av dessa visade element. 10 507217 6 Experimentella exempel på legeringen enligt föreliggande uppfinning har framställts i form av plåtar, göt, svetsmaterial och liknade utan bearbetningssvårigheter. Lege- _ ringen enligt föreliggande uppfimiing kan framställas i form av göt, smidda produkter och pulverprodukter, liksom artiklar för användning vid svetsförfaranden och svetsmetoder.

Det är uppenbart för fackmannen att den nya principen enligt föreliggande uppfinning som visas i samband med de specifika exemplen stöder olika modifika- tioner av tillämpningar av detsamma. De avses följaktligen att i torkning av kravens omfattning att dessa inte skall begränsas till de specifika exemplen av den beskrivna uppfinningen. 507217 mm.o Hfim» mm mm.° HHH» mm: m 1 m.~ m.°« 1 mm ~@.m 1 «m.o ~.m 1 < °_~ Hmm» mm: cwumfln m 1 m_~ N., mm 1 _» _F.m Hfifiu mm mæm.wmæ.v m~.m Hfifiu mm cmßmmu mm~o | mNo.o m_ß | m.~ mm.1w« m 1 m m_. Hfifiu mm CF Hfiflu mm: m 1 Q wN.1m- mo_o Hmm» mms mæß_wæm~N Aßufimm.

« Hfifi» mm: o_.° Hflflu mms m 1 0 @«..om m 1 Q m_~ 1 P m~..m @..m_~ m.m..« mm..°m m~.m..mm.m mmm.~m°.« u:mooHmuxfl> .wcflnuuwmcmfiëmw .ummcflummmfi mdcmx wummflflfls .P fifiwnms °__° Hmm» mm Q«fi3»@ m« 1 mm m~.m 1 Q m.m 1 P mm Hmm» mm m 1 m.~ m.m 1 q mm 1 om m~.m 1 mm_m wm~.wmm_~ ß w cøfiäfi m mo.o om m vßw.~Næ.N m I P m.1m.m mm.1om m I N ~ NP! N ß |m.m om.1oN m.o mmæ.mo«.N mfiäñïfifi Hfiädfläüfim Qïfim flß am :Hz šåz o.m~ Hfifiu zmassësæ äggen... mn... S96... _. m Gm whhwum .Am|fimv X Awhlowv m :m 933m nå... m... 1 mm... Bohm m s 1 1 1 1 1 m... SU ...än . SU ä.. mmm SU .än ä 1 1 1 1 1 m... SU .än . SU .än mm SUän ä... ...m m.m, .....m m.m ...m m.m 1 m.. m 1 .. å.. 1 ...m Jm 7 :Mumma ...mummfi .mwummu ...mamma ...Mumma cmumwu ...Qumwu mcwuwmu .m2 .I 1 1 1 1 1 mo... SU än .... SU .än mm... SU .än .z mh ...m m .....m m.. ...m m 1 m.. m 1 . å... ö.. Û .1 1 1 1 1 m... SU .än . SU .än ...m SU .än š. 5 m. .. m.. m.. m... 1 m 1 m ... 1. mm. SU .än ö.. m.m m.. m m.m m.m m.m 1 m.. m 1 . wm.m1. .nu 1 1 1 1 1 m SU .än o. SU .än ...m SU .än .oo mm mm mm m. ..m .m 1 m. mm 1 m. mmm.. n... 1 1 1 1 1 m... SU .än .... SU än mm SU .än .nu 1 1 1 1 1 mo... SU .än 2.... SU män m8... SU .än ö 1 1 1 1 1 m... SU .än m... SU .än mm.. SU ...än .2 mTw mnmäwm mnw mcfimmmmm wnw mcmuwmmn m1... mfiumwmm mun wcmummmm wuwëb ...mmmudßnmm wuwëb åh... mflmën. uuwum Hmmflmummwm mxmmå ucmoonmuxm... .mcmnuvwmcmëämm .cwmcmccmumms ...mmmcm nmmcmuwmw... .N Hamann. so7217 ofiuëäm o? ëooomo | så: OGN Éßm womm Én; 0.2 mfioccflmow. wodmwmflmuæw umflcm ummcoumwflo o zooó ä. ooâxs. .osöooowo .Eooo + ooooo oooflo u oo .oooë ooouu uooo .ooö wo + oooom ooono u oo. :boom oooë Üfišä ooääous to o o.o oo.o oo; o;o ooïo o.o | o.o o o_o oto oo; of ooïo to to o.o o o_o ot; to of oTo o_o | to o o.o Pto oo; o.oo iTo ö ä fiøoä o_o 1 o.o o o; oo.o o; to. o;o o.o | o.o o o_o oo.o oo; oo; .oo o; o.o o.o o to oo; oto o;o *oo o.o o.o o.o o to oo.o oto o;o To o; o; o.o o.o o.o ot; oto o;o oo to o; o_o o.o o_o oo; S; o;o oo ö .z å: ä »äfim o.o o; o_o o.o o.o oo; to o;o oo o.o oo. o.o o_o o_o oto .to o;o oo oo. to; o_o o.o o.o »oo oo.o o;o oo o;o. o.o o_o o_o o.o oo.o to o;o To H82 ä fioofim m m mo.. m mo W om mo. »oïfle .ofloflmfimöooofiå .äocušoøö woaoäoflö 950 o äooofiß om :8 å .oo .ö ä :Bäoom .o då 507217 Û 1. muumfim ..m_o .mm xomumw oo._ æo.mP mupmflm ..m_o .fiw xomumw oo._ m_.~ m»»~Hm ..m.o._fiw xumumw o°_F m«.@«« ~»»m~m ._m_° .hm xumumw oo.. m~.m~m mP.° m_.o m»»~Hm ..m.o .fiw xumumw oo_P m~.° B33 _ :H5 mcfiafinnumsfi _»xumH@w °o_o P@.° ßuumflm ..m~.° .mqfinfimnuwsfl uxuwumw oo.o >w.° @=flcm»m>m Hwugs ßxuwumw oo_o °m.o mcflqm»m>m Hmm: ßxuwumw oo.o >«.° m»»~Hm ..m~_° .wnficfimnuwøfi .ßxumumw oø.o ««_o umufiøwmu »mms ucwm møflmmm a1~ m=fi==nxw@ wm\flz mm_~ oo.o oo_o oo.o oo.o ov_P oP.o o«.m mß_m~ mN.oN oß.mP oN.mF oo.oN ov~oN oP.~N °o_o~ om.o~ om_o~ o«.o~ o~_°~ mm mo_m wm.m oæ.m om.m oo_m oP.< om.v o~.m om.v oN.m ~P.m mw~v am mß.vm ow~Nw om.Nw o-wß oo_o- oo.oP om.N~ ow.mN om.mN ow.vN oß.-N om.mP fiz o ow-P .»@@wwwfimnm»w>m wa Hm .mm .fiz >w Uxwwwm .« Hfiwnma »mms unmm møflumm a|m.~ *« .uwwqx ~m~_~ Hwfifiwßmqnfl | mnfinuflwmmø wmnmmmflfiwuwu uwfifiqw m=fi~wm@q « mm~v mw.mf w~.o w~.o oo.mm oo.mm om.mm oo.Fw oo.æm oo.mw ov.mw oo.vv ßm *N-|w P-lv ownv mnv æ|v ßnv w|v mlv vlv muw Nie 507217 11 A SF. ß.mm ßP.wm oo_ovP oo.ßæ- mN.v oo.ß mN_m om.w ß.oß wm_w« w æ.mw No.m_ mm.ßvP m«.N mm.mmP mw.wvv oo.mvN mN_mNm oo.m mP_o mm_w mP.o mN.m mN.o mß.ß ßv.o wh\fiZ N m .N .- v~.m~ wm.m- mN.oN oß.m~ oN.mP oo.oN ov.oN o-PN ov.oN wäaüg wuæwmflwäu #35 wfiäwß _.

~N~m vF~m wm.m oæ.m om~m oc.m o-v om.v -.m m.om æo_mw ow~Nv om.Nw o~.vß oo.o~ oo.oP om.NP oß-N az .äfiünßflmënmfi .K 8 än .å .8 .E ä Hwfiwfim .m S83. oo.o oæ.P~ ow.~f oo.o oß.-P ow.PP ow.m om.m .om ow.< oo.m me.mP v~.o v_.o oo_mm oo.mm om_mm ov~mv Nm *alm «æ|m ßlm min mlm oim mlm Nim Plm .ua mcflummwfl 507217 00.000 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.000 00.00 00.00 00.00 00.000 00.00 00.00 00.00 2 00.000 00.00 00.00 00.00 1. 00.000 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.000 .00.00 00.00 00.00 00.000 00.00 00.00 00.00 00.000 00.00 00.00 00.00 00.000 00.00 00.00 00.00 00H000 00H00 00.00 00.00 00.000 00 00 00.00 00.00 00 000 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.0 00.0 00.00 00.00 00.0 00.0 00.00 00.00 00.0 00.00- u@aE0w.0m\000w0 00000; H00 flmx m w wm o .m.w .cømcmumuæfim .m.æ Am|fim. N _wh|oN. am öl Anmccfifiv vm.m> mw.mß æm.Nß ßæ.mw Nm.ßw ow.>w mv.Nw m0.vß æw.mm mm.ßw om.mm ææ.om Nw.ßw -m.mm Nß.ow ww.Nv mv.wß æm.ßß 02 cmmcflccflmmmb umflficv nmmcflummwn « .0.» 1 0000000. .m.» H 00000 .0.» 0 ål o0.o 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 00.00 .0=000»000 >m 00000 0000002000 0000000 00 00 :oo 00 >0 000000 .0 000000 oo.o æ0|w oo.o ß0|m oo.o w0|m oo.o m0|w oo.o wwlw oo.o «m0|ø vw.00 N0|w oo.o 00|w oo.o o0|w oo.o mao oo.o «w|w oo.o «ß|w oo.o mlw oo.o amim oo.o v|w wß.00 m|w oo.o N|w oo.o 0|w I lä oo mmmmmwmm

Claims (5)

13 507217 Patentkrav

1. Nickelbaserad legering bestående huvudsakligen av: 0-1,5 vikt-% aluminium, O- 0,06 vikt-% kol, O-3 vikt-% niob, 11-29 vikt-% krom, 0-20 vikt-% kobolt, 1-3 vikt-% koppar, O-19 vikt-°/o jäm, 0-2 vikt-% mangan, 1-6,5 vikt-% molybden, 0-0,2 vikt-% kväve, 3,5-6,5 vikt-% kisel, O-2 vikt-% titan, 0-2,5 vikt-% volfram och resten nickel och normala föroreningar, varvid värdet (20-Fe)X(Si-3) är större än 5.

2. Legering enligt lcrav 1, innehållande 0-0,5 vikt-% aluminium, O-0,04 vikt-% kol, 0-1 vikt-% niob, 16-23 vikt-% krom, 0-10 vikt-% kobolt, 1-3 vikt-% koppar, 1-10 vikt- % 0-1 vikt-% mangan, 1-5 vikt-% molybden, 0-O,1 vikt-% kväve, 4-6 vikt-% kisel, 0-1 vikt-% titan och 0-1 vikt-% volfrarn.

3. Legering enligt krav 1, innehållande 0-0,3 vikt-% aluminium, 0-0,02 vikt-% kol_ 0- 0.3 vikt-% niob, 19-21 vikt-Wo krom, 0-5 vikt-% kobolt, 1,5-2,5 vikt-% koppar. 3- 7 vikt-Wo järn, 0-0,5 vikt-% mangan, 1,5-3 vikt-% molybden, 0-0,03 vikt-% kväve. 4,5-5,5 vikt-% kisel, 0-0,2 vikt-% titan och 0-0,5 vikt-% volfram.

4. Legering enligt krav 1, kännetecknad av att värdet 2 Si/Cr är mellan 0,35 och (w och värdet Ni/F e är större än 2 för att ge förbättrad beständighet mot korrosion och exponering mot höga temperaturer.

5. Legering enligt krav 1 i form av smidda material, gjutna material, pulver eller svetsmaterial.