SU949965A1 - Коррозионностойкий чугун - Google Patents

Abstract

КОРРОЗИОННОСТОЙКИЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец , никель, хром, медь, алюминий, магний, кальций, редкоземельные металлы и железо, о т-л и ч а ю щ и и ,с   тем, что, с целью повышени  коррозионной стойкости в нефти, насыщенной сероводородом при рабочих температурах до + , он дополнительно содержит барий, тантал и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%: 9 S ii СО CD Од СП

Description

Изобретение относитс  к области металлургии, в частности к получению коррозионностойкого чугуна с шаровидным графитом.

Многие тонкостенные чугунные издели , примен емые, в химическом и нефт ном машиностроении, нар ду с высокими механическими свойствами должны обладать высокой коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах. Например, рабочие органы нефт ных центробежных насосов должны обладать коррозионной стойкостью в -нефти, насыщенной сероводородом,

Известен коррозионностокий чугун следующего химического состава,мас.%;

Углерод2,6-3,6

Марганец . 0,3-1,5

Медь0,5-9,0

Магний0,02-0,12

Иттрий0,01-0,10

Олово0,01-0,10

Кремний2,0-3,4

Никель14-17

Хром0,01-1,8

-Кальций 0,01-0,15

РЗМ0,01-0,10

Алюминий 0,005-0,3

Железо Остальное

Данный чугун  вл етс  наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту.

Этот чугун нар ду с высокими механиЧескими свойствами обладает хорошей коррозионной стойкостью в р де агрессивных сред (растворах аммиака, едкого натра, тринатрийфосфата, пергидрол , гашеной извести, а также в метаноле,- бензоле, СС, ).

Однако чугун обладает существенным недостатком, а именно - низкой коррозионной стойкостью в нефти, насьщенной сероводородом,

Кристаллизаци  известного чугуна, особенно при повышенных скорост х затвердевани , характерных дл  отливок рабочих органов нефт ных насосов с. толщинами стенок от 1,5 до 8 мм, проходит с образованием значительного количества карбидных включений Эти включени  обогащены марганцем, хромом, а зона, непосредственно к ним прилегающа  вследствие обратной ликвидации, значительно обеднена никелем и медьюо

Отсюда и низка  коррозионна  стойкость данного чугуна в нефти, насыщенной сероводородом, при рабочих температурах, достигающих 100°С,

Термообработка (отжиг, нормализаци ) не применима дл  тонкостенных отливок сложной конфигурации, так как приводит к короблению отливок, неравномерному росту чугуна, измен ющему конфигурацию каналов рабочих колес и аппарата направл ющего„Уменьщение содержани  карбидных включений за счет дальнейшего повышени  графитизирующих присадок - кремни  и алюмини  - неприемлемо,

.Повышенное содержание кремни  в таком чугуне, уменьша  количество карбидных включений, приводит к образованию в структуре чугуна включений силикокарбидов с очень низкой коррозионной стойкостью в средах, содержащих сероводород. Повышение содержани  алюмини  свыше 0,3% в чугууе в качестве графитизирующей присадки приводит к пленкообразованию в тонкостенных отливках.

Целью данного изобретени   вл етс  повышение коррозионной стойкости в нефти, насыщенной сероводородом, при рабочих температурах, достигающих 100°С,

Дп  достижени  указанной цели в известный чугун, в состав которого вход т углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, магний, кальций, редкоземельные металлы, алюминий, железо дололнительно введены барий, тантал, ниобий при следующем соотношении ингредиентов, мас,%: Углерод 2,5-3,19 Кремний 0,98-1,9 Марганец 0,81-2,03 Никель 14,9-18,1 Хром0,5-2,0

Медь6,06-9,04

Алюминий 0,01-0,3 Магний 0,01-0,07 Кальций 0,02-0,15 Редкоземельные металлы 0,01-0,08 Барий 0,01-0,1 Тантал 0,003-0,02 Ниобий 0,005-0,2 Железо Остальное Кремний  вл етс  графитизирующим элементом, способствующим кристаллизации чугуна по стабильной системе, Вместе с-тем при его содержании в модифицированном чугуне вьщ1е приведенного предела при затвердевании тонкостенного лить  кремний, в свою очередь, может способствовать образо ванию силикокарбидов, ухудапающих кор розионные свойства аустенитных чугунов . Нижнее содержание кремни  определ етс  тем обсто тельством, что при более низком содержании кристаллизаци  чугуна проходит в основном по ме тастабильной системе. Никель один из основных элементов стабилизирующих аустенитную металли ческую основу. Он положительно вли ет на коррозионные свойства и механические свойства чугуна. Никель спо собствует кристаллизации чугуна по стабильной системе,, Вместе с тем никель повышает температуру эвтектической кристаллизации и тем самым значительно понижает жидкотекучесть чугуна. Медь - элемент значительно повышает коррозионную стойкость чугуна„ Медь, как и никель, стабилизатор аустенита . Однако содержание меди в чугуне зависит от ее растворимости в аустенитной матрице, на которую поло жительно вли ет никель. Марганец как стабилизатор аустенита вдвое эффективнее, чем никель. Однако, одновременно с этим он способствует кристаллизации чугуна по метастабильной системе, входит в состав сложных карбидов. Содержание марганца в чугуне определ етс  скоростью охлаждени  отливки и количеством графитизирующих элементов в чугуне. Хром в чугуне повышает его износостойкость , наход сь в растворе, стабилизирует аустенит. Однако содержание хрома в чугуне ограничиваетс  ввиду образовани  в структуре чугуна сплошной карбидной сетки по границам -зерен, привод щей к существенному ухудшению механических,технологических и коррозионных свойств чугуна, Тантал повышает степень дисперсности карбидных включений, снижа  тем самым микроликвидацию легирующих элементов , котора  приводит к ухудшению коррозионных свойств чугуна. Пределы содержани  тантала в чугуне определ ютс  с учетом следующих факторов: при его содержании, превышающем верхний предел, тантал уже способствует кристаллизации чугуна по м тастабильной системе, при его содержании, более низком, чем предусмотрено нихгаим пределом, тантал не оказывает своего эффективного вли ни . Ниобий в чугуне способствует .уменьшению ликвидации никел  и меди, в зоне, примыкающей к карбидному включению, способствует повышению пластических свойств чугуна, очищению границ зерен от нитридных включений . Содержание ниоби  в чугуне зависит от скорости охлаждени , а также от уровн  дегазации чугуна в св зи с повьш1ением его средством к азоту, При повышенных скорост х охлаждени  при содержании ниоби  ниже нижнего предела он не понижает ликвидацию никел  и меди. Верхний предел содержани  ниоби  в чугуне определ етс  степенью дегазации модифицированного чугуна и его вли нием на мехсвойства чугуна при замедленных скорост х охлаждени  отливок. Алюминий в чугуне  вл етс  рафинирующим элементом, понижающим в чугуне содержание кислорода и уменьшающим тем самым количество модификаторов , необходимых дл  -сфероидизации графитных включений. Присутствие в составе чугуна кальци , магни  и РЗМ способствует образованию шаровидной формы графита и повышению физикомеханических свойств чугуна. Кальций действует на чугун как десульфуратор, облегча  образование шаровидной формы графита, РЗМ способствует глубокому раскислению и дегазации чугуна. Барий  вл етс  эффективным модифицирующим элементом и вместе с тем интенсивным графитизирующим элементом в модифицированном чугуне. Чугун, модифицированный барием, значительно менее склонен к отбелу и отличаетс  меньшим переохлаждением, чем при применении таких сфероидизаторов графита, как магний и РЗМ, Нижнее содержание по барию примен етс  при модифицировании раскисленного и дегазированного жидкого чугуна. Верхнее содержание бари  определ етс  его растворимостью в аустени ной металлической основе, а также его содержанием в графитных включени х шаровидной формы , . Сера и фосфор  вл ютс  примес ми, к их содержание определ етс  исходным составом чугуна и действием используемьБс модификаторово 594 Плавку чугуна проводили в печи ИЧТ-0,06. В качестве шихты использовали литейные чугуны, передельные чугуны, гостовские ферросплавы, никель , медь, сталь 20, графит, специальные присадки, алюминий. Температура перегрева металла при плавке не превьшала 1480-1ЗЗО С, Модифицирование проводили в ковше комплексным модификатором, содержащим магний, кальций, РЗМ, кремний, барий и железо (плавки 1 - З), модификатрром , содержащим кальций, магний,кремний , алюминий, железо с добавлением металлического иттри  (плавки № .4-5) Модификатор вводили на дно ковша вместе с плавиковым шпатом. Заливку опытных отливок и образцов проводили при температуре 1350-1400 Со Дл  20 замера температуры использовали термопары ПП« Химический состав выплавленных чугунов и механические свойства приведены в табл„I. Состав 1,2,3 соответствует составу предлагаемого 25

Таблице I 56 чугуна, но с различной степенью легировани о Состав 4,5 - известный чугун . Образцы дл  исследовани  механических свойств вырезали из клиновидных проб длиной 370 мм, высотой 140 мм, шириной 50 мм (верх) и 30 мм (низ), отливаемых с прибыл ми. Образцы дл  исследовани  коррозионных свойств и определени  микроструктуры чугуна вырезали из литых пластин толщиной 10 мм, шириной 50мм, длиной 250 мм, Микроструктурный анализ показывает , что предложенный чугун обладает значительно меньшим количеством карбидных включений, чем известный чугун (табл.2), Испытание предложенного чугуна в нефти с посто нным насыщением ее сероводородом при температуре показали его высокую коррозионную стойкость, котора  в 4-5,7 раз выше коррозионной стойкости известного чугуна (табл.З).

0,03 0,04 «1,2-42,012,5-13,5

Продолжение табл.

из

152 U9 175 167

949965

Таблица

Таблица 3

Claims (1)

1. КОРРОЗИОННОСТОЙКИЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, медь, алюминий, магний, кальций, редкоземельные металлы и железо, о т· л и ч а ю щ и й ,с я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости в нефти, насыщен ной сероводородом при рабочих температурах до + 100 С, он дополнительно содержит барий, тантал и ниобий при следующем соотношении компонентов, мае·%·

   Углерод 2,5-3,19 Кремний 0,98-1,9 Марганец 0,81-2,03 Никель 14,9-18,1 Хром 0,5-2,0 Медь 6,06-9,04 Алюминий 0,01-0,3 Магний 0,01-0,07 Кальций. Редкоземель- 0.02-0,15 ные металлы 0,01-0,08 да ω Барий 0,01-0,1 Тантал. 0,003-0,02 с Ниобий 0,005-0,2 Железо Остальное · в 50 50 50 Од СП