RU2113530C1 - Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля - Google Patents

Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля Download PDF

Info

Publication number
RU2113530C1
RU2113530C1 RU96120215A RU96120215A RU2113530C1 RU 2113530 C1 RU2113530 C1 RU 2113530C1 RU 96120215 A RU96120215 A RU 96120215A RU 96120215 A RU96120215 A RU 96120215A RU 2113530 C1 RU2113530 C1 RU 2113530C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nickel
nitrogen
alloy
alloys
carbon
Prior art date
Application number
RU96120215A
Other languages
English (en)
Other versions
RU96120215A (ru
Inventor
Брилль Ульрих
Дальманн Петер
Original Assignee
Крупп ФДМ ГмбХ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Крупп ФДМ ГмбХ filed Critical Крупп ФДМ ГмбХ
Application granted granted Critical
Publication of RU2113530C1 publication Critical patent/RU2113530C1/ru
Publication of RU96120215A publication Critical patent/RU96120215A/ru

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/058—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium without Mo and W
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/02—Skids or tracks for heavy objects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Furnace Charging Or Discharging (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Abstract

Использование: изготовление неокисляемых и стойких к науглероживанию при 750 - 1200oC деталей, в том числе способных воспринимать и циклические нагрузки. Сущность изобретения: сплав содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,001 - 0,15; кремний 0,10 - 3,0; марганец макс. 0,5; фосфор макс. 0,015; сера макс. 0,005; хром 28 - 33; железо макс. 2,0; алюминий макс. 0,3; азот 0,25 - 1,2; бор 0,001 - 0,1; иттрий, церий, лантан, цирконий, гафний и тантал по отдельности и в комбинации 0,01 - 0,5; никель - остальное, причем содержание никеля составляет по меньшей мере 64 мас.%. 1 з.п. ф-лы, 3 ил, 1 табл.

Description

Изобретение относится к сплавам на основе никеля, имеющим высокую жаропрочность.
Для изделий, которые должны иметь высокую стойкость к науглероживанию и неокисляемость в температурном диапазоне 750 1200oC, в особенности при циклических нагрузках применяется преимущественно сплав никеля под номеров 2.4658. Этот сплав под обозначением NiCr 7030 имеет согласно стандарту 1992 следующий состав, в мас.%: макс. 0,10 углерода; 0,50 - 2,00 кремния; макс. 1,0 марганца; макс. 0,020 фосфора; макс. 0,015 серы; 29,0 - 32,0 хрома; мин. 60,0 никеля; макс. 0,3 алюминия; макс. 5,0 железа и макс. 0,50 меди.
Из патента ФРГ DE-PS 41 30 139 известен жаропрочный сплав на основе никеля, подходящий для многих случаев применения и являющийся недорогим, содержащий 0,05 - 0,15% C, 2,5 - 3% Si, 0,2 - 0,5% Mn, 25 - 30 % Cr, 0,05 - 0,15% Al и незначительные содержания P и S, который имеет, наряду с этим, 20 - 27% Fe, и 0,05 - 0,2% N, а также 0,05 - 0,15% редкоземельных элементов и 0,001 - 0,005% Ca.
Этот известный сплав, хотя и характеризуется стойкостью к науглероживанию, сульфизации и неокисляемостью, а также способностью к горячей деформации при рабочих температурах 500 - 1000oC, однако термостойкость и предел длительной прочности в температурном диапазоне 750 - 1200oC являются сравнительно низкими. На практике это может неблагоприятно сказываться на сроке службы, например, при строительстве печей и установок.
Высокое содержание железа в вышеуказанном сплаве на основе никеля приводит к учету жаропрочных сплавов на основе железа с высокими содержаниями никеля, например, в известном из патента США US-PS 5 077 006 легированном молибденом материале на основе железа с содержанием 12 - 32% Cr и 8 - 62% Ni, а также с добавлением присадок легирующих элементов W, Cb, Ti, Zr и редкоземельные элементы, и выборочно также с 0,05% B.
Далее из EP-OS 0 391 381 известен высокоуглеродистый жаропрочный сплав на основе железа, содержащий 23 - 30% Cr и 40 - 55% Ni, частично замененный кобальтом, который содержит до 0,2% N и соответственно меньше 1% Nb, Тi, Zr и небольшое количество Al, Ca, B и Y. При этом за счет взаимодействия титана и азота, за счет способности деформации в горячем и холодном состоянии, достигается высокое сопротивление ползучести.
Кроме того, известен жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля для изготовления неокисляемых и стойких к науглероживанию при 750-1200oC деталей, в том числе и при циклических нагрузках, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, железо, азот, бор и никель (патент Японии N 05001344 от 08.01.93, кл. C 22 C 19/05).
Задача изобретения создание сплава на основе никеля, который может применяться в условиях окисления и науглероживания, в частности, при циклических нагрузках в температурном диапазоне 750 - 1200oC без ограничений с достаточной термостойкостью и усталостной прочностью и отвечает существующим потребностям, прежде всего способностью деформации в горячем и холодном состоянии при изготовлении полуфабрикатов, например при изготовлении аппаратов и устройств.
Другой задачей являются указанные возможности применения сплава.
Эта задача решается в сплаве на основе никеля, содержащем углерод, кремний, марганец, хром, железо, азот, бор и никель за счет того, что он дополнительно содержит иттрий, церий, лантан, цирконий, гафний и тантал по отдельности или в комбинации, фосфор, серу и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,001 - 0,15%
Кремний - 0,10 - 3,0%
Марганец - макс. 0,5%
Фосфор - макс. 0,015%
Сера - макс. 0,005%
Хром - 28 - 33%
Железо - макс. 2,0%
Алюминий - макс. 0,3%
Азот - 0,25 - 1,2%
Бор - 0,01 - 0,01%
Иттрий, церий, лантан, цирконий, гафний и тантал по отдельности или в комбинации - 0,01 - 0,5%
Никель и обычные примеси - Остальное
причем содержание никеля составляет по меньшей мере 64%, при этом предпочтительны содержания азота от 0,35 до 0,8%.
Сплав на основе никеля согласно изобретению особенно подходит в качестве материала для изготовления деталей, которые должны иметь стойкость, при температурах в диапазоне 750 - 1200oC, в том числе при циклических нагрузках по отношению к окислению и науглероживанию, поэтому он предлагается в качестве материала для газовых турбин, а также для авиационной промышленности; материал подходит для изготовления деталей, подверженных нагреву в печах, таких, как опорные решетки для отжигательных печей, транспортирующие направляющие, транспортирующие конвейеры и установки для термообработки, а также в качестве материала для электронагревательных элементов.
При этом учитывается также применение сплава на основе никеля согласно изобретению в качестве материала для греющихся отливок, которые тогда, естественно, отливаются под давлением.
Сплавы на основе никеля согласно изобретению с содержанием азота 0,25 - 1,20 мас.% могут изготавливаться с добавкой носителей азота, таких, как нитрид хрома и/или нитрид кремния в жидком состоянии или в газовой атмосфере азота с помощью металлургических процессов, проводимых под давлением.
Для изготовления сталей с высоким содержанием азота, то есть сталей с содержанием азота выше границы растворимости при 1600oC и давлении азота, равном 1 бар, известен способ электрошлаковой плавки под давлением (DESU), который является особенно подходящим (описание к патенту ФРГ DE 29 24 415 C2). В этом способе сплав, насыщаемый азотом, во время всего процесса переплавки, начиная с жидкого состояния до полного затвердевания, подвергается высоким давлениям.
При этом является предпочтительным применять этот способ также для изготовления азотированного по массе сплава на основе никеля.
Для изготовления сплава согласно изобретению подходят, кроме того, все металлургические процессы, в которых осуществляется расплавление и разливка под давлением.
При применении соответствующих способов разливки из сплава на основе никеля могут изготавливаться детали отливок или литые заготовки.
Ниже описывается более подробно сплав на основе никеля согласно изобретению и поясняется с помощью примеров. Предлагаемые области легирования поясняются ниже по-отдельности следующим образом:
Углерод (C).
Углерод приводит посредством упрочнения кристаллической смеси и выделения карбидов к повышению термостойкости и усталостной прочности материала. Нижняя граница интервала по химическому составу определяется ослабляющим действием углерода на повышение термостойкости и усталостной прочности материала, в то время как верхняя граница, равная 0,15 мас.%, в значительной мере определяет ограниченную особенность деформироваться в холодном состоянии.
Кремний (Si).
Кремний служит в рассматриваемом материале не только как раскисляющий элемент, но и может дополнительно служить в качестве носителя азота при азотировании по массе сплава, и в качестве добавки для повышения неокисляемости. В частности, циклическая неокисляемость значительно повышается за счет содержания кремния до 3 мас.%. Более высокое содержание снова ухудшает характеристику деформируемости в горячем состоянии, в то время как содержания ниже 0,10 мас.% не оказывают влияния.
Хром (Cr).
Путем введения хрома значительно повышается неокисляемость сплава. Хром дополнительно повышает растворимость никеля для азота. В сочетании с достаточно высокими содержаниями азота это приводит к выделению нитридов хрома, которые достаточно повышают усталостную прочность сплава.
Содержание хрома выше 33 мас.% приводит к ухудшению деформируемости в горячем состоянии, в то время как содержание ниже 28 мас.% не приводит к достаточно большому количеству выделяющихся нитридов хрома, поэтому содержание 28 и 33 мас.% является оптимальным.
Азот N.
Добавление азота в сплав вызывает как повышение термостойкости за счет упрочнения твердого раствора, так и усталостной прочности за счет выделения нитридов хрома.
Если содержание азота составляет ниже 0,25 мас.%. нельзя ожидать заметного влияния на повышение прочности сплава. Содержание выше 1,20 мас.% азота металлургически возможно, но требует высоких расходов для точной регулировки, вследствие чего в рамках работы с данным изобретением содержание азота следует поддерживать от 0,25 до 1,20 мас.%.
Бор B.
За счет добавления до 0,010 мас.% бора в сплав усталостная прочность повышается. Более высокие содержания приводят к ограниченной деформируемости в горячем состоянии из-за образования низкоплавких фаз на границе зерен. Содержание ниже 0,001 мас.% оказывается неэффективным.
Никель Ni.
За счет добавления никеля оказывается положительное воздействие не только на неокисляемость сплава, в особенности при одновременном присутствии хрома за счет образования шпинеля никель-хром, но и на устойчивость к науглероживанию. Содержание никеля, равное мин. 64 мас.%, оказывается вынужденно обязательным не только по этой причине, но и потому, что только при этом содержании никеля выделяется достаточное количество нитридов хрома, недопустимых для усталостной прочности.
Иттрий (Yb), церий (Ce), лантан (La), цирконий Zr, гафний Hf и тантал Ta.
Все эти элементы эффективно повышают деформируемость сплава в горячем состоянии.
По этой причине, если сплав подвергается экстремальным операциям горячей деформации, необходимо иметь по меньшей мере один из вышеназванных легирующих элементов. С другой стороны, оказалось, что содержание выше 0,50 мас.% одного или нескольких из этих легирующих элементов является скорее вредным для деформируемости в горячем состоянии.
Кроме того, выяснилось, что иттрий, церий, лантан, цирконий, гафний и тантал приводят по отдельности или в комбинации к заметному повышению циклической неокисляемости сплава.
Ниже более подробно поясняются сплавы 1 - 6 согласно изобретению на основе никеля в сравнении со стандартными сплавами 8 - 11.
Фактические составы сплавов 1 - 11 приведены в таблице.
На фиг. 1 показана усталостная прочность сплавов 1 - 6 согласно изобретению в сравнении со стандартными сплавами 8 - 11 при длительном воздействии температуры, равной 1000oC, типичной для более позднего применения. Здесь показана нагрузка в форме напряжения в H/мм2, прикладываемого к образцу, откладываемого по оси ординат относительно логарифма времени приложения нагрузки в часах, откладываемого по оси абсцисс.
Обе кривые диапазона разброса значений для сплавов 1 - 6 и 8 - 11 содержит разрушения отдельных сплавов. На диаграмме отчетливо видна более усталостная прочность сплавов 1 - 6 согласно изобретению по сравнению со стандартными сплавами 8 - 11, выражающееся в смещении кривой диапазона разброса для сплавов 1 - 6 в сторону больших напряжений. Здесь видно, что у сплавов 1 - 6 согласно изобретению достигается примерно в 2,5 раза более высокая усталостная прочность по сравнению со стандартными сплавами 8 - 11.
Фиг. 2 иллюстрируют термостойкость сплавов 1 - 6 в сравнении со сплавами 8 - 11, при этом прочность на растяжение в H/мм2 откладывается по оси ординат, а контрольная температура в oC по оси абсцисс.
Сплавы 1 - 6 согласно изобретению имеют во всем диапазоне разброса температур, начиная с комнатной и до 1200oC, значительно более высокую термостойкость по сравнению со стандартными сплавами 8 - 11.
Результаты исследования окисления показали, что за счет легирования азотом никакого ухудшения неокисляемости по сравнению со стандартными сплавами, не имеющими азота, не происходит. Кроме того, сплавы согласно изобретению и стандартные сплавы при 750 и 1200oC лежат в диапазоне разброса колебаний значений измерения.
На фиг. 3 приводится циклическая неокисляемость сплавов 1 - 6 согласно изобретению по сравнению со стандартными сплавами 8 - 11 для контрольных температур 750 и 1000oC и 1200oC.
На чертеже изображено нормированное изменение массы в г/м2ч по времени исследования и поверхности образца. Контроль происходит на воздухе с длительностью цикла, равной 24 ч, с выдержкой при контрольной температуре в течение 16 ч с 2 ч времени нагрева и 6 ч времени охлаждения.
В таблице показан действительный химический состав сплавов 1 - 11 (данные в мас.%)о

Claims (2)

1. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля для изготовления неокисляемых и стойких к науглероживанию при 750 - 1200oC деталей, в том числе и при циклических нагрузках, содержащий углерод, кремний, марганец, хром, железо, азот, бор и никель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит иттрий, церий, лантан, цирконий, гафний и тантал по отдельности или в комбинации, фосфор, серу и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,001 - 0,15
Кремний - 0,10 - 3,0
Марганец - Максимально 0,5
Фосфор - Максимально 0,015
Сера - Максимально 0,005
Хром - 28 - 33
Железо - Максимально 2,0
Алюминий - Максимально 0,3
Азот - 0,25 - 1,2
Бор - 0,001 - 0,1
Иттрий, церий, лантан, цирконий, гафний и тантал по отдельности и в комбинации - 0,01 - 0,5
Никель - Остальное
причем содержание никеля составляет по меньшей мере 64 мас.%.
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что содержит 0,35 - 0,8 мас.% азота.
RU96120215A 1994-03-31 1995-03-02 Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля RU2113530C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4411228A DE4411228C2 (de) 1994-03-31 1994-03-31 Hochwarmfeste Nickelbasislegierung und Verwendung derselben
DEP4411228.9 1994-03-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2113530C1 true RU2113530C1 (ru) 1998-06-20
RU96120215A RU96120215A (ru) 1998-12-10

Family

ID=6514337

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96120215A RU2113530C1 (ru) 1994-03-31 1995-03-02 Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля

Country Status (11)

Country Link
EP (1) EP0753079A1 (ru)
JP (1) JPH10500174A (ru)
KR (1) KR970702380A (ru)
CA (1) CA2186842A1 (ru)
CZ (1) CZ282856B6 (ru)
DE (1) DE4411228C2 (ru)
FI (1) FI963898L (ru)
MX (1) MX9604345A (ru)
RU (1) RU2113530C1 (ru)
WO (1) WO1995027087A1 (ru)
ZA (1) ZA952134B (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2500827C2 (ru) * 2009-04-27 2013-12-10 Сименс Акциенгезелльшафт Гамма/гамма' -суперсплав на основе никеля с многочисленными реакционно-активными элементами и применение указанного суперсплава в сложных системах материалов
RU2515794C1 (ru) * 2013-01-15 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов" Сплав на основе никеля

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5997809A (en) * 1998-12-08 1999-12-07 Inco Alloys International, Inc. Alloys for high temperature service in aggressive environments
US20020005233A1 (en) * 1998-12-23 2002-01-17 John J. Schirra Die cast nickel base superalloy articles
AT408665B (de) * 2000-09-14 2002-02-25 Boehler Edelstahl Gmbh & Co Kg Nickelbasislegierung für die hochtemperaturtechnik
JP3952861B2 (ja) * 2001-06-19 2007-08-01 住友金属工業株式会社 耐メタルダスティング性を有する金属材料
US9719420B2 (en) * 2014-06-02 2017-08-01 General Electric Company Gas turbine component and process for producing gas turbine component

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1024719B (de) * 1951-04-16 1958-02-20 Carpenter Steel Company Warmverformbare Legierungen
JPS5631345B2 (ru) * 1972-01-27 1981-07-21
US4626408A (en) * 1984-09-20 1986-12-02 Nippon Yakin Kogyo Kabushiki Kaisha Ni-based alloy excellent in intergranular corrosion resistance, stress corrosion cracking resistance and hot workability
US4877435A (en) * 1989-02-08 1989-10-31 Inco Alloys International, Inc. Mechanically alloyed nickel-cobalt-chromium-iron composition of matter and glass fiber method and apparatus for using same
JPH051344A (ja) * 1991-02-05 1993-01-08 Sumitomo Metal Ind Ltd 耐コーキング性に優れたエチレン分解炉管用耐熱鋼
DE4130139C1 (ru) * 1991-09-11 1992-08-06 Krupp-Vdm Ag, 5980 Werdohl, De
DK0569655T3 (da) * 1992-05-11 1996-02-19 New Sulzer Diesel Ag Dysehoved til en brændstofindsprøjtningsindretning

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP, патент 05001344 (Sumitomo Metal ind Ltd.), 08.01.93, C 23 C 19/05. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2500827C2 (ru) * 2009-04-27 2013-12-10 Сименс Акциенгезелльшафт Гамма/гамма' -суперсплав на основе никеля с многочисленными реакционно-активными элементами и применение указанного суперсплава в сложных системах материалов
RU2515794C1 (ru) * 2013-01-15 2014-05-20 Открытое акционерное общество "Государственный научный центр Научно-исследовательский институт атомных реакторов" Сплав на основе никеля

Also Published As

Publication number Publication date
KR970702380A (ko) 1997-05-13
JPH10500174A (ja) 1998-01-06
DE4411228A1 (de) 1995-10-05
CZ283896A3 (en) 1997-01-15
FI963898A7 (fi) 1996-09-27
ZA952134B (en) 1995-12-18
CA2186842A1 (en) 1995-10-12
FI963898A0 (fi) 1996-09-27
EP0753079A1 (de) 1997-01-15
CZ282856B6 (cs) 1997-11-12
WO1995027087A1 (de) 1995-10-12
DE4411228C2 (de) 1996-02-01
FI963898L (fi) 1996-09-27
MX9604345A (es) 1997-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0016225B1 (en) Use of an austenitic steel in oxidizing conditions at high temperature
EP0384433B1 (en) Ferritic heat resisting steel having superior high-temperature strength
MX2007009122A (es) Aleaciones de colbalto-cromo-hierro-niquel susceptibles al reforzamiento de nitruros.
EP0657558B1 (en) Fe-base superalloy
US7507306B2 (en) Precipitation-strengthened nickel-iron-chromium alloy and process therefor
RU2113530C1 (ru) Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля
US5045404A (en) Heat-resistant stainless steel foil for catalyst-carrier of combustion exhaust gas purifiers
CA2179214C (en) Forgeable nickel alloy
AU609485B2 (en) High nickel chromium alloy
JPS5946300B2 (ja) 被削性にすぐれた冷間鍛造用鋼およびその製造方法
JP2001288531A (ja) 結晶粒の粗大化を抑制した機械構造用鋼
JP3644532B2 (ja) 熱間加工性、溶接性および耐浸炭性に優れたＮｉ基耐熱合金
JPH0776721A (ja) 耐熱鋳造合金の熱処理方法
US4049430A (en) Precipitation hardenable stainless steel
WO2001053551A1 (en) High temperature thermal processing alloy
MXPA96004345A (en) Alloy based on highly normally resistant nickel and its u
EP0178894A2 (en) A method of heat treating high chromium cast ferrous-based alloys and a wearing element formed of a high chromium cast ferrous based alloy
US5948182A (en) Heat resisting steel
CA1070145A (en) High strength ferritic alloy
US2842439A (en) High strength alloy for use at elevated temperatures
JP2000192205A (ja) 耐酸化性に優れた耐熱合金
JP7669609B2 (ja) ニッケル基耐熱鋳造合金、それを用いた真空浸炭炉用部材及び焼却炉火格子
US5019179A (en) Method for plastic-working ingots of heat-resistant alloy containing boron
JPH07166290A (ja) 耐浸炭性及び耐酸化性にすぐれる耐熱合金
JPS62207846A (ja) 高温強度と延性に優れた耐熱鋳鋼

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040303