Жаропрочный сплав

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочному сплаву, который может быть использован для изготовления реакционных труб установок производства этилена, водорода, аммиака, сероуглерода, метанола и др. Жаропрочный сплав содержит следующие компоненты, мас.%: углерод не более 0,60; кремний не более 2,75; марганец не более 2,00; хром 16,0 - 29,0; никель 8,0 - 50,0; вольфрам не более 6,0; ниобий не более 2,0; церий не более 0,2; медь не более 1,1; молибден не более 0,6; азот не более 0,06; титан не более 0,6; бор не более 0,006; алюминий не более 1,0; ванадий не более 0,2; магний не более 0,15; цирконий не более 0,20; иттрий не более 0,15; бериллий не более 0,20; барий не более 0,005; кальций не более 0,01; кобальт не более 16,0; железо остальное, при этом сумма компонентов хром + никель + кобальт должна быть не менее 24,01%, но не более 81,1%. Техническим результатом изобретения является повышение долговечности труб из сплава за счет повышения стабильности свойств после старения, повышения коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочности. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к использованию сплава для изготовления реакционных труб установок производства этилена, водорода, аммиака, сероуглерода, метанола и др. с рабочими режимами при температуре 600-1200oC и давлением до 50 атм.

В качестве прототипа выбран жаропрочный сплав по патенту РФ N 2026401, C 22 C 19/05, 1995 г. , следующего состава, мас.%: углерод 0,35-0,55; азот 0,02-0,05; хром 22-27; никель 25-40; ниобий 1-2; вольфрам 0,5-5; молибден 0,2-0,6; титан 0,05-0,6; кремний 0,8-2; марганец 0,8-1,5; бор 0,0005-0,005; алюминий 0,1-1; медь 0,1-1; магний 0,01-0,1; цирконий 0,005-0,15; иттрий 0,008-0,1; железо остальное.

Срок службы центробежнолитных реакционных труб из известных аналогов в печах нефтеперерабатывающих установок составляет от 10000 до 2000 часов и основной причиной выхода из строя является их разрушение из-за низкой стабильности свойств после старения, низкой коррозионной стойкости, низкой жаростойкости и жаропрочности.

Технический результат заключается в повышении долговечности труб из сплава с оптимальным содержанием в нем компонентов за счет повышения стабильности свойств после старения, повышения коррозионной стойкости, жаростойкости и жаропрочности.

Технический результат достигается тем, что жаропрочный сплав обязательно содержит компоненты в следующем соотношении мас.%: углерод на более 0,60; кремний не более 2,75; марганец не более 2,0; хром 16-29; никель 8-50; вольфрам не более 6,0; ниобий не более 2,0; церий не более 0,2; медь не более 1,1; молибден не более 0,6; азот не более 0,06; титан не более 0,6; бор не более 0,006; алюминий не более 1,0; ванадий не более 0,20; магний не более 0,15; цирконий не более 0,20; иттрий не более 0,15; бериллий не более 0,20; барий не более 0,005; кальций не более 0,01; кобальт не более 16,0; железо остальное, при условии, что сумма компонентов хром + никель + кобальт должна быть не менее 24,01%, но не более 81,1%. При этом ни один из перечисленных компонентов сплава не может иметь нижний предел содержания, равный нулю.

Содержание в сплаве фосфора должно быть не более 0,04%; серы не более 0,04%; свинца не более 0,02%; олова не более 0,02%; цинка не более 0,02% и мышьяка не более 0,02%.

Для выяснения влияния длительного нагрева на стабильность свойств были проведены исследования, результаты которых размещены в таблице 1.

Работа реакционных труб в интервале температур 800-900oC проводит к сильному старению металла, т.е. изменению структуры, вызывающему охрупчивание металла.

Максимальное падение пластичности наблюдается после старения при температуре 900oC продолжительностью 2000 часов.

Металлографическое исследование показало, что при температуре 800oC после 2000 часов выдержки начинает выделяться -фаза. Максимальное ее количество наблюдается при 900oC при выдержке 2000 часов. -фаза придает металлу дополнительную хрупкость.

Таким образом, заявляемый сплав обладает стабильностью свойств после старения в интервале температур 700-800oC применительно к условиям высокотемпературной коррозии. Эти показатели существенно выше, чем у известных аналогов.

Коррозионную стойкость заявляемого сплава определяли путем замера толщины стенки труб в 30 контрольных точках через 3-6 месяцев во время остановки оборудования на профилактический ремонт. В среднем скорость коррозии заявляемого сплава составила 0,7 мм/год, что в 1,5-2,5 раза ниже, чем у известных аналогов.

Испытание на жаростойкость заявленного сплава проводили на образцах диаметром 10 мм, высотой 20 мм при температуре 1100oC в воздушной среде. Жаростойкость оценивали по увеличению массы образцов после испытаний при 1100oC в течение 500, 1500, 2500, 3500 и 5000 часов. Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Анализ данных, размещенных в табл. 2, показывает очень высокие характеристики жаростойкости при температуре 1100oC.

Показателем жаропрочности является длительная прочность, которая характеризует работоспособность центробежнолитых труб из жаропрочных сплавов в печах производства аммиака и др.

Испытание на длительную прочность проводили на пятикратных образцах с диаметром по расчетной длине 10 мм при температурах 1000 и 1100oC и напряжениях 3,5; 3,0; 2,5; 2,0; 1,5; 1,0 кгс/мм2 по ГОСТ 10145-82.

Данные по минимальным значениям длительной прочности за 100000 часов наработки заявленного сплава при температурах 1000-1100oC приведены в табл. 3.

Результаты исследований, приведенные в табл. 3, показывают высокие значения жаропрочности заявленного сплава. В совокупности с механическими свойствами заявленного сплава при комнатной температуре в= 51 кгс/мм2, 0,2= 26 кгс/мм2, 5= 5%, = 6% долговечность труб повысилась до 75000 часов.

В качестве примера конкретного состава жаропрочного сплава, свойства которого приведены в табл. 1 - 3 описания, нами был использован сплав следующего состава, мас.%: углерод - 0,45; кремний - 1,5; марганец - 1,0; хром - 20,5; никель 26,7; вольфрам - 4,8; ниобий - 0,8; церий - 0,1; медь - 0,9; молибден - 0,2; азот - 0,05; титан - 0,4; бор - 0,003; алюминий - 0,3; ванадий - 0,10; магний - 0,10; цирконий - 0,10; иттрий - 0,10; бериллий - 0,10; барий - 0,003; кальций - 0,005; фосфор - 0,02; сера - 0,02; свинец - 0,01; олово - 0,01; цинк - 0,01; мышьяк - 0,01; кобальт - 10,0; железо - 31,709. Механические свойства этого сплава конкретного состава при комнатной температуре составляют: в= 52 кгс/мм2, 0,2= 27,1 кгс/мм2, 5= 5,8%, = 6,5%. При этом, в результате проведенных комплексных исследований на 106 опытных плавках выявлено, что в случае, если все компоненты сплава (в совокупности) будут находиться в пределах, оговоренных в формуле изобретения, то будет достигнут ожидаемый технический результат (долговечность труб из заявленного сплава увеличится с 10000 до 75000 часов), а механические свойства при комнатной температуре будут гарантированно иметь следующие значения: в 50 кгс/мм2, 0,2 25 кгс/мм2,5 5%, 6%. Таким образом, исследования заявляемого сплава показали, что по механическим свойствам он находится на уровне известных аналогов, а по некоторым показателям (стабильность свойств после старения, коррозионная стойкость, жаростойкость и жаропрочность) и превосходит за счет изменения содержания компонентов в сплаве.

Формула изобретения

Жаропрочный сплав, содержащий углерод, азот, хром, никель, ниобий, вольфрам, молибден, титан, кремний, марганец, бор, алюминий, медь, магний, цирконий, иттрий и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит церий, ванадий, бериллий, барий, кальций и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод - Не более 0,60 Кремний - Не более 2,75 Марганец - Не более 2,00 Хром - 16,0 - 29,0 Никель - 8,0 - 50,0 Вольфрам - Не более 6,0
Ниобий - Не более 2,0
Церий - Не более 0,2
Медь - Не более 1,1
Молибден - Не более 0,6
Азот - Не более 0,06
Титан - Не более 0,6
Бор - Не более 0,006
Алюминий - Не более 1,0
Ванадий - Не более 0,2
Магний - Не более 0,15
Цирконий - Не более 0,20
Иттрий - Не более 0,15
Бериллий - Не более 0,20
Барий - Не более 0,005
Кальций - Не более 0,01
Кобальт - Не более 16,0
Железо - Остальное
при этом сумма компонентов хром+никель+кобальт должна быть не менее 24,01%, но не более 81,1%.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, а именно к сталям, используемым в машиностроении для изготовления конструкций, подвергающихся ударно-абразивному износу и работающих при температуре ниже 40oС

Изобретение относится к черной металлургии в частности к составу жаростойкой аустенитной стали для изготовления деталей, работающих в условиях высоких температур, теплосмен и агрессивных сред, например для изготовления цепей вращающихся печей для обжига клинкера в цементной промышленности

Изобретение относится к металлургии

Изобретение относится к металлургической промышленности и касается состава жаропрочной стали, используемой для производства жаропрочных специальных литых и деформируемых изделий и арматуры, работающих в условиях стационарного и переменного температурно-силового воздействия, а также длительного абразивного изнашивания при высоких температурах

Изобретение относится к области металлургии, в частности к коррозионно-стойким нержавеющим сталям, предназначенным для медицинских целей, изготовления фармацевтического оборудования, инструмента, используемого в пищевой промышленности, контактирующего непосредственно с продуктами питания, и столовых приборов
Изобретение относится к металлургии стали, в частности к производству полосовой заготовки для профилирования

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сталям, и может быть использовано при производстве центробежных труб, предназначенных для изготовления змеевиков трубчатых печей, роликов и других деталей, работающих в агрессивных средах при высоких температурах и давлениях

Изобретение относится к аустенитной нержавеющей стали, содержащей включения выбранного состава, полученные произвольно, состав в зависимости от общего состава стали выбирают таким, чтобы физические свойства этих включений благоприятствовали их горячей трансформации стали

Изобретение относится к металлургии, в частности, к коррозионностойкой аустенитной стали, используемой при производстве немагнитных труб для корпусов и охранных кожухов телеметрических систем для контроля траектории при бурении и других изделий, работающих в условиях знакопеременной нагрузки

Сталь // 2093601
Изобретение относится к области металлургии, в частности к составу износостойкой стали

Изобретение относится к атомной технике, в частности к конструкционным материалам для изготовления пружинных фиксаторов топливного столба твэлов реакторов и прижимных пружин головок ТВС

Изобретение относится к металлургии жаропрочных сплавов на железоникелевой основе, а именно к сварочным материалам

Изобретение относится к способам получения в сплавах титана инварных свойств

Изобретение относится к металлургии, в частности к использованию сплава для изготовления жаропрочных труб-коллекторов установок производства аммиака, метанола и др

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам лигатур для обработки железоуглеродистых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам с эффектом памяти формы и может быть использовано для обеспечения несварного и самозатягивающегося крепежа, герметизации изделий, в качестве термочувствительных и исполнительных силовых устройств в электротехнике, приборостроении и т.д

Изобретение относится к металлургии, в частности, к жаропрочным сплавам для изготовления жаропрочных труб-коллекторов установок производства метанола, водорода, аммиака и др., с рабочими режимами при температуре 700-900oC и давлением до 50 атм

Изобретение относится к металлургии, в частности, к жаропрочным сплавам для изготовления реакционных труб установок производства аммиака, метанола и др

Изобретение относится к металлургии, в частности к стойким к окислению сплавам системы никель-кобальт-железо

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к медно-графитовым композиционным материалам и способам их изготовления и может быть использовано при производстве электрощеточных материалов, в частности, для контактных вставок токоприемников электровозов, метропоездов и другого городского электрифицированного транспорта

Изобретение относится к атомной технике, в частности к конструкционным материалам для изготовления пружинных фиксаторов топливного столба твэлов реакторов и прижимных пружин головок ТВС

Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочному сплаву, который может быть использован для изготовления реакционных труб установок производства этилена, водорода, аммиака, сероуглерода, метанола и др

Наверх