Жаропрочный свариваемый сплав на никелевой основе

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на никелевой основе, предназначенным для изготовления сварных конструкций, работоспособных в интервале температур от -253 - 800^oC в литом и деформированном состоянии. Жаропрочный свариваемый сплав на никелевой основе содержит следующие компоненты, мас.%: углерод 0,03 - 0,08, хром 16,0 - 20,0, молибден 4,0 - 5,0, вольфрам 3,5 - 5,0, титан 2,0 - 2,8, алюминий 0,7 - 1,5, железо 0,5 - 4,0, ниобий 0,1 - 2,5, бор 0,001 - 0,01, церий 0,001 - 0,02, кальций 0,001 - 0,01, марганец 0,05 - 0,5, кремний 0,05 - 0,6, ванадий 0,1 - 0,8, азот 0,01 - 0,08, никель - остальное. Техническим результатом изобретения является повышение стойкости против растрескивания сварных соединений. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на никелевой основе, предназначенным для изготовления сварных конструкций, работоспособных в интервале температур -253-800^oC в литом и деформированном состоянии.

Известен жаропрочный свариваемый сплав на никелевой основе, имеющий следующий химический состав, мас.%: углерод - не более 0,1 хром - 17-20 молибден - 8-12 вольфрам - не более 6,0 титан - 2,0-3,0 алюминий - 1,0-2,0 железо - не более 6,0 марганец - не более 0,5 кремний - не более 0,6
бор - не более 0,01
церий - не более 0,02
никель - остальное
(см. авт. свид. СССР N 173418, кл. С 22 С 19/05).

Сплав применяется в сварных конструкциях, работающих длительное время при температурах 700-800^oC. Однако сварные соединения конструкций, изготовленных из этого сплава, имеют склонность к тепловому растрескиванию при технологических или эксплуатационных нагревах в интервале температур старения.

Трещины образуются в околошовных зонах (зонах с максимальным уровнем остаточных сварочных напряжений) под действием пиковых фазовых и растягивающих остаточных напряжений.

Сварные конструкции, изготовленные из известного сплава, не могут работать длительное время в интервале температур -253-800^oC.

Задача изобретения - создание жаропрочного сплава на никелевой основе для сварных конструкций энергетических установок, обладающего повышенной стойкостью против растрескивания сварных соединений в интервале температур -253-800^oC.

Задача решена за счет того, что жаропрочный свариваемый сплав, содержащий углерод, хром, молибден, вольфрам, титан, алюминий, железо, бор, церий, марганец, кремний и никель, дополнительно содержит ниобий, ванадий, кальций и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод - 0,03-0,08
хром - 16,0-20,0
молибден - 4,0-5,0
вольфрам - 3,5-5,0
титан - 2,0-2,8
алюминий - 0,7-1,5
железо - 0,5-4,0
ниобий - 0,1-2,5
бор - 0,001-0,01
церий - 0,001-0,02
кальций - 0,001-0,01
марганец - 0,05-0,5
кремний - 0,05-0,6
ванадий - 0,1-0,8
азот - 0,01-0,08
никель - остальное
Легирование сплава ниобием, ванадием, кальцием и азотом в сочетании с дозированным легированием другими компонентами позволило изменить состав, морфологию и последовательность выделения карбонитридных и интерметаллидных фаз в околошовных зонах сварных соединений, что привело к релаксации пиковых фазовых напряжений и, как следствие этого, предотвращению образования трещин.

Технический результат - увеличение ресурса энергетических установок длительного и многоразового использования за счет повышения стойкости сварных соединений против теплового растрескивания.

Химические составы исследованных плавок предложенного сплава приведены в таблице 1.

Механические свойства этих сплавов при различных температурах и стойкость сварных соединений против теплового растрескивания приведены в таблице 2. Испытания сплавов проводились как в литом, так и в деформированном состояниях.

Как следует из представленных данных, предложенный сплав имеет повышенную стойкость сварных соединений против теплового растрескивания при сохранении высокого уровня жаропрочности и хладостойкости основного металла. Это обстоятельство позволяет обеспечить высокую работоспособность и длительный ресурс сварных агрегатов энергетических установок в интервале температур -253-800^oC.

Формула изобретения

Жаропрочный свариваемый сплав на никелевой основе, содержащий углерод, хром, молибден, вольфрам, титан, алюминий, железо, бор, церий, марганец, кремний и никель, дополнительно содержит ниобий, ванадий, кальций и азот при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Углерод - 0,03 - 0,08
Хром - 16,0 - 20,0
Молибден - 4,0 - 5,0
Вольфрам - 3,5 - 5,0
Титан - 2,0 - 2,8
Алюминий - 0,7 - 1,5
Железо - 0,5 - 4,0
Ниобий - 0,1 - 2,5
Бор - 0,001 - 0,01
Церий - 0,001 - 0,02
Кальций - 0,001 - 0,01
Марганец - 0,05 - 0,5
Кремний - 0,05 - 0,6
Ванадий - 0,1 - 0,8
Азот - 0,01 - 0,08
Никель - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1