Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


КОРРОЗИОННОСТОЙКИЕ СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ

Представлены результаты исследований [1, 2] влияния основных (Мо, Сг), дополнительных (V, NB, Fe, W, Ti, Си) и примесных (С, Si, Р, Fe) элементов на фазовые и структурные превращения в сплавах системы Ni—Mo, Ni—Cr и Ni—Cr—Mo, их коррозионно-электрохимическое поведение и механические свойства после различных режимов термической обработки, соответствующих либо технологическим нагревам, либо условиям эксплуатации. На основе установленных общих закономерностей состав—структура—свойства сформулированы общие подходы к разработке коррозионно-стойких деформируемых сплавов на основе никеля. Приведены свойства некоторых из разработанных сплавов марок: Н65М, ХН58В, ХН63МБ, ХН56МДБ.

На основе установленных закономерностей влияния молибдена (рис. 1), хрома (рис. 2), а также Мо + Cr на эксплуатационные и тех-нологические свойства сплавов, были выбраны базовьде составы в каждой из систем легиро-вания: Ni + 27—32 % Мо, Ni + 40 % Сг;

Ni + 20 % Сг +16 % Мо и Ni + 39 % Сг + 3 % Мо. С целью повышения стабильности никелевого твердого раствора при технологических нагревах изучали влияние дополнительных ле-гирующих (V, Nb, W, Ti, Fe, Си) и примесных (С, Si, Р, Fe) элементов на структуру и свойства сплавов базового состава.

Для решения поставленных задач использо-ван комплекс современных методов коррозион- но-электрохимического исследования и физико-химических анализов структуры и фазового состава.

Степень изменения коррозионных и техно-логических свойств определяется тицом, ко-личеством и характером распределения фаз: 1) в результате выделения карбидных и ин- терметаллидных фаз на границах зерен происходит развитие межкристаллитной коррозии и снижение пластичности (максимально эти процессы развиваются при выделении фаз на границах зерен в виде взаимосвязанных цепочек после отпуска при 700—800 °С; 2) в результате выделения фаз, преимущественно интер- металлидных, во всем объеме зерна, а также упорядочения a-твердого раствора в сплавах стехиометрического состава Ni4Mo, происходит снижение общей коррозионной стойкости (за счет развития структурно-избирательной коррозии), а также охрупчивание, повышение прочности и твердости сплавов. Снижение коррозионной стойкости сплавов стехиометрического состава Ni4Mo [20 % (ат.) Мо] с упорядоченной структурой вызвано возникно-вением перпендикулярных междоменных границ, характеризующихся повышенной степенью ис-кажений решетки на них, что и усиливает хи-мическую активность отдельных участков матрицы. Размеры доменов и степень порядка не оказывают влияния на коррозионную стойкость сплава Ni + 27—29% Мо [4].

Одной из основных причин развития меж-кристаллитной коррозии в сплавах никеля, содержащих более 20% Мо после кратковременных (>1 ч) нагревов при 600—800 °С является обеднение приграничных участков молибденом вследствие выделения на границах зерен высокодисперсных карбидов типа М12С. Правомерность применения теории "обеднения" в сплавах Ni—Мо подтверждена термодинамическим анализзом процессов карбидообразова- ния и связи их с межкристаллитной коррозией и.

В сплавах никеля с 40 % Сг и Установлено, что "эффективное" содержание углерода в сплавах может увеличиваться, как за счет присутствия в них кремния, фосфора и железа, так и за счет развития процесса упорядочения (например по типу Ni4Mo). Кремний и фосфор уменьшают растворимость углерода в твердом растворе, упорядочение оказывает каталитическое действие на процесс выделения карбидов на границах зерен при температурах ниже 800 °С в сплавах никеля с 27—29% Мо [2].

Показано [2], что метод стабилизации твердого раствора, содержащего большое ко-личество таких карбидообразующих элементов, как молибден (>25%) или хром (~40 %), за счет введения более сильных карбидообразующих элементов (например титана) не эффективен, так как последний (в данном случае) не образует собственных монокарбидов, а входит в состав карбидов основного легирующего элемента [Mo3Ni3C, М^цС, (Cr, Ni^Cj.

В случае развития в сплаве процесса упорядочения (например по типу Ni4Mo) его не-обходимо легировать элементами, подавляющи-ми или замедляющими развитие этого процесса (в сплавах системы Ni—Мо — это ванадий, ниобий и железо). При легировании сплавов Ni + 25—30% Мо такими элементами как ванадий, ниобий или железо необходимо учитывать неоднозначность их влияния на развитие структурных и фазовых превращений в различ-ных температурных интервалах. При темпера-турах ниже 800 °С указанные элементы, изменяя температурный интервал и кинетику развития процесса упорядочения затормаживают выделение карбидов и, как следствие, повы-шают стойкость сплавов против межкрйстал- литной коррозии и "охрупчивания".

При температурах выше 1000 °С эти элементы уменьшают растворимость углерода [9], способствуя карбидной неоднородности зака-ленного сплава. При этом уменьшается стой-кость сварных соединений против межкристал- литной коррозии "ножевого типа" в зоне сплавления [2].

На основе полученных закономерностей в системе состав—структура—свойства, а также с учетом данных других авторов [3—5] сфор-мулированы общие положения, которые следует иметь в виду при создании коррозионно- стойких деформируемых свариваемых никелевых сплавов:

A. Содержание основных легирующих элементов должно обеспечивать получение одно-фазных сплавов, стабильных в широком интер-вале температур, с необходимым сочетанием коррозионной стойкости в агрессивных средах и деформируемости в горячем состоянии.

Б. Для обеспеченния высокой стойкости сплавов против локальной, в том числе меж- кристаллитной коррозии, необходимо строго регламентировать в них не только содержание углерода, но и кремния, фосфора и серы. Со-держание их не должно превышать более (%): 0,01 С; 0,1 Si; 0,01 Р и 0,01 S.

B. Для дальнейшего повышения комплекса свойств при разработке сплавов на основе никеля с 25—28% Мо; 25—32% Мо; 40% Сг и 36—40 % Сг + Мо в качестве дополнительных легирующих элементов целесообразно исполь-зовать соответственно ванадий (1,5 %), железо (2—3 %), вольфрам (до 1,5 %) и медь (2,5%).

Г. Микролегирование сплавов оптимальным количеством поверхностно-активных элементов

Д. На основании данных положений (А—Д) усовершенствованы и созданы новые коррозионностойкие деформируемые свариваемые структурностабильные никелевые сплавы, в том числе:

а) никельмолибденовые Н70МФВ и Н65М - для работы в кислых средах восстановительного характера (НС1, H2S04 до 60 %) при температурах их кипения (рис. 3, а, б); б) никельхромовый сплав ХН58В — для работы в растворах азотной кислоты в присутствии фтор-иона (рис. 3, г); в) никельхромомолиб- деновые сплавы ХН63МБ — для работы в широкой гамме сред окислительного и восстановительного характера (рис. 3, г), и ХН56МДБ - для работы в растворах серной кислоты в присутствии фтор-иона (рис. 3, г).

Сплавы характеризуются высокой стой-костью против общей и локальной коррозии, прежде всего межкристаллитной, хорошо свариваются, технологичны при изготовлении различных видов металлопродукции.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 5, Москва 1994

Экспертиза

на главную