RU2533072C1 - Refractory chromium-nickel alloy with austenite structure - Google Patents
Refractory chromium-nickel alloy with austenite structure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2533072C1 RU2533072C1 RU2013146700/02A RU2013146700A RU2533072C1 RU 2533072 C1 RU2533072 C1 RU 2533072C1 RU 2013146700/02 A RU2013146700/02 A RU 2013146700/02A RU 2013146700 A RU2013146700 A RU 2013146700A RU 2533072 C1 RU2533072 C1 RU 2533072C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- less
- alloy
- nickel
- chromium
- manganese
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургической отрасли промышленности, в частности к составам жаропрочных хромоникелевых сплавов аустенитного класса, и может найти широкое применение в процессе изготовления фасонных отливок для коллекторов и реакционных труб печей риформинга крупнотоннажных агрегатов аммиака, метанола и водорода с температурами эксплуатации до 1100°С и давлением до 6 МПа.The invention relates to the metallurgical industry, in particular to compositions of heat-resistant chromium-nickel alloys of the austenitic class, and can be widely used in the manufacturing process of shaped castings for manifolds and reaction tubes of reforming furnaces of large-capacity units of ammonia, methanol and hydrogen with operating temperatures up to 1100 ° C and pressure up to 6 MPa.
Наиболее распространенным методом изготовления реакционных труб является центробежное литье, предусматривающее последующую механическую обработку центробежнолитых заготовок по внутренней поверхности для удаления дефектов металлургического происхождения.The most common method of manufacturing reaction tubes is centrifugal casting, which involves the subsequent mechanical treatment of centrifugally cast billets on the inner surface to remove defects of metallurgical origin.
Срок службы центробежнолитых труб на агрегатах аммиака и метанола, работающих при температурах около 900°С и давлениях до 50 атмосфер, должен составлять не менее 100000 часов. После его истечения их необходимо заменять, так как прочность металла резко понижается, что зачастую приводит к аварийному разрушению трубы и выходу из строя всей технологической установки.The service life of centrifugally cast pipes on ammonia and methanol units operating at temperatures of about 900 ° C and pressures up to 50 atmospheres should be at least 100,000 hours. After its expiration, they must be replaced, since the strength of the metal decreases sharply, which often leads to emergency pipe destruction and failure of the entire process unit.
Снижение жаропрочности реакционных труб (способности материала противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах) специалисты увязывают с неоптимальным составом и недостаточно высокой однородностью размеров зерен кристаллической структуры используемых сплавов.Experts associate the reduction in the heat resistance of reaction tubes (the ability of a material to withstand mechanical loads at high temperatures) with a non-optimal composition and insufficiently high grain size uniformity of the used alloys.
Известен жаропрочный сплав, описанный в RU №2194785, кл. C22C 30/00, включающий, мас.%: углерод 0,06-0,10, кремний 0,005-0,65; марганец 0,0005-0,74; хром 19,0-23,0; никель 30,0-34,0; титан 0,25-0,80; алюминий 0,0005-0,45, ванадий 0,0005-0,10; вольфрам 0,0006-0,10; железо - остальное. При этом содержание в нем примесей - серы, фосфора, свинца, олова, мышьяка, цинка, молибдена и меди - не должно превышать следующие значения, мас.%: сера - 0,02, фосфор - 0,03, свинец - 0,01, олово - 0,01, мышьяк - 0,01, цинк - 0,01, молибден - 0,5 и медь - 0,2.Known heat-resistant alloy described in RU No. 2194785, class. C22C 30/00, including, wt.%: Carbon 0.06-0.10, silicon 0.005-0.65; Manganese 0.0005-0.74; chrome 19.0-23.0; nickel 30.0-34.0; titanium 0.25-0.80; aluminum 0.0005-0.45; vanadium 0.0005-0.10; tungsten 0.0006-0.10; iron is the rest. Moreover, the content of impurities in it - sulfur, phosphorus, lead, tin, arsenic, zinc, molybdenum and copper - should not exceed the following values, wt.%: Sulfur - 0.02, phosphorus - 0.03, lead - 0.01 , tin - 0.01, arsenic - 0.01, zinc - 0.01, molybdenum - 0.5 and copper - 0.2.
К недостаткам указанного сплава следует отнести относительно невысокую температуру эксплуатации труб на его основе.The disadvantages of this alloy include a relatively low operating temperature of pipes based on it.
Известен жаропрочный сплав, описанный в RU №2149210, кл. C22C 38/50, 30/00 и включающий углерод, кремний, марганец, хром, никель, ниобий, ванадий, титан, алюминий и железо при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод 0,08-0,14, кремний 0,0005-0,79, марганец 0,5005-1,21, хром 19-21, никель 31,0-34,0, ниобий 0,90-1,35, ванадий - 0,0005-0,20, титан 0,0005-0,10, алюминий 0,0005-0,10, железо - остальное.Known heat-resistant alloy described in RU No. 2149210, class. C22C 38/50, 30/00 and comprising carbon, silicon, manganese, chromium, nickel, niobium, vanadium, titanium, aluminum and iron in the following components, wt.%: Carbon 0.08-0.14, silicon 0, 0005-0.79, manganese 0.5005-1.21, chrome 19-21, nickel 31.0-34.0, niobium 0.90-1.35, vanadium - 0.0005-0.20, titanium 0 , 0005-0.10, aluminum 0.0005-0.10, iron - the rest.
Содержание в жаропрочном сплаве серы, фосфора, свинца, олова, мышьяка, цинка, молибдена и меди не должно превышать следующие значения, мас.%: сера 0,03, фосфор 0,03, свинец 0,01, олово 0,01, мышьяк 0,01, цинк 0,01, молибден 0,5 и медь 0,2.The content in the heat-resistant alloy of sulfur, phosphorus, lead, tin, arsenic, zinc, molybdenum and copper should not exceed the following values, wt.%: Sulfur 0.03, phosphorus 0.03, lead 0.01, tin 0.01, arsenic 0.01, zinc 0.01, molybdenum 0.5 and copper 0.2.
Его существенным недостатком является тот факт, что реальная температура эксплуатации труб в печах риформинга в ряде случаев не обеспечивается величиной показателя жаропрочности.Its significant drawback is the fact that the actual temperature of operation of pipes in reforming furnaces in some cases is not provided by the value of the heat resistance index.
Наиболее близким по технической сущности является жаропрочный сплав аустенитной структуры, приведенный в RU №2446223, кл. C22C 30/00; C22C 38/00; C22C 19/05 и включающий углерод, хром, никель, ниобий, церий, кремний, марганец, ванадий, титан, алюминий, вольфрам и железо при следующем содержании компонентов, мас.%: углерод 0,05-0,10; хром 21-23; никель 30-33; ниобий 0,6-1,5; церий 0,06-0,12; кремний 0,01-0,95; марганец 0,001-0,55; ванадий - менее 0,10; титан - менее 0,10; алюминий 0,001-0,10, вольфрам - менее 0,10, железо и примеси - остальное, а содержание примесей - серы, фосфора, свинца, мышьяка, цинка, молибдена, кобальта и меди - не превышает следующих значений, мас.%: сера - 0,03; фосфор - 0,03; свинец - 0,01; олово + мышьяк + цинк + сурьма - 0,01; молибден - 0,20; медь - 0,10.The closest in technical essence is a heat-resistant alloy of austenitic structure, given in RU No. 2446223, class. C22C 30/00; C22C 38/00; C22C 19/05 and comprising carbon, chromium, nickel, niobium, cerium, silicon, manganese, vanadium, titanium, aluminum, tungsten and iron in the following components, wt.%: Carbon 0.05-0.10; chrome 21-23; nickel 30-33; niobium 0.6-1.5; cerium 0.06-0.12; silicon 0.01-0.95; manganese 0.001-0.55; vanadium - less than 0.10; titanium - less than 0.10; aluminum 0.001-0.10, tungsten - less than 0.10, iron and impurities - the rest, and the content of impurities - sulfur, phosphorus, lead, arsenic, zinc, molybdenum, cobalt and copper - does not exceed the following values, wt.%: sulfur - 0.03; phosphorus - 0.03; lead - 0.01; tin + arsenic + zinc + antimony - 0.01; molybdenum - 0.20; copper - 0.10.
Указанный сплав обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, однако пониженное содержание хрома и отсутствие в нем некоторых редкоземельных элементов может негативно отразиться на жаропрочности реакционных труб при давлениях выше 6 МПа.The specified alloy has good performance characteristics, however, a reduced chromium content and the absence of some rare earth elements in it can negatively affect the heat resistance of the reaction pipes at pressures above 6 MPa.
Технической задачей изобретения является оптимизация химического состава и структуры жаропрочного сплава с одновременным улучшением длительной прочности при высоких температурах.An object of the invention is to optimize the chemical composition and structure of the heat-resistant alloy while improving long-term strength at high temperatures.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в жаропрочном сплаве оптимизировано содержание ряда элементов и введены новые компоненты - цирконий и лантан.The specified technical result is achieved due to the fact that the content of a number of elements in the heat-resistant alloy is optimized and new components are introduced - zirconium and lanthanum.
Таким образом, сущностью предлагаемого технического решения является жаропрочный хромоникелевый сплав с аустенитной структурой, включающий углерод, хром, никель, железо, ниобий, церий, кремний, марганец, ванадий, титан, алюминий, вольфрам, серу, фосфор, свинец, олово, мышьяк, цинк, сурьму, молибден, медь и дополнительно цирконий и лантан при следующем содержании компонентов, % мас: углерод 0,05-0,10; хром 24-27; никель 33-35; ниобий 0,6-1,3; церий 0,005-0,10; цирконий 0,005-0,10; лантан - 0,005-0,10; кремний 0,81-1,50; марганец 0,60-1,20; ванадий 0,005-0,20; титан 0,005-0,15; алюминий 0,001-0,10, вольфрам - менее 0,10, железо и примеси - остальное, а содержание примесей - серы, фосфора, свинца, мышьяка, цинка, молибдена, кобальта и меди - не превышает следующих значений, мас.%: сера - 0,03; фосфор - 0,03; свинец - 0,01; олово + мышьяк + цинк + сурьма - 0,01; молибден - 0,20; медь - 0,10.Thus, the essence of the proposed technical solution is a heat-resistant chromium-nickel alloy with an austenitic structure, including carbon, chromium, nickel, iron, niobium, cerium, silicon, manganese, vanadium, titanium, aluminum, tungsten, sulfur, phosphorus, lead, tin, arsenic, zinc, antimony, molybdenum, copper and additionally zirconium and lanthanum with the following components,% wt: carbon 0.05-0.10; chrome 24-27; nickel 33-35; niobium 0.6-1.3; cerium 0.005-0.10; zirconium 0.005-0.10; lanthanum - 0.005-0.10; silicon 0.81-1.50; Manganese 0.60-1.20; vanadium 0.005-0.20; titanium 0.005-0.15; aluminum 0.001-0.10, tungsten - less than 0.10, iron and impurities - the rest, and the content of impurities - sulfur, phosphorus, lead, arsenic, zinc, molybdenum, cobalt and copper - does not exceed the following values, wt.%: sulfur - 0.03; phosphorus - 0.03; lead - 0.01; tin + arsenic + zinc + antimony - 0.01; molybdenum - 0.20; copper - 0.10.
По сравнению с прототипом в нем также увеличено содержание марганца, никеля, способствующих повышению предела текучести металла.Compared with the prototype, it also increased the content of manganese, Nickel, which contribute to increasing the yield strength of the metal.
Заявляемый сплав является чисто аустенитным, так как его структура хорошо сохраняется при нагревании. Он не упрочняется термообработкой, то есть не склонен к дисперсионному твердению, выплавляется только в индукционных печах с основной футеровкой и использованием преимущественно чистых шихтовых материалов. Отходы, обрезь и другие загрязненные материалы при выплавке заявленного сплава применяются в ограниченных количествах, не более 15% мас. Специфика плавления металла в индукционных печах за счет использования высокочастотного способа нагрева обеспечивает хорошее диспергирование компонентов сплава в процессе выплавки, а также позволяет получать сплав с низким содержанием газов и избежать науглероживания, как это происходит в электродуговой печи.The inventive alloy is purely austenitic, since its structure is well preserved when heated. It is not hardened by heat treatment, that is, it is not prone to dispersion hardening, it is smelted only in induction furnaces with a main lining and using mainly pure charge materials. Wastes, trimmings and other contaminated materials during smelting of the claimed alloy are used in limited quantities, not more than 15% wt. The specificity of metal melting in induction furnaces through the use of a high-frequency heating method ensures good dispersion of the alloy components during the smelting process, and also allows to obtain an alloy with a low gas content and to avoid carburization, as occurs in an electric arc furnace.
Заявляемый сплав является строго литейным и для него не требуется дополнительных мер по ограничению содержания вредных примесей, таких как сера и фосфор. В указанных количествах они позитивно влияют на обрабатываемость сплава резанием.The inventive alloy is strictly foundry and it does not require additional measures to limit the content of harmful impurities, such as sulfur and phosphorus. In the indicated amounts, they positively affect the machinability of the alloy by cutting.
Изделия на основе заявляемого сплава получались методом центробежного литья трубных заготовок путем заливки расплавленного сплава во вращающийся кокиль с внутренним диаметром, равным наружному диаметру получаемой трубы с последующей механической расточкой внутренней поверхности без изменения структуры металла.Products based on the inventive alloy were obtained by centrifugal casting of pipe billets by pouring molten alloy into a rotating chill mold with an inner diameter equal to the outer diameter of the resulting pipe, followed by mechanical boring of the inner surface without changing the metal structure.
ПримерExample
Основные результаты испытаний были получены при использовании сплава следующего состава, мас.%: углерод - 0,08; кремний - 0,90; марганец - 0,75; хром - 25,0; никель - 33,5; ниобий - 1,0; церий - 0,05; цирконий - 0,04; лантан - 0,08; ванадий - 0,04; титан - 0,10; алюминий - 0,02; вольфрам - 0,07, сера - 0,02; фосфор - 0,02; медь - 0,06; молибден - 0,08; железо - остальное.The main test results were obtained using an alloy of the following composition, wt.%: Carbon - 0.08; silicon - 0.90; Manganese - 0.75; chrome 25.0; nickel - 33.5; niobium - 1.0; cerium - 0.05; zirconium - 0.04; lanthanum - 0.08; vanadium - 0.04; titanium - 0.10; aluminum - 0.02; tungsten - 0.07, sulfur - 0.02; phosphorus - 0.02; copper - 0.06; molybdenum - 0.08; iron is the rest.
Среднюю величину зерна определяли в окуляре металлографического микроскопа на матовом стекле (ГОСТ 5639 "Сталь. Методы выявления и определения величины зерна").The average grain size was determined in the eyepiece of a metallographic microscope on frosted glass (GOST 5639 "Steel. Methods for the detection and determination of grain size").
Экспериментально установлено, что средняя величина зерна у заявляемого сплава равна 255 мкм, то есть практически такая же, как у сплава-прототипа (254 мкм).It has been experimentally established that the average grain size of the inventive alloy is 255 μm, that is, almost the same as that of the prototype alloy (254 μm).
Однородность структуры оценивалась с помощью коэффициента неоднородности А, который определяется как отношение А=Rmax/Rmin, где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный линейные размеры зерен в структуре сплава соответственно. В известном сплаве-прототипе А=1,08-1,12, а для заявляемого сплава А=1,04-1,07, что свидетельствует о более высокой однородности его структуры.The uniformity of the structure was estimated using the inhomogeneity coefficient A, which is defined as the ratio A = R max / R min , where R max and R min are the maximum and minimum linear grain sizes in the alloy structure, respectively. In the known prototype alloy A = 1.08-1.12, and for the inventive alloy A = 1.04-1.07, which indicates a higher uniformity of its structure.
Испытания на длительную прочность были проведены при температуре 960°С на образцах типа ДП-5 с рабочей частью ⌀5, длиной 25 мм с прямым нагружением образцов в соответствии с ГОСТ 10145. Полученные данные позволяют построить график зависимости времени до разрушения от уровня растягивающих механических напряжений.Long-term strength tests were carried out at a temperature of 960 ° C on samples of the DP-5 type with a working part ⌀5, length 25 mm and direct loading of the samples in accordance with GOST 10145. The data obtained allow us to plot the time to failure against the level of tensile stresses .
Значение предела длительной прочности заявляемого сплава при температуре 960°С за 100000 час, найденные методом экстраполяции, оказались на 5% выше данных по жаропрочности сплава-прототипа (18,4 МПа и 17,5 МПа, соответственно). Это значит, что срок эксплуатации реакционных труб может быть также увеличен.The value of the tensile strength of the inventive alloy at a temperature of 960 ° C per 100,000 hours, found by extrapolation, was 5% higher than the data on the heat resistance of the prototype alloy (18.4 MPa and 17.5 MPa, respectively). This means that the life of the reaction tubes can also be increased.
Из описания изобретения следует, что по заявленному техническому решению удается улучшить структуру и жаропрочность сплава, предназначенного для изготовления коллекторов и реакционных труб к печам риформинга.From the description of the invention it follows that according to the claimed technical solution, it is possible to improve the structure and heat resistance of the alloy intended for the manufacture of collectors and reaction tubes for reforming furnaces.
Тем самым можно гарантировать более безопасную эксплуатацию фасонных отливок и реакционных труб при давлениях в них не менее 6 МПа и температурах до 1100°С.Thus, it is possible to guarantee a safer operation of shaped castings and reaction tubes at pressures of at least 6 MPa and temperatures up to 1100 ° C.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013146700/02A RU2533072C1 (en) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | Refractory chromium-nickel alloy with austenite structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013146700/02A RU2533072C1 (en) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | Refractory chromium-nickel alloy with austenite structure |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2533072C1 true RU2533072C1 (en) | 2014-11-20 |
Family
ID=53382603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013146700/02A RU2533072C1 (en) | 2013-10-18 | 2013-10-18 | Refractory chromium-nickel alloy with austenite structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2533072C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700347C1 (en) * | 2019-06-13 | 2019-09-16 | Сергей Васильевич Афанасьев | Heat-resistant alloy |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2125110C1 (en) * | 1996-12-17 | 1999-01-20 | Байдуганов Александр Меркурьевич | High-temperature alloy |
| RU2395608C1 (en) * | 2009-04-17 | 2010-07-27 | Байдуганов Александр Меркурьевич | Heat resistant alloy |
| RU2446223C1 (en) * | 2010-10-18 | 2012-03-27 | Сергей Васильевич Афанасьев | Heat-resistant chrome-nickel alloy with austenitic structure |
| DE102012002514A1 (en) * | 2011-02-23 | 2012-08-23 | Thyssenkrupp Vdm Gmbh | Nickel-chromium-iron-aluminum alloy with good processability |
-
2013
- 2013-10-18 RU RU2013146700/02A patent/RU2533072C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2125110C1 (en) * | 1996-12-17 | 1999-01-20 | Байдуганов Александр Меркурьевич | High-temperature alloy |
| RU2395608C1 (en) * | 2009-04-17 | 2010-07-27 | Байдуганов Александр Меркурьевич | Heat resistant alloy |
| RU2446223C1 (en) * | 2010-10-18 | 2012-03-27 | Сергей Васильевич Афанасьев | Heat-resistant chrome-nickel alloy with austenitic structure |
| DE102012002514A1 (en) * | 2011-02-23 | 2012-08-23 | Thyssenkrupp Vdm Gmbh | Nickel-chromium-iron-aluminum alloy with good processability |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700347C1 (en) * | 2019-06-13 | 2019-09-16 | Сергей Васильевич Афанасьев | Heat-resistant alloy |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108315599B (en) | A kind of high cobalt nickel base superalloy and preparation method thereof | |
| CN105506390B (en) | A kind of nickel base superalloy containing zirconium and preparation method | |
| JP5574953B2 (en) | Heat-resistant steel for forging, method for producing heat-resistant steel for forging, forged parts, and method for producing forged parts | |
| JP5362764B2 (en) | Low alloy metal for geothermal power turbine rotor | |
| JP5226083B2 (en) | High alloy cold die steel | |
| TWI518183B (en) | Corrosion resistant high nickel alloy and its manufacturing method | |
| TWI553128B (en) | The Method of Making Spinning Steel and the Method of Refining in Material | |
| CN111394663A (en) | Heat-resistant iron-based alloy and preparation method thereof | |
| EP3135789A1 (en) | Turbine rotor material for geothermal power generation and method for manufacturing same | |
| RU2485200C1 (en) | Heat-resistant chrome-nickel alloy with austenitic structure | |
| RU2533072C1 (en) | Refractory chromium-nickel alloy with austenite structure | |
| RU2446223C1 (en) | Heat-resistant chrome-nickel alloy with austenitic structure | |
| RU2393260C1 (en) | Heat resistant alloy | |
| JP6090905B2 (en) | Spheroidal graphite cast iron excellent in high temperature ductility and high temperature creep rupture life and method for producing the same | |
| RU2395608C1 (en) | Heat resistant alloy | |
| CN105369139A (en) | Break-down roller made of special alloy semi-steel material and manufacturing method of break-down roller | |
| JP2016065265A (en) | Heat resistant steel for steam turbine rotor blade and steam turbine rotor blade | |
| KR102649801B1 (en) | New duplex stainless steel | |
| RU2395606C1 (en) | Heat resistant alloy | |
| JP5981357B2 (en) | Heat resistant steel and steam turbine components | |
| JP4293580B2 (en) | Corson alloy for metal mold and manufacturing method thereof | |
| JP2018031045A (en) | Liner material for red-hot coke transportation buckets and method for producing the same | |
| JPH11152549A (en) | Hot-working tool steel and member for high temperature use, made of the hot-working tool steel | |
| RU2149210C1 (en) | Refractory alloy | |
| JPH0472039A (en) | High purity heat resistant steel |