Сплав

КремниАзот АлюминииТитанКальцийМагнийМелево ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И. ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им, И.П,Бардина и Челябинский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени металлургический завод45 1 1033Изобретение относится к чернойметаллургии, в частности к разработкесоставов прецизионных сплавов длякриогенной техники,Для транспортировки сжиженных га 5зов требуются трубопроводы без компенсаторов. Это требование можетбыть обеспечено при использованиисплавов инварного типа, имеющих температурный коэффициент линейного рас.ширения менее 2 10 К ", в которыхтемпературные напряжения, возникающиепри охлаждении до температур кипениясжиженного газа, не превышают пределатекучести сплава. Материал трубопроводов сжиженного газа должен иметьвысокие и стабильные характеристикивременного сопротивления, предела текучести, ударной вязкости. Металлдолжен обеспечивать вакуумную плотность при глубоком вакууме.Известен сплав с низким температурным коэффициентом линейного расширения 1,ТКЛР), содержащий вес,3;:Никель 35-37 25Марганец О, 3-0,6Железо ОстальноеСплав может содержать углеродадо 0,05 вес.Ф кремния до 0,3 вес.Ф,хрома до 0,15 вес,Ф. Сплав в диапа- Зозоне температур от -100 до +100 Симеет ТКЛР 1,5 10 К "1 1Недостаток сплава состоит в том,цто при температурах ниже ф 100 Спод воздействием напряжений он претерпевает мартенситное превращение,сопровождающееся увелицением ТКЛР,Сплав не пригоден для изготовлениятрубопровода сжиженных газов.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предложенному является сплав, содержащий, вес,/:Никель 35-37Марганец 0,3-0,6Хром 0,-0,6Железо ОстальноеСплав может содержать в качествепримесей азот, углерод до 0,05 вес.Ф,кремний до 0,3 вес.1 медь до500,25 вес.Ф, Сплав в диапазоне температур от -258 ро +100 С имеет ТКЛРне более 2 1 О К " и применяется дляконструкций и трубопроводов, работающих при низких температурах 1 1 .Недостаток известного сплава состоит в плохой свариваемости. Сварнойшов содержит мелкие поры и не всегдаудовлетворяет требованиям вакуумной ц 672плотности. Кроме того, сварной шовимеет пониженные характеристики временного сопротивления и пластичностии является наиболее слабым участкомконструкции.При этом сплав нетехнологицен визготовлении и при горячей пластической деформации имеет низкий выходгодного металла.Целью изобретения является повышение технологической пластицнос.ти иулучшение свариваемости.Цель достигается тем, что сплав,содержащий никель, марганец, хром,кремний, азот и железо, дополнительносодержит алюминий, титан, кальций имагний при следующем соотношении компонентов, вес. 1:Никель 35-37Марганец 0,2-0,6Хром 0,2-0,6Кремний 0,1-0,3Азот 0 002 0 02Алюминий 0,005-0,01Титан . 0,005-0,01Кальций 0,005-0,03Магний 0,005-0,03Железо ОстальноеСплав в диапазоне температур от-258 до +100 С имеет ТКЛР (12)10 Кхорошую свариваемость и может обрабатываться методами горяцей пластической деформации,Никель в сплаве с железом стабилизирует аустенит и в колицестве 35371 создает инварные свойства сплаваминймальный ТКЛР, При содержании никеля менее 35 вес, снижается устойчивость аустенита в области отрицательных температур и повышается ТКЛР.Увеличение содержания никеля более37 вес.3 хотя и приводит к получениюустойчивости аустенитной структуры,однако резко увеличивает-ТКЛР,Марганец в количестве 0,2-0,6 вес.оасширяет область аустенитной фазы.Пои содержании марганца менее 02 вес.при напряжениях, приближающихся кпределу текучести сплава, возможнообразование мартенсита в области температур кипениа жидкого водорода(20 К). При содержании марганца олее0,6 вес,Ф ТКЛР может превысить210 К ", в особенности в сплаве ссодержанием никеля 36,5-37 вес,/ ихрома 0,5-0,6 вес.3.Хром в сплаве в колицестве 0,30,6 вес.4 стабилизирует аустенитнуюструктуру при воздейгтвии высоких3 0335сдвиговых напряжений в области отри-цательных температур в основном засчет образования нитридов хрома, закрепления ими дислокаций и предотвращения образования мартеясита. Содержание хрома менее 0,3 вес. недостаточно для стабилизации аустенита присодержании никеля 35-35,5 вес.1. Присодержании, хрома более 0,6 вес,4 изменяются тепловые характеристики аусте Онита, и ТКЛР увеличивается более2.О-ЬК,Кремний повь 1 щает температуру мартенситного превращения, но с другойстороны кремний улучшает технологичность металла при разливке, При содержании кремния менее 0,05 вес."ь значительно ухудшается раэливаемостьжидкого металла, увеличивается количество дефектов и снижается выходгодного сплава, Содержание кремния0,3 вес.3 является предельным с точки зрения обеспечения оптимальныхтепловых характеристик сплава. Приувеличении содержания кремния более0,3 вес./ ТКЛР увеличивается более2-10 ЬКАзот в сплаве в количестве0,002-0,02 вес,1 является элементом,повышающим прочностные свойства сплава и стабилизирующим аустенит в области отрицательных температур засчет закрепления дислокаций нитридами.Кроме того азот является элементом,ухудшающим свариваемость сплава. Присодержании азота менее 0,002 вес.3не достигается упрочнение сплава истабилизация аустенита при отрицательных температурах. При содержанииазота более 0,02 вес.3, снижаются плас 40тические свойства сплава и ухудшаетсяего свариваемость.Алюминий являетсу сильным .раскислителем и в предлагаемом сплаве. вколичестве 0,005-0, вес./ очищаетматрицу мвталла от кислорода, нахо 45дящегося в твердом растворе, и засчет этого улучшает инварные характеристики сплава. При содержании алюминия менее 0,005 вес.ь не достигаетсянеобходимая степень раскисления сплава и не обеспечивается получение низкого ТКЛР. Увеличение содержания алюминия более О, вес.4 способствуетувеличению в сплаве содержания недеформирующих неметаллических включений 55при окислении алюминия атмосфернымвоздухом в процессе разливки сплава,Кроме того, при содержании алюминия 67 4более 0, вес.Ф резко ухудшается технологичность металла при горячей пластической деформации (увеличивается количество рванин и трещин) эа счет выделения нитридов алюминия, а также ухудшается свариваемость сплава.Титан обладает высоким средством к азоту и уменьшает содержание азота в твердом растворе, предотвращает образование нитридов алюминия и улучшает технологичность металла при горячей пластической деФормации, Нитриды титана, образующиеся в жидком металле, в большинстве своем удаляются из расплава, а формирующиеся в процессе кристаллизации и охлаждении сплава нитриды титана упрочняет металл. В процессе сварки нитриды титана в от" личие от нитридов хрома, алюминия и т.п. не разлагаются. 8 результате в сварном шве не образуются газовые раковины, сварной шов получается более плотным. Содержание титана менее 0,005 вес.Й недостаточно для эффективного улучшения деформируемости и свариваемости сплава. При содержании титана более 0,1 вес. возможно образование в сплаве локальных объемов с повышенной концентрацией титана и крупными нитридными включениями, ухудшение свариваемости и снижение вакуумной плотности сплава,Кальций .обладает высоким сродством к кислороду и сере, В предлагаемом сплаве кальций контролирует состав и свойства оксидных и сульфидных неметаллических включений деформированного сплава, способствует их глобуляриэации и повышению пластичности метал" ла при горячей деформации, Содержание кальция в сплаве предлагаемого состава менее 0,0005 вес,Ф недостаточчо для улучшения горячей пластичности сплава, При содержании кальция более 0,03 вес.Ф в сплаве появляются недопустимо крупные недеформирующиеся неметаллические включения, которые являются инициативными центрами раз" рушения металла при горячей деформации и снижают вакуумную плотность сплава и в особенности сварного шва.Магний введен в сплав в качестве элемента, регулирующего технологическую пластичность, однако в отличие от кальция влияния магния на технологическую пластичность осуществляется путем воздействия на нитридные вклю" чениа. В присутствии поверхностно- активного элемента магния ФормированиеТаблица Химический состав сплава, вес.4 ИзвестныйНикель 35,8 36,4 0,48 0,52 0,550,1 0,2 0,0047 Марганец 0,6 0,2 0,51 0,6 Хром 0,39 0,2 Кремний 0,23 0,3 0,1 0,0080,0050,03 Азот 0,02 0,00.20,060,005 Алюминий 0) Титан 0,1 3 1033крупных нитридных включений и скоплений нитридов подавляется, В сплавепредлагаемого состава, содержащем магний в количестве 0,0005-0,03 вес.Ф,нитридные включения дисперсны и равномерно распределены в объеме металла. Границы зерен чистые. Кроме того,магний, внедряясь в решетку металлической матрицы, замещает в ней атомникеля и улучшает упругие характерис- Ютики кристаллической решетки и сплава в целом. При содержании магнияменее 0,0005 вес,3 технологичностьсплава при прокатке ухудшается, а присодержании магния более 0,03 вес.3 15возможно образование фаз Лавеса иохрупчивание сплава.Сплав может содержать примесныеэлементы, не изменяющие свойства сплава и изделий иэ него, в количестве 20до 0,4 вес.3. В сплаве допускаетсясодержание углерода до 0,05 вес.4,серы до 0,02 вес.Ф, Фосфора до0,02 вес.Ф,П р и м е р ы, В 40 кг индукционной печи выплавили серию сплавов.При выплавке сплава предложенногосостава дополнительно введеные.в егосостав элементы присаживали в видеферросиликокальция 0,05-0,82, алюминия 0,13-1,254, ферротитана (303 Т 1)0 075-1,374.ферросплавы и алюминийприсаживали на дно ковша перед егозаполнением металлом, имеющим темпеоратуру 1550-1560 С. Полученные слиткисплавов проковывали, а затем прокатывали для изготовления образцов. Об 5676раэцы сплава предложенного состава перед испытанием механических свойств и ТКЛР подвергали термической обработке по следующему режиму: нагрев до 900 С, выдержка 1 ч, закагка в воде и последующий отпуск при 315 С в течение 1 ч.Химический состав известных и предложенного сплавов приведены в табл.1,Свойства сплавов предлагаемых и известных представлены в табл.2.Как видно из табл.2, предлагаемый сплав имеет ТКЛР не более 210 О К предел текучести не менее 267 МПа и пригоден для использования в качестве материала трубопроводов сжиженного газа.Сплав обладает более высокой технологической пластичностью при горячей деформации, благодаря чему сокращается расход металла на производсчво. листового сплава. Сплав имеет хорошую .свариваемость, что позволяет изготавливать из него трубопроводы ожиженного газа методом сварки листа,Сплав имеет более высокий предел текучести, что позволяет увеличить диаметр изготавливаемых из него трубопроводов и уменьшить их металлоемкость.Зкономический эффект основан на увеличении выхода годного металла при производстве листа, снижении металло- емкости трубопроводов ожиженного газа, сокращении затрат на изготовление и эксйлуатацию трубопроводов и оценивается в размере более 100 тыс.руб, в год,1033567 Мимический состав сплава, вес.ФВ Известный Компоненты Предлагаемый 23 0,03 0,0027 0,0005 Кальций 0,008 0,03 0,0005Остальное Магний Железо Т а б л и ч а 2 СплавыыИзвестные Предлагаемый 1 1 Свойствасплавов 2 3 1 . 2 Механические свойства 459 453 Временное сопротивление, мПа 456 407 450 Предел текучести, МПа 280 267 225 260 Относительноеудлинение,. 45,4 46,4 45,0 1,8 ТКЛРь х 10 К 1,9 5662Свойства сварного шва 465 450 Временное сопротивление, мПа 460 400 Относительноеудлинение, 4 42 Зона разругения Разрывпо зонесплавления Разрыв Составитель Н.КосторныйРедактор В.Данко Техред И.Метелева, Корректор Ю,Макаренко Заказ 5564/28 Тираж 627 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж,. Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", гУжгород, ул. Проектная, 4Выход годногопри прокатке, ь 5 1Разрывпо основному ме- таллу по основйому"ме-таллу 8Продолжение табл. 1 48,6 45,02,1 1,1 Разрыв Не свапо свар-рилсяному шву