Коррозионностойкий чугун

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК аЕ а 1))4 С 22 С 3 ТЕТ СССР И ОТНРЫТИ ОСУДАРСТВЕННЫЙ НЬ О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН д 1 БРЕТЕН ЛЬСТВУ дом прОО С,таитношени ои сероводатурах доодержит баедующем с рабочих темпе- дополнительнои ниобий при компонентов,мас.Х:Углерод Кремний Марганец 2,5-3,19 0,98-1,9 0,81-2,0 14,9-18,05"2,0 6,06-9,04 0,01-0,3 0,01-0,07 0,02-0,15(71) Институт проблем литья АН Украинской ССР(54)(57) КОРРОЗИОННОСТОЙКИЙ ЧУГУН,содержащий углерод, кремний, маргаец, никель, хром, медь, алюминий,магний, кальции, редкоземельные металлы и железо, о т л и ч а ю щ и й ;с я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости в не 4 ти, насыщенНикельХромМедьАлюминийМагнийКальциЦ Редкоземельные металлы БарийТантал,НиобийЖелезо20 30 Изобретение относится к областиметаллургии, в частности к получениюкоррозионностбйкого чугуна с шаровидным графитом.Многие тонкостенные чугунные изделия, применяемые. в химическом инефтяном машиностроении, наряду свысокими механическими свойствамидолжны обладать высокой коррозионцойстойкостью в различных агрессивныхсредах, Например, рабочие органы нефтяных центробежных насосов должны обладать коррозиоццой стойкостью внефти, насыщенной сероводородом, 15Известен коррозионностокий чугунследующего химического состава,мас.Е;Углерод 2,6-3,6Марганец 0,3-1,5Медь 0,5-9,0Магний 0,02-0,12Иттрий 0,01-0,10Олово 0,01-0,10Кремний 2,0-3,4Никель 14-17 25Хром 0,01-1,8-Кальций 0,01-0,15РЗМ О, 01-0,10Алюминий 0,005-0,3Железо ОстальноеДанный чугун является наиболееблизким к описываемому изобретениюпо технической сущности и достигаемо-му эффекту,Этот чугун наряду с высокими механическими свойствами обладает хорошейкоррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред (растворах аммиака,едкого натра, тринатрийфосфата, пергидроля, гашеной извести, а также в 40метаноле; бензоле, СС 1 р).Однако чугун обладает существеннымнедостатком, а именно - низкой коррозионной стойкостью в нефти, насыщен ной сероводородом, 45Кристаллизация известного чугуна,особенно при повышенных скоростяхзатвердевания, характерных для отливок рабочих органов нефтяных насосовс толщинами стенок от 1,5 до 8 мм,проходит с образованием значительного количества карбидных включений.Эти включения обогащены марганцем,хромом, а зона, непосредственно кним прилегающая вследствие обратнойликвидации, значительно обеднена никелем и медью.Отсюда и низкая коррозионная стойкость данного чугуна в нефти, насыщенной сероводородом, при рабочих температурах, достигающих 100 С,Термообработка (отжиг, нормализация) не применима для тонкостенных отливок сложной конфигурации, так как приводит к короблению отливок, неравномерному росту чугуна, изменяющему конфигурацию каналов рабочих колес и аппарата направляющего. Уменьшение содержания карбидных включений за счет дальнейшего повышения графитизирующих лрисадок - кремния и алюминия - неприемлемо.,Повышенное содержание кремния в таком чугуне, уменьшая количество карбидных включений, приводит к образованию в структуре чугуна включений силикокарбидов с очень низкой коррозионной стойкостью в средах, содержащих сероводород. Повышение содержания алюминия свыше 0,37 в чугуне в качестве графитиэирующей присадки приводит к пленкообразованию в тонкостенных отливках.Целью данного изобретения является повышение коррозионной стойкости в нефти, насыщенной сероводородом, при рабочих температурах, достигающих 100 С.Дпя достижения указанной цели в известный чугун, в состав которого входят углерод, кремний, марганец, никель, медь, хром, магний, кальций, редкоземельные металлы, алюминий, железо дополнительно введены барий, тантал, ниобий при следующем соотношении ингредиентов, мас,Е:Углерод 2,5-3,19Кремний 0,98-1,9Марганец 0,81-2,03Никель 14,9-18,1Хром 0,5-2,0Медь 6,06-9,04Алюминий 0,01-0,3Магний 0,01-0,07Кальций 0,02-0,15Редкоземельные металлы 0,01-0,08Барий 0,01"0,1Тантал 0,003-0,02Ниобий 0,005-0,2Железо ОстальноеКремний является графитиэирующим элементом, способствующим кристаллизации чугуна по стабильной системе, Вместе с тем при его содержании в модифицированном чугуне выше приведенного предела при затвердевании тонкостенного литья кремний, в своюочередь, может способствовать образованию силикокарбидов, ухудшающих коррозионные свойства аустенитных чугу 5нов,Нижнее содержание кремния опреде"ляется тем обстоятельством, что приболее низком содержании кристаллизация чугуна проходит в основном по меОтастабильной системе.Никель один из основных элементов,стабилизирующих аустенитную металлическую основу, Он положительно влияет на коррозионные свойства и механические свойства чугуна. Никель способствует кристаллизации чугуна постабильной системе. Вместе с тем никель повышает температуру эвтектической кристаллизации и тем самымзначительно понижает жидкотекучестьчугуна,Медь - элемент значительно повышает коррозионную стойкость чугуна,Медь, как и никель, стабилизатор аустенита, Однако содержание меди в чугуне зависит от ее растворимости ваустенитной матрице, на которую положительно влияет никель,Марганец как стабилизатор аустенита вдвое эффективнее, чем никель.Однако, одновременно с этим он способствует кристаллизации чугуна пометастабильной системе, входит в состав сложных карбидов. Содержание мар 3ганца в чугуне определяется скоростьюохлаждения отливки и количеством графитизирующих элементов в чугуне.Хром в чугуне повышает его износостойкость, находясь в растворе,стабилизирует аустенит. Однако содержание хрома в чугуне ограничиваетсяввиду образования в структуре чугунасплошной карбидной сетки по границамзерен, приводящей к существенномуухудшению механических, технологических и коррозионных свойств чугуна.Тантал повышает степень дисперсностикарбидных включений, снижая тем самым микроликвидацию легирующих элемен 50тов, которая приводит к ухудшениюкоррозионных свойств чугуна. Пределысодержания тантала в чугуне определяются с учетом следующих факторов:при его содержании, превышающем верхний предел, тантал уже способствуеткристаллизации чугуна по метастабильной системе, при его содержании, более низком, чем предусмотрено нижним пределом, тантал не оказывает своего эффективного влияния,Ниобий в чугуне способствует,уменьшению ликвиДации никеля и меди,в зоне, примыкающей к карбидномувключению, способствует повышениюпластических свойств чугуна, очищению границ зерен от нитридных включений.Содержание ниобия в чугуне зави"сит от скорости охлаждения, а такжеот уровня дегазации чугуна в связи с повышением его средством к азоту.При повышенных скоростях охлажденияпри содержании ниобия ниже нижнего предела он не понижает ликвидацию никеля и меди. Верхний предел содержания ниобия в чугуне определяется степенью дегазации модифицированного чугуна и его влиянием на мехсвойства чугуна при замедленных скоростях охлаждения отливок.Алюминий в чугуне является рафинирующим элементом, понижающим в чугуне содержание кислорода и уменьшающим тем самым количество модификаторов, необходимых для сфероидизации графитных включений,Присутствие в составе чугуна кальция, .магния и РЗМ способствует образованию шаровидной формы графита и повышению физикомеханических свойств чугуна, Кальций действует на чугун как десульфуратор, облегчая образование шаровидной формы графита.РЗМ способствует глубокому раскислению и дегазации чугуна. Барий является эффективным модифицирующимэлементом и вместе с тем интенсивным графитизирующим элементом в модифицированном чугуне, Чугун, модифи" цированный барием, значительно менее склонен к отбелу и отличается меньшим переохлаждением, чем при применении таких сфероидизаторов графита, как магний и РЗМ. Нижнее содержание по барию применяется при модифнцировании раскисленного и дегазирован" ного жидкого чугуна. Верхнее содержание бария определяется его растворимостью в аустенитной металлической основе, а также его содержанием в графитных включениях шаровидной формыСера и фосфор являются примесями,и их содержание определяется исходным составом чугуна и действием ис"пользуемьсс модификаторов.Таблица Ы Оь Ил С Сг Сц Ва во Та АТ , Яп Са 19 1 90 8,2,03 2,0 02 0,30 - 0,1 ,01 0,12 - 0,0 4 О,О,1506 1,31 182 1,59 ,50 0,98 749 14,90 81 О,606 0,01 О, 005 003 0,02 0,003 О 03 0 О 4,25 1,48 0,01 3,20 2,0 О, 30 1,74 932 5 2 62 3 37 0,06"12О 41,6-41,1 11,8"12 12,5-13,5 0,04 41,2-4 5 94Плавку чугуна проводили в печиИЧТ-.0,06. В качестве шихты использовали литейные чугуны, передельныечугуны, гостовские ферросплавы, никель, медь, сталь 20, графит, специальные присадки, алюминий.Температура перегрева металла прио,плавке не превышала 1480-1550 С. Модифицирование проводили в ковше комплексным модификатором, содержащиммагний, кальций, РЗМ, кремний, барийи железо (плавки 1 - 3), модификато. ром, содержащим кальций, магний, кремний, алюминий, железо с добавлениемметаллического иттрия (плавки У .4-5),Модификатор вводили на дно ковшавместе с плавиковым шпатом. Заливкуопытных отливок и образцов проводили при температуре 1350-1400 С. Длязамера температуры использовали термопары ПП, Химический состав выплавленных чугунов и механические свойства приведены в табл.1. Состав 1,2,3соответствует составу предлагаемого1 9965 6чугуна, но с различной степенью легирования. Состав 4,5 .- известный чугун, Образцы для исследования меха 5нических свойств вырезали из клиновидных проб длиной 370 мм, высотой140 мм, шириной 50 мм (верх) и30 мм (низ),. отливаемых с прибылями.Образцы для исследования коррози 10 онных свойств и определения микроструктуры чугуна вырезали из литыхпластин толщиной 1 О мм, шириной 50 мм,длиной 250 мм,Микроструктурный анализ показыва 15 ет, что предложенный чугун обладаетзначительно меньшим количеством карбидных включений, чем известный чугун (табл.2).Испытание предложенного чугуна в20 неФти. с постоянным насыщением ее сероводородом при температуре +100 Споказали его высокую коррозионнуюстойкость, которая в 4-5,7 раз вышекоррозионной стойкости известного чу 25 гуна (табл.3).949965 Т а б л и ц а 2 Площадь, занятаяграфитом, ГОСГ3443-77 Площадь, занятаяцементитом, ГОСТ3443-77 плавки обознание обозначение 2 Г 3 20 3 б ли Р плавкиУ образца Проница Про Потерявеса,Площадь поверхжит.испытаний,ч мость мм/го сти образна,2 мм,0008 0,0069 081 59 100 0,0004 0,003 0,002 0,010 О, 00390,0120 3 10 2596 0015 0,0125 0132 513 100 26252411 5 - 1 100 01 21 О, 0502 0159 О, 0645 91 2459 5 00 760 Техред М.Моргент Сильнягин Корректор Л. Пилипен акто аказ 340 Подписное роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Весовой показатель коррозии, г/м ч О 12 0,0450 0124 0,0474 Тираж 594 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4Бал коррозин иГОСТ 5272-50