сплав на основе титана

Классы МПК:C22C14/00 Сплавы на основе титана
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "Прометей") (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-01-29
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе титана, и может быть использовано в элементах оборудования химических производств, в сварных соединениях судостроения. Сплав на основе титана содержит, мас. %: алюминий 4,3-6,3, молибден 1,5-2,5, углерод 0,05-0,14, цирконий 0,2-1,0, кислород 0,06-0,14, кремний 0,02-0,12, железо 0,05-0,25, ниобий 0,3-1,20, рутений 0,05-0,14, титан - остальное. Суммарное содержание кремния и железа не должно превышать 0,30 мас.%. Сплав обладает повышенной стойкостью к щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием и при температуре до 250 °С. 2 табл., 1 пр.

Формула изобретения

Сплав на основе титана, содержащий алюминий, молибден, углерод, цирконий, кислород, кремний, железо, ниобий и титан, отличающийся тем, что он дополнительно содержит рутений при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий4,3÷6,3
Молибден1,5÷2,5
Углерод0,05÷0,14
Цирконий0,2÷1,0
Кислород0,06÷0,14
Кремний0,02÷0,12
Железо0,05÷0,25
Ниобий0,3÷1,20
Рутений0,05÷0,14
Титаностальное


при этом выполняется следующее соотношение:

[Si]+[Fe]сплав на основе титана, патент № 2506336 0,30.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к созданию высокопрочных сплавов на основе титана, обладающих повышенной устойчивостью против щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием (до 3,5% NaCl), pH 2,5-4,0 и температурой до 250°С.

Сплав предназначен для использования в элементах оборудования: химических производств, оффшорной техники и судостроения, в том числе сварных конструкций морской техники.

Известны сплавы на основе титана, предназначенные для использования в агрессивных средах (Grade 13 и Grade 15, Grade 26 и Grade 27, Grade 28 и Grade 29 no ASTM В 265-98, RU 2439188 С22С 14/00, RU 2426808 С22С 14/00). Эти сплавы, обладая хорошей коррозионной стойкостью, тем не менее имеют определенные недостатки, ограничивающие их применение в средах с повышенным солесодержанием (до 3,5% NaCl), pH 2,5-4,0 и температурой до 250°С.

Недостатками перечисленных сплавов являются для одних - низкий уровень прочности, для других - пониженные значения пластичности. Кроме того, несмотря на коррозионную стойкость перечисленные сплавы в ответственных нагруженных узлах морской техники применяются ограниченно.

Известен сплав на основе титана с рутением и палладием (RU 2203974 С22С 14/00 07.05.2001). Этот сплав содержит повышенное содержание сплав на основе титана, патент № 2506336 -стабилизирующих элементов, в том числе железа, что приводит к структурной неоднородности и снижению стойкости против щелевой и питтинговой коррозии в средах с повышенным солесодержанием (3,5% NaCl), pH 2,5-4,0 и температурой до 250°С.

Наиболее близким по содержанию ингредиентов является сплав на основе титана, содержащий мас. %: алюминий 0,25-7,5, молибден 0,1-3 0,0, углерод до 0,3, цирконий 0,1-10,0, кислород до 0,3, кремний 0,1-1,0, железо 0,1-2,0, ниобий 0,1-10,0, титан остальное (GB 785293, С22С 14/00).

Из альтернативных вариантов составов указанного сплава (GB 785293, С22С 14/00) в качестве прототипа выбран состав сплава, качественный и количественный состав которого соответствует качественному и количественному составу заявляемого сплава.

Это сплав, который имеет достаточно высокие характеристики прочности и пластичности, может использоваться в сварных конструкциях. Недостатком сплава-прототипа является пониженная стойкость к щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием (до 3,5% NaCl), pH 2,5-4,0 и температурой до 250°С.

Техническим результатом заявляемого изобретения является создание сплава, обладающего более высокой стойкостью к щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием (3,5% NaCl), pH 2,5-4,0 и температурой до 250°С по сравнению со сплавом-прототипом.

Технический результат достигается за счет того, что в состав известного сплава, содержащего алюминий, молибден, углерод, цирконий, кислород, кремний, железо, ниобий, титан остальное, дополнительно вводится рутений при следующем соотношении компонентов (мас. %):

Алюминий 4,3-6,3;

Молибден 1,5-2,5;

Углерод 0,05÷0,14;

Цирконий 0,2-1,0;

Кислород 0,06÷0,14;

Кремний 0,02÷0,12;

Железо 0,05÷0,25;

Ниобий 0,3÷1,20;

Рутений 0,05-0,14;

Титан остальное

При этом суммарное содержание железа и кремния должно быть менее или равно

[Si]+[Fe]сплав на основе титана, патент № 2506336 0,30

В заявляемом изобретении легирующие и примесные элементы находятся в соотношении, обеспечивающем высокую стойкость ксплав на основе титана, патент № 2506336 - щелевой и питтинговой коррозии в агрессивных средах с повышенным солесодержанием (3,5% NaCl), pH 2,5-4,0 и температурой до 250°С.

Кремний и железо в заявляемом изобретении участвуют в комплексном микролегировании. Выполнение заявленного соотношения [Si]+[Fe]сплав на основе титана, патент № 2506336 0,30 исключает образование сегрегации указанных элементов по границам структурных блоков и зерен и обеспечивает получение однородного регламентированного структурного состояния, что повышает электрохимическую однородность сплава, которая необходима для повышения стойкости к щелевой и питтинговой коррозии.

Превышение заявленного суммарного содержания [Si]+[Fe] снижает стойкость к щелевой коррозии заявляемого сплава, особенно сварных соединений, так как переплавленный металл зоны термического влияния (з.т.в.) и сварного шва теряет способность к внутризеренной деформации. Деформация в этом случае локализуется по границам крупных зерен, характерных для переплавленного металла и з.т.в., образуя микротрещины, что способствует развитию щелевой коррозии.

Алюминий в заявляемых пределах 4,3-6,3% интенсивно повышает прочностные характеристики сплава, исключает образование сплав на основе титана, патент № 2506336 2-фазы и обеспечивает хорошие деформационные характеристики при производстве полуфабрикатов. Повышение алюминия сверх пределов, заявленных в сплаве, снижает коррозионную стойкость и повышает склонность к коррозионному растрескиванию за счет протекания процессов упорядочения в сплав на основе титана, патент № 2506336 -фазе.

Содержание молибдена ограничено пределами 1,5-2,5%, т.к. при содержании молибдена более 2,5% в сварном соединении образуется малопластичная сплав на основе титана, патент № 2506336 -фаза, уменьшается деформационная способность, которая способствует образованию микротрещин и снижает стойкость к питтинговой коррозии.

Молибден повышает прочностные характеристики сплава, блокирует процесс упорядочения и образования сплав на основе титана, патент № 2506336 2-фазы и, расширяя двухфазную (сплав на основе титана, патент № 2506336 +сплав на основе титана, патент № 2506336 ) область, обеспечивает повышение технологических свойств сплава.

Содержание углерода в заявляемом сплаве ограничено выбранными пределами, так как при содержании более 0,14% углерод выделяется в виде округлых включений карбидов по границам зерен, которые снижают коррозионную стойкость. При содержании углерода менее 0,05% снижается прочность сплава.

Нейтральный сплав на основе титана, патент № 2506336 -стабилизатор - цирконий в пределах 0,2-1,0% в сочетании с алюминием обеспечивает однородное распределение легирующих компонентов в сплав на основе титана, патент № 2506336 -фазе, снижает внутрикристаллическую ликвацию, что обеспечивает повышение стойкости к щелевой и питтинговой коррозии.

При содержании более 1,0% цирконий снижает ударную вязкость и увеличивает склонность к коррозионному растрескиванию, что способствует снижению стойкости против питтинговой коррозии.

Изоморфный сплав на основе титана, патент № 2506336 -стабилизатор - ниобий в заданных пределах 0,3-1,20% входит в соствав сплава как технологическая добавка, обеспечивающая введение необходимого количества углерода и равномерное распределение его в структуре сплава без образования карбидов, поэтому в заданных пределах повышает структурную однородность сплава и коррозионную стойкость к щелевой и питтинговой коррозии.

Рутений в количестве 0,05-0,14% в заявляемом сплаве является микролегирующей и катодно-модифицирующей добавкой, способствует пассивации за счет снижения перенапряжения реакции выделения водорода и повышает коррозионную стойкость к щелевой и питтинговой коррозии.

Микролегирование сплава рутением смещает электрохимический потенциал сплава в область устойчивой пассивности, что исключает питтингообразование.

При содержании рутения менее 0,05% в указанных агрессивных средах пассивация не наступает. Полная пассивация в хлоридных растворах при содержании рутения до 0,14% обусловлена облегчением протекания катодной реакции восстановления водорода (H+сплав на основе титана, патент № 2506336 Н). Содержание рутения сверх указанного предела неэффективно и нецелесообразно.

Пример выполнения.

Выплавляли слитки с химическим составом заявляемого сплава и сплава-прототипа (таблица 1).

Слитки ковали на заготовки и прокатывали в листы толщиной 4,0 мм, из которых затем изготавливали образцы размером 4,0×35×35 мм для проведения коррозионных испытаний на щелевую и питтинговую коррозию.

Коррозионные испытания проводили на образцах - пластинах размером 35×35×4 мм. Методика проведения испытаний соответствовала требованиям ГОСТ9.912-89 (СТ СЭВ 64461-88).

С целью ускорения коррозионные испытания проводили в автоклаве в среде 20% раствора NaCl при температуре 250°С в течение 200 часов. Давление составляло 40 ата. Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Оценка склонности к щелевой коррозии произведена по результатам исследования потери массы в размерности 10-3 г/(дм2 час) и наличии локальных повреждений.

Оценка склонности к питтингу выполнена визуально при осмотре поверхности образцов с использованием оптического оборудования при увеличении х12. Выявляли питтинги диаметром более 0,1 мм.

На образце сплава-прототипа обнаружены питтинговые поражения поверхности размером более 4,0 мм. На образце из заявляемого сплава никаких поражений поверхности обнаружено не было, поверхность образцов была блестящая. Представленные результаты показывают, что заявляемый сплав по стойкости к щелевой и питтинговой коррозии превосходит аналогичные характеристики известного сплава-прототипа. Это позволяет увеличить ресурс различных элементов оборудования при эксплуатации в водных растворах с повышенным содержанием хлоридов при повышенной температуре до 250°С и рН 2,5 в 2-3 раза.

Таблица 1
Химический состав заявляемого сплава и сплава-прототипа на основе титана
Сплав № составаAl MoCZr O2Si FeNbRu Si+Feсплав на основе титана, патент № 2506336 0,30Ti
Заявляемый1 4,31,50,05 0,20,14 0,020,250,3 0,140,27 ост.
2 5,02,50,10 0,70,08 0,050,200,5 0,100,25 ост.
3 6,32,00,14 1,00,06 0,120,051,20 0,050,17 ост.
Прототип GB7852936,0 2,00,151,5 0,140,15 0,251,5- 0,40ост.

Таблица 2
Коррозионная стойкость заявляемого сплава и сплава-прототипа
Сплав № составаХарактеристика средыРезультаты коррозионных испытаний, длительность испытаний 200 часов
Щелевая коррозияПиттинговая коррозия
Степень поражений Характеристика состояния поверхности сплав на основе титана, патент № 2506336 сплав на основе титана, патент № 2506336
Заявляемый 120% раствор NaCl аэрированный, насыщенный CO2, pH=3,5, температура 250°СНет поражений Поверхность образцов блестящаяНет поражений Поверхность образцов блестящая, повреждений нет
2 Нет пораженийПоверхность образцов блестящая Нет пораженийПоверхность образцов блестящая, повреждений нет
3Нет поражений Поверхность образцов блестящаяНет поражений Поверхность образцов блестящая, повреждений нет
Прототип GB785293Местное поражение На поверхности серая пленкаПоверхность поражена язвамиЯзвы диаметром более 4,0 мм

Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2506336

patent-2506336.pdf

Класс C22C14/00 Сплавы на основе титана

способ изготовления заготовок из титана -  патент 2529131 (27.09.2014)
сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него -  патент 2525003 (10.08.2014)
способ получения отливок сплавов на основе гамма алюминида титана -  патент 2523049 (20.07.2014)
сплав на основе гамма алюминида титана -  патент 2520250 (20.06.2014)
сплав для поглощения тепловых нейтронов на основе титана -  патент 2519063 (10.06.2014)
быстрозакаленный припой из сплава на основе титана-циркония -  патент 2517096 (27.05.2014)
способ получения сплавов на основе титана -  патент 2515411 (10.05.2014)
сплав на основе титана и изделие, выполненное из него -  патент 2507289 (20.02.2014)
способ получения порошков сплавов на основе титана, циркония и гафния, легированных элементами ni, cu, ta, w, re, os и ir -  патент 2507034 (20.02.2014)
наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы и способ получения прутка из него -  патент 2503733 (10.01.2014)
Наверх