Коррозионностойкий чугун

Коррозионностойкий чугун

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

КОРРОЗИОННОСТОЙКИЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец , никель, хром, медь, алюминий, магний, кальций, редкоземельные металлы и железо, о т-л и ч а ю щ и и ,с я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости в нефти, насыщенной сероводородом при рабочих температурах до + , он дополнительно содержит барий, тантал и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.%: 9 S ii СО CD Од СП

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ае ав (51)4С22СЗ 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ " - "3

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ной сероводородом при рабочих темпео ратурах до + 100 С, он дополнительно содержит барий, тантал и ниобий при следующем соотношении компонентов, мас.Ж:

2,5-3,19

0,98-1,9

0,81-2,03

14,9-18,1

0 ° 5"2,0

6,06-9,04

0,01-0,3

0,01-0,07

0,02-0,15

0,01-0,08

0,01-0,1

0,003-0i02

Ое005 Оэ2

Остальное . (21) 2680982/22-02 (22) 02.11.78 (46) 23.06 ° 88.Бюл. У 23 (71) Институт проблем литья АН Укра.инской ССР (72) А.А.Шейко, М.В.Волощенко, В.П.Латенко, Г.P.Êàðòàíåâñêèé, Е.И.Щегольков, А.Д.Златкис, В.Г.Осокин, Л.В,Поляков, В.В.Зайцев и М.Б.Трунов (53) 669.13-196 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 451784, кл. С 22 С 37/08, 1973. (54)(57) КОРРОЗИОННОСТОЙКИЙ ЧУГУН, содержащий углерод, кремний, марганец, никель, хром, медь, алюминий, магний, кальции, редкоземельные металлы и железо, о т л и ч а ю щ и и ; с я тем, что, с целью повышения коррозионной стойкости в нефти, насыщенУглерод

Кремний

Марганец

Никель

Хром

Медь

Алюминий

Иагний

КальциЦ

Редкоземельные металлы

Барий

Тантал

Ниобий

Железо

949965

30

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению коррозионностбйкого чугуна с шаровидным графитом.

Многие тонкостенные чугунные изделия, применяемые в химическом и нефтяном машиностроении, наряду с высокими механическими свойствами должны обладать высокой коррозионной стойкостью в различных агрессивных средах. Например, рабочие органы нефтяных центробежных насосов должны обладать коррозиопной стойкостью в нефти, насыщенной сероводородом. 15

Известен коррозионностокий чугун следующего химического состава,мас.Ж:

Углерод 2,6-3,6

Марганец 0,3-1,5

Медь 0 5-9,0

Магний 0,02-0,12

Иттрий 0,01-0,10

Олово 0,01-0,10

Кремний 2,0-3,4

Никель 14-1 7 25

Хром 0,01-1,8

-Кальций 0,01-0,15

Р3М 0,01-0,10

Алюминий 0 005-0,3

Железо Остальное

Данный чугун является наиболее близким к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемо- му эффекту, Этот чугун наряду с высокими меха- 35 ническими свойствами обладает хорошей коррозионной стойкостью в ряде агрессивных сред (растворах аммиака, едкого натра, тринатрийфосфата, пергидроля, гашеной извести, а также в 40 метаноле; бензоле, СС1р).

Однако чугун обладает существенным недостатком, а именно — низкой коррозионной стойкостью в нефти, насыщенной сероводородом. 45

Кристаллизация известного чугуна, особенно нри повышенных скоростях затвердевания, характерных для отливок рабочих органов нефтяных насосов с толщинами стенок от 1,5 до 8 мм, проходит с образованием значительного количества карбидных включений.

Эти включения обогащены марганцем, хромом, а зона, непосредственно к ним прилегающая вследствие обратной ликвидации, 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 рисадок — кремния и алю миния — 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 0,3Х 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. :

Углерод 2 5-3,19

Кремний 0,98-1,9

Марганец 0,81-2,03

Никель 14,9-18,1

Хром 0,5-2,0

Медь 6,06-9,04

Алюминий 0,01-0,3

Магний 0,01-0,07

Кальций 0,02-0 15

Редкоземельные металлы 0,01-0,08

Барий 0,01"0,1

Тантал 0,003-0,02

Ниобий 0,005-0,2

Железо Остальное

Кремний является графитиэирующим элементом, способствующим кристаллизации чугуна по стабильной системе, Вместе с тем при его содержании в модифицированном чугуне выше приведенного предела при затвердевании тон949965 костенного литья кремний, в свою очередь, может способствовать образованию силикокарбидов, ухудшающих коррозионные свойства аустенитных чугу5 нов.

Нижнее содержание кремния определяется тем обстоятельством, что при более низком содержании кристаллизация чугуна проходит в основном по ме- р тастабильной системе.

Никель один из основных элементов, стабилизирующих аустенитную металлическую основу. Он положительно влияет на коррозионные свойства и механические свойства чугуна. Никель способствует кристаллизации чугуна по стабильной системе. Вместе с тем никель повышает температуру эвтектической кристаллизации и тем самым значительно понижает жидкотекучесть чугуна.

Медь — элемент значительно повышает коррозионную стойкость чугуна, Медь, как и никель, стабилизатор аус" у5 тенита. Однако содержание меди в чугуне зависит от ее растворимости в аустенитной матрице, на которую положительно влияет никель, Марганец как стабилизатор аустенита вдвое эффективнее, чем никель.

Однако, одновременно с этим он способствует кристаллизации чугуна по метастабильной системе, входит в состав сложных карбидов. Содержание мар3 ганца в чугуне определяется скоростью охлаждения отливки и количеством графитизирующих элементов в чугуне.

Хром в чугуне повышает его износостойкость, находясь в растворе, стабилизирует аустенит. Однако содержание хрома в чугуне ограничивается ввиду образования в структуре чугуна сплошной карбидной сетки по границам .зерен, приводящей к существенному ухудшению механических, технологических и коррозионных свойств чугуна.

Тантал повышает степень дисперсности карбидных включений, снижая тем самым микроликвидацию легирующих элемен 50 тов, которая приводит к ухудшению коррозионных свойств чугуна. Пределы содержания тантала в чугуне определяются с учетом следующих факторов: при его содержании, превышающем верх ний предел, тантал уже способствует кристаллизации 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 карбидному включению, способствует повышению пластических свойств чугуна, очищению границ зерен от нитридных включений.

Содержание ниобия в чугуне зави" сит от скорости охлаждения, а также от уровня дегазации чугуна в связи с повышением его средством к азоту.

При повышенных скоростях охлаждения при 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 модифицирующим элементом и вместе с тем интенсивным графитизирующим элементом в модифицированном чугуне, Чугун, модифицированный 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 дегазированного. жидкого чугуна. Верхнее содержание бария определяется его растворимостью в аустенитной металлической основе, а также его содержанием в графитных включениях шаровидной формы °

Сера и фосфор являются примесями, и их содержание определяется исходным составом чугуна и действием ис" пользуемые модификаторов.

Таблица!

Р плав-ки

С Si Ni Mn Cr Cu Ba Nb Ta Al, Sn Ca И8

3 ° 19 I >90 ) 8 ° 1 2>03 2>0 9>04 0> 10 0>20 0>02 0>30

2 2,82 ),59 !5,06 1,31 1>31 7 ° 49 0,04 0,11 0,01 0,12

3 2,50 0,98 14,90 0,81 0,50 6>06 0,01 0,005 0.,003 0,01

0,15 0,07

0,06 0,04

0,02 0,01

0,03 0,03 0,02

6,54

4 3,20 2,06 14,25 1,48 0,01

0,01

5 2,62 3, 37 1 6,81 О, 30 1,74 9,32

0,06

0,26 0,10 0,12 табл.!

Продолкение

t Р>М

Химический состав, Х

Механические свойства

Относительное удлинение, Х

Ударная

Вязкость > хги/си

Твердость, НВ

Предел дрочности на разрыв, кгс/иие

26>0-24,6

19-20

143

42>1 43>5

47,2-48,4

0,08

18,2-20,1. 152

20,9-2),7

0 05

43,8"45,) 149

20,2-2),i

1!,3-12,2

22,8-23,0

12,0-12,6

12,5-13,5

0,0!

175

0,03 0,0! 41,6-41, 1

11,8"12,6

167

5 0>03 0,04 4)>2-42,0

5 94

Плавку чугуна проводили в печи

ИЧТ-.0,06. В качестве шихты использовали литейные чугуны, передельные чугуны, гостовские ферросплавы, никель, медь, сталь 20, графит, специальные присадки, алюминий.

Температура перегрева металла при о, плавке не превышала 1480-1550 0> Модифицирование проводили в ковше комплексным модификатором, содержащим магний, кальций, РЗМ, кремний, барий и железо (плавки 1 — 3), модификато- ром, содержащим кальций, магний, кремний, алюминий, железо с добавлением металлического иттрия (плавки Н .4-5).

Модификатор вводили на дно ковша вместе с плавиковым шпатом. Заливку опытных отливок и образцов проводили при температуре 1350-1400 С. Для замера температуры использовали термопары ПП. Химический состав выплавленных чугунов и механические свойства приведены в табл.1. Состав 1,2 3 соответствует составу предлагаемого

9965 6 чугуна, но с различной степенью легирования. Состав 4,5 — известный чугун. Образцы для исследования меха5 нических свойств вырезали из клиновидных проб длиной 370 мм, высотой

140 мм, шириной 50 мм (верх) и

30 мм (низ),- отливаемых с прибылями.

Образцы для исследования коррозионных свойств и определения микроструктуры чугуна вырезали из литых пластин толщиной 10 мм, шириной 50 мм, длиной 250 мм, Микроструктурный анализ показыва15 ет, что предложенный чугун обладает значительно меньшим количеством карбидных включений, чем известный чугун (табл.2).

Испытание предложенного чугуна в

20 нефти. с постоянным насыщением ее сероводородом при температуре +100 С показали его высокую коррозионную стойкость, которая в 4-5,7 раз выше коррозионной стойкости известного чу2S гуна (табл.3).

949965

Т а б л и ц а 2

Площадь, занятая графитом, ГОС .Г

3443-77 плавки обозначеобозначение ние

Г6

Ц4

Г4

Ц4

Г4

Ц4

Г2

15 ро

Г2

Ц25

Таб лица 3

Площадь ПродолПотеря веса, г

Р плавки

У образца жит.испытаний,ч

О 0007 0,0059 0,0069

0,0005 0,0042 0,00495

0,0008 0,0069 0,0081

2673

100

2590

100

2647

100

2-,1

2 — 2

3 — 1

2598

0,0004 0,0033 0,0039

100

2558

100

0 0012 0,0103 0,0120

0,0015 0,0125 0,0132

0,0112 0,0450 0,0526

3-2

2596

100

4 — 1 2513

4-2 2625

100

100 0,0124 0,0474 0,0556

5 — 1 2411

100 010121 Оэ 0502 Оэ0591

5- 2 2459

0,0159 0,0645 0,0760

100

Корректор Л. Пилипенко

Техред М.Иоргентал

Редактор Н.Сильнягина

Тираж 594 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3401

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

1-1 .1 -2 поверхности образна, 2 мм

Площадь, занятая цементитом, ГОСТ

3443-77

Весовой показатель коррозии, г/м ч

Проницаемость мм/год

Бал коррозии по

ГОСТ 52

72-50