Сплавы на никелевой основе

Сплавы на никелевой основе

        Интенсификация существующих и развитие ряда новых технологических процессов в химической и нефтехимической промышленности с более высокими параметрами по температуре, давлению и агрессивности сред, а также ужесточение норм по охране окружающей среды, стимулируют потребность в материалах с более высокими служебными характеристиками.
        Для данных отраслей, где рабочие среды (HCl, H₂SO₄, HNO₃ + HF, FeCl₃, H₂SiF₆ и др.) характеризуются особо высокой агрессивностью, в том числе при повышенных температурах, когда коррозионностойкие стали и сплавы на железохромоникелевой основе недостаточно стойки, в России и за рубежом разработана и внедрена большая группа коррозионно-стойких сплавов на основе никеля.
        Для никеля характерно благоприятное сочетание свойств: высокой коррозионной стойкости во многих агрессивных средах, высоких механических свойств, хорошей обрабатываемости в горячем и холодном состоянии. Никель обладает способностью растворять в большом количестве многие элементы, такие как хром, молибден, железо, медь. Наиболее важными легирующими элементами в коррозионностойких никелевых сплавах являются хром, молибден и медь.
        Коррозионная стойкость одних никелевых сплавов связана с пассивностью, а других — с тем, что они имеют достаточно высокий равновесный потенциал и не замещают водород в кислых средах. Этим объясняется большое число сред, в которых никелевые сплавы могут с успехом использоваться: кислоты, соли и щелочи (как с окислительным, так и с неокислительным характером), морская и пресная вода, а также атмосфера.
        Коррозионностойкие никелевые сплавы относятся к следующим трем основным системам легирования: Ni-Mo; Ni-Cr и Ni-Cr-Mo.
        Современные высоколегированные свариваемые структурностабильные коррозионностойкие сплавы на основе никеля включают:
        - никельмолибденовые сплавы марок (Н65М-ВИ (ЭП982-ВИ), Н70МФВ-ВИ (ЭП814А-ВИ), Hastelloy В-2, Nimofer S6928), имеющие исключительно высокую стойкость в средах неокислительного характера — в соляной, фосфорной, серной кислотах, влажном хлористом водороде, органических кислотах при повышенных температурах (рис. 1, а, б).
        - никельхромомолибденовые сплавы (марок  ХН65МВ, ХН65МВУ, ХН63МБ, Хастеллой С-276 (HASTELLOY C-276), ХН56МД, Hastelloy C-22, Nicrofer 5923hMo), обладающие высокой коррозионной стойкостью в широкой гамме высокоагрессивных сред окислительного и восстановительного характера (рис. I, б-д); в водных растворах хлоридов меди (до 20 %) и железа (до 35 %); растворах серной, фосфорной, уксусной и муравьиной кислот, загрязненных ионами хлора и фтора; в сухом хлоре; мокром хлористоводородном газе; в кремнефтористоводородной кислоте; в смесях кислот и других агрессивных средах;
        - никельхромовые сплавы [марок ХН58В (ЭП795), Nicrofer6030], имеющие высокую стойкость в растворах азотной кислоты в присутствии фториона при высоких температурах (рис. 1, г).
        
        
        

Составы сплавов характеризуются сбалансированным содержанием основных (Мо, Cr, Cr + Мо) и дополнительных (V, W, Fe) легирующих элементов, а также регламентированно низким содержанием в них примесных элементов (С, Si, S, Р). Это обеспечивает сплавам высокую стойкость против общей коррозии в соответствующих средах и против различных видов локальной коррозии, технологичность при изготовлении различных видов металлургической и машиностроительной продукции.
        Наряду с высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах никелевые сплавы имеют ряд других особенностей, к которым относятся: высокая пластичность от отрицательных температур до 1200 °С, в 1,5—2 раза более высокие значения прочностных свойств, твердости и электросопротивления, чем у стали 12Х18Н10Т, и в 1,5-2 раза более низкие значения температурного коэффициента линейного расширения (Ni-Mo сплавы) и теплопроводности, чем у широко распространенных коррозионно-стойких сплавов на основе железа. Сплавы немагнитны, они обладают способностью к деформации в горячем и холодном состоянии, обрабатываются механическими способами и свариваются.
        Опыт эксплуатации показывает, что применение материалов данной группы для сред с высокими параметрами агрессивности позволяет существенно увеличить срок службы и эксплуатационной надежности ответственного химического оборудования.
        Сравнительное исследование отечественных сплавов на основе никеля (марок Н65М-ВИ; ХН65МВ; ХН63МБ) с зарубежными сплавами близкого состава (соответственно: Hastelloy B-2, Nimofer 6928; HASTELLOY C-276; Nicrofer 57l5hMoW; Hastelloy C-22; Nicrofer 5923 hMo), проведенное в ЦНИИЧМ и НИИхиммаше, показало, что первые не уступают, а в ряде случаев превосходят последние по комплексу эксплуатационных свойств.
        В данной группе сплавов, имеющих однофазный твердый раствор с ГЦК-решеткой, высокий уровень механических свойств может быть достигнут за счет холодной пластической деформации.
        В другой группе сплавов на основе никеля и железа высокий уровень прочностных свойств достигается за счет дисперсионного твердения при легировании их алюминием, титаном или ниобием.
        Свариваемость никелевых и железоникелевых сплавов, упрочняемых дисперсионным твердением, в большинстве случаев ограничена из-за склонности сложнолегированных сплавов к трещинообразованию в температурном интервале старения. Критерием склонности дисперсионно-твердеющего сплава к трещинообразованию в околошовной зоне сварных соединений является длительность изотермической выдержки, приводящей к появлению трещин. Повышенное содержание железа в сплавах этого типа (например, ЭП666) обеспечивает повышенную пластичность сплава в диапазоне температур старения (650—850 °С). Высокой деформационной способности этого сплава при данных температурах способствует также то, что упрочнение в данном случае достигается за счет ниобийсодержащей γ′- фазы, кинетика образования которой предпочтительнее по сравнению с γ′- фазой на основе титана.