Результат интеллектуальной деятельности: Сплав на основе титана

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к созданию свариваемых сплавов на основе титана, обладающих высокой стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в окислительных средах в условиях высоких температур, в солесодержащих средах с pH 2,5-4,0 и температурой до 250°C.

Сплав предназначен для изготовления труб при использовании их в качестве теплопередающих элементов водяных парогенерирующих аппаратов атомных энергетических установок, нефтеперерабатывающей и нефтехимических предприятий.

Известен сплав на основе титана, содержащий, мас.%: рутений 0,005-0,10, палладий 0,005-0,10, никель 0,01-2,0, хром 0,01-2,0, ванадий 0,01-2,0, остальное титан (патент RU, 2464334, С22С 14/00, опубл. 28.06.2011).

Известен сплав на основе титана, содержащий молибден 2,0-3,0, палладий 0,1-0,2, тантал 6-8%, алюминий 0,1-0,2, остальное титан (патент RU, 2346071, С22С 14/00, опубл. 29.05.2007).

Недостатками этих сплавов является возникновение трещин в сварных соединениях.

Известен также сплав на основе титана, содержащий, мас.%: углерод 0,08, азот 0,03, водород 0,015, кислород 0,25, железо 0,25, палладий 0,12-0,25, титан - остальное (Grade 7 по ASTM B 265-98). Недостатком этого сплава является низкая прочность.

Известен также сплав на основе титана, содержащий, мас.%: алюминий 2,5-3,5, ванадий 2,0-3,0, палладий 0,04-0,08, углерод 0,08, азот 0,03, водород 0,015, кислород 0,18, железо 0,25, титан - остальное (Grade 17 по ASTM B 265-98). Недостатком этого сплава является склонность к растрескиванию сварных соединений в морской среде из-за повышенного содержания кислорода.

Никель, железо, хром, молибден, присутствующие в перечисленных сплавах, снижают свойства сварных швов.

Наиболее близким по технической сущности и содержанию ингредиентов является свариваемый сплав на основе титана (прототип), содержащий, мас.%: алюминий 1,8-2,5; цирконий 2,0-3,0, углерод 0,10; железо 0,25; кремний 0,12; азот 0,04; кислород 0,15; водород 0,006 (ГОСТ 19807-91, Титан и сплавы титановые деформируемые).

Недостатком этого сплава является склонность к питтинговой и щелевой коррозии при использовании их в качестве теплопередающих элементов водяных парогенерирующих аппаратов при повышенном солесодержании теплоносителя.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание сплава, обладающего более высокой стойкостью против щелевой и питтинговой коррозии в окислительных средах в условиях высоких температур и средах с высоким солесодержанием при температуре до 250°C и pH 2,5-4,0.

Технический результат достигается за счет того, что сплав на основе титана, содержащий алюминий, цирконий, углерод, железо, кремний, азот, кислород, водород, дополнительно содержит палладий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Палладий в пределах 0,05-0,15 вводится для повышения стойкости против общей, щелевой и питтинговой коррозии в водных растворах хлоридов при температуре до 250°C и в окислительных средах в условиях высоких температур.

Палладий - наиболее эффективен для образования на поверхности титана устойчивой пассивной пленки.

Коррозионная стойкость титана зависит от образования пассивной пленки на поверхности элементов оборудования из титановых сплавов. Палладий обеспечивает более устойчивую пассивность сплава за счет снижения перенапряжения реакции выделения водорода. Вследствие этого электрохимический потенциал смещается в область устойчивой пассивности сплава и это исключает опасность питтингообразования и повышает стойкость против общей и щелевой коррозии.

Пример выполнения.

Были выплавлены слитки из заявляемого сплава и сплава-прототипа (таблица 1). Слитки ковали на плиты и прокатывали в листы толщиной 4,0 мм, из которых затем изготавливали образцы размером 4×35×35 мм для проведения коррозионных испытаний на общую, щелевую и питтнговую коррозию.

Коррозионные испытания проводили в автоклаве в среде 20% раствора NaCl при температуре 250°C в течение 2×10³ часов.

Результаты испытаний приведены в таблице 2.

Оценка склонности к щелевой коррозии произведена по результатам измерения потери массы более 8×10^-4 г/см²час для известного сплава, 1×10^-4 г/см²час для предлагаемого сплава.

Оценка склонности к питтингу выполнена визуально при осмотре поверхности образцов с использованием оптического микроскопа при двенадцатикратном увеличении. Выявляли размер обнаруживаемого поражения на предлагаемом сплаве, диаметр поражения 0,05 мм. На образце сплава-прототипа обнаружены питтинговые поражения поверхности в диаметре более 2,0 мм.

Оценка склонности к общей коррозии произведена по результатам изменения массы, которая составила 0,24 г для сплава - прототипа и (0,05÷0,12) г для предлагаемого сплава.

Представленные результаты показывают, что по стойкости против общей, щелевой и питтинговой коррозии предлагаемый сплав превосходит известный сплав.

Предлагаемый сплав увеличит ресурс изделий в солесодержащих растворах при температуре до 250°C в 8-10 раз.