МГ ARMTORG, Юлдашев И. Т. 5 российских аналогов суперсплавов для машиностроения

МГ ARMTORG, Юлдашев И. Т. 5 российских аналогов суперсплавов для машиностроения...

Уважаемые читатели, редакция журнала «Вестник арматуростроителя» предлагает вашему вниманию 5 российских аналогов суперсплавов и сталей, используемых в арматуростроении. Дело в том, что сегодня многие изготовители трубопроводной арматуры не владеют в полном объеме информацией об отечественных аналогах известных суперсплавов. А ведь в некоторых случаях российские разработки являются превосходящими образцы сплавов иностранных брендов.

С чего все начиналось?

Начнем с истории. Первые сведения о применении арматуры для управления потоками рабочей среды появились во времена возникновения письменности в Китае, Индии, Египте, а археология располагает данными о том, что человек занимался металлургией уже к VI–V тыс. до н. э. Поэтому будем считать, что рождение сплавов относится к 3500-м гг. до н. э., когда, научившись добывать медь и олово из горной породы и получать сплав, человечество вступило в бронзовый век.

В бронзовом веке (III–I тыс. до н. э.) распространение получили изделия и орудия труда из сплавов меди с оловом (оловянная бронза). Этот сплав является древнейшим, выплавленным человеком. Считается, что первые изделия из бронзы получены восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углем. Значительно позже бронзы стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов (алюминиевые, бериллиевые, кремненикелевые и др. бронзы, сплавы меди с цинком, называемые латунью, и др.). Бронзы применялись вначале для производства оружия и орудий труда, затем для отливки колоколов, пушек и т. д. В настоящее время наиболее распространены алюминиевые бронзы, содержащие 5–12% алюминия с добавками железа, марганца и никеля.

Вслед за медью человек стал использовать железо. Получение железа из руды и выплавка металла на основе железа были гораздо сложнее. Считается, что технология была изобретена хеттами примерно в 1200 г. до н. э., что стало началом железного века. В расшифрованных хеттских текстах XIX в. до н. э. упоминается о железе как о металле, «упавшем с неба». В конце II тыс. до н. э. железо появилось в Закавказье. В степях Северного Причерноморья в VII—I вв. до н. э. обитали племена скифов, создавшие наиболее развитую культуру раннего железного века на территории России и Украины.

Несмотря на то, что история металлургии уходит своими корнями в глубокую древность, суть самого процесса производства металлов практически не изменилась: она заключается в извлечении ценных металлов из руды и переплавке извлеченного сырья в чистый металл.

Любое производство, от самого маленького до крупного, имеет дело со сплавами металлов, а не с чистыми металлами. Ведь даже широко распространенная сталь является сплавом.

Мы не будем углубляться в материаловедение и описывать абсолютно все сплавы, да это и невозможно в пределах одной статьи. Сегодня мы рассмотрим пятерку суперсплавов, представляющих собой особый класс материалов.


СУПЕРСПЛАВЫ — это сплавы, как правило, на основе элементов VIII группы периодической системы, разработанные для эксплуатации при повышенной температуре под воздействием сравнительно высоких механических нагрузок в условиях, при которых от материала часто требуется высокая поверхностная стабильность.

Различают три основных класса суперсплавов в соответствии с их основой: никелевые, кобальтовые и суперсплавы на основе железа. Кроме того, выделяют важную подгруппу суперсплавов, содержащих в значительных количествах и никель, и железо и обладающих металлургическими характеристиками, аналогичными таковым у сплавов на основе никеля. Их называют железоникелевыми суперсплавами.

Из широкого набора металлургических материалов, поставляемых на рынок, суперсплавы эксплуатируют при температурах, наиболее близких к температуре плавления. Суперсплавы, несомненно, чаще всего используются в изготовлении газовых турбин. Однако, помимо газовых турбин воздушного, морского, автомобильного транспорта и промышленного назначения, суперсплавы находят применение в паровых теплоцентралях и нефтехимическом оборудовании. Многие суперсплавы (возможно, 15–20% из них) разработаны для использования в качестве коррозионно-стойких материалов, также используемых в арматуростроении.

Что есть сейчас

Началом истории суперсплавов можно считать 1929 г., когда впервые в известный нихром 80/20 компания «Бедфорд и Пиллинг» (Bedford & Pilling) дополнительно легировала небольшими добавками титана и алюминия разработанный ранее жаростойкий хромоникелевый сплав с ГЦК-решеткой. Введение этих элементов обеспечило существенный прирост сопротивлению ползучести.

К 1941 г. В Англии был разработан сплав на основе никеля Nimonic 75, через год Nimonic 80 с более высоким содержанием титана, а затем Nimonic 80А, впервые дисперсно-упроченный выделениями Y-фазы конструктивной решетки. Сплав Nimonic 80А явился прототипом первого российского жаропрочного сплава ХН77ТЮ превосходящего по характеристикам английский сплав. История знает немало подобных случаев, когда конечная отечественная продукция была на порядок лучше выпущенных ранее иностранных продуктов.

Специалистам хорошо известны звучные названия иностранных производителей Stellite, Hastelloy, Monel и пр., но мало кто знает о том, что на отечественном рынке металлургии и суперсталей есть аналоги, которые в некоторых случаях по физическим характеристикам даже превосходят своих зарубежных «братьев».


СТЕЛЛИТ

Сплав стеллит (англ. Stellite) — сверхтвердый сплав на основе кобальта и хрома с добавками вольфрама и/или молибдена для напыления и наплавки деталей машин, станков и инструмента с целью повышения износостойкости, для изготовления режущего инструмента. Применяется также как элемент сварной конструкции для защиты наиболее изнашиваемых частей готовой детали (входных кромок рабочих лопаток паровых и газовых энергетических турбин). Обладает высокой коррозионной, кавитационной стойкостью и твердостью.

Стеллит (Stellite) — это защищенная торговая марка твердых сплавов на основе кобальта и хрома, принадлежащая группе компаний KennametalStelliteGroup (Канада). Был изобретен Элвудом Хейнсом в 1907 г.

Стеллит характеризуется высокой твердостью (48 HRC), сохраняющейся при повышенных температурах (свыше 600°C), износостойкостью и коррозионной стойкостью.

Российскими аналогами изготовления сверхтвердого сплава являются ПР-ВЗК и ПР-ВЗК-Р (выпускаются по ГОСТ 33258-2015). Они обладают достаточно высокой износостойкостью при воздействии высоких температур, механических нагрузок, при влиянии химической среды. Ряд отраслей промышленности, включая и нефтяную, используют свойства этих сплавов для решения сложных проблем, связанных с износом и коррозией.

Наплавочные работы сплавов ПР-ВЗК и ПР-ВЗК-Р выполняются как на вновь изготовляемых деталях, когда деталь производится из углеродистой, легированной стали или чугуна, так и при восстановлении изношенных в процессе эксплуатации поверхностей и рабочих кромок. Продолжительность срока службы восстановленных с помощью твердых сплавов деталей увеличивается по сравнению с новыми минимум в три раза. Стоимость же восстановления не превышает 25–30% от стоимости новой детали. Предельная температура нагрева наплавки из стеллита ВЗК-Р — 800°C, а ВЗК – 750°C.

Предприятия-изготовители на отечественном рынке — АО «Металлургический завод «Электросталь» (г. Электросталь) и ООО «РедМетСплав» (г. Екатеринбург).


ХАСТЕЛЛОЙ

Сплав хастеллой (англ. Hastelloy) — наименование группы сплавов на основе никеля, имеющих высокую стойкость к коррозии. Основным предназначением данных сплавов является успешная деятельность при высочайших температурах и давлениях, а кроме того, в ситуациях контакта с агрессивными веществами, если обыкновенные либо более дешевые сплавы надлежащим образом не удовлетворяют технологическим запросам, к примеру, при оборудовании атомных реакторов, разных химических реакторов, труб и клапанов в химической индустрии. Зачастую используется газотермическое покрытие подобных сплавов.

Хастеллой (Hastelloy) — это защищенная торговая марка твердых сплавов на основе никеля, принадлежащая фирме HaynesInternational, Inc (США).

Хастеллой наделен высокой сопротивляемостью к различным коррозийным образованиям, в том числе к щелевой коррозии, локальной коррозии избирательного характера, и не подвержен коррозионному растрескиванию под давлением, под большими температурами. Плотность сплава — 8,61 г/см3. Интервал плавления — 1351–1387°С.

Российским аналогом сплавов на основе никеля является марка ХН65МВ по ГОСТ 5632-72, которая отличается высокими показателями коррозийной стойкости при контакте с атмосферной, почвенной и химически агрессивной средой. Сплав ХН65МВ широко применяется в целлюлозно-бумажной, химической, нефтехимической (детали химической аппаратуры) и других отраслях промышленности. Очень часто его используют для производства сварных узлов и деталей, работающих в радиоактивных зонах; центробежнолитых труб, предназначенных для изготовления змеевиков трубчатых печей установок производства аммиака, этилена, водорода, сероуглерода. Плотность сплава 8,9 г/см3. Интервал плавления — 950–1220°С.

Предприятие-изготовитель на отечественном рынке — ЗАО «Уральский завод специальных труб» (г. Новоуральск).


МОНЕЛЬ

Монель (англ. Monel) — серия сплавов на основе никеля, содержит до 67% никеля и до 38% меди. Монель обладает коррозионной стойкостью, пластичностью, высоким пределом прочности. Его применяют в химической, нефтяной, судостроительной, медицинской промышленности, в аппаратостроении для защиты от коррозии. Небольшие добавки алюминия и титана создают сплав с такой же коррозионной стойкостью, но с гораздо большей прочностью. Свойства сплава монель обусловливают его применение. Монель-металл, обладающий высокой коррозионной стойкостью во многих средах, применяется для изготовления деталей, работающих во всякого рода агрессивных средах. Низкая скорость коррозии в естественной морской и пресной воде определила широкое использование сплава монель в судостроении. Также данный коррозионно-стойкий медно-никелевый сплав нашел применение в нефтяной, химической и медицинской промышленности. Монелевые трубы, например, применяются при создании трубопроводов. Плотность сплава — 8,82 кг/м3. Температура плавления — 1350°С.

Монель (Monel) — это защищенная торговая марка твердых сплавов на основе кобальта и хрома, принадлежащая компании SpecialMetalsCorporation (США).

Российским аналогом является медно-никилевый сплав НМЖМц 28-2,5-1,5 по ГОСТ 492-73. Сплавы этого типа стойки в растворах нейтральных, щелочных и слабокислых солей, угольной, соляной, серной, азотной и уксусной кислот. Сплав устойчив против большинства органических кислот и практически не корродирует в нейтральных и щелочных растворах органических соединений. Также данный сплав стоек в растворах щелочей и атмосфере сухих газов при комнатной температуре.

Со свойствами сплава связано его применение. НМЖМц 28-2,5-1,5 — металл, обладающий высокой коррозионной стойкостью во многих средах, он применяется для изготовления деталей, работающих во всякого рода агрессивных средах.

Низкая скорость коррозии в естественной морской и пресной воде определила широкое использование сплава в судостроении. Этот сплав применяется в нефтяной, химической и медицинской промышленности. Плотность сплава — 8,82 кг/м3. Температура плавления — 1350°С.

Предприятие-изготовитель на отечественном рынке — завод «Уралпрокат» (г. Екатеринбург).


ИНКОНЕЛЬ

Инконель (англ. Inconel) — семейство аустенитных никельхромовых жаропрочных сплавов, которые стойки к окислению и коррозии. При нагреве инконеля на его поверхности образуется тонкая устойчивая пассивирующая окисная пленка, предохраняющая поверхность от дальнейшего разрушения. Инконель сохраняет прочность в широком промежутке температур, поэтому подходит там, где не подходят алюминий или сталь. Сплавы хорошо зарекомендовали себя в двигателестроении и впоследствии непрерывно совершенствовались, главным образом за счет легирования тугоплавкими металлами. В настоящее время сплав инконель широко применяется в авиакосмической и атомной промышленности. В частности, он используется в газовых турбинах, реактивных двигателях, ядерных реакторах, сосудах высокого давления благодаря высокой стабильности его механических свойств при повышенных температурах (до 800°С). Плотность сплава — 8,19 г/см3. Интервал плавления — 1260–1336°С.

Инконель (Inconel) — зарегистрированный торговый знак компании SpecialMetalsCorporation. Часто название сокращают до Inco (иногда — Iconel). Поскольку название запатентовано, другие фирмы выпускают аналоги сплава с разнообразными названиям, например Chronin 625, Altemp 625, Haynes 625, Nickelvac 625 и Nicrofer 6020.

Российским аналогом инконеля считается сплав на никелевой основе ХН60ВТ по ГОСТ 5632-72. Сплав является жаростойким благодаря значительной в его составе доле никеля и вольфрама. Рекомендуемые рабочие температуры для длительного использования изделий из этой стали — 1000–1100°С. Свариваемость ХН60ВТ не имеет ограничений. Сплав широко применяется при изготовлении вращающихся и статичных деталей турбин и двигателей (в том числе камер сгорания), сварочной проволоки и сварочных электродов. Помимо производства деталей двигателей, данный жаростойкий сплав применяется в термическом оборудовании. Сплав отличается высокой стойкостью к почвенной и атмосферной влаге, обладает коррозийной стойкостью в агрессивных химических средах и удельным электрическим сопротивлением. Никель выступает в роли некоего растворителя для других металлов, он и отвечает за пластичность и ковкость сплава. Колеблющиеся показатели характеристик обусловливаются содержанием таких химических элементов, как хром, никель с другими металлами, которые также определяют тугоплавкость и пластичность сплава. Практически уникальные возможности сплава сделали его популярным в широких кругах промышленных сфер. Плотность сплава — 8800 кг/м3.

Предприятие-изготовитель на отечественном рынке — ЗАО «Уральский завод специальных труб» (г. Новоуральск).


ДУПЛЕКС

Дуплекс (англ. Duplex) — нержавеющая сталь, которая используется в оборудовании, требующем исключительную прочность и устойчивость к коррозии. Обладает высокой устойчивостью ко многим кислотам, таким как муравьиная кислота, уксусная кислота, кислотам, содержащим хлориды. Этот сплав обладает хорошей устойчивостью к межкристаллитной коррозии. Благодаря своей ферритной части он очень устойчив
к коррозионному растрескиванию под напряжением в горячих хлоридсодержащих средах.

Первая сталь дуплекс была получена в 1930 г. в Швеции и Финляндии, запатентована она была в 1936 г. во Франции.

Химический состав дуплексных сталей таков, что в нем содержатся примерно равные количества ферритной и аустенитной составляющей в состоянии термообработки на твердый раствор. Чем выше температура отжига, тем выше содержание ферритной составляющей. Дуплексные стали более склонны к выделению сигма-фазы, нитридов и карбидов, чем соответствующие аустенитные стали, что является причиной охрупчивания и снижения коррозионной стойкости. Плотность сплава — 7,8 кг/м3. Интервал плавления 450—1520 °C.

Российским аналогом является сплав стали 12Х17 по ГОСТ 1133-71. Он относится к дуплексной нержавеющей стали, которая может представлять собой экономичную альтернативу некоторым известным сортам дуплексной нержавеющей стали, одновременно обеспечивая улучшенную коррозионную стойкость по сравнению с определенными сортами аустенитной нержавеющей стали, такими как аустенитные нержавеющие стали сортов 304, 316 и 317 по классификации AISI (Американский институт черной металлургии). Сплав 12Х17 находит применение, например, в коррозионных средах и может быть изготовлен в виде промышленных изделий, таких как лента, пруток, плита, лист, отливка, трубопровод или труба. Плотность сплава — 7,8 г/см3. Интервал плавления — 1260–1336°С.

Предприятие-изготовитель на отечественном рынке — АО «Белорецкий металлургический комбинат» (г. Белорецк).

На этом мы завершаем наш обзор. Конечно же, в одной статье невозможно описать всю массу полезных характеристик иностранных и отечественных суперсплавов, но мы постарались представить ту пятерку, которая известна широкому кругу специалистов.

Успехов всем!

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя», № 7 (42) 2017
Материалы других разделов по тегу российское производство

Статьи по тегу российское производство

  • Проект РОССИЙСКОЕ АРМАТУРОСТРОЕНИЕ ЭТЕРНО Проект РОССИЙСКОЕ АРМАТУРОСТРОЕНИЕ ЭТЕРНО


    Многие арматуростроители и конечные потребители нефти и газа знают завод «ЭТЕРНО» как одну из самых современных площадок по производству соединительных деталей трубопроводов. Новый цикл видеосюжетов посвящен именно ему — совместному проекту ЧТПЗ и «Р...
  • ООО Константа-2, Зерщиков Д. К. Новое поколение комбинированных уплотнений из композиционных материалов для запорной арматуры, для применения на объектах энергетики, нефтегазоперерабатывающей и химической промышленности ООО Константа-2, Зерщиков Д. К. Новое поколение


    Большое количество задач в технике связано с решением вопросов обеспечения герметичности узлов в отношении рабочих сред. Для решения этих задач используют уплотнения различных видов, одним из которых являются манжеты....
  • НПАА, О. Н. Шпаков, Отсечные клапаны НПАА, О. Н. Шпаков, Отсечные клапаны


    Проблема создания надежного аварийного отключения ядерного реактора на атомных подводных лодках была всегда актуальной. На первых сериях лодок для этой цели применялись самодействующие задвижки с гидроприводами, в которых в качестве рабочей среды исп...
  • Астима. Е. Ю. Синодов. Опыт эксплуатации применение сепараторов российского производства в пароконденсатных системах Астима. Е. Ю. Синодов. Опыт эксплуатации применение


    Сепаратор пара — устройство, предназначенное для осушения пара путем удаления из трубопроводов влаги, находящейся в виде пароконденсатной взвеси....

Интервью по тегу российское производство

Журнал Вестник Арматуростроения
Заводы 12 Стандартизация 15 Вестник арматуростроителя 23 Тулаэлектропривод 19 импортозамещение 11 видеорепортаж 12 Ямал СПГ 10 НПАА 32 ОМК 71 Теплоснабжение 11 Ремонт и реконструкция 40 Нефтепереработка 10 Инвестиции 40 Запорная арматура 25 Сертификация 55 Фобос 11 Нефтегаз-2016 11 Регулирующая арматура 14 Запорно-регулирующая арматура 18 Транснефть 74 Импортозамещение 113 Газпром 160 Шаровые краны 69 Клапаны 21 Трубы 39 Новинки и разработки 75 Тендеры и закупки 24 Модернизация производства 46 Контроль и испытания 21 Газ 29 Новое строительство 46 Выставки 34 Обучение и кадры 12 Автоматизация 14 Локализация 17 НИОКР 25 Инновации 31 Международное сотрудничество 76 СПГ 25 Приводы 15 Нефтегаз 13 Новинки 56 КТОК 24 Нефть и газ 83 Насосное оборудование 14 Сила Сибири 21 Армалит 19 ЧТПЗ 51 АДЛ 37 ТЭКО-ФИЛЬТР 22 Сумское НПО 30 РТМТ 21 РЭП Холдинг 11 ГОСТ 10 ОМЗ 12 Сплав 14 АЭМ-технологии 13 Роснефть 38 Темпер 11 Курганский арматуростроительный кластер 13 ЖКХ 17 АУМА 10 Ижнефтемаш 11 Ивано-Франковский арматурный завод 12 «АДЛ» 25 Трубная металлургическая компания 18 МК Сплав 70 Завод Трубодеталь 17 АЭС 31 ДС Контролз 16 выставка 75 Москва 24 МашСталь 10 ЦКБА 10 трубопроводная арматура 184 Danfoss 70 БКЗ 17 Барнаульский котельный завод 11 Судостроение 12 Astin BGM Group 11 нефть 31 Данфосс 89 Саранский приборостроительный завод 10 Санкт-Петербург 16 KSB 16 Задвижки 22 Camozzi 12 БАЗ 13 Волгограднефтемаш 38 Омский НПЗ 13 Ростовская АЭС 14 шаровой кран 11 Итоги года 14 Росатом 63 Атомэнергомаш 48 Минпромторг 25 ООО Паровые системы 10 Россия 30 Уралхиммаш 15 Emerson 18 Пензтяжпромарматура 22 AUMA 11 «Конар» 10 ООО «Приводы АУМА» 17 Корпорация «Сплав» 15 ARAKO 13 АБС ЗЭиМ Автоматизация 55 «Трубодеталь» 11 «Армалит» 13 водоснабжение 12 Hawle 17 ТМК 32 Гусар 25 Metso 10 ПОЛИПЛАСТИК 22 ТермоБрест 30 Росстандарт 15 НПО ГАКС-АРМСЕРВИС 22 Курганская область 26 ООО «РТМТ» 15 «ПРИВОДЫ АУМА» 11 модернизация 32 ВМЗ 21 Росводоканал 12 Первоуральский новотрубный завод 10 Трубодеталь 11 НОВАТЭК 15 LD 15 НПО ГАКС Армсервис 10 Благовещенский арматурный завод 10 ФРП 10 ПромАрм 20 Valve Industry Forum & Expo 10 ФАС 11 АБС Электро 30 Газ. Нефть. Технологии 15 ГУП ТЭК СПб 13 ПТПА 17 ПРИВОДЫ АУМА 10 электроприводы 31 Курган 22 Тюмень 15 Дайджест арматуростроителя 117 промышленность 10 ГЕАЗ 20 Китай 13 Курганский арматурный завод 10 Силовые машины 18 форум 14 VALTEC 37 семинар 30 ЗапСибНефтехим 20 Северсталь 13 Тяжпромарматура 20 Заметки редактора 39 Armtorg 20 газопровод 16 КОНАР 18 конкурс 26 ГАКС-АРМСЕРВИС 20 производство 18 ИФАЗ 14 HEAT&POWER 14 Астима 10 СИБУР 31 Нововоронежская АЭС 2 15 Хавле Индустриверке 11 Сумское машиностроительное научно-производственное объединение 22 тендер 10 интервью 26 юбилей 14 ПКТБА 10 регулирующие клапаны 17 Турция 10 аудит 17 ЧелябинскСпецГражданСтрой 16 экспорт 10 СеверМаш 10 Белорусская АЭС 19 нефтепровод 16 литейное производство 12 Арзамасский приборостроительный завод 11 РАСКО 16 НПФ РАСКО 21 Челябинск 13 ЧЗЭМ 12 аккредитация 11 Петербургский Международный Газовый Форум 12 Uni-Fitt 11 вебинар 12 конференция 40 Северный поток 2 20 АО «ОКБМ Африкантов» 11 ГК Римера 23 Казахстан 14 Денис Мантуров 11 Транснефть-Сибирь 10 сотрудничество 22 Viessmann 12 ЗиО-Подольск 12 Лукойл 17 Новое производство 15 машиностроительная корпорация СПЛАВ 10 Этерно 11 Владимир Путин 10 ремонт 12 новинка 28 Объединенная металлургическая компания 28 Выксунский металлургический завод 11 PCVExpo 12 HERZ 11 Группа ГМС 12 Газпром нефть 11 шаровые краны 12 трубопроводная арматура для АЭС 11 поставка 27 Aquatherm Moscow 21 строительство газопровода 14 Эго Инжиниринг 10 Группа ЧТПЗ 49 Нефтегаз 2017 15 Энергомаш (Чехов) - ЧЗЭМ 10 Минпромторг РФ 15 поставка оборудования 22 MIOGE 11 ИННОПРОМ 2017 10 атомная отрасль 22 российское производство 13 опыт эксплуатации 13