ПОРОШКОВЫЙ ИЗНОСО- КОРОЗИОННО-СТОЙКИЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА
WEAR-AND-CORROSION-PROOF IRON-BASED POWDER

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым коррозионно-стойким материалам на основе железа, используемым для изготовления рабочих органов (ступеней), работающих в агрессивных абразивсодержащих средах, например, в нефтедобывающей, химической промышленности.
Известен материал ступени погружного насоса, следующего состава:
С - 0-1,5%, Ni - 0,5-15%, Мо - 0-2,5%, Cu - 10-20% (Патент №2193115, (Патент №2193115, F04D 13/08, С22С 33/02, опубл. 20.11.2002). Недостатком этого материала является низкая коррозионная стойкость.
Наиболее близким к заявляемому материалу является порошковый коррозионно-стойкий материал на основе железа, содержащий до 2,0% углерода, 4-9% никеля, до 1,8% молибдена, 7-15% хрома, 15-25% меди (Патент РФ №2411298, С22С 33/02, С22С 1/04 опубл. 10.02.2011). Недостатком этого материала является его низкая стойкость к гидроабразивному изнашиванию, что ограничивает область его применения.
Настоящее изобретение решает задачу повышения износостойкости материалов в условиях гидроабразивного изнашивания.
Поставленная задача достигается тем, что порошковый коррозионно-стойкий материал на основе железа содержит хром, никель, молибден, углерод и медь при следующем соотношении, мас.%:
Хром
0,5-6,9
Никель
0,5-3,9
Молибден до
1,5
Углерод до
1,0
Медь
10-25
Железо
остальное
Медь в материал вводят методом инфильтрации.
Возможность осуществления изобретения может быть показана на примере получения материала ЖГр0,4Х5Н3 Д20-пр с оптимальным содержанием компонентов в заявляемых пределах.
Для получения материала порошки исходных компонентов смешивают с сухой смазкой, полученную смесь прессуют при давлении 400-600 МПа. Пористость образцов после прессования составляет 15-18%.
Спекание проводят в восстановительной атмосфере или вакууме при температуре 1150±10°C, совмещая с инфильтрацией медью.
Гидроабразивные испытания проводили на секции насоса ВНН5-25, состоящей из 24 ступеней ВНН5-25, изготовленных из материала заявляемого состава, а также аналога и прототипа, на вертикальном стенде для испытаний насосных секций в водной среде с добавкой 10 г/л кварцевого песка в течение 5 часов. Скорость вращения двигателя составляла 6000 об/мин. Скорость изнашивания определяли по изменению массы ступеней в процессе испытаний.
Коррозионные испытания материалов проводили по ГОСТ 9.506-87 электрохимическим методом в динамических (перемешивание раствора с помощью магнитной мешалки) условиях при 80±3°C в модельной среде нефтедобычи (3% водный раствор NaCl) при pH 6,6.
Результаты испытаний, приведенные в таблицах 1 и 2, показали, что скорость изнашивания предлагаемого материала в водно-абразивной среде на 28% ниже прототипа и на 8,8% ниже аналога. При этом коррозионная стойкость заявляемого материала в различных модельных средах превосходит прототип и аналоги.
Таблица 1
Скорость изнашивания ступеней ВНН5-25 при гидроабразивных испытаниях
Материал ступени
Скорость изнашивания, г/ч
ЖГрО,4Н4МД15-пр (аналог)
5,44
Х12Н8МД20-пр (прототип)
6,4
ЖГр0.4Х5НЗД20-пр
5,0
Таблица 2
Скорость коррозии материалов в 3% водном растворе NaCl,
Материал
Скорость коррозии, г/м<sup>2</sup> ч
ЖГрО,4Н4МД15-пр (аналог)
1,05
Х12Н8МД20-пр (прототип)
0,69
ЖГрО,4Х5Н4Д20-пр
0,58