Alloy MP35N, 2.4999, UNS R30035 - stop niklu

Alloy MP35N, 2.4999, UNS R30035 - stop niklu według AMS 5844 i API 6ACRA

MP35N, 2.4999 – opis

Alloy MP35N (UNS R0035) to niklowo-kobaltowo-chromowo-molibdenowy, wysokowytrzymały, umacniany wydzieleniowo nadstop, łączący niezwykle wysokie własności wytrzymałościowe w niskiej temperaturze, wysoką ciągliwość i wysoką odporność na korozję w szerokim zakresie środowisk korozyjnych, w tym odporność na korozyjne pękanie naprężeniowe w warunkach silnego naprężenia. MP35N jest umacniany przez obróbkę na zimno oraz umacnianie wydzieleniowe (starzenie). Obróbka na zimno powoduje przemianę fazową części roztworu w stanie stałym ze struktury krystalicznej fcc na strukturę heksagonalną hcp, co jest możliwe dzięki wysokiej zawartości kobaltu. Ta przemiana jest nazywana MultiPhase i stąd pochodzą litery MP w oznaczeniu stopu. Umacnianie wydzieleniowe stabilizuje obie fazy, dodatkowo wzmacniając stop. Jest to materiał o najwyższej wytrzymałości zatwierdzony przez NACE MR0175/ISO 15156 i  API 6ACRA na elementy konstrukcyjne pracujące w odwiertach gazu ziemnego.

Stop występuje w dwóch najważniejszych wersjach:

• Wersja dla przemysłu lotniczego opisana w normach AMS 5844 i AMS 5845
• Wersja dla przemysłu wydobywczego gazu / ropy opisana w normach NACE MR0175 / ISO 15156 i API 6ACRA

Przy czym wyroby zgodne z AMS 5844 dostarczane są w stanie ciągnionym na zimno do umacniania wydzieleniowego, a te zgodne z AMS 5845 oraz NACE MR0175 / ISO 15156 - w stanie ciągnionym na zimno i umocnionym.

Dalej wyroby ze stopu MP35N rozróżnia się ze względu na wytrzymałość na rozciąganie. Przykładowe wersje to 220ksi / 1517MPa czy też 265ksi / 1827MPa (spotykany jest zarówno zapis amerykański w ksi, jak i europejski w MPa). Osiągana wytrzymałość zależy od zakresu pracy na zimno i od obróbki cieplnej.

MP35N jest produkowany metodą indukcyjnego topienia próżniowego, po którym następuje próżniowe przetapianie łukowe.

Zastosowanie

Alloy MP35N wykorzystywany jest w przemyśle lotniczym na na elementy złączne, sprężyny i elementy konstrukcyjne (AMS 5844, 5845) oraz w przemyśle naftowo-gazowym na bardzo obciążone elementy konstrukcyjne np. wały napędowe do odwiertów naftowych oraz rury. Dodatkowo stop ten znajduje zastosowani w implantach chirurgicznych oraz w przemyśle morskim.

Własności fizyczne i mechaniczne

Własności fizyczne w temperaturze pokojowej:

• Gęstość: 8,43 g/cm³
• Temperatura topnienia: 1315-1440 °C

Współczynnik rozszerzalności cieplnej w podwyższonej temperaturze, od 20°C do:

• 100°C: 12,8 μm/m⋅K
• 200°C: 13,7 μm/m⋅K
• 315°C: 14,8 μm/m⋅K
• 425°C: 14,9 μm/m⋅K
• 540°C: 15,7 μm/m⋅K

Współczynnik przewodzenia ciepła:

• -184°C: 6,5 W/m · K
• -73°C: 9,1 W/m · K
• 20°C: 11,2 W/m · K
• 100°C: 12,7 W/m · K
• 200°C: 15,0 W/m · K
• 315°C: 17,0 W/m · K
• 425°C: 19,2 W/m · K
• 540°C: 21,3 W/m · K
• 650°C: 23,4 W/m · K

Oporność elektryczna:

• -184°C: 0,986 μΩ·m
• -73°C: 1,011 μΩ·m
• 20°C: 1,033 μΩ·m
• 100°C: 1,051 μΩ·m
• 200°C: 1,078 μΩ·m
• 315°C: 1,104 μΩ·m
• 425°C: 1,129 μΩ·m
• 540°C: 1,154 μΩ·m
• 650°C: 1,179 μΩ·m

Moduł sprężystości wzdłużnej stopu w stanie wyżarzonym:

• 20°C: 232,8 GPa
• 232°C: 216 GPa
• 482°C: 201 GPa

Moduł sprężystości wzdłużnej stopu w stanie po obróbce na zimno i starzeniu:

• 20°C: 234,8 GPa
• 232°C: 219 GPa
• 482°C: 201,3 GPa

Moduł sprężystości poprzecznej stopu w stanie wyżarzonym:

• 20°C: 83,36 GPa
• 232°C: 77,84 GPa
• 482°C: 70,60 GPa

Moduł sprężystości poprzecznej stopu w stanie po obróbce na zimno i starzeniu:

• 20°C: 80,95 GPa
• 232°C: 74,74 GPa
• 482°C: 67,78 GPa

Typowe własności mechaniczne alloy MP35N w temperaturze pokojowej w zależności od obróbki plastycznej na zimno i obróbki cieplnej:

• Odkształcenie po obróbce na zimno: 0 %
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 931 MPa
  • Granica plastyczności: 414 MPa
  • Wydłużenie: 70 %
  • Przewężenie względne: 70 %
  • Twardość: 8 HRC
• + umacnianie wydzieleniowe (4h w 540°C, AC)
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 931 MPa
  • Granica plastyczności: 414 MPa
  • Wydłużenie: 68 %
  • Przewężenie względne: 77 %
  • Twardość: 7 HRC
• Odkształcenie po obróbce na zimno: 15 %
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1069 MPa
  • Granica plastyczności: 814 MPa
  • Wydłużenie: 41 %
  • Przewężenie względne: 70 %
  • Twardość: 29 HRC
• + umacnianie wydzieleniowe (4h w 540°C, AC)
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1089 MPa
  • Granica plastyczności: 862 MPa
  • Wydłużenie: 70 %
  • Przewężenie względne: 33 %
  • Twardość: 7 HRC
• Odkształcenie po obróbce na zimno: 25 %
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1172 MPa
  • Granica plastyczności: 1034 MPa
  • Wydłużenie: 28 %
  • Przewężenie względne: 65 %
  • Twardość: 34 HRC
• + umacnianie wydzieleniowe (4h w 540°C, AC)
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1282 MPa
  • Granica plastyczności: 1207 MPa
  • Wydłużenie: 24 %
  • Przewężenie względne: 65 %
  • Twardość: 39 HRC
• Odkształcenie po obróbce na zimno: 35 %
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1336 MPa
  • Granica plastyczności: 1062 MPa
  • Wydłużenie: 22 %
  • Przewężenie względne: 67 %
  • Twardość: 42 HRC
• + umacnianie wydzieleniowe (4h w 540°C, AC)
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1400 MPa
  • Granica plastyczności: 1344 MPa
  • Wydłużenie: 21 %
  • Przewężenie względne: 62 %
  • Twardość: 43 HRC
• Odkształcenie po obróbce na zimno: 45 %
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1572 MPa
  • Granica plastyczności: 1303 MPa
  • Wydłużenie: 17 %
  • Przewężenie względne: 62 %
  • Twardość: 47 HRC
• + umacnianie wydzieleniowe (4h w 540°C, AC)
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1772 MPa
  • Granica plastyczności: 1731 MPa
  • Wydłużenie: 12 %
  • Przewężenie względne: 52 %
  • Twardość: 46 HRC
• Odkształcenie po obróbce na zimno: 53-55 %
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1827 MPa
  • Granica plastyczności: 1413 MPa
  • Wydłużenie: 12 %
  • Przewężenie względne: 50 %
  • Twardość: 47 HRC
• + umacnianie wydzieleniowe (4h w 540°C, AC)
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 2068 MPa
  • Granica plastyczności: 1999 MPa
  • Wydłużenie: 10 %
  • Przewężenie względne: 48 %
  • Twardość: 50 HRC
• Odkształcenie po obróbce na zimno: 65 %
  • Wytrzymałość na rozciąganie: 1931 MPa
  • Granica plastyczności: 1620 MPa
  • Wydłużenie: 11 %
  • Przewężenie względne: 49 %
  • Twardość: 50 HRC

Naprężenie zrywające - naprężenie powodujące zerwanie w danym czasie i temperaturze:

• Dla stopu umocnionego do 220 ksi (1517 MPa) wg. AMS 5844/5845
  • 540°C, 10h: 1288 MPa
  • 540°C, 200h: 1151 MPa
  • 540°C, 1000h: 951 MPa
  • 590°C, 10h: 1137 MPa
  • 590°C, 200h: 916 MPa
  • 590°C, 1000h: 661 MPa
  • 650°C, 10h: 916 MPa
  • 650°C, 200h: 641 MPa
• Dla stopu umocnionego do 268 ksi (1827 MPa) wg. AMS 5844/5845
  • 540°C, 10h: 1440 MPa
  • 540°C, 200h: 1233 MPa
  • 540°C, 1000h: 985 MPa
  • 590°C, 10h: 1219 MPa
  • 590°C, 200h: 951 MPa
  • 590°C, 1000h: 661 MPa
  • 650°C, 10h: 944 MPa
  • 650°C, 200h: 641 MPa

Wytrzymałość zmęczeniowa w teście R.R. Moore'a:

• Dla stopu umocnionego do 220 ksi (1517 MPa) wg. AMS 5844/5845
  • 10⁶h: 689 MPa
  • 10⁷h: 620 MPa
  • 10⁸h: 606 MPa
• Dla stopu umocnionego do 285 ksi (1827 MPa) wg. AMS 5844/5845
  • 10⁶h: 744 MPa
  • 10⁷h: 682 MPa
  • 10⁸h: 668 MPa

Udarność Charpy'ego stopu umocnionego do 280 ksi (1930 MPa) przez obróbkę na zimno z odkształceniem 49% i 4 h starzenia w temp 650°C:

• 20°C: 25,6 J
• -73°C: 23,2 J
• -129°C: 20,7 J
• -196°C: 21,8 J
• -253°C: 18,3 J

Odporność na korozję

Doskonała odporność na działanie kwasów azotowego, solnego, siarkowego, siarkowodoru, wody morskiej i mgły solnej. Wyjątkowa odporność na korozyjne pękanie naprężeniowe (SCC) i kruchość wodorową, nawet przy bardzo wysokim naprężeniu w uciążliwych środowiskowych korozyjnych . Wysoka odporność na korozję wżerową i szczelinową. W wodzie morskiej stop MP35N jest niemal kompletnie odporny na korozję.

Zgodnie z NACE MR0175/ISO15156 dla MP35N "dopuszczalne są dowolne kombinacje temperatury, pH₂S, stężenia chlorków i pH in situ występujące w środowisku produkcyjnym".

Wrzący 85-89% roztwór AnCl₂ powodował w testach korozyjne pękanie naprężeniowe stopu MP35N.

Spawanie

Dobra spawalność, podobna do stali nierdzewnej 1.4301. Niestety strefa wpływu ciepła jest osłabiona, a wytrzymałości nie można odzyskać dzięki obróbce cieplnej, ponieważ MP35N umacnia się w procesie obróbki plastycznej na zimno.

Obróbka cieplna, plastyczna i obróbka skrawaniem

Obróbka plastyczna na zimno to najważniejszy krok procesu produkcyjnego, stanowiący o wytrzymałości produktu końcowego. Z zasady produkty są dostarczane już w stanie obrobionym na zimno. Poziom odkształcenia może wynosić nawet 65%.

Obróbka cieplna według AMS 5844 / 5845 (maksymalna odporność na pełzanie i zrywanie):

• Wyżarzanie przesycające: 1040-1050°C 4-8h; chł. powietrzem
• Umacnianie wydzieleniowe: 540-650°C 4-4,5h; chł. powietrzem

Umacnianie wydzieleniowe według NACE MR0175 / ISO 15156 - ta norma definiuje 6 procesów starzenia, różniących się nieco temperaturą i czasem nagrzewania:

• Na sprężyny: 649°C; 4h
• Na inne elementy 1: 704°C; 4h
• Na inne elementy 2: 732°C; 4h
• Na inne elementy 3 (najwyższa odporność na SCC, najniższa wytrzymałość): 774°C; 6h
• Na inne elementy 4: 788°C; 4h
• Na inne elementy 5: 802°C; 2h
• Na inne elementy 6: 816°C; 1h

Wszystkie powyższe procesy zwiększają odporność korozyjną na korozyjne pękanie naprężeniowe (SCC). Wedle niektórych źródeł starzenie przez 6 godzin w temperaturze ok. 774°C maksymalizuje odporność na SCC, jednak kosztem parametrów wytrzymałościowych.

Dla wyżej wymienionych gatunków dostarczamy:

• Pręty zimnociągnione według AMS 5844
• Pręty zimnociągnione i starzone według AMS 5845
• Pręty zimnociągnione i starzone według NACE MR0175 / ISO 15156
• Pręty szlifowane bezkłowo, bez obróbki plastycznej na zimno według AMS 5758
• Elementy złączne według AMS 7468
• Implanty chirurgiczne według ASTM F 562

Zamienniki, odpowiedniki i inne oznaczenia gatunku:

MP35N, 2.4999, Haynes MP35N, Latrobe MP35N, SPS MP35N, 35N32KChM, AMS 5844 (R30035), AMS 5845 (R30035), AMS 7468 (R30035), AMS 5758 (R30035), ASTM B 1011 (R30035)/ASME SB1011 (R30035)