Сплав ХН55МВЦ

Сплав ХН55МВЦ (ЧС57) — общие сведения

ХН55МВЦ — коррозионностойкий, жаростойкий и жаропрочный сплав на никелевой основе. Марка зарегистрирована в ГОСТ 5632-2014. В нормативной и технической документации встречаются обозначения: ХН55МВЦ-ВИ, ЧС57, ЧС57-ВИ, ЧС57У-ВИ.

Расшифровка марки: Х — хром, Н55 — никель со средней массовой долей ~55 %, М — молибден, В — вольфрам, Ц — цирконий. Суффикс «ВИ» указывает на вакуумно-индукционную выплавку. Модификация ЧС57У-ВИ отличается отсутствием бора и допустимым содержанием гафния (≤0,150 %) и церия (≤0,030 %).

Сплав разработан для длительной работы при температурах до 900 °C в условиях воздействия агрессивных газовых сред. Основная область применения — оборудование высокотемпературных реакторных установок с гелиевым теплоносителем, а также элементы аэрокосмической техники.

Химический состав сплава ХН55МВЦ

Химический состав регламентируется техническими условиями. Ниже приведены данные по основным нормативным документам.

Состав по ТУ 14-1-3663-83 (кованые прутки, марка ХН55МВЦ-ВИ)

Элемент	C	Cr	Ni	Mo	W	Mn	Zr
Содержание, %	≤0,05	18–20	53–56	5–7	2–3	1,3–1,7	0,05–0,15

Элемент	Si	Al	S	P	N	B	Fe
Содержание, %	≤0,3	≤0,15	≤0,01	≤0,015	≤0,03	≤0,005	остаток

Иттрий (≤0,05 %) и бор вводятся по расчёту и химическим анализом не определяются. Допускается введение кальция по расчёту на 0,10 %. Предельные отклонения по химическому составу — по ГОСТ 5632.

Особенности состава по ТУ 14-1-4400-88 (листовой прокат)

Для горячекатаного листа по ТУ 14-1-4400-88 содержание углерода ужесточено до ≤0,04 %. Остальные элементы — в тех же пределах, что и по ТУ 14-1-3663-83. Состав распространяется на марки ХН55МВЦ (ЧС57) и ХН55МВЦ-ВИ (ЧС57-ВИ).

Особенности состава по ТУ 14-1-4747-89 (трубная заготовка)

Для трубной заготовки по ТУ 14-1-4747-89 дополнительно нормируются медь (Cu ≤0,07 %) и титан (Ti ≤0,1 %). Содержание углерода — ≤0,05 %.

Роль легирующих элементов

Никель (53–56 %) формирует аустенитную матрицу, обеспечивая высокую жаропрочность и стабильность структуры при длительном высокотемпературном нагреве. Хром (18–20 %) отвечает за коррозионную стойкость и жаростойкость за счёт образования защитной оксидной плёнки на поверхности. Молибден (5–7 %) и вольфрам (2–3 %) являются упрочнителями твёрдого раствора: они повышают сопротивление ползучести при высоких температурах. Марганец (1,3–1,7 %) участвует в раскислении и улучшает технологическую пластичность. Цирконий (0,05–0,15 %) упрочняет границы зёрен, повышая длительную прочность.

Железо присутствует в сплаве как остаточный элемент (остаток), его массовая доля составляет ориентировочно 10–16 % в зависимости от конкретной плавки.

Механические свойства ХН55МВЦ

Механические характеристики сплава зависят от вида полуфабриката и режима термической обработки. Ниже приведены гарантированные значения (минимальные) при температуре 20 °C после аустенизации при 1100 °C с охлаждением на воздухе.

Горячекатаный лист (ТУ 14-1-4400-88)

Параметр	Значение
Предел текучести σ0,2	≥215 МПа
Предел прочности σв	≥560 МПа
Относительное удлинение δ5	≥40 %

Трубная заготовка, сечение 20–25 мм (ТУ 14-1-4081-86), при 20 °C

Параметр	Значение
Предел текучести σ0,2	≥245 МПа
Предел прочности σв	≥590 МПа
Относительное удлинение δ5	≥40 %
Относительное сужение ψ	≥65 %

Высокие значения относительного удлинения и сужения свидетельствуют о хорошей пластичности сплава, что обеспечивает технологичность при пластической деформации — ковке, штамповке, прокатке.

При повышенных температурах прочностные характеристики закономерно снижаются: по данным испытаний трубной заготовки, предел прочности падает до 160–230 МПа, а предел текучести — до 118–127 МПа, при этом пластичность сохраняется на уровне δ₅ ≥45 %, ψ ≥55 %.

Нормативная документация

Сплав ХН55МВЦ включён в ГОСТ 5632-2014 как коррозионностойкий, жаростойкий и жаропрочный сплав на никелевой основе. Полуфабрикаты из этого сплава поставляются по ряду технических условий:

Вид полуфабриката	Нормативный документ
Кованые прутки	ТУ 14-1-3663-83
Заготовки (слябы, болванки)	ТУ 14-1-1214-75, ТУ 14-1-4081-86, ТУ 14-1-4747-89
Листы и полосы	ТУ 14-1-4392-88, ТУ 14-1-4400-88

Применение сплава ХН55МВЦ

Основное назначение ХН55МВЦ (ЧС57) — изготовление деталей и оборудования, работающих длительное время при температурах до 900 °C в химически активных средах. Сплав отличается стабильностью структуры даже при длительной высокотемпературной эксплуатации.

Ключевая область применения — высокотемпературные реакторные установки с гелиевым теплоносителем (ВТГР). Материал используется для элементов контура, работающих в среде высокотемпературного гелия, где требуется сочетание жаропрочности, коррозионной стойкости и стабильности механических свойств при длительной эксплуатации.

Из сплава ХН55МВЦ также изготавливают детали и узлы аэрокосмической техники, работающие в условиях высоких температур и нагрузок.

Формы поставки сплава ХН55МВЦ

Сплав ХН55МВЦ выпускается в следующих видах проката и полуфабрикатов:

Вид полуфабриката	Характеристика
Кованый пруток	Диаметр 90–200 мм
Трубная заготовка и трубы	Диаметр 170–215 мм, включая тонкостенные трубы ответственного назначения (марка ХН55МВЦУ-ВИ)
Листовой прокат	Холоднокатаный и горячекатаный лист
Заготовки	Поковки, раскатные кольца, слябы

Степень укова трубной заготовки по ТУ 14-1-4081-86 должна быть не менее 2,5. В макроструктуре полуфабрикатов не допускаются трещины, подкорковые пузыри, следы усадочной раковины, шлаковые включения и расслоения.

Свариваемость и технологичность

Сплав ХН55МВЦ обладает хорошей технологичностью при пластической деформации — он пригоден для ковки, горячей и холодной прокатки. Сплав хорошо сваривается. При сварке рекомендуется использовать присадочные материалы на никелевой основе, состав которых близок к основному металлу.

Содержание неметаллических включений в полуфабрикатах нормируется и не должно превышать установленных баллов по методу Ш-6 ГОСТ 1778: сульфиды — не более 1,5 балла, оксиды строчечные — не более 3,5 балла, оксиды точечные — не более 2,0 балла.

При выборе никелевых жаропрочных сплавов для высокотемпературного оборудования следует учитывать конкретные условия эксплуатации: рабочую температуру, характер среды, уровень и длительность нагружения. Для сравнения характеристик с другими сплавами никелевой группы см. также ХН80ТБЮ (ЭИ607).