Композитный материал

011738 Настоящее изобретение касается композитного материала, который включает несущую нагрузку часть и коррозионно-устойчивую часть. Специфическое применение названный композитный материал находит в композитных трубах или трубопроводах. Международная патентная заявка WO 2005/021255 описывает композитные трубы разнообразной конструкции и проблемы, касающиеся различных типов коррозии, которой такие композитные трубы могут быть подвержены в разнообразных отраслях промышленности, такой как нефтехимическая промышленность. Согласно международной заявке проблема решается с помощью композитной трубы, которая включает коррозионно-устойчивую часть и несущую нагрузку часть. Коррозионно-устойчивая часть включает медно-алюминиевый сплав, который имеет толщину стенки по меньшей мере 0,5 мм. Несущая нагрузку часть включает сплав на основе железа, никеля или кобальта, который имеет толщину стенки по меньшей мере 1 мм. Композитная труба этой конструкции может быть изготовлена с помощью общепринятых способов, таких как экструзия, прокатка, сварка и т.д. Такие композитные трубы предназначены для использования в условиях окружающей среды, в которых существует серьезная опасность коррозии, такой как так называемое пыление металла, процессы карбонизации или декарбюризации. Однако с течением времени проблемы могут возникать и с этим типом композитных труб. Одна проблема состоит в том, что устойчивость таких трубопроводов к коррозии может быть снижена, а также в том, что механическая прочность несущей нагрузку части также может быть ослаблена. Еще одна проблема состоит в том, что связь между двумя названными частями со временем может быть нарушена. Эти проблемы преодолеваются с помощью настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение касается композитного материала, который может быть использован в областях применения, иных,нежели трубы, в названных условиях окружающей среды. Так, настоящее изобретение не ограничивается композитными трубами, но может быть также применено в отношении плоских изделий или изделий некоторой другой конфигурации. Таким образом, настоящее изобретение касается композитного материала для компонентов, предназначенных для использования в коррозионных условиях окружающей среды и включающих коррозионно-устойчивую часть и несущую нагрузку часть, в котором названные части располагаются примыкающими друг к другу, в которых коррозионно-устойчивая часть представляет собой медно-алюминиевый сплав (Cu/Al) и где несущая нагрузку часть представляет собой сплав на основе железа (Fe), никеля (Ni) или кобальта (Со), и характеризуется диффузионным барьером, расположенным между коррозионноустойчивой частью и несущей нагрузку частью, и в котором диффузионный барьер включает одно из веществ: хром (Cr) или железо (Fe) или железо (Fe) с легирующим веществом хромом (Cr) или углеродом (С). Настоящее изобретение теперь будет описано более подробно со ссылками на вариант осуществления изобретения, иллюстрированный фигурами на сопроводительном чертеже, в котором фиг. 1 иллюстрирует композитный материал согласно изобретению в форме трубы или трубопровода; фиг. 2 иллюстрирует композитный материал согласно изобретению в форме плоского элемента; и каждая из фиг. 3 и 4 включает диаграмму. Настоящее изобретение касается композитного материала для компонентов, которые подвергаются коррозионному воздействию от окружающей среды, названный материал, включающий коррозионноустойчивую часть и несущую нагрузку часть, с расположением названных частей примыкающими друг к другу. Коррозионно-устойчивая часть включает медно-алюминиевый сплав, и несущая нагрузку часть состоит из сплава на основе железа, никеля или кобальта. Согласно настоящему изобретению, диффузионный барьер располагается между коррозионноустойчивой частью и ее несущей нагрузку частью, в которых диффузионный барьер содержит одним из компонентов хром (Cr) или железо (Fe) или железо (Fe), содержащее хром (Cr) или углерод (С) в качестве легирующего вещества. Диффузионный барьер, таким образом, может состоять по существу из чистого железа или по существу из чистого хрома. Более того, диффузионный барьер может содержать железо с хромом или углеродом в качестве легирующего вещества. Далее описывается случай, когда диффузионный барьер содержит железо с хромом или углеродом в качестве легирующего вещества. Фиг. 1 иллюстрирует композитный материал согласно изобретению в форме трубы 4. Фиг. 2 показывает композитный материал согласно изобретению в форме плоского элемента. Фигуры не показаны в соответствии с каким-либо конкретным масштабом. Коррозионно-устойчивая часть материала обозначена цифрой 1 на обеих фигурах, несущая нагрузку часть материала обозначена цифрой 2 и диффузионный барьер обозначен цифрой 3. Однако настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами исполнения. Напротив, настоящее изобретение может быть применено ко всем типам форм и может быть также использовано в способе, который дает возможность все компоненты полностью любой желаемой формы или конфигурации сформовать соглас-1 011738 но настоящему изобретению. В результате изобретения степень, до которой медь (Cu) диффундирует в несущую нагрузку часть материала, ограничивается при температурах выше 400-500 С, в противном случае такая диффузия механически ослабляет несущую нагрузку часть. Также ограничена диффузия алюминия (Al) и никеля (Ni) в сторону зоны сцепления между названными частями, где могла бы сформироваться хрупкая связь Ni-Al как полностью покрывающий слой в зоне сцепления. В отсутствие диффузионного барьера растворимость хрома (Cr) в Ni-Al могла бы привести к отделению хрупкого феррита, обогащенного хромом (Cr),от несущего нагрузку материала, сформированного из Ni-Al, тем самым еще больше увеличивая хрупкость. Более того, никель (Ni) мог бы диффундировать в Cu-Al-сплав в отсутствие диффузионного барьера, то есть в коррозионно-устойчивую часть и вплоть до ее свободной поверхности, тем самым ухудшая антикоррозионные свойства. Так, согласно настоящему изобретению, сплав на основе железа (Fe) представляется как диффузионный барьер между коррозионно-устойчивым Cu-Al-сплавом и Fe/Ni/Cr-сплавом, содержащим Ni/Coкомпонент, несущий нагрузку. Диффузионный барьер является относительно тонким. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, диффузионный барьер имеет толщину по меньшей мере 10 мкм. Далее, диффузионный барьер имеет толщину, которая не превышает приблизительно 25% от общей толщины стенки композитного материала. Общая толщина будет обычно варьировать от 1 до 10 мм, хотя она может иметь толщину до метра. Предпочтительно толщина диффузионного барьера не будет превышать 2-3 мм, так как при более толстом диффузионном барьере никакого дополнительного эффекта не достигается. Предпочтительно также, что коррозионно-устойчивая часть материала имеет достаточную толщину для достижения предназначенной ей цели и желаемого срока службы. Однако предпочтительно, что эта толщина не будет превышать 10 мм. Толщина несущей нагрузку части определяется напряжениями, которым она будет подвержена в плане ее эксплуатации. Композитный материал в названных условиях окружающей среды требуется при температурах,превышающих 400-600 С, в зависимости от варианта применения, и функционирует в описанном режиме при температурах вплоть до 850-1000 С, в зависимости от варианта применения. Назначение диффузионного барьера является следующим. Медь (Cu) имеет низкую растворимость в железе (Fe), в результате чего имеет место гораздо более низкая диффузия меди (Cu) в несущую нагрузку часть. Несущественный эффект предупреждения диффузии получается в отношении алюминия (Al). Что касается легирующих веществ хрома или углерода, то диффузионный барьер не должен содержать ни хрома, ни углерода. Хром (Cr) обусловливает более низкую растворимость меди (Cu) в железе (Fe). Далее, хром (Cr) делает диффузионный барьер ферритным в данном более широком интервале температур. При содержании хрома 13% сплав является ферритным при всех температурах. Ферритное железо (Fe) растворяет меньше меди (Cu), чем аустенитное железо (Fe). Более того, растворимость никеля (Ni) и кобальта (Со) ограничена в ферритном материале, который удерживает скорость диффузии на низком уровне. Хром (Cr) понижает растворимость никеля (Ni), частично ввиду стабилизации феррита, так что он устойчив в пределах более высокого интервала температур, и частично благодаря непосредственному снижению растворимости никеля (Ni) в феррите из-за увеличения содержания хрома (Cr). Хром (Cr) также, как представляется, понижает растворимость алюминия (Al). Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, хром как легирующее вещество присутствует в количестве в пределах диапазона 1-30% по весу. Компонент сплава углерод (С) означает, что диффузионный барьер будет аустенитным в пределах данного интервала высоких температур, главным образом выше 732 С. Алюминий (Al) имеет низкую растворимость в аустените, который не содержит никеля (Ni), и, далее, скорость диффузии оказывается существенно более низкой в аустените, чем в феррите. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, углерод как легирующее вещество присутствует в количестве, при котором железо является аустенитным при применяемой температуре. Одно преимущество, которое создает аустенитный диффузионный барьер, состоит в том, что он обеспечивает меньшую разницу в термическом расширении, чем когда диффузионный барьер является ферритным. Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, коррозионно-устойчивая часть имеет следующий состав в процентах по весу:Fe+Ni+Co+Mn - 0-20; Щелочно-земельные металлы - 0-3; Остальное - медь (Cu) и обычно присутствующие элементы сплава и примеси. Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения, несущая нагрузку часть имеет следующий состав в процентах по весу:Cr - 15-35. Более того, могут присутствовать другие компоненты сплава. Фиг. 3 и 4 иллюстрируют примеры диффузии алюминия, фиг. 3, и меди, фиг. 4, с диффузионным барьером и без него. Верхняя фигура из соответствующих фигур показывает содержание алюминия (Al) и содержание меди (Cu), соответственно, в отсутствие диффузионного барьера, тогда как другая фигура из соответствующих фигур показывает содержания с введением диффузионного барьера. Кривые, показанные в фиг. 3 и 4, взяты из результатов развертки EDX (развертка спектра энергорассеивающей рентгеновской спектрометрии), снятой вдоль линии 900 мкм в длину. Образцы были прокалены при температуре 900 С в течение 200 ч. Вертикальная линия 6 обозначает начальную поверхность раздела между коррозионно-устойчивой частью слева в обоих случаях и несущей нагрузку частью справа. Несущая нагрузку часть имела следующий состав в весовых процентах в обоих случаях:Fe - 10. Это соединение имеет стандартное обозначение UNS NO 6690. Коррозионно-устойчивая часть имела следующий состав в весовых процентах:Cu - остальное. Может также присутствовать небольшое количество редкоземельных металлов (REM). Диффузионный барьер состоит из чистого железа (Fe). Расположение диффузионного барьера отмечено прямоугольником 7. Как очевидно из фиг. 3 и 4, диффузионный барьер обеспечивает существенное снижение диффузии алюминия (Al) и меди (Cu), соответственно. Хотя изобретение было описано со ссылкой на ряд иллюстративных вариантов исполнения, будет понятно, что две части и диффузионный барьер могут содержать низкие концентрации дополнительных легирующих веществ. Поэтому будет понятно, что настоящее изобретение не ограничивается вышеприведенными иллюстративными вариантами исполнения, так как модификации могут быть сделаны в пределах рамок сопроводительных пунктов формулы изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Композитный материал, предназначенный для компонентов, используемых в коррозионной окружающей среде, где названный материал включает коррозионно-устойчивую часть (1) и несущую нагрузку часть (2), в котором названные части (1, 2) располагаются примыкающими друг к другу, в котором коррозионно-устойчивая часть представляет собой медно-алюминиевый сплав (Cu/Al) и в котором несущая нагрузку часть включает сплав на основе железа (Fe), никеля (Ni) или кобальта (Со), отличающийся тем, что между коррозионно-устойчивой частью (1) и несущей нагрузку частью (2) сформирован диффузионный барьер (3), в котором одним из компонентов является хром (Cr) или железо (Fe), которое содержит в качестве легирующего вещества хром (Cr) или углерод (С). 2. Композитный материал по п.1, отличающийся тем, что диффузионный барьер (3) содержит железо вместе с углеродом в качестве лигирующего вещества, в котором количество присутствующего углерода таково, что железо будет аустенитным при используемой температуре. 3. Композитный материал по п.1, отличающийся тем, что диффузионный барьер (3) содержит железо, которое легировано хромом, причем хром присутствует в количестве в пределах 1-30 вес.%. 4. Композитный материал по пп.1, 2 или 3, отличающийся тем, что диффузионный барьер (3) имеет толщину по меньшей мере 10 мкм. 5. Композитный материал по пп.1, 2, 3 или 4, отличающийся тем, что диффузионный барьер (3) имеет толщину, которая не превышает приблизительно 25% от общей толщины стенки композитного материала. 6. Композитный материал по пп.1, 2, 3, 4 или 5, отличающийся тем, что коррозионно-устойчивая-3 011738 часть (1) имеет следующий состав, вес.%: Al - 2-20, Si - 0-6, Fe+Ni+Co+Mn - 0-20, щелочно-земельные металлы - 0-3, остальное - медь и обычно присутствующие легирующие элементы и примеси. 7. Композитный материал по пп.1, 2, 3, 4, 5 или 6, отличающийся тем, что несущая нагрузку часть