способ получения трубных заготовок из цирконий-ниобиевых сплавов
Классы МПК: | B21C23/08 изготовление проволоки, прутков, труб B21J5/00 Особые способы и устройства для ковки или прессования C21D8/10 при изготовлении полых изделий |
Автор(ы): | Агапитов В.А. (RU), Ахтонов С.Г. (RU), Бочаров О.В. (RU), Кабанов А.А. (RU), Кропачев С.Ю. (RU), Лосицкий А.Ф. (RU), Ноздрин И.В. (RU), Филиппов В.Б. (RU), Черемных Г.С. (RU), Шиков А.К. (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-03-07 публикация патента:
20.11.2004 |
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при получении трубных заготовок для многостадийной холодной прокатки трубных конструкционных элементов активной зоны атомных реакторов. Производят формоизменение слитка в пруток в области существования - и +-циркония с коэффициентом уменьшения площади поперечного сечения исходного слитка в пределах 8,5-13,5. После термической обработки и последующей механической обработки полученного прутка в нем высверливают центральное отверстие. Затем посредством прессования получают трубную заготовку. В результате обеспечивается проработка литой структуры и залечивание пор металлургического происхождения при минимальных потерях на стадии механической обработки заготовок. 1 табл.
Формула изобретения
Способ получения трубных заготовок из цирконий-ниобиевых сплавов, включающий формоизменение слитка в пруток в области существования - и +-циркония, термическую обработку, механическую обработку, высверливание центрального отверстия и прессование трубных заготовок, отличающийся тем, что формоизменение слитка в пруток проводят с коэффициентом уменьшения площади поперечного сечения исходного слитка в пределах 8,5-13,5.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности, к способу получения трубных заготовок для многостадийной холодной прокатки трубных конструкционных элементов активной зоны атомных реакторов.
К трубам из циркониевых сплавов, используемым в качестве конструкционных элементов активной зоны атомных реакторов, предъявляются высокие требования по сплошности, геометрическим размерам и механическим свойствам.
Выполнение предъявляемых требований зависит от проработки литой структуры и залечивания пор металлургического происхождения, технологичности сплава при холодной прокатке и в значительной степени определяется температурно-деформационными параметрами на стадии формирования слитка в пруток.
Известен способ получения трубных заготовок из сплавов Циркалой-2 и Циркалой-4, регламентирующий температурно-деформационные параметры на стадии обработки слитка в пруток [FR 2584097, С 22 F1/18, С 22 С 16/00, G 21 С 3/08, 02.01.87].
Данный способ относится к сплавам Циркалой-2 и Циркалой-4, которые, вследствие особенностей химического состава, обладают высокой температурной областью существования -циркония, что позволяет проводить деформационную обработку полуфабрикатов при температурах до 790°С с достаточными для промышленной применимости величинами деформации на стадии обработки слитка в пруток. Для цирконий-ниобиевых сплавов область существования -циркония является низкотемпературной и ограничивается температурными значениями 590-650°С. Низкие температурные значения, ограничивающие область существования -циркония для цирконий-ниобиевых сплавов, ограничивают и возможность ее промышленного применения для деформационной обработки. В низкотемпературной -области происходит снижение диффузионной подвижности атомов, затормаживание процессов динамической рекристаллизации, увеличение плотности дислокации, сопротивления пластической деформации и интенсивное упрочнение цирконий-ниобиевых сплавов.
Известен способ, включающий формоизменение слитков ковкой, когда цирконий находится в +- или -фазе, термическую обработку, механическую обработку, высверливание центрального отверстия и прессование трубных заготовок [А.С.Займовский, А.В.Никулина, Н.Г.Решетников. Циркониевые сплавы в атомной энергетике. - М.: Энергоиздат, 1981, с.59-63]. Данный способ выбран авторами за прототип. К недостаткам данного способа относится отсутствие регламентации деформационных параметров обработки, без чего не может быть достигнуто решение задач предлагаемого способа.
Предлагаемый способ решает задачи проработки литой структуры и залечивания пор металлургического происхождения при минимизации удельной доли потерь на стадии механической обработки заготовок для прессования и высоких технико-экономических показателях производства трубных заготовок из цирконий-ниобиевых сплавов.
При проведении промышленных испытаний установлено, что с увеличением площади поперечного сечения (уменьшением коэффициента вытяжки) горячедеформированных прутков уменьшается доля потерь, приходящаяся на удаление механической обработкой некондиционного газонасыщенного поверхностного слоя, образующегося при горячем формоизменении слитка по отношению к исходной площади поперечного сечения прутков. Кроме того, с уменьшением деформации, уменьшается температурно-временной диапазон горячей обработки, что при высокой активности цирконий-ниобиевых сплавов, позволяет уменьшить насыщение сплавов газовыми составляющими атмосферы (N, Н, О) и уменьшить последующие потери, приходящиеся на удаление некондиционного слоя. При этом деформация с коэффициентами вытяжки менее 8,5 не обеспечивает достаточной проработки исходной литой структуры слитков и залечивание пор металлургического происхождения.
С уменьшением площади поперечного сечения (увеличением коэффициента вытяжки) горячедеформированных прутков увеличивается проработка литой структуры и залечивание пор металлургического происхождения.
Деформация слитков с коэффициентами вытяжки более 13,5 экономически нецелесообразна, так как, при достаточной проработке структуры, приводит к увеличенным потерям переводимого в стружку металла.
Решение поставленной задачи заключается в оптимизации деформационных параметров обработки, обеспечивающих при минимальных потерях достаточность проработки литой структуры, залечивание пор металлургического происхождения и высокую технологичность цирконий-ниобиевых сплавов при последующей обработке. Это достигается тем, что в известном способе изготовления заготовок из циркониевых сплавов, включающем деформацию слитка в пруток в области существования - и +-циркония, термическую обработку, механическую обработку, высверливание центрального отверстия и прессование трубных заготовок, формоизменяющую обработку слитка из цирконий-ниобиевых сплавов в пруток проводят с коэффициентом уменьшения площади поперечного сечения =8,5-13,5.
К общим признакам предлагаемого способа и прототипа относится формоизменение слитка в пруток в температурном диапазоне существования - и +-циркония с последующей термической обработкой, механической обработкой, высверливанием центрального отверстия и прессованием трубных заготовок.
К отличительным признакам предлагаемого способа и прототипа относится проведение операции формоизменения слитка в пруток с коэффициентом уменьшения площади поперечного сечения =8,5-13,5.
Использование предлагаемого технического решения позволяет повысить технико-экономические показатели производства и качество заготовок из цирконий-ниобиевых сплавов путем оптимизации температурно-деформационных параметров обработки, при которых уменьшается насыщение сплавов газовыми составляющими атмосферы (N, Н, О) и удельная доля потерь, приходящаяся на удаление механической обработкой некондиционного газонасыщенного слоя, по отношению к исходной площади поперечного сечения прутков.
При анализе патентной и научно-технической информации способов получения трубных заготовок из цирконий-ниобиевых сплавов, обладающих совокупностью всех существенных признаков заявляемого технического решения, не установлено.
Пример осуществления способа.
Предлагаемый способ проверен при изготовлении оболочечных труб из сплава Цирконий - 1 мас.% ниобия и реализован следующим образом.
Ковку слитка из сплава Цирконий - 1 мас.% ниобия проводили в -области (в диапазоне 860-980°С) в квадрат 154×154 мм, затем в +-области (в диапазоне 700-850°С) через восьмигранник вкруг 154 мм. Коэффициент уменьшения площади поперечного сечения составил =8,5. После термической обработки и резки на части, кратные длине заготовки, проводили механическую обработку наружной поверхности, с целью удаления некондиционного слоя, и высверливание центрального отверстия.
Прессование заготовок проводили после нагрева до 630-670°С с коэффициентом уменьшения площади поперечного сечения =11,0.
Сравнительный анализ проводили в отношении характеристик технологичности и выхода годного полуфабрикатов базовой технологии изготовления оболочечных труб из сплава Цирконий - 1 мас.% ниобия, существующей на ОАО ЧМЗ, которая по всем признакам совпадает со способом прототипом.
Технологичность оценивали по параметрам горячепрессованных труб, характеризующим последующую пластичность, или способность сплава к холодной прокатке без разрушения сплошности, а именно, по результатам испытаний на растяжение ГОСТ 1497-84 и на ударный изгиб ГОСТ 9454-78.
Результаты сравнительного анализа механических свойств трубных заготовок, изготовленных по предлагаемому способу и базовому способу (прототипу), приведены в таблице.
Горячедеформированные полуфабрикаты, изготовленные предлагаемым способом, характеризуются более высокими значениями относительного удлинения и ударной вязкости, а следовательно, и большей технологичностью при последующей холодной прокатке, по сравнению с аналогичными параметрами сплава базовой технологии (прототипа).
При изготовлении трубных заготовок из цирконий-ниобиевых сплавов по предлагаемому способу по сравнению с прототипом выход годной продукции увеличивается на 6-8%.
Увеличение характеристик технологичности горячедеформированных полуфабрикатов позволяет в 1,4-1,5 раза увеличить величину деформации холодной прокаткой.
В настоящее время на предприятии ОАО ЧМЗ проходят опытно-промышленные испытания по изготовлению изделий и полуфабрикатов из цирконий-ниобиевых сплавов с использованием предлагаемого способа.
Класс B21C23/08 изготовление проволоки, прутков, труб
Класс B21J5/00 Особые способы и устройства для ковки или прессования
Класс C21D8/10 при изготовлении полых изделий