способ изготовления титановых листов с повышенными защитно-декоративными свойствами

Формула изобретения

1. Способ изготовления листов из титана и его сплавов с повышенными защитно-декоративными свойствами, включающий горячую прокатку, холодную прокатку и отжиг, отличающийся тем, что после отжига поверхность листов подвергают химическому травлению на глубину не менее 0,04 мм, последующему осветлению в растворе азотной кислоты, после которого проводят окончательную многопроходную холодную прокатку листов в полированных валках со скоростью прокатки 0,65-0,75 м/с при общем суммарном обжатии 0,3-0,35 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осветление проводят в 25-35%-ном растворе азотной кислоты при температуре 15-40°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обработке поверхности листов из титана и его сплавов и может быть использовано для повышения их защитно-декоративных свойств.

В последнее время наблюдается рост интереса к использованию титана в архитектурных сферах: он используется для наружной обшивки зданий, кровельных материалов, облицовки колонн, софитов, карнизов, навесов, внутренней обшивки, легких крепежных приспособлений и, кроме того, титан используется в искусстве, скульптуре и для изготовления памятников.

Сочетание таких уникальных свойств архитектурного титана, как отличная устойчивость к коррозии, прочность, легкий вес и долговечность обеспечивают самый длительный срок службы при любых условиях и с минимальной необходимостью проведения ремонта. Его уникальная и неповторимая отражательная способность не сравнима с любым другим металлом.

Стойкость титановых сплавов в ряде сред определяется инертностью поверхностной оксидной пленки и быстротой ее образования или восстановления, особенно в окислительных средах и при наличии воды. Пленочный характер коррозионной стойкости титана очевиден, но особенности и природа пассивации от изменения внешних условий и внутриструктурного состояния изучена далеко не полно, хотя уровень коррозионной стойкости сильно зависит от этих факторов. В некоторых случаях наблюдается неожиданное усиление коррозии без достаточно ясных причин (И.В.Горынин, Б.Б.Чечулин, Титан в машиностроении, М., Машиностроение, 1990 г.).

В частности, наблюдается эффект так называемых "кислотных дождей", который оказывает заметное влияние на материалы, применяемые в строительной промышленности, в том числе и на изделия из титана. Прогнозировать их влияние достаточно сложно в силу химического состава, который зависит от химических выбросов промышленности и транспорта, состояния атмосферы, времени года и т.п. факторов. Если расположить кислоты по мере уменьшения их содержания в дождевой капле, то мы получим такой ряд: серная, азотная, муравьиная, щавелевая и уксусная. Их концентрации отличаются примерно в десять раз при переходе от одной кислоты к другой. Больше всего в дождевой капле серной кислоты. Поэтому при определенных сочетаниях состава ингредиентов, взаимодействующих с поверхностью титановых конструкций, возможно ее коррозионное разрушение, приводящие к снижению декоративных (отражательных) и прочностных свойств поверхности.

Известен способ обработки листов из титановых сплавов, включающий операцию очистки поверхности от окалины или окисной пленки, при котором используют метод струйно-абразивной обработки поверхности воздушной смесью, наполненной мелкодисперсными частицами и проводят финишную операцию травления или осветления с получением текстуры поверхности произвольного типа (патент РФ №2152865, кл. В24С 1/00).

Известный способ в основном предназначен для удаления поверхностных дефектов и имеет ограниченные возможности для повышения декоративных и защитных свойств поверхности.

Известен способ получения листов из алюминия и его сплавов с зеркальной поверхностью, в котором окончательную холодную прокатку ведут в неприводных полированных валках при удельном переднем натяжении, превышающем удельное заднее натяжение, при скорости прокатки 50-100 м/мин и обжатии за проход 40-50% (патент РФ №2048217, МПК В21В 3/00).

Высокое сопротивление деформации в холодном состоянии затрудняет реализовывать данную технологию при изготовлении изделий из титановых сплавов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения листов из титановых сплавов, включающий горячую прокатку, холодную прокатку, отжиг и старение (патент РФ №2052534, МПК C22F 1/18), - прототип.

Данный способ не позволяет изготовлять листы с высокими декоративными свойствами, в частности с зеркальной поверхностью.

Целью данного изобретения является получение изделий из титановых сплавов с поверхностями, имеющими высокие отражательные и коррозионные свойства.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является:

- получение на поверхности изделий из титана и его сплавов однородной высокопрочной окисной пленки, без пор, сколов, трещин и пр. дефектов;

- получение наружной поверхности окисной пленки с минимальной шероховатостью и высокими отражательными свойствами.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления листов из титановых сплавов с повышенными защитно-декоративными свойствами, включающем горячую прокатку, холодную прокатку и отжиг, после отжига поверхность листов подвергают химическому травлению на глубину не менее 0,04 мм, последующему осветлению в растворе азотной кислоты, после которого проводят окончательную многопроходную холодную прокатку листов в полированных валках со скоростью прокатки 0,65-0,75 м/с при общем суммарном обжатии 0,3-0,35 мм. Осветление проводят в 25-35% растворе азотной кислоты при температуре 15-40°С.

В процессе холодной прокатки происходит наклеп металла, затрудняющий дальнейшее обжатие и утонение листов. Кроме того, на поверхности возникают зоны локальных напряжений, в дальнейшем при релаксации внутренних напряжений в данных зонах происходит разрыв сплошности поверхностного слоя. Для снятия наклепа применяют отжиг. После отжига на поверхности образуется окалина и диффузионный газонасыщенный слой, имеющий сетку трещин. Толщина слоя составляет до 0,01-0,03 мм. Химическое травление на глубину не менее 0,04 мм позволяет надежно удалить окалину, газонасыщенный слой и поверхностные дефекты, образующиеся во время отжига.

Осветление в 25-35% растворе азотной кислоты при температуре 15-40°С позволяет получить матовую поверхность, имеющую в основном структуру анатаза с хорошими защитными свойствами.

Последующая многопроходная прокатка позволяет получить титановые листы с зеркальной поверхностью без внешних дефектов (трещин, сколов и пр.). Режим установлен исходя из условия наилучшего переноса рельефа зеркальной поверхности валков на поверхность листов и обеспечения стабильного процесса прокатки. Скорость прокатки 0,65-0,75 м/с определена исходя из условия обеспечения наиболее высоких отражательных свойств поверхности и отсутствия на поверхности листов дефектов. Снижение скорости прокатки ниже 0,65 м/с обусловливает повышение коэффициента трения, ухудшение зеркальности поверхности и снижение производительности стана. Увеличение скорости прокатки более 0,75 м/с увеличивает среднее удельное давление металла на валки и создает нестабильные условия для распределения смазочно-охлаждающей жидкости и, как следствие, на поверхности листа образуются продольные полосы. Суммарная абсолютная величина обжатия 0,3-0,35 мм позволяет надежно получить зеркальную поверхность с высокой отражательной способностью и шероховатостью Ra=0,008-0,009 мкм.

Примеры использования

Пример 1. В производственных условиях листопрокатного цеха были обработаны партии листов из сплава ОТ4-1 размерами 0,8×600×2000 мм с высоким качеством поверхности.

Удаление окалины и газонасыщенного слоя с поверхности листов после отжига проводилось в водном растворе 6,5% HCl+HF и 2,0% HF при температуре 20°С. Величина стравливаемого слоя составила 0,08 мм на толщину. Осветление листов проводилось в растворе HNO₃ при температуре 20°С.

Накатка зеркальной поверхности проводилась на шестивалковом прокатном стане, с полированными рабочими валками, с шероховатостью поверхности Ra=0,006 мкм. Профиль рабочих валков - горбик 0,18 мм. Общее суммарное обжатие составляет 0,3 мм. Поверхность готовых листов обезжиривалась и протиралась досуха.

Шероховатость поверхности готовых листов составила Ra=0,006...0,007 мкм.

Дефекты на поверхности листов отсутствовали. Механические свойства листов:

Предел прочности - 82...89 кг/мм ²

Относительное удлинение - 12...18%

Угол загиба 82...86 град.

Пример 2. В аналогичных условиях были обработаны листы из сплава ВТ20 размерами 0,8×600×1500 мм с высоким качеством поверхности.

Удаление окалины и газонасыщенного слоя с поверхности листов после отжига проводилось в водном растворе 6,3% HCl + HF и 2,0% HF при температуре 25°С. Величина стравливаемого слоя составила 0,07 мм на толщину. Осветление листов проводилось в 33% растворе HNO₃ при температуре 30°С.

Накатка зеркальной поверхности проводилась на шестивалковом прокатном стане с полированными рабочими валками с шероховатостью поверхности Ra=0,005 мкм. Профиль рабочих валков - горбик 0,27 мм. Накатка проводилась за 40...45 проходов. Относительная степень деформации при накатке 25%. В качестве смазки при накатке использовался керосин. Поверхность готовых листов обезжиривалась ацетоном, протиралась досуха и дополнительно обезжиривалась гигроскопической ватой, смоченной в этиловом спирте.

Шероховатость поверхности готовых листов составила Ra=0,005...0,007 мкм.

Дефекты на поверхности листов отсутствовали. Механические свойства листов:

Предел прочности - 110...115 кг/мм²

Относительное удлинение - 8...10%

Угол загиба 40...50 град.

Пример 3. В аналогичных условиях были обработаны листы из сплава ПТЗв размерами 0,5×500×2400 мм с высоким качеством поверхности.

Удаление окалины и газонасыщенного слоя с поверхности листов после отжига проводилась в водном растворе 6,2% HCl + HF и 2,0% HF при температуре 25°С. Величина стравливаемого слоя составила 0,07 на толщину. Осветление листов проводилось в 30% растворе HNO₃ при температуре 23°С.

Накатка зеркальной поверхности проводилась на шестивалковом прокатном стане с полированными рабочими валками с шероховатостью поверхности Ra=0,005 мкм. Профиль рабочих валков - горбик 0,25 мм. Накатка проводилась за 30...35 проходов. Относительная степень деформации при накатке 25%. В качестве смазки при накатке использовался керосин. Поверхность готовых листов обезжиривалась ацетоном, протиралась досуха и дополнительно обезжиривалась гигроскопической ватой, смоченной в этиловом спирте.

Шероховатость поверхности готовых листов составила Ra=0,005...0,006 мкм.

Дефекты на поверхности листов отсутствовали. Механические свойства листов:

Предел прочности - 90...95 кг/мм²

Относительное удлинение - 10...12%

Угол загиба 90...100 град.

Горячая, теплая прокатка и промежуточный отжиг вышеуказанных листов, а так же листов из титана и его сплавов проводилась по известным температурным режимам в зависимости от марки титанового сплава.

Использование предлагаемого способа обработки листов из титана и его сплавов по сравнению с прототипом позволяет получать высокие декоративные свойства (отражательную способность зеркальной поверхности листов) титановых сплавов, высокую коррозионную стойкость в агрессивных средах за счет создания однородной, сплошной, без внешних дефектов окисной пленки, а минимальная шероховатость поверхности снижает молекулярное взаимодействие с внешней средой, обеспечивая дополнительную защиту от коррозии.