способ изготовления плоского профиля из гафния
Классы МПК: | C22F1/16 прочих металлов или их сплавов |
Автор(ы): | Антипов Вадим Витальевич (RU), Ахтонов Сергей Геннадьевич (RU), Вдовенко Николай Васильевич (RU), Зиганшин Александр Гусманович (RU), Ильенко Евгений Владимирович (RU), Лыткин Николай Александрович (RU), Карпов Юрий Сергеевич (RU), Кобызев Андрей Михайлович (RU), Негодин Дмитрий Алексеевич (RU), Сутубалов Вячеслав Дмитриевич (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Чепецкий механический завод" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2010-10-20 публикация патента:
20.03.2012 |
Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению плоского профиля из гафния, и может быть использовано в качестве конструкционного материала в активных зонах атомных реакторов. Заявлен способ изготовления плоского профиля из гафния. Способ включает горячую ковку слитка, механическую обработку поверхности, горячую прокатку, холодную прокатку в несколько этапов с промежуточными и окончательной безокислительными термообработками. Горячую ковку проводят с нагревом до 1000-1200°C и общей вытяжкой не более 2,2 на каждом этапе. Горячую прокатку осуществляют с нагревом до 900-1000°C с общей вытяжкой до 18 и единичными обжатиями не более 30%. Холодную прокатку проводят в несколько этапов с деформацией на каждом этапе 20-50% с промежуточными и окончательной безокислительными термообработками при 700-800°C. Повышаются механические свойства гафния, улучшается качество поверхности профиля из гафния. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Формула изобретения
1. Способ изготовления плоского профиля из гафния, включающий горячую ковку слитка, механическую обработку поверхности, горячую прокатку, холодную прокатку в несколько этапов с промежуточными и окончательной безокислительными термообработками, отличающийся тем, что ковку проводят с нагревом до 1000-1200°C и общей вытяжкой до 2,2 на каждом этапе, горячую прокатку осуществляют с нагревом до 900-1000°C с общей вытяжкой до 18 и единичными обжатиями не более 30%, холодную прокатку ведут с деформацией на каждом этапе 20-50%, а промежуточную и окончательную термообработки проводят при 700-800°C.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ковку проводят с единичными обжатиями не более 45%.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед холодной прокаткой проводят термообработку при 700-800°C.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к ковочному и прокатному производству, и предназначено для получения плоского профиля из гафния, используемого в качестве конструкционного материала в активных зонах атомных реакторов.
Известен способ изготовления металлических пластин из гафния марки ГФЭ-1, включающий электронно-лучевую плавку слитка, горячую ковку, обработку поковки резанием, нагрев в печи на воздухе до 1000°C, прокатку на стане холодными валками, заключительный нагрев под прокатку до температуры 800°C, окончательную холодную прокатку с суммарной деформацией около 55%, шлифование заготовки до получения плоскопараллельных пластин толщиной 5,5 мм, разрезку пластин в размер, шлифование в растворе для химической полировки (Р.В.Ажажа, М.П.Старолат, А.А.Васильев и др. Влияние отжига на структуру и свойства горячекатаного гафния. В сб. Вопросы атомной науки и техники, 2008, № 1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), М., с.27).
Недостатками известного способа являются: низкое качество поверхности проката из-за многократного нагрева на воздухе под горячую прокатку и необходимость проведения дорогостоящей операции шлифовки для удаления поверхностного некондиционного слоя.
Наиболее близким аналогом заявляемому изобретению является известный способ изготовления металлического гафния, включающий выплавку слитка, нагрев слитка до 950-1000°C, ковку слитка, механическую обработку поверхности, нагрев до температуры 930°C в среде аргона, горячую прокатку слитка гафния в интервале температур 830-930°C, промежуточные подогревы после 15-20% обжатия при скорости 0,508-0,838 м/с, холодную прокатку с разовыми деформациями на 7%, промежуточные отжиги при температуре 780°C и окончательную термообработку в области температур 840-870°C в течение 1-1,5 часов. (Электронно-лучевая плавка и обработка давлением гафния. Обзорная информация, выпуск 8 (78), М., ВНИИНМ, 1982, с.21-22).
Известный способ имеет сравнительно низкую эффективность и длительный производственный цикл вследствие:
- низкой температуры нагрева под ковку (950-1000°C), что не позволяет проводить ковку с высокими вытяжками и приводит к увеличению количества подогревов;
- большого количества подогревов после 15-20% обжатия при проведении горячей прокатки.
Предлагаемый способ решает задачу повышения технико-экономических показателей получения плоского профиля из гафния.
Это достигается тем, что в способе изготовления плоского профиля из гафния, включающем горячую ковку слитка, механическую обработку поверхности, горячую прокатку, холодную прокатку в несколько этапов с промежуточными и окончательной безокислительными термообработками, ковку проводят с нагревом до 1000-1200°C и общей вытяжкой до 2,2 на каждом этапе, горячую прокатку осуществляют с нагревом до 900-1000°C с общей вытяжкой до 18 и единичными обжатиями до 30%, холодную прокатку ведут с деформацией на каждом этапе 20-50%, а промежуточную и окончательную термообработки проводят при 700-800°C.
Проведение ковки с нагревом до 1000-1200°C способствует возможности проводить общую вытяжку до 2,2 на каждом этапе, обеспечивая рациональное использование энергосиловых параметров ковочного оборудования.
Проведение горячей прокатки с нагревом до 900-1000°C с общей вытяжкой до 18 и единичными обжатиями до 30% в каждом проходе позволяют проводить горячую прокатку без использования промежуточных операций порезки и подогревов, повысить тем самым эффективность получения плоского профиля из гафния.
Проведение холодных прокаток с суммарными деформациями 20-50% также обеспечивает получение листового проката из гафния с высокой эффективностью при высоком качестве поверхности благодаря промежуточным и окончательной термообработкам в безокислительной среде при 700-800°C, которые обеспечивают высокие технологические свойства материала для проведения процессов холодной прокатки в заявляемых условиях без образования дефектов, а также получение в результате плоского профиля с комплексом свойств, предъявляемых к конструкционным элементам из гафния для активных зон атомных реакторов.
При этом исключаются потери металла, связанные с необходимостью съема некондиционного слоя с микронадрывами и трещинами. Таким образом, изобретение позволяет снизить себестоимость изготовления плоского профиля за счет снижения брака готовой продукции по механическим свойствам и дефектам на поверхности изделий.
Оптимально ковку проводить с единичными обжатиями до 45%, это позволяет получать поковки с высоким качеством поверхности из крупногабаритных слитков гафния диаметром до 320 мм.
Перед холодной прокаткой предпочтительно проводить термообработку при 700-800°C, это способствует улучшению технологических свойств горячекатаного материала.
Пример
Слиток гафния диаметром 320 мм нагревали в печи сопротивления до температуры 1060°C, подвергали нагретый слиток ковке на ковочном прессе с общей вытяжкой около 2,0 на каждом этапе.
Затем поковку нагревали до 920°C под горячую прокатку, которую проводили на двухвалковом листовом стане. Общую вытяжку обеспечивали около 15 без подогревов, единичные обжатия 14÷24%.
Горячекатаный лист подвергали термической обработке при температуре 750°C. После чего осуществляли его холодную прокатку в несколько этапов с деформацией на каждом этапе порядка 45%. Между этапами холодной прокатки проводили термическую обработку в печи при температуре около 750°C, а затем окончательную термическую обработку при той же температуре.
Полученные листы подвергали анализу для определения их свойств. Данные анализа приведены в таблице.
Параметр | Установленные требования | Получаемые характеристики |
Качество поверхности | царапины, забоины, риски, вмятины глубиной не более 0,1 мм | требования выполняются |
Толщина, мм | 0,6±0,05 | 0,58÷0,63 |
Предел выносливости в, МПа | не менее 300 | 467÷524 (по 32-м испытаниям) |
Предел текучести 0,2, МПа | не менее 150 | 217÷262 (по 32-м испытаниям) |
Удлинение 5, % | не менее 12 | среднее 46% (по 32-м испытаниям) |
Как показали результаты, листы гафния соответствуют установленным требованиям.
В то же время заявленный способ по сравнению с прототипом не предполагает проведения подогревов после каждых 15-20% обжатия в среде аргона, что снижает себестоимость производства и сокращает производственный цикл.
В настоящее время в ОАО "Чепецкий механический завод" проводится опытно-промышленный выпуск плоского профиля из гафния с использованием заявляемого способа.