|
(21), (22) Заявка: 2006100982/02, 10.01.2006
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
10.01.2006
(43) Дата публикации заявки: 20.07.2007
(46) Опубликовано: 10.11.2007
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске:
RU 2021043 С1, 15.10.1994. RU 2230134 С1, 10.06.2004. ЕР 0198570 А, 22.10.1986. ЕР 1225243 А1, 24.07.2002.
Адрес для переписки:
427620, Удмуртская Республика, г. Глазов, ул. Белова, 7, ОАО ЧМЗ, патентно-информационный отдел
|
(72) Автор(ы):
Вдовенко Николай Васильевич (RU), Вдовенко Ирина Николаевна (RU), Зайцев Владимир Леонидович (RU), Кропачев Сергей Юрьевич (RU), Сунцова Людмила Васильевна (RU), Филиппов Владимир Борисович (RU), Штуца Михаил Георгиевич (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Открытое акционерное общество “Чепецкий механический завод” (ОАО ЧМЗ) (RU)
|
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛОСКОГО ПРОФИЛЯ ИЗ ЦИРКОНИЙ-НИОБИЕВЫХ СПЛАВОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении плоского профиля, применяемого в качестве конструкционного материала для активных зон атомных реакторов. Слиток из бинарного цирконий-ниобиевого сплава подвергают ковке для получения заготовки. Ковку осуществляют в два этапа. На первом этапе ковку проводят с нагревом в температурной области существования -циркония. На втором этапе ковку ведут в верхнем диапазоне температурной области существования (+)-циркония при температуре не менее 800°С с коэффициентом уменьшения площади поперечного сечения не менее 1,3. Затем осуществляют горячую прокатку заготовки и ее холодную прокатку с термообработками. В результате обеспечивается получение профиля с улучшенными эксплуатационными свойствами и меньшей величиной брака по регламентированным характеристикам. 1 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к получению плоского профиля из бинарных цирконий-ниобиевых сплавов, используемого в качестве конструкционного материала для активных зон атомных реакторов.
К указанному плоскому профилю из цирконий-ниобиевых сплавов предъявляются высокие требования по механическим свойствам при температуре эксплуатации.
Известен способ получения заготовок из сплавов Циркалой-2 и Циркалой-4, включающий горячее обжатие слитка сначала в – области с уменьшением площади сечения не менее 1,5, а затем – в -области с уменьшением площади сечения не менее 3, закалку в воду из -области, выдавливание в – области, холодную прокатку и термообработку (Патент Франции № 2584097, С22С 1/18, С22С 16/00, С21С 3/06, публ. 02.01.1987).
Однако горячее обжатие слитка в – области применимо только для сплавов Циркалой-2 и Циркалой-4, которые вследствие особенностей химического состава обладают высокотемпературной областью существования -циркония. Это позволяет проводить горячее формование слитка при температурах 740÷790°С, что является достаточным для промышленной применимости в условиях реальных деформационно-временных параметров обработки слитка.
Для бинарных цирконий-ниобиевых сплавов область существования -циркония ограничена температурным интервалом 590÷620°С. Низкие температурные значения области существования -циркония для бинарных цирконий-ниобиевых сплавов ограничивают возможность ее промышленного применения для деформационной обработки. При этом температурно-деформационные параметры обработки определяют структурно-фазовые превращения, происходящие в сплаве, и в конечном итоге – механические характеристики плоского профиля, которые определяются фазовым составом.
Наиболее близким аналогом является способ получения листов из сплава цирконий – 2,5% ниобия, включающий получение заготовки ковкой, нагрев, горячую прокатку, промежуточную термообработку, холодную прокатку и окончательную термообработку (Патент РФ № 2021043, В21В 3/00, опубл. 15.10.94).
Недостатком данного способа является отсутствие регламентации температурно-деформационных параметров при получении заготовок ковкой, вследствие чего известный способ не обеспечивает равномерной проработки литой структуры слитков, однородного формирования структурно-фазовых составляющих сплава, обеспечивающих высокие и стабильные значения механических свойств плоского профиля для конструкционных элементов атомных реакторов при температуре эксплуатации.
Предлагаемый способ решает задачу получения плоского профиля из цирконий-ниобиевых сплавов с улучшенными эксплуатационными свойствами и меньшей величиной брака по регламентированным характеристикам.
Решение поставленной задачи заключается в оптимизации структурно-фазового состояния сплава за счет регламентации температурно-деформационных параметров ковки в процессе получения заготовок для горячей прокатки.
Это достигается тем, что в способе получения плоского профиля из бинарных цирконий-ниобиевых сплавов, включающем получение заготовок ковкой слитков, горячую прокатку, холодную прокатку с промежуточными и окончательной термообработками, получение заготовок из слитков проводят ковкой в два этапа: на первом – с нагревом в области существования -циркония, на втором – с нагревом в верхнем диапазоне температурной области существования (+) – циркония при температуре не менее 800°С с коэффициентом уменьшения площади поперечного сечения не менее 1,3.
Первоначальный этап обработки слитков ковкой с нагревом в высокотемпературной области существования -циркония позволяет провести значительное предварительное формоизменение слитка в области низких значений сопротивления деформации. В процессе горячей деформации вследствие теплообмена с окружающей средой происходит охлаждение, а в результате сопротивления деформации – разогрев обрабатываемых изделий. В результате деформационного разогрева с переходом их двухфазной области существования (+) – циркония в область существования -циркония (+), а при последующем охлаждении обратно (+) активизируется механизм полиморфного фазового превращения, который и определяет структурно-фазовое состояние сплава.
Дополнительная ковка цирконий-ниобиевых сплавов с нагревом в верхнем диапазоне температурной области существования (+) – циркония с величиной деформации, характеризуемой коэффициентом уменьшения площади поперечного сечения полуфабрикатов не менее 1,3, приводит к стабилизации структурно-фазового состояния сплава и, как следствие, увеличению пластичности и стабилизации механических свойств, таким образом обеспечивая получение плоского профиля из цирконий-ниобиевых сплавов с улучшенными эксплуатационными свойствами.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведены значения механических характеристик листов, изготовленных из заготовок по заявляемому способу с коэффициентом =1,45 и =1,3 и по наиболее близкому аналогу. Значения механических характеристик листов приведены для каждой отдельно взятой заготовки, из которой они изготовлены.
Предлагаемый способ реализован при изготовлении плоского профиля из цирконий-ниобиевого сплава следующим образом. Ковку двух слитков из сплава цирконий – 2,5% ниобия проводили с нагревом в бета-области до 930÷980°С в полосы с размерами 122×300 мм и 110×300 мм. Затем полосы нагревали до верхнего диапазона температурной области существования (+) – циркония (820÷850°С) и после технологической выдержки ковали в конечный размер заготовок для горячей прокатки с припуском для механической обработки. Коэффициент уменьшения площади поперечного сечения заготовок на второй стадии ковки составил в первом случае =1,45, во втором случае – =1,3.
Затем проводили термическую обработку с нагревом в (+) – области при 750°С, после чего механической обработкой изготавливали заготовки прямоугольного сечения для горячей прокатки. Горячую прокатку заготовок проводили после нагрева до 750°С в лист толщиной 4,0-4,5мм. Затем холодной прокаткой с промежуточной и окончательной термообработками получали конечный лист толщиной 1,5 мм.
Сравнительный анализ проводили в отношении значений механических свойств при температуре испытания Т=320°С листов такой же толщины, изготовленных по наиболее близкому аналогу с получением заготовок для горячей прокатки ковкой слитков за одну стадию с предварительным нагревом в -области до 930÷980°С.
В таблице приведены статистические данные по механическим свойствам листов при температуре испытания 320°С, для сравнительного анализа которых использованы методы статистического анализа. Для проверки гипотезы о равенстве средних значений сравниваемых характеристик использован двухвыборочный t-тест Стьюдента, для проверки гипотезы о равенстве дисперсий – F-тест.
Как видно из чертежа, листы из заготовок, изготовленных по заявляемому способу, имеют более высокие пластические свойства при удовлетворительном уровне прочностных свойств. Из результатов сравнительного статистического анализа, представленных в таблице, следует, что разница между свойствами листов из заготовок, полученных по заявляемому способу, и по наиболее близкому аналогу, статистически значима: абсолютное значение тестовой величины t для всех сравниваемых характеристик выше, чем критическое значение tкритич.
Кроме этого, из данных таблицы следует, что листы из заготовок, полученных по заявляемому способу, имеют более стабильные значения механических свойств: среднеквадратичное отклонение механических характеристик для указанных листов ниже, чем среднеквадратичное отклонение аналогичных характеристик для листов, изготовленных по наиболее близкому аналогу. Различие разброса значений статистически значимо: значения F-критерия по пределу текучести (для листов из обоих слитков) и относительному удлинению (для листов из слитка № 1) выше, чем критическое значение Fкритич.
Таким образом, результаты испытаний убедительно доказывают, что заявляемый способ позволяет оптимизировать структурно-фазовое состояние сплава за счет регламентации температурно-деформационных параметров ковки в процессе получения заготовок для горячей прокатки и, таким образом, решает задачу получения плоского профиля из цирконий-ниобиевых сплавов с улучшенными эксплуатационными свойствами.
Заявляемый способ успешно опробован в промышленных условиях.
Таблица Результаты статистического анализа механических свойств листов |
|
Способ |
Т критерий |
Среднее значение характеристики |
F-критерий |
Среднеквадратичное отклонение (СКО) характеристики |
Предел прочности кгс/мм2 |
Предел текучести, кгс/мм2 |
Относит. удлинение, % |
Предел прочности, кгс/мм2 |
Предел текучести, кгс/мм2 |
Относит. удлинение, % |
слиток №1 |
наиболее близкий аналог |
|
30 |
24 |
30,2 |
|
0,77 |
1,32 |
2,94 |
заявляемый =1,45 |
|
28,3 |
22,2 |
33,4 |
|
0,72 |
0,94 |
1,8 |
|
расчетное значение |
14,8 |
9,84 |
-7,82 |
расчетное значение |
1,13 |
1,99 |
2,68 |
критическое значение при уровне значимости =0,01 |
2,6 |
критическое значение при уровне значимости =0,01 |
1,72 |
Слиток №2 |
наиболее близкий аналог |
|
30,4 |
24,4 |
28,6 |
|
0,98 |
1,62 |
4,36 |
заявляемый =1,3 |
|
29,6 |
23,1 |
30,3 |
|
0,9 |
1,25 |
3,49 |
|
расчетное значение |
6,33 |
6,14 |
-2,81 |
расчетное значение |
1,19 |
1,67 |
1,56 |
критическое значение при уровне значимости =0,01 |
2,6 |
критическое значение при уровне значимости =0,01 |
1,63 |
Формула изобретения
Способ получения плоского профиля из бинарных цирконий-ниобиевых сплавов, включающий получение заготовок ковкой слитков, горячую прокатку заготовок и их холодную прокатку с термообработками, отличающийся тем, что получение заготовок ковкой слитков проводят в два этапа, на первом из которых ковку проводят с нагревом в температурной области существования -циркония, на втором – в верхнем диапазоне температурной области существования (+) – циркония при температуре не менее 800°С с коэффициентом уменьшения площади поперечного сечения не менее 1,3.
РИСУНКИ
|
|