СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛИТ ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ Российский патент 2008 года по МПК C22F1/18 

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к изготовлению плит повышенной точности по толщине и неплоскостности из штампованных или кованых слябов (α+β)-титановых сплавов методом горячей прокатки.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ изготовления плит из титановых сплавов, заключающийся в прокатке плит в 2 стадии, на первой из которых сляб нагревают до температуры на 30...40°С ниже температуры полиморфного превращения (Тпп) и прокатывают с обжатиями 3...6% до суммарной степени деформации 20...30%, на второй стадии прокатку доводят до суммарной степени деформации 15...90%, нагревая раскат на 60...130°С выше Тпп, а окончательную прокатку осуществляют в (α+β)- области за 2...4 приема с суммарной степенью деформации в одном направлении не более 75% при температуре раската перед каждой прокаткой на 30...200°С ниже Тпп (Патент РФ №2169791 С2, 14.10.1999) - прототип.

Недостатком такого способа изготовления плит является повышенный уровень внутренних напряжений, а также значительная неплоскостность плит.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение плит повышенной точности по толщине с минимальной местной и общей неплоскостностью и с низким уровнем внутренних напряжений.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления плит повышенной точности из титановых сплавов, включающем нагрев заготовки до температуры прокатки, несколько стадий горячей прокатки заготовки в (α+β)- и β-областях и обработку плит, согласно изобретению последнюю прокатку заготовки в (α+β)-области осуществляют в одном направлении за несколько проходов с обязательным подогревом заготовки до температуры прокатки после каждого прохода, а дальнейшую обработку плит осуществляют путем предварительной правки на рольганговой правильной машине или прессе при температуре плиты 500-900°С с последующим отжигом в условиях крипа, который осуществляют при температуре плит 650-800°С с выдержкой 5-15 часов и охлаждением в печи до 200-500°С.

Отличительным признаком предлагаемого способа является технология проведения заключительной (α+β)-прокатки. Обычно эту прокатку осуществляют реверсивно после нагрева проката до температуры ниже Тпп. Однако реверсивная прокатка обладает рядом недостатков. Один из них заключается в том, что при захвате полосы валками возникают динамические нагрузки и из-за наличия в линии привода стана зазоров, причем эти зазоры, как правило, разные для верхнего и нижнего шпинделя, плита получает местные изгибы на концах. Эта концевая волнистость плиты имеет сравнительно небольшую амплитуду (как правило, не более 2 мм), но длина волны (в зависимости от толщины плиты) мала и составляет 30-200 мм. Такой вид неплоскостности плохо выравнивается всеми известными видами правки, поэтому очень важно избежать образования подобной местной волнистости. С этой целью реверсивная прокатка заменена на нереверсивную, что привело к исключению местной волнистости на заднем конце плиты, т.к. плита все время захватывается валками с одного конца. Для снижения местной волнистости на переднем конце плиты введены подогревы заготовки до температуры прокатки после каждого пропуска заготовки через валки.

Преимущества такой прокатки с подогревами в том, что при многопроходной прокатке температура полосы снижается за счет теплового излучения и контакта с прокатными валками, вследствие чего динамические нагрузки при захвате возрастают, а это приводит к увеличению амплитуды волн на концах плиты и их количества.

При подогреве полосы после каждого прохода материал плиты постоянно деформируется при высокой температуре, сопротивление деформации его меньше и соответственно уменьшаются динамические нагрузки и, вследствие этого, уменьшается амплитуда и количество волн на переднем конце плиты.

Поскольку поставка плит с большой местной волнистостью и общей неплоскостностью недопустима, то ее приходилось удалять путем фрезерования или шлифовки плит, задавая соответствующий припуск по толщине на эту обработку. За счет изменения технологии последней прокатки припуск на механическую обработку удалось снизить в 1,5-3 раза, что снизило трудоемкость изготовления плит и затраты на инструмент.

Другим важным приемом уменьшения неплоскостности плит является применение отжига в условиях крипа. Этот процесс происходит за счет того, что плиты в момент отжига находятся под нагрузкой и постоянно прижимаются к ровному поду печи или подкладной плите. Температуру и продолжительность крип-отжига выбирают, исходя из толщины плит и величины их неплоскостности. Чем больше толщина плит и неплоскостность, тем больше необходимые для правки температура и выдержка. Поскольку правка плит с большой неплоскостностью в условиях крипа малопроизводительна, наилучшим решением стало устранение большой неплоскостности путем правки плит на рольганговой правильной машине или прессе при температуре металла 500-900°С и далее правка в условиях крипа по описанному выше режиму с целью дальнейшего уменьшения неплоскостности. При правке на рольганговой правильной машине или прессе можно обеспечить минимальную неплоскостность 3-5 мм, при правке в условиях крипа 0,5-2,0 мм. Процесс крип-отжига позволяет за счет медленного охлаждения избежать возникновения больших внутренних напряжений, что очень важно для избежания искривления плит при их последующей механической обработке. Применяемый процесс крип-отжига позволяет гарантировать внутреннее напряжение не более 30 МПа.

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемый способ был опробован в условиях листопрокатного цеха предприятия-заявителя при изготовлении опытной партии плит размерами 12×710×3300 мм из титанового сплава TA6V. Температура полного полиморфного превращения Тпп=970°С.

Сляб нагревали в электрической печи сопротивления до температуры прокатки, прокатку проводили на стане 2000 горячей прокатки в (α+β)- и β-областях, затем раскат разрезали на части необходимой длины, нагревали до температуры прокатки и окончательно прокатывали в (α+β)-области. Причем, заключительную прокатку проводили в одном направлении за 3 прохода с подогревом до температуры прокатки 930°С перед каждым проходом. Далее плиты правили на роликовой правильной машине после нагрева при температуре 750°С. После чего плиты подвергали правке и термообработке в условиях крип-отжига по режиму: установочная температура в печи 800°С, выдержка 5 часов, охлаждение с печью до 200°С, далее - на воздухе.

Уровень остаточных напряжений приведен в табл.1, характеристики неплоскостности - в табл.2.

Таблица 1 Способ изготовленияУровень остаточных напряжений, МПаminmaxЗаявленный510Известный4693Таблица 2Способ изготовленияНеплоскостность, мм (max)общаяместная на длине волны 100 ммЗаявленный10,1Известный80,5

Предлагаемый способ, по сравнению с известными, позволяет получать плиты повышенной точности по толщине и неплоскостности и с минимальным уровнем внутренних напряжений.

Способ предназначен для изготовления плит повышенной точности по толщине и неплоскостности из штампованных или кованых слитков двухфазных титановых сплавов методом горячей прокатки. Горячую прокатку заготовки проводят в (α+β)- и β-областях. Возможность получения плит повышенной точности по толщине и неплоскостности с минимальным уровнем внутренних напряжений обеспечивается за счет того, что заключительную прокатку в (α+β)-области осуществляют в одном направлении за несколько проходов с обязательным подогревом заготовки до температуры прокатки после каждого прохода. При температуре плиты 500-900°С проводят предварительную правку на рольганговой правильной машине или прессе. Отжиг плит осуществляют в условиях крипа при температуре 650-800°С с выдержкой 5-15 часов и охлаждением в печи до 200-500°С. 2 табл.

Способ изготовления плит повышенной точности из титановых сплавов, включающий нагрев заготовки плиты до температуры прокатки, несколько стадий горячей прокатки заготовки в (α+β)- и β-областях и обработку плит, отличающийся тем, что заключительную прокатку заготовки в (α+β)-области осуществляют в одном направлении за несколько проходов с подогревом заготовки до температуры прокатки после каждого прохода, а дальнейшую обработку плит осуществляют путем предварительной правки на рольганговой правильной машине или прессе при температуре плиты 500-900°С с последующим отжигом в условиях крипа при температуре плит 650-800°С с выдержкой 5-15 ч и охлаждением в печи до 200-500°С.