Способ производства фольги из коррозионностойкой стали аустенитного класса

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к технологии получения тонких полос и фольги из коррозионностойких сталей аустенитного класса, применяемых при изготовлении проницаемых окон газонаполненных β -источников. Сущность: заготовку подвергают холодной прокатке, на последнем этапе ведут со степенью деформации 76-84% , термическую обработку осуществляют путем нагрева со скоростью 45-55°С/ч до 780-820°С, выдержки при этой температуре в течение 1,8-2,3 ч и охлаждения со скоростью 12-18°С/ч. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к технологии получения тонких полос и фольги из коррозионностойких сталей аустенитного класса, применяемых при изготовлении проницаемых окон газонаполненных β -источников.

Для непрерывного автоматизированного контроля качества тонкого и сверхтонкого листового проката из легированных прецизионных сплавов, цветных металлов, бумаги и др. используются газонаполненные β -источники, окна в которых выполнены из прозрачной для β -излучения стальной фольги толщиной 20 мкм. Материалом фольги служит коррозионностойская сталь аустенитного класса. Технология изготовления окна излучателя включает формовку, лазерную сварку и другие специальные виды обработки. Фольга должна иметь высокую прочность, проницаемость для β -излучения, стойкость к межкристаллитной коррозии (МКК), формуемость.

Физико-механические свойства фольги представлены в табл.1.

Известен способ изготовления проволоки из нержавеющих сталей аустенитного класса, включающий закалку, подготовку поверхности, волочение, промежуточный отпуск при 400-420^оС, волочение на готовый размер и окончательный отпуск при указанной температуре, причем волочение перед промежуточным отпуском проводят с суммарным обжатием 70-80%. (авт.св. N 578355, кл.С 21 D 9/52, 1975).

Недостатком этого способа является высокая прочность (σ_в до 290 кг/мм²) и, соответственно, низкие пластические свойства получаемого металла, что не позволяет провести формовку окна излучателя β -источника из этого металла. Структура металла, получаемого в соответствии с этим способом, представляет 100%-ную мартенситную фазу. Фольга с такой микроструктурой не является вакуумно-герметичной, что не позволяет использовать ее для изготовления окон излучателя газонаполненных β -источников.

Известен способ изготовления ленты термобиметалла, включающий выплавку, горячую прокатку, отжиг при 800-950^оС со скоростью нагрева выше 600^оС 1-2^оС/мин, холодную деформацию с относительным обжатием 65-85%, причем после холодной деформации проводят многократную стабилизирующую термообработку по режиму: нагрев до 400^оС, охлаждение до комнатной температуры со скоростью 1-2^оС/мин и далее до -60^оС (авт.св.СССР N 1074909, кл.С 21 D 9/52, 1981).

Недостатком известного способа является высокая скорость нагрева ленты (1-2^оС/мин). При этом прочность стали повышается, снижается пластичность и лента не соответствует предъявляемым к ней требованиям. При температуре выше 820^оС вследствие собирательной рекристаллизации происходит увеличение размеров зерен выше допустимого и на границах зерен хром связывается с углеродом, что увеличивает склонность металла к МКК. При скорости охлаждения выше 18^оС/ч не обеспечивается выравнивания концентрации хрома по объему рекристаллизованной структуры, что также увеличивает склонность металла к МКК.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ производства нагартованной ленты из нержавеющих сталей аустенитного класса, включающий холодную прокатку с относительным обжатием 60-70% и термообработку при 800-900^оС с выдержкой, равной 0,5-0,7 от времени выдержки, требуемой для полного снятия нагартовки.

Недостаток способа-прототипа заключается в том, что при холодной прокатке полоса подвергается низкой деформации ( ε =60-70%). При деформации ε менее 76% в готовой фольге не обеспечивается необходимого балла зерна аустенита, снижается прочность стали. В интервале температур отжига 800-820^оС и выдержке в течение 0,5-0,7 от времени выдержки, требуемого для полного снятия нагартовки, металл имеет в микроструктуре большое количество остаточного мартенсита и имеет повышенную склонность к МКК. Это не позволяет использовать такую ленту для проницаемых окон газонаполненных β -источников.

Целью изобретения является повышение физико-механических свойств фольги и выхода годных изделий.

Цель достигается тем, что в известном способе производства нагартованной ленты из нержавеющих сталей аустенитного класса, включающем холодную прокатку и окончательную термообработку, холодную прокатку ведут со степенью деформации 76-84%, а термообработку осуществляют путем нагрева со скоростью 45-55^оС/ч до 780-820^оС, выдержки при этой температуре в течение 1,8-2,3 ч и охлаждения со скоростью 12-18^оС/ч.

Известное и предложенное технические решения имеют следующие общие признаки. Оба они являются способами производства тонких полос из коррозионностойких сталей аустенитного класса, оба включают холодную прокатку с регламентированной степенью деформации и термообработку с регламентированными технологическими параметрами.

В отличие от известного способа в предложенном способе холодную прокатку ведут со степенью деформации 76-84%, тогда как в известном способе степень деформации составляет 60-70%. В известном способе термообработку проводят при 800-900^оС с выдержкой при этой температуре, равной 0,5-0,7 от времени, необходимого для полного снятия нагартовки, причем скорости нагрева и охлаждения не регламентируются. В предложенном способе нагрев осуществляют до 780-820^оС со скоростью 45-55^оС/ч, выдержку при этой температуре в течение 1,8-2,3 ч и охлаждение со скоростью 12-18^оС/ч.

Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного параметрами деформации при холодной прокатке и параметрами термообработки. Таким образом заявляемый способ соответствует критерию "Новизна".

Указанные отличительные признаки (степень деформации при холодной прокатке, температурно-скоростные параметры термообработки) в совокупности признаков проявляют новые свойства, не присущие им в известных сочетаниях признаков, заключающиеся в увеличении проницаемости фольги β -излучением, стойкости к МКК при обеспечении заданных параметров микроструктуры, прочности и пластичности. Это позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию "Существенные отличия".

Оптимальные режимы производства фольги для проницаемых окон газонаполненных β -источников определены экспериментально. Если холодную прокатку осуществлять со степенью деформации менее 76%, то в готовой фольге не обеспечивается необходимого балла зерна аустенита, снижается прочность стали, возрастает скорость МКК. Если степень деформации более 84%, то в стали сохраняется остаточный мартенсит и ухудшается ее проницаемость β -излучением.

При скорости нагрева менее 45^оС/ч происходит преимущественная рекристаллизация и рост зерен в местах скопления дислокации и наибольших искажений кристаллической решетки. Это приводит к разнобальности зерна аустенита, снижению прочности, увеличению скорости МКК. При скорости нагрева выше 55^оС/ч прочность стали выше допустимой, фольга не соответствует предъявляемым требованиям.

При температуре термообработки ниже 780^оС или времени выдержки менее 1,8 ч в стали не протекают в полной мере диффузионные процессы, выравнивающие концентрацию хрома в объеме зерен, и по границам не достигается необходимой стабилизации структуры, ухудшается проницаемость фольги β -излучением и ее пластические свойства. При температуре выше 820^оС или при выдержке более 2,3 ч вследствие собирательной рекристаллизации балл зерна становится ниже допустимого. Кроме того, хром на границах зерен связывается с углеродом, что увеличивает склонность стали к МКК.

При скорости охлаждения выше 18^оС/ч не обеспечивается оптимального балла зерна аустенита и выравнивания концентрации хрома по объему рекристаллизованной структуры, что увеличивает скорость МКК. Если скорость охлаждения менее 12^оС/ч, то происходит рост зерен аустенита, снижение прочности, ухудшение проницаемости фольги β -излучением.

П р и м е р. Горячекатаную заготовку толщиной 3,0 мм из коррозионностойкой стали аустенитного класса с химическим составом, мас.%: C 0,09; Cr 17,57; Ni 10,37; Ti 0,53; Fе остальное, подвергают абразивной зачистке и холодной прокатке за несколько этапов с промежуточными термообработками по следующей схеме: 3,0 мм ->> зачистка ->> ->> холодная прокатка (Х.П.) до 0,8 мм ->> ->> закалка->>щелочно-кислотная очистка ->> Х.П. до 0,5 мм ->> закалка ->> щелочно-кислотная очистка ->> Х.П. до 0,1 мм ->> закалка ->> зачистка щетками ->> Х.П. до 0,020 мм ->> ->> окончательная термообработка.

Промежуточные термообработки (закалки) ведут по режиму: нагрев до 1050^оС, выдержка 0,25 ч, охлаждение в воде. Последнюю холодную прокатку осуществляют с толщины 0,1 мм до 0,020 мм ( ε =80%). Фольгу толщиной 0,020 мм подвергают окончательной термообработке в вакуумной печи по режиму: нагрев со скоростью V_н= 50^оС/ч до температуры 800^оС, выдержка τ =2,0 ч и охлаждение со скоростью V_охл=15^оС/ч. Готовая фольга имеет необходимые физико-механические свойства и обеспечивает максимальный выход годных изделий.

Варианты реализации способа, физико-механические свойства фольги и выход годных изделий приведены в табл.2.

Как следует из табл.2, при реализации предложенного способа (варианты 2-4) обеспечиваются необходимые физико-механические свойства фольги и высокий выход годных изделий (96-98,1%). При запредельных значениях заявленных параметров (варианты 1,5-13) ухудшаются физико-механические свойства фольги, снижается выход годных изделий. В случае реализации способа-прототипа (вариант 14) физико-механические свойства фольги не отвечают заданным и она непригодна для изготовления проницаемых окон газонаполненных β -источников.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что его использование позволяет сформировать необходимый комплекс физико-механических свойств фольги, повысить выход годного при изготовлении проницаемых окон газонаполненных β -источников.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ФОЛЬГИ ИЗ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ СТАЛИ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА, включающий холодную прокатку заготовки за несколько этапов с промежуточными термическими обработками и окончательную термическую обработку, отличающийся тем, что, с целью повышения физико-механических свойств фольги и выхода годных изделий, холодную прокатку на последнем этапе ведут со степенью деформации 76 - 84% , а окончательную термическую обработку осуществляют путем нагрева со скоростью 45 - 55^oС/ч до 780 - 820^oС, выдержки при этой температуре в течение 1,8 - 2,3 ч и охлаждения со скоростью 12 - 18^oС/ч.