Способ изготовления листов из сплава цирконий - 2,5 мас.% ниобия

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к получению листов сплава цирконий - 2,5 мас.% ниобия, используемых в качестве конструкционного материала активных зон атомных реакторов. Способ включает горячую и холодную прокатки листов из сплава 125 с промежуточной и окончательной термообработками, при этом с целью стабилизации и повышения уровня относительного удлинения листов при температуре эксплуатации не меньшего аналогичного показателя, при температуре испытаний 20°С нагрев и начало горячей прокатки кованых заготовок обеспечивают в температурном интервале ниже температуры превращения на 70 - 150°С. 1 табл.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к получению листов из сплава цирконий, 2,5 мас.% ниобия (сплав 125), используемого в качестве конструкционного материала для активных зон атомных реакторов.

К листам из сплава 125, используемым в качестве конструкционного материала для активных зон атомных реакторов, предъявляются высокие требования по механическим свойствам при комнатной температуре и температуре эксплуатации.

В частности, величина относительного удлинения (согласно техническим условиям ТУ 95.252-85) при температуре испытаний 20^оС и 320^оС должна быть не менее 20%. Известно [1], что для сплава 125 имеется аномальная зависимость характеристик пластичности (относительного удлинения) от температуры испытаний: величина относительного удлинения при температуре испытаний 300^оС составляет 0,92, а при температуре испытаний 400^оС-0,88 от значения этого показателя при температуре испытаний 20^оС. Механизм этого явления и влияния технологии изготовления изделий на него еще мало изучен.

Известен способ изготовления листов из сплава 125, включающий нагрев кованых заготовок до температуры 750-900^оС, горячую и холодную прокатки с промежуточной и окончательной термообработками [2]. Этот способ принят авторами за прототип.

Недостатком этого способа является низкий и нестабильный уровень относительного удлинения листов при температуре испытания 320^оС, который в промышленных условиях составляет до 0,7 от величины аналогичного показателя при 20^оС (таблица), что подтверждает известную [1] закономерность и (при регламентированном техническими условиями одинаковом уровне относительного удлинения для испытаний при температурах 20 и 320^оС) приводит к значительной отбраковке листов по относительному удлинению при температуре испытаний 320^оС, достигающей 50%.

Предлагаемый способ решает задачу повышения и стабилизации уровня относительного удлинения листов из сплава 125 при температуре эксплуатации, обеспечивая при этом величину относительного удлинения при температуре испытания 320^оС не менее величины аналогичного показателя при комнатной температуре.

Это достигается тем, что в известном способе изготовления листов, включающем нагрев кованых заготовок, горячую и холодную прокатки с промежуточной и окончательной термообработками обеспечивают температуры нагрева и начала горячей прокатки кованых заготовок в интервале, граничные значения которого расположены ниже температуры α + β β превращения на 70-150^оС.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что общими признаками предлагаемого способа и прототипа являются такие операции, как нагрев кованых заготовок, горячая и холодная прокатки с промежуточной и окончательной термообработками.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что температуры нагрева кованых заготовок и начала горячей прокатки находятся в интервале, граничные значения которого расположены ниже температуры α + β β превращения на 70-150^оС. Из проанализированных источников не выявлены технические решения, обладающие совокупностью существенных признаков, совпадающих с заявляемым техническим решением, что доказывает его новизну.

Количественные изменения признаков общих для заявляемого технического решения и прототипа таких, как температура окончания горячей прокатки, степень холодной деформации и режимы термообработки в различной их взаимосвязи позволяют лишь изменять величину относительного удлинения, не внося существенных изменений в "разброс" значений данного показателя при температуре эксплуатации и не обеспечивая величины относительного удлинения при температуре испытания 320^оС не меньшей величины аналогичного показателя при температуре испытаний 20^оС.

Использование заявляемого технического решения позволяет получать листы из сплава 125, имеющие в 1,2-1,6 раз большие номинальные значения показателя относительного удлинения при температуре эксплуатации и их среднеквадратичные отклонения в 1,5-3,5 р., меньшие аналогичных показателей листов, изготовленных по способу-прототипу. Кроме того, заявляемое техническое решение обеспечивает уровень относительного удлинения при температуре испытаний 320^оС не меньше аналогичного показателя при температуре испытания 20^оС (таблица).

Возможность решения поставленной задачи не следует явным образом из существующего уровня техники, что доказывает изобретательский уровень заявляемого способа.

П р и м е р (осуществление способа). Предлагаемый способ изготовления листов из сплава Zr 2,5 мас. % Nb реализован следующим образом.

На четырех слитках сплава Zr 2,5% мас. % Nb определялся химический состав по ТУ 95.166-83 и температура α + β β превращения. Слитки подвергались ковке в β- и α + β -областях на плиты с суммарной степенью деформации 82,5-83%. Нагрев плит под горячий прокат проводили по 2-м режимам в проходной электропечи, при этом нагрев и задачу в валки стана части плит каждого из 4-х слитков проводили в температурном интервале, граничные значения которого расположены ниже температуры α + β β превращения на 70-150^оС, для остальной части плит обеспечивали соответствующие операции в температурном интервале 750-900^оС (прототип). Горячую прокатку плит проводили на реверсивном стане ДУО 500 с одинаковой суммарной степенью деформации для плит обоих режимов нагрева.

После вакуумной промежуточной термообработки в α + β -области проводили холодную прокатку листов на реверсивном стане ДУО-Кварто. Окончательную вакуумную термообработку листов проводили в α + β -области.

Контроль и испытания готовых листов проводили по ТУ 95.252-85. Результаты удлинения при температурах испытаний 20 и 320^оС и их среднеквадратичные отклонения для листов 4-х слитков, изготовленных по 2-м технологическим схемам, отличающимся температурой нагрева и начала горячей прокатки плит, представлены в таблице.

Листы, изготовленные по 1 технологической схеме, температуры нагрева и начала горячей прокатки кованых заготовок, в которой обеспечивали в интервале с граничными значениями, расположенными ниже температуры α + β β превращения на 70-150^оС, имеют более высокие и стабильные значения удлинения по сравнению с аналогичными значениями листов, изготовленных по 2 технологической схеме, температуpу нагрева и начала горячей прокатки, в которой обеспечивали в интервале 750-900^оС. Кроме того, листы, изготовленные по 1 технологической схеме, имеют уровень относительного удлинения при температуре испытаний 320^оС не меньше аналогичного показателя при температуре испытания 20^оС, что не обеспечивается 2 технологической схемой.

Снижение температуры начала горячей прокатки от нижней границы заявляемого интервала при неизменной степени деформации на 4-х плитах различных слитков привело к уменьшению технологичности сплава и значительному трещинообразованию листов из сплава 125, что обусловлено понижением температуры окончания прокатки в область интенсивного увеличения прочностных свойств.

Внедрение данного способа позволяет увеличить выход годного при изготовлении листов из сплава 125 на 10-20% и, кроме того, повысить качество и надежность конструкционных материалов активных зон атомных реакторов.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТОВ ИЗ СПЛАВА ЦИРКОНИЙ - 2,5 МАС.% НИОБИЯ, включающий получение заготовки ковкой, нагрев, горячую прокатку, промежуточную термообработку, холодную прокатку и окончательную термообработку, отличающийся тем, что нагрев и начало горячей прокатки проводят в интервале ниже температуры α+β β= превращения на 70 - 150^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1