Способ изготовления слоистой заготовки в виде полосы или листа из коррозионно-стойкой стали
Владельцы патента RU 2422282:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению стальных пакетов под горячую прокатку биметаллических нержавеющих листов и биметаллических стальных пластин, свариваемых под давлением. Заявлен способ изготовления слоистой заготовки в виде полосы или листа из коррозионно-стойкой стали, состоящей из основного слоя из углеродистой стали, плакирующего слоя из коррозионно-стойкой стали и промежуточного слоя из порошка карбида металла, нанесенного на подготовленную поверхность основного или плакирующего слоя. Способ включает сборку пакета для соединения слоев под давлением, нагрев пакета до температуры соединения слоев под давлением, деформацию пакета при температуре, обеспечивающей соединение основного и плакирующего слоев с получением слоистой заготовки. При этом наносят порошок карбида металла с осколочной формой частиц с размером от 2 до 40 мкм и отношением температуры их плавления к максимальной температуре горячей деформации стали более 2, нагревают пакет до температуры горячей деформации в интервале 950-1250°С, горячую деформацию проводят при степени пластической деформации 0,2-0,6, а затем проводят раскатку слоистой заготовки в полосу или лист. Технический результат - повышение прочности соединительного слоя на срез. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к изготовлению горячей прокаткой слоистых заготовок в виде биметаллических нержавеющих полос или листов.
Известен способ диффузионной сварки тонких листовых материалов под давлением (а.с. SU №893469 от 04.01.1980), при котором сжатие соединяемых деталей осуществляют через порошок, размещаемый между материалом и пуансоном, создающим давление на материал. Под действием создаваемого порошком локального напряжения в зоне контакта разрушается окисная пленка, обнажая чистые поверхности, что позволяет повысить качество сварки. Частицы порошка принимают размером до 30 мкм.
Недостаток способа в его пригодности только для диффузионной сварки фольги из пластичных легко окисляемых металлов.
Известен ГОСТ 10885-85 «Сталь листовая горячекатаная двухслойная коррозионно-стойкая. Технические условия», в соответствии с которым двухслойные листы изготовляют толщиной от 4 до 120 мм. Способ изготовления не регламентирован. Приведены марки углеродистых и низколегированных сталей основного слоя и сталей плакирующих слоев, в том числе коррозионно-стойких хромоникелевых сталей.
Учитывая несовершенство известных способов изготовления слоистых коррозионно-стойких сталей, ГОСТ 10885-85 предусматривает наличие несплошности сцепления слоев и допускает сопротивление срезу не менее 150 МПа.
Известен способ изготовления биметаллического материала (патент RU №2149087 от 24.03.1999), включающий установку между металлическими пластинами промежуточной прокладки, сборку пакета и диффузионное соединение пластин друг с другом через промежуточную прокладку посредством их нагрева и приложения к ним давления в течение определенного времени, при этом соединение пластин осуществляют при давлении от 0,2 МПа до Рσ0,2 при температуре соединения, не превышающей температуру разрушения пакета в течение времени образования связи в композиционном материале. Промежуточная прокладка содержит оксиды свинца, бора, цинка, меди, кремния, висмута, сурьмы и магния, при этом в нее дополнительно введены оксиды алюминия. Техническим результатом изобретения является повышение прочности композиционного материала при снижении его теплопроводимости.
Недостаток данного способа в том, что промежуточная прокладка содержит оксиды металлов, которые при горячей прокатке снижают прочность соединительного слоя.
Известен способ соединения металлических поверхностей, при котором между поверхностями помещают порошок с размером частиц в несколько мкм (патент JP №01-087087 от 30.09.1987). Частицы порошка при горячем прессовании внедряются в металлы соединяемых поверхностей и обеспечивают увеличение силы сопротивления сдвигу.
Недостаток данного способа в том, что в данном патенте не раскрыты виды порошков и их характеристики, что не позволяет использовать данный способ для соединения стальных деталей.
Известен способ соединения металлических поверхностей с использованием металлизованных частиц, размещаемых между соединяемыми поверхностями. Частицы имеют твердость больше, чем твердость соединяемых металлов. При соединении в области контакта создаются напряжения, действующие со стороны частиц на металл, при которых металл пластически деформируется и образуются связи между металлами, в том числе диффузионные. Частицы имеют твердость от 5,5 до 9 ед. по Моосу. В качестве частиц используются такие минералы, как алмазы, корунд, сапфир, магнетит, кварц, кварцит, силицид и искусственные синтетические материалы, включающие оксиды алюминия, нитриды бора, нитриды кремния, карбиды вольфрама, карбиды кремния и др. Плотность распределения частиц порошка на соединяемых поверхностях - от 50 до 10000 частиц на мм2. Предпочтительный диапазон - от 1000 до 2000 частиц на мм2.
Первый недостаток данного способа в том, что он предусматривает диффузионное соединение металлов через металл, который обволакивает твердые частицы, т.е. твердые частицы должны быть предварительно металлизованы, что усложняет весь технологический процесс. Второй недостаток способа - в его длительности вследствие диффузионного процесса соединения металлов или в низкой прочности соединения при сокращении времени проведения диффузионного процесса. Третий недостаток - отсутствие термического режима соединения металлов, который бы позволял существенно повысить прочность соединения и производительность процесса.
Техническая задача изобретения - создание способа соединения полос или листов из углеродистой и коррозионно-стойкой стали, обеспечивающего повышение прочности соединительного слоя на срез.
Техническая задача решена в способе изготовления слоистой заготовки в виде полосы или листа из коррозионно-стойкой стали, состоящей из основного слоя из углеродистой стали, плакирующего слоя из коррозионно-стойкой стали и промежуточного слоя из порошка карбида металла, включающем сборку пакета для соединения слоев под давлением, нагрев пакета до температуры соединения слоев под давлением, деформацию пакета при температуре, обеспечивающей соединение основного и плакирующего слоев с получением слоистой заготовки, при этом наносят порошок карбида металла с осколочной формой частиц с размером от 2 до 40 мкм и отношением температуры их плавления к максимальной температуре горячей деформации стали более 2, нагревают пакет до температуры горячей деформации в интервале 950-1250°С, горячую деформацию проводят при степени пластической деформации 0,2-0,6, а затем проводят раскатку слоистой заготовки в полосу или лист.
Для повышения экономической эффективности технологического процесса в качестве порошка карбида металла наносят порошок карбида вольфрама, или ванадия, или титана, нагрев пакета до температуры горячей деформации проводят в интервале 950-1100°С; горячую деформацию пакета ведут со степенью деформации 0,2-0,5.
Данная совокупность признаков является новой для способа изготовления слоистой заготовки в виде полосы или листа из коррозионно-стойкой стали, так как не обнаружена в источниках информации, полученных при проведении патентно-информационного поиска, и не следует явно из совокупности признаков известных способов.
Примеры
Пример 1.
Для испытаний изготовили 8 заготовок. На каждую заготовку из стали 09Г2С толщиной 12 мм и размером 40×120 мм и из стали 08Х18Н10Т толщиной 3 мм и размером 40×120 мм, поверхности которых механически зачищены и обезжирены, нанесли путем газотермического напыления слой порошка из карбида вольфрама (температура плавления - 2795°С) с размером частиц от 15 до 30 мкм.
Заготовку из стали 09Г2С собрали с листовой заготовкой из стали 08Х18Н10Т в пакет толщиной 15 мм под горячую прокатку. Стык листовых заготовок в пакете заварили сплошным швом по периметру.
Пакет нагревали до температуры (см. таблицу), выбираемой из интервала 950-1250°С, затем раскатывали в полосу при степени пластической деформации от 0,10 до 0,65.
Заготовку охлаждали до температуры 400°С в электропечи, затем на воздухе.
Испытания соединительного слоя на срез провели в соответствии с рекомендациями ГОСТ 10885-85.
Результаты испытаний СКС на срез соединительного слоя для хромистых коррозионно-стойких сталей приведены в таблице.
| № опыта | Степень единичного обжатия заготовки | Температура нагрева заготовки под прокатку, °С | Предел прочности на срез соединительного слоя, МПа |
| 1 | 0,10 | 1250 | 85 |
| 2 | 0,12 | 950 | 105 |
| 3 | 0,2 | 1050 | 160 |
| 4 | 0,3 | 1100 | 180 |
| 5 | 0,4 | 1050 | 190 |
| 6 | 0,5 | 1050 | 195 |
| 7 | 0,6 | 1100 | 195 |
| 8 | 0,65 | 1250 | 145 |
Испытания, результаты которых приведены в таблице, показывают, что при степени пластической деформации стального пакета менее 0,2 и более 0,6 при температуре 1250°С сопротивление срезу существенно ниже, чем при степенях деформации 0,2-0,6.
При степени пластической деформации 0,2 и выше сопротивление срезу значительно превышает величины, рекомендуемые ГОСТ 10885-85. При степени пластической деформации пакета выше 0,6 сопротивление срезу снижается. Этим подтверждается, что степень пластической деформации пакета должна быть в пределах 0,2-0,6, а для повышения эффективности процесса прокатки - в пределах 0,2-0,5.
1. Способ изготовления слоистой заготовки в виде полосы или листа из коррозионно-стойкой стали, состоящей из основного слоя из углеродистой стали, плакирующего слоя из коррозионно-стойкой стали и промежуточного слоя из порошка карбида металла, нанесенного на подготовленную поверхность основного или плакирующего слоя, включающий сборку пакета для соединения слоев под давлением, нагрев пакета до температуры соединения слоев под давлением, деформацию пакета при температуре, обеспечивающей соединение основного и плакирующего слоев с получением слоистой заготовки, отличающийся тем, что наносят порошок карбида металла с осколочной формой частиц с размером от 2 до 40 мкм и отношением температуры их плавления к максимальной температуре горячей деформации стали более 2, нагревают пакет до температуры горячей деформации в интервале 950-1250°С, горячую деформацию проводят при степени пластической деформации 0,2-0,6, а затем проводят раскатку слоистой заготовки в полосу или лист.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошка карбида металла наносят порошок карбида вольфрама, или ванадия, или титана, нагрев пакета до температуры горячей деформации проводят в интервале 950-1100°С, горячую деформацию пакета ведут со степенью деформации 0,2-0,5.
