СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛОСКОГО ПРОФИЛЯ ИЗ ГАФНИЯ
MANUFACTURING METHOD OF FLAT HAFNIUM PROFILE

Изобретение относится к области цветной металлургии, в частности к ковочному и прокатному производству, и предназначено для получения плоского профиля из гафния, используемого в качестве конструкционного материала в активных зонах атомных реакторов.
Известен способ изготовления металлических пластин из гафния марки ГФЭ-1, включающий электронно-лучевую плавку слитка, горячую ковку, обработку поковки резанием, нагрев в печи на воздухе до 1000°C, прокатку на стане холодными валками, заключительный нагрев под прокатку до температуры 800°C, окончательную холодную прокатку с суммарной деформацией около 55%, шлифование заготовки до получения плоскопараллельных пластин толщиной 5,5 мм, разрезку пластин в размер, шлифование в растворе для химической полировки (Р.В.Ажажа, М.П.Старолат, А.А.Васильев и др. Влияние отжига на структуру и свойства горячекатаного гафния. В сб. Вопросы атомной науки и техники, 2008, №1. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), М., с.27).
Недостатками известного способа являются: низкое качество поверхности проката из-за многократного нагрева на воздухе под горячую прокатку и необходимость проведения дорогостоящей операции шлифовки для удаления поверхностного некондиционного слоя.
Наиболее близким аналогом заявляемому изобретению является известный способ изготовления металлического гафния, включающий выплавку слитка, нагрев слитка до 950-1000°C, ковку слитка, механическую обработку поверхности, нагрев до температуры 930°C в среде аргона, горячую прокатку слитка гафния в интервале температур 830-930°C, промежуточные подогревы после 15-20% обжатия при скорости 0,508-0,838 м/с, холодную прокатку с разовыми деформациями на 7%, промежуточные отжиги при температуре 780°C и окончательную термообработку в области температур 840-870°C в течение 1-1,5 часов. (Электронно-лучевая плавка и обработка давлением гафния. Обзорная информация, выпуск 8 (78), М., ВНИИНМ, 1982, с.21-22).
Известный способ имеет сравнительно низкую эффективность и длительный производственный цикл вследствие:
- низкой температуры нагрева под ковку (950-1000°C), что не позволяет проводить ковку с высокими вытяжками и приводит к увеличению количества подогревов;
- большого количества подогревов после 15-20% обжатия при проведении горячей прокатки.
Предлагаемый способ решает задачу повышения технико-экономических показателей получения плоского профиля из гафния.
Это достигается тем, что в способе изготовления плоского профиля из гафния, включающем горячую ковку слитка, механическую обработку поверхности, горячую прокатку, холодную прокатку в несколько этапов с промежуточными и окончательной безокислительными термообработками, ковку проводят с нагревом до 1000-1200°C и общей вытяжкой до 2,2 на каждом этапе, горячую прокатку осуществляют с нагревом до 900-1000°C с общей вытяжкой до 18 и единичными обжатиями до 30%, холодную прокатку ведут с деформацией на каждом этапе 20-50%, а промежуточную и окончательную термообработки проводят при 700-800°C.
Проведение ковки с нагревом до 1000-1200°C способствует возможности проводить общую вытяжку до 2,2 на каждом этапе, обеспечивая рациональное использование энергосиловых параметров ковочного оборудования.
Проведение горячей прокатки с нагревом до 900-1000°C с общей вытяжкой до 18 и единичными обжатиями до 30% в каждом проходе позволяют проводить горячую прокатку без использования промежуточных операций порезки и подогревов, повысить тем самым эффективность получения плоского профиля из гафния.
Проведение холодных прокаток с суммарными деформациями 20-50% также обеспечивает получение листового проката из гафния с высокой эффективностью при высоком качестве поверхности благодаря промежуточным и окончательной термообработкам в безокислительной среде при 700-800°C, которые обеспечивают высокие технологические свойства материала для проведения процессов холодной прокатки в заявляемых условиях без образования дефектов, а также получение в результате плоского профиля с комплексом свойств, предъявляемых к конструкционным элементам из гафния для активных зон атомных реакторов.
При этом исключаются потери металла, связанные с необходимостью съема некондиционного слоя с микронадрывами и трещинами. Таким образом, изобретение позволяет снизить себестоимость изготовления плоского профиля за счет снижения брака готовой продукции по механическим свойствам и дефектам на поверхности изделий.
Оптимально ковку проводить с единичными обжатиями до 45%, это позволяет получать поковки с высоким качеством поверхности из крупногабаритных слитков гафния диаметром до 320 мм.
Перед холодной прокаткой предпочтительно проводить термообработку при 700-800°C, это способствует улучшению технологических свойств горячекатаного материала.
Пример
Слиток гафния диаметром 320 мм нагревали в печи сопротивления до температуры 1060°C, подвергали нагретый слиток ковке на ковочном прессе с общей вытяжкой около 2,0 на каждом этапе.
Затем поковку нагревали до 920°C под горячую прокатку, которую проводили на двухвалковом листовом стане. Общую вытяжку обеспечивали около 15 без подогревов, единичные обжатия 14÷24%.
Горячекатаный лист подвергали термической обработке при температуре 750°C. После чего осуществляли его холодную прокатку в несколько этапов с деформацией на каждом этапе порядка 45%. Между этапами холодной прокатки проводили термическую обработку в печи при температуре около 750°C, а затем окончательную термическую обработку при той же температуре.
Полученные листы подвергали анализу для определения их свойств. Данные анализа приведены в таблице.
Параметр
Установленные требования
Получаемые характеристики
Качество поверхности
царапины, забоины, риски, вмятины глубиной не более 0,1 мм
требования выполняются
Толщина, мм
0,6±0,05
0,58÷0,63
Предел выносливости σ<sub>в</sub>, МПа
не менее 300
467÷524 (по 32-м испытаниям)
Предел текучести σ<sub>0,2</sub>, МПа
не менее 150
217÷262 (по 32-м испытаниям)
Удлинение δ<sub>5</sub>, %
не менее 12
среднее 46% (по 32-м испытаниям)
Как показали результаты, листы гафния соответствуют установленным требованиям.
В то же время заявленный способ по сравнению с прототипом не предполагает проведения подогревов после каждых 15-20% обжатия в среде аргона, что снижает себестоимость производства и сокращает производственный цикл.
В настоящее время в ОАО "Чепецкий механический завод" проводится опытно-промышленный выпуск плоского профиля из гафния с использованием заявляемого способа.