СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СЛОИСТОЙ ЗАГОТОВКИ В ВИДЕ ПОЛОСЫ ИЛИ ЛИСТА ИЗ КОРРОЗИОННО-СТОЙКОЙ СТАЛИ
METHOD OF PRODUCING LAMINAR BILLET OF NONCORROSIVE STEEL STRIP OR SHEET

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.
σ0,2
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 Р 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.
2
2
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 мм. Предпочтительный диапазон - от 1000 до 2000 частиц на мм.
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.