СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ АНТИКОРРОЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ НА ФАСОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЯ ИЗ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ ПЕРЛИТНОГО КЛАССА
METHOD FOR FORMING ANTI-CORROSIVE COATING ON THE SHAPED SURFACE OF A PRODUCT OF STRUCTURAL STEEL OF PERLITE CLASS

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании изделий из конструкционной стали перлитного класса, выполненных с антикоррозионным покрытием на фасонной поверхности и работающих в агрессивной среде.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к настоящему изобретению является способ формирования антикоррозионного покрытия на поверхности изделия из конструкционной стали, при котором предварительно изготавливают заготовку покрытия из коррозионно-стойкой стали аустенитного класса, которую размещают на поверхности изделия и выполняют соединение заготовки покрытия с поверхностью изделия посредством сварки (патент РФ № 2649218, опубл. 30.03.2018, МПК В32В 15/18).
В известном способе формирования антикоррозионного покрытия на поверхности изделия из конструкционной стали изделие выполнено из низкоуглеродистой стали 10 и имеет плоскую поверхность. В качестве заготовки антикоррозионного покрытия используют пластину из сплава, содержащего легирующие компоненты в соотношении, обеспечивающем формирование на стальной основе слоя, идентичного по составу стали марки 06Х23Н28М3Д3Т. Сварку заготовки покрытия с поверхностью изделия проводят наплавкой электронным лучом. Размер пластины совпадает с размерами наплавляемой поверхности изделия.
Недостатком известного способа формирования антикоррозионного покрытия на поверхности изделия из конструкционной стали является низкое качество антикоррозионного покрытия вследствие его несплошности из-за возможных дефектов в виде несплавлений и непроваров, что объясняется выполнением покрытия наплавкой электронным лучом. Выполненное наплавкой антикоррозионное покрытие представляет собой отдельные наплавленные валики, металл которых после плавления проходит процесс кристаллизации и приобретает литую структуру. Кроме этого, известный способ невозможно осуществить на фасонной поверхности изделия, особенно в местах с узкими проточками и/или отверстиями малого диаметра.
Технической проблемой настоящего изобретения является создание способа формирования антикоррозионного покрытия на фасонной поверхности изделия из конструкционной стали перлитного класса, обеспечивающего высокое качество антикоррозионного покрытия, что позволит увеличить коррозионную стойкость изделия с антикоррозионным покрытием и будет способствовать его длительной эксплуатации в агрессивной среде.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение качества антикоррозионного покрытия, выполненного на фасонной поверхности изделия из конструкционной стали перлитного класса, путем обеспечения сплошности антикоррозионного покрытия за счет исключения дефектов в виде несплавлений и непроваров.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе формирования антикоррозионного покрытия на поверхности изделия из конструкционной стали, при котором предварительно изготавливают заготовку покрытия из коррозионно-стойкой стали аустенитного класса, которую размещают на поверхности изделия, и выполняют сварное соединение между заготовкой покрытия и изделием, отличающийся тем, что покрытие осуществляют на изделии с фасонной поверхностью, выполненном из конструкционной стали перлитного класса, а в качестве заготовки покрытия используют герметичную оболочку, повторяющую форму и рельеф поверхности изделия и снабженную штуцером, выполненным из материала заготовки покрытия и предназначенным для соединения с системой вакуумирования, при этом герметичную оболочку выполняют составной из отдельных элементов, которые размещают на соответствующих им по форме и рельефу участках поверхности изделия, и соединяют упомянутые элементы между собой герметичными сварными швами, после этого через штуцер вакуумируют внутренний объем между герметичной оболочкой и поверхностью изделия и герметизируют отверстие в штуцере, а сварное соединение изделия с герметичной оболочкой, размещенной на его поверхности, осуществляют диффузионной сваркой в условиях горячего изостатического прессования с выдержкой 2-3 часа при температуре 1000-1160°С и давлении 150-170 МПа.
Кроме этого, на этапе охлаждения при достижении температуры высокого отпуска 500-550°С осуществляют выдержку 2-3 часа.
Отличительный признак, относящийся к выполнению заготовки антикоррозионного покрытия в виде оболочки из отдельных элементов, которые герметично соединены между собой сварными швами, способствует формированию покрытия на фасонной поверхности изделия, включая участки с узкими проточками и/или отверстиями малого диаметра. Отличительный признак, касающийся выполнения диффузионной сварки покрытия и изделия в условиях горячего изостатического прессования, позволяет полностью исключить дефекты в виде несплавлений и непроваров по причине невозможности их появления в указанном виде сварки и обеспечить тем самым сплошность антикоррозионного покрытия. Отличительные признаки, раскрывающие параметры режима горячего изостатического прессования, обеспечивают сплошность соединения покрытия и изделия при полном исключении нежелательных изменений структуры свариваемых сталей, например, выделения фаз по границам зерен или рост зерна, которые могут привести к ухудшению эксплуатационных характеристик изделия.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлено изделие с размещенной на его фасонной поверхности герметичной оболочкой.
Способ осуществляют следующим образом.
Антикоррозионное покрытие формируют на фасонной поверхности изделия из конструкционной стали перлитного класса, например, на фасонной поверхности заготовки крышки 1 водо-водяного ядерного реактора, которая выполнена с узкими проточками и отверстиями разного диаметра. Материал заготовки крышки 1 - сталь марки 15Х2МФА-А. В качестве заготовки антикоррозионного покрытия используют герметичную оболочку, повторяющую форму и рельеф поверхности изделия (крышки 1). В качестве материала герметичной оболочки используют коррозионно-стойкую сталь аустенитного класса. Герметичную оболочку выполняют составной из отдельных элементов, которые в данном примере формирования антикоррозионного покрытия на крышке I изготовлены в виде дисков 2, 3, 4, 5, втулок 6, 7, 8, обечаек 9, 10, 11, 12. Указанные элементы герметичной оболочки выполняют из серийно выпускаемых полуфабрикатов в виде листов, прутков и поковок из легированной, коррозионно-стойкой, жаростойкой стали аустенитного класса, например, стали марки 08Х18Н10Т. Такие полуфабрикаты являются однородными по структуре, герметичными и имеют геометрические размеры в широком диапазоне. Элементы герметичной оболочки очищают от загрязнений и окисных пленок, например, сканирующим лазерным лучом, обезжиривают и подвергают вакуумному отжигу. Затем элементы герметичной оболочки размещают на соответствующих им по форме и рельефу участках поверхности изделия. Для этого в отверстия заготовки крышки 1 вставляют втулки 6, 7 и 8, устанавливают диски 2 и обечайку 11. Затем упомянутые элементы соединяют между собой герметичными сварными швами (на чертеже не показаны), например аргонодуговой сваркой с присадочной проволокой марки 04Х19Н11М3. Полученный узел кантуют, устанавливают диск 3, обечайку 9 и соединяют их между собой герметичными сварными швами (на чертеже не показаны). К диску 3 герметично приваривают обечайку 12, которую соединяют герметичным швом (на чертеже не показан) с втулкой 6. На заготовку крышки 1 устанавливают обечайку 10 и сваривают ее одним или двумя продольными швами (на чертеже не показаны), а затем устанавливают диски 4 и 5, каждый из которых состоит не менее чем из двух деталей, сваривают эти детали между собой продольными швами (на чертеже не показаны). Далее диск 4 сваривают с обечайками 9 и 10, а диск 5 с обечайками 10 и 11 соответствующими кольцевыми швами (на чертеже не показаны). Все сварные швы контролируют визуальным осмотром и измерением. Для соединения с системой вакуумирования герметичная оболочка снабжена штуцером 13, который выполнен из материала заготовки покрытия, например из стали марки 08Х18Н10Т. На наружной поверхности штуцера 13 выполнена резьба, а отверстие имеет коническую поверхность для герметичного соединения с технологическими трубопроводами. Штуцер 13 соединяют с течеискателем посредством стального трубопровода или шланга из вакуумной резины (на чертеже не показаны) и контролируют герметичность выполненных сварных швов методом обдува гелием. Затем через штуцер 13 вакуумируют внутренний объем между герметичной оболочкой и поверхностью изделия (заготовки крышки 1). Для этого узел помещают в камеру электронно-лучевой сварочной установки и производят откачку воздуха из камеры (вакуумируют). Затем в отверстие штуцера 13 устанавливают штифт 14, выполненный из материала заготовки покрытия, например из стали марки 08Х18Н10Т, и герметично сваривают штуцер 13 со штифтом 14 электронно-лучевой сваркой. Далее проверяют герметичность этого шва методом последнего шва, при этом используют коническую поверхность штуцера 13 для соединения сначала с трубопроводом для опрессовки гелием, а затем с трубопроводом для соединения с течеискателем. Затем осуществляют диффузионную сварку изделия, а именно заготовки крышки 1 с герметичной оболочкой, размещенной на его поверхности, в условиях горячего изостатического прессования с выдержкой 2-3 часа при температуре 1000-1160°С и давлении 150-170 МПа. Для этого подготовленную сборку размещают в установке для горячего изостатического прессования (газостат) и проводят горячее изостатическое прессование с параметрами, которые с одной стороны исключают нежелательные изменения структуры свариваемых сталей, например выделения фаз по границам зерен или рост зерна, что может привести к ухудшению эксплуатационных характеристик изделия, а с другой стороны достаточны для осуществления диффузионной сварки оболочки из коррозионно-стойкой стали аустенитного класса с заготовкой крышки из конструкционной стали перлитного класса. Например, горячее изостатическое прессование заготовки крышки 1 с герметичной оболочкой, размещенной на ее поверхности, проводят при температуре 1100°С, давлении 150 МПа и времени выдержки 2 часа. Кроме этого, для сокращения времени проведения горячего изостатического прессования на стадии охлаждения при достижении температуры высокого отпуска 500-550°С осуществляют выдержку 2-3 часа.