RU2699879C1 - Способ получения композиционного материала на основе ванадиевого сплава и стали - Google Patents

Способ получения композиционного материала на основе ванадиевого сплава и стали Download PDF

Info

Publication number
RU2699879C1
RU2699879C1 RU2018144226A RU2018144226A RU2699879C1 RU 2699879 C1 RU2699879 C1 RU 2699879C1 RU 2018144226 A RU2018144226 A RU 2018144226A RU 2018144226 A RU2018144226 A RU 2018144226A RU 2699879 C1 RU2699879 C1 RU 2699879C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
composite
steel
workpiece
furnace
inner layer
Prior art date
Application number
RU2018144226A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Анатольевич Никулин
Андрей Борисович Рожнов
Станислав Олегович Рогачев
Владислав Алексеевич Белов
Татьяна Анатольевна Нечайкина
Владимир Маркович Хаткевич
Александра Павловна Баранова
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2018144226A priority Critical patent/RU2699879C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2699879C1 publication Critical patent/RU2699879C1/ru
Priority to EP19895652.6A priority patent/EP3894218A4/en
Priority to PCT/RU2019/050245 priority patent/WO2020122768A1/en
Priority to CN201980081325.8A priority patent/CN113165337B/zh
Priority to JP2021533691A priority patent/JP2022515362A/ja
Priority to US17/312,211 priority patent/US20220017998A1/en
Priority to KR1020217017841A priority patent/KR20210102902A/ko

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
    • C21D8/0226—Hot rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/02—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a press ; Diffusion bonding
    • B23K20/023—Thermo-compression bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/04—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of a rolling mill
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/22—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded
    • B23K20/227—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating taking account of the properties of the materials to be welded with ferrous layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B32B15/013—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of a metal other than iron or aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/25—Hardening, combined with annealing between 300 degrees Celsius and 600 degrees Celsius, i.e. heat refining ("Vergüten")
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0257—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment with diffusion of elements, e.g. decarburising, nitriding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0263—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment following hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0273—Final recrystallisation annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/0081—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for slabs; for billets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C27/00—Alloys based on rhenium or a refractory metal not mentioned in groups C22C14/00 or C22C16/00
    • C22C27/02—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum
    • C22C27/025—Alloys based on vanadium, niobium, or tantalum alloys based on vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C28/00—Alloys based on a metal not provided for in groups C22C5/00 - C22C27/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • C22F1/18—High-melting or refractory metals or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • B23K2103/05—Stainless steel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/16—Composite materials, e.g. fibre reinforced
    • B23K2103/166—Multilayered materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/18—Dissimilar materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2251/00—Treating composite or clad material
    • C21D2251/02—Clad material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области промышленных технологий получения композиционных материалов, а именно к деформационно-термической обработке композиционных материалов на основе металлов и сплавов. Способ получения композиционного материала, состоящего из внутреннего слоя из ванадиевого сплава V - 3-11 мас.% Ti - 3-6 мас.% Cr и двух наружных слоев из коррозионно-стойкой стали ферритного класса с содержанием хрома не менее 13 мас.%, включает подготовку композиционной заготовки, состоящей из упомянутых внутреннего слоя и наружных слоев, горячую обработку давлением и последующую выдержку в печи. Осуществляют подготовку композиционной заготовки, толщина внутреннего слоя которой в 1,5-2 раза больше, чем суммарная толщина наружных слоев из коррозионно-стойкой стали, проводят горячую обработку давлением упомянутой заготовки в диапазоне температур 1050-1150°С со степенью обжатия от 30 до 40% и с последующей выдержкой в течение 1-3 часов при снижении температуры до 500-700°С, затем осуществляют отжиг заготовки путем нагрева до температуры 850-950°С, выдержки в течение 2-4 часов и последующего охлаждения в печи. Указанные режимы получения обеспечивают формирование зоны диффузионного соединения между ванадиевым сплавом и сталью повышенной толщины размером 60-70 мкм, что при заданном соотношении толщин в исходной композиционной заготовке приводит к получению более высокого комплекса механических свойств композиционного материала. 2 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к области промышленных технологий получения композиционных материалов, а именно к деформационно-термической обработке композиционных материалов на основе металлов и сплавов, и может быть использовано для получения полуфабрикатов и изделий из них в виде листов и лент, труб и прутков, обладающих высоким комплексом механических, коррозионных и радиационных свойств при повышенных температурах.
Известны способы деформационно-термической обработки металлов и сплавов с использованием различных технологий обработки давлением (ковка, прокатка, прессование и пр.) и термической промежуточной и заключительной обработки (отжиг, нормализация и пр.). Существующие технологии обеспечивают необходимый уровень свойств в полуфабрикатах и готовых изделиях из однородных материалов, однако не всегда напрямую применимы к получению полуфабрикатов и изделий из композиционных материалов, компоненты в которых достаточно разнородны (например, разные металлы или сплавы на их основе) и обладают отличающимися физико-механическими свойствами. В таких случаях, при возможности использования тех же технологий и технологического оборудования требуется, как минимум, подбор особых режимов обработки, позволяющих достигать однородной деформации при совместной пластической деформации и необходимого диффузионного сцепления между компонентами композита и оптимального комплекса физико-механических свойств конечного композита.
Известен способ получения композиционного материала путем совместной пластической деформации, при котором компоненты разнородных материалов, собранные в пакет (или композитную заготовку), одновременно подвергаются деформации и затем термической обработке в результате которых происходит схватывание компонентов с формированием цельного композита. Использование технологий данного типа для получения ответственных изделий активной зоны атомных реакторов, в частности оболочек твэлов атомных реакторов из композиционных материалов на основе металлов и сплавов различного типа (сталей и др.) показано, например, в RU 2302044 "Твэл реактора на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем". Недостатком данного способа является возможная неравномерность деформации компонентов, приводящая к разнотолщинности соединяемых компонентов и недостаточному их сцеплению между собой. На неравномерность деформации слоев влияние оказывают соотношение прочностных свойств металлов, соотношение толщин слоев, параметры очага деформации, коэффициент внешнего и межслойного трения и расположение слоев в заготовке. Неравномерность деформации может приводит к возникновению разрывов на границе соединения компонентов.
Также известен способ получения композитов на основе ванадиевых сплавов и коррозионно-стойких сталей в виде листов или труб, основанный на использовании совместной пластической деформации путем совместной горячей прокатки или прессования при температуре 1100°С составной композитной заготовки и использования отжигов при температурах в диапазоне от 850°С до 1000°С в течение двух часов [Никулин С.А., Вотинов С.Н., Рожнов А.Б. Ванадиевые сплавы для ядерной энергетики. - М.: Изд. Дом МИСиС. 2013, 184 с.]. В процессе получения слоистых металлических материалов согласно данному способу происходит формирование так называемой переходной диффузионной зоны, характеризующей перенос элементов через границу контакта в обе стороны. Ее размер зависит от параметров получения (степени и скорости деформации, температуры) и характеристик соединяемых материалов, но как правило, после первой итерации соединения ширина зоны не превышает 5-10 мкм. Переходная зона во многом определяет прочность соединения компонентов композита и возможность осуществления последующих этапов обработки давлением без образования дефектов. При получении композита из ванадиевых сплавов и стали по описанному выше способу, размер переходной зоны, образовавшейся при прокатке (прессовании) не превышал 8-10 мкм, а отжиг при температуре 1000°С, увеличивал ее еще на 60-80 мкм. Ширина переходной зоны в данном случае, хотя и обеспечивает некоторое сцепление компонентов, но является недостаточной для получения надежного прочного соединения ванадиевого сплава и стали и наряду с неоптимальной зеренной структурой компонентов на границе соединения и неоднородностью толщины переходной зоны по ее длине, в связи с неравномерностью деформации по сечению, что не обеспечивает необходимый комплекс механических свойств композита в изделии целиком. Таким образом, недостаточная ширина переходной зоны и не оптимальная микроструктура на границе соединения компонентов является недостатком указанного выше способа.
Наиболее близким к заявленному изобретению, выбранному в качестве прототипа, является способ, описанный в [С.А. Никулин и др. Влияние отжига на структуру и механические свойства трехслойного материала «сталь/ванадиевый сплав/сталь» // Цветные металлы». 2018. №2. С. 70-75]. В данном способе композит на основе ванадиевого слава и стали был получен путем совместной пластической деформации (ко-экструзии) при Т=1100°С и последующего отжига при температуре в диапазоне 800-900°С в течение 2-ух часов. Данный способ обеспечивает относительно высокие прочностные и пластические свойства, что связано с формированием несколько более широкой переходной зоны соединения (10-30 мкм), отсутствием выделений второй фазы на границе соединения компонентов композита и формированием относительно не крупного зерна в стали у границы раздела с ванадиевым сплавом (45-70 мкм).
Недостатком указанного способа является то, что ширина сформированной данным способом переходной зоны между ванадиевым сплавом и сталью является все еще не достаточно большой (что особенно может наблюдаться в местах разнотолщинности слоев), а также формируется не достаточно равномерная структура по сечению композита, что может приводить к возможным расслоениям в отдельных местах и формированию несплошностей между слоями композита при последующих этапах обработки давлением. Кроме того, данный способ является энергозатратным, поскольку предусматривает повторный нагрев для отжига после полного остывания после горячей обработки давлением.
Задачей, на решение которой, направлено настоящее изобретение является увеличение ширины переходной диффузионной зоны соединения между компонентами композита (ванадиевым сплавом и сталью) при одновременном отсутствии выделений вторых фаз на границе соединения и приемлемом размере зерна в ванадиевом сплаве и стали у границы раздела (а также равномерности структуры по сечению композита), что обеспечивает оптимальный комплекс механических свойств с точки зрения последующих этапов обработки композита. Дополнительно, задачей является понижение энергозатрат при реализации способа (при деформационно-термической обработке).
Техническим результатом является высокая прочность сцепления (расслоения образца при деформации не происходит вплоть до разрушения образца) компонентов композита (ванадиевого сплава и стали) при высокой пластичности (относительное удлинение 16-20%), отсутствие расслоений по границе соединения компонентов на последующих этапах обработки, понижение энерготазтрат при осуществлении способа.
Предлагаемый способ получения композиционного материала на основе ванадиевого сплава (системы ванадий-титан-хром) и коррозионностойкой стали (ферритного класса) включает горячую обработку давлением в защитной атмосфере композитной заготовки при температуре в диапазоне 1050-1150°С с величиной обжатия 30-40% и последующую выдержку в печи, которая осуществляется ступенчато - путем охлаждения с температур горячей обработки до температур 500-700°С и выдерживанием в течение 1-3 часов и затем с нагревом до температур 850-950°С и выдерживанием в течение 2-4 часов с последующим охлаждением с печью, так что суммарное время выдержки в печи составляет в диапазоне 3-7 часов.
Предлагаемый способ обеспечивает формирование зоны диффузионного соединения между ванадиевым сплавом и сталью повышенной толщины размером 60-70 мкм, при незначительном росте размера зерна ванадиевого сплава и стали, снижении остаточных напряжений и отсутствии выделений вторых фаз, что при заданном соотношении толщин в исходной композиционной заготовке обеспечивает более высокий комплекс механических свойств композиционного материала. Важным аспектом предлагаемого способа является то, что при увеличении общего времени термической обработки (отжига) достигается увеличение ширины переходной зоны соединения и более равномерная структура и снижение остаточных напряжений по сечению за счет процессов рекристаллизации, а ожидаемого при этом значительного роста зерна в компонентах композита и формирования выделений вторых фаз на границе соединения не происходит (за счет реализации ступенчатой схемы выдержки), что обеспечивает высокий комплекс механических свойств. Также предлагаемый способ обеспечивает понижение энергозатрат при своей реализации за счет исключения части дополнительного нагрева для отжига.
Увеличение времени выдержки после горячей обработки до нескольких часов является допустимым в практике термической обработки, если это не приводит к нежелательным явлениям в виде формирования хрупких соединений на границе раздела или резкому роста зерна в материалах - компонентах. Использование несколько более низких температур при выдержке (500-700°С) приводит к некоторому сдерживанию протекания структурных процессов, но обеспечивает протекание диффузионных процессов, что приводит к увеличению ширины переходной зоны между компонентами и повышает прочность сцепления.
Указанный способ реализуется следующим образом. Традиционными известными методами подготавливается композиционная заготовка в виде листа, ленты, трубы или прутка, состоящая из внутреннего слоя ванадиевого сплава (V-3-1l% Ti мас. - 3-6% Cr мас.) и двух наружных слоев коррозионно-стойкой стали (ферритного класса с содержанием хрома не менее 13% мас.). В данной заготовке толщина слоя ванадиевого сплава в 1,5-2,0 раза больше, чем суммарная толщина слоев стали. Композиционную заготовку подвергают горячему прессованию или горячей прокатке в защитной атмосфере при температуре в диапазоне 1050-1150°С с величиной обжатия 30-40%. После этого, обработанная давлением заготовка остывает до температуры в диапазоне 500-700°С в течение 1-3 часов в защитной атмосфере, после чего, нагревается до температуры 850-950°С и выдерживается (отжиг) в течение 2-4 часов также в защитной атмосфере с последующим охлаждением в печи.
Для реализации предложенного способа в качестве одного из вариантов (примера) использовали трехслойную листовую заготовку из сплава V-4% Ti-4% Cr толщиной 1850 мкм, расположенного в центре и двух листов коррозионностойкой стали 08X17Т, расположенных сверху и снизу толщиной 300 мкм. Трехслойную заготовку готовили традиционным способом включая подготовку поверхностей и вакуумирование. Композиционную заготовку подвергали горячей прокатке в защитной атмосфере при температуре 1100°С. После горячей прокатки трехслойной заготовки ее толщина составила 1750 мкм. После горячей прокатки, трехслойная заготовка остывала до температуры 600°С в течение 2-ух часов в защитной атмосфере. Далее ее переносили в печь и осуществляли отжиг при температуре 900°С в течение 3-х часов в защитной атмосфере аргона с последующим остыванием с печью.
После получения заготовки от нее отрезали образцы в различных местах по ее длине и проводили материаловедческие исследования (анализ микроструктуры, перераспределение химических элементов в зоне соединения). Результаты анализа показали, что ширина переходной диффузионной зоны соединения составила 70±5 мкм, на границе соединения слоев отсутствовали выделения каких-либо вторых фаз, размер зерна стали вблизи границы соединения составил 65±5 мкм). На границе раздела также отсутствовали какие-либо дефекты (трещины, расслоения и пр.). Механические испытания биметаллических микрообразцов на растяжение, вырезанных поперек стенки трубы показали достаточно высокий комплекс механических свойств (σ0,2=310±12 МПа, (σВ=450±15 МПа, δ=20±2%) и более высокую воспроизводимость этих свойств по длине трубы (свойства воспроизводились с точностью ±5-7% по длине трубы). Таким образом, было показано, что применение предложенного способа позволяет добиться существенного увеличения ширины переходной зоны без формирования выделений вторых фаз на границе соединения и без существенного роста зерна компонентов композита вблизи границы раздела. Это позволяет добиться более высокого комплекса механических свойств композиционного материала и стабильности свойств по длине трубы.

Claims (3)

1. Способ получения композиционного материала, состоящего из внутреннего слоя из ванадиевого сплава V - 3-11 мас.% Ti - 3-6 мас.% Cr и двух наружных слоев из коррозионно-стойкой стали ферритного класса с содержанием хрома не менее 13 мас.%, включающий подготовку композиционной заготовки, состоящей из упомянутых внутреннего слоя и наружных слоев, горячую обработку давлением и последующую выдержку в печи, отличающийся тем, что осуществляют подготовку композиционной заготовки, толщина внутреннего слоя которой в 1,5-2 раза больше, чем суммарная толщина наружных слоев из коррозионно-стойкой стали, проводят горячую обработку давлением упомянутой заготовки в диапазоне температур 1050-1150°С со степенью обжатия от 30 до 40% и с последующей выдержкой в печи в течение 1-3 часов при снижении температуры до 500-700°С, а затем осуществляют отжиг заготовки путем нагрева до температуры 850-950°С, выдержки в течение 2-4 часов и последующего охлаждения в печи.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячую обработку давлением проводят путем горячего прессования или горячей прокатки.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что горячую обработку давлением и выдержку в печи осуществляют в защитной атмосфере.
RU2018144226A 2018-12-13 2018-12-13 Способ получения композиционного материала на основе ванадиевого сплава и стали RU2699879C1 (ru)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144226A RU2699879C1 (ru) 2018-12-13 2018-12-13 Способ получения композиционного материала на основе ванадиевого сплава и стали
EP19895652.6A EP3894218A4 (en) 2018-12-13 2019-12-13 METHOD FOR MANUFACTURING A COMPOSITE MATERIAL BASED ON VANADIUM ALLOY AND STEEL
PCT/RU2019/050245 WO2020122768A1 (en) 2018-12-13 2019-12-13 Method of fabrication of composite material based on vanadium alloy and steel
CN201980081325.8A CN113165337B (zh) 2018-12-13 2019-12-13 基于钒合金和钢的复合材料的制造方法
JP2021533691A JP2022515362A (ja) 2018-12-13 2019-12-13 バナジウム合金および鋼に基づく複合材料の製造方法
US17/312,211 US20220017998A1 (en) 2018-12-13 2019-12-13 Method of fabrication of composite material based on vanadium alloy and steel
KR1020217017841A KR20210102902A (ko) 2018-12-13 2019-12-13 바나듐 합금과 강철을 기반으로 하는 복합 재료의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018144226A RU2699879C1 (ru) 2018-12-13 2018-12-13 Способ получения композиционного материала на основе ванадиевого сплава и стали

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2699879C1 true RU2699879C1 (ru) 2019-09-11

Family

ID=67989787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018144226A RU2699879C1 (ru) 2018-12-13 2018-12-13 Способ получения композиционного материала на основе ванадиевого сплава и стали

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220017998A1 (ru)
EP (1) EP3894218A4 (ru)
JP (1) JP2022515362A (ru)
KR (1) KR20210102902A (ru)
CN (1) CN113165337B (ru)
RU (1) RU2699879C1 (ru)
WO (1) WO2020122768A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2778317C1 (ru) * 2022-01-17 2022-08-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ обработки немерных отрезков труб

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU23521U1 (ru) * 2001-12-27 2002-06-20 Вотинов Сергей Николаевич Оболочка тепловыделяющего элемента реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем
RU2331941C2 (ru) * 2006-10-09 2008-08-20 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Оболочка тепловыделяющего элемента реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем
CN102336038A (zh) * 2010-07-26 2012-02-01 核工业西南物理研究院 一种复合结构材料及采用该材料制备管道部件的工艺
US10109382B2 (en) * 2017-02-13 2018-10-23 Terrapower, Llc Steel-vanadium alloy cladding for fuel element

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2718482A (en) * 1950-10-31 1955-09-20 Crane Co Heat treatment of vanadium steel to improve the creep strength thereof
DE1608157B1 (de) * 1968-03-14 1971-12-23 Kernforschung Gmbh Ges Fuer Korrosionsfester Verbundwerkstoff fuer Konstruktionsteile und Brennelementhuellen in Kernreaktoren
EP2010754A4 (en) * 2006-04-21 2016-02-24 Shell Int Research ADJUSTING ALLOY COMPOSITIONS FOR SELECTED CHARACTERISTICS IN TEMPERATURE-LIMITED HEATERS
CN102173118A (zh) * 2010-12-09 2011-09-07 嘉兴学院 用于耐火砖模具的复合材料及其制备方法
WO2013144320A1 (en) * 2012-03-30 2013-10-03 Tata Steel Ijmuiden Bv A process for manufacturing a recovery annealed coated steel substrate for packaging applications and a packaging steel product produced thereby
CN104060107B (zh) * 2013-09-11 2015-08-05 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 一种金属钒或钒合金的制备方法
US10311981B2 (en) * 2017-02-13 2019-06-04 Terrapower, Llc Steel-vanadium alloy cladding for fuel element
CN108788436B (zh) * 2018-06-05 2021-02-09 中国科学院合肥物质科学研究院 一种采用置氢金属扩散连接聚变堆材料钨和钢的工艺

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU23521U1 (ru) * 2001-12-27 2002-06-20 Вотинов Сергей Николаевич Оболочка тепловыделяющего элемента реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем
RU2331941C2 (ru) * 2006-10-09 2008-08-20 Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии Оболочка тепловыделяющего элемента реактора на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем
CN102336038A (zh) * 2010-07-26 2012-02-01 核工业西南物理研究院 一种复合结构材料及采用该材料制备管道部件的工艺
US10109382B2 (en) * 2017-02-13 2018-10-23 Terrapower, Llc Steel-vanadium alloy cladding for fuel element

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
НЕЧАЙКИНА Т.А. и др. Сопротивление разрушению переходной зоны трехслойного материала сталь-ванадиевый сплав-сталь после деформационно-термической обработки. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2018, том 61, N6, 15.01.2018, с.447-453. *
НИКУЛИН С.А. и др. Влияние отжига на структуру и механические свойства трехслойного материала сталь/ванадиевый сплав/сталь. Цветные металлы, 2018, N2, 09.02.2018, с.70-75. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2778317C1 (ru) * 2022-01-17 2022-08-17 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Способ обработки немерных отрезков труб

Also Published As

Publication number Publication date
CN113165337B (zh) 2023-04-28
JP2022515362A (ja) 2022-02-18
CN113165337A (zh) 2021-07-23
EP3894218A1 (en) 2021-10-20
EP3894218A4 (en) 2022-09-28
US20220017998A1 (en) 2022-01-20
KR20210102902A (ko) 2021-08-20
WO2020122768A1 (en) 2020-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101927312B (zh) Tc4钛合金锻环加工工艺
WO2013077363A1 (ja) フェライト系耐熱鋼及びその製造方法
JPS60165580A (ja) 原子炉燃料用被覆管の製造法
CN112959004B (zh) 一种高强度钛合金封头及其制备方法
JPS5822364A (ja) ジルコニウム基合金の製造法
CN108517476A (zh) 铜铝冷轧复合板的热处理方法
RU2699879C1 (ru) Способ получения композиционного материала на основе ванадиевого сплава и стали
US20150292650A1 (en) Alpha & beta type titanium alloy sheet for welded pipe, manufacturing method thereof, and alpha & beta type titanium alloy welded pipe product
EP0618067A1 (en) Stainless steel and carbon steel composite, and method of producing the same
CN105441839A (zh) 提高2×××系铝合金板材抗疲劳损伤性能的加工工艺
KR102631715B1 (ko) 지르코늄 합금 배관의 제조방법
JP3118342B2 (ja) チタンおよびチタン合金圧延素材の加熱方法
Buyakova et al. Study of laser cladding additively manufactured steel bimetals
Neminathan et al. Development of ring forgings in Ti-6Al-4V alloy for aero-engine applications
Frankeny et al. INGOT-SHEET BERYLLIUM FABRICATION.
RU2610653C1 (ru) Способ изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов
CN106399806B (zh) 一种纳米结构氧化物弥散强化钢的批量制备方法
Grydin et al. Rolling of flat aluminum strips with tailored mechanical properties
Mohandesi et al. Dependence of the yield and fatigue strength of the thread rolled mild steel on dislocation density
JPH0419298B2 (ru)
JPS6067648A (ja) 原子力燃料被覆管の製造方法
Nechaikina et al. Stability of the transition zones in a steel–vanadium alloy–steel sandwich after thermomechanical treatment
JPS6036984A (ja) 原子炉燃料被覆管及びその製造方法
RU2625372C2 (ru) Способ изготовления металлических и композиционных заготовок из листовых материалов
Haranich et al. Failure mode of reinforcing steel mesh in aluminum roll bonded composite material

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200429

Effective date: 20200429