Исследование прокатываемости биметаллического листа сталь–титан

Язык труда и переводы:
УДК:
621.771.8
Дата публикации:
01 июня 2022, 16:32
Категория:
Прокатно-волочильное производства
Авторы
Аннотация:
Представлен сравнительный анализ технологий плакирования титаном стальных листов сваркой взрывом и вакуумной пакетной прокаткой. В ходе металлографических исследований поперечного сечения исходного биметаллического листа выявлены следующие показатели: бейнито-ферритная структура в основном слое (сталь 09Г2С), слой из титана марки ВТ1-0 представлен α-фазой. Обнаружено наличие между слоями интерметаллида TiFe. Кроме интерметаллидов в составе включений присутствует кислород. В зоне соединения слоев выявлена повышенная микротвердость (250 HV1) по сравнению с основным (204 HV1) и плакирующим слоем (163 HV1). Приведены расчетные и экспериментальные данные термодеформационных и силовых параметров горячей прокатки биметаллической заготовки, полученной, сваркой взрывом.
Ключевые слова:
биметаллический лист, сталь-титан, пакетная прокатка, энергосиловые параметры
Основной текст труда

Представлен сравнительный анализ технологий плакирования титаном стальных листов сваркой взрывом и вакуумной пакетной прокаткой. Система Fe–Ti позволяет создавать материалы способные как противостоять коррозии со стороны агрессивных сред, так и обеспечивать высокую прочность и технологичность, которая позволяет создавать относительно дешевые и надежные конструкции [1]. В настоящий момент, биметалл сталь-титан нашел широкое распространение в атомном машиностроении, где активно используется для производства трубных досок конденсаторов АЭС. В России освоено производство сталь-титановых биметаллических листов методом сварки взрывом [2]. Однако получаемая продукция имеет ограничения по размерам получаемой геометрии, качеству сварного слоя и технологическим характеристикам, которые, в конечном счете, и определяют область применимости данного материала.

Установлено, что для биметаллических листов, полученных сваркой взрывом, наряду с такими достоинствами, как возможность производства крупногабаритных листов в плане и по толщине, характерно наличие зон не свариваемости между поверхностями основного и плакирующего слоев [3–6]. Выявлены факторы, негативно влияющие на получение качественного неразъемного соединения между титаном и сталью: низкая растворимость железа в титане, возможность образования на границе раздела легкоплавкой эвтектики, насыщение титана кислородом [7, 8].

 Работа посвящена исследованию возможности использования биметаллического листа, полученного сваркой взрывом, в качестве заготовки для дальнейшей прокатки.

Для прокатки использовались образцы, вырезанные из биметаллического листа (основной слой из низколегированной стали марки 09Г2С и плакирующий слой из технического титана марки ВТ1-0).  Размеры образцов: длина — 124 мм; ширина — 30 мм; толщина — 30 мм, в том числе толщина основного слоя — 25 мм, толщина плакирующего — 5 мм. Прокатка образцов проводилась со скоростью 0,2 м/с на двухвалковом стане с диаметром валков 260 мм и длиной бочки валка 250 мм.

В процессе эксперимента пирометром измерялась температура до и после прокатки, толщина биметаллических листов и толщина плакирующего слоя после прокатки, фиксировались энергосиловые показатели прокатки. Маршрут прокатки включал четыре прохода в следующей последовательности: 30 %, 20 %, 15 %, 10 %. Температура нагрева под прокатку перед каждым проходом — 1050 °С.

Металлографическое исследование поперечного сечения исходного биметаллического листа выявило, что:

  • в основном несущем слое из стали 09Г2С сформирована бейнито-ферритная структура;
  • плакирующий слой из титана марки ВТ1-0 представлен α-фазой;
  • между слоями наблюдается наличие локальных литых включений вытянутой формы, в их составе содержится интерметаллид TiFe. Кроме интерметаллидов в составе включений присутствует кислород;
  • измерениями микротвердости зоны сварного соединения, проведенными по методу Виккерса, выявлена повышенная микротвердость (250 HV1) по сравнению с основным (204 HV1) и плакирующим слоем (163 HV1).

По результатам прокатки, в соответствии с принятым маршрутом, было установлено, что падение температуры, вследствие уменьшения толщины проката, в следующем порядке: 1050, 978, 912 и 856 °С. Изменение соотношения толщин слоев по проходам по сравнению с исходными размерами (5/25) составило: 1,17; 1,44; 1,55; 1,65. Разница в значениях сопротивления деформации стали и титана (Ϭсталь–Ϭтитан) по проходам составила: 68,7 МПа; 76,7 МПа; 84,9 МПа; 97,4 МПа.

Литература
  1. Дорогобид В.Г., Ильина Н.И. Теория прокатки слоистых металлов. Магнитогорск, МГТУ, 1998, 81 с.
  2. Сильченко Т.Ш., Кузьмин С.В., Лысак В.И. и др. Анализ причин изменения структуры и свойств зоны соединения по длине сваренных взрывом биметаллических заготовок. Известия Волгоградского технического университета, 2008, № 3 (41), с. 31–38.
  3. Седых В.С., Трыков Ю.П. Особенности сварки взрывом титана и его сплавов с конструкционными сталями. В сб. Технология сварки взрывом различных металлов и свойства полученных сварных соединений. Москва, 1965.
  4. Sticha E.A. Matez Protect. 1969, no. 10, pp. 1–15.
  5. Hix Hugh B. Material Prot and Performs. 1972, no. 11–12, pp. 28–31.
  6. Горячая прокатка листов из титана. URL: http://sv-barrisol.ru/polufabrikaty/28-goryachaya-prokatka-listov-iz-titana.html (дата обращения 15.04.2022).
  7. Прокатка титана. URL: http://titanen.ru/prokatka_titana (дата обращения 15.04.2022).
  8. Бердыченко А.А., Первухин Л.Б., Олейников Д.В. Трудности сварки взрывом крупногабаритных листов биметалла с плакирующим слоем из титана и пути их преодоления. Композиты — в народное хозяйство России (Композит-02): сб. тр. междунар. науч.- техн. конф. 2002, с. 92–96.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.