Способ изготовления слоистой заготовки в виде полосы или листа из коррозионно-стойкой стали

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению слоистых заготовок из коррозионно-стойких сталей. Заявлен способ изготовления слоистой заготовки в виде полосы или листа из коррозионно-стойкой стали, состоящей из основного слоя из углеродистой стали или низколегированной стали, по меньшей мере, одного плакирующего слоя из коррозионно-стойкой стали и промежуточного слоя. Способ включает подготовку контактирующих поверхностей основного и плакирующего слоев, нанесение, по меньшей мере, на одну из контактирующих поверхностей промежуточного слоя из порошкового материала, сборку пакета под горячую деформацию, нагрев пакета до температуры горячей деформации в интервале 950-1250°С, горячую деформацию пакета с получением слоистой заготовки, раскатку слоистой заготовки в полосу или лист. В порошковый материал для нанесения промежуточного слоя дополнительно включают порошок карбида металла с размером частиц от 2 до 40 мкм и получают порошковый материал следующего состава, %: порошок сплава никеля с кремнием - 55÷65 при содержании в нем кремния от 30 до 50 мас.%, порошок никеля - 20÷25, порошок карбида металла - 10÷25. Горячую деформацию пакета проводят при степени пластической деформации 0,12-0,6. Повышается прочность соединительного слоя на срез. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

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 г.), 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.

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 предела текучести материала при температуре соединения. 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 теплопроводности.

Недостаток данного способа в том, что промежуточная прокладка содержит оксиды металлов, расплавляемые при температуре горячего деформирования стали и снижающие 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 внедряются в металлы соединяемых поверхностей и обеспечивают увеличение силы сопротивления сдвигу.

Недостаток данного способа в том, что в его описании не раскрыты виды порошков и их характеристики, а также режимы процесса соединения, что не позволяет использовать данный способ для соединения стальных деталей.

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 мм2. Предпочтительный диапазон - от 1000 до 2000 частиц на мм2. В описании способа предполагается, что связи в соединяемом металле будут прочнее, если увеличивать температуру нагрева и давление.

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.

Известен способ соединения металлических поверхностей (патент JP №05-220587 от 10.02.1992, прототип), при котором между соединяемыми поверхностями основного слоя из углеродистой или низколегированной стали и плакирующим слоем из коррозионно-стойкой стали введен промежуточный слой из порошкового материала, содержащего 80 мас.% или более порошка сплава «никель-бор» (Ni-B) с 4-8 мас.% бора или порошка сплава «никель-кремний» (Ni-Si), содержащего 30-50 мас.% кремния (Si), а также включающий никель. Порошковый материал наносят газотермическим напылением с помощью электродуги или плазмы на поверхность плакирующего слоя, контактирующего с поверхностью основного слоя.

Способ обеспечивает недостаточное сопротивление срезу соединительного слоя такого состава.

Техническая задача изобретения - создание способа изготовления слоистой заготовки в виде полос или листов из 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 или низколегированной стали и, по меньшей мере, одного плакирующего слоя из коррозионно-стойкой стали и промежуточного слоя, включающем: подготовку контактирующих поверхностей основного и плакирующего слоев, нанесение промежуточного слоя, по меньшей мере, на одну из контактирующих поверхностей промежуточного слоя порошкового материала, содержащего порошок сплава никеля с кремнием и порошок металла; сборку пакета под горячую деформацию, нагрев пакета до температуры горячей деформации выше температуры плавления сплава никеля с кремнием в интервале 950-1250°С; горячую деформацию пакета с получением слоистой заготовки, раскатку слоистой заготовки в полосу или лист, при этом в порошковый материал для нанесения промежуточного слоя дополнительно включают порошок карбида металла с размером частиц от 2 до 40 мкм, а в качестве порошка металла используют порошок никеля с получением порошкового материала следующего состава, мас.%: порошок сплава никеля с кремнием - 55÷65 при содержании в нем кремния от 30 до 50, порошок никеля - 20÷25, порошок карбида металла - 10÷25, а горячую деформацию пакета проводят при степени пластической деформации 0,12-0,6.

Для более интенсивного разрушения оксидной пленки на соединяемых поверхностях основного и плакирующего слоев порошковый материал для нанесения промежуточного слоя содержит порошок карбида металла с размером частиц от 15 мкм до 30 мкм.

Порошковый материал наносят на одну из контактирующих поверхностей термическим газоплазменным напылением.

Для экономии энергии в качестве порошка карбида металла используют карбид вольфрама, или ванадия, или титана, нагрев пакета до температуры горячей деформации проводят в интервале 950-1100°С, горячую деформацию пакета ведут со степенью деформации 0,3-0,5.

Степень пластической деформации при прокатке пакета в слоистую заготовку оценивают по формуле:

где δс.з, δп - соответственно толщина пакета и толщина слоистой заготовки после прокатки пакета.

Марки и состав сталей для основного и плакирующего слоёв подбирают в соответствии с ГОСТ 1085-85 или в соответствии с требованиями заказчика. Соединяемые поверхности перед сборкой слоев в пакет зачищают и обезжиривают, порошковый материал напыляют выбранным способом на соединяемые поверхности одного слоя или обоих слоев. После наложения одного слоя на другой их скрепляют, предпочтительно приваркой плакирующего слоя к основному слою. Пакеты подвергают горячей прокатке в прокатном стане.

В процессе нагрева пакета под горячую деформацию при достижении температуры плавления сплава никель-кремний (Ni-Si) в промежуточном слое происходит заполнение пор, образованных в процессе напыления. При горячем деформировании (прессовании или горячей прокатке) жидкая фракция сплава Ni-Si заполняет все неплотности в промежуточном слое, при этом под давлением процесс диффузии Ni, Si в основной и плакирующий слои происходит более интенсивно с увеличением температуры и степени пластической деформации. При деформировании происходит внедрение твердых частиц карбидов в стали основного и плакирующего слоев, что способствует увеличению сопротивления соединительного слоя срезу, так как частицы твердого сплава, внедрившиеся в контактирующие слои сталей, имеют большую прочность, чем сплав никеля с кремнием в промежуточном слое. Кроме того, при внедрении в слои стали твердые частицы карбидов разрушают оксидную пленку, способствуя ускорению процесса диффузии и более прочному соединению слоев сталей.

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 9 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 следующего состава в мас.%: сплава никеля с кремнием - 55, порошка никеля - 25, порошка карбида вольфрама с размером частиц 15÷30 мкм (температура плавления - 2795°С) - 20.

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 (табл.), 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 0,10 950 85
2 0,10 1250 115
3 0,12 950 155
4 0,2 1050 210
5 0,3 1050 240
6 0,4 1050 260
7 0,5 1050 280
8 0,6 1100 280
9 0,65 1250 260

Испытания, результаты которых приведены в таблице 1, показывают, что при степени пластической деформации стального пакета менее 0,12 при температуре 1250°С сопротивление срезу существенно ниже, чем при степенях деформации 0,12 и выше.

При степени пластической деформации 0,12 и выше сопротивление срезу значительно превышает величины, рекомендуемые ГОСТ 10885-85. При степени пластической деформации пакета выше 0,6 сопротивление срезу незначительно снижается. Этим подтверждается, что степень пластической деформации пакета должна быть в пределах 0,12-0,6, а для повышения эффективности процесса прокатки - в пределах 0,3-0,5.

1. Способ изготовления слоистой заготовки в виде полосы или листа из коррозионно-стойкой стали, состоящей из основного слоя из углеродистой стали или низколегированной стали, по меньшей мере, одного плакирующего слоя из коррозионно-стойкой стали и промежуточного слоя, включающий подготовку контактирующих поверхностей основного и плакирующего слоев, нанесение, по меньшей мере, на одну из контактирующих поверхностей промежуточного слоя из порошкового материала, содержащего порошок сплава никеля с кремнием и порошок металла, сборку пакета под горячую деформацию, нагрев пакета до температуры горячей деформации выше температуры плавления сплава никеля с кремнием в интервале 950-1250°С, горячую деформацию пакета с получением слоистой заготовки, раскатку слоистой заготовки в полосу или лист, отличающийся тем, что в порошковый материал для нанесения промежуточного слоя дополнительно включают порошок карбида металла с размером частиц от 2 до 40 мкм, а в качестве порошка металла используют порошок никеля с получением порошкового материала следующего состава, %: порошок сплава никеля с кремнием 55÷65 при содержании в нем кремния от 30 до 50 мас.%, порошок никеля 20÷25, порошок карбида металла 10÷25, а горячую деформацию пакета проводят при степени пластической деформации 0,12-0,6.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что порошковый материал для нанесения промежуточного слоя содержит порошок карбида металла с размером частиц от 15 до 30 мкм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что порошковый материал наносят на одну из контактирующих поверхностей газоплазменным напылением.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошка карбида металла используют карбид вольфрама, или ванадия, или титана, нагрев пакета до температуры горячей деформации проводят в интервале 950-1100°С, горячую деформацию пакета ведут со степенью деформации 0,3-0,5.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению стальных пакетов под горячую прокатку биметаллических нержавеющих листов и биметаллических стальных пластин, свариваемых под давлением.
Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству стальных листов бронезащитного назначения для средств индивидуальной защиты, легкобронированных боевых машин, летательных аппаратов, бронированных сооружений и строительных бронезащитных конструкций.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению методом поточного производства при низкой себестоимости стального листа и фольги с высоким содержанием алюминия.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам изготовления слоистых стальных изделий с узором на их поверхности, характерным для дамасской и булатной стали, и может быть использовано в металлургическом производстве при изготовлении заготовок для ножей, клинков и других режущих и колющих инструментов, самих ножей и клинков, а также средств индивидуальной защиты человека - щитов, бронежилетов и др.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению материалов для изготовления металлообрабатывающего инструмента. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для изготовления оружия (клинков, сабель, ножей и т.д.), а также для изготовления инструмента для обработки различных материалов (кожи, пластмассы, древесины).

Изобретение относится к области производства высокопрочных многослойных металлических труб с прослойками из легкоплавких металлов. .

Изобретение относится к способам изготовления слоистых металлических изделий с узором на их поверхности, характерным для дамасской стали, и может быть использовано в металлургическом производстве при изготовлении заготовок для ножей, клинков и других режущих инструментов, а также самих ножей и клинков.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам слоистых стальных материалов, используемых для изготовления бронезащитных конструкций
Изобретение относится к производству слоистых композиционных материалов сталь-алюминий
Изобретение относится к производству слоистых композиционных материалов сталь-алюминий

Изобретение относится к получению композитной металл-полимерной детали и ее применению в автомобильной сфере

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении сварных конструкций из двухслойного проката, длительно эксплуатирующихся при отрицательных температурах в условиях интенсивного механического, коррозионно-эрозионного воздействия мощных ледовых полей и морской воды, в частности корпусов атомных ледоколов, судов ледового плавания, морских ледостойких стационарных и плавучих платформ для добычи углеводородов на арктическом шельфе

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к производству двухслойного стального листового проката толщиной 4-20 мм для бронезащитных конструкций с классом защиты не ниже 6a по ГОСТ P5 0963-96 для легкобронированных боевых машин, летательных аппаратов, бронированных сооружений. Для повышения броневой стойкости получают фронтальную и тыльную листовые заготовки, нагревают их до температуры 1100-1240°C и выдерживают не менее 2 ч и соединяют посредством сварки взрывом, затем проводят горячую прокатку с суммарным относительным обжатием по толщине не менее 60% с температурой конца прокатки 860-980°C и с этой температуры закаливают. После закалки проводят отпуск при температуре 150-190°C, при этом фронтальный слой выполняют из стали следующего химического состава, мас.%: 0,3-0,7 C, 0,5-1,3 Si, 0,4-0,7 Mn, 3,0-7,0 Cr, 0,1-0,7 Ni, 1,0-1,6 Mo, 0,3-0,6 V, не более 5,0 Co, Fe и примеси - остальное, а тыльный слой выполняют из стали следующего состава, мас.%: 0,2-0,4 C; 0,1-0,3 Si; 0,2-0,7 Mn; 1,5-2,5 Cr; 3,0-6,0 Ni; 0,3-0,5 Mo; не более 4,0 Co; Fe и примеси - остальное. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к технологии производства листовой стали, используемой в качестве тыльного слоя двухслойной разнесенной бронезащитной конструкции. Для повышения бронестойкости бронезащитной конструкции лист тыльного слоя изготавливают из стали, содержащей, мас.%: 0,12-0,18 C; 0,10-0,19 Si; 1,2-1,6 Mn; 1,0-1,4 Ni; 0,25-0,45 Mo; 0,02-0,06 Al; 0,02-0,16 Ti; 0,001-0,032 Ca; 0,005-0,015 P; не более 0,01 S; остальное Fe, причем суммарное содержание Si+P не превышает 0,21 мас.%, горячую прокатку листов ведут как в поперечном, так и в продольном направлениях с суммарным относительным обжатием в каждом из направлений не менее 50%, завершают прокатку при температуре 930-1050°C и с этой температуры листы охлаждают водой, а отпуск проводят при температуре 250-460°C. 3 табл.
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению биметаллических листов с наплавленным (плакирующим) слоем из износостойкой стали и основным слоем из легированной стали. Способ включает получение биметаллического слитка наплавкой заготовки основного слоя плакирующим износостойким слоем и последующую его горячую прокатку. После горячей прокатки проводят отжиг при температуре 680-820°C. Основной слой изготавливают из стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, фосфор, серу, железо и неизбежные примеси. Износостойкий плакирующий слой выполнен из высокоуглеродистой легированной стали, содержащей углерод, кремний, марганец, хром, вольфрам, ванадий, молибден, фосфор, серу, железо и неизбежные примеси. Техническим результатом изобретения является повышение технологичности изготовления изделий с высокими показателями прочности, твердости и износостойкости. 4 табл., 1 пр.

Изобретение относится к области производства материалов для броневых изделий и конструкций, подвергающихся воздействию динамических нагрузок. Способ производства листовой стали включает сварку взрывом тыльного и лицевого слоев стали. Затем осуществляют отпуск двухслойного листа при температуре 600-650°С. Затем осуществляют нагрев листов в печи до температуры 1050-1150°С и прокатку в интервале температур 1150-800°С с суммарным обжатием 30-40%. Далее производят закалку в масло или воду при температуре 900-950°С и двойной отпуск при температуре 170-200°С с охлаждением на воздухе. Техническим результатом изобретения является повышение бронестойкости от пуль двухслойной, стойкой к динамическому воздействию, листовой стали. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр., 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению слоистых заготовок из коррозионно-стойких сталей

Наверх