RU2393266C1

RU2393266C1 - Procedure for thermal treatment of semi-finished products, items and welded structures out of high strength alpha-titanium alloys

Info

Publication number: RU2393266C1
Application number: RU2008139365/02A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Сергеевич Кудрявцев (RU); Анатолий Сергеевич Кудрявцев; Денис Александрович Паноцкий (RU); Денис Александрович Паноцкий
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2010-06-27
Also published as: RU2008139365A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: here is disclosed procedure for thermal treatment of semi-finished products, items and welded structures out of high strength α-titanium alloys. The procedure consists in placing metal into a cold furnace, in heating at the highest rate allowed by thermal power of a heating device to temperature 675±10°C, and in conditioning in terms not less, than 1 min per 1 mm of thickness of utmost cross section. Cooling is carried out at rate 1.5-2°C/min to temperature 580±10°C, and further - in open air.

EFFECT: reduced tendency to corrosion cracking.

1 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к термической обработке полуфабрикатов, изделий и сварных конструкций из высокопрочных титановых α-сплавов с содержанием β-фазы до 15%. Изобретение может быть использовано на предприятиях цветной металлургии, судостроительной, авиационной промышленности, изготавливающих полуфабрикаты, изделия и сварные конструкции из высокопрочных титановых сплавов; α-сплавов.The invention relates to the heat treatment of semi-finished products, products and welded structures of high-strength titanium α-alloys with a β-phase content of up to 15%. The invention can be used at enterprises of non-ferrous metallurgy, shipbuilding, and aviation industries that manufacture semi-finished products, products, and welded structures from high-strength titanium alloys; α alloys.

Известны различные способы термической обработки титановых псевдо α-сплавов, в том числе отжиг при температурах 670-850°С [1-4].There are various methods of heat treatment of titanium pseudo-α-alloys, including annealing at temperatures of 670-850 ° C [1-4].

Однако известные способы термической обработки, применяемые для ряда полуфабрикатов, таких как толстолистовой крупногабаритный прокат, цельнокатаные кольца, кольцевые поковки из высокопрочных титановых сплавов с небольшим количеством β-фазы и содержанием А1 свыше 5% и изделий, сварных конструкций из них, обладают недостатками. Например, отжиг, представленный в авторском свидетельстве №707989 [2], который позволяет повысить сопротивляемость развитию разрушения в морской воде. Недостаток этого способа заключается в том, что в результате охлаждения с предлагаемой скоростью более 40°С/мин в интервале температур 800-400°С в конструкциях и полуфабрикатах создаются значительные остаточные внутренние напряжения, что приводит к искажениям геометрии изделий.However, the known methods of heat treatment used for a number of semi-finished products, such as large-plate thick-rolled products, solid-rolled rings, ring forgings from high-strength titanium alloys with a small amount of β-phase and A1 content of over 5% and products, welded structures from them, have disadvantages. For example, annealing, presented in copyright certificate No. 707989 [2], which allows you to increase the resistance to the development of destruction in sea water. The disadvantage of this method is that as a result of cooling with the proposed speed of more than 40 ° C / min in the temperature range 800-400 ° C, significant residual internal stresses are created in the structures and semi-finished products, which leads to distortions in the geometry of the products.

Наиболее близким к изобретению по техническому исполнению является отжиг для снятия остаточных сварочных напряжений, представленный в [3], который обеспечивает снятие остаточных напряжений, но приводит к существенному снижению характеристик трещиностойкости в морской воде.Closest to the invention in technical design is annealing to relieve residual welding stresses, presented in [3], which provides relief of residual stresses, but leads to a significant decrease in the fracture toughness characteristics in sea water.

Способ включает посадку металла в холодную печь, нагрев с печью с наибольшей скоростью, допускаемой тепловой мощностью печи до температуры 660°C±10°C, выдержку из расчета не менее 1 мин на 1 мм толщины наибольшего сечения; охлаждение в печи со скоростью 0,67°С/мин до 300±10°С, ниже 300°С - охлаждение на воздухе. Такой режим медленного охлаждения в интервале температур от 600°С до 400°С способствует расслоению α-твердого раствора с образованием отдельных зон, обогащенных алюминием. Образование этих зон, имеющих более отрицательный электрохимический потенциал, чем α-фаза, приводит к появлению склонности к коррозионному растрескиванию металла изделий из высокопрочных титановых псевдоα-сплавов.The method includes planting metal in a cold furnace, heating with the furnace at the highest speed allowed by the thermal power of the furnace to a temperature of 660 ° C ± 10 ° C, holding at the rate of at least 1 min per 1 mm of the thickness of the largest section; cooling in an oven at a rate of 0.67 ° C / min to 300 ± 10 ° C, below 300 ° C - cooling in air. This mode of slow cooling in the temperature range from 600 ° C to 400 ° C promotes the separation of the α-solid solution with the formation of separate zones enriched with aluminum. The formation of these zones, which have a more negative electrochemical potential than the α phase, leads to a tendency to corrosion cracking of metal products from high-strength titanium pseudo-α alloys.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение склонности к коррозионному растрескиванию металла полуфабрикатов, изделий и сварных конструкций из высокопрочных титановых α-сплавов.The technical result of the invention is to reduce the tendency to corrosion cracking of metal semi-finished products, products and welded structures of high-strength titanium α-alloys.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в способе термической обработки высокопрочных титановых α-сплавов, включающем посадку металла в холодную печь, нагрев с печью с наибольшей скоростью, допускаемой тепловой мощностью печи, до температуры 675±10°С, выдержку при этой температуре из расчета не менее 1 мин на 1 мм толщины наибольшего сечения; согласно изобретению охлаждение выполняют со скоростью 1,5÷2°С/мин до температуры 580±10°С, далее на воздухе.The technical result is achieved due to the fact that in the method of heat treatment of high-strength titanium α-alloys, including the metal fit in a cold furnace, heating with the furnace at the highest speed allowed by the thermal power of the furnace, to a temperature of 675 ± 10 ° C, holding at this temperature based on at least 1 min per 1 mm of the thickness of the largest section; according to the invention, cooling is performed at a rate of 1.5 ÷ 2 ° C / min to a temperature of 580 ± 10 ° C, then in air.

Выдержка при 675±10°С и охлаждение со скоростью 1,5÷2°С/мин до температуры 580±10°С обеспечивают снятие исходных остаточных напряжений в металле. Повышение температуры выдержки нецелесообразно из-за опасного газонасыщения поверхностных слоев изделий. Повышение скорости охлаждения с 0,67°С/мин до 1,5÷2°С/мин не приводит к искажениям геометрии изделий.Exposure at 675 ± 10 ° C and cooling at a rate of 1.5 ÷ 2 ° C / min to a temperature of 580 ± 10 ° C provide removal of the initial residual stresses in the metal. Increasing the holding temperature is impractical due to the dangerous gas saturation of the surface layers of the products. An increase in the cooling rate from 0.67 ° C / min to 1.5 ÷ 2 ° C / min does not lead to distortions in the geometry of the products.

Исследованиями установлено, что в интервале температур 580-400°С при скорости 0,67°С/мин происходит расслоение α-твердого раствора с образованием α₂-фазы, что приводит к увеличению склонности металла к коррозионному растрескиванию.Studies have found that in the temperature range 580-400 ° C at a speed of 0.67 ° C / min, the α-solid solution is stratified with the formation of the α ₂ phase, which leads to an increase in the tendency of metal to corrosion cracking.

Охлаждение на воздухе в интервале температур 580-400°С предотвращает расслоение α-твердого раствора и позволяет повысить стойкость металла к коррозионному растрескиванию.Cooling in air in the temperature range 580-400 ° C prevents delamination of the α-solid solution and improves the resistance of the metal to corrosion cracking.

Пример конкретного выполненияConcrete example

Предлагаемый и известный способы проверяли на металле цельнокатаного кольца с толщиной стенки 72 мм и на металле катаной плиты толщиной 50 мм. Металл этих полуфабрикатов имел следующий химический состав: 5,49%Al; 1,51%V; 1,40%Mo; 0,12%С; 0,10%O.The proposed and known methods were tested on a metal of a seamless-rolled ring with a wall thickness of 72 mm and on a metal of a rolled plate 50 mm thick. The metal of these semi-finished products had the following chemical composition: 5.49% Al; 1.51% V; 1.40% Mo; 0.12% C; 0.10% O.

По известному способу металл полуфабрикатов был нагрет до температуры 660°С, металл цельнокатаного кольца выдержан при данной температуре в течение 72 минут, металл катаной плиты в течение 50 минут, охлаждение вели в печи со скоростью 0,67°С/мин до 300°С, далее на воздухе.According to the known method, the metal of the semi-finished products was heated to a temperature of 660 ° C, the metal of the seamless rolled ring was kept at this temperature for 72 minutes, the metal of the rolled plate for 50 minutes, cooling was carried out in a furnace at a speed of 0.67 ° C / min to 300 ° C further in the air.

По предлагаемому способу металл полуфабрикатов был нагрет до температуры 675°С, металл цельнокатаного кольца выдержан при данной температуре в течение 72 минут, металл катаной плиты в течение 50 минут, охлаждение вели в печи со скоростью 1,5°С/мин и 2°С/мин до температуры 580°С, далее на воздухе.According to the proposed method, the metal of the semi-finished products was heated to a temperature of 675 ° C, the metal of the seamless rolled ring was kept at this temperature for 72 minutes, the metal of the rolled plate for 50 minutes, cooling was carried out in an oven at a speed of 1.5 ° C / min and 2 ° C / min to a temperature of 580 ° C, then in air.

Из полуфабрикатов были изготовлены и испытаны на трехточечный изгиб в морской воде образцы сечением 35×70 мм по ГОСТ 25.506-85.From semi-finished products, samples with a cross-section of 35 × 70 mm were made and tested for three-point bending in sea water according to GOST 25.506-85.

Результаты испытаний представлены в таблице.The test results are presented in the table.

Использование предлагаемого способа обработки изделий из высокопрочных титановых α-сплавов обеспечивает по сравнению с существующими способами уменьшение остаточных напряжений и искажений геометрии изделий и повышение сопротивления развитию разрушения в коррозионной среде на 23-44%.Using the proposed method for processing products from high-strength titanium α-alloys provides, compared with existing methods, a decrease in residual stresses and distortions in the geometry of products and an increase in resistance to the development of fracture in a corrosive environment by 23-44%.

Технико-экономический эффект от использования изобретения по сравнению с прототипом выразится в повышении надежности и долговечности конструкций из высокопрочных титановых α-сплавов за счет снижения склонности их к коррозионному растрескиванию.The technical and economic effect of the use of the invention in comparison with the prototype will be expressed in increasing the reliability and durability of structures made of high-strength titanium α-alloys by reducing their tendency to corrosion cracking.

Источники информацииInformation sources

1. Колачев Б.А., Полькин И.С., Талалаев В.Д. и др. «Титановые сплавы разных стран». М.: «ВИЛС», 2000, с.81-95.1. Kolachev B.A., Polkin I.S., Talalaev V.D. and others. "Titanium alloys of different countries." M .: "VILS", 2000, p.81-95.

2. Авторское свидетельство СССР №707989.2. Copyright certificate of the USSR No. 707989.

3. Лясоцкая В.С.«Термическая обработка сварных соединений титановых сплавов». М.: «Экомет», 2003, с.180-183.3. Lyasotskaya VS "Heat treatment of welded joints of titanium alloys." M .: "Ekomet", 2003, p.180-183.

4. Моисеев В.Н., Куликов Ф.Р., Кириллов Ю.Г. и др. «Сварные соединения титановых сплавов». М.: «Металлургия», 1979, с.80-92.4. Moiseev V.N., Kulikov F.R., Kirillov Yu.G. and others. "Welded joints of titanium alloys." M .: "Metallurgy", 1979, S.80-92.

5. Колачев Б.А., Полькин И.С. и др. «Титановые сплавы разных стран», М.: ВИЛС, 2000, с.165. Kolachev B.A., Polkin I.S. and others. "Titanium alloys of different countries", M .: VILS, 2000, p.16

Claims

The method of heat treatment of semi-finished products, products and welded structures of high-strength α-titanium alloys, including the metal fit in a cold furnace, heating at the highest speed allowed by the heating power of the heating device to a temperature of (675 ± 10) ° С, exposure time at least 1 min per 1 mm of the thickness of the largest section, characterized in that the cooling is carried out at a speed of 1.5-2 ° C / min to a temperature of (580 ± 10) ° C, and then in air.