Состояние и перспективы развития сортопрокатного производства из титана и его сплавов в России

Министерство  науки и образования  Российской  Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Южно-Уральский государственный университет

(национальный исследовательский университет)

Факультет «Материаловедение и металлургические технологии»

Кафедра «Машины и технологии обработки материалов давлением»







Доклад

 «Состояние и перспективы развития сортопрокатного производства из титана и его сплавов в России»











                                                                                         Руководитель

                                                                                          _____Ф.С.Дубинский

                                                                                          «__»_________2016г.





Автор работы

                                                                                           студент группы П-244  

                         _____ Е.Ю.Колодкин















ОГЛАВЛЕНИЕ



ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВОГО ПРОКАТА ИЗ СПЛАВОВ ТИТАНА ………….........................................….4

ОБЗОР СТАНОВ, ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТКИ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ……………………………………………………………………..9

Производство титана компанией ВСМПО-АВИСМА …………......9

2.1.1 Радиально-сдвиговая прокатка ……….………………………….12

2.1.2 Стан СРВП-130…………………………………….……................15

Производство средне – мелкосортного проката компанией ООО «Мегаметалл»……………………………………………………......18

2.2.1 Радиально – сдвиговая прокатка на мини станах……………......18

2.2.2 Мелкосортно-непрерывной восьмиклетьевойтрехвалковый стан ………………………………………………………………………………….…19

2.3 Сортовая прокатка из титана и его сплавов на станах в США…...20

2.4 Прокатка листов и лент из титана и его сплавов на станах в США.21

3 ОСОБЕННОСТИ ПРОКАТКИ ТИТАНА…………………………………26

4ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТКИ СПЛАВОВ ТИТАНА НА СТАНЕ 450 ВСМПО………………………………………………………………………27

5 РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ОБЖАТИЯ И ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛА...31

6 РАСЧЕТ СКОРОСТНЫХ РЕЖИМОВ ПРОКАТКИ…………….…………38

7 РАСЧЕТ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОКАТКИ………………………………………………………………….41

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………………..40





















ВВЕДЕНИЕ

И строительная арматура, и сердечные клапаны, а ещё титановые прутки для авиации, двигателе- и судостроения - таков неполный перечень продукции цеха № 3, выпускаемой на сортопрокатном стане 450.Один из крупнейших, входящих в первую группу цехов, старожил основной промышленной площадки ВСМПО, стремительно совершенствующий своё производство - он постоянно расширял и расширяет сортамент продукции.

Когда-то стан 450 работал обособленно, сегодня же он завязан по технологии производства со станом винтовой прокатки 130, на котором получают подкат, а на «450» - окончательный профиль. Сочетание винтовой и продольной прокатки даёт свои положительные результаты: металл с повышенными механическими свойствами, требуемой макро- и микроструктуры.




1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВОГО ПРОКАТА ИЗ СПЛАВОВ ТИТАНА

Титан и его соединения - экономически и стратегически важное минеральное сырье. Металлический титан, диоксид титана (TiO2) и соединения на его основе относятся к крупнотоннажным видам продукции, широко используемой в различных отраслях зарубежной и российской промышленности. Объемы потребления титана и его соединений служат надежным индикатором уровня развития индустриальных комплексов ведущих экономик мира. 

Крупные месторождения титансодержащих минералов имеются во многих странах: в Австралии, Канаде, Индии, Норвегии, США, Украине, ЮАР, России. Основные продукты, ради которых перерабатывается это сырье, это металлический титан и диоксид титана различного назначения. Развитие титановой промышленности имеет важнейшее значение для инновационной модернизации многих отраслей и производств. 

При общем, постоянно растущем объеме производства титансодержащей продукции в мире, в России, обладающей значительной частью мировых запасов титанового сырья, фактически не разрабатывается ни одно месторождение собственно титанового сырья [1]. По уровню потребления соединений титана на душу населения наша страна заметно уступает многим развитым странам. 

По запасам диоксида титана (490 млн. т TiO2) РФ занимает второе место в мире после Китая. Более половины запасов (57%) сконцентрировано в Республике Коми, ещё почти 40% - в Мурманской, Челябинской и Читинской областях. Разведанные запасы диоксида титана России заключены в магматогенных (54%) и россыпных (46%) месторождениях. Около 83% разведанных запасов диоксида титана россыпных месторождений сосредоточено в Ярегскомнефте-титановом месторождении в Республике Коми, представляющем собой многоэтажную погребенную россыпь, залегающую на глубинах 150-280 м. Руды месторождения труднообогатимы, технология обогащения их пока окончательно не отработана. 

Российские магматогенные месторождения, руды которых содержат 2-15% диоксида титана, сравнимы с китайским месторождением Паньчжихуа (9% TiO2), но беднее, чем канадское Лак-Тио (32%) и норвежское Теллнес (18%). 

На российском рынке титана сложилась довольно неблагоприятная картина, поскольку он является полностью импортозависимым. И до сих пор в стране не намечается никаких проектов по строительству заводов, производящих белый пигмент. Начиная с 2008 года, началось расширение поступлений в Россию китайского TiO2, а в 2012 году они достигли наивысших показателей по сравнению с предыдущими годами. При этом китайский полимерный и строительный сегменты развиваются во всем мире, благодаря большому количеству разведанных месторождений титановых руд в Китае. 

Титановая индустрия России представлена только двумя металлургическими переделами - титановую губку производит «АВИСМА» (г. Березники Пермской области), а изготавливает из этой губки металл и прокат Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение (ВСМПО), расположенное в г. Верхняя Салда Свердловской области. В производстве используется ильменитовый концентрат производства Вольногорского горно-металлургического комбината (Украина). В настоящее время ОАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» является объединенной металлургической компанией. 

Основными потребителями продукции из титана и титановых сплавов являются авиакосмическая отрасль, включающая в себя самолетостроение, ракетостроение и двигателестроение, а также индустриальный сектор, который включает в себя судостроение, цветную металлургию, химическое машиностроение и энергетику. 

Потребление титановой продукции различными отраслями промышленности России имеет тенденцию к повышению (таблица 1). 

Таблица 1 – Объем потребления титановой продукции в России в 2006, 2010 гг., прогноз на 2015 г.

№ п/п

Сектор промышленности

Объем потребления титановой продукции по годам, т





2006

2010

2015

1

Авиация 

1950

3000

5000-6000

2

Судостроение

1260

2000

3000

3

Энергетика

500

2700*

4000*

4

Химия и химическое машиностроение 

160

300

450

5

Оффшорная техника

250

700-1000

2000

6

ТЭК

-

400-500

1000

7

Другие сектора

-

500

1500

Всего

4120

9600-10000

16950-17950

*Рост потребления титана связан с планируемым вводом новых энергоблоков. 

Спрос на титан со стороны авиа - и двигателестроительных компаний оставался на высоком уровне в 2012 г. и имеет большой потенциал в ближайшие годы в связи с тем, что в аэрокосмическом секторе наблюдается восходящая динамика вследствие того, что авиастроители продолжают получать новые заказы и портфель их заказов растет, равно как и темп производства.[2]

К 2030 г. авиакомпаниям РФ потребуется, в зависимости от темпов развития экономики, более 1500 воздушных судов, из которых 46% пойдут на замену существующего парка. При этом аэрокосмический сектор мирового рынка имеет циклический характер развития с периодом около 4 лет, а также напрямую подвержен влиянию глобальных экономических процессов. Аналогично развивается и мировой рынок авиационного титана. Таким образом, авиакосмическая отрасль оказывает значительное влияние на развитие титановой индустрии. 

Следуя тенденциям на мировом титановом рынке, ВСМПО-АВИСМА непрерывно совершенствует производство. Инвестиционная программа предусматривает развитие одновременно и с помощью наращивания объемов выпускаемой продукции и за счет производства продукции с более высокой добавленной стоимостью. Если в предыдущие годы большое внимание уделялось объемным мощностям, то в последующих годах инвестиции сконцентрируются на высоких технологиях. 

Однако действующий комбинат в настоящее время не в состоянии обеспечить будущее развитие титановой промышленности РФ, потребности которой оцениваются в 300-675 тыс. т TiO 2 в год. Такие крупные месторождения как Ярегское, Медведевское и др. не подготовлены к эксплуатации. При этом существуют значительные сложности и недоработки в технологии получения диоксида титана из их концентратов. Ярегское месторождение - уникальная сырьевая база титановой отрасли, способная обеспечить практически все производства, потребляющие титановое сырье: пигментный диоксид титана, металлический титан, титановые лигатуры, сварочные электроды и др. 

Мировое производство диоксида титана в настоящее время превышает 5 млн т в год. Больше половины (56%) мировых мощностей по производству диоксида титана приходятся на предприятия компаний «DuPont» (Американская химическая компания), «CristalGlobal» (Саудовская Аравия), «Tronox», «Huntsman» (США) и «Kronos» (Германия). В первой половине 2012 г. эти компании обеспечили 59% поставок диоксида титана на мировой рынок.

В силу расширения областей использования производство металлического титана в течение 10 лет может возрасти до 500 тыс. т в год. Статистика свидетельствует, что производство пигментного диоксида титана в мире повышается ежегодно на 1,5-1,8%, при этом и цена на него также повышается в среднем на 2%. Потребление редких и редкоземельных металлов (РЗМ) растет более быстрыми темпами.[3]

Сейчас в районе Верхней Салды создается особая экономическая зона «Титановая долина». Это не проект ВСМПО-АВИСМА, хотя ведущее титановое предприятие России и мира претендует здесь на статус резидента. В «долине» будут развиваться производства по механической обработке изделий из титановых сплавов, то есть цель проекта — создавать в России как можно больше добавленной стоимости и как можно меньше отдавать на сторону сырья или заготовок с невысокой степенью обработки. Этим же путем идет и само Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение. Его партнер по корпорации, предприятие АВИСМА из Березников (Пермский край), занимается сырьем, а ВСМПО — металлургией.[4]





































2ОБЗОР СТАНОВ, ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТКИ ТИТАНА И ЕГО СПЛАВОВ

2.1 Производство титана компанией ВСМПО-АВИСМА[4]

Титановый гигант ВСМПО-АВИСМА — неотъемлемая часть мирового авиапрома. Современные «Эрбасы», «Боинги», «Эмбраеры», да и наши «Суперджеты», обязательно несут в себе детали, чей путь начался в городе Верхняя Салда Свердловской области. 

Легкость, прочность, ударная вязкость, стойкость к высоким температурам — все это превратило титан в незаменимый материал для аэрокосмической промышленности. Но, конечно же, не чистый титан, а его разнообразные сплавы, в которых благодаря легирующим элементам полезные свойства титана усиливаются многократно, а недостатки нейтрализуются.

Титан не лежит в земле в слитках. Его выделение из руд в металлическом виде представляет собой довольно сложный физико-химический процесс. Последний этап — восстановление титана из тетрахлорида с помощью магния и высоких температур. Конечным продуктом этой операции становится губчатый титан — остающиеся в печи большие пористые блоки. Эти блоки дробят, создавая шихту, с которой уже могут работать мастера плавки. ВСМПО получает титановую шихту с предприятия в Березниках. Дальше нужно создать сплав, добавив в титан такие элементы, как алюминий, хром, молибден. Плавят титан в вакуумно-дуговых печах(рисунок2.1), и это значит, что для начала сыпучая шихта должна превратиться в так называемый расходуемый электрод. Шихта, состоящая из мелких фрагментов разной формы, вместе с отходами титанового производства и необходимыми присадками формуется с помощью вертикального гидравлического пресса в длинный цилиндр — он-то и станет расходным электродом. Снаружи он выглядит довольно рыхлым, по нему даже то здесь, то там могут пробегать трещины, но электрод обладает достаточной прочностью, чтобы не разрушиться, когда его подвесят в печи. Технология создания расходуемого электрода исключительно с помощью пресса практикуется только в России. В других странах применяется более дорогая технология плазменной сварки электрода из отдельных прессованных элементов, но российский метод вполне обеспечивает требуемое качество электрода.



Рисунок 2.1 – Выплавление титанового слитка в вакуумно-дуговой печи

1.Загрузка расходуемого электрода в подготовленный литейный комплект (кристаллизатор с поддоном)

2. Центровка электрода на поддоне клиньями

3.Установка собранного комплекта на печь и приварка расходуемого электрода к переходнику

4. Плавление электрода

5. Разборка комплекта после охлаждения слитка

В печи образуется дуга между висящим электродом и стекающим вниз расплавленным металлом.Продуктом плавки становится цилиндрический слиток.В той же самой печи титан (а точнее, сплав) переплавляется еще раз. Цель — добиться гомогенности и химической однородности металла. Обычно двух раз достаточно. Но если речь идет о металле rotor-grade, то есть о таком, который идет на изготовление деталей газотурбинных двигателей, то его подвергают для надежности третьей плавке.

Следующий этап титанового производства — кузнечно-прессовый. Слитки превращают либо в биллеты, либо в слябы. Billet — по-английски «бревно» или «полено». Это кузнечная заготовка, действительно похожая на бревно или чурбан, — она формируется из слитка с помощью нагрева и воздействия гидравлического пресса. Между печью, где нагреваются слитки, и прессами  передвигаются транспортеры с захватами.

Гидравлический пресс давит на слиток с силой порядка 6000 т. В процессе прессования заготовки происходит ее охлаждение, т.е. металл утрачивает пластичность. Поэтому заготовку с помощью транспортера с захватами снова отправляют в печь для нагрева. Так происходит несколько раз. Готовые слябы подхватывает мостовой кран и складывает их на одну из площадок для остывания. 

Эти слябы используют для плоского проката — листов или плит. Плиты применяются тогда, когда титановая деталь имеет не очень сложный трехмерный профиль, проще не штамповать ее, а вырезать по контуру из плиты и дообработать фрезой.

Слябы также можно использовать для изготовления титанового листа. Более простая технология — это скатывание листа в рулоны. Однако при этом происходит односторонняя деформация металла, и в листе возникает анизотропия, то есть неравномерность свойств в зависимости от направления. А это нежелательный эффект, если учесть, в сколь чувствительных сферах применяется титан. Для избегания анизотропии используется технология полистного проката, когда с прокатного стана выходят отдельные листы и укладываются в стопку. У этого метода тоже есть недостатки: листы активнее окисляются и вбирают в себя водород. Однако на ВСМПО создали технологию так называемой пакетной прокатки: стопку титановых листов заключают в стальной пакет и так прокатывают. В результате из-за отсутствия контакта с атмосферным воздухом листы из титановых сплавов не окисляются и не насыщаются водородом.

Титановый лист применяется для изготовления деталей методом сверхпластичной деформации, когда за один «жим» сразу создается сложный профиль. Правда, для этого структура металла должна быть очень мелкозернистой.

	2.1.1.Радиально-сдвиговая прокатка

Принципиально новым способом прокатки, который успешно реализуется при изготовлении прутков в «ПАО «Корпорация ВСМПО-АВИСМА» является радиально-сдвиговая прокатка.

Первые эксперименты по созданию принципиально новой технологии прокатки в винтовом калибре были проведены четверть века назад. За эти годы Московским институтом стали и сплавов в содружестве с рядом отечественных предприятий создана уникальная технология прокатки, не имеющая аналогов в мировой практике. Речь идет о технологии, получившей название радиально-сдвиговой прокатки (РСП).

Процесс РСП осуществляется в очаге деформации, образованном тремя рабочими валками, развернутыми на углы подачи и раскатки и расположенными через 1200 вокруг деформируемой заготовки. За счет разворота валков на угол подачи вращательное движение валков передается заготовке как вращательно-поступательное движение через очаг деформации. Технологическую основу РСП составляют большие углы подачи (18 - 250) в сочетании со специальной геометрией очага деформации, обусловленной конфигурацией рабочих валков.

Широкие теоретические и экспериментальные исследования, четко показали принципиальные отличия процесса от традиционных методов деформирования. Это, в первую очередь, мощные сдвиговые деформации металла, которые развиваются в сочетании с интенсивными радиальными обжатиями. Благодаря этим факторам улучшается проработка структуры металла и повышаются его свойства.

Процесс реализуется по схеме, приведенной на рисунке  2.1.1.



Рисунок 2.1.1 – Схема реверсивной радиально-сдвиговой прокатки

 Валки реверсивного стана РСП имеют два обжимных участка 1 и 3 и расположенный между ними калибрующий участок 2. 

Способ осуществляется следующим образом. Нагретая до температуры прокатки заготовка транспортируется к стану и задается в калибр первого прохода, образованный первым обжимным участком 1 и калибрующим 2 рабочих валков. После первого прохода и выхода заготовки из очага деформации, рабочие валки сводятся на калибр второго (обратного) прохода и меняется (реверсируется) направление их вращения. Раскат задается в валки и деформируется вторым обжимным участком 3 и тем же, что и в первом проходе калибрующим участком 2, с винтовым движением в обратном направлении. В описанной последовательности осуществляется необходимое число проходов до достижения требуемого суммарного обжатия заготовки в соответствии с заданным режимом обжатий по проходам. После завершения последнего прохода прокат отводится с линии стана, рабочие валки разводятся на калибр первого прохода, и выполняется реверсивная прокатка очередной заготовки. При необходимости обратный проход может выполняться без изменения установки валков.

В базовом способе заготовка деформируется в прямых (нечетных) проходах по чашевидной схеме со сближением осей валков по ходу прокатки, в обратных по грибовидной с расхождением осей валков (рисунок 2.1.1). Данное обстоятельство расширяет классификацию станов и валков по знаку угла раскатки, внося новый элемент. Название валков (чашевидные, грибовидные) в реверсивном стане зависит от направления прокатки и чередуется через проход. Поэтому для реверсивного случая целесообразно указывать "реверсивный стан с чашевидно-грибовидными валками". Тоже самое относится и к схемам прокатки на реверсивном стане.

Чередование чашевидной и грибовидной схем прокатки доступно и естественно реализует один из общих металлофизических принципов улучшения деформируемости заготовок путем направленного изменения макрозонального характера деформации. Для чашевидной схемы характерна более равномерная проработка структуры по сечению с преимущественной ориентацией на уплотнение осевой зоны, за счет кинематического осевого подпора в очаге деформации, создаваемого уменьшением диаметра валков по ходу прокатки. Однако осевой подпор может оказывать отрицательное действие на поведение поверхностных дефектов в результате повышенного истечения металла в зазоры между валками. Увеличивающийся в направлении прокатки диаметр грибовидных валков формирует в очаге деформации кинематическое осевое натяжение, которое, ограничивая вытеснение металла в зазоры, способствует улучшению качества поверхности. Чередование схем нейтрализует отрицательные стороны каждой из них и усиливает положительные, что способствует синергетическому повышению качества проката в целом.

Процесс РСП обеспечивает прокатку практически любых деформируемых металлов и сплавов, в том числе, высокоуглеродистых, подшипниковых, коррозионностойких, инструментальных, быстрорежущих сталей, легированных титановых, циркониевых сплавов, жаропрочных суперсплавов на никелевой основе, порошковых материалов различного состава, белых чугунов с содержанием углерода до 3 %. Он реализуется и в полном объеме проявляет свои качества в широком диапазоне коэффициентов вытяжки за проход от 1,01...1,25 до 2,5...3,0. По выполняемой деформации одна клеть РСП заменяет не менее 5...7 клетей продольной прокатки.

Геликоидальное истечение металла в очаге деформации по заданным траекториям создает эффект объемного макросдвига, глубоко уплотняет и прорабатывает металл по всем уровням металлофизического строения. Элементы структурного строения металла приобретают форму изотропных обособленных частиц, высокой дисперсности; при этом происходит комплексное повышение и стабилизация физико-механических и служебных свойств металла. Наиболее высокий уровень достигается в пластических и вязких, а также корреляционно связанных с ними, эксплуатационных свойствах.

Винтовая прокатка прутков из титановых сплавов явилась основой для проектирования специализированных прокатных станов типа СРВП-130 для прокатки титановых сплавов.[5]

2.1.2Стан СРВП-130

Одним из станов, на котором реализуется процесс радиально-сдвиговой прокатки является стан СРВП-130, расположенный в цехе № 3 ПАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА." Горячее опробование и пуск в эксплуатацию стана было проведено 17 мая 1989 года. Его пуск позволил расширить сортамент выпускаемого проката с высокими требованиями по геометрическим размерам и новыми параметрами качества.

Стан представляет собой группу их двух клетей: черновой (обжимной) и чистовой.

Рабочую клеть 3-валкового обжимного стана радиально-сдвиговой прокатки РСП-130 (рисунок2.1.2), изготавливают в виде литой разъемной станины 1, в цилиндрических расточках которой под углом 1200 размещены барабаны 2 с жестко закрепленными валковыми узлами 3. Расстояние между валками 3 изменяется перемещением барабанов 2 в направляющих станины 4 при помощи механизма установки валков 5. 



Рисунок2.1.2– Клеть стана радиально-сдвиговой прокатки РСП-130

Разворот валков на требуемый угол подачи достигается вращением барабанов 2 в цилиндрических расточках станины действием механизмов поворота 6 барабана 2. В рабочем положении крышка прилегает к основанию станины опорными поверхностями 7 и 8 и прижимается стяжкой 9, обеспечивая вместе с шарнирным соединением 10 и стяжкой целостность и высокую жесткость станины.

Схема расположения оборудования стана СРВП-130 представлена на рисунке2.1.3.

Рисунок2.1.3 – Схема расположения оборудования стана СРВП-130

Для качественного нагрева используются три камерные электропечи 1. Нагретая заготовка по транспортному рольгангу 2 с наклонной решеткой 11 передается на входную сторону черновой рабочей клети 4 радиально-сдвиговой прокатки. Главный привод 5 - индивидуальный, редукторный, с двигателями постоянного тока. Входная сторона 3 оборудована желобом. Заготовки и раскат подаются в валки пневматическим толкателем (при длине 1200-4500 мм) или тянущими роликами (при более длинном раскате). Прокатка производится в реверсивном режиме с обжатием заготовки в каждом проходе. Рабочие валки имеют общий калибрующий участок, по обеим сторонам которого расположены обжимные участки с углом наклона образующей к оси прокатки 10 - 120. После черновой клети пруток передается тянущими роликами устройства приема и передачи 6 к чистовой клети 7. Главный привод 8 рабочих валков тоже индивидуальный, редукторный, постоянного тока. Прутки прокатываются в этой клети за один проход, что обеспечивает высокую точность размеров и гладкую поверхность, а также минимальную кривизну. Готовый пруток принимается желобом 9, далее выбрасывателями передается на наклонный холодильник 10 и после охлаждения сбрасывается в карман, откуда краном передается на дальнейшую адьюстажную обработку.

Заготовки в черновой клети стана СРВП-130 прокатываются в реверсивном режиме за 7 - 13 проходов в зависимости от требуемого размера прутка после прокатки с разовыми коэффициентами вытяжки 1,15 - 1,25 (степень деформации 13 - 20 %). 

Такой режим прокатки и использованием специальных калибровок рабочих валков исключает возможность деформационного разогрева и обеспечивает получение прутков диаметром 70-115 мм высокого качества с регламентированной макро- и микроструктурой.

В 2012 году на участке горячей прокатки состоялся пуск в эксплуатацию правильной машины SRM 02/130 фирмы «Bultmann» в линии стана СРВП-130 (рисунок2.1.4).

Рисунок2.1.4– Правильная машина SRM 02/130 фирмы «Bultmann» в линии стана СРВП-130

Прутки после прокатки имеют отклонение от прямолинейности до 7мм/м. Правильная машина позволяет осуществлять правку титановых прутков для достижения отклонения от прямолинейности до 1-2 мм/м, причем не требуется предварительного подогрева металла (используется тепло прокатного нагрева).

Такое отклонение от прямолинейности является необходимым условием для возможности проведения последующего УЗ-контроля, а также требованием ряда заказчиков.

Максимальная длина катаных прутков, которые можно править на правильной машине равна 6700 мм и ограничивается конструктивными особенностями машины.[6]

2.2 Производство средне – мелкосортного проката компанией ООО «Мегаметалл»

2.2.1 Радиально – сдвиговая прокатка на мини станах

Среднесортные прутки из легированных титановых сплавов типа Вт6, Вт16, Вт14, Вт9 и других производятся методом РСП на собственных мини-станах винтовой прокатки «60-30» и «30-10»(рисунок 2.2.1). Получаемый прокат используется как передельная заготовка для последующего производства волочением или прокаткой мелкосортного проката, мехобработанного товарного прутка либо как готовый горячекатаный пруток. Разработанные технологические схемы, конструкции привалковой арматуры и обводного аппарата позволяют осуществлять передел как с наиболее эффективной степенью деформации с одного нагрева, так и с ограничением степени деформации за проход с целью получения регламентированной микроструктуры.



Рисунок 2.2.1– Стан винтовой прокатки "60-30"

2.2.2 Мелкосортно-непрерывной восьмиклетьевойтрехвалковый стан

Мелкосортный титановый прокат производится на мелкосортном непрерывном восьмиклетьевомтрехвалковом стане фирмы “KOCKS”. Прокат титановых сплавов производится как при комнатной температуре (круг, шестигранник, катанка), так и с использованием электро-контактного нагрева (круг). Минимальный диаметр получаемого проката 5,0 мм. Высокая скорость нагрева и деформации, преимущества трехвалковой схемы прокатки позволяют получать прокат с припусками под мехобработку от 0,4 до 0,7 мм на диаметр. Получаемый холодной прокаткой шестигранный пруток в ряде случаев производится с предельным отклонением по h10 c высококачественной поверхностью.[7]

2.3 Сортовая прокатка из титана и его сплавов на станах в США

Сортовую прокатку титана и титановых сплавов проводят как на мелкосортных двухвалковых станах для прокатки стали, так и на специализированных станах для прокатки титана. На таких станах возможна прокатка прутков диам. от 6,4 до 127 мм и профилей простых сечений из титановых сплавов. На заводе в г. Уонерлвидд фирмы ImperialMetalIndustries (Великобритания) семиклетевой сортопрокатный стан используют для прокатки прутков в основном из сплавов с высокой ползучестью марок Ti 314С; Ti 314А; Ti 679 (комплексный сплав титана с оловом, алюминием, цирконием, молибденом и кремнием) и ЕХ 013-С (сплав титана с оловом, алюминием, молибденом кремнием).

В последнее время получили распространение сортопрокатные станы фирмы Danieli, США. На заводе в г. Монро (Северная Каролина) фирмы TeledyneAllvac на таком стане изготовляют круглые прутки из титановых сплавов диам. 21,7-102 мм (в бунтах — прутки диам. 5,5-35 мм), шестигранные, плоские сечением от 38x11 до 127x9 мм в отрезках длиной 7,6-18,3 м. В 1991 г. на заводе в г. Ричбург (шт. Южная Каролина) этой фирмы введен в эксплуатацию новый 16-клетевой мелкосортно-проволочный стан Даниэли, 12 клетей которого — нестационарные и могут быть вы­ведены из линии прокатки в зависимости от конечного размера продукции. Кованая круглая (диам. 144,8 мм) или квадратная (127x127 мм) со скругленным углами заготовка массой до 1,36 т по­ступает с завода в Монро. Заготовку нагревают в индукционной печи длиной 47,9 м и мощностью 12 МВт фирмы AjaxMagnethermic в среднем в течение 7 мин при температуре 870-1205°С. После  прокатки продукция подвергается (в зависимости от предъявляемых требований) охлаждению на воздухе, закалке в воду либо замедленному охлаждению. На стане выпускают круглые прутки диам. 12,7-101,6 мм; катанку диам. 12,7-69,8 мм и проволоку диам. 5,6-15,9 мм (в бунтах) из нелеги­рованного титана и титановых сплавов. Точность размеров в пределах 1/2 - 1/4 по стандарту ASTM, США. Все операции на стане полностью компьютеризованы и автоматизированы и выполняются с высокой степенью технологической гибкости. Информация по всей технологической цепочке выведена на пульт управления, которым управляет единственный оператор. Перевалка валков и замена клетей роботизированы.

2.4 Прокатка листов и лент из титана и его сплавов на станах в США

Титановые листы производят как листовым, так и ленточным методами, на заводах США почти все размеры титановых листов — ленточным способом. При листовой прокатке для получения листов необходимой ширины и устранения анизотропии свойств применяют прокатку с кантовкой листа, то есть с изменением направления прокатки на 90°. Горячекатаные полосы разрезают на карты, которые подвергают дробеструйной очистке с целью удаления хрупкого поверхностного слоя титана, насыщенного кислородом, азотом и водородом. Глубокие местные дефекты, выявившиеся после этой обработки, удаляют ручной зачисткой бормашинками с абразивными кругами.

Горячая прокатка листов из титана и титановых сплавов проводится на реверсивных и полунепрерывных ленточных станах, применяемых для прокатки легированных и качественных сталей. Так, на заводе в г. Мидленд горячая прокатка осуществляется на двухклетевом реверсивном стане 1680 мм. В линии стана установлены реверсивная двухвалковая обжимная клеть типа слябинга с валками диаметром 813x1750 мм с вертикальными валками диаметром 710х732 мм и манипуляторными линейками; гильотинные ножницы для обрезки концов слябов и полос; реверсивная четырехвалковая отделочная клеть для рулонной прокатки с валками диаметром 685/1240x1680 мм, двумя моталками и двумя газовыми печами, установленными над моталкой; вспомогательное оборудование в конце линии стана (свертыватель и кантователь рулонов, весы, гильотинные ножницы 1520 мм, правильные машины и дисковые ножницы). Параллельно с линией стана в соседнем пролете находится оборудование для зачистки слябов, плит и листов. Применение переднего и заднего натяжения на стане горячей прокатки позволяет получать тонкую ленту с хорошим качеством.

Размеры серийно выпускаемых в США титановых листов — 610-1500 х до 6000 мм при минимальной толщине 0,2 мм, лент — 0,1-1,5 х 4,76-610 х 1500-6100 мм, плит — 9,5-150 х 1524-3000 х 3000-15200 мм.

Для ленточной прокатки титана применяют станы кварто 1270; 2000 мм; шестивалковые станы для прокатки лент шириной до 1245 мм; 12-валковые станы 914 мм (прокатка до толщины 0,38 мм); 20-валковые станы Сендзимир 800-1500 мм; 20-валковые станы с диаметром рабочего валка 21 мм (прокатка ленты титана шириной 75-200 мм с толщины 1,5 мм до 0,013 мм) и ряд других станов.

Минимальная толщина фольги, выпускаемой в США, составляет 3 мкм. Прокатка такой фольги проводится на небольших ленточных станах кварто (например, стан с валками диаметром 47,5/203x203 мм для прокатки фольги толщиной до 50 мкм) и на 20-валковых станах. Применение рабочих валков малого диаметра позволяет достичь значительных степеней обжатия без промежуточного отжига. Жесткая конструкция 20-валковых станов позволяет получать фольгу с высокой точностью прокатки, в том числе фольгу толщиной 13 мкм с допуском +2,5 мкм при ширине фольги до 200 мм. Высокое качество проката обеспечивает также применение твердосплавных рабочих валков многовалковых прокатных станов.

Возможно получение титановой фольги с помощью химической технологии — глубоким травлением, однако при этом наблюдаются значительные отклонения размеров, несплошности, водородная хрупкость, качество поверхности невысокое. Сочетание механической и термической обработки (холодная прокатка с последующим отжигом) обеспечивает высокий уровень механических, геометрических и структурных характеристик, варьируемых в зависимости от предъявляемых требований. Таким методом получают также фольгу из композитного материала на базе алюминида титана и титановых сплавов.

Холодная прокатка титана и особенно титановых сплавов требует частых промежуточных отжигов при температуре 500-900°С.

Изделия из титана и титановых сплавов подвергают следующим видам термической обработки:

отпуску — для снятия напряжений, возникших в металле в результате обработки давлением;

отжигу — для полного смягчения нагартованного металла и получения максимальной степени пластичности в результате рекристаллизации;

закалке и старению — для заметного повышения прочности полуфабрикатов из титановых сплавов без большого снижения пластичности.

Обычно для термической обработки проката из титана и его сплавов используют печи, аналогичные печам для отжига стали с электрическим, газовым или мазутным нагревом. Чаще применяют печи с электрическим нагревом, так как в них легче устранить насыщение металла водородом. На многих заводах применяют вакуумные печи для отжига титановых изделий, особенно тонких листов и тонкостенных труб. При вакуумном отжиге из твердого раствора титана удаляется водород. Остаточное давление в вакуумных печах для отжига титанового проката составляет от 0,07 до 0,40 Па; в печах лабораторного типа разрежение — 0,013 Па.

Для промежуточного межоперационного отжига титановых листов также применяют проходные электропечи с роликовым подом. Они обеспечивают большую равномерность свойств по длине и ширине каждого листа и всех листов в партии и сокращают до минимума время пребывания металла в печи по сравнению с садочными печами. При этом на поверхности листов образуется очень тонкий и равномерный оксидный слой, легко удаляемый травлением после отжига. В таких печах возможен отжиг лент шириной 1,22 м и минимальной толщиной 0,25 мм.

Для закалки титановых изделий применяют вертикальные электрические или пламенные п.......................