Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой

Классы МПК:C22F1/18 тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов 
B21B17/00 Прокатка труб валками, оси вращения которых расположены перпендикулярно оси вращения изделия, например продольная прокатка труб
B23K103/14 титан или его сплавы
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2012-03-01
публикация патента:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению труб из технически чистого титана с радиальной структурой. Для получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой изготавливают заготовки в виде колец, деформируют с уменьшением толщины их стенок и увеличением их диаметра, а затем сваривают торцами встык с получением трубы. Деформацию колец с уменьшением толщины стенок осуществляют прокаткой на кольцепрокатном стане или ковкой на оправке на кузнечном оборудовании. Радиальная текстура сохраняется по длине трубы. 2 з.п. ф-лы, 6 ил., 2 пр.

Рисунки к патенту РФ 2504598

способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598

Предлагаемый способ относится к области металлургии, а именно к методам создания текстурованного состояния материалов, имеющих гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку, в основном, таких как альфа-титан.

В основном, в трубах из титановых и циркониевых сплавов стараются получить радиальную текстуру металла, что объясняется их лучшей стойкостью против развития трещин.

В дальнейшем для пояснения ситуаций, связанных с текстурованным состоянием, будет использовано понятие параметров Кернса (Kearns J.J. On the relationship among 'f' texture factors for the principal planes of zirconium, hafnium and titanium alloys. Journal of Nuclear Materials. 2001. V.299. № 2. P.171-174).

Из уровня техники известен способ производства труб из материалов в состоянии гексагональной плотноупакованной решетки, далее ГПУ-решетки (патент США US 4765174. Texture enhancement of metallic tubing material having a hexagonal close-packed crystal structure / Cook Charles S, Sabol George P. Заявитель Westinghouse Electric Corporation [US]. МПК B21B 21/00, B21C 37/06, B21C 37/30. Опубл. 1988-08-23. Приоритет 1987-02-20).

Способом предложено использовать операцию уменьшения диаметра трубы с одновременным уменьшением толщины стенки. Это приводит к достижению деформации сжатия в радиальном направлении (способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 r<0) и такую же деформацию сжатия в тангенциальном направлении (способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 <0) при наличии деформации растяжения вдоль длины заготовки. Наличие деформации сжатия в радиальном направлении приводит к формированию радиальной текстуры и увеличению параметра Кернса fr с 0,33, характерного для нетекстурованного состояния, до 0,5.

В описании к патенту, однако, отмечается, что лучшим вариантом является формирование схемы деформации сжатия в радиальном направлении (способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 r<0) и деформации растяжения в тангенциальном направлении (способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 >0). Это достигается применением операции увеличения диаметра трубы с уменьшением толщины стенки. Наличие такой схемы деформированного состояния позволяет сформировать более острую радиальную текстуру в заготовке и увеличить параметр Кернса, отвечающий за радиальную составляющую.

В частности, с использованием описанного приема удается увеличить параметр Кернса в радиальном направлении fr до величины 0,66. Это достижение сделано благодаря тому, что реализована схема деформированного состояния, в которой имеется лишь одна деформация сжатия (при двух деформациях растяжения), которая направлена именно вдоль радиуса заготовки.

В частности, этими исследованиями установлено, что при обжатии с логарифмической степенью деформации по стенке способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 r=-способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 =-0,1 параметр Кернса fr повышается на величину 0,12.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому объекту (прототип) является способ производства титановых труб (Патент США № 5332454. Titanium or titanium based alloy corrosion resistant tubing from welded stock / Meredith Steven Е., Benjamin James F. Заявитель Sandvik Special Metals [US]. МПК C22F 1/18. Опубл. 1994-07-26. Приоритет от 1992-01-28).

Способ предполагает получение трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой и включает получение полых заготовок, их деформацию и сварку. В том числе способ включает плоскую прокатку штрипсовой (листовой) заготовки, свертывание ее в трубу, скрепление кромок продольной сваркой. Сущность этого технического решения состоит в том, что при плоской прокатке создается схема деформированного состояния, в которой по толщине листовой заготовки создается деформация сжатия, а по длине заготовки - деформация растяжения. По ширине заготовки деформации отсутствуют вследствие наличия схемы плоской деформации. Для металлов с ГПУ-решеткой текстура создается в направлении создания деформаций сжатия. Поскольку при прокатке деформации сжатия были направлены по толщине заготовки, то после свертывания трубы эти деформации превратились в радиальные, что привело к созданию радиально направленной текстуры.

Недостатком прототипа является невозможность сохранения текстурованного состояния по длине окружности трубы из-за наличия продольного сварочного шва, в котором радиальная текстура не сформирована.

Кроме того, продольный шов плохо сопротивляется действию тангенциальных напряжений, возникающих при использовании труб под действием сред высокого давления, а именно в этом состоит предназначение труб.

Предлагаемый способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой включает получение полых заготовок, их деформацию и сварку. Он отличается тем, что получают заготовки в виде колец, кольца деформируют с уменьшением толщины их стенок и увеличением диаметра и сваривают торцами встык с получением трубы.

Деформацию колец с уменьшением толщины стенок осуществляют прокаткой на кольцепрокатном стане.

В ином варианте деформацию колец с уменьшением толщины стенок осуществляют ковкой на оправке на кузнечном оборудовании.

Сущность предлагаемого технического решения состоит в следующем. При прокатке колец достигается деформация удлинения в тангенциальном направлении (способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 >0), деформация сжатия в радиальном направлении (способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 <0), а деформация удлинения в высотном направлении отсутствует (способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 z=0). Таким образом, в этой схеме деформированного состояния существуют одна деформация удлинения и одна укорочения. При этом радиальная текстура формируется вдоль оси укорочения, т.е. именно в радиальном направлении.

Сварной шов получается не вдоль продольного направления, а вдоль поперечного направления, не опасного с позиции разрушения от действий тангенциальных напряжений. Кроме того, в этом случае нет нарушения полученной предварительно текстуры по длине окружности трубы, поскольку сварочный шов направлен не вдоль трубы, а выполнен в поперечном направлении.

На фиг.1 изображен профиль исходной заготовки. На фиг.2 показана схема кольцевой прокатки. На фиг.3 показан в виде куба элементарный объем со схемой направлений деформаций. На фиг.4 показано кольцо увеличенного диаметра. На фиг.5 показана схема сварки колец увеличенного диаметра. На фиг.6 показана схема ковки колец.

Способ осуществляется следующим образом. На первом этапе полые заготовки 1 (фиг.1) изготавливают в форме колец с использованием известных методов обработки металлов давлением, например, метода прессования и последующей резкой на мерные длины. На втором этапе заготовки в виде колец подвергают деформации с уменьшением толщины стенок колец и получением колец увеличенного диаметра. Уменьшение толщины стенок колец и получение колец увеличенного диаметра, осуществляют прокаткой на кольцепрокатном стане. На фиг.2 показано, что заготовку 1 деформируют два валка, внешний валок 2 расположен с наружной поверхности полой заготовки 1, а внутренний валок 3 расположен внутри полости кольца. Совместным обжатием валков толщина стенки заготовки уменьшается, а диаметр заготовки увеличивается. На фиг.3 показан в виде куба элементарный объем 4 металла заготовки в этом процессе. Обжатие заготовки происходит в направлении радиуса, поэтому деформации способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 r<0 и оказываются деформациями сжатия. Размер заготовки в тангенциальном (хордовом) направлении увеличивается, поэтому деформации способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 >0 и оказываются деформациями удлинения. На фиг.4 показано кольцо увеличенного диаметра 5, у которого толщина стенки уменьшена относительно исходного размера. На третьем этапе (фиг.5) кольца увеличенного диаметра сваривают встык (места сварки обозначены как 6), в результате чего получается труба 7.

Вариантом способа является замена приема прокатки кольца на прием ковки кольца. На фиг.6 показано, что боек или плита 8 пресса воздействует на наружный диаметр полой заготовки 1, при этом внутренним диаметром заготовка опирается на неподвижно закрепленную оправку 9. В результате такого воздействия толщина стенки локально уменьшается, а диаметр заготовки увеличивается. После отвода бойка 8 заготовку 1 поворачивают на заданный угол, и процесс обжатия повторяют, добиваясь равномерной деформации по длине окружности заготовки.

Пример 1. На первом этапе получают заготовки из технически чистого титана в виде колец. Для этого полую заготовку наружным диаметром 60 мм и внутренним диаметром 50 мм разрезают на мерные длины и получают кольцо с толщиной стенки 5 мм. На втором этапе заготовки в виде колец подвергают деформации на кольцепрокатном стане с уменьшением толщины стенки до 4,5 мм. При этом наружный диаметр кольца увеличивается до 65,6 мм, а внутренний до 56,6 мм. Степень деформации по стенке составляет способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 r=-способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 =-0,1. Таким образом, получена степень деформации, при которой, как это было показано выше, параметр Кернса f r увеличивается на величину 0,12, т.е. повышается острота радиальной текстуры. На третьем этапе полученные кольца увеличенного диаметра сваривают торцами встык с получением трубы.

Пример 2. На первом этапе получают заготовки из технически чистого титана в виде колец. Для этого полую заготовку наружным диаметром 60 мм и внутренним диаметром 50 мм разрезают на мерные длины и получают кольцо с толщиной стенки 5 мм. На втором этапе заготовки в виде колец подвергают деформации на кольцепрокатном стане с уменьшением толщины стенки до 4 мм. При этом наружный диаметр кольца увеличивается до 72,8 мм, а внутренний до 64,8 мм. Степень деформации по стенке составляет способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 r=-способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной   текстурой, патент № 2504598 =-0,2. Здесь получилась вдвое более высокая степень деформации, при которой, как это было показано выше, параметр Кернса fr увеличивается на величину 0,24, т.е. повышается острота радиальной текстуры. На третьем этапе полученные кольца увеличенного диаметра сваривают торцами встык с получением трубы.

Следует отметить, что текстурованное состояние в способе-прототипе по длине окружности трубы нарушалось из-за наличия продольного сварочного шва, а в предлагаемом способе этого не происходит, поскольку продольный сварочный шов отсутствует.

Технический результат заключается в достижении и сохранении текстурованного состояния по длине окружности трубы.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ получения трубы из технически чистого титана с радиальной текстурой, включающий получение полых заготовок, их деформацию и сварку, отличающийся тем, что получают заготовки в виде колец, кольца деформируют с уменьшением толщины их стенок и увеличением диаметра и сваривают торцами встык с получением трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформацию колец с уменьшением толщины стенок осуществляют прокаткой на кольцепрокатном стане.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформацию колец с уменьшением толщины стенок осуществляют ковкой на оправке на кузнечном оборудовании.


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2504598

patent-2504598.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс C22F1/18 тугоплавких или жаростойких металлов или их сплавов 

Патенты РФ в классе C22F1/18:
способ комбинированной интенсивной пластической деформации заготовок -  патент 2529604 (27.09.2014)
способ изготовления заготовок из титана -  патент 2529131 (27.09.2014)
сплав на основе алюминида титана и способ обработки заготовок из него -  патент 2525003 (10.08.2014)
способ изготовления тонких листов -  патент 2522252 (10.07.2014)
способ изготовления поковок дисков из сплава алюминия титана на основе орто-фазы -  патент 2520924 (27.06.2014)
сплав на основе гамма алюминида титана -  патент 2520250 (20.06.2014)
способ изготовления каркасов искусственных клапанов сердца из технически чистого титана -  патент 2514765 (10.05.2014)
способ ковки термомеханической детали, выполненной из титанового сплава -  патент 2510680 (10.04.2014)
способ термической обработки литых заготовок из заэвтектоидных интерметаллидных сплавов на основе фаз -tial+ 2-ti3al -  патент 2503738 (10.01.2014)
наноструктурный сплав титан-никель с эффектом памяти формы и способ получения прутка из него -  патент 2503733 (10.01.2014)

Класс B21B17/00 Прокатка труб валками, оси вращения которых расположены перпендикулярно оси вращения изделия, например продольная прокатка труб

Патенты РФ в классе B21B17/00:
способ изготовления труб переменного сечения из цветных металлов подгруппы титана и сплавов на их основе -  патент 2529257 (27.09.2014)
способ изготовления горячекатаных бесшовных труб -  патент 2505365 (27.01.2014)
способ прокатки и продольный многоклетьевой прокатный стан с удержанием оправки для непрерывной прокатки полых заготовок -  патент 2500491 (10.12.2013)
агрегат для производства бесшовных труб -  патент 2483816 (10.06.2013)
устройство для прокатной клети, предназначенной для прокатки изделий в форме прутка или трубы, содержащее посадочное устройство для валка и валок -  патент 2461433 (20.09.2012)
способ прокатки и прессования полых профилей и устройство для его осуществления -  патент 2457051 (27.07.2012)
калибровочно-профилирующая четырехвалковая клеть -  патент 2438809 (10.01.2012)
способ продольной прокатки труб на оправке -  патент 2438808 (10.01.2012)
способ изготовления бесшовной трубы и непрерывный оправочный стан для его осуществления -  патент 2433876 (20.11.2011)
способ производства бесшовных труб продольной прокаткой -  патент 2416473 (20.04.2011)

Класс B23K103/14 титан или его сплавы


Наверх