Ниобий в слитках НбП-а в Минске

Ниобий в слитках НбП-а: технические характеристики и применение

Ниобий в слитках НбП-а — это ниобиевый полуфабрикат высокой степени чистоты, получаемый методом вакуумно-дуговой или электронно-лучевой плавки. Маркировка НбП-а расшифровывается как «ниобий плавленый, марка А» и регламентируется требованиями ТУ 48-19-80-90. Материал характеризуется содержанием основного металла не менее 99,7% и пониженным содержанием газовых примесей — кислорода, азота и водорода, что достигается за счет многократного переплава в вакууме.

Слитки НбП-а поставляются в виде цилиндрических или прямоугольных заготовок, предназначенных для последующей пластической деформации — ковки, прокатки, волочения. Структура металла после плавки — крупнокристаллическая, с характерной столбчатой ориентацией зерен, что требует соблюдения температурных режимов при последующей обработке давлением. Температура начала деформации составляет 1100–1200 C, температура рекристаллизации — 950–1050 C.

Химический состав и физико-механические параметры

Химический состав слитков НбП-а контролируется по содержанию примесей, определяющих эксплуатационные свойства конечных изделий. Основные контролируемые элементы — тантал, вольфрам, молибден, титан, железо, кремний, никель, а также газовые примеси. Суммарное содержание легирующих и примесных элементов не превышает 0,3%.

Физико-механические характеристики ниобия НбП-а в литом состоянии:

• Предел прочности при растяжении — 180–220 МПа;
• Относительное удлинение — 20–30%;
• Твердость по Бринеллю — 80–100 НВ;
• Плотность — 8,57 г/см;
• Температура плавления — 2468 C;
• Температура перехода в сверхпроводящее состояние — 9,2 К.

Ниобий НбП-а демонстрирует высокую стойкость к воздействию минеральных кислот — соляной, серной, азотной — при комнатной температуре, а также устойчивость к расплавам щелочных металлов. Коррозионная стойкость материала сопоставима с танталом, что позволяет применять его в агрессивных химических средах при температурах до 200 C.

Технологические особенности обработки

Слитки НбП-а требуют соблюдения специфических режимов при механической и термической обработке. Высокая химическая активность ниобия при нагреве на воздухе приводит к образованию оксидной пленки и насыщению металла кислородом, поэтому нагрев под деформацию проводится в вакуумных печах или в атмосфере аргона. Газонасыщенный поверхностный слой удаляется механической зачисткой или травлением в смеси плавиковой и азотной кислот.

При ковке слитков НбП-а интервал температур деформации составляет 1000–1150 C. Усилия деформации на 30–40% выше, чем при обработке конструкционных сталей, что необходимо учитывать при выборе оборудования. После деформации рекомендуется проводить вакуумный отжиг при 1100–1200 C для снятия наклепа и формирования равномерной мелкозернистой структуры.

Применение слитков НбП-а

Слитки НбП-а служат исходным материалом для производства широкой номенклатуры полуфабрикатов и изделий, используемых в высокотехнологичных отраслях промышленности:

• Изготовление сверхпроводящих кабелей и магнитных систем для ускорителей заряженных частиц и томографов;
• Производство химической аппаратуры — теплообменников, реакторов, колонн для агрессивных сред;
• Изготовление анодов для электролитических конденсаторов с высоким удельным зарядом;
• Производство жаропрочных сплавов для аэрокосмической отрасли;
• Изготовление мишеней для ионного распыления в микроэлектронике;
• Производство медицинских имплантатов и хирургического инструмента.

В атомной энергетике ниобий НбП-а используется для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов и конструкционных элементов активных зон реакторов на быстрых нейтронах благодаря низкому сечению захвата тепловых нейтронов и высокой стойкости к жидкометаллическим теплоносителям.

Контроль качества и приемка

Каждая партия слитков НбП-а проходит входной контроль химического состава методом атомно-эмиссионной спектрометрии и газового анализа. Контроль макроструктуры проводится на поперечных темплетах после травления. Допустимые отклонения по геометрическим размерам слитков регламентируются ТУ и составляют 5 мм по диаметру и 10 мм по длине.

При поставке слитков НбП-а в адрес предприятий атомной и аэрокосмической промышленности дополнительно проводится ультразвуковой контроль сплошности материала. Недопустимыми дефектами считаются трещины, расслоения, раковины и инородные включения размером более 0,5 мм. Поверхность слитков должна быть очищена от окалины и загрязнений, допускаются следы зачистки без рисок глубиной более 1 мм.

Вопросы и ответы