Ниобиевый прокат

Ниобиевый прокат – это разновидность цветного металлопроката, для изготовления которого применяется ниобий и его сплавы. Прокат представлен в различных марках, которые имеют отличающийся химический состав, физические свойства и области использования.

Промышленное применение имеет как чистый ниобий, с массовой долей данного металла 99,9%, так и сплавы на его основе. Наиболее весомой примесью ниобия является тантал (до 0,1%), остальные химические элементы входят в состав материала в количестве сотых и тысячных долей процента.

Ниобий относится к редким тугоплавким металлам. Наиболее эффективное упрочнение ниобиевых сплавов при высоких температурах достигается путем легирования вольфрамом, молибденом, цирконием, титаном, гафнием и ванадием.

Наиболее распространенными марками ниобия и его сплавов являются:

• Нб1 - ниобий высокой чистоты с количеством основного металла от 99,9% (поставляется в виде слитков);
• НбШ00, НбШ0, НбШ1 и др. - чистый ниобий в виде штабиков, с содержанием основного металла 99,77%, 99,56% и 99,37% соответственно;
• НбП, НбП-а, НбП-б - чистый ниобий в виде порошка.

Прокат из ниобия представлен разнообразными видами продукции:

• лист ниобиевый (толщина от 0,9 мм до 360 мм);
• лента ниобиевая (толщина от 0,15 мм до 10 мм);
• полоса ниобиевая (толщина от 0,1 мм до 10 мм);
• фольга ниобиевая (толщина от 0,01 мм до 0,5 мм);
• труба ниобиевая бесшовная (диаметр от 6,3 мм до 50 мм, толщина стенки от 0,1 мм до 6 мм);
• пруток ниобиевый (диаметр от 1 мм до 200 мм);
• проволока ниобиевая (диаметр от 0,4 мм до 3 мм);
• порошок ниобиевый.

Ниобиевые листы и полосы производятся из литых слитков в результате многостадийного технологического процесса. На первой стадии выполняется прессование заготовок для придания им необходимой пластичности. Данная операция требует нагрева до температуры 1400°С - 1500°С, а также нейтральной атмосферы (инертный газ или вакуум) для уменьшения газонасыщения материала и его окисления. Затем следует горячая ковка с целью уменьшения толщины заготовки. Эта операция выполняется также при нагреве до температуры 1100°С -1500°С в среде инертных газов или в вакууме. Готовые к поставке полосы и листы из ниобия получаются после холодной прокатки. После каждой из перечисленных стадий выполняется термическая обработка заготовок (отжиг).

Изготовление ниобиевой ленты и фольги представляет собой сложный технологический процесс, подразумевающий деформацию заготовок давлением, а также их термическую обработку. Для придания необходимой пластичности полуфабрикатам слитки, полученные после вакуумной плавки ниобия, подвергают горячему прессованию. Затем выполняется горячая ковка или осадка промежуточных заготовок для уменьшения толщины. Финальной стадией является холодная прокатка до заданной толщины изделия. После каждой операции обработки давлением выполняется отжиг.

Ниобиевые прутки производятся посредством обработки заготовок давлением. Исходным сырьем являются слитки из сплавов ниобия, полученные методом вакуумной плавки. Для их деформации применяется прессование. Изделия поставляются в отожженном или нагартованном состоянии. Ниобиевый пруток небольших диаметров (от 3 мм до 15 мм) не подвергается механической обработке. Продукция больших размеров проходит обточку.

Ниобиевые трубы со стандартной толщиной стенки изготавливаются из прессованных заготовок с помощью прокатки, которая выполняется на трубопрокатных или роликовых станах. Данные изделия в том числе служат заготовками для производства тонкостенных труб из ниобия. Тонкостенные трубы получаются в результате деформации с помощью волочения. Для снятия наклепа от холодной обработки давлением изделия подвергаются отжигу в вакууме или защитной атмосфере.

Ниобиевая проволока изготавливается методом холодного волочения. Однако, между проходами выполняется промежуточный рекристаллизационный отжиг. Исходным материалом для производства проволоки являются кованые или прессованные заготовки в виде прутков. Для придания материалу необходимой пластичности выполняется предварительная горячая деформация заготовок. Ниобиевая проволока отличается высоким коэффициентом электропроводности и очень малым сопротивлением, что позволяет выдерживать даже короткое замыкание. Востребована в сферах радиоэлектроники и приборостроения. Ниобиевый порошок представляет собой полуфабрикат мелкой дисперсии, получаемый различными способами (методом восстановления, гидридным способом, с помощью электролиза и др.).

Основными свойствами проката из ниобия и его сплавов являются:

• высокая термостойкость и тугоплавкость;
• высокая механическая прочность (в том числе ударного типа);
• ковкость;
• химическая стойкость во многих агрессивных средах;
• высокая коррозионная стойкость;
• большой запас эксплуатационной прочности.

Основным назначением проката из ниобия и его сплавов является использование в качестве конструкционного материала в устройствах, установках и прочем оборудовании, работающем при высоких температурах, в агрессивных атмосферах и иных условиях, требующих от изделий специальных свойств. Сюда в первую очередь можно отнести:

• наукоемкие отрасли промышленности (ниобиевые круги применяются в сверхпроводниках в качестве токоведущих жил. Данное свойство используется в ускорителях заряженных частиц, термоядерных реакторах и иных высокотехнологичных устройствах);
• химическое машиностроение (детали насосов, трубопроводы, дистилляторы, аэраторы, змеевики);
• атомную энергетику (лист и ленту используют как защитные оболочки урановых тепловыделяющих элементов энергетических реакторов, прутки получили широкое распространение в качестве конструкционных материалов для реакторов, трубы применяют при производстве теплообменных аппаратов);
• металлургическую промышленность;
• авиастроительную отрасль;
• электротехническую промышленность (ниобиевую фольгу и проволоку используют для производства сверхпроводников и оксидно-полупроводниковых конденсаторов);
• химическую промышленность (основной потребитель трубной продукции).