СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЬНЫХ ТРУБ ИЗ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ И УГЛЕРОДИСТЫХ МАРОК СТАЛИ
METHOD FOR PRODUCTION OF STEEL PIPES FROM LOW-ALLOYED HARDLY DEFORMED AND CARBON GRADES OF STEEL

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к производству труб из труднодеформируемых марок стали, и может быть использовано на трубопрокатных установках с непрерывным станом.
Известен способ производства горячекатаных труб винтовой прокаткой на прошивных станах ТПА-350 и ТПА-140, когда водоохлаждаемая прошивная оправка изготавливалась из стали марки 10ХН4ФЛ, модифицированной титаном, что позволяло производить прошивку 240-300 заготовок с должным уровнем качества [Повышение стойкости литых водоохлаждаемых оправок. // И.Ю.Коробочкин, П.Д.Мавродий, В.А.Суржиков и др. // Бюллетень «Черная металлургия», 1983, №14, с.44. // Институт «Черметинформация»].
Недостатком известного способа является возможность применения его только к прокатке труб из низколегированных и углеродистых марок стали.
Также известен способ винтовой прокатки заготовки из стали марки 12Х18Н10Т в двухвалковом прошивном стане на углах подачи 18-30°, позволяющий выполнить 2-3 прохода без разрушения оправки диаметром 60 мм и 20-30 проходов на оправках диаметром 46 мм и 50 мм [Потапов И.Н., Полухин П.И. «Технология винтовой прокатки», изд. 2-е, перераб. и доп. // М.: «Металлургия», 1990, с.209].
Недостатком этого известного способа является возможность его использования при прошивке заготовок на водоохлаждаемых оправках диаметром 80-90 мм и невысокая стойкость оправок.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ винтовой прокатки заготовки диаметром 90 мм длиной 2 м из высоколегированных марок стали на прошивном стане ТПА 140 Первоуральского новотрубного завода (ПНТЗ) на неводоохлаждаемых оправках, изготовленных из молибденовых сплавов ЦМ-3, ЦМ-5, ЦМ-6 и ЦСДД-4 [Оправки из тугоплавких металлов для прошивки высоколегированных сталей и сплавов. // Ю.В.Манегин, Ю.Ф.Лузин, И.Е.Мусорила и др. // Бюллетень «Черная металлургия», 1973, №13, с.47. // Институт «Черметинформация»].
Недостатками способа по прототипу являются трудности в его реализации при использовании «холодных» оправок, т.е. оправок с температурой 500°С, так как их необходимо нагревать перед прокатом до температуры 550-750°С, труднодоступность и высокая стоимость металла оправки и ее износ 0,05 мм после каждого прохода.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества внутренней поверхности трубы из труднодеформируемых марок стали за счет повышения стойкости оправок и увеличении производительности прошивного стана за счет сокращения его простоев по смене инструмента.
п
Решение технической задачи достигается тем, что в способе производства стальных труб из труднодеформируемых и углеродистых марок стали, включающем нагрев заготовки, прошивку их в прошивном стане винтовой прокатки на водоохлаждаемой оправке, изготовленной из конструкционной легированной стали марки 35ХН2Ф, и продольную прокатку в непрерывном стане, прошивку заготовок из низколегированных труднодеформируемых марок стали на водоохлаждаемой оправке выполняют после прошивки 70-100 заготовок из углеродистых марок стали на той же водоохлаждаемой оправке без остановки и изменений машинного времени прошивки и настроек прошивного стана на углах подачи валков β=9-11°, обжатии перед носиком оправки Е=11-12%, коэффициенте вытяжки µ=1,-2,0 и коэффициенте овализации очага деформации ε=1,1-1,15.
Технологический процесс винтовой прокатки заготовки на водоохлаждаемой оправке, в т.ч. и из низколегированных труднодеформируемых и углеродистых марок стали, сопровождается многократным циклическим воздействием на оправку высоких температур (700-790°С) и быстрого охлаждения водой в паузах, что при определенных параметрах настройки стана может быть использовано для повышения качества внутренней поверхности гильз за счет повышения стойкости оправок и повышения производительности стана за счет сокращения его простоев по смене инструмента.
В ходе выполнения исследований было установлено:
1. Прошивка заготовок из низколегированных труднодеформируемых марок стали на одной водоохлаждаемой оправке, изготовленной из конструкционной легированной стали марки 35ХН2Ф, сопровождалась возможностью прокатать 3-5 заготовок с последующей остановкой стана для смены инструмента.
2. Прошивка заготовок из низколегированных труднодеформируемых марок стали в количестве не менее 300 штук длиной не менее 3,2 м на водоохлаждаемой оправке, изготовленной из конструкционной легированной стали марки 35ХН2Ф, возможна при условии, что ей предшествовала прошивка на этой же оправке заготовки того же размера, но из углеродистых марок стали без остановки и изменения настроек стана.
3. Эффект упрочнения водоохлаждаемой оправки, изготовленной из конструкционной легированной стали марки 35ХН2Ф, позволяющий реализовать заявляемый способ, заключается в увеличении стойкости при прошивке углеродистых марок стали и обусловлен постепенным увеличением прочностных свойств приграничных (1,5-3,0 мм) слоев оправки, что связано с мелкозернистой структурой феррита, образовавшегося в субкритических интервалах температур (700-790°С), появлением обезуглероженного слоя глубиной до 150 мкм, интенсификацией адгезионных и смазочных свойств окалины, происходящих при прошивке 70-100 заготовок из углеродистых марок стали.
Последующая прошивка заготовки из низколегированных труднодеформируемых марок стали в количестве не менее 300 штук продолжает сопровождаться нарастающим упрочнением, но при этом происходит существенное увеличение глубины обезуглероженного слоя до 350 мкм. Достижение указанной глубины обезуглероженного слоя обусловлено увеличением зерна феррита и влечет за собой ухудшение смазочных свойств окалины и выход оправки из строя по износу.
п
4. Настройка прошивного стана, обеспечивающая улучшение прошиваемости металла заготовки и равномерность деформации, включает установку углов подачи валков β=9-11°, обжатия перед носиком оправки Е=11-12%, коэффициента вытяжки µ=1,7-2,0 и коэффициента овализации очага деформации ε=1,1-1,15.
Предлагаемый способ производства стальных труб из труднодеформируемых и углеродистых марок стали осуществляется следующим образом.
Заготовку одного размера, изготовленную из углеродистых марок стали и низколегированных труднодеформируемых марок стали, нагревают в печи до температуры 1190-1220°С. В печи заготовка расположена таким образом, что на прошивку подается вначале заготовка из углеродистых марок стали, а затем из низколегированных труднодеформируемых марок стали.
п
Двухвалковый прошивной стан с бочковидными валками настраивается в соответствии с таблицей прокатки на определенный размер гильзы с коэффициентом вытяжки µ=1,7-2,0 и коэффициентом овализации очага деформации ε=1,1-1,15 на углах подачи валков β=9-11°. При этом устанавливается водоохлаждаемая оправка, изготовленная из стали марки 35ХН2Ф и термообработанная на твердость 26-34 HRC с мартенситоподобной структурой, которая выдвигается на определенную величину за пережим валков, обеспечивая необходимый коэффициент вытяжки и деформацию перед носиком оправки Е=11-12%.
В начале процесса идет прошивка заготовки из углеродистых марок стали, длина которой не менее 3,2 м. Во время прошивки 70-100 заготовок происходит упрочнение наружной поверхности оправки за счет циклического воздействия на оправку высоких температур (700-790°С) и быстрого охлаждения водой в паузах. При этом за счет мелкозернистой структуры феррита в приграничном слое оправки, интенсификации адгезионных свойств окалина поверхностного слоя оправки приобретает смазочные свойства, а глубина обезуглероженного слоя достигает величины до 150 мкм.
После прошивки заготовки из углеродистых марок стали следует прошивка заготовки из низколегированных труднодеформируемых марок стали, которая происходит без остановки и перестройки прошивного стана.
За счет приобретенных смазочных свойств окалины процесс прошивки заготовки из низколегированных труднодеформируемых марок стали происходит без износа оправки, налипания металла заготовки на оправку и появления сетки разгарных трещин. Тем не менее, во время прошивки происходит укрупнение зерна феррита (по механизму вторичной рекристаллизации) и увеличение глубины обезуглероженного слоя до 350 мкм.
При достижении упомянутой глубины происходит ухудшение свойств окалины, которое приводит к выходу оправки из строя и снятия ее со стана. Количество циклов нагрев - охлаждение, равное количеству прошитых гильз с высоким качеством внутренней поверхности гильзы, находится в пределах 300-600. Машинное время прошивки заготовки из низколегированных труднодеформируемых и углеродистых марок стали одинаково.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не были выявлены. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
Способ опробован в промышленных условиях.
На прошивном стане на оправке диаметром 82 мм было прошито 87 гильз из заготовки диаметром 120 мм углеродистой стали 20 с содержанием углерода, мас.%, 0,17-0,24%, длиной 3,27 м, коэффициентом вытяжки 1,89 на размер 126×18 мм. Температура заготовки 1190-1220°С. После этого было прошито 600 заготовок этого же размера из низколегированной труднодеформированной стали марки 30ХМА с содержанием, мас.%: углерода 0,26-0,33%, марганца 0,40-0,70%, молибдена 0,15-0,25%, хрома 0,80-1,1%, без изменений настройки стана и машинного времени прошивки, равного 6 с, с требуемым уровнем качества внутренней поверхности гильзы и стан остановлен по смене инструмента.
Также на оправке того же размера было прошито 96 гильз из заготовки диаметром 120 мм углеродистой стали марки 35 с содержанием, мас.%, углерода 0,32-0,40% с раскроем заготовки, вытяжкой и размером гильзы, аналогичными первому примеру. После этого было прошито 586 заготовок из низколегированной труднодеформируемой стали марки 15ХМ с содержанием, мас.%: углерода 0,11-0,18%, марганца 0,40-0,70%, молибдена 0,40-0,55%, хрома 0,80-1,10%, без остановки и изменений настроек стана
Использование предлагаемого способа производства стальных труб из низколегированных труднодеформируемых и углеродистых марок стали позволяет на 15% повысить качество гильзы по внутренним дефектам, более чем в 10 раз повысить стойкость оправок и более чем в 7 раз повысить производительность стана по данному виду продукции.