СПОСОБ УДЛИНИТЕЛЬНОЙ ПРОКАТКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАНА ДЛЯ ПРОКАТКИ БЕСШОВНЫХ ТРУБ НА ОПРАВКЕ
PROCEDURE OF EXTENSION ROLLING AT MILL FOR ROLLING SEAMLESS TUBES ON MANDREL

Область техники
Это изобретение относится к способу удлинительной прокатки с использованием стана для прокатки бесшовных труб на оправке. В частности, настоящее изобретение относится к способу удлинительной прокатки с использованием стана для прокатки бесшовных труб на оправке, в котором можно эффективным образом предотвратить возникновение так называемых переполнения и недозаполнения калибра.
Уровень техники
При изготовлении бесшовной трубы (включая бесшовные магистральные трубы) с использованием способа Маннесманна на стане для прокатки бесшовных труб на оправке круглую или квадратную заготовку загружают в нагревательную печь с вращающимся подом и нагревают там до 1200-1260°С, а затем подвергают прошивке в прошивном стане с использованием оправки и валков для получения полой оболочки. Полую оболочку затем используют как прокатываемый материал (заготовочная труба) и подвергают удлинительной прокатке с использованием стана для прокатки бесшовных труб на оправке, чтобы уменьшить толщину стенки до заранее определенного значения, после чего заготовочную трубу подвергают калибровке при помощи калибровочного стана, чтобы получить заранее определенный внешний диаметр, и в результате изготавливают изделие в виде бесшовной трубы.
До настоящего времени в качестве такого стана для прокатки бесшовных труб на оправке использовался стан двухвалкового типа, имеющий пару калиброванных валков, которые установлены таким образом, чтобы направление обжатия отличалось на 90° между соседними клетями. В последние годы также стали применять стан четырехвалкового типа, имеющий четыре калиброванных валка, у которого угол обжатия двух соседних клетей отличается на 90°. Кроме того, предложен стан трехвалкового типа, который снабжен тремя калиброванными валками, имеющими направления прокатки, образующие угол 120°, и который имеет угол обжатия у соседних клетей, отличающийся на 60°.
Чтобы увеличить эффективность эксплуатации любого стана, двухвалкового, четырехвалкового или трехвалкового, в общем случае используется один тип калиброванных валков с регулировкой для удлинительной прокатки заготовочных труб, изготовленных из различных типов стали от обычных до легированной, например нержавеющей стали, имеющих различные толщины стенок.
Однако если параметры удлинительной прокатки в стане для прокатки бесшовных труб на оправке не установлены должным образом, внешний периметр заготовочной трубы, образованный при удлинительной прокатке, может недостаточно уменьшиться или даже увеличиться, что приводит к возникновению накатов или других дефектов прокатки, обусловленных переполнением калибра, представляющим собой явление, при котором заготовочная труба выступает в зазор между фланцевыми частями профилированных валков. В других случаях внешний периметр заготовочной трубы, образованный при прокатке, становится слишком маленьким, что приводит к возникновению дефектов при удалении стержня оправки или образованию отверстий в заготовочной трубе, обусловленных недозаполнением калибра, представляющим собой явление, при котором внутренняя поверхность заготовочной трубы прилипает к стержню оправки. В последнее время для решения этих проблем предложены различные решения.
Например, в патентном документе 1 описано изобретение, согласно которому удлинительную прокатку заготовочной трубы, изготовленной, главным образом, из легированной стали, например нержавеющей стали, в стане для прокатки бесшовных труб на оправке выполняют таким образом, чтобы отношение длины кривой калибра к длине окружности горячей обработанной заготовочной трубы на выходе из стана составляло, по меньшей мере, 1,12 для первой клети, по меньшей мере, 1,06 для второй клети и, по меньшей мере, 1,02 для третьей клети, в результате чего гарантируется подходящая внешняя длина окружности заготовочной трубы на выходе из стана для прокатки бесшовных труб на оправке и в концевой части заготовочной трубы, где наиболее легко возникает недозаполнение калибра, может быть образован подходящий зазор между стержнем оправки и заготовочной трубой, чтобы предотвратить возникновение упомянутого недозаполнения.
В патентном документе 2 описано изобретение, согласно которому удлинительную прокатку заготовочной трубы, изготовленной, главным образом, из легированной стали, например, стали с содержанием Cr 13% (в этом описании, если не указано иное, под процентами подразумеваются массовые проценты), в стане для прокатки бесшовных труб на оправке выполняют таким образом, чтобы отношение длины кривой калибра, заданного профилированными валками в каждой из первой и второй клетей, к внешней длине окружности заготовочной трубы, подвергаемой прокатке в этом стане, находилось в определенном диапазоне, в результате чего предотвращается возникновение недозаполнения калибра в концевой части заготовочной трубы.
Патентный документ 1: JP 2582705 В.
Патентный документ 2: JP 2003-10907 Al.
Сущность изобретения
В результате исследования, выполненного авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что в изобретении, описанном в патентном документе 1, рекомендуются подходящие параметры для заготовочной трубы, изготовленной из легированной стали, например нержавеющей стали, и которая имеет конкретные размеры. А именно, переполнение калибра возникает, если удлинительную прокатку выполняют для получения тонкостенной заготовочной трубы, у которой отношение толщины стенки к внешнему диаметру (отношение "толщина стенки/внешний диаметр") составляет максимально 3% и которая изготовлена из обычной стали с содержанием Cr менее 1%, в соответствии с размерами длины кривой калибра, внешним диаметром заготовочной трубы и другими параметрами, описанными в патентном документе 1. Чтобы предотвратить это переполнение калибра, удлинительную прокатку в общем случае выполняют при одновременном приложении растягивающего усилия между клетями, но в случае тонкостенной заготовочной трубы, для которой отношение "толщина стенки/внешний диаметр" составляет максимально 3%, если растягивающее усилие становится слишком большим, легко образуется отверстие и невозможно стабильным образом избежать как переполнения калибра, так и образования отверстий.
Соответственно, при использовании изобретения, описанного в патентном документе 1, необходимо менять калиброванные валки, если удлинительная прокатка выполняется для получения заготовочной трубы из легированной стали или получения тонкостенной заготовочной трубы из обычной стали с отношением "толщина стенки/внешний диаметр", составляющим максимально 3%. Обычно при удлинительной прокатке бесшовной трубы калиброванные валки калибровочного стана заменяют каждый раз, когда изменяется внешний диаметр трубы, который должен быть получен в результате, но для реализации на практике изобретения, описанного в патентном документе 1, в дополнение к замене валков в калибровочном стане необходимо останавливать стан для прокатки бесшовных труб на оправке, используемый для прокатки, и менять профилированные валки этого стана каждый раз, когда меняется тип стали или размер, который должен быть получен в результате прокатки. Чтобы уменьшить количество замен калиброванных валков в стане для прокатки бесшовных труб на оправке до всего лишь одного раза, необходимо отдельно изготавливать бесшовные трубы из обычной стали и легированной стали, даже когда внешний диаметр одинаков и время, необходимое для замены калиброванных валков в калибровочном стане, удваивается. Чтобы предотвратить увеличение времени на замену калиброванных валков в калибровочном стане, необходимо менять валки стана для прокатки бесшовных труб на оправке, используемого для прокатки, каждый раз, когда изменяется диаметр, который должен быть получен в результате. В любом случае необходимо в целом останавливать производственный процесс на длительное время, что сильно снижает производительность.
В изобретении, описанном в патентном документе 2, предлагаются подходящие условия прокатки, задаваемые для заготовочной трубы, изготовленной из легированной стали, например стали с содержанием Cr 13%, имеющей конкретные размеры, поэтому при его использовании возникают те же проблемы, что и для изобретения, описанного в патентном документе 1.
Настоящее изобретение создано с учетом проблем существующего уровня техники. Его задачей является предложить способ удлинительной прокатки с использованием стана для прокатки бесшовных труб на оправке, который может эффективным образом предотвратить возникновение переполнения и недозаполнение калибра при применении комбинации одних и тех же профилированных валков для заготовочных труб из различных типов стали, таких как обычная сталь и легированная сталь, и имеющих разные толщины стенки.
Настоящее изобретение представляет собой способ выполнения удлинительной прокатки заготовочной трубы из полой оболочки с использованием стана для прокатки бесшовных труб на оправке, содержащего множество клетей, каждая из которых снабжена множеством калиброванных валков, отличающийся тем, что внешний диаметр полой оболочки задают таким образом, чтобы отношение внешней днины окружности полой оболочки к чистовой длине окружности, представляющей собой длину окружности заготовочной трубы на выходе из чистовой клети, составляло, по меньшей мере, 1,1, когда содержание Cr в заготовочной трубе составляет, по меньшей мере, 10% либо менее 1,1, когда содержание Cr в заготовочной трубе составляет менее 10%, и задают профиль калибра валков, установленных в первой клети и второй клети стана для прокатки бесшовных труб на оправке таким образом, чтобы длина кривой калибра в первой клети, определяемого множеством калиброванных валков, установленных в первой клети, удовлетворяла приведенному ниже Уравнению 1, длина кривой калибра во второй клети, определяемого множеством калиброванных валков, установленных во второй клети, удовлетворяла приведенному ниже Уравнению 2 и длины кривой калибров в первой клети и второй клети удовлетворяли приведенному ниже Уравнению 3:
1,06 ≤ отношение длины кривой калибра в 1-й клети к чистовой длине окружности ≤ 1,12 (1);
1,05 ≤ отношение длины кривой калибра во 2-й клети к чистовой длине окружности ≤ 1,10 (2);
длина кривой калибра в 1-й клети > длина кривой калибра во 2-й клети (3);
Согласно настоящему изобретению как переполнение калибра, так и недозаполнение калибра можно эффективным образом предотвратить для заготовочных труб, изготовленных из различных типов стали, включая обычную сталь и легированные стали, и имеющих различную толщину стенки, с использованием одной комбинации калиброванных валков, без замены такой комбинации в соответствии с типом стали и другими факторами. В результате гарантируется, что можно эффективным и дешевым путем предотвратить возникновение накатов, обусловленных переполнением калибра, а также дефектов при удалении оправки и накатов, обусловленных недозаполнением калибра.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 (а) - график, иллюстрирующий то, как ведет себя при удлинительной прокатке заготовочная труба, изготовленная из легированной стали; Фиг.1(b) - график, иллюстрирующий то, как ведет себя при удлинительной прокатке заготовочная труба, изготовленная из легированной стали, если длина кривой калибра калиброванных валков задана равной большому значению исходя из существующего уровня техники; Фиг.1(с) - график, иллюстрирующий то, как ведет себя при удлинительной прокатке заготовочная труба, изготовленная из обычной стали. Осевая деформация, представляющая собой абсциссу на каждом из графиков, показанных на Фиг.1(а) - (с), вычисляется как [ln(длина заготовочной трубы после удлинительной прокатки/длина заготовочной трубы до удлинительной прокатки)].
Фиг.2 - график, иллюстрирующий изменение внешнего диаметра и осевой деформации заготовочной трубы от момента входа до момента выхода из клети, когда удлинительная прокатка выполнялась при тех же условиях, что и для Фиг.1(а), за исключением того, что внешний диаметр заготовочной трубы был задан равным большему значению, составляющему 102 мм.
На Фиг.3 представлены виды, объясняющие определение "периметр канавки", при этом Фиг.3(а) представляет собой схематично показанное вертикальное поперечное сечение части калиброванного валка, установленного в двухвалковом стане для прокатки бесшовных труб на оправке, а Фиг.3(b) представляет собой схематично показанное вертикальное поперечное сечение части калиброванного валка, установленного в трехвалковом стане для прокатки бесшовных труб на оправке.
Фиг.4 - график, иллюстрирующий один из примеров результатов испытания по удлинительной прокатке.
Фиг.5 - график, иллюстрирующий еще один пример результатов испытания по удлинительной прокатке.
Фиг.6 - таблица с результатами примеров выполнения удлинительной прокатки с использованием стана для прокатки бесшовных труб на оправке, соответствующего настоящему изобретению, и сравнительных примеров.
Предпочтительный вариант реализации изобретения
Ниже со ссылкой на приложенные чертежи будет рассмотрен предпочтительный вариант способа удлинительной прокатки с использованием стана для прокатки бесшовных труб на оправке согласно настоящему изобретению.
Сначала будут описаны принципы настоящего изобретения.
Фиг.1(а) - график, иллюстрирующий то, как ведет себя при удлинительной прокатке заготовочная труба, изготовленная из легированной стали; Фиг.1(b) - график, иллюстрирующий то, как ведет себя при удлинительной прокатке заготовочная труба, изготовленная из легированной стали, если длина кривой калибра валков задана равной большому значению исходя из существующего уровня техники; Фиг.1(с) - график, иллюстрирующий то, как ведет себя при удлинительной прокатке заготовочная труба, изготовленная из обычной стали. Осевая деформация, представляющая собой абсциссу на графиках, показанных на Фиг.1(а) - (с), вычисляется как [ln(длина заготовочной трубы после удлинительной прокатки/длина заготовочной трубы до удлинительной прокатки)].
Механизм возникновения переполнения калибра для заготовочной трубы, изготовленной из обычной стали, который при этом позволяет предотвратить недозаполнение калибра для заготовочной трубы, изготовленной из конкретной легированной стали, соответствующий существующему уровню техники, описанному в патентном документе 1 и т.п., будет рассмотрен с использованием схем, показанных на Фиг.1.
График, приведенный на Фиг.1(а), иллюстрирует изменение внешнего диаметра и осевой деформации заготовочной трубы с момента входа в клеть до момента выхода из клети, калиброванные валки которой имеют длину кривой калибра, соответствующую внутреннему диаметру 98 мм (показан на чертеже пунктирной линией), причем выполнялась удлинительная прокатка полой оболочки, изготовленной из легированной стали и имеющей внешний диаметр 100 мм, до достижения на выходной стороне клети осевой деформации, равной 0,3. Если сумма внешнего диаметра стержня оправки и двух толщин стенки заготовочной трубы на выходе из клети составляет 96 мм, внешний диаметр заготовочной трубы на выходе из клети (где осевая деформация =0,3) становится равным приблизительно 96 мм, что приблизительно соответствует указанной выше сумме, в результате чего возникает недозаполнение калибра.
График, приведенный на Фиг.1(b), иллюстрирует изменение внешнего диаметра и осевой деформации заготовочной трубы с момента входа в клеть до момента выхода из клети, когда удлинительная прокатка выполнялась в тех же условиях, что и для Фиг.1(а), за исключением того, что длина кривой калибра валков была задана равной большому значению, соответствующему внутреннему диаметру 99 мм, показанному на чертеже пунктирной линией, согласно существующему уровню техники. В этом случае график, показанный на Фиг.1(а), перемещается в направлении, показанном стрелками, и внешний диаметр заготовочной трубы на выходе из клети (где осевая деформация =0,3) становится равным приблизительно 97 мм. В результате существует достаточный запас относительно указанной выше суммы (96 мм), и недозаполнение калибра можно предотвратить.
График, приведенный на Фиг.1(с), иллюстрирует изменение внешнего диаметра и осевой деформации заготовочной трубы с момента входа в клеть до момента выхода из клети, когда удлинительная прокатка выполнялась в тех же условиях, что и для Фиг, 1 (а), за исключением того, что заготовочная труба была изготовлена из обычной стали. В этом случае внешний диаметр заготовочной трубы на выходе из клети (где осевая деформация =0,3) становится равным приблизительно 97,5 мм. Соответственно, существует достаточный запас относительно указанной выше суммы (96 мм) и недозаполнение калибра не возникает.
Для заготовочной трубы, изготовленной из обычной стали и ведущей себя, как показано на Фиг.1(с), если длина кривой калибра калиброванных валков задана равной большому значению, соответствующему внутреннему диаметру 99 мм, как и на Фиг.1(b), то график, иллюстрирующий ее поведение, перемещается вверх, как и на Фиг, 1(b), в результате чего внешний диаметр заготовочной трубы на выходе из клети (где осевая деформация =0,3) становится слишком большим, и существует вероятность возникновения переполнения калибра.
Таким образом, если заготовочная труба, изготовленная из легированной стали, и заготовочная труба, изготовленная из обычной стали, подвергаются удлинительной прокатке с использованием калиброванных валков, длина кривой калибра которых соответствует внутреннему диаметру 98 мм, недозаполнение калибра возникает для заготовочной трубы, изготовленной из легированной стали. Если длина кривой калибра валков задана равной большому значению, соответствующему внутреннему диаметру 99 мм, чтобы предотвратить это недозаполнение, возникает переполнение калибра для заготовочной трубы, изготовленной из обычной стали.
Итак, механизм, позволяющий предотвратить недозаполнение калибра для заготовочной трубы, изготовленной из легированной стали, путем задания длины кривой калибра калиброванных валков, равной большому значению, объяснен при помощи схемы поведения, рассмотренной со ссылкой на Фиг.1(а) и Фиг.1(b). Механизм возникновения переполнения калибра для заготовочной трубы, изготовленной из обычной стали, когда длина кривой калибра калиброванных валков задана равной большому значению указанным выше образом, объяснен при помощи схемы, рассмотренной со ссылкой на Фиг.1(с).
Фиг.2 - график, иллюстрирующий изменение внешнего диаметра и осевой деформации заготовочной трубы от момента входа до момента выхода из клети, когда удлинительная прокатка выполнялась при тех же условиях, что и для Фиг.1(а), за исключением того, что внешний диаметр заготовочной трубы был задан равным большому значению, составляющему 102 мм.
Аналогично описанному выше для схемы поведения легированной стали, показанной на Фиг.1(а), недозаполнение калибра можно предотвратить, задавая внешний диаметр заготовочной трубы, равный большому значению, как в схеме, показанной на Фиг.2, вместо задания длины кривой калибра калиброванных валков, равного большому значению, как показано на Фиг.1 (b).
Как показано на Фиг.2, если внешний диаметр заготовочной трубы задан равным большому значению, труба ведет себя так же, как если бы график, показанный на Фиг.1(а), был перемещен вверх, и внешний диаметр заготовочной трубы на выходе из клети (где осевая деформация =0,3) становится равным приблизительно 97 мм. Таким образом, существует достаточный запас относительно указанной выше суммы (96 мм), и недозаполнение калибра предотвращается.
Настоящее изобретение было создано на основе того факта, что недозаполнение калибра можно предотвратить, задавая внешний диаметр полой оболочки равным большому значению, как показано графиком на Фиг.2. В схеме, показанной на Фиг.2, нет необходимости изменять длину кривой калибра валка, и переполнение калибра можно предотвратить, используя калиброванные валки с той же длиной кривой калибра, соответствующей внутреннему диаметру 98 мм, даже для заготовочной трубы, изготовленной из обычной стали, которая ведет себя, как показано на Фиг.1(с). Другими словами, если внешний диаметр полой оболочки, подвергающейся удлинительной прокатке в стане для прокатки бесшовных труб на оправке, подходящим образом изменяют в зависимости от конкретных типа стали и размеров, используя известные способы, например путем изменения параметров прошивного стана или использования калибровочного стана для оболочки, можно применять одну комбинацию калиброванных валков, не создавая недозаполнения калибра для заготовочной трубы из легированной стали или переполнения калибра для заготовочной трубы из обычной стали.
Графики на Фиг.1 и Фиг.2, иллюстрирующие схемы поведения при прокатке, были построены на основе описанной ниже концепции. Процесс деформации заготовочной трубы может быть разделен на "этап работы с внешним диаметром", начинающийся с момента первого контакта внешней периферийной поверхности заготовочной трубы с калиброванными валками и заканчивающийся обжатием между калиброванными валками и стержнем оправки (пока внешний диаметр заготовочной трубы не станет равным внутреннему диаметру калиброванных валков), и "этап работы с толщиной стенки", на котором заготовочную трубу обжимают между калиброванными валками и стержнем оправки.
Часть графика, показанная отрезком А1В1, на Фиг.1(а) соответствует поведению трубы на этапе работы с внешним диаметром. Вне зависимости от типа стали внешний диаметр заготовочной трубы, т.е. внешний периметр, уменьшается по мере проталкивания заготовочной трубы через профиль калибра валков. Аналогичным образом часть графика, показанная отрезком А2В2 на Фиг.1(b), часть графика, показанная отрезком А3В3 на Фиг.1(с), и часть графика, показанная отрезком А4В4 на Фиг.2, соответствуют поведению трубы на этапе работы с внешним диаметром. Как описано выше, поведение на этапе работы с внешним диаметром не зависит от типа стали, поэтому все части графиков имеют одинаковый наклон.
Часть графика, показанная отрезком В1С1 на Фиг.1(а), соответствует поведению трубы на этапе работы с толщиной стенки. Заготовочная труба не проталкивается через профиль калибра валков, но в той части заготовочной трубы, в которой не происходит непосредственного обжатия между профилированными валками и стержнем оправки, по мере увеличения степени вытягивания и по мере удлинения заготовочной трубы развивается растягивающая деформация, приводящая к уменьшению внешнего диаметра, т.е. внешнего периметра. Аналогичным образом часть графика, показанная отрезком В2С2 на Фиг.1(b), часть графика, показанная отрезком В3С3 на Фиг.1(с), и часть графика, показанная отрезком В4С4 на Фиг.2, соответствуют поведению трубы на этапе работы с толщиной стенки. Изменение внешнего диаметра относительно изменения степени вытягивания, т.е. изменения осевой деформации на этапе работы с толщиной стенки, а именно абсолютное значение наклона каждой части графика, зависит от типа стали. В результате существует тенденция в увеличении степени деформации для заготовочной трубы, изготовленной из легированной стали. Соответственно часть графика, показанная отрезком В1С1 на Фиг.1(а), часть графика, показанная отрезком В2С2 на Фиг.1(b), и часть графика, показанная отрезком В4С4 на Фиг.2, все построены с одним и тем же наклоном, а часть графика, показанная отрезком В3С3 на Фиг.1(с), построена с наклоном, имеющим меньшее абсолютное значение, чем упомянутые другие части.
Графики на Фиг.1 и Фиг.2, иллюстрирующие схему поведения, построены на основе этого принципа. Как указано выше, они соответствуют результатам реальных испытаний по удлинительной прокатке, выполненных авторами настоящего изобретения.
Настоящее изобретение создано с использованием этих принципов и задания различных параметров для условий удлинительной прокатки при помощи указанных выше Уравнений 1-3. Настоящее изобретение не ограничивается реализацией на двухвалковом стане для прокатки бесшовных труб на оправке и может быть реализовано аналогичным образом на трехвалковом или четырехвалковом стане для прокатки бесшовных труб на оправке. В настоящем изобретении термин "чистовая длина окружности" означает внешнюю длину окружности заготовочной трубы на выходе из чистовой клети.
Далее, со ссылкой на Фиг.3 будет объяснен смысл термина "длина кривой калибра", использованного в настоящем изобретении.
На Фиг.3 представлены виды, объясняющие определение "длина кривой калибра". Фиг.3(а) представляет собой схематично показанное вертикальное поперечное сечение части калиброванного валка, установленного в двухвалковом стане для прокатки бесшовных труб на оправке, а Фиг.3(b) представляет собой схематично показанное вертикальное поперечное сечение части калиброванного валка, установленного в трехвалковом стане для прокатки бесшовных труб на оправке.
Как показано на Фиг.3(а), профиль Р калибра профилированного валка 1, установленного в стане для прокатки бесшовных труб на оправке, в общем случае имеет форму, представляющую собой комбинацию трех дуг. Это кривая с симметрией левой и правой сторон, у которой осью симметрии является прямая линия, соединяющая дно В канавки и центр О канавки. Одна из упомянутых сторон имеет форму, образованную путем плавного соединения дуги с радиусом R1 и центральным углом α1, дуги с радиусом R2 и центральным углом α2 (называемой ниже дугой R2) и дуги с радиусом R3 и центральным углом α3 (называемой ниже дугой R3). Если взять дугу с радиусом R4 и центральным углом α4, которая на одном конце проходит по касательной через точку соединения дуги R2 и дуги R3 и которая на другом конце перпендикулярна прямой линии L, образующей угол 90° относительно прямой линии, соединяющей дно В канавки и центр О канавки, то длина кривой калибра определяется как 4(R1α1+R2α2+R4α4).
Как показано на Фиг.3(b), так же как и для описанного выше двухвалкового стана для прокатки бесшовных труб на оправке, профиль Р калибра профилированного валка 1, установленного в трехвалковом стане для прокатки бесшовных труб на оправке, в общем случае имеет форму, образованную соединением трех дуг R1, R2 и R3. Если взять дугу с радиусом R4 и центральным углом α4, которая на одном конце проходит по касательной через точку соединения дуги R2 и дуги R3, и которая на другом конце перпендикулярна прямой линии L, образующей угол 60° относительно прямой линии, соединяющей дно В канавки и центр О канавки, то длина кривой калибра определяется как 6(R1α1+R2a2+R4a4).
Определение длины кривой калибра для любого числа калиброванных валков может быть обобщено следующим образом. Если число калиброванных валков, установленных в каждой клети стана для прокатки бесшовных труб на оправке, равно n (n=2 в случае двухвалкового стана, n=3 в случае трехвалкового стана и n=4 в случае четырехвалкового стана), то длина кривой калибра определяется как 2n(R1α1+R2a2+R4a4), где R4 и α4 - соответственно, радиус и центральный угол дуги, которая на одном конце проходит по касательной через точку соединения дуги R2 и дуги R3, и которая на другом конце перпендикулярна прямой линии L, образующей угол 180/n(°) относительно прямой линии, соединяющей дно В канавки и центр О канавки.
Для приведенного выше объяснения был использован пример случая, в котором профиль Р калибра калиброванного валка имеет форму, образованную путем плавного соединения двух вогнутых дуг R1 и R2 (которые обращены от центра О калибра) и выпуклой дуги R3 (которая обращена к центру О калибра). Однако настоящее изобретение не ограничивается этой формой профиля калибра, и его профиль может иметь форму, образованную путем плавного соединения одной вогнутой дуги либо трех или более вогнутых дуг разного радиуса с одной выпуклой дугой. В дополнение к этому выпуклая дуга может быть образована путем плавного соединения множества дуг разного радиуса. Кроме того, вместо выпуклой дуги может использоваться прямая линия. Обобщая определение длины кривой калибра любой формы для профилированного валка 1, если длина части одной или более вогнутых дуг от дна В канавки до точки соединения с выпуклой дугой (или прямой линией) составляет LO, когда вогнутые дуги представляют собой описанные выше две дуги R1 и R2, то LO=R1α1+R2α2. В этом случае длина кривой калибра определяется как 2n(LO+R4α4), где R4 и α4 - соответственно, радиус и центральный угол дуги, которая на одном конце проходит по касательной через точку соединения дуги R2 и дуги R3, и которая на другом конце перпендикулярна прямой линии L, образующей угол 180/n(°) относительно прямой линии, соединяющей дно В калибра и центр О калибра.
Кроме того, в способе удлинительной прокатки с использованием стана для прокатки бесшовных труб на оправке, соответствующем настоящему изобретению, профиль калибра калиброванных валков, установленных в третьей клети этого стана, предпочтительно задают таким образом, чтобы длина кривой калибра в упомянутой третьей клети, определяемая множеством профилированных валков, установленных в этой клети, удовлетворяла приведенному ниже Уравнению 4, а длины кривой калибра во второй клети и третьей клети удовлетворяли приведенному ниже Уравнению 5. Здесь чистовая длина окружности означает длину окружности заготовочной трубы после завершения прокатки:
1,02 ≤ отношение длины кривой калибра в 3-й клети к чистовой длине окружности ≤ 1,07 (4);
длина кривой калибра во 2-й клети > длина кривой калибра в 3-й клети (5).
Далее со ссылкой на приложенные чертежи будет рассмотрен предпочтительный вариант реализации способа удлинительной прокатки с использованием стана для прокатки бесшовных труб на оправке согласно настоящему изобретению.
Испытание по удлинительной прокатке было выполнено, чтобы определить один тип комбинации калиброванных валков, которые могут использоваться как для заготовочной трубы из легированной стали, не вызывая недозаполнения калибра, так и для заготовочной трубы из обычной стали, не вызывая переполнения калибра, за счет регулирования внешнего диаметра полой оболочки. В этом испытании в качестве легированной стали, имеющей содержание Cr, по меньшей мере, 10%, использовалась нержавеющая сталь. Для этой стали внешняя длина окружности полой оболочки была задана таким образом, чтобы отношение этой длины окружности к чистовой длине окружности, являющейся внешним периметром заготовочной трубы на выходе из чистовой клети, составляло, по меньшей мере, 1,1. В качестве заготовочной трубы из обычной стали с содержанием Cr менее 10% использовалась тонкостенная заготовочная труба с отношением "толщина стенки/внешний диаметр", составляющим максимум 3%. Для этой стали отношение внешней длины окружности полой оболочки к чистовой длине окружности было задано менее 1,1. Для каждой стали изменялась величина отношения длины кривой калибра к чистовой длине окружности для первой клети и величина отношения длины кривой калибра к чистовой длине окружности для второй клети.
Фиг.4 - график, иллюстрирующий один из примеров результатов этого испытания по удлинительной прокатке. На графике, приведенном на Фиг.4, Х означает заготовочную трубу, для которой возникало недозаполнение или переполнение калибра, ○ (окружность) означает заготовочную трубу, для которой не возникало ни недозаполнения, ни переполнения калибра.
Как показано на Фиг.4, для заготовочной трубы, изготовленной из нержавеющей стали, если отношение длины кривой калибра (на чертеже сокращенно Д.К.) к чистовой длине окружности (Ч.Д.) для первой клети (кл.№1) составляет менее 1,06, возникает недозаполнение калибра во второй клети, а когда отношение длины кривой калибра к чистовой длине окружности для второй клети (кл.№2) составляет менее 1,05, возникает недозаполнение калибра в третьей клети. С другой стороны, для тонкостенной заготовочной трубы, изготовленной из обычной стали, если отношение длины кривой калибра к чистовой длине окружности для первой клети составляет более 1,12, возникает переполнение калибра во второй клети, а если отношение длины кривой калибра к чистовой длине окружности для второй клети составляет более 1,10, возникает переполнение калибра в третьей клети.
Когда длина кривой калибра в первой клети меньше или равна длине кривой калибра во второй клети, внешний периметр заготовочной трубы во второй клети невозможно отрегулировать, и облегчается возникновение недозаполнения или переполнения калибра. Существуют также случаи, при которых переполнение калибра возникает в третьей клети.
Из результатов испытания, показанных на Фиг.4, видно, что задавая внешний диаметр полой оболочки таким образом, чтобы отношение внешней длины окружности полой оболочки к чистовой длине окружности, являющейся внешним периметром заготовочной трубы на выходе из чистовой клети, составляло, по меньшей мере, 1,1, когда заготовочная труба содержит, по меньшей мере, 10% Cr, и задавая внешний диаметр полой оболочки таким образом, чтобы отношение внешней длины окружности полой оболочки к чистовой длине окружности, являющейся внешним периметром заготовочной трубы на выходе из чистовой клети, составляло менее 1,1, когда заготовочная труба содержит менее 10% Cr, можно выполнять удлинительную прокатку с использованием одной комбинации калиброванных валков, не меняя эту комбинацию в соответствии с содержанием Cr в заготовочной трубе, пока удовлетворяются рекомендованные условия.
Внешний диаметр полой оболочки может быть отрегулирован подходящим образом при помощи известных способов, например, описанных в документах JP H08-71615 A1, JP 2002-11507 А1 и т.п.
При использовании способа удлинительной прокатки в стане для прокатки бесшовных труб на оправке, соответствующего настоящему изобретению, в частности во второй клети и третьей клети, где легко могут возникнуть недозаполнения калибра и переполнение калибра, их эффективным образом можно предотвратить с применением одной комбинации калиброванных валков. Однако в качестве более предпочтительного варианта, чтобы также с уверенностью предотвратить возникновение недозаполнения и переполнения калибра в четвертой клети, испытание по удлинительной прокатке выполнялось для каждой заготовочной трубы, для которой были получены результаты испытаний, показанные на Фиг.4, при одновременном изменении отношения длины кривой калибра к чистовой длине окружности для третьей клети.
Фиг.5 - график, иллюстрирующий один из примеров результатов этого испытания по удлинительной прокатке. На Фиг.5 Х означает заготовочные трубы, для которых возникало недозаполнение или переполнение калибра,  (треугольник) означает заготовочные трубы, имевшие тенденцию к недозаполнению или переполнению калибра, а ○ (окружность) означает заготовочные трубы, для которых не возникало ни недозаполнения, ни переполнения калибра.
Как показано на графике Фиг.5, заготовочные трубы из нержавеющей стали имели некоторую тенденцию к появлению недозаполнения калибра в четвертой клети, если отношение длины кривой калибра к чистовой длине окружности в третьей клети (кл. №3) составляло менее 1,02, а тонкостенные заготовочные трубы из обычной стали имели некоторую тенденцию к переполнению калибра в четвертой клети, если отношение длины кривой калибра к чистовой длине окружности в третьей клети превышало 1,07. Когда длина кривой калибра во второй клети (кл. №2) меньше или равна длине кривой калибра в третьей клети, невозможно отрегулировать внешний периметр заготовочной трубы в третьей клети, и облегчается возникновение недозаполнения или переполнения калибра. Также существуют случаи, при которых переполнение калибра возникает в четвертой клети.
Из графика, приведенного на Фиг.5, можно видеть, что профиль калибра калиброванных валков, установленных в третьей клети, в предпочтительном случае задают таким образом, чтобы длина кривой калибра в третьей клети, который определяется множеством профилированных валков, установленных в этой клети, удовлетворяла Уравнению 4 (1,02 ≤ длина кривой калибра в 3-й клети/чистовая длина окружности ≤ 1,07), и таким образом, чтобы длины кривых калибра во второй клети и третьей клети удовлетворяли Уравнению 5 (длина кривой калибра во 2-й клети > длина кривой калибра в 3-й клети).
Если удовлетворяются Уравнение 4 и Уравнение 5, можно с уверенностью предотвратить возникновение недозаполнения калибра и переполнения калибра в четвертой клети.
Далее, со ссылкой на примеры для настоящего изобретения и сравнительные примеры будет дано более подробное объяснение.
Примеры
Как показано в таблице на Фиг.6, испытание по удлинительной прокатке выполнялось с использованием полых оболочек из стали с 13% Cr, имеющих внешний диаметр 300 мм, толщину стенки 20 мм и длину 6000 мм (в таблице приведена только величина внешнего диаметра), которые подвергались удлинительной прокатке в двухвалковом стане для прокатки бесшовных труб на оправке, содержащем 5 клетей, для получения заготовочных труб, имеющих на выходе из стана внешний диаметр 270 мм (чистовой периметр =270×π мм) и толщину 10 мм (Примеры 1-1, 2-1 и 3-1). В дополнение к этому, как показано в таблице на Фиг.6, было выполнено еще одно испытание с использованием полых оболочек из углеродистой стали, стали с 9% Cr или стали с 5% Cr, имеющих внешний диаметр 295 мм, толщину стенки 19 мм и длину 6000 мм (в таблице приведена только величина внешнего диаметра), которые подвергались прокатке в двухвалковом стане для прокатки бесшовных труб на оправке, содержащем 5 клетей, для получения заготовочных труб, имеющих на выходе из стана внешний диаметр 270 мм (чистовая длина окружности =270×π мм) и толщину 7 мм (Примеры 1-2, 1-3, 1-4, 2-2 и 3-2).
Длины кривых S1-S3 калибров в клетях с первой по третью, заданные для каждого условия, были такими, как показаны в таблице на Фиг.6. Примеры с 1-1 по 1-4, Примеры 2-1 и 2-2, а также Примеры 3-1 и 3-2 имели одинаковую длину кривой калибра (в них использовалась одинаковая комбинация калиброванных валков). В таблице, показанной на Фиг.6, числа в столбце "оболочка/Ч.Д." представляют собой величину внешней длины окружности полой оболочки, деленую на величину чистовой длины окружности.
Сравнительный пример
Испытание по удлинительной прокатке выполнялось в тех же условиях, что и для приведенных выше примеров, за исключением того, что величина (отношение) "внешняя длина окружности полой оболочки/чистовая длина окружности" и заданные значения длин кривой S1-S3 калибра в клетях с первой по третью изменялись. А именно, для полой оболочки с внешним диаметром 300 мм, толщиной 20 мм и длиной 6000 мм прокатка выполнялась с использованием двухвалкового стана для прокатки бесшовных труб на оправке, содержащего 5 клетей, для получения заготовочной трубы с внешним диаметром 270 мм (чистовая длина окружности =270×π мм) и толщиной стенки 10 мм на выходе из стана (Сравнительные примеры 1-1, 1-4, 2-1, 2-4, 3-2, 3-3, 3-4, 4-2 и 5-2). Для полой оболочки с внешним диаметром 295 мм, толщиной 19 мм и длиной 6000 мм прокатка выполнялась с использованием двухвалкового стана для прокатки бесшовных труб на оправке, содержащего 5 клетей, для получения заготовочной трубы с внешним диаметром 270 мм (чистовая длина окружности =270×π мм) и толщиной стенки 7 мм на выходе из стана (Сравнительные примеры 1-2, 1-3, 2-2, 2-3, 3-1, 4-1 и 5-1). Длины кривой S1-S3 калибра в клетях с первой по третью для каждого условия были такими, как показано в таблице на Фиг.6. В Сравнительных примерах с 1-1 по 1-4, Сравнительных примерах с 2-1 по 2-4, Сравнительных примерах с 3-1 по 3-4, Сравнительных примерах 4-1 и 4-2, а также Сравнительных примерах 5-1 и 5-2 использовались одинаковая длина кривой калибра и одинаковая комбинация калиброванных валков.
Результаты испытаний
В сравнительных примерах, по меньшей мере, одно из следующего: либо заготовочные трубы с содержанием Cr, по меньшей мере, 10% (сталь с 13% Cr), либо заготовочные трубы с содержанием Cr менее 10% (сталь с 9% Cr, сталь с 5% Cr и углеродистая сталь) имели накаты, возникающие при степени, превышающей 4%. В противоположность этому, в примерах для настоящего изобретения как в заготовочных трубах с содержанием Cr, по меньшей мере, 10% (сталь с 13% Cr), так и в заготовочных трубах с содержанием Cr менее 10% (сталь с 9% Cr, сталь с 5% Cr и углеродистая сталь) почти не возникало накатов, несмотря на их прокатку с использованием той же комбинации калиброванных валков.