ОПРАВКА СТАНА ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
MANDREL FOR PIPE LENGTHWISE ROLLING MILL

Изобретение относится к трубному производству и может быть использовано при изготовлении оправок станов продольной прокатки труб.
Известна оправка стана продольной прокатки труб (автоматического стана), состоящая из цилиндрического пояска и рабочей конусной части с углом конусности 10-12° (Ф.А.Данилов и др. «Горячая прокатка и прессование труб», М., Издательство «Металлургия», 1972, с.253-255).
Недостатком известной оправки является неудовлетворительный захват гильзы (трубы) рабочими валками, вызванный сопротивлением оправки, низкая стойкость и неудовлетворительное качество внутренней поверхности труб, вызванное наличием рисок и царапин.
Наиболее близким по своей технической сути и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению (прототип) является оправка стана продольной прокатки труб (автоматического стана) с углом конусности 10-12°, изготовленная из инструментальной легированной стали 14Х17, включающей, мас.%: углерод 1,2-1,6, хрома 14,0-17,0, марганец 0,2-0,5, кремний ≤1,0 («Современная технология производства трубопрокатного и трубоволочильного инструмента», Обзорная информация, Серия 8, Выпуск №3, МЧМ СССР, ЦНИИЧМ, 1974, с.9).
Недостатком оправки по прототипу является неудовлетворительный захват гильзы (трубы) рабочими валками, вызванный сопротивлением оправки, низкая стойкость, равная 30-50 проходам и неудовлетворительное качество внутренней поверхности труб, вызванное наличием рисок и царапин.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в улучшении захвата гильзы (трубы) рабочими валками, в повышении стойкости оправок и улучшении качества внутренней поверхности труб.
Решение технической задачи достигается тем, что в оправке стана продольной прокатки труб, состоящей из цилиндрического пояска и рабочей конусной части, изготовленной из инструментальной легированной стали, рабочая конусная часть выполнена с углом конусности 7-8°, при этом оправка изготовлена из инструментальной легированной стали, включающей, мас.%: углерод 1,2-1,7; хром 14,0-17,0; никель 07,-1,1, марганец 0,3-0,7.
Сущность изобретения поясняется фиг.1.
Оправка стана продольной прокатки труб 1 состоит из двух участков рабочей и конусной части 2 с углом конусности φ и цилиндрического пояска 3.
Процесс прокатки гильзы (трубы) на стане продольной прокатки заключается в том, что гильзу (трубу), нагретую до температуры 1175-1190°С, подают в валки 4 и перемещают в направлении, перпендикулярном оси валков 5, до встречи с установленной в калибре неподвижной оправкой 1. При дальнейшем перемещении гильза (труба) проходит через очаг деформации, образованной валками 4 и оправкой 1. Обжатие гильзы (трубы) по диаметру и утонение стенки до заданного размера происходит на рабочей конусной части 2 оправки 1. Обжатие стенки на цилиндрическом пояске 3 оправки 1 незначительно.
Выбор угла конусности оправки φ имеет большое значение для оптимальности процесса прокатки трубы и повышения ее стабильности. Наиболее благоприятные условия, характеризующиеся наименьшим сопротивлением оправки продвижению трубы в направлении прокатки, соответствуют случаю, описываемому известной в трубном производстве формулой, когда φ=arctg f, где f - коэффициент трения металла трубы на контактной поверхности с оправкой. Значение f зависит от температуры и материала трубы, наличия смазки на контактной поверхности и материала оправки. При неизменности температуры и материала трубы и наличии смазки на поверхности трения, основным фактором, определяющим значение коэффициента трения f является материал оправки.
В предлагаемом изобретении для изготовления оправки используют инструментальную легированную сталь, включающую, мас.%: углерод 1,2-1,7, хром 14,0-17,0, никель 0,7-1,1, марганец 0,3-0,7.
Наличие в используемой стали указанного количества углерода обеспечивает упрочнение материала за счет образования большого количества карбидов хрома, цементита и твердого раствора. Хром является главным карбидообразующим элементом, повышает прочность, способствует увеличению износостойкости. Пределы по хрому выбраны с учетом оптимального количества карбидов в структуре. Высокое содержание углерода и хрома неизбежно повышает риск появления случаев разрушений при эксплуатации инструмента, поэтому состав легирован в пределах 0,7-1,1% никелем - элементом, обеспечивающим необходимую вязкость материала. Содержание марганца в пределах 0,3-0,7% обеспечивает легирование твердого раствора, тем самым увеличивает износостойкость материала, исключает появление красноломкости при эксплуатации.
Использование предложенного состава легирующих элементов обеспечивает необходимые для эксплуатации свойства материала оправки: повышенную износостойкость и оптимальную величину коэффициента трения металла трубы на контактной поверхности с оправкой f=0,122-0,14, что, в свою очередь, позволяет определить угол оправки φ=7-8°.
Использование оправок стана продольной прокатки труб, изготовленных из предложенной инструментальной легированной стали, с углом конусности φ=7-8° способствует получению стойкости оправок в пределах 130-150 проходов, позволит улучшить захват гильзы (трубы) рабочими валками, значительно снизить степень неравномерности деформации и уменьшить объем металла, который идет на заполнение выпусков калибра, способствует выравниванию толщины стенки в выпусках со стенкой в вершине калибра и снижению дефектности по внутренним рискам на 60-70%.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, 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».
Оправка прошла испытания в промышленных условиях.
При прокатке труб размером 146,1×7 мм из марки стали Д было проведено испытание 20 шт. оправок, изготовленных из предложенной легированной стали. Диаметр оправки 133 мм, угол конусности φ=7°30'. Прокатано 2605 шт. труб. Стойкость оправок составила 120-165 проходов при нормативе 50-60 проходов на оправках из стали 140Х17Л. Дефектность по наличию рисок и царапин на внутренней поверхности трубы составила 1,5% по сравнению с допускаемыми 5%.