СПОСОБ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОШИВКИ-РАСКАТКИ ГИЛЬЗ-ЗАГОТОВОК И ПОЛЫХ СЛИТКОВ-ЗАГОТОВОК ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАРОК СТАЛИ И СПЛАВОВ
CROSS-SCREW-ROLLING MILL PROCESS TOOL FOR PIERCING-ROLLING-OFF OF LARGE-DIAMETER ELECTROSLAG-REMELTING SLEEVE BLANKS AND HOLLOW INGOTS FROM ALLOYED HARDLY-DEFORMED GRADES OF STEEL AND ALLOYS

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу поперечно-винтовой прошивки-раскатки гильз-заготовок и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава большого диаметра из труднодеформируемых марок стали и сплавов, и может быть использовано при производстве труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.
Известен способ поперечно-винтовой прошивки слитков, где процесс прошивки разбит на три части - деформация сплошной части слитков до носика оправки, деформация на оправке и деформация при обкатке гильз (В.Я.Осадчий и др. "Технология и оборудование трубного производства". Москва. "ИНТЕРНЕТ ИНЖИНИРИНГ". 2001 г., стр.60).
Недостатком данного способа прошивки слитков большого диаметра является образование внутренних плен и расслоя на гильзах. Это обуславливается тем, что слитки большого диаметра имеют большую усадочную раковину и увеличивающее количество неметаллических включений от донной части слитка к головной (усадочной). С увеличением количества неметаллических включений при заданной деформации перед носиком оправки возрастает вероятность разрушения центральной части слитка и образование внутренних плен и расслоя.
В трубопрокатном производстве известен способ производства товарных и передельных труб из труднодеформируемых марок стали, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм в заготовках и слитках ЭШП диаметром 380-500 мм, выдержку их на колосниках методических печей при температуре 500-550°С в течение 70-05 минут в зависимости от диаметра, после чего нагрев до температуры 1120-1140°С со скоростью 1,4-1,5 град/мин, прошивку заготовок и слитков ЭШП в гильзы размер в размер по диаметру при скорости вращения рабочих валков 25040 об/мин на оправке диаметром, обеспечивающим редуцирование на пилигримовом стане не менее 25 мм (патент РФ №2175899, кл. B21B 21/00, бюл. №32. 20.11.2001).
Недостатком данного способа является то, что он приемлем только для производства горячекатаных товарных и передельных труб среднего диаметра, а именно труб диаметром 219-325 мм, т.к. для прокатки труб диаметром более 325 мм необходимы заготовки или слитки ЭШП диаметром 540-620 мм, которые из-за малой мощности привода стана поперечно-винтовой прокатки прошить невозможно.
В трубопрокатном производстве известен способ прокатки товарных и передельных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ с пилигримовыми станами, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм в слитках ЭШП и заготовках, нагрев их до температуры пластичности, первую прошивку слитков ЭШП или заготовок диаметром 540-620 мм в прошивном стане с вытяжкой µ=1,2-1,4 при скорости вращения рабочих валков 15-25 об/мин, а вторую и последующие при необходимости прошивки-раскатки с подъемом или посадом по диаметру не более 5,0% и вытяжкой µ=1,4-1,5 при скорости вращения валков 20-50 об/мин, с использованием холодного или горячего посада гильз в печь, процесс прошивки от захвата слитков ЭШП или заготовок до полного нахождения на оправку ведут с уменьшением оборотов рабочих валков с 25 до 15, установившийся процесс прошивки при 15-20 об/мин, а на выходе гильзы из валков число оборотов увеличивают до 35-40 об/мин, процесс прошивки раскатки-раскатки (вторую прошивку) от захвата гильзы до полного нахождения на оправку ведут с уменьшением числа оборотов рабочих валков с 50 до 20, установившийся процесс прошивки-раскатки при 20-25 об/мин, а на выходе гильзы из валков число оборотов увеличивают до 45-50, а прокатку труб на пилигримовом стане ведут с вытяжкой µ=3,0-5,0 (патент РФ №2247612, кл. B21B 21/00, бюл. №7. 10.03.2005).
Недостатком данного способа является то, что при прошивке-раскатке гильз-заготовок или полых слитков-заготовок ЭШП из-за неравномерности их нагрева в методических печах по длине и сечению образуется искривление передних концов гильз, которое приводит к повышенной продольной и поперечной разностенности товарных и передельных труб, а в некоторых случаях и к невозможности введения дорнов вовнутрь гильз, т.е. к браку. Для снижения количества брака по кривизне приходится вести процесс прошивки-раскатки на оправках большего диаметра, что увеличивает редуцирование гильз, а это в свою очередь приводит к переполнению калибра и увеличению поперечной разностенности труб.
Наиболее близким технически решением является способ производства гильз на станах поперечно-винтовой прокатки, включающий поперечно-винтовую прошивку приводными (рабочими) валками на оправке сплошных или сверленых заготовок в гильзы и непрерывно следующую обкатку их передних концов в калибре, образованном холостыми валками, а после обкатки передних концов гильз калибр холостых валков увеличивают до наружного диаметра гильз и подвергают калиброванию участок гильз, равный между приводными и холостыми валками, после чего холостые валки разводят (авт. свид. СССР №804022, кл. B21B 19/04.04.04.1979).
Недостатком данного способа является то, что он предназначен для обкатки передних концов гильз с целью сокращения машинного времени на затравку и калибрования наружного диаметра гильз на расстоянии между приводными и холостыми валками. Данный механизм сложен в изготовлении и эксплуатации и не нашел промышленного применения. Гильзы с обкатанными концами с внутренними диаметрами, равными или немного больше диаметров дорнов, из-за малейшей их кривизны невозможно надеть на дорн, что в свою очередь приводит к снижению производительности пилигримовых установок и повышенному расходу металла из-за отбраковки данных гильз.
Задачей предложенного способа является снижение кривизны передних концов гильз при прошивке-раскатке в станах поперечно-винтовой прокатки гильз-заготовок или полых слитков-заготовок ЭШП большого диаметра из легированных труднодеформируемых марок стали и сплавов, повышение производительности пилигримовых станов, снижение продольной и поперечной разностенности труб и, как следствие, снижение расхода металла при производстве товарных и передельных труб из легированных труднодеформируемых марок стали и сплавов.
Технический результат достигается тем, что в известном способе поперечно-винтовой прошивки-раскатки гильз-заготовок и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава большого диаметра из легированных труднодеформируемых марок стали и сплавов на оправке, удерживаемой жестко на вращающемся стержне - дорновой штанге, передний конец гильз при выходе из очага деформации фиксируют второй оправкой, установленной на стержне и имеющей две степени свободы - вращения и скольжения по стержню до фиксирующего упора.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что передний конец гильзы при выходе из очага деформации фиксируют второй оправкой, установленной на стержне и имеющей две степени свободы - вращения и скольжения по стержню до фиксирующего упора. Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".
Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентоспособности "изобретательский уровень".
Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16” ОАО "ЧТПЗ" при прокатке передельных труб размером 550×30 мм для последующей механической обработки - обточки и расточки их в товарные размером 530×12-16 мм для коммуникаций нефтеперерабатывающих заводов по ТУ 14-3Р-62-2002. По существующей технологии производство передельных труб размером 550×30 мм производится с двойным нагревом - двойной прошивкой и прокаткой на ТПУ 8-16” с пилигримовыми станами. Первую прошивку производят на оправке диаметром 325 мм в гильзы-заготовки размером 650×вн.340×1550 мм, которые с повторного нагрева прошивают и раскатывают на оправке диаметром 500 мм в гильзы размером 660×вн.515×2550 мм. Прокатку передельных труб размером 550×30×6500-7000 мм производят в калибре 562 мм. В производство было задано 16 заготовок размером 630×100×1250 мм, которые были поделены на две части. Первая часть (8 заготовок) были дважды нагреты, дважды прошиты и прокатаны по существующей технологии, а вторая половина (8 заготовок) были нагреты - прошиты в гильзы-заготовки, которые были повторно нагреты, прошиты-раскатаны в гильзы и прокатаны в передельные трубы по предлагаемой технологии, т.е. прошивку-раскатку гильз-заготовок в гильзы производили с фиксированием переднего конца гильзы на выходе из очага деформации второй оправкой диаметром 490 мм, установленной на стержне - дорновой штанге, после основной оправки и имеющей две степени свободы, т.е. вращения и скольжения по дорновой штанге на расстояние 650 мм до фиксирующего упора, установленного на дорновой штанге на расстоянии 650 мм от торца основной оправки. Данные по прокатке передельных труб размером 550×30 мм из стали марки 15Х5М на ТПУ 8-16” ОАО "ЧТПЗ" и передела их механической обработкой - обточкой и расточкой в товарные трубы размером 530×12-16 мм по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице 1.
Из таблицы 1 видно, что до раскатки гильз-заготовок в гильзы технология передела заготовок в гильзы-заготовки идентичная. По существующей технологии 8 гильз-заготовок были нагреты в методической печи до температуры 1260-1280°С и прошиты-раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 660×вн.515×2670 мм на оправке диаметром 500 мм. Максимальная нагрузка на привод стана поперечно-винтовой прокатки не превышала 7,5 кА. На всех гильзах с переднего конца была повышенная кривизна. Из-за кривизны гильз вспомогательное время надевания их на дорн составило от 2,0 до 3,0 минут. Три гильзы вообще не могли прокатать, т.к. не могли в них вставить дорн. Гильзы были посажены в печь, подогреты до температуры 1260-1280°С, надеты на дорн и прокатаны в передельные трубы размером 550×30 мм. Общее время прошивки-раскатки-подогрева 3-х гильз и прокатки их в передельные трубы составило 4,5 часа. Из-за повышенной кривизны гильз передельные трубы имели повышенную продольную и поперечную разностенность. При механической обработке передельных труб в товарные размером 530×16 мм на трех трубах не были выведены дефекты на внутренней и наружной поверхностях. Данные трубы были переточены на размер 530×12 мм с минимальным полем допуска по наружному диаметру (527-528) мм. В результате было получено 5 труб (28,5 м) размером 530×16 мм и 3 трубы (12,0 м) размером 530×12 мм общей массой 7,72 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 2,869. По предлагаемой технологии 8 гильз-заготовок были прошиты-раскатаны в соответствии с формулой изобретения, т.е. с фиксированием переднего конца гильзы на выходе из очага деформации второй оправкой диаметром 490 мм, установленной на стержне - дорновой штанге, после основной оправки и имеющей две степени свободы, т.е. вращения и скольжения по дорновой штанге на расстояние 650 мм до фиксирующего упора, установленного на дорновой штанге. Гильзы были относительно ровными, свободно надеты на дорн и прокатаны в передельные трубы размером 550×30×6000 мм. Общее время прокатки передельных труб данной партии составило 2 часа. Трубы были обточены и расточены на размер 530×16 мм и приняты в соответствии с ТУ 14-3Р-62-2002. Сдано 8 труб (47,5 м) размером 530×16 мм общей массой 9,63 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 2,224.
Таким образом, общее время прокатки 8 передельных труб размером 550×30×6000 мм по существующей технологии составило 4,5 часа, а по предлагаемой технологии 2,0 часа. Получено повышение производительности пилигримового стана в 2,25 раза, при одновременном снижении расходного коэффициента металла при переделе трубная заготовка - товарная труба с 2,869 до 2,224, т.е. получена экономия металла 645 кг на каждой тонне товарных труб размером 530×12-16 мм из стали 15X5M.
Использование предлагаемого способа поперечно-винтовой прошивки-раскатки гильз-заготовок и полых слитков-заготовок ЭШП большого диаметра из легированных труднодеформируемых марок стали и сплавов позволит значительно повысить производительность ТПУ с пилигримовыми станами, снизить расход дорогостоящего металла, а следовательно, снизить стоимость труб данного сортамента.