СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТРЕХСЛОЙНЫХ ПОЛЫХ ЦЕНТРОБЕЖНО-ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАРОК СТАЛИ И СПЛАВОВ, ПЛАКИРОВАННЫХ ПЛАСТИЧНЫМИ УГЛЕРОДИСТЫМИ МАРКАМИ СТАЛИ, И ПРОКАТКИ ИЗ НИХ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ МЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ ТОВАРНЫХ И ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ
MANUFACTURING METHOD OF THREE-LAYERED HOLLOW CENTRIFUGAL CAST SECTIONS FROM DIFFICULT-TO-FORM STEEL GRADES AND ALLOYS, WHICH ARE CLADDED WITH DUCTILE CARBON STEEL GRADES, AND ROLLING FROM THEM ON PIPE ROLLING UNITS WITH PILGER MILLS OF HOT-ROLLED MECHANICALLY TREATED MERCHANTABLE AND PROCESS PIPES OF LARGE AND MEAN DIAMETERS

Изобретение относится к металлургическому и трубопрокатному производствам, а именно к способу производства трехслойных полых центробежно-литых заготовок из труднодеформируемых марок стали и сплавов, плакированных пластичными углеродистыми марками стали, и прокатки из них на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами горячекатаных механически обработанных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров, и может быть использовано при производстве трехслойных полых трубных заготовок на установках центробежной отливки и прокатки из них передельных горячекатаных трехслойных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для последующей механической обработки - обточки и расточки в товарные по ГОСТ 9940 и передельные механически обработанные трубы для переката на станах ХПТ в трубы по ГОСТ 9941.
В практике производства заготовок центробежной отливкой известен способ изготовления полых биметаллических заготовок разных сочетаний, а именно сталь 10, 20+08Х18Н12Т, сталь 14Х17Н2+08Х18Н10Т, сталь 10Г2Б+06ХН28МДТ, сталь 08Х18Н12+ст.10, сталь 10Г2Б+сплав XH65MB, сталь 12Х18Н9+сплав ХН65МВ, сталь 30+Х12 (сталь, указанная первой, образует наружный слой заготовки, а вторая внутренний - плакирующий слой), где толщина наружного слоя колеблется от 0,4 до 0,65 от общей толщины стенки центробежно-литой заготовки, а толщина внутреннего (плакирующего) слоя соответственно от 0,35 до 0,6 (М.И. Чепурко, Н.П. Карпенко, А.В. Сафьянов и др. "Технологические основы производства биметаллических труб", Челябинск, "Металл", 1993 г., с.192-193).
В практике трубного производства известен способ производства биметаллических износостойких труб (ст.30+Х12) на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев исходных центробежно-литых заготовок и их прокатку на дорнах (М.И. Чепурко, Н.П. Карпенко, А.В. Сафьянов и др. "Технологические основы производства биметаллических труб”, Челябинск, "Металл", 1993 г., с.39-47, с.196-211).
Указанный способ производства биметаллических центробежно-литых заготовок в основном применяется для производства передельной заготовки для последующей механической обработки (обточки и расточки) и порезки на длины для изготовления отдельных деталей. Центробежно-литые заготовки сочетания 30+X12 отливаются как под механическую обработку, так и для передела - перекатки заготовок на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами в длинномерные биметаллические износостойкие трубы для транспортировки абразивных сыпучих материалов и пульп (В.Я. Осадчий, С.Г. Чикалов, А.В. Сафьянов и др. "Разработка и совершенствование технологии производства биметаллических износостойких труб большого и среднего диаметров для транспортировки абразивных материалов и пульп на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами". Труды шестого конгресса прокатчиков, Липецк, 18-21 октября 2005 г., Москва, 2005 г., с.393-398. ТУ 14-158-10-75. "Трубы бесшовные горячекатаные биметаллические из сталей марок 30+Х12").
Недостатком указанного способа отливки биметаллических центробежно-литых заготовок является то, что они отливаются только двухслойными, т.е. пластичный углеродистый или менее легированный слой только с наружной поверхности, при прокатке которых в длинномерные износостойкие трубы на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами на внутренней поверхности, из-за повышенного трения между дорном и сталью X12, образуются рванины, которые в некоторых случаях приводят к образованию сквозных поперечных трещин (рванин). Другим недостатком указанного способа отливки биметаллических центробежно-литых трубных заготовок является то, что толщина пластичного (наружного) углеродистого слоя принимается без учета геометрических размеров заготовок и величины угара металла при нагреве их до температуры пластичности под прокатку на пилигримовых станах.
Указанный способ производства биметаллических труб применяется для производства труб, слои которых имеют близкую пластичность или близкий коэффициент объемного расширения при высоких температурах. Поэтому нагрев в широком интервале температур с разной скоростью нагрева металла и разными величинами деформации не приводят к разрывам труб при их изготовлении.
В трубной промышленности известен способ производства полых биметаллических центробежно-литых заготовок для изготовления биметаллических износостойких труб для транспортировки абразивных сыпучих материалов и пульп сочетания сталь 30+Х12 размером 400×80(38+42)×3500, 445×71(35+36)×3500, 540×70(36+34)×3200 и 650×65(31+34)×3200 мм, где в скобках первые цифры означают толщину пластичного углеродистого слоя, а вторые - толщину плакирующего износостойкого слоя (ТУ14-242-114-75 "Заготовки центробежно-литые биметаллические (трубы-заготовки) сталь 10+Х12" и ТИ 158-Тр.ТБ1-22-95 "Изготовление бесшовных горячекатаных биметаллических труб из стали марок 30+Х12").
Недостатком указанного способа производства полых биметаллических центробежно-литых заготовок является отливка только двухслойных заготовок с приблизительно равными толщинами пластичного и плакирующих слоев металла, при прокатке которых в длинномерные износостойкие трубы на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами на внутренней поверхности труб, из-за повышенного трения между дорном и сталью X12, образуются рванины, которые в некоторых случаях приводят к образованию сквозных поперечных трещин (рванин). Другим недостатком указанного способа отливки полых биметаллических центробежно-литых заготовок является также то, что толщина пластичного (наружного) углеродистого слоя принимается без учета геометрических размеров заготовок и величины угара металла при нагреве их до температуры пластичности под прокатку на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами и данный способ не решает технические и технологические вопросы производства трехслойных полых центробежно-литых заготовок из труднодеформируемых марок стали и сплавов, плакированных пластичными углеродистыми марками стали, и прокатки из них на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами горячекатаных механически обработанных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров.
В трубопрокатном производстве известен способ производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из слитков ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш (ТУ 14-134-398-2003 "Заготовка трубная - слитки для котельных труб ЭШП", ТУ 14-3Р-55-2001 "Трубы стальные бесшовные для паровых котлов и трубопроводов", ТИ 158-Тр.ТБ1-56-2007 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб для паровых котлов и трубопроводов по ТУ 14-3Р-55-2001").
Недостатком данного способа является то, что трубы после прокатки имеют большое количество дефектов на внутренней поверхности в виде плен и рыхлости, требуют последующую механическую обработку (расточку) со съемом металла по 8-10 мм на сторону. Данная марка стали имеет интервал горячей пластичности 1160-900°C и повышенный коэффициент линейного расширения. Если слитки-заготовки ЭШП нагревать до температуры 1160°C, то при прошивке слитков в стане поперечно-винтовой прокатки температура металла в очаге деформации на границе оправка - внутренняя поверхность гильз повышается на 50-70°C в зависимости от диаметра слитка. При прокатке гильз на пилигримовом стане в товарные трубы с температурой наружной поверхности 1160 C° и менее конец прокатки происходит при температуре 800-850°C, в зависимости от диаметра и толщины стенки, что приводит к затяжкам дорнов даже с конусностью 2,0 вместо 1,0 мм по ТИ 158-Тр.ТБ1-56-2007. Нагрев слитков-заготовок ЭШП данной марки стали выше 1160°C приводит к перегреву внутренней поверхности гильз и массовому образованию внутренних плен. Данные трубы необходимо браковать или растачивать на меньшую толщину стенки со съемом металла от 8 до 10 мм на сторону, что, в свою очередь, приводит к повышенному расходу металла и дополнительной трудоемкой операции - расточки труб.
Известным техническим решением является также способ производства горячекатаных передельных труб из стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш размером 325×40 мм для изготовления водоохлаждаемых печных роликов размером 295×22×2750 мм, включающий сверловку и расточку слитков ЭШП размером 480×1600 мм на диаметр 285+5/-0 мм, нагрев их до температуры пластичности, прокатку на пилигримовых станах в трубы размером 325×40 мм на дорнах с повышенной конусностью 238/246 мм с разностью (зазором) между внутренним диаметром расточенных слитков-гильз и максимальным диаметром дорнов, равным 40-45 мм, и коэффициентом вытяжки µ=3, 4 (протокол №1031 согласования условий поставки труб из стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш от 14.12.2000 г. и письмо-указание на опытно-промышленную прокатку горячекатаных передельных труб размером 325×40 мм из высоколегированной стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш).
Недостатком данного способа является использование расточенных слитков-гильз с внутренним диаметром больше диаметра дорна на 40-45 мм, т.к. при меньших зазорах на внутренней поверхности труб образуются дефекты в виде рванин и частые "затяжки" дорнов, даже с повышенной конусностью. Операция расточки слитков с диаметра 100 мм до 285-290 мм трудоемка и приводит к повышенному расходу металла, т.к. при расточке уходит в стружку от 30 до 45% металла. Количество стружки возрастает с ростом диаметра передельных труб, т.е. внутреннего диаметра слитков-гильз, а это, в конечном итоге, приводит к значительному повышению стоимости готового изделия. Горячекатаные трубы из данной высоколегированной марки стали из-за наличия дефектов на наружной и внутренней поверхностях подвергают механической обработке - обточке и расточке со съемом металла на наружную и внутреннюю стороны по 8-10 мм. Данный способ направлен на изготовление водоохлаждаемых роликов из стали 20Х25Н25ТЮ-Ш и не решает технологический вопросы производства товарных и перередельных горячекатаных труб на ТПУ с пилигримовыми станами из коррозионностойких труднодеформируемых марок стали и сплавов с низким температурным интервалом горячей пластичности и высоким коэффициентом линейного расширения.
<mrow><msub><mi>Δ</mi><mi>s</mi></msub><mo>=</mo><mi>D</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mi>K</mi></mrow></msqrt></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mi>s</mi><mn>1</mn></msubsup><mo>=</mo><mi>D</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msqrt><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><msup><mi>K</mi><mn>1</mn></msup></mrow></msqrt></mrow>
<mrow><msubsup><mi>Δ</mi><mi>s</mi><mn>1</mn></msubsup></mrow>
s
н
в
н
в
уст
уст
1
Наиболее близким техническим решением является способ производства биметаллических центробежно-литых заготовок и биметаллических износостойких труб для транспортировки абразивных сыпучих материалов и пульп на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающим отливку полых центробежно-литых трехслойных биметаллических заготовок с учетом угара пластичных (наружного и внутреннего) слоев центробежно-литых биметаллических заготовок в процессе нагрева их под прокатку в нагревательных печах до температуры пластичности, прокату биметаллических труб на пилигримовых станах с обжатиями по диаметру от 100 до 180 мм (100≤ΔD≤180), увеличение толщины пластичных слоев биметаллических центробежно-литых заготовок с учетом угара при нагреве заготовок под прокатку до температуры пластичности и с увеличением наружного диаметра, значения которых определяют по формулам
и
, где D - наружный диаметр центробежно-литой биметаллической заготовки, мм; Δ - величина угара (утонения) толщины стенки пластичного (наружного) слоя центробежно-литой биметаллической заготовки при нагреве до температуры пластичности, мм; K - коэффициент угара металла по наружной поверхности центробежно-литой биметаллической заготовки при нагреве до температуры пластичности;
- величина угара (утонения) толщины стенки пластичного (внутреннего) слоя центробежно-литой биметаллической заготовки при нагреве до температуры пластичности, мм; K - коэффициент угара металла внутренней поверхности центробежно-литой биметаллической заготовки при нагреве до температуры пластичности. Полые 3-слойные центробежно-литые биметаллические заготовки нагревают в нагревательных печах перед пилигримовой прокаткой до температуры 1220-1240°C, а затем прокатывают на пилигримовом стане с обжатием по диаметру, величина которого уменьшается от 180 до 100 мм с увеличением диаметра биметаллических труб с 219 до 530 мм, отношение толщин пластичных слоев центробежно-литых биметаллических заготовок и труб принимают равным S/S=1,5-2,5, где S - толщина наружного пластичного слоя центробежно-литых биметаллических заготовок и труб, мм; S - толщина внутреннего пластичного слоя центробежно-литых биметаллических заготовок и труб, мм. Затравку (прокатку) центробежно-литых заготовок на длине трубы, равной длине отката подающего аппарата, ведут с подачей, равной (0,5-0,75)m от величины подачи при установившемся процесс прокатки, а докатку (обкатку) пилигримовой головки - с подачей, равной (1,1-1,25)m от величины подачи при установившемся процессе (Патент РФ №227849, Кл. В21В 21/00, от 20.07.1999, Бюл. №20 "Способ производства биметаллических труб центробежно-литых заготовок и биметаллических износостойких труб для транспортировки абразивных материалов и пульп на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами").
Недостатком указанного прототипа, также как и вышеприведенных аналогов, является то, что он направлен на производство биметаллических износостойких труб размером 219×14, 273×14, 325×16, 426×20 и 530×25 мм для транспортировки абразивных материалов и пульп с износостойким слоем, составляющим не более 50% от общей толщины стенки, и не решает технические и технологические вопросы производства трехслойных центробежно-литых заготовок из труднодеформируемых марок стали и сплавов, плакированных пластичными углеродистыми марками стали, и прокатки из них на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами горячекатаных механически обработанных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов.
Задачей предложенного способа является освоение производства товарных и передельных механически обработанных труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов (не прошиваемых на станах поперечно-винтовой прокатки), исключение образования дефектов на наружной и внутренней поверхностях товарных и передельных механически обработанных труб, исключение из технологического процесс технологии прошивки слитков-заготовок и прошивки-раскатки гильз-заготовок в станах поперечно-винтовой прокатки, снижение расхода металла, при переделе трехслойная полая центробежно-литая заготовка из труднодеформируемых марок стали и сплавов - товарная или передельная механически обработанная горячекатаная труба, повышение производительности ТПУ с пилигримовыми станами, а следовательно, снижение стоимости труб из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов.
н
в
уст
уст
i.н.п.
i.в.п.
i.н.п.
i.в.п.
Технический результат достигается тем, что в известном способе производства трехслойных полых центробежно-литых заготовок из труднодеформируемых марок стали и сплавов, плакированных пластичными углеродистыми марками стали, и прокатки из них на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами горячекатаных механически обработанных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров, включающем отливку трехслойных полых центробежно-литых заготовок с учетом угара пластичных слоев в процессе нагрева под прокатку в нагревательных печах до температуры пластичности, с отношением толщин пластичных слоев, равным S/S=1,5-2,5, значения которых увеличиваются с увеличением наружного диаметра заготовок и товарных труб, прокатку трехслойных износостойких труб на пилигримовых станах с обжатием по диаметру, величина которого уменьшается от 180 до 100 мм с увеличением диаметра товарных труб с 219 до 550 мм, затравку на длине трубы, равной длине отката подающего аппарата, с подачей трехслойной полой центробежно-литой заготовки в очаг деформации, равной (0,5-0,7)m от величины подачи при установившемся процессе прокатки, а обкатку пилигримовой головки - с подачей, равной (1,1-1,25)m, трехслойные полые центробежно-литые механически обработанные - обточенные и расточенные заготовки из труднодеформируемых марок стали и сплавов, плакированных пластичными углеродистыми марками стали, производят диаметром от 400 до 650 мм и длиной 3200±100 мм с отношением D/S=4,5-7,0, большие значения которых относятся к заготовкам большего диаметра, отношение толщин пластичных слоев полых центробежно-литых трехслойных заготовок и передельных труб принимают равным S/S=1,3-3,0, где S - толщина наружного слоя из пластичных углеродистых марок стали центробежно-литых механически обработанных трехслойных трубных заготовок и передельных горячекатаных труб i-го размера, мм; S - толщина внутреннего слоя из пластичных углеродистых марок стали центробежно-литых механически обработанных трехслойных трубных заготовок и передельных горячекатаных труб i-го размера, мм, толщины наружных и внутренних плакирующих слоев из пластичных углеродистых марок стали и центральных слоев из труднодеформируемых марок стали и сплавов трехслойных полых центробежно-литых заготовок размером 400-650×3200±100 мм определяют из выражений
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>ц</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>±</mo><msqrt><mrow><msubsup><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>ц</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>−</mo><mn>4</mn><msub><mi>μ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></msqrt></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mi>е</mi><mi>г</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>ц</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>п</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>±</mo><msqrt><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>ц</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow><mrow /></msubsup><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mn>4</mn><msub><mi>μ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></msqrt></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>в</mi><mo>.</mo><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>ц</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mi>е</mi><mi>г</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>±</mo><msqrt><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mi>е</mi><mi>г</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mn>4</mn><msub><mi>μ</mi><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>м</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo><mi>в</mi><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo><mi>в</mi><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></msqrt></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
i.н.п.
i.ц.з.
i.г.п.т.
i.у.г.п.т.н.
i.
i.лег.
i.г.п.л.т.
i.г.п.л.т.н.
i.в.п.
i.г.п.л.т.вн.
i.п.
i.т.м.
i1
i2
i.т.м.
i1
i2
i.п.
i.г.п.л.т.н.
i.лег.
i.г.п.л.т.вн.
i.у.н.
i.ц.з.
i.н.з.
i.н.з.
у
з.
i.лег.
i.ц.з.
i.н.з.
i.лег.
i.лег.
лег.
з.
i.у.вн.
i.ц.з.
i.н.з.
i.лег.
i.у.вн.
i.у.вн.
у.
з.
у
лег.
з
3
3
где S - толщина наружного плакирующего слоя из пластичных углеродистых марок стали трехслойной центробежно-литой трубную заготовку i-го размера, мм; D - наружный диаметр трехслойной центробежно-литой трубной заготовки i-го размера, мм; D - наружный диаметр горячекатаной трехслойной передельной трубы i-го размера, мм; S - толщина наружного плакирующего слоя из пластичных углеродистых марок стали горячекатаной передельной трехслойной трубы i-го размера, мм; µ - коэффициент вытяжки при прокатке трехслойных центробежно-литых трубных заготовок i-го размера на пилигримовом стане в передельные горячекатаные трехслойные трубы i-го размера; S - толщина стенки из труднодеформируемых марок стали и сплавов трехслойной центробежно-литой трубной заготовки i-го размера, мм; D - диаметр горячекатаной передельной трубы из труднодеформируемых марок стали и сплавов i-го размера, мм; S - толщина стенки горячекатаной передельной трубы из труднодеформируемых марок стали и сплавов i-го размера, мм; S - толщина внутреннего плакирующего слоя из пластичных углеродистых марок стали трехслойной центробежно-литой трубной заготовки i-го размера, мм; S - толщина внутреннего плакирующего пластического слоя из углеродистой стали горячекатаной передельной трехслойной трубы i-го размера, мм, наружный диаметр передельных трехслойных горячекатаных труб определяют из выражения D=D+2Δ+2Δ, где D - наружный диаметр товарной или передельной механически обработанной трубы, мм; Δ - толщина наружного плакирующего слоя из пластичных углеродистых марок стали при прокатке передельных горячекатаных труб i-го размера, мм; Δ - толщина наружного слоя из труднодеформируемых марок стали и сплавов, удаляемая при обточке передельных 3-слойных горячекатаных труб в товарные и передельные механически обработанные трубы i-го размера, мм, толщину стенки передельных трехслойных горячекатаных труб определяют из выражения S=S+S+S, подачу жидкого металла при отливке трубных заготовок производят по массе, необходимой для формирования заданных геометрических размеров трехслойных полых центробежно-литых заготовок, которую определяют из выражений P=0,00314(D-S)SρL, P=0,00314(D-S-S)SρL, P=0,00314(D-S-S-S)SρL, где ρ - удельный вес жидкого углеродистого металла, г/см, ρ - удельный вес жидкого легированного металла, г/см; L - длина трехслойной центробежно-литой трубной заготовки i-го размера, м, трехслойные центробежно-литые трубные заготовки под прокатку на пилигимовом стане нагревают по режиму труднодеформируемых марок стали и сплавов до температуры на 10-20°C выше температурного интервала горячей пластичности данных марок стали и сплавов, выдают из печи и прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы.
i.н.п.
i.в.п.
i.н.п.
i.в.п.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что трехслойные центробежно-литые механически обработанные - обточенные и расточенные заготовки из труднодеформируемых марок стали и сплавов, плакированных пластичными углеродистыми марками стали, производят диаметром от 400 до 650 мм и длиной 3200±100 мм с отношением D/S=4,5-7,0, большие значения которых относятся к заготовка большего диаметра, отношение толщин пластичных слоев полых центробежно-литых трехслойных заготовок и передельных труб принимают равным S/S=1,5-3,0, где S - толщина наружного слоя из пластичных углеродистых марок стали центробежно-литых механически обработанных трехслойных трубных заготовок и передельных горячекатаных труб i-го размера, мм; S - толщина внутреннего слоя из пластичных углеродистых марок стали центробежно-литых механически обработанных трехслойных трубных заготовок и передельных горячекатаных труб i-го размера, мм, толщины наружных и внутренних плакирующих слоев из пластичных углеродистых марок стали и центральных слоев из труднодеформируемых марок стали и сплавов трехслойных полых центробежно-литых заготовок размером 400-650×3200±100 мм определяют из выражений
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>ц</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>±</mo><msqrt><mrow><msubsup><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>ц</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow><mn>2</mn></msubsup><mo>−</mo><mn>4</mn><msub><mi>μ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></msqrt></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mi>е</mi><mi>г</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>ц</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>п</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>±</mo><msqrt><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msubsup><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>ц</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow><mrow /></msubsup><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mn>4</mn><msub><mi>μ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></msqrt></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
<mrow><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>в</mi><mo>.</mo><mi>п</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>ц</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mi>е</mi><mi>г</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>±</mo><msqrt><mrow><msup><mrow><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>з</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><mn>2</mn><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mi>е</mi><mi>г</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mn>2</mn></msup><mo>−</mo><mn>4</mn><msub><mi>μ</mi><mi>i</mi></msub><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>D</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>л</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo>−</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo><mi>в</mi><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>S</mi><mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mi>г</mi><mo>.</mo><mi>у</mi><mo>.</mo><mi>п</mi><mo>.</mo><mi>т</mi><mo>.</mo><mi>в</mi><mi>н</mi><mo>.</mo></mrow></msub></mrow></msqrt></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow>
,
i.н.п.
i.ц.з.
i.г.п.т.
i.у.г.п.т.н.
i
i.лег.
i.г.п.л.т.
i.г.п.л.т.н.
i.в.п.
i.г.п.л.т.вн.
i.п.
i.т.м.
i1
i2
i.т.м.
i1
i2
i.п
i.г.п.л.т.н.
i.лег.
i.г.п.л.т.вн.
i.у.н.
i.ц.з
i.н.з.
i.н.з.
у.
з.
i.лег.
i.ц.з.
i.н.з
i.лег.
i.лег.
лег.
з.
i.у.вн.
i.ц.з
i.н.з.
i.лег.
i.у.вн.
i.у.вн.
у.
з.
у.
лег.
з.
3
3
где S - толщина наружного плакирующего слоя из пластичных углеродистых марок стали трехслойной центробежно-литой трубной заготовки i-го размера, мм; D - наружный диаметр трехслойной центробежно-литой трубной заготовки i-го размера, мм; D - наружный диаметр горячекатаной трехслойной передельной трубы i-го размера, мм; S - толщина наружного плакирующего слоя из пластичных углеродистых марок стали горячекатаной передельной трехслойной трубы i-го размера, мм; µ - коэффициент вытяжки при прокатке трехслойных центробежно-литых трубных заготовок i-го размера на пилигримовом стане в передельные горячекатаные трехслойные трубы i-го размера; S - толщина стенки из труднодеформируемых марок стали и сплавов трехслойной центробежно-литой трубной заготовки i-го размера, мм; D - диаметр горячекатаной передельной трубы из труднодеформируемых марок стали и сплавов i-го размера, мм; S - толщина стенки горячекатаной передельной трубы из труднодеформируемых марок стали и сплавов i-го размера, мм; S - толщина внутреннего плакирующего слоя из пластичных углеродистых марок стали трехслойной центробежно-литой трубной заготовки i-го размера, мм; S - толщина внутреннего плакирующего пластического слоя из углеродистой стали горячекатаной передельной трехслойной трубы i-го размера, мм, наружный диаметр передельных трехслойных горячекатаных труб определяют из выражения D=D+2Δ+2Δ, где D - наружный диаметр товарной или передельной механически обработанной трубы, мм; Δ - толщина наружного плакирующего слоя из пластичных углеродистых марок стали при прокатке передельных горячекатаных труб i-го размера, мм; Δ - толщина наружного слоя из труднодеформируемых марок стали и сплавов, удаляемая при обточке передельных 3-слойных горячекатаных труб в товарные и передельные механически обработанные трубы i-го размера, мм, толщину стенки передельных трехслойных горячекатаных труб определяют из выражения S=S+S+S, подачу жидкого металла при отливке трубных заготовок производят по массе, необходимой для формирования заданных геометрических размеров трехслойных полых центробежно-литых заготовок, которую определяют из выражений P=0,00314(D-S)SρL, P=0,00314(D-S-S)SρL, P=0,00314(D-S-S-S)SρL, где ρ - удельный вес жидкого углеродистого металла, г/см; ρ - удельный вес жидкого легированного металла, г/см; L - длина трехслойной центробежно-литой трубной заготовки i-го размера, м, трехслойные полые центробежно-литые трубные заготовки под прокатку на пилигимовом стане нагревают по режиму труднодеформируемых марок стали и сплавов до температуры на 10-20°C выше температурного интервала горячей пластичности данных марок стали и сплавов, выдают из печи и прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы. Таким образом, заявляемый способ соответствует 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 заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Способ опробован и осуществлен на ОАО "Череповецкий литейно-механический завод" и на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ". На ОАО "Череповецком литейно-механическом заводе" в соответствии с формулой изобретения были отлиты три трехслойных полых центробежно-литых биметаллических трубных заготовки размером 460 × вн.240 × 3200 мм. Толщины пластичных слоев центробежно-литых трубных заготовок определяли по формулам, приведенным в формуле изобретения, задаваясь размерами передельных горячекатаных труб (285×32×13000 мм, где наружный пластичный слой из стали марки 20-4 мм, внутренний - 3,0 мм, а основная стенка из стали марки 06ХН28МДТ - 25 мм). Стенка 25 мм принята из расчета 100% гарантии получения товарных труб после механической обработки - обточки и расточки размером 273×20 мм. Отливку ЦЛЗ производили в соответствии с формулой изобретения.
По существующей технологии в производство были заданы три слитка-заготовки ЭШП размером 440×1700 мм из стали марки 06ХН28МДТ, которые были поставлены ОАО "ЗМЗ". В слитках-заготовках на ОАО "ЧТПЗ" были просверлены сквозные центральные отверстия диаметром 100±5 мм, а затем они были расточены на диаметр 250 мм, что больше диаметра дорна от 24 до 30 мм. Полые слитки-заготовки были нагреты до температуры 1180°C, т.к. интервал горячей пластической деформации сплава 06ХН28МДТ при прокатке 1170-900°C. Слитки-заготовки после выдачи из печи краном подавались на входную сторону пилигримового стана. Прокатку полых слитков-заготовок производили на разогретых конусных дорнах диаметром 220/226 мм в калибре 295 мм с подкладными углеродистыми кольцами для частичного выведения пилигримовых головок на углеродистый металл. При прокатке труб были затяжки дорнов в трубах. Температура конца прокатки 860-870°C. Первую трубу с дорна сняли путем дополнительной прокатки застрявшей трубы с повышенными подачами и обжатием по диаметру 0,8% за счет сведения валков и извлечением дорна из трубы подающим аппаратом при откате дорна с трубой (Патент РФ №2220794). Из двух труб дорна были извлечены подающим аппаратом после нагрева труб с дорнами на первой зоне печи до температуры 1070-1180°C. Время на извлечение дорнов составило более часа. После прокатки были получены три передельных трубы размером 290×35×5000 мм. На наружной и внутренней поверхностях труб были рванины глубиной до 5,0 мм. Передельные трубы были обточены и расточены в товарные размером 273×20×5000 мм. Трубы приняты по ГОСТ 9940. Масса сданных труб составила 1871 кг. Расходный коэффициент сплава от заготовки до готовых труб составил 3,254.
По предлагаемой технологии три ЦЛЗ размером 460 × вн.240 × 3200 мм общей массой 9110 кг были нагреты в методической печи до температуры 1180-1200°C. Нагрев трехслойных ЦЛЗ производили в соответствии с формулой изобретения. Трехслойные ЦЛЗ после выдачи из печи краном подавались на входную сторону пилигримового стана. Прокатку полых ЦЛЗ производили на разогретых дорнах диаметром 222/224 мм в калибре 295 мм с подкладными углеродистыми кольцами для частичного выведения пилигримовых головок на углеродистый металл в передельные трехслойные трубы размером 285×32×13000 мм. При прокатке труб затяжки дорнов в трубах отсутствовали. Температура конца прокатки составила 910-900°C. После прокатки были выправлены и порезаны на равные длины. На наружной и внутренней поверхностях труб дефекты отсутствовали. Передельные трубы были обточены и расточены в товарные размером 273×20×7500 мм. Трубы приняты по ГОСТ 9940. Масса сданных труб составила 4864 кг. Расходный коэффициент сплава 06ХН28МДТ от заготовки до готовых труб составил 1,430, а общий - 1,873.
Данные по производству передельных и товарных механически обработанных труб размером 273×20 мм из сплава 06ХН28МДТ по ГОСТ 9940 по существующей и предлагаемой технологиям показывают, что при производстве товарных механически обработанных труб размером 273×20 мм из сплава 06ХН28МДТ по предлагаемой технологии получено снижение расходного коэффициента по сплаву на 1824 кг на каждой тонне труб, исключены затяжки дорнов в передельных трубах и нагрев застрявших труб вместе с дорнами на первой зоне методических печей для извлечения их на пилигримовых станах.
Использование предложенного способа производства перередельных горячекатаных труб на ТПУ с пилигримовыми станами из трехслойных полых центробежно-литых заготовок из труднодеформируемых марок стали и сплавов, плакированных пластичными углеродистыми марками стали, и прокатки из них на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами горячекатаных механически обработанных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров позволит снизить расход дорогостоящего металла, исключить трудоемкую операцию нагрева застрявших труб вместе с дорнами для извлечения их на пилигримовых станах, повысить производительность ТПУ с пилигримовыми станами, а следовательно, снизить стоимость труб.