СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ НА АГРЕГАТЕ СО СТАНАМИ ВИНТОВОЙ ПРОШИВКИ И НЕПРЕРЫВНЫМ СТАНОМ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
METHOD OF SEAMLESS PIPE PRODUCTION AT THE AGGREGATE WITH SCREW PIERCING MACHINES AND CONTINUOUS LENGTHWISE ROLLING

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается получения горячекатаных труб на трубопрокатных агрегатах с раскатным станом продольной прокатки, например с непрерывным станом.
В настоящее время известен способ получения горячекатаных труб, включающий нагрев и последующую прошивку сплошной заготовки в пресс-валковом стане, раскатку стенки гильзы в непрерывном стане на удерживаемой оправке с получением черновой трубы, калибровку полученной черновой трубы до размеров готовой трубы и ее охлаждение [1]. Недостатком этого способа является низкий выход годного при получении труб из литого металла вследствие большого количества наружных и внутренних дефектов, возникающих при прокатке труб в непрерывном стане из-за скольжения металла относительно валков и оправки при заданных режимах обжатия по диаметру и толщине стенки. Кроме того, имеет место повышенная разностенность гильз при прошивке в пресс-валковом стане.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является способ производства бесшовных труб на агрегате с непрерывным станом, включающий нагрев исходной заготовки, зацентровку, первую и вторую прошивку в станах винтовой прокатки, прокатку в стане продольной прокатки на оправке, калибровку, охлаждение и правку [2].
Недостатком данного способа является нестабильность получения качественной внутренней поверхности гильз и проработки структуры по толщине стенки, а также недостаточно высокая точность геометрических размеров. Рекомендуемая величина обжатия по диаметру и стенке в непрерывном стане вызывает повышенное скольжение металла относительно валков, возникают значительные растягивающие напряжения, которые и вызывают микроразрушения на внутренней поверхности трубы, трансформирующиеся в дальнейшем во внутренние дефекты. Преимущественная продольная деформация, обусловленная большей вытяжкой на раскатном стане продольной прокатки, не обеспечивает достаточно интенсивную проработку структуры металла. Для направления оправки при прошивке применяется операция зацентровки, которая осуществляется в горячем состоянии на специальном устройстве путем нанесения на передний торец заготовки углубления с помощью ударного воздействия специального инструмента - бойка, перемещаемого пневматическим или гидравлическим приводом. Такой способ зацентровки не позволяет точно совместить ось заготовки и ось бойка, что приводит к смещению оси оправки с оси заготовки при прошивке и, как следствие, к повышенной разностенности.
Задачей изобретения является повышение качества и точности геометрических размеров гильз при сокращении массы оборудования и расходов на инструмент.
Поставленная задача достигается тем, что в способе производства бесшовных труб на агрегате со станами винтовой прошивки и непрерывным станом продольной прокатки, включающем нагрев исходной заготовки, зацентровку, первую и вторую прошивку в станах винтовой прокатки, прокатку в стане продольной прокатки на перемещаемой оправке, калибровку, охлаждение и правку, в соответствии с изобретением зацентровку заготовок осуществляют механически перед нагревом, при первой прошивке получают гильзы с отношением диаметра к толщине стенки в пределах 5-7, суммарная величина вытяжки при первой и второй прошивках составляет 55-85% от общей вытяжки по агрегату, при этом продольную прокатку осуществляют на цилиндрической оправке длиной 0,12-0,8 длины получаемой черновой трубы, а скорость перемещения оправки составляет 25-65% скорости выхода трубы из последней клети стана продольной прокатки.
Кроме того, первую прошивку производят с уменьшением, вторую - с увеличением наружного диаметра гильзы.
Заявляемая совокупность признаков обеспечивает достижение задачи изобретения, а именно повышение качества и точности геометрических размеров гильз при сокращении массы оборудования и расходов на инструмент, за счет рационального выбора соотношения между деформационными и кинематическими параметрами при винтовой и продольной прокатке в сочетании с рекомендуемой величиной отношения длины оправки к длине трубы и осуществления зацентровки заготовок в холодном состоянии механическим путем.
В результате подбора оптимального сочетания этих параметров достигается интенсивная проработка структуры металла, не приводящая к его разрушению, уменьшение величины растягивающих напряжений, повышение точности прокатываемых труб. Получение при первой прошивке гильз с отношением D/S менее 5 и более 7 сопровождается повышенной разностенностью из-за нарушения равновесного состояния оправки при прошивке вследствие изменения локализации зоны растягивающих напряжений в осевой зоне заготовки. Уменьшение доли вытяжки при винтовой прокатке (прошивке) ниже 55% общей вытяжки по агрегату (суммарная вытяжка при винтовой и продольной прокатке) приводит к возникновению дефектов на внутренней поверхности трубы из-за повышенного обжатия и, как следствие, повышенного скольжения металла при продольной прокатке. Увеличение этой доли свыше 85% общей вытяжки по агрегату не позволяет устранить волнистость наружной поверхности трубы, образовавшейся при винтовой прокатке. Уменьшение скорости перемещения оправки ниже 25% от скорости выхода трубы из последней клети стана продольной прокатки приводит к повышенному скольжению металла относительно оправки и к ухудшению качества внутренней поверхности. При увеличении же скорости движения оправки более чем 65% от скорости выхода трубы из последней клети стана продольной прокатки не осуществляется сход трубы с оправки. Увеличение длины цилиндрической оправки свыше 0,8 длины черновой трубы неоправданно увеличивает массу оправки и длины ходов исполнительных механизмов ее перемещения, что вызывает потерю производительности. Снижение же длины цилиндрической оправке менее 0,12 длины черновой трубы приводит к ее быстрому износу и ухудшению качества труб. Реализация предлагаемого способа позволит снизить массу оборудования за счет уменьшения количества рабочих клетей в стане продольной прокатки, например с 6 до 4, и соответственно количества запасных рабочих клетей, т.к. уменьшается коэффициент вытяжки в этом стане. По этой же причине уменьшается и количество рабочих валков, т.е. расходы на инструмент. Уменьшается длина оправки на стане продольной прокатки, что также уменьшает затраты на ее изготовление.
Осуществление первой прошивки с уменьшением, а второй с увеличением диаметра получаемой гильзы позволяет дополнительно увеличить проработку структуры прокатываемых труб за счет повышения величины накопленной степени деформации и добиться повышения их физико-механических свойств, что крайне важно при получении труб ответственного назначения для условий Крайнего Севера.
Способ прокатки осуществляется следующим образом. На передний и задний торцы заготовки наносятся отверстия диаметром 0,3 от диаметра оправки и глубиной 0,3 длины оправки, далее заготовка нагревается и задается в рабочие валки, где обжимается ими в калибре, образованном за счет взаимного сближения контактных поверхностей валков, обусловленного углом конусности валка. Размеры калибра определяются размерами получаемой гильзы и расчетной величиной суммарного относительного обжатия перед носком оправки. Размеры гильзы определяются из отношения диаметра к толщине стенки (D/S) в пределах 5-7.
Это обеспечивает стабильный захват заготовки валками и устойчивый процесс прошивки.
После первой прошивки гильза подвергается второй прошивке с таким расчетом, что суммарный коэффициент вытяжки при первой и второй прошивке должен составлять 55-85% от общего коэффициента вытяжки по агрегату. Это позволяет интенсивно проработать структуру заготовки и уменьшить вероятность образования дефектов на внутренней поверхности при продольной раскатке. Последнюю осуществляют на перемещаемой со скоростью 25-65% от скорости выхода трубы из последней клети цилиндрической оправке длиной 0,07-0,3 длины черновой трубы.
Пример осуществления способа
Для получения труб диаметром 100 мм с толщиной стенки 7 мм и длиной 4 м использовали технологические операции заявляемого способа: зацентровку заготовки в холодном состоянии, нагрев, первую прошивку, вторую прошивку, прокатку в трехклетевом стане продольной прокатки на перемещаемой оправке, калибровку и охлаждение. На торцах заготовки диаметром 110 мм наносили центрирующее углубление диаметром 20,4 мм, глубиной 50 мм. Нагрев заготовок осуществляли в камерной печи до температуры 1180°С. Перед прошивкой устанавливали расстояние между валками В=100 мм, обжатие в пережиме - 11%, расстояние между линейками Л=106 мм. Диаметр оправки 68 мм, угол подачи β=14°. Получали гильзу диаметром 108 мм с толщиной стенки 20 мм, коэффициент вытяжки составил 1,68. После второй прошивки получили гильзу диаметром 117,4 мм с толщиной стенки 11 мм, коэффициент вытяжки 1,538. При прокатке в непрерывном стане диаметр гильзы уменьшился на 13 мм, и диаметр черновой трубы составил 104,4 мм, толщина стенки 7 мм. Прокатка осуществлялась со скоростью 3 м/с, в первой клети скорость прокатки составила 1,2 м/с, в процессе прокатки скорость оправки составляла 1,3 м/с, что составило 0,43 от скорости выхода трубы из валков последней клети. Длина оправки составила 3,1 м при длине черновой трубы 4 м. В процессе калибровки диаметр трубы уменьшили до 100,4 мм. Прокатанные трубы охлаждали и проверяли на соответствие требованиям по геометрии и состоянию поверхности.
Всего по предлагаемому варианту прокатано 10 труб. Осмотр внутренней и наружной поверхности труб показал отсутствие дефектов. Трубы по качеству соответствовали требованиям ГОСТ. Разностенность прокатанных труб не превышала 6%. Металлографические исследования показали полную проработку литой структуры, отсутствие несплошностей и трещин.
Таким образом, предлагаемый способ прокатки обеспечивает получение труб высокой точности по геометрическим размерам с качественной внутренней и наружной поверхностью.
Литература
1. Чикалов С.Г. Производство бесшовных труб из непрерывнолитой заготовки. - Волгоград. Комитет по печати и информации. 1999 г. - 416 с.
2. В.Н.Данченко, А.П.Коликов, Б.А.Романцев, С.В.Самусев. Технология трубного производства. - М., "Интермет инжиниринг", 2002 г., стр.55.