СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БЕСШОВНЫХ ТРУБ
METHOD OF SEAMLESS TUBE PRODUCTION

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается получения горячекатаных труб на трубопрокатных агрегатах (ТПА) 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 прессвалковом 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 ТПА с непрерывным станом, включающий нагрев исходной заготовки, ее зацентровку и прошивку в стане винтовой прокатки, прокатку в непрерывном стане на контролируемо-перемещаемой оправке, калибровку, охлаждение и правку [2].
Недостатками данного способа являются наличие дефектов на внутренней поверхности гильз, а также недостаточно высокая точность геометрических размеров. Это связано с тем, что при прошивке внутренний и наружный диаметр заднего конца гильзы на 1-1,5% меньше соответствующих размеров переднего конца, и при зарядке гильзы оправкой перед продольной прокаткой в непрерывном стане происходит "закусывание" оправки металлом, при этом нанесенная на оправку смазка соскребается с поверхности оправки, на последней появляются задиры и риски, которые затем переносятся на внутреннюю поверхность трубы. Для исключения подобного явления увеличивают внутренний и наружный диаметр гильзы, т.е. прошивают гильзу заведомо большего диаметра. Это приводит к появлению излишнего зазора между оправкой и гильзой в установившемся процессе продольной прокатки и как следствие к повышению разностенности прокатываемых труб.
Задачей изобретения является повышение качества поверхности и точности геометрических размеров труб.
Поставленная задача достигается тем, что в способе производства бесшовных труб, включающем нагрев исходной заготовки, ее зацентровку и прошивку в стане винтовой прокатки в очаге деформации, образованном валками, развернутыми на угол подачи, и имеющем входной конус, участок пережима и выходной конус, раскатку в непрерывном стане продольной прокатки на контролируемо-перемещаемой оправке, калибровку, охлаждение и правку, в соответствии с изобретением, после прошивки осуществляют прокатку гильзы в стане винтовой прокатки на короткой конической оправке, задавая гильзу задним концом в очаг деформации, образованный валками, развернутыми на угол подачи и имеющий входной конус, участок пережима и выходной конус, в котором ось разворота валков смещена относительно участка пережима на 0,05-0,25 длины бочки валка к выходу из очага деформации, а угол наклона входного конуса меньше на 1,0-2,5° соответствующего угла наклона в очаге деформации при прошивке.
Заявляемая совокупность признаков обеспечивает достижение задачи изобретения, а именно повышение качества поверхности и точности геометрических размеров гильз за счет дополнительной прокатки гильзы в стане винтовой прокатки на короткой конической оправке, позволяющей снизить деформацию при продольной прокатке в непрерывном стане и сбалансировать соотношение между деформационными параметрами при винтовой и продольной прокатке, в сочетании с разворотом гильзы после прошивки и подачей ее задним концом на последующую винтовую прокатку, которую ведут в очаге деформации с углом наклона входного конуса меньше на 1,0-2,5° соответствующего угла наклона в очаге деформации при прошивке, и смещением оси разворота валков прокатного стана относительно участка пережима на 0,05-0,25 длины бочки валка к выходу из очага деформации. Смещение оси разворота валков приводит к уменьшению расстояния точек раскатного участка валка, на котором формируется размер наружного диаметра гильзы в процессе перемещения металла в зазоре между поверхностью валка на этом участке и поверхностью оправки на соответствующем (раскатном) участке оправки, от оси разворота и тем самым к меньшему отклонению формы очага деформации от правильного конуса при развороте валков на угол подачи.
В результате подбора оптимального сочетания этих параметров достигается интенсивная проработка структуры металла т.к. траектории течения металла при винтовой прошивке и прокатке направлены в противоположные стороны, уменьшение величины растягивающих напряжений, повышение точности прокатываемых труб. При разнице значений углов наклона входного конуса в прошивном стане и стане винтовой прокатки прокатном станах меньше 1,0° нарушаются условия первичного захвата в прокатном стане, т.к. вследствие заниженного диаметра заднего конца гильзы при задаче его в очаг деформации прокатного стана гильза утыкается в оправку и процесс прокатки прекращается. При разнице значений углов наклона входного конуса в прошивном стане и стане винтовой прокатки больше 2,5° за счет увеличения длины контактной площади металла с валком во входном конусе возрастает число циклов деформации перед оправкой, что приводит к ухудшению качества наружной поверхности. В случае, когда ось разворота валков прокатного стана смещена к выходу из очага деформации относительно участка пережима менее, чем на 0,05 длины бочки валка вследствие искажения формы очага деформации при развороте валков на угол подачи уменьшается длина раскатного участка валков и снижается точность прокатываемых труб. При смещении оси разворота валков более, чем на 0,25 длины бочки валка, длина раскатного участка недостаточна для формирования наружного профиля трубы, и последняя имеет большую овальность. Применение винтовой прокатки позволяет уменьшить степень деформации при продольной прокатке в непрерывном стане, тем самым снизить неравномерность деформации и вероятность образования дефектов в виде разрывов стенки при прокатке тонкостенных труб.
Реализация предлагаемого способа позволит повысить точность прокатываемых труб за счет оптимизации деформационного режима прокатки в непрерывном стане, заключающейся в снижении коэффициента вытяжки и за счет этого более равномерного распределения деформации по клетям непрерывного стана, и улучшить качество путем формирования более дисперсной структуры при винтовой прокатке.
Способ прокатки осуществляется следующим образом. 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. После прошивки гильза подвергается прокатке в стане винтовой прокатки на короткой конической оправке, причем подача гильзы в валки прокатного стана осуществляется задним концом. Очаг деформации прокатного стана образован валками, развернутыми на угол подачи, и имеет входной конус, участок пережима и выходной конус, а ось разворота валков смещена относительно участка пережима на 0,05-0,25 длины бочки валка к выходу из очага деформации, причем угол наклона входного конуса меньше на 1,0-2,5° соответствующего угла наклона в очаге деформации при прошивке. Это позволяет интенсивно проработать структуру заготовки и уменьшить вероятность образования дефектов на внутренней поверхности при продольной прокатке. После винтовой прокатки гильзу раскатывают в непрерывном стане продольной прокатки на контролируемо-перемещаемой оправке, а затем подвергают операциям калибровки, охлаждения и правки.
Пример осуществления способа.
Для получения труб диаметром 150 мм с толщиной стенки 7 мм длиной 4 м в соответствии с заявляемым способом исходную заготовку диаметром 180 мм зацентровывали, нагревали и прошивали в стане винтовой прокатки в полую гильзу диаметром 160 мм с толщиной стенки 25 мм, затем прокатывали в стане винтовой прокатки на короткой конической оправке в черновую трубу диаметром 175 мм с толщиной стенки 14 мм прокатывали в стане продольной прокатки на контролируемо-перемещаемой оправке в трубу диаметром 155 с толщиной стенки 7 мм и осуществляли калибровку трубы до готового размера и охлаждение. Нагрев заготовок осуществляли в камерной печи до температуры 1180°. Перед прошивкой устанавливали расстояние между валками В=155 мм, расстояние между линейками Л=166 мм. Диаметр оправки - 105 мм, угол подачи β=14°, диаметр валка - 800 мм, длина бочки валка - 700 мм. Угол наклона образующей входного конуса валка прошивного стана составлял 3°. Перед винтовой прокаткой гильзу разворачивали на 180° и задавали в прокатный стан задним концом. При винтовой прокатке устанавливали расстояние между валками В=150 мм, расстояние между линейками Л=170 мм. Диаметр оправки - 142 мм, угол подачи 16°. Угол наклона образующей входного конуса валка раскатного стана назначали в соответствии со способом на 1,5° меньше, т.е. его величина составляла 1,5°. По аналогии с прошивным станом для унификации рабочего инструмента диаметр валка составлял 800 мм, а длина бочки - 700 мм. Также в соответствии со способом центр разворота валка раскатного стана на угол подачи смещали относительно пережима валков к выходу из очага деформации на 0,2 длины бочки рабочего валка, т.е. на 140 мм. Продольную прокатку вели в четырехклетевом стане со скоростью 3 м/с, скорость перемещения оправки составляла 1 м/с. После продольной прокатки трубы прокатывали в трехклетевом калибровочном стане, охлаждали на воздухе и подвергали правке в правильной машине. Прокатанные трубы проверяли на соответствие требованиям по геометрии и состоянию поверхности.
Всего по предлагаемому варианту прокатано 15 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.
Источники информации
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., с.138.