СПОСОБ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
METHOD FOR LONGITUDINAL ROLLING OF PIPES

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к производству бесшовных горячекатаных труб, и может быть использовано на станах продольной прокатки.
Известен способ продольной прокатки труб на установках с автоматическим станом, где гильзу раскатывают на конусно-цилиндрической оправке в валках с круглыми калибрами в два-три прохода с возвратом на передний стол [Остренко В.Я., Ватунин П.И. Производство труб на автоматических установках. // Харьков: Металлургиздат, 1958, с.30 и с.88].
Недостатком известного способа является то что формоизменение гильзы в калибрах автоматстана с двумя выпусками ограничивает величину вытяжки из-за образования утолщений (бунтов), что приводит к появлению подрезов, рисок и к увеличению разностенности после обкатного стана.
Также известен способ продольной прокатки труб на установках с автоматическим станом, включающий однопроходную прокатку трубы в многогранным калибре на многогранной оправке [а. с. СССР №505455, М., кл. В21В 23/00, опубл. 30.04.1976].
Недостатком этого известного способа является нетехнологичность изготовления многогранной оправки и невозможность ее ориентированной установки в очаге деформации с обеспечением совпадения граней оправки и калибра в связи с тем, что оправка, надеваемая на шпильку прокатного стержня, выполнена с центральным отверстием, полученным после литья в землю без последующей механической обработки, то есть с большими допусками. Будучи надетой на цилиндрическую шпильку с зазором, она не обеспечивает неподвижности соединения, что не позволяет получить требуемое совпадение граней.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ продольной прокатки труб в один проход на установке с двумя последовательно расположенными станами продольной прокатки, где гильзу раскатывают в шестигранных калибрах на конусно-цилиндрических оправках [Снижение расхода металла и улучшение качества труб на ТПА-140 Синарского трубного завода. // Биск М.Б., Дервоед Э.А., Бородин А.И. // «Металлург», 1981, №11, с.35-38].
Недостатком способа по прототипу является незначительное снижение степени неравномерности деформации по всему периметру, что ведет к образованию утолщений в местах выпусков калибра, которые при последующих обжатиях приводят к появлению продольных складок металла на внутренней поверхности трубы в зоне неполного охвата оправки, а далее - продольной прикатанной риски. Эксцентричное положение оправки в очаге деформации, вызванное смещением ее вниз за счет разности посадочных размеров отверстия оправки и диаметра шпильки, приводит к увеличению прокатной щели в верхней части калибра и уменьшению ее в нижней части, способствуя повышенной поперечной разностенности.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества трубы и выхода годного путем уменьшения ее поперечной разностенности и снижения дефектности по наличию продольной прикатанной риски на внутренней поверхности трубы.
Решение технической задачи достигается тем, что в способе продольной прокатки труб, включающем раскатку трубы-заготовки в очаге деформации стана продольной прокатки, образованном двухвалковым калибром многогранной формы и неподвижной конусно-цилиндрической оправкой, середина цилиндрического пояска которой совмещена с линией центров рабочих валков или смещена в направлении прокатки на определенную величину, раскатку осуществляют в калибре, выполненном в виде двенадцатигранного многоугольника, а зазор между цилиндрической поверхностью оправки и гранями калибра устанавливают в соответствии с выражением: Δ=kS±[0,5S×<S>/100%], где k - эмпирический коэффициент, равный 0,985, учитывающий термическое изменение толщины стенки (определен опытным путем); S - номинальная толщина стенки трубы, мм; <S> - поле допуска на толщину стенки трубы, %.
Предлагаемый способ продольной прокатки труб осуществляется следующим образом.
Трубу-заготовку в горячем состоянии раскатывают в очаге деформации, образованном двухвалковым калибром и неподвижной конусно-цилиндрической оправкой. Сначала осуществляют редуцирование заготовки без обжатия стенки, затем происходит обжатие трубы-заготовки по диаметру и по стенке.
При двенадцатигранной форме калибра схема формоизменения значительно снижает степень неравномерности деформации по всему периметру. Уменьшается объем металла, который идет на заполнение зоны выпусков, что способствует выравниванию толщины стенки в выпусках со стенкой в прокатной щели по периметру. Увеличивается зона полного охвата оправки. Таким образом, применение калибра с полученным количеством перегибов образующей оказывает существенное влияние на перераспределение деформации металла по периметру и обеспечивает снижение на 60-70% количества дефектов в виде продольной прикатанной риски на внутренней поверхности трубы.
Величина обжатия по стенке и ее размеры после обжатия определяются величиной и формой прокатной щели, зависящей от зазора между цилиндрической поверхностью оправки и гранями калибра, определяющими его высоту.
Настройка клети стана продольной прокатки производится таким образом, что горизонтальная ось двухвалкового калибра совпадает с осью прокатки. Прокатный стержень вместе со шпилькой также настраивается на совпадение его оси с осью прокатки и осью двухвалкового калибра. При этом середина цилиндрического пояска конусно-цилиндрической оправки находится на линии центров валков или смещена на определенную величину в направлении прокатки.
При надевании конусно-цилиндрической оправки на шпильку прокатного стержня за счет разницы размеров внутреннего отверстия оправки и шпильки она смещается вниз по отношению к оси калибра, становясь эксцентрично, что приводит к увеличению прокатной щели в верхней части калибра и уменьшению ее нижней части, способствуя повышенной поперечной разностенности.
Подобное положение оправки требует ее смещения вверх на величину, которая определяется необходимостью выдерживания требуемого зазора между цилиндрической поверхностью оправки и гранями калибра, определяющими его высоту.
В соответствии с предлагаемым способом требуемая величина зазора определяется выражением Δ=kS±[0,5S×<S>/100%], где k - эмпирический коэффициент, равный 0,985, учитывающий термическое изменение толщины стенки (определен опытным путем); S - номинальная толщина стенки трубы, мм; <S> - поле допуска на толщину стенки трубы, %. Например, при прокатке трубы размером 114×8,0 мм по ГОСТ 8732-78 установлен допуск на толщину стенки +12,5-15%, отсюда поле допуска <S> 27,5%, а величина зазора Δ=0,985×8±[0,5×8×27,5/100%]=7,88±1,1 мм.
После установки оправки в соответствии с предлагаемым способом прокатка проводится с обязательным контролем толщины стенки и наличия дефектов на внутренней поверхности трубы.
При выявлении отклонений толщины стенки от установленных размеров и наличии дефектов в виде продольной прикатанной риски на внутренней поверхности трубы производится корректировка положения оправки в очаге деформации с помощью поворота центрирующего устройства прокатного стержня продольной прокатки, вертикального перемещения верхнего валка или осевого смещения оправки.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам предлагаемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности признаков аналога позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, 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».
Способ опробован в промышленных условиях на станах продольной прокатки (тандем) ТПА-140.
Было прокатано 10656 т труб размером 108-121×5,0-9,0 мм из среднеуглеродистых и легированных марок стали на шестигранной калибровке с высотой калибра 120 и 118 мм на первой и второй клетях стана продольной прокатки соответственно. Середина цилиндрического пояска конусно-цилиндрической оправки совмещена с линией центров рабочих валков. Уровень дефектности по риске на готовой трубе составил 3,09%, брак по стенке составил .
Также было прокатано 967,79 т труб тех же размеров и из тех же марок стали на двенадцатигранной калибровке с такими же высотами калибров на первой и второй клетях стана продольной прокатки. Середина цилиндрического пояска конусно-цилиндрической оправки совмещена с линией центров рабочих валков. Уровень дефектности на готовой трубе по риске составил 0,43%, брак по стенке составил .
Таким образом, реализация предлагаемого способа продольной прокатки труб позволяет больше чем на 80% снизить уровень дефектности по наличию продольной прикатанной риски на внутренней поверхности трубы, более чем на 50% снизить дефектность по стенке плюс (+) и более чем на 5% по стенке минус (-).