СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВАЛКОВ ПИЛИГРИМОВЫХ СТАНОВ К ПРОКАТКЕ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ
PREPARATION OF PILGER MILL ROLLS FOR HOT-ROLLED PIPES ROLLING

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к технологическому инструменту, в частности к способу подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб.
В трубной промышленности Германии при производстве бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами используются кованые валки из легированных марок стали, которые по мере износа и образования сетки разгарных трещин перетачиваются на меньший диаметр с сохранением постоянной длины рабочей дуги (боек, полирующий участок и угол продольного выпуска). С увеличением количества переточек и шлифовок уменьшается диаметр валков, а для сохранения постоянства длины рабочей дуги, определяющей качество труб по толщине стенки и производительность трубопрокатной установки, уменьшают угол холостого участка валков, что значительно снижает время, затрачиваемое на возврат подающего аппарата, и, как следствие, приводит к снижению частоты вращения валков, а следовательно, к снижению производительности трубопрокатной установки. С другой стороны, при калибровке пилигримовых валков с постоянной длиной дуги контакта валков с гильзой-трубой необходимо несколько комплектов подающих аппаратов с разной длиной пути отката и диаметром поршня. Замена подающих аппаратов приводит к потере рабочего времени. Валки после каждой переточки и шлифовки уменьшаются в диаметре на 10-15 мм и после 10-15 переточек бракуются или перетачиваются на меньший калибр для прокатки труб меньшего диаметра (Г. Видера, Г. Эверсберг, К. Хойслер. Усовершенствование технологии и устройства для метода горячего пильгерования. Доклад на симпозиуме. Москва. Октябрь. 1986 г.).
z
В трубной промышленности известен способ подготовки валков пилигримовых станов, включающий механическую обработку рабочей части изношенных или новых литых и кованых валков из стали 45 на вальцетокарных станках по программе или копиру под наплавку с перекрытием по 5-10° в сторону холостого участка от нулевой точки валков и от угла продольного выпуска, наплавку под слоем флюса на рабочую поверхность износостойкого жаростойкого слоя из стали СВ30Х25Н16Г7 с припуском под механическую обработку, механическую обработку валков по программе или копиру с постоянной рабочей дугой контакта валков с гильзой-трубой с чистотой поверхности R≤60 мкм. При этом наплавка и переточка валков производятся многократно (до выхода их из-за поломок по телу или шейкам). Стойкость валков и производительность трубопрокатных установок возросла при неизменном качестве труб по стенке.
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика эксплуатации валков пилигримовых станов показывает, что для улучшения условий захвата металла валками и течения металла на участке бойка от нулевой точки на одной второй его длины наплавляют специальные валики (авт. свид. СССР №246459. Валок пилигримового стана. Бюллетень ОИПОТЗ, №21, 1969 г. и О.А. Пляцковский, В.И. Девятисильный и др. Совершенствование калибровки валков пилигримовых станов. Металлург, №2, с. 27-29, 1969 г.).
z
z
Шлифованная поверхность бойков при повышенных подачах гильз в очаг деформации приводит к переполнению калибра за счет интенсивного течения металла в выпуска валков, а следовательно, к увеличению температуры на участках контакта (поверхность валка-гильза-труба), а это в свою очередь приводит к налипанию металла и интенсивному износу валков. На данном участке валка, равном от 0,80 до 0,85 длины бойка, для увеличения коэффициента трения между валком и металлом, и улучшения течения металла в продольном направлении необходимо снижать чистоту обработки поверхности валков до R≥80 мкм. Смещенный бойками валков объем металла попадает в зону полирующего участка, на котором формируется толщина стенки прокатываемого профиля (трубы) и качество наружной поверхности. Данный участок пилигримовых валков необходимо шлифовать до чистоты поверхности R≤20 мкм. Затем избыточный (нераскатанный) объем металла попадает в зону угла продольного выпуска, функция которого плавно раскатать (растянуть) бугры, образовавшиеся в полирующем участке от повышенных подач. В этой зоне валков в работе участвуют только те участки, в которые попадает избыточный объем металла, т.е. не раскатанные в полирующем участке бугры от повышенных подач. Первая часть угла продольного выпуска участвует в формировании толщины стенки и качественной поверхности трубы, а затем по мере уменьшения катающего радиуса начинает плавное отделение валков от поверхности трубы.
Наиболее близким техническим решением является способ подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб, включающий механическую обработку рабочей части валков после наплавки с 0,25-0,30 длины бойка, от нулевой точки до конца угла продольного выпуска, и шлифовку - полирующего и 0,20-0,25 длины угла продольного выпуска, прилегающего к полирующему участку п РФ №2246364, кл. В21В 28/02, В21В 21/00, 27.07.2004, бюл. №5).
z
Однако, известный способ - прототип имеет следующие недостатки. Прокатка труб ответственного назначения в валках с чистотой поверхности R≤60 мкм на полирующем участке и части угла продольного выпуска, особенно при прокатке первых партий, приводит к повышенной шероховатости наружной поверхности труб, которая портит их товарный вид. Использование данных труб для изготовления отводов приводит к образованию на внешней - растягивающей - стороне микротрещин и разрывов в виде щетины, для удаления которой требуется дополнительная шлифовка, что в некоторых случаях приводит к выпадам толщины стенки за пределы минусового поля допуска, т.е. к браку.
Задачей предложенного способа подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб является улучшение условий захвата металла бойками валков, а следовательно, более равномерного заполнения калибра металлом, более равномерной раскатки его в полирующем участке и на участке угла продольного выпуска (при повышенных подачах), исключение рябизны на наружной поверхности, особенно при прокатке первых труб после шлифовки валков, а следовательно, улучшение геометрических размеров по толщине стенки, товарного вида и качества наружной поверхности труб, повышение стойкости валков пилигримовых станов за счет снижения износа и сетки разгарных трещин.
Технический результат достигается тем, что в известном способе подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб, включающем механическую обработку под наплавку черновых валков, имеющих боек, полирующий участок и угол продольного выпуска, на вальцетокарных станках по программе или копиру с перекрытием по 5-10° в сторону холостого участка от нулевой точки валка или от угла продольного выпуска, наплавку на рабочую поверхность под слоем флюса износостойкого жаростойкого слоя из стали СВ30Х30Н16Г7 с припуском под механическую обработку, отличающийся тем, что механическую обработку рабочей части валков после наплавки производят с чистотой поверхности Rz≥80 мкм, затем осуществляют шлифовку с чистотой поверхности Rz≤20 мкм на участке бойка от 0,15 до 0,20 его длины, примыкающей к полирующему участку, полирующего и угла продольного выпуска.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб отличается от известного тем, что механическую обработку рабочей части валков после наплавки производят с чистотой поверхности Rz≥80 мкм, затем осуществляют шлифовку с чистотой поверхности Rz≤20 мкм на участке бойка от 0,15 до 0,20 его длины, примыкающей к полирующему участку, полирующего и угла продольного выпуска. 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 заявляемое решение от прототипа, что соответствует патентоспособности "изобретательский уровень".
z
z
Предлагаемый способ был реализован на ТПУ 8-16" с пилигримовым станом ОАО "ЧТПЗ" при изготовлении валков пилигримового стана с калибрами 383 и 432 мм для прокатки в них труб диаметром 377 и 426 мм. Для проведения эксперимента были взяты по две пары валков с диаметром бочек 1045 мм. Две пары валков с калибрами 383 и 432 мм были обточены под наплавку, наплавлены проволокой СВ30Х25Н16Г7 на наплавочной машине, обработаны (обточены) на вальцетокарных станках по существующим копирам с чистотой обработки R≤80 мкм, а затем прошлифованы до чистоты поверхности R≤20 мкм на участке бойка от 0,15 до 0,20 его длины, примыкающей к полирующему участку, полирующего и угла продольного выпуска, а затем после каждой установки валков в стан производили шлифовку рабочей части с последующей полировкой участка бойка, полирующего и угла продольного выпуска (предлагаемая технология).
z
Две пары валков были обточены на вальцетокарных станках под наплавку, а затем на данные валки на наплавочном станке был наплавлен износостойкий жаростойкий слой толщиной 12-13 мм с припуском под механическую обработку 6-7 мм. Валки после наплавки были обработаны по копиру на вальцетокарном станке с калибрами соответственно 383 и 432 мм с чистотой поверхности R≤60 мкм.
После изготовления по существующей технологии и предлагаемому способу каждая пара валков была проверена и принята. В процессе работы валки устанавливались в стан по 10-12 раз и эксплуатировались до 50-60% износа наплавленного слоя. В процессе прокатки производились замеры технологических параметров: количество ударов на затравку, время прокатки труб-плетей, их длина, количество прокатанных тонн труб при каждой установке валков в стан (от наплавки до наплавки) и определялось среднее время прокатки одного погонного метра труб (основной показатель работы валков и производительности пилигримовой установки). Данные по технологическим параметрам и качеству наружной поверхности при прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм из стали марки 20 по ГОСТ 8732 и труб размером 426×32 мм из стали марки 12Х1МФ по ТУ 14-3Р-55-2001 по существующему и предлагаемому способам подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб приведены в таблице. Из таблицы видно, что при подготовке валков пилигримового стана к прокатке горячекатаных труб по предлагаемому способу стойкость валков возросла на 280-320 тонн труб (6,95-8,95)%, количество ударов на затравку снизилось на 7,2-12,5%, а основной показатель производительности пилигримовой установки (время прокатки одного погонного метра трубы) снизилось на 2,2-2,3%. Поверхность отводов с наружных и внутренних сторон, изготовленных из котельных труб стали марки 12Х1МФ размером 426×32 мм, прокатанных в валках, подготовленных по предлагаемому способу, имела чистую поверхность, а отводы изготовленные из труб, прокатанных в валках подготовленных по существующему способу, требовали ремонта по удалению отслоений металла с наружной стороны в виде ерша.
z
Таким образом, использование предлагаемого способа подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб размером 377×9-10 и 426×9-10 мм позволит повысить стойкость валков на 6,95-8,95%, снизить количество ударов на затравку за счет улучшения захвата и течения металла на 7,2-12,5%, снизить время прокатки одного погонного метра труб, основной показатель калибровок валков пилигримовых станов, на 2,2-2,3%, значительно улучшить качество наружной поверхности труб и снизить их стоимость. Повышение чистоты наружной поверхности котельных труб до R≤0 мкм позволит производить отводы, не требующие шлифовки, для удаления отслоений с наружной (растягивающей) стороны отводов.
Таблица 1
Данные по технологическим параметрам и качеству наружной поверхности при прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм из стали марки 20 по ГОСТ 8732 и труб размером 426×32 мм из стали марки 12Х1МФ по ТУ 14-3Р-55-2001 по существующему и предлагаемому способам подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб
Размер калибра валков (мм)
Размер труб (мм)
Марка стали
Вид технологии
Стойкость валков (тн)
Среднее колич. ударов на затравку (шт.)
Среднее время прокат.1 пог.метра труб (сек)
Чистота наружной поверхности труб (R<sub>z</sub>-мкм)
Замечания при изготовлении отводов из котельных труб
383
377×9
ст.20
Существ.
3570
14
7,87
R<sub>z</sub>≥80
-
Предлаг.
3890
13
7,55
R<sub>z</sub>≤40
-
432
426×10
ст.20
Существ.
4040
16
9,78
R<sub>z</sub>≥80
-
Предлаг.
4320
14
9,47
R<sub>z</sub>≤40
-
432
426×32
12Х1МФ
Существ.
-
17
-
R<sub>z</sub>≥80
Поверхность отводов с наружной стороны требует шлифовки (удаление отслоений металла в виде ерша).
Предлаг.
-
15
-
R<sub>z</sub>≤30
Поверхность отводов с наружной и внутренней сторон чистая