СПОСОБ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ НА ОПРАВКЕ
METHOD OF TUBE ROLLING ON MANDREL

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается производства труб посредством горячей прокатки.
Известен способ редуцирования труб, включающий прокатку трубы в калибрах, образованных симметрично расположенными двумя приводными и двумя холостыми валками, при этом приводные валки обеспечивают угол охвата трубы 120-150°, реализуемый в четырехвалковом калибре клети редукционного стана [1]. Недостатком этого способа является невозможность обжатия трубы по стенке ввиду утолщения ее при редуцировании.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является способ прокатки бесшовных труб на оправке, реализуемый в непрерывном стане [2], включающий задачу оправки в предварительно прошитую гильзу и совместную подачу гильзы с оправкой в очаг деформации, образованный валками, прокатку гильзы на оправке последовательно в приводной двухвалковой клети, одной или двух четырехвалковых клетях с двумя приводными и двумя холостыми валками и чистовой приводной двухвалковой клети, валки которой установлены перпендикулярно приводным валкам четырехвалковой клети.
Недостатками этого способа являются ограничение величины коэффициента вытяжки, обусловленное заявленной последовательностью калибров.
Прокатка в двухвалковом калибре сопровождается ярко выраженной неравномерностью деформации, величина которой постепенно возрастает и достигает максимального значения в плоскости выхода металла из валков, средние слои металла деформируются больше, а контактные - меньше величины равномерной деформации всего сечения. При четырехвалковой прокатке наблюдается обратная картина. В результате такого сочетания между слоями металла возникают значительные растягивающие напряжения, которые приводят к нарушению сплошности металла и образованию дефектов. Кроме того, из-за разной тянущей способности двух- и четырехвалковых калибров возможны образование гранености периметра при повышенных обжатиях, а также высокая вероятность смятия стенки при прокатке тонкостенных труб. Причиной этого является повышенная величина уширения при прокатке в двухвалковом калибре, помимо этого при переходе металла из двухвалкового калибра в четырехвалковый наблюдается повышенное обжатие металла приводными валками, обжимающими участки выпусков двухвалкового калибра, при ограничении величины уширения. Это резко повышает неравномерность деформации и одновременно затрудняет течение металла в осевом направлении за счет роста зоны отставания, металл начинает затекать в зазоры между валками. При переходе из четырехвалкового калибра в двухвалковый наблюдается повышенное скольжение металла по ширине калибра из-за большого перепада величины окружной скорости валка, что может привести к образованию наружных плен.
Задачей изобретения является получение высококачественных труб при максимальной вытяжке.
Поставленная задача достигается тем, что в способе продольной прокатки труб на оправке, включающем размещение оправки в нагретой гильзе, последовательное деформирование гильзы с увеличением скорости ее перемещения относительно оправки в нескольких расположенных друг за другом калибрах, каждый из которых образован симметрично размещенными двумя приводными и двумя холостыми валками, с первичным захватом металла приводными валками, согласно изобретению угол захвата в холостых валках не превышает 2/3 угла трения в приводных валках, при этом площадь контакта гильзы с холостыми валками составляет 20-45% площади контакта гильзы с приводными валками в первом калибре с увеличением в последующих калибрах не более чем до 90%. Прокатку можно осуществлять таким образом, чтобы коэффициент трения в зоне контакта гильзы с холостыми валками был не менее чем на 10% ниже его значения в зоне контакта гильзы с приводными валками.
Заявляемая совокупность признаков обеспечивает возможность повышения качества труб, в том числе тонкостенных, за счет осуществления последовательного деформирования трубы в четырехвалковых калибрах, образованных симметрично расположенными двумя приводными и двумя холостыми валками так, что угол захвата в холостых валках составляет менее 2/3 от угла трения на приводных валках, а площадь контакта металла с холостыми валками в первой клети составляет 20-45% от площади контакта с приводными валками и далее увеличивается не более чем до 90%.
Заявленные параметры обеспечивают устойчивый захват металла как приводными, так и холостыми валками, т.к. угол захвата металла холостыми валками заведомо меньше угла трения, обеспечивающего захват металла при прокатке в приводных валках, равномерное обжатие по толщине стенки при минимальном различии в величине окружной скорости валка и скорости металла по ширине калибра, что обусловливает уменьшение скольжения и эффективное заполнение металлом калибра в процессе прокатки при устойчивом положении заготовки в очаге деформации. Для облегчения отставания металла от поверхности оправки на ее поверхность наносят смазку.
Изменение калибровки приводных валков, а также материала валков и прокатываемого материала обусловливает изменение величины угла захвата металла приводными валками, т.е. максимальной величины центрального угла на валке от точки захвата до линии центров валков. Исходя из этого значения, определяется угол захвата металла холостыми валками, он принимается меньше 2/3 от установленного для приводных валков значения угла трения, что гарантирует устойчивый захват металла. Увеличение угла захвата в холостых валках свыше 2/3 от угла трения на приводных валках приводит к нарушению условий захвата.
Прокатку можно осуществлять при значении коэффициента трения на контакте металла с холостыми валками ниже его значения на контакте с приводными валками не менее чем на 10%, что в сочетании с другими вышеуказанными параметрами дополнительно способствует снижению реактивных сил трения в очаге деформации и стабилизирует заполнение металлом очага деформации. Разность в площадях контакта металла с валками также обеспечивает надежное заполнение металлом калибра и исключает образование складок на трубе.
В результате оптимального подбора соотношения геометрических размеров холостых валков с размерами приводных валков снижается неравномерность деформации и достигается естественное течение металла при минимальном скольжении, что гарантирует стабильное протекание процесса прокатки в том числе тонкостенных труб. Если величина площади контакта металла с холостыми валками в первом калибре составит менее 20% от площади контакта его с приводными валками, условия прокатки приближаются к условиям прокатки в двухвалковом калибре со значительным перепадом окружных скоростей валков по ширине калибра. Увеличение площади контакта металла с холостыми валками в первом калибре более чем 45% от площади их контакта с приводными валками обусловливает ухудшение условий захвата и уменьшает значение коэффициента вытяжки. В последующих калибрах деформацию осуществляют с увеличением этого значения максимально не более чем до 90%. Увеличение площади контакта металла с холостыми валками способствует снижению скольжения металла относительно валков и повышению качества поверхности, однако при превышении значения 90% относительно площади контакта с приводными валками возможно нарушение процесса прокатки и торможение заготовки в валках.
Способ осуществляется следующим образом.
Нагретая гильза надевается на оправку и совместно с ней задается в приводные рабочие валки, где обжимается ими за счет взаимного сближения контактных поверхностей валков. Прокатку осуществляют на оправке. При обжатии гильзы валками металл заполняет калибр в соответствии с заданной величиной обжатия и при заданном значении угла захвата вступает в контакт с холостыми валками, которые под действием сил трения со стороны металла вращаются в направлении движения металла с окружной скоростью, величина которой определяется линейной скоростью движения металла. При этом площадь контакта металла с холостыми валками составляет 20-45% от площади его контакта с приводными валками в первом калибре с увеличением в последующих калибрах не более чем до 90%.
Прокатку осуществляют при значении коэффициента трения на контакте металла с холостыми валками ниже его значения на контакте с приводными валками не менее чем на 10%
Пример осуществления способа.
2
2
Способ прокатки осуществляли в лабораторных условиях. Трубу диаметром 80 мм с толщиной стенки 8 мм длиной 1100 мм нагревали в камерной электрической печи до температуры 1140°С. Затем надевали на оправку диаметром 60 мм и совместно с ней задавали в первый калибр с приводными и холостыми валками. Идеальный диаметр рабочих валков составлял 450 мм, идеальный диаметр холостых валков - 400 мм, ширина приводного валка равнялась 64 мм, ширина холостого - 37 мм. При обжатии гильзы валками металл заполняет калибр в соответствии с заданной величиной обжатия, которая составляла в приводных валках 6 мм по диаметру (относительное обжатие по диаметру 7,5%), обжатие по стенке 1 мм (12,5%). Для предотвращении затекания металла в зазоры между валками обжатие по диаметру в холостых валках принимали равным 2 мм. При таких параметрах прокатки угол захвата в приводных валках составил 10,2°, при угле трения 15°, угол захвата в холостых валках согласно способу должен быть меньше 2/3 от угла трения и составил 6,5°, при этом площадь контакта металла с приводным валком равнялась 1062 мм, а площадь контакта металла с холостым валком - 332,2 мм, таким образом площадь контакта с холостым валком составила 31,8% от площади контакта металла с приводным валком.
2
2
В последующих двух калибрах обжатие трубы по диаметру составляет соответственно 3 мм и 2 мм при обжатии по стенке 32,5% и 28,5% соответственно, согласно предлагаемому способу площадь контактной поверхности металла с холостыми валками увеличивается. Тогда площадь контактной поверхности металла с холостыми валками возрастает во втором калибре на 60% и составляет 531,5 мм или 50% площади контакта с приводными валками, в третьем - на 65% и составляет 548,1 мм или 51,6% площади контакта с приводными валками.
Для достижения значения коэффициента трения на контакте металла с холостыми валками ниже его значения на контакте с приводными валками не менее чем на 10% поверхность приводных валков выполняли с шероховатостью 6,3 мкМ, тогда как поверхность холостых - с шероховатостью 0,8 мкМ. Процесс прокатки осуществлялся стабильно без сбоев и торможения гильзы, захват происходил устойчиво и надежно, полученные в результате прокатки трубы отличались высоким качеством наружной и внутренней поверхностей, на поверхности труб отсутствовали следы от контакта с валками, риски, раковины, плены. Точность прокатанных труб по диаметру составила 0,5%, по толщине стенки 7%, что превышает уровень требований по ГОСТ к горячекатаным трубам.
Источники информации
1. А.С. №260577 по Кл. В21В 17/00 от 22.08.73 г.
2. Патент RU №2048936 по Кл. В21В 17/04 от 18.09.91 г.