СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГИЛЬЗ
METHOD OF PRODUCING SLEEVES

Изобретение относится к трубопрокатному производству и касается производства бесшовных горячекатаных гильз в косовалковом стане с использованием охлаждаемой оправки.
Известен способ производства гильз в косовалковом стане на водоохлаждаемой оправке, согласно которому в процессе прошивки на внутреннюю и внешнюю поверхности оправки под избыточным давлением подают охладитель (воду). Избыточное давление до 10-20 атм устанавливают путем размещения в системе охлаждения насоса высокого давления. Охладитель прокачивают непрерывно через трубку, размещенную внутри упорного стержня, полость оправки и систему отверстий, выполненных в стенке оправки (выводные каналы) (Калибровка трубных станов / Ю.М.Матвеев, Я.Л.Ваткин. - М.: Металлургия, 1970, с.57).
Достоинством данного способа производства гильз является возможность активного отвода тепловой энергии как с наружной поверхности оправки путем испарения жидкого охладителя, так и с внутренней - путем интенсивной циркуляции жидкого охладителя внутри оправки и упорного стержня.
Недостаток способа определяется особенностями косовалковой прошивки:
- существенными различиями деформационно-скоростных параметров, частных обжатий и числа циклов между установившейся и неустановившейся стадиями прошивки;
- относительно высокой удельной составляющей доли времени неустановившейся стадии процесса прошивки к общей продолжительности процесса, которая составляет 15-25% на прошивных станах малых трубопрокатных агрегатов (ТПА) и 20-40% на прошивных станах средних и крупных ТПА;
- снижением числа оборотов валков (в среднем в 2 раза) неустановившейся стадии процесса прошивки относительно установившейся стадии (касается стадии первичного и вторичного захвата заготовки).
Эти особенности приводят к тому, что в период неустановившегося процесса - вторичного захвата заготовки через поперечное сечение очага деформации в единицу времени, проходит объем металла в несколько раз меньший, чем при установившейся стадии процесса, и, следовательно, данный объем металла получает многократно большее охлаждение. В результате происходит локальное «подстуживание» участков внутренней поверхности гильзы, перемещающихся относительно оправки в области расположения устьев выводных каналов. При дальнейшем осевом перемещении гильзы и деформировании на оправке «подстуженный» металл с измененными и не успевшими восстановиться физико-механическими свойствами «высверливает» в процессе деформации на рабочем конусе оправки локальные бороздки, количество которых равно числу выводных каналов оправки. Локальная «выработка» рабочего конуса оправки характеризуется, как правило, наличием острых кромок и малым отношением ширины к глубине. Поэтому, во избежание ухудшения качества внутренней поверхности гильз, образования складок и внутренних плен, вынуждены преждевременно заменять оправку. Это касается, в первую очередь, прошивки заготовок из высоколегированных и коррозионно-стойких марок сталей и сплавов, имеющих узкий температурный интервал технологической пластичности и чувствительных к температурным перепадам. По этой причине данный способ производства гильз ограничен, в основном, изготовлением труб из высокопластичных углеродистых и низколегированных сталей.
Известен способ производства гильз, выбранный в качестве прототипа, включающий прошивку нагретой круглой заготовки в косовалковом стане на охлаждаемой оправке, на внутреннюю и внешнюю поверхности которой подают под избыточным давлением охладитель (воду) (Технология винтовой прокатки / И.Н.Потапов, И.П.Полухин. - М.: Металлургия, 1990, с.206).
К недостаткам данного способа производства гильз относятся недостаточная износостойкость оправки, определяемая локальным износом рабочего конуса, неудовлетворительное качество внутренней поверхности гильзы-трубы и ограниченный диапазон марок сталей, используемых под прошивку.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении износостойкости оправки и качества внутренней поверхности гильз, расширении сортамента обрабатываемых марок сталей.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе производства гильз, включающем прошивку нагретой заготовки в косовалковом стане на охлаждаемой оправке с принудительной подачей охладителя на ее внутреннюю и внешнюю поверхности, причем охладитель подают под избыточным давлением, согласно изобретению в процессе прошивки в период вторичного захвата заготовки избыточное давление охладителя снижают до величины не более трех атмосфер.
При проведении процесса прошивки с момента встречи переднего торца заготовки с носком оправки и до заполнения металлом рабочего участка оправки (период вторичного захвата), которое фиксируется при возникновении осевой нагрузки на упорный стержень, осуществляют отключение насоса высокого давления в системе охлаждения оправки, что приводит к снижению избыточного давления охладителя до величины не более трех атмосфер. Период времени между отключением и последующим включением насоса высокого давления регулируют с помощью реле времени. Длительность периода вторичного захвата на каждом конкретном прошивном стане зависит от типа стана, числа оборотов валков и марки прошиваемого металла и легко определяется по характеру нагрузочного тока двигателя. Обычно на прошивных станах малых ТПА период вторичного захвата длится от 3 до 5 секунд, на средних и крупных - от 5 до 10 и более секунд (например, на ТПА «8-16» ОАО «ЧТПЗ» период вторичного захвата достигает 25÷40 секунд при длительности процесса прошивки до 90÷100 секунд).
В период вторичного захвата заготовки, когда давление охладителя снижено до величины не более трех атмосфер, прошивка заготовки подобна кратковременному процессу прошивки на внутриохлаждаемой оправке. Целесообразность обеспечения относительно небольшого (не более трех атмосфер) избыточного давления охладителя в период вторичного захвата заготовки вызвано необходимостью исключения образования в данный период прошивки «паровых пробок» в выводных каналах и «паровой рубашки» во внутренней полости оправки и обеспечения свободной циркуляции охладителя в оправке. За короткое время вторичного захвата заготовки оправка не успевает разогреться, а затем, по истечении 3÷5 секунд, с наступлением установившегося периода прошивки вновь увеличивают избыточное давление охладителя в системе охлаждения до исходного и активно охлаждают наружную и внутреннюю поверхности оправки.
В установившемся периоде скорость прошивки за счет многократного увеличения шага осевой подачи гильзы возрастает, кроме того, за счет двукратного увеличения числа оборотов валков дополнительно повышают осевую скорость заготовки относительно оправки. В результате внутренняя поверхность металла гильзы не успевает охладиться и в большей степени сохраняет равномерность физико-механических свойств по периметру окружности. При этом неравномерность износа рабочего конуса оправки уменьшается, и износостойкость оправки возрастает. В то же время расход охладителя в период установившегося процесса возрастает настолько, что возможно в достаточной степени охладить поверхность неподвижной в осевом направлении оправки. По окончании процесса прошивки избыточное давление охладителя в системе можно оставить для более эффективного охлаждения оправки в периодах между прошивками, а при длительных паузах между прошивками можно уменьшить или снять.
Поскольку данное техническое решение обеспечивает уменьшение в процессе горячей прошивки таких негативных явлений, как «подстуживание» металла, то реализация способа наиболее эффективна при производстве гильз из высоколегированных материалов, особенно чувствительных к температурному градиенту.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
На прошивном стане ТПА «140» прокатывали заготовку диаметром 140 мм из легированной стали 12Х2МФСР в гильзу диаметром 144 мм с толщиной стенки 8 мм. Температура нагрева заготовки составляла 1230÷1240°С, угол подачи валков β составлял 10 градусов, число оборотов валков - 100 об/мин, расстояние между валками в пережиме - 124 мм, расстояние между линейками - 139 мм, максимальное избыточное давление воды в системе охлаждения составляло 10 атмосфер, при этом имелась возможность снижать избыточное давление воды в системе охлаждения в процессе прошивки.
Прокатывали две партии заготовок. В одной партии прошивку осуществляли с действующим режимом охлаждения, т.е. с давлением воды 10 атмосфер - без снижения избыточного давления охлаждающей воды в неустановившейся стадии процесса прошивки (в период вторичного захвата), а в другой, опытной - со снижением избыточного давления в неустановившейся стадии процесса до уровня не более трех атмосфер в течение, например, 4-х секунд (средняя продолжительность неустановившейся стадии процесса, т.е. стадии заполнения оправки металлом).
Было прокатано более семи тысяч тонн труб. Установлено, что расход оправок в опытной партии снизился в 1,3 раза по сравнению с числом оправок в партии с действующим режимом охлаждения. При этом в опытной партии были снижены простои прокатного оборудования и достигнуто улучшение качества внутренней поверхности гильз.
Реализация предлагаемого способа производства гильз позволяет повысить износостойкость оправок косовалкового стана и качество внутренней поверхности гильз, увеличить производительность стана, расширить область использования охлаждаемой оправки за счет возможности проката гильз из легированных сталей и сплавов.