СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ Российский патент 1996 года по МПК B23K20/04 

Изобретение относится к металлургической промышленности черных и цветных металлов по производству многослойных металлических труб.

Известен способ изготовления биметаллических труб, включающий формовку двух лент из стали и легкоплавкого металла в трубную заготовку с последующим их электронагревом и горячим деформированием. При этом многослойные пакеты из стали и алюминиевых сплавов нагревали до 420-500^oС в электронагревательных печах. Для производства заготовок биметаллических листов сталь-медь холодные пакеты нагревали до 870-920^oC.

На нагрев холодных металлических заготовок расходовалось много электроэнергии, что повышало стоимость биметаллических изделий на одну треть. Кроме того, при такой технологии невозможно изготавливать многослойные трубы с числом слоев более двух ввиду сложности сварки продольных внутренних и наружных швов листов из различных металлов.

Технический эффект состоит в повышении прочности, ударной вязкости и снижении стоимости многослойных металлических труб.

Это достигается тем, что после горячей прокатки на стане на горячую стальную заготовку кроме переднего ее конца, равного длине окружности форматного барабана, осуществляют нанесение легкоплавкого металла в виде порошка или листа при температуре стальной составляющей менее температуры плавления легкоплавкого металла и горячее деформирование осуществляют в процессе совместной формовки на барабан посредством давления пресс-роликов и пресс-валов, затем осуществляют сварку внутренних и наружных швов трубных заготовок и их стыковую сварку с получением трубы.

Для получения внутреннего защитного слоя используют лист легкоплавкого металла длиной, превышающей длину стального листа на длину окружности форматного барабана, а при совместной формовке первой на барабан наматывают легкоплавкую составляющую.

Для соединения полученных многослойных труб к торцам труб приваривают стальные кольцевые элементы Г-образного сечения или стальные муфты Т-образного сечения.

Передний конец стальной полосы предотвращает налипание под давлением слоя легкоплавкого металла на стальной форматный барабан. При этом улучшаются условия сварки внутреннего продольного шва. Такую же функцию выполняет и передний холодный конец листа из легкоплавкого металла при изоляции внутренней поверхности трубы. Наружные и внутренние слои многослойной металлической трубы магистральных трубопроводов состоят из стальной полосы толщиной 4-6 мм, а прослойки из слоев легкоплавкого металла толщиной 0,1-1 мм.

Изготовление многослойных металлических труб начиналось с прокатки на стане горячей стальной полосы и разрезки ее на мерные длины. Горячая мерная заготовка подавалась к форматному барабану для намотки обечайки трубы. На горячую мерную заготовку, отступив от переднего ее конца на расстояние длины окружности форматного барабана моталки, наносили тонкий слой легкоплавкого металлического порошка из электровибропитателя или укладывали тонкий лист из алюминиевого сплава. Температура смотки под давлением принималась 610-650^oС. При этой температуре улучшались прочностные характеристики проката стали 09Г2С, используемой для производства многослойных металлических труб.

После одного полного оборота форматного барабана с концом стальной заготовки горячая стальная полоса со слоем легкоплавкого металла прижималась под давлением пресс-роликов и пресс-валов к первому витку мерной заготовки. Далее процесс намотки под давлением продолжался до получения заданной толщины стенки трубы. Благодаря цанговой конструкции форматного барабана обечайка трубы легко снималась с него. За счет пластической деформации под давлением горячая многослойная обечайка трубы сохраняла свою форму при остывании. После первичной прокатки обечайка трубы передавалась на дальнейшую прокатку с повышенным давлением пресс-валов при температуре 380-400^oC. Для получения наружного защитного слоя трубы задний конец листа из легкоплавкого металла наматывался на горячую стальную полосу на длине, равной длине наружной трубы.

На фиг. 1 показана труба с кольцевыми сегментами Г-образного сечения; на фиг. 2 сварка торцов труб с сегментом Г-образного сечения; на фиг. 3 труба с кольцевыми сегментами Т-образного сечения; на фиг. 4 сварка торцов труб с сегментом Т-образного сечения; на фиг. 5 многослойная металлическая труба.

Первый приварочный проход обеспечивал прочные металлические связи между сталью и легкоплавким металлом. При первом обжатии происходило разрушение окисных плен, их растворение в алюминиевых слоях и при достаточных рабочих напряжениях происходило прочное сцепление слоев. Производилась прокатка под давлением горячего конца заготовки.

Прочность сцепления стали с алюминиевыми сплавами при их совместной прокатке под давлением пресс-валов составляла: σ_в ≥ 98 МПа, σ_cp ≥ 49 МПа. Далее обечайка трубы передавалась в цех для обработки ее торцов и на сборку обечаек в трубу. После сварки внутреннего и наружного продольных швов производилась сварка кольцевых стыков обечаек внутри трубы, а затем снаружи. К концам трубы длиной 12 м, состоящей из 7 обечаек длиной по 1,7 м, приваливались Г-образные стальные кольцевые элементы или Т-образные стальные кольцевые муфты (фиг. 1-4).

Готовая многослойная металлическая труба диаметром 1220 мм (фиг. 5) состоит из стального листа (1) и (2) со слоем из легкоплавкого металла (3) и имеет внутренний сварной шов (4).

Многослойные металлические трубы для многих технологических процессов имеют значительные преимущества перед монометаллическими. Биметаллические трубы с прослойками из различных легкоплавких металлов (сплавы алюминия, медь, бронза и т. д. ) используются в электронной, химической, судостроительной и других отраслях промышленности: в аппаратах по производству каустической соды, в конденсаторах, в теплообменных аппаратах крекинга нефти, в нефтеочистительных заводах, при производстве синтетического каучука, в производстве подшипников скольжения для тракторов и т.д. Легкоплавкие металлы с высокой коррозионной стойкостью используются для труб в морской воде и для солевых растворов.

Сортамент биметаллических труб по наружному диаметру от 2 до 1220 мм, по толщине стенки от 0,2 до 50 мм, по толщине плакирующего слоя от 5 до 50% суммарной толщины стенки трубы. Эти трубы выпускают по ГОСТ 10192-62.

Слой алюминия тонок и оказывает сравнительно небольшие растягивающие напряжения в стальном слое. В многослойных металлических трубах, полученных способом горячей деформации, граница сварки слоев четко выражена, ровная, прочность сварки слоев высокая, что обеспечивает выполнение необходимых технологических операций при монтаже этих труб и изготовлении из них различных изделий. По точности размеров и качеству поверхности горячедеформированные многослойные металлические трубы удовлетворяют требованиям стандартов и технических условий.

Предлагаемый способ обеспечивает получение качественно нового материала, в котором соединяются преимущества многослойного и монолитного материала в одном изделии. За счет горячих металлов под давлением их пористость уменьшается, а прочность и ударная вязкость всей конструкции трубы увеличиваются. Изготавливаются практически бесшовные трубы с предварительным напряжением слоев трубы после их остывания. Исключаются аварии в трубопроводах из-за трещин в стенках трубы, так как трещина в наружном слое не распространяется на остальные слои трубы через мягкий металл прослоек. Отдельные многослойные обечайки металлических труб используются на трассах трубопроводов в качестве вставов для прерывания распространения трещин в монослойных трубах.

Использование: при изготовлении многослойных металлических труб. Сущность изобретения: после прокатки на стане на горячую заготовку, кроме переднего ее конца, равного длине окружности форматного барабана, наносят легкоплавкий металл в виде порошка или листа при температуре стального листа менее температуры плавления легкоплавкого металла, и они вместе наматываются на форматный барабан под давлением пресс-роликов и пресс-валов. Для получения внутреннего защитного слоя трубы первым наматывается передний конец листа легкоплавкого металла, равный по длине окружности форматного барабана, а затем производится намотка совместно с горячей стальной мерной заготовкой, а для получения наружного защитного слоя трубы задний конец листа из легкоплавкого металла один наматывается на горячую стальную полосу на длине, равной длине наружной окружности трубы. Для получения большей прочности после первичной прокатки на форматном барабане при температуре, близкой температуры плавления легкоплавкого металла, обечайку трубы снимают и прокатывают при более низкой температуре на пресс-валах. Для сохранения отработанной технологии сборки и сварки труб и повышения прочности трубопровода к торцам многослойной металлической трубы приваривают стальные кольцевые сегменты или муфты. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ производства многослойных металлических труб, включающий совместную формовку двух лент из стали и легкоплавкого металла в трубную заготовку и ее горячее деформирование, отличающийся тем, что после горячей прокатки на стане на горячую стальную заготовку, кроме переднего ее конца, равного длине окружности форматного барабана, осуществляют нанесение легкоплавкого металла в виде порошка или листа при температуре стальной составляющей менее температуры плавления легкоплавкого металла и горячее деформирование осуществляют в процессе совместной формовки на барабан посредством давления пресс-роликов и пресс-валов, затем осуществляют сварку внутренних и наружных швов трубных заготовок и их стыковую сварку с получением трубы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения внутреннего защитного слоя используют лист легкоплавкого металла длиной, превышающей длину стального листа на длину окружности форматного барабана, а при совместной формовке первой на барабан наматывают легкоплавкую составляющую. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для соединения полученных многослойных труб к торцам труб приваривают стальные кольцевые элементы Г-образного сечения или стальные муфты Т-образного сечения.