СПОСОБ ПРОКАТКИ ТРУБ С ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ Российский патент 1996 года по МПК C21D9/08 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при термоупрочнении труб в линиях станов горячей прокатки.

Одной из основных проблем при производстве термоупрочненных труб в линии трубопрокатного стана является обеспечение возможности повышения равномерности и стабильности охлаждения и, как следствие, повышение равномерности и стабильности прочностных свойств металла труб, являющихся одним из основных показателей их эксплуатационной надежности, а также снижение искривления труб, препятствующего их транспортировке в линии и требующего дополнительных затрат на его устранение.

Попадание воды через свободные концы внутрь невращающейся трубы, выходящей из редукционного стана, снижает равномерность охлаждения труб по длине, периметру и увеличивает их поводку на холодильнике.

Известен способ изготовления тонкостенных сварных труб (см. авт. св. СССР N 487147, кл. С 21 D 9/08, опубл. БИ 1975, N 37), в котором производят закатку концевых участков внутрь трубы, что требует для предотвращения попадания воды внутрь трубы полной закатки и значительного времени 30-40 с, а это невозможно обеспечить в линиях высокопроизводительных трубопрокатных агрегатов и требует установки в линии сложного оборудования для закатки концов. Кроме того, прохождение утолщенного закатанного торцевого участка через редукционный стан создает известные трудности при его прохождении через валки редукционного стана.

Известен способ прокатки труб с термомеханической обработкой в линии прокатного стана (см. Хейфец Г.Н. и др. Конструкция и варианты размещения охлаждающих устройств для закалки труб в линиях редукционных и калибровочных станов, "Черная металлургия", бюллетень ин-та "Черметинформация", 1979, вып. 6, с.54 55), в котором для снижения попадания воды внутрь трубы, охлаждение осуществляют в потоке охладителя, имеющего внутреннюю полость за счет подачи воды с осевой и радиальной составляющими. Однако трудность получения в линии охлаждения соосной полости во всех спрейерах, необходимость поддержания стабильности параметров истечения осевой и радиальной составляющих во всех спрейерах, возможное засорение отверстий и подгиб переднего кольца трубы не позволяют избежать попадания воды внутрь трубы.

Известно техническое решение, предусматривающее термическое упрочнение труб в линиях прокатных станов (см. авт. св. СССР N 992601, кл. С 21 D 9/08, опубл. БИ, 1983, N 4), недостатком которого является попадание воды внутрь трубы.

Известен способ охлаждения труб (см. патент СССР N 1766981, кл. С 21 D 9/08, опубл. БИ, 1992, N 37) для снижения попадания воды внутрь трубы в линиях высокопроизводительных трубопрокатных агрегатов, где скорость перемещения трубы после редуцирования составляет 3-5 м/с, требующий установки сложной системы автоматического управления обсечкой, специальных клапанов-отсекателей. Кроме того, такой системе присуща инерционность.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления полых изделий (см. авт. св. СССР N 417496, кл. С 21 D 9/08, опубл. 1970), включающий нагрев, прошивку заготовки в гильзу, прокатку черновой трубы, закрытие торцевого участка и термомеханическую обработку.

Недостатком известного способа, выбранного за прототип, является то, что для уменьшения попадания воды внутрь трубы необходимо закрытие торцевых участков, требующее установки в линии прокатки специального мощного оборудования для заковки концов, дополнительного времени и получение торцевых участков, не препятствующих их нормальному прохождению через валки редукционного стана.

Техническая задача, решаемая предполагаемым изобретением, заключается в уменьшении попадания воды внутрь трубы в процессе закалки.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе прокатки труб с ТМО, включающем нагрев, прошивку заготовки в гильзу, прокатку черновой трубы, закрытие торцевого участка, термомеханическую обработку, согласно предлагаемому техническому решению, перед термомеханической обработкой предварительно деформируют часть периметра по крайней мере переднего торцевого участка внутрь черновой трубы и затем осуществляют редуцирование с окончательным закрытием торцевого участка. Кроме того, охлаждение труб с закрытым передним торцевым участком осуществляют после редуцирования струями охладителя, направленными навстречу движению трубы.

Такое деформирование внутрь черновой трубы части периметра переднего торцевого участка позволяет после редуцирования получить на готовой трубе (на выходе из редукционного стана) закрытый передний торцевой участок, препятствующий попаданию воды через него внутрь трубы в процессе закалки.

Это происходит за счет того, что, деформируя внутрь черновой трубы только часть периметра переднего торцевого участка (первичное уплотнение), получаем передний торцевой участок, конфигурация периметра которого образует на переднем участке черновой трубы ребра жесткости, позволяющие при деформации трубы в калибрах валков редукционного стана произвести смятие его с окончательным уплотнением переднего торцевого участка. Деформируя внутрь черновой трубы часть периметра при первичном уплотнении, изменяем площадь свободного просвета переднего торцевого участка черновой трубы, величина которого зависит от степени деформации трубы в редукционном стане, чем больше степень деформации в редукционном стане, тем при меньшем первичном уплотнении части периметра можно получить закрытый передний торцевой участок, препятствующий попаданию через него воды внутрь трубы в процессе закалки.

Закаливая трубу с первичным уплотнением только переднего торцевого участка после редуцирования струями охладителя, направленными навстречу трубе, экранируем задним торцом возможность попадания через него воды внутрь трубы.

Предлагаемый способ прокатки труб с ТМО может быть проиллюстрирован на фиг.1, фиг.2 и фиг.3, где показаны различные схемы закрытия переднего торцевого участка черновой трубы, на которых а) торцевой участок черновой трубы, б) торцевой участок черновой трубы после деформации внутрь трубы части периметра (первичное уплотнение торца), в) торцевой участок готовой трубы на выходе из редукционного стана (вторичное окончательное уплотнение переднего торцевого участка). На фиг.1б. 2б и 3б деформирование внутрь черновой трубы части периметра переднего торцевого участка произведено с уменьшением его свободного просвета на 40, 70 и 95% соответственно. На фиг.1в, 2в и 3в при суммарных степенях деформации в редукционном стане 2,0; 1,5; 1,2 соответственно.

Деформирование внутрь трубы части периметра переднего чернового участка может осуществляться специальным инструментом, установленным в линии прокатки на пути движения черновой трубы, например неподвижными деформирующими ребрами, на которые наезжают трубы на транспортной скорости.

Схема деформирования внутрь черновой трубы переднего торцевого участка показана на фиг.4, где 1 черновая труба, 2 деформирующие ребра, 3 - выталкиватель, 4 корпус деформирующего инструмента. А-А и Б-Б торцевой участок черновой трубы до деформации и после соответственно, а исходное взаиморасположение черновой трубы и деформирующего инструмента, б - взаиморасположение трубы и инструмента при деформации внутрь трубы части периметра, в взаиморасположение трубы и инструмента после окончания деформирования.

Величина угла "α", деформирующего ребра 2, количество ребер выбираются из соображения получения необходимого уменьшения свободного просвета переднего торцевого участка черновой трубы после деформирования (первичного уплотнения), получения зоны смятия переднего участка черновой трубы на длине до трех диаметров, обеспечивающих окончательное закрытие переднего торцевого участка трубы при обжатии с необходимой степенью деформации в редукционном стане.

При этом, как показали многочисленные эксперименты, угол "α" не должен превышать 80^o, так как в противном случае при деформировании (первичном уплотнении) изогнутого переднего торцевого участка черновой трубы (так называемой "ложки") может произойти деформирование части периметра не во внутрь трубы, а наружу.

Величина уменьшения свободного просвета переднего торцевого участка после деформирования внутрь черновой трубы части периметра (при первичном уплотнении) зависит от последующей суммарной степени деформации трубы в редукционном стане и чем она больше, тем при меньшем изменении свободного просвета будет происходить окончательное закрытие переднего торцевого участка трубы после редуцирования и наоборот при малой суммарной степени деформации в редукционном стане необходимо осуществить большее уменьшение свободного просвета при первичном уплотнении.

Наличие зоны смятия по длине до трех диаметров позволяет обеспечить плавный заход переднего конца трубы в калибры валков редукционного стана. Увеличение длины зоны смятия свыше трех диаметров приводит к нерациональному расходу энергии на первичное уплотнение и к увеличению обрези передних концов при прокатке труб на редукционном стане с межклетевым растяжением.

Предлагаемый способ прокатки труб с ТМО опробован в линии стана ТПА-80 Трубопрокатного цеха N 3 AOОT "Синарский трубный завод" для организации процесса прерванной закалки насосно-компрессорных труб диаметром 73х5,5 мм и 60х5,0 мм из сталей 37ГС и D, для чего в линии на пути транспортирования черновой трубы в одном из существующих упоров были установлены деформирующие ребра, в который задавалась труба на транспортной скорости и происходило деформирование внутрь черновой трубы части периметра переднего торцевого участка на длине одного диаметра в четырех взаимно перпендикулярных плоскостях с уменьшением свободного просвета торцевого участка на 30% Схема деформации аналогична показанной на фиг.4, где угол "α" деформирующего ребра равен 9^o.

Схема размещения оборудования в линии ТПА-80 представлена на фиг.5. Заготовка после нагрева в печи 1, разрезается ножницами 2 на мерные длины, затем прокатывается в гильзу на прошивном стане 3, из гильзы прокатывается черновая труба диаметром 92х5,5 мм на непрерывном стане 4, после извлечения оправки на извлекателе 5 труба на транспортной скорости 3 5 м/с задается в деформирующий упор 6, где происходит деформирование внутрь черновой трубы части периметра переднего торцевого участка черновой трубы (первичное уплотнение). После обрезки заднего конца на пиле 7 труба проходит через индукционные нагреватели 8, где выравнивается ее температура в интервале 840 - 920^oC и задается в редукционный стан 9, где за счет деформирования в калибрах валков происходит окончательное уплотнение переднего торцевого участка трубы. Выходя из редукционного стана 9, труба поступает в линию охладителя 10, состоящую из шести вращающихся спрейеров, где осуществляется закалка верхнего поверхностного слоя трубы. Струи воды в спрейерах направлены навстречу движению трубы под углом 45^o. Суммарный расход воды на линию охлаждения 390 м³/ч. После закалки труба сбрасывается на охладительный стол 11, на котором остывает с одновременным самоотпуском закаленного поверхностного слоя за счет отогрева его теплом из внутренних слоев стенки трубы. После охлаждения труба разрезается на мерные длины на пилах 12.

Результаты опытных прокаток насосно-компрессорных труб диаметром 73х5,5 мм из стали 37Г2С в линии стана по предлагаемому техническому решению с деформированием внутрь черновой трубы части периметра переднего торцевого участка показали ( см. табл.), что при подаче на линию охлаждения расхода воды 390 м³/ч на насосно-компрессорных трубах из стали 37Г2С можно получить прочностные свойства металла, соответствующие группе прочности "Е", однако при прокатке по предлагаемому техническому решению разброс прочностных свойств по длине и периметру термоупрочненной трубы ниже в 1,5 2 раза по сравнению с трубами, полученными без уплотнения переднего торцевого участка. Это происходит за счет предотвращения заливки воды внутрь трубы и тем самым ликвидации двухстороннего охлаждения отдельных частей трубы по периметру и по длине. Полученные трубы транспортировались после охлаждения в спрейерах по холодильнику и в линии без задержки и после правки цеховая отбраковка по кривизне по результатам сдачи ОТК не превышала 5% (цеховая норма отбраковки по кривизне).

Использование: изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при термоупрочнении труб в линиях станов горячей прокатки. Задачей изобретения является исключение попадания воды внутрь трубы в процессе закалки. Сущность: способа прокатки труб с термомеханической обработкой заключается в нагреве, прошивке заготовки в гильзу, прокатке ее на непрерывном стане, стабилизации температуры черновой трубы, редуцировании, закалке струями охладителя готовой трубы, при этом деформируют внутрь черновой трубы часть периметра переднего торцевого участка. Кроме того, деформируют внутрь черновой трубы часть периметра заднего торцевого участка. Закалку готовой трубы осуществляют струями охладителя, направленными навстречу движению трубы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Способ прокатки труб с термомеханической обработкой, включающий нагрев, прошивку заготовки в гильзу, прокатку черной трубы, закрытие торцевого участка, термомеханическую обработку, отличающийся тем, что перед термомеханической обработкой предварительно деформируют часть периметра по крайней мере переднего торцевого участка внутрь черновой трубы и затем осуществляют редуцирование с окончательным закрытием торцевого участка. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение трубы с закрытым передним торцевым участком осуществляют после редуцирования струями охладителя, направленными навстречу движению трубы.