СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРЕДЕЛЬНОЙ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ ДЛЯ ПРОКАТКИ ХОЛОДНОКАТАНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА Российский патент 2006 года по МПК B21B3/00 B21B23/00 B21C37/08 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, и может быть использовано на формовочных вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона и прокаткой передельной заготовки в холоднокатаные трубы диаметром 159-426 мм с разными толщинами стенок на станах ХПТ 250 и ХПТ 450.

В практике трубного производства известен способ производства передельной горячекатаной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров 159-426 мм из сплавов на основе титана на ТПА 8-16'' с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков диаметром 600-630 мм ЭШП, механическую обработку слитков (обточку и сверление центрального отверстия диаметром 100 мм), нагрев слитков в муфелях до температуры пластичности 1140-1180°С, прошивку на косовалковом прошивном стане с коэффициентом вытяжки 1,4-1,8, прокатку на пилигримовом стане с коэффициентом вытяжки 2,8-3,8, правку и механическую обработку горячекатаных труб со съемом наружного и внутреннего дефектных слоев по 8-10 мм (ТУ 14-3-1218-83 "Трубы бесшовные горячедеформированные обточенные и расточенные из сплава марки 14" и ТИ 15 8-Тр.ТБ 1-64-2002 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из сплава 14 по ТУ 14-3-1218-83 и ТУ 14-3-1236-83", г.Челябинск, 2002).

Недостатком данного способа является низкий выход годного (расходный коэффициент металла 1,8-2,5) вследствие образования поверхностных дефектов (трещин из-за альфированного слоя), трудоемкость нагрева заготовок в специальных муфелях, исключающих вероятность возгорания заготовок из титановых сплавов при взаимодействии с жидкой окалиной, и использование станочного парка для удаления альфированного слоя (обточка и расточка передельных труб).

При производстве передельных бесшовных горячекатаных труб большого диаметра используются слитки больших масс, которые требуют продолжительного времени нагрева, в результате чего происходит газонасыщение поверхности слитка (образование альфированного слоя). В процессе поперечно-винтовой прошивки и прокатки на пилигримовом стане под действием растягивающих и сжимающих напряжений в альфированном слое возникают трещины, которые под воздействием попавшей в них воды и деформационных напряжений развиваются в глубь тела гильз и труб. Для удаления трещин с горячекатаных труб требуется механическая обработка (расточка и обточка) на глубину до 10 мм, что требует дополнительных затрат станочного оборудования, а самое главное приводит к значительным потерям дорогостоящих титановых сплавов.

В практике производства бесшовных холоднокатаных труб на станах ХПТ рекомендуется уменьшение наружного диаметра (редуцирование по диаметру) в пределах 26-40 мм, которое увеличивается с увеличением диаметра труб (В.Я.Осадчий, А.С.Вавилин, В.Г.Зимовец и А.П.Коликов. Технология и оборудование трубного производства. Москва. "Интернет инжиниринг", 2001 г., с.481). Это говорит о том, что для прокатки труб диаметром 159 мм (средний диаметр) за один перекат необходима передельная заготовка диаметром не более 200 мм, а для труб диаметром 426 мм (большой диаметр) заготовка диаметром не более 470 мм.

Известен способ производства передельной трубной заготовки и прокатки холоднокатаных труб из титановых сплавов, включающий производство листовой заготовки, формовку листовой заготовки в трубную заготовку, сварку продольных кромок, поперечную раскатку сварной передельной заготовки на оправке в косовалковом стане и последующую прокатку (авт. свид. СССР №499907, кл. В 21 В 23/00, 1974 г.).

Недостаток известного способа заключается в том, что он трудоемок из-за выполнения операций прокатки труб на двух типах прокатного оборудования, не может производить передельную трубную заготовку диаметром более 200 мм, не исключает образование дефектов на наружной и внутренней поверхности труб в виде рисок по границе сплавления сварного шва с основным металлом, отсутствует оборудование для ремонта сварного шва, а также дефектов в виде рванин сварного соединения из-за наличия неудаленного альфированного слоя со сварного шва. Данный процесс приемлем только для производства труб из титановых сплавов малого размера, т.к. для данного сортамента существуют промышленные установки по производству сварных труб в защитной среде аргона.

Наиболее близким по техническому решению является способ производства передельных трубных заготовок и прокатки холоднокатаных труб из титановых сплавов, включающий производство листовой заготовки, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку, сварку продольных кромок, прокатку на цилиндрической оправке по спирали (угол кантовки менее 90°) с шагом, равным толщине стенки готовой трубы, со степенью деформации по стенке 30-50% (авт. свидетельство СССР №893280, кл. В 21 В 23/00, 1981 г.).

Недостаток приведенного способа производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб из сплавов на основе титана заключается в том, что он может быть распространен только для прокатки труб малого диаметра, т.к. станов продольной сварки диаметром более 200 мм в России не существует, тем более для производства передельных титановых труб в защитной среде аргона. Данный способ трудоемок, требует больших капитальных затрат и не решает основную задачу, а именно, снижение дефектов (концентраторов напряжений) и их ремонт на наружной и внутренней поверхности труб в виде продольных рисок по границе сплавления сварного шва с основным металлом и рванин сварного соединения из-за альфированного слоя, который удалять с труб малого диаметра сложно и экономически нецелесообразно.

Задачей предложенного способа производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана является изготовление передельной трубной заготовки существующими способами без дополнительных капитальных вложений и строительства установок для их производства, изготовление передельной заготовки большого диаметра сравнительно коротких длин, на которых можно эффективно производить ремонт сварных швов и удаление альфированного слоя существующими способами (шлифовкой) и использовать их вместо бесшовных, а значит значительно снизить расходный коэффициент металла при переделе: передельная трубная заготовка - холоднокатаная труба диаметром 159-426 мм.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, включающем производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку и сварку продольных кромок расходуемым электродом той же марки сплава в защитной среде аргона, передельную трубную заготовку изготавливают формовкой на вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона для прокатки холоднокатаных труб максимального диаметра, с последующими перекатами передельных холоднокатаных труб-заготовок в трубы меньшего диаметра, а передельную трубную заготовку прокатывают в холоднокатаную трубу максимального диаметра с отношением D/S=30-40, которую при последующих перекатах прокатывают в трубы меньшего диаметра с увеличением отношения D/S от 2 до 20 за каждый перекат, а последний перекат производят с отношением D/S=80-100.

Сущность способа заключается в том, что для снижения расхода сплава и трудоемкости производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, замены бесшовных передельных труб на сварные, снижения брака труб по дефектам сварного соединения в виде рванин от альфированного слоя и производства труб, отвечающих требованиям ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003, передельную трубную заготовку изготавливают формовкой на вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона для прокатки холоднокатаных труб максимального диаметра, с последующими перекатами передельных холоднокатаных труб-заготовок в трубы меньшего диаметра, а передельную трубную заготовку прокатывают в холоднокатаную трубу максимального диаметра с отношением D/S=30-40, которую при последующих перекатах прокатывают в трубы меньшего диаметра с увеличением отношения D/S от 2 до 20 за каждый перекат, а последний перекат производят с отношением D/S=80-100. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Способ опробован и осуществлен на станах ХПТ 250 и ХПТ 450 ОАО "ЧТПЗ" при прокатке холоднокатаных труб размером 426×12-377×10-325×8-273×6-219×4,5-180×3,0-159×2,0 мм из передельной сварной трубной заготовки и механически обработанной (обточенной и расточенной) горячекатаной заготовки размером 470×14,5 мм из сплава ВТ 1-0. Передельная сварная заготовка размером 470×14,5×4500 мм была изготовлена на ЗАО "Завод ПСК", г.Новосибирск. Листы в трубные заготовки сформовали на вальцах с зазором 4,0 мм. Сварку продольных кромок проводили расходуемым электродом из сплава ВТ1-0 в защитной среде аргона. Передельная механически обработанная заготовка размером 470×14,5×4500 мм была изготовлена из горячекатаной заготовки размером 485×30×4500 мм, прокатанной из слитка ЭШП размером 630×100×1700 мм на ПТА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". Заготовки были перекатаны на станах холодной прокатки ОАО "ЧТПЗ". Данные по прокатке холоднокатаных труб большого и среднего диаметров на станах ХПТ 250 и ХПТ 450 ОАО "ЧТПЗ" из передельной сварной и механически обработанной горячекатаной заготовки сплава ВТ 1-0 по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что сварная прямо-шовная и бесшовная заготовки по предлагаемой и существующей технологиям последовательно были перекатаны в холоднокатаные трубы размером 426×12-377×10-325×8-273×6-219×4,5-180×3,0 и 159×2,0 мм с отношениями D/S, равными 35,5; 37,7; 40,6; 45,5; 48,7; 60,0 и 79,5 и обжатиями (редуцированием) по диаметру соответственно 44; 49; 52; 52; 54; 39 и 21 мм, что полностью соответствует формуле изобретения. Трубы всех размеров, прокатанные по предлагаемой технологии, по геометрическим размерам и механическим свойствам соответствовали требованиям ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003. Расходный коэффициент металла по переделам составил от 1,015 до 1,042, а суммарный расходный коэффициент по трубам среднего (конечного) диаметра размером 159×2,0 мм от сварной заготовки до трубы составил 1,195 (данные в скобках таблицы). По существующей технологии прокатка труб данного ряда производилась из бесшовной механически обработанной (обточенной и расточенной) заготовки размером 470×14,5×4500 мм, изготовленной из трубной заготовки размером 485×30×4500 мм. Так как в России не существует станов продольной сварки труб диаметром 377, 325 и 265 мм, а тем более для производства сварных труб из сплавов на основе титана в защитной среде аргона, то для производства холоднокатаных труб данного размерного ряда была принята бесшовная горячекатаная заготовка размером 485×30×4500 мм. По существующей технологии расходный коэффициент металла по прокату составил от 1,017 до 1,042, а с учетом механической обработки горячекатаных труб и расходного коэффициента при прокатке труб на ТПА 8-16'' с пилигримовыми станами соответственно от 2,343 до 2,768 (данные в скобках таблицы), при расходном коэффициенте металла при прокатке труб на ТПА 8-16'' 1,125, а при механической обработке 1,999. Таким образом, при прокатке труб размером 159×2,0 мм по предлагаемой технологии из передельной сварной трубной заготовки за семь перекатов суммарный расходный коэффициент сплава ВТ 1-0 составил 1,195, а по существующей технологии при прокатке из горячекатаной механически обработанной заготовки суммарный расходный коэффициент сплава ВТ1-0 составил 2,768, т.е. получено снижение расходного коэффициента в 2,32 раза при получении качественных труб по геометрическим размерам и механическим свойствам и потери производительности станов ≈ в 2 раза. Так как стоимость сплавов на основе титана значительно выше стоимости стана-часа, то экономически целесообразно идти по пути экономии сплава за счет потери производительности станов, тем более при неполной загрузке станов ХПТ 250 и ХПТ 450.

Таким образом, использование предложенного способа производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана позволит производить качественные трубы в соответствии с ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003 из сварной передельной трубной заготовки, изготовленной для прокатки труб максимального диаметра, вместо бесшовной передельной заготовки, значительно снизить трудоемкость изготовления передельной трубной заготовки, снизить расходный коэффициент титановых сплавов в 2,25-2,8 раза при переделе: сварная передельная трубная заготовка для прокатки холоднокатаных труб большего диаметра - холоднокатаная труба размерного ряда от максимального до среднего, а следовательно, значительно снизить стоимость холоднокатаных труб данного размерного ряда из сплавов на основе титана.

Данные по прокатке холоднокатаных труб большого и среднего диаметров на станах ХПТ 250 и ХПТ 450 ОАО "ЧТПЗ" из передельных заготовок сплава ВТ1-0 по существующей и предлагаемой технологиямПредлагаемая технологияСуществующая технологияВид и размеры передельной заготовки (мм)Размеры труб (мм)Отношение D/SОбжатие по диаметру (мм)Длина труб после обрезки концов (мм)Расход. коэффиц. металлаВид и размеры передельной заготовки (мм)Размеры труб (мм)Отнош. D/SОбжатие по диаметру (мм)Длина труб после обрезки концов (мм)Расход. коэффиц. металлаСварная прямошовная 470×14,5×4500426×1235,54457501,042Бесшовная механически обработанная 470×14,5×4500 из трубной заготовки размером 485×30×4500426×1235,54458001,042 (2,343)377×1037,74976001,025 (1,068)377×1037,74976501,025 (2,402)325×840,652107001,029 (1,099)325×840,640106001,039 (2,496)273×645,55216700 (8350×2)1,016 (1,117)273×645,54216600 (8300×2)1,022 (2,551)219×4,548,75413600
136001,019 (1,138)219×4,548,73113500 135001,027 (2,619)180×3,060,03912200×2 12200×21,015 (1,155)180×3,060,03912250×2 12100×21,017 (2,664)159×2,079,52110000×8+7300×41,035 (1,195)159×2,079,52110000×8+7200×41,039 (2,768)Примечание: В скобках приведены расходные коэффициенты металла с учетом последовательности передела (переката) от большего диаметра к меньшему (предлагаемая технология), а по существующей технологии с учетом расходного коэффициента при переточке (1,999) и при прокатке на ТПА 8-16'' с пилигримовыми станами (1,125).

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, и может быть использовано на формовочных вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона и прокаткой передельной заготовки в холоднокатаные трубы диаметром 159-426 мм с разными толщинами стенок на станах ХПТ 250 и ХПТ 450. Способ включает производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку и сварку продольных кромок расходуемым электродом той же марки сплава в защитной среде аргона, производство передельной трубной заготовки формовкой на вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона для прокатки холоднокатаных труб максимального диаметра, с последующими перекатами передельных холоднокатаных труб-заготовок в трубы меньшего диаметра, прокат передельной трубной заготовки в холоднокатаную трубу максимального диаметра с отношением диаметра к толщине стенки трубы D/S=30-40, которую при последующих перекатах прокатывают в трубы меньшего диаметра с увеличением отношения D/S от 2 до 20 за каждый перекат, а последний перекат производят с отношением D/S=80-100. Изобретение обеспечивает производство качественных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана в соответствии с ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003, снижение расходного коэффициента титановых сплавов в 2,25-2,8 раза, а следовательно, снижение стоимости холоднокатаных труб из сплавов на основе титана. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, включающий производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку и сварку продольных кромок расходуемым электродом той же марки сплава в защитной среде аргона, отличающийся тем, что формовку осуществляют формовкой на вальцах с последующими сваркой продольных кромок, прокаткой в передельные холоднокатаные трубные заготовки максимального диаметра и перекатами передельных холоднокатаных трубных заготовок в трубы меньшего диаметра.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что передельную трубную заготовку прокатывают в холоднокатаную трубу максимального диаметра с отношением диаметра к толщине стенки трубы D/S=30-40, которую при последующих перекатах прокатывают в трубы меньшего диаметра с увеличением отношения D/S от 2 до 20 за каждый перекат, а последний перекат производят с отношением D/S=80-100.