СПОСОБ ПРОШИВКИ СЛИТКОВ И ЗАГОТОВОК ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА В ГИЛЬЗЫ В СТАНАХ КОСОЙ ПРОКАТКИ Российский патент 2007 года по МПК B21B21/00 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки, и может быть использовано при производстве передельных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

В практике трубного производства известен способ прошивки слитков и заготовок в станах косой прокатки из титанового сплава 14 для прокатки передельных труб размером 492×48, 485×36 и 398×46 мм под механическую обработку на размер 474×29,5, 467×16 и 377×24 мм на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ", включающий сверление сквозного центрального отверстия, нагрев в муфелях в методических печах сверленых слитков и заготовок сплава 14 до температуры 1155-1180°С, транспортировку их к прошивному стану, прошивку их в гильзы в рабочих валках с постоянным углом наклона и направляющими валками (ТУ 14-3-1218-83 "Трубы бесшовные горячедеформированные обточенные и расточенные из сплава 14". ТИ 158-Тр.ТБ1-54-97 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из сплава 14 по ТУ 14-3-1218-83").

Недостатком указанного способа является то, что в процессе нагрева, прошивки в станах косой прокатки и прокатки на пилигримовых станах происходит газонасыщение поверхностных слоев слитков-заготовок, гильз и передельных труб. На поверхностях горячих слитков-заготовок, гильз и труб образуется газонасыщенный (альфированный) - хрупкий слой, который при прошивке в двухвалковом стане винтовой прокатки и прокатке в пилигримовых станах приводит к образованию поверхностных дефектов в виде рванин, которые на передельных трубах-заготовках приходится удалять способом механической обработки (обточки и расточки) на глубину 9,0-9,5 мм. В некоторых случаях эти дефекты превышают эти значения, что приводит к окончательному браку передельных труб-заготовок или, при наличии попутчиков, переточки на более тонкие стенки. Другим недостатком данного способа является то, что при прошивке гильз на оправках диаметром 400 мм и более без смазки возникают повышенные сопротивления деформации со стороны оправки, что приводит часто к застреванию (закатыванию) оправок. Это явление связано с высокими пластическими свойствами сплавов на основе титана, низким сопротивлением деформации, относительно малыми тянущими усилиями валков в конусе прошивки, а также повышенным сопротивлением внедрению оправки. Чтобы увеличить тянущие усилия в конусе прошивки приходится сводить валки, что, в свою очередь, приводит к увеличению обжатия по диаметру и, как следствие, к затеканию сплава за реборды валков и прекращению процесса прошивки (А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. "Сталь", №9, 1992, с.61).

В трубном производстве известен способ прошивки слитков и заготовок из титанового сплава 14 в станах косой прокатки, включающий сверление центрального отверстия, нагрев в муфелях в методических печах сверленых слитков и заготовок до температуры 1155-1180°С с использованием для уменьшения окалинообразования и газонасыщения внутренней поверхности слитков-заготовок в процессе нагрева заглушек из графитовых стержней и коррозионно-стойких сталей. Использование заглушек дало возможность снизить количество грубых рванин и раковин на внутренней поверхности гильз, а, следовательно, исключить переводы передельных труб в брак по выходу толщин стенок за минусовые значения (А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. "Сталь", №9, 1992, с.61).

Недостатком указанного способа является то, что при нагреве слитков-заготовок выше 700-800°С и кантовке их кантовальной машиной вдоль методической печи заглушки выпадают из центрального отверстия.

Наиболее близким техническим решением является способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки, включающий сверление центрального отверстия, вдувание смазки ЭВТ-10 внутрь сверленых и не досверленных слитков-заготовок, введение стеклоэмалевых брикетов во внутрь не досверленных слитков-заготовок перед посадом в печь или перед задачей их в прошивной стан, нагрев слитков и заготовок в муфелях в методических печах до температуры пластичности (1155-1180)°С, подстуживание перед прошивкой и прошивку их в гильзы в стане косой прокатки. Использование стеклоэмалевых брикетов в качестве защиты и смазки улучшило внутреннюю поверхность гильз и труб, снизило застревание гильз в прошивном стане. Лучшие результаты получены при введении стеклоэмалевых брикетов в недосверленные слитки-заготовки. (А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. "Сталь", №9, 1992, с.62).

Однако известный способ также имеет недостатки. Данный способ не оговаривает и не конкретизирует величину недосверленной части слитков-заготовок и место ее расположения, а также не конкретизирует необходимую толщину защитного покрытия внутренней поверхности гильз, которое должно выполнять функции защиты от газонасыщения в процессе прошивки гильз и транспортировки их к пилигримовому стану, при одновременном выполнении функции смазки оправки прошивного стана и дорнов при прокатке передельных труб на пилигримовом стане. Данный способ не решает вопрос геометрических размеров стеклоэмалевых брикетов, их массы, времени введения их в центральное сверление до начала процесса прошивки и начала их плавления, чтобы к началу внедрения оправки прошивного стана в слиток-заготовку расплавленная масса стеклоэмалевых брикетов подошла к торцу слитков-заготовок и начала выполнять свои основные функции, равномерного покрытия внутренней поверхности гильзы и смазки оправки.

Задачей предложенного способа является снижение количества и размеров дефектов в виде рванин и раковин на внутренней поверхности гильз, исключения закатов оправок прошивного стана в гильзах, внедрения эффективных покрытий для зашиты внутренней поверхности гильз от газонасыщения в процессе прошивки и транспортировки их к пилигримовому стану, а также для смазки оправки прошивного стана и дорнов пилигимового стана, снижение расходного коэффициента сплава при переделе слиток-заготовка - передельная труба, а следовательно, снижение стоимости передела слиток-заготовка из сплавов на основе титана - передельная труба - трубная заготовка.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана, включающим сверление в них центрального отверстия с нанесением на внутреннюю поверхность смазки посредством размещения стеклоэмалевых брикетов в центральном отверстии, нагрев слитков и заготовок в муфелях в методических печах до температуры пластичности, подстуживание перед прошивкой и прошивку их в гильзы в стане косой прокатки, слитки и заготовки не досверливают со стороны усадочной части на величину 50-80 мм, при этом стеклоэмалевые брикеты задают в центральное отверстие на глубину 200-300 мм от торца, во время подстуживания, за 2-3 минуты до начала прошивки, а прошивку производят с запиранием их оправкой, внутреннюю поверхность гильз покрывают слоем стеклоэмалевого покрытия-смазки толщиной 0,3-0,5 мм, диаметр стеклоэмалевых брикетов определяют из выражения D=D_ц.св.-(10-15), где D_ц.св. - диаметр центрального сверления слитков и заготовок, мм, а массу и геометрические размеры стеклоэмалевых брикетов определяют из выражений m=h·S·g, m=π/4·D²·H·g, где h=(0,03-0,05) - толщина слоя, необходимая для предохранения внутренней поверхности гильз от газонасыщения в процессе прошивки, транспортировки к пилигримовому стану и смазки оправки прошивного стана и дорнов при прокатке труб на пилигримовом стане, см; S - площадь внутренней поверхности гильз, см²; g - удельный вес стеклоэмалевых брикетов, г/см³; D - диаметр стеклоэмалевых брикетов, см; а Н - высота стеклоэмалевых брикетов, см.

Сущность способа заключается в том, что конкретизируется процесс сверления центрального отверстия, которое необходимо вести с донной более плотной и качественной части слитка, т.к. процесс прокатки на пилигримовом стане ведут донным концом вперед, а со стороны усадки формируют пилигримову головку (технологический отход при пилигримовой прокатке). Чем меньше величина не досверленной части слитков-заготовок тем лучше, но это может привести к сквозному сверлению, что соответственно не желательно, а превышение данной величины более 100 мм может привести к закатке оправки в гильзе, т.е. к приостановке процесса прошивки. Таким образом, слитки и заготовки необходимо не досверливать со стороны усадочной части на оптимальную величину 50-80 мм. Теоретически и практически установлено, что для защиты внутренней поверхности гильз от газонасыщения в процессе прошивки и транспортировки их к пилигримовому стану, а также для смазки оправки и дорна пилигримового стана необходимо, чтобы внутренняя поверхность гильз была покрыта защитным стеклоэмалевым слоем толщиной 0,3-0,5 мм, а для свободного введения стеклоэмалевых брикетов в центральное сверление диаметр их должен быть меньше диаметра сверления на 10-15 мм. Равномерное стеклоэмалевое покрытие внутренней поверхности гильз толщиной 0,3-0,5 мм, массу и геометрические размеры стеклоэмалевых брикетов можно определить по приведенным формулам в п.4 формулы изобретения, зная площадь внутренней поверхности гильзы. Для равномерного покрытия внутренней поверхности гильз защитным стеклоэмалевым слоем предложено брикеты задавать во время подстуживания слитков-заготовок перед прошивным станом за 2-3 минуты до начала прошивки на глубину 200-300 мм от торца, т.к. за данный период времени стеклоэмалевые брикеты при температуре 1155-1180°С начнут плавиться, а расплавленная масса подойдет к торцу гильзы и в начале прошивки будет выполнять свои функции, а именно смазывать оправку и равномерно покрывать внутреннюю поверхность гильзы защитным слоем, т.е. препятствовать газонасыщению при прошивке и транспортировке гильз к пилигримовому стану.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки, отличается тем, слитки и заготовки не досверливают со стороны усадочной части на величину 50-80 мм, при этом стеклоэмалевые брикеты задают в центральное отверстие на глубину 200-300 мм от торца, во время подстуживания, за 2-3 минуты до начала прошивки, а прошивку производят с запиранием их оправкой, внутреннюю поверхность гильз покрывают слоем стеклоэмалевого покрытия - смазки толщиной 0,3-0,5 мм, диаметр стеклоэмалевых брикетов определяют из выражения D=D_ц.св.-(10-15), где D_ц.св. - диаметр центрального сверления слитков и заготовок, мм, а массу и геометрические размеры стеклоэмалевых брикетов определяют из выражений m=h·S·g, m=π/4·D²·H·g, где h=(0,03-0,05) - толщина слоя, необходимая для предохранения внутренней поверхности гильз от газонасыщения в процессе прошивки, транспортировки к пилигримовому стану и смазки оправки прошивного стана и дорнов при прокатке труб на пилигримовом стане, см; S - площадь внутренней поверхности гильз, см²; g - удельный вес стеклоэмалевых брикетов, г/см³; D - диаметр стеклоэмалевых брикетов, см; а Н - высота стеклоэмалевых брикетов, см. Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что соответствует патентноспособности "изобретательский уровень".

Способ был опробован на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". По данному способу впервые в октябре 2004 г. прокатана промышленная партия передельных труб размером 492×48×7500 мм для изготовления путем механической обработки (обточки и расточки) баллонных заготовок размером 474×29, 5×3550+100 мм.

На ТПА с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" была прокатана промышленная партия передельных труб размером 492×48×7500 мм из сплава 14 для изготовления баллонных заготовок размером 474×29, 5×3550+100 мм по существующей и предлагаемой технологиям. В производство было задано 25 слитков, которые были прошиты в гильзы (по 5 штук) по трем вариантам по существующей технологии и 10 по предлагаемой технологии. Данные по прошивке и прокатке передельных труб размером 492×48×7500 мм из слитков размером 650×100×1750 мм сплава 14 для изготовления путем механической обработки (обточки и расточки) баллонных заготовок размером 474×29, 5×3550+100 и 472×27, 0×3550+100 мм приведены в таблице. Из таблицы видно, что по существующей технологии было прокатано 15 слитков. Пять слитков имели сквозное сверление диаметром 100±5 мм. Стеклоэмалевые брикеты вводились на слитковой тележке после выдачи их из печи. Размер стеклоэмалевых брикетов 100×200 мм массой 6,8 кг. Стеклоэмалевые брикеты долго вводились специальной лопаточкой, т.к. их диаметр был равен диаметру центрального сверления слитков. Слитки подстуживались перед прошивным станом в течение 4,5 минут. В процессе прошивки приходилось сводить рабочие валки, чтобы увеличить обжатие, а следовательно, тянущие усилия для выдачи гильз из очага деформации, а одну гильзу выбросили, т.к. закатали оправку. После прошивки гильзы продувались сжатым воздухом. На пилигримовом стане для смазки дорнов в каждую гильзу задавали смазку - 400-500 г серебристого графита. Из данной партии труб после механической обработки было получено 6 кратов размером 474×29, 5×3550 мм и два крата размером 474×27, 0×3550 мм. Одна гильза с закатанной оправкой отошла в брак, а два крата из-за внутренних раковин были переточены на стенку 27,0 мм. Расходный коэффициент сплава 14 по данной партии составил 2,386. На последующих 5 слитках центральное сверление было не досверлено на длину 150-250 мм. Стеклоэмалевые брикеты вводились во внутрь слитков перед посадом их в методическую печь. Размер стеклоэмалевых брикетов и способ их введения был аналогичен первому случаю. После выдачи из печи слитки перед прошивным станом подстуживали в течение 4,5 минут. В процессе прошивки всех слитков приходилось сводить валки. Гильзы после прошивки не продувались. На пилигримовом стане для смазки дорнов в каждую гильзу задавали смазку - 400-500 г серебристого графита. Из данной партии труб после механической обработки было получено 7 кратов размером 474×29, 5×3550 мм и 3 крата размером 474×27, 0×3550 мм. Расходный коэффициент сплава 14 по данной партии составил 1,917. На последующих 5 слитках центральное сверление также было не досверлено на длину 150-250 мм. Стеклоэмалевые брикеты вводились вовнутрь слитков перед прошивным станом на слитковой тележке без фиксирования их места расположения (приблизительно по центру слитков). Размеры стеклоэмалевых брикетов 100×200 мм. Слитки перед прошивным станом подстуживали в течение 4,5 минут. В процессе прошивки всех слитков приходилось сводить валки. Гильзы после прошивки не продувались. На пилигримовом стане для смазки дорнов в каждую гильзу задавали смазку - 400-500 г серебристого графита. Из данной партии труб после механической обработки было получено 8 кратов размером 474×29, 5×3550 мм и 2 крата размером 474×27, 0×3550 мм. Расходный коэффициент сплава 14 по данной партии составил 1,901.

По предлагаемой технологии было прокатано 10 слитков. Центральное сверление слитков не досверливалось на длине 50-80 мм. Стеклоэмалевые брикеты имели размер 90×270 мм массой 7500 г. Слитки перед прошивным станом подстуживались в течение 4,5 минут. Стеклоэмалевые брикеты вводили за 2,5-3,0 минуты до начала прошивки слитков. Стеклоэмалевые брикеты вводили на расстояние 200-300 мм от торца слитков. В течение 2,5-3,0 минут брикеты при температуре 1155-1180°С начинали плавиться и растекаться, по внутреннему сверлению достигая торца слитков. Прошивка слитков проходила стабильно. Настройку прошивного стана в процессе прошивки не меняли, т.е. рабочие валки не сводили. Гильзы после прошивного стана не продували, т.к. внутренняя поверхность их была покрыта равномерным защитным слоем толщиной 0,3-0,5 мм. На пилигримовом стане дополнительная смазка дорнов не производилась. В конце прокатки дорна свободно извлекались из труб. Из данной партии все 20 кратов сданы на размер 474×29, 5×3550 мм. Расходный коэффициент сплава при производстве передельных труб размером 492×48×7500 мм по предлагаемой технологии составил 1,872, т.е. получено снижение расходного коэффициента сплава, по сравнению с лучшими результатами прокатки по существующей технологии, на 60 кг на каждой тонне баллонных заготовок размером 474×29, 9×3550 мм.

Таким образом, результаты проведенного эксперимента подтвердили теоретические обоснования и правомерность формулы изобретения "Способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки" за счет правильного выбора величины недосверленной части центрального сверления и места его расположения (со стороны усадочной части слитков), теоретически обоснованной толщины слоя стеклоэмалевого покрытия-смазки внутренней поверхности гильз, геометрических размеров стеклоэмалевых брикетов и их массы в соответствии с п.4 формулы изобретения, а также времени и места их введения в центральное отверстие слитков-заготовок и ведения процесса прошивки с запиранием смазки оправкой, что дает возможность равномерного покрытия внутренней поверхности гильз защитным от газонасыщения в процессе прошивки и транспортировки гильз слоем, который одновременно выполняет роль смазки оправки прошивного стана и дорнов при пилигримовой прокатке.

Использование предложенного способа прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в санах косой прокатки для производства передельных труб большого и среднего диаметров на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" позволит повысить производительность стана косой прокатки за счет снижения или полного исключения пробуксовок гильз и их застревание в стане, снизить расходный коэффициент сплава за счет снижения количества внутренних трещин, раковин и глубины их проникновения в тело гильз, исключить продувку гильз после прошивки и дополнительную смазку дорен путем подачи серебристого графита во внутрь гильз, а следовательно, снизить стоимость передела передельных труб из сплавов на основе титана.

Таблица
Данные по прошивке и прокатке передельных труб размером 492×48×7500 мм из слитков размером 650×100×1750 мм сплава 14 для изготовления баллонной заготовки размером 474×29, 5×3550+100 и 474×27×3550+100 мм по существующей и предлагаемой технологиямВид технолог.Размер слитковПрокатано слитковВид сверленияСпособ задачи брикетовРазмер гильзВремя подстуж. гильзСпособ продувки гильзРазмет перед. трубСпособ смазки дорновСдано кратовРасход. коэфф. металламмшт.тонн-мммин-мм-шттонн-Существ.650×100×1750512,74СквозноеВо время выдачи из печи600×435×31004,5Сжатым воздухом492×48×7500400-500 г. графита в гильзу474×27,0-6 кратов 474×27,0-2 крат5,3392,386650×100×1750512,74Не досвер. 150-250 ммПеред посадом в печь600×435×31004,5Не продували492×48×7500400-500 г. графита в гильзу474×29,5-7 кратов 474×27,0-3 крат6,6451,917650×100×1750512,74Не досвер. 150-250 ммПеред прошив. станом600×435×31004,5Не продували492×48×7500400-500 г. графита в гильзу474×29,5-8 кратов 474×27,0-2 крат6,7011,901Предлаг.650×100×17501025,48Не досвер. 50-80 ммЗа 2,5-3,0 мин до нач. прош.600×435×31004,5Не продували492×48×7500Дополнит. смазка не примен.474×29,5-20 кратов13,6111,872Примечание к таблице: Расходный коэффициент сплава 14 от слитков до труб-кратов после обточки и расточки по существующей технологии в зависимости от способов сверления центрального отверстия и подачи смазки составил от 2,з86 до 1,901, а по предлагаемой 1,872, т.е. получено снижение сплава на 60 кг на каждой тонне труб-кратов для изготовления баллонов.

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки и может быть использовано при производстве передельных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами. Задача изобретения - повышение производительности, увеличение выхода годного, снижение стоимости передела. Способ включает недосверливание со стороны усадочной части слитков и заготовок на величину 50-80 мм, нагрев в муфелях в методических печах до температуры пластичности, задачу стеклоэмалевых брикетов в центральное отверстие, во время подстуживания, за 2-3 минуты до начала прошивки, на глубину 200-300 мм от торца, и прошивку в гильзы в стане косой прокатки. Внутреннюю поверхность гильз покрывают слоем стеклоэмалевого покрытия - смазки толщиной 0,3-0,5 мм. Диаметр стеклоэмалевых брикетов определяют из выражения D=D_ц.св.-(10-15), где D_ц.св. - диаметр центрального отверстия слитков и заготовок, мм. Массу и геометрические размеры стеклоэмалевых брикетов определяют из выражения m=h·S·g=π/4·D²·R·g, где h=(0,03-0,05) - толщина слоя, необходимая для предохранения внутренней поверхности гильз от газонасыщения, см; S - площадь внутренней поверхности гильз, см²; g - удельный вес стеклоэмалевых брикетов, г/см³; D - диаметр стеклоэмалевых брикетов, см; Н - высота стеклоэмалевых брикетов, см. Изобретение обеспечивает снижение или полное исключение пробуксовок гильз и их застревание в стане, снижение количества трещин, раковин, и глубины их проникновения в тело гильз, исключает продувку гильз после прошивки и дополнительную смазку дорен. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки, включающий сверление в них центрального отверстия с нанесением на внутреннюю поверхность смазки посредством размещения стеклоэмалевых брикетов в центральном отверстии, нагрев слитков и заготовок в муфелях в методических печах до температуры пластичности, подстуживание перед прошивкой и прошивку их в гильзы в стане косой прокатки, отличающийся тем, что слитки и заготовки не досверливают со стороны усадочной части на величину 50-80 мм, при этом стеклоэмалевые брикеты задают в центральное отверстие на глубину 200-300 мм от торца, во время подстуживания, за 2-3 минуты до начала прошивки, а прошивку производят с запиранием их оправкой.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что внутреннюю поверхность гильз покрывают слоем стеклоэмалевого покрытия - смазки толщиной 0,3-0,5 мм.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр стеклоэмалевых брикетов определяют из выражения

D=D_ц.св.-(10-15),

где D_ц.св. - диаметр центрального отверстия сверления слитков и заготовок, мм.

m=h·S·g,

m=π/4·D²·H·g,

где h=(0,03-0,05) - толщина слоя, необходимая для предохранения внутренней поверхности гильз от газонасыщения в процессе прошивки, транспортировки к пилигримовому стану и смазки оправки прошивного стана и дорнов при прокатке труб на пилигримовом стане, см;

S - площадь внутренней поверхности гильз, см²;

g - удельный вес стеклоэмалевых брикетов, г/см³;

D - диаметр стеклоэмалевых брикетов, см;

Н - высота стеклоэмалевых брикетов, см.