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 гильзы в станах косой прокатки, и может быть использовано при производстве передельных труб большого и среднего диаметров из слитков и заготовок сплавов на основе титана на трубопрокатных установках, имеющих в своем составе станы косой прокатки, в частности на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

Известен способ прошивки слитков в станах косой прокатки, заключающийся в том, что нагретый слиток прошивают в очаге деформации, состоящем из трех последовательно расположенных зон с одинаковой скоростью вращения рабочих валков: в первой зоне происходит прокатка сплошного или полого слитка без оправки, во второй - прокатка полого слитка с интенсивной деформацией стенки на оправке и в третьей зоне - обкатка гильзы без внутренней жесткой оправки (Ф.А.Данилов и др. Горячая прокатка труб. Металлургиздат, 1963 г., с.40-41).

Недостатком данного способа является то, что при прошивке слитков и заготовок из сплавов на основе титана в гильзы в станах косой прокатки на стыке первой и второй зон, а именно в момент нахождения металла на оправку, возникает усилие со стороны оправки. При возникновении усилия со стороны оправки процесс осевого перемещения слитков и заготовок снижается, т.к. из-за малой контактной поверхности между валками и слитком (заготовкой) тянущих усилий не хватает преодолеть осевое сопротивление оправки. При повышенных оборотах рабочих валков происходит пробуксовка слитков (заготовок) в валках. Для увеличения тянущих усилий приходится сводить рабочие валки, а т.к. сплавы на основе титана при температуре 1155-1180°С имеют хорошую пластичность, это приводит к затеканию сплава за реборды валков, т.е. к прекращению процесса прошивки. При установившемся процессе прошивки, т.е. при полном нахождении сплава на оправку и начала выхода гильзы из валков, контактная поверхность сплава с валками увеличивается, а следовательно, увеличивается тянущее усилие. В данный момент можно увеличивать скорость вращения рабочих валков. При выходе гильзы из валков контактная поверхность уменьшается, а следовательно, снижается тянущее усилие. При прошивке со скоростью вращения рабочих 35-40 оборотов в минуту появляется вероятность пробуксовки гильзы в валках, чтобы увеличить тянущие усилия, сводят рабочие валки прошивного стана, что в свою очередь приводит к частым закатам оправок в гильзах, т.е. к прекращению процесса прошивки.

Известен способ поперечно-винтовой прошивки, включающий сведение и разведение валков (а.с. №532410 "Способ поперечно-винтовой прошивки").

Недостатком данного способа, как и отмечалось выше, является то, что при прошивке высокопластичных сплавов на основе титана при максимальном сведении валков в первой стадии процесса возникает вероятность затекания сплава за реборды валков, а в третьей стадии вероятность закатывания оправки в гильзе, т.е. в обоих случаях к прекращению процесса прошивки.

В трубной промышленности известен способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки, заключающийся в том, что для увеличения трения между валками и заготовкой, а следовательно, увеличения тянущих усилий на валках в конусе прошивки наплавляют шипы, которые имеют форму полусфер высотой 2-2,5 мм, в основании - окружность диаметром 8-10 мм, а для повышения прочности наружных слоев сплава слитков и заготовок, а следовательно, для уменьшения их пластичности применяют подстуживание перед задачей их в прошивной стан, оптимальное время которого 3-5 минут установили опытным путем (А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. "Сталь", №9, 1992, с.61).

Недостатком данного способа является то, что увеличение трения между валками и заготовкой в конусе прошивки за счет наплавки шипов и подстуживание их перед задачей в прошивной стан значительно снижают вероятность затекания сплава за реборды валков, но не решают вопрос закатывания оправок на выходе гильз из прошивного стана. С другой стороны наплавка шипов в конусе прошивки позволяет получать качественные гильзы для прокатки передельных труб - труб под механическую обработку. При прокатке тонкостенных труб по ГОСТ на поверхности от шипов остаются риски, не выводящие толщину стенки за минусовое поле допуска, но портящие товарный вид. Перевалка валков прошивного стана производится в плановый ремонт, т.к. по продолжительности она занимает от 6 до 8 часов.

Наиболее близким техническим решением является способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в гильзы в стане косой прокатки ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" при производстве 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 из слитков и заготовок титанового сплава 14 размером 650×100×1750 мм, включающий сверление в слитках и заготовках сквозного центрального отверстия диаметром 100±5 мм, зарядку слитков и заготовок в муфеля, посад слитков и заготовок на чистую подину методических нагревательных печей в один ряд с интервалом 10-15 минут, нагрев слитков и заготовок в муфелях в трех зонных методических нагревательных печах до температуры пластичности, прошивку их в гильзы в стане косой прокатки со скоростью вращения рабочих валков 30-35 оборотов в минуту и прокатку передельных труб на пилигримовых станах 8-16" ОАО "ЧТПЗ" (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 и ТУ 14-3-1236-83").

Недостатком данного способа является фиксированная постоянная скорость вращения рабочих валков прошивного стана 30-35 оборотов в минуту, что приводит к пробуксовке слитков в валках во время захвата до полного нахождения их на оправку, до заполнения очага деформации и увеличения контактной поверхности между слитком - гильзой и валками, т.е. увеличения тянущих усилий, и пробуксовке гильз при выходе оправки из гильзы, освобождения очага деформации.

Задача изобретения - исключить затекание сплавов на основе титана за реборды валков при прошивке слитков и заготовок в гладких валках и закатывание оправок в конусе раскатки, повысить производительность трубопрокатной установки с пилигримовыми станами, снизить расходный коэффициент сплава при переделе слиток или заготовка-гильза-передельная трубная заготовка, снизить стоимость передельных труб, а следовательно, и стоимость товарных труб за счет исключения брака и уменьшения припуска под механическую обработку - обточку и расточку.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в гильзы в станах косой прокатки, заключающемся в сверлении центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагреве слитков и заготовок в муфелях до температуры пластичности, прошивку слитков и заготовок в гильзы в станах косой прокатки на короткой оправке, прошивку слитков и заготовок из сплавов на основе титана в гильзы в станах косой прокатки производят с разной скоростью вращения рабочих валков, а именно от момента захвата слитков или заготовок валками до момента полного нахождения сплава на оправку, прошивку производят с плавно нарастающей скоростью вращения рабочих валков от nз до nmax, установившийся процесс прошивки до подхода заднего конца слитка или заготовки к началу конуса прошивки производят с максимальной скоростью вращения рабочих валков nmax, которая лимитируется максимальной нагрузкой на привод стана, а затем до выхода гильзы из конуса раскатки скорость вращения рабочих валков прошивного стана плавно снижают до минимального значения nз, а значения скоростей вращения рабочих валков в процессе цикла прошивки в i-ый момент времени определяют из выражения

Рз/nз=Рmax/nmax=Pi/ni=Рр/np,

где Рз - нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана при захвате слитка или заготовки валками, кА;

nз=28 - минимальное значение оборотов рабочих валков прошивного стана при захвате слитка или заготовки валками, об/мин;

Рmax=7,5 - максимально-допустимая нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана, кА;

nmax=50 - максимальное значение оборотов рабочих валков прошивного стана под нагрузкой 7,5 кА, об/мин;

Рр - нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана в момент освобождения очага деформации, выхода гильзы из конуса раскатки, кА;

np - обороты рабочих валков прошивного стана в момент выхода гильзы из очага деформации, об/мин;

Pi - текущая нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана в i-ый момент времени цикла прошивки, кА;

ni - текущее значение оборотов рабочих валков прошивного стана в i-ый момент времени цикла прошивки, об/мин.

Сущность способа заключается в том, что в процессе прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки, при неустановившемся процессе при нахождении их на оправку, для исключения пробуксовки валков и сведения их для увеличения тянущих усилий, скорость вращения рабочих валков от момента захвата слитков и заготовок до момента полного нахождения сплава на оправку плавно увеличивают от nз до nmax (от 28 до 50 об/мин), установившийся процесс прошивки до подхода заднего конца слитка или заготовки к концу конуса прошивки производят с максимальной скоростью вращения рабочих валков nmax=50 об/мин, которая лимитируется максимальной нагрузкой на привод стана, а затем до выхода гильзы из конуса раскатки скорость вращения рабочих валков прошивного стана плавно снижают до минимального значения nз, принимают равной 55-60% от скорости валков при установившемся процессе прошивки, т.е. снижают скорость вращения рабочих валков относительно установившегося процесс прошивки на 40-45%, что дает возможность более плавно оправке внедряться в полость слитков и заготовок без пробуксовки и сведения рабочих валков, установившийся процесс прошивки производят со скорость вращения валков 50 оборотов в минуту, для исключения закатывания оправки в гильзе с момента уменьшения тянущих усилий, т.е. на выходе оправки из гильзы и до выхода гильзы из очага деформации, скорость вращения валков плавно снижают до 28-30 оборотов в минуту.

Использование предложенного способа прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки позволит получать качественные гильзы из сплавов за счет исключения образования гильз-ступ в стане при заполнении очага деформации (при нахождении сплава на оправку), а следовательно, снизить простои прошивного стана за счет извлечения гильз-ступ, исключить закатывание оправок при выходе их из гильз, снизить расходный коэффициент сплава при передеде слиток-заготовка-передельная труба, а следовательно, снизить их стоимость.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки отличается тем, что прошивку слитков и заготовок в стане косой прокатки производят с разной скоростью вращения рабочих валков, при этом от момента захвата слитков и заготовок валками до момента полного нахождения сплава на оправку, прошивку производят с плавно нарастающей скоростью вращения рабочих валков от nз до nmax, установившийся процесс прошивки до подхода заднего конца слитка или заготовки к началу конуса прошивки производят с максимальной скоростью вращения рабочих валков nmax, которая лимитируется максимальной нагрузкой на привод стана, а затем до выхода гильзы из конуса раскатки скорость вращения рабочих валков прошивного стана плавно снижают до минимального значения nз, а значения скоростей вращения рабочих валков в процессе цикла прошивки в i-ый момент времени определяют из выражения Рз/nз=Рmax/nmax=Pi/ni=Pp/np, где Рз - нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана при захвате слитка или заготовки валками, кА; nз=28 - минимальное значение оборотов рабочих валков прошивного стана при захвате слитка или заготовки валками, об/мин; Рmax=7,5 - максимально-допустимая нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана, кА; nmax=50 - максимальное значение оборотов рабочих валков прошивного стана под нагрузкой 7,5 кА, об/мин; Рр - нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана в момент освобождения очага деформации, выхода гильзы из конуса раскатки, кА; np - обороты рабочих валков прошивного стана в момент выхода гильзы из очага деформации, об/мин; Pi - текущая нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана в i-ый момент времени цикла прошивки, кА; ni - текущее значение оборотов рабочих валков прошивного стана в i-ый момент времени цикла прошивки, об/мин. 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 заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Существенные отличия".

Способ опробован и внедрен на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". Опытно-промышленная прокатка передельных труб размером 492×48×7500 мм, по существующему и предлагаемому способам, проводилась из слитков размером 650×100×1750 мм сплава 14, отлитых в вакуумно-дуговых печах ОАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА" (г.Верхняя Салда - Россия) по ТУ 1-5-180-94.

В производство было задано по 10 слитков из титанового сплава 14 для изготовления механически обработанных (обточенных и расточенных) труб - заготовок размером 474×29,5×3550+100 мм по существующей и предлагаемой технологиям. Данные по прошивке, прокатке передельных труб размером 492×48×7500 мм из слитков титанового сплава 14 размером 650×100×1750 мм на ТПА с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" и изготовлении баллонных заготовок размером 470×29,5×3550 и 474×27×3510 мм по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что прошивка слитков по существующей технологии в гильзы размером 660×435×2950 производилась на оправке диаметром 420 мм на 35-40 оборотов рабочих валков в минуту. Из-за пробуксовки, чтобы увеличить обжатие, валки прошивного стана начали сводить, в результате образовалась "рюмка", т.е. сплав затек за реборды валков и процесс прошивки был приостановлен. Были разведены валки и мостовым краном гильза-ступа вместе с дорновой штангой и оправкой были извлечены из стана. Потеря рабочего времени на извлечение недоката и замену дорновой штанги с оправкой составило 35 минут. В одной гильзе закатало оправку. При выходе оправки из гильзы и освобождении очага деформации из-за малых тянущих усилий процесс поступательного движения гильзы прекратился, чтобы выдать гильзу из стана и увеличить тянущее усилие, начали сводить рабочие валки, т.е. увеличивать обжатие стенки гильзы. Задний конец гильзы был раскатан до минимума, а оправка из гильзы не вышла. На четырех из восьми гильз наблюдалась повышенная кривизна. Прокатка гильз с повышенной кривизной на пилигримовом стане приводит к повышенной разностенности передельных труб и, как следствие, к переточке баллонных заготовок на более тонкую стенку или к окончательному браку. При механической обработке данной партии передельных труб в баллонные заготовки получено 15 кратов размером 474×29,5×3550 мм и 1 крат размером 474×27×3510 мм общим весом 10,83 тонны. Расходный коэффициент сплава составил 2,352. По предлагаемой технологии процесс прошивки слитков производили на оправке диаметром 420 мм в гильзы размером 650×435×3100 мм. От момента захвата слитков валками до момента полного нахождения сплава на оправку скорость вращения рабочих валков плавно увеличивали с 28 до 40 оборотов в минуту. Установившийся процесс прошивки до подхода заднего конца слитков к началу конуса прошивки производили со скоростью вращения рабочих валков 40 оборотов в минуту, а затеем до выхода гильзы из конуса раскатки скорость вращения рабочих валков плавно снижали до 28 оборотов в минуту. Процесс захвата слитков валками, нахождения гильзы на оправку и выхода гильзы из валков (схода с оправки) проходили устойчиво без пробуксовок и перенастроек прошивного стана (без сведения и разведения рабочих валков). На 3-х гильзах после прошивки была отмечена повышенная кривизна из-за неравномерности нагрева слитков. При механической обработке данной партии передельных труб в баллонные заготовки получено 18 кратов размером 474×29,5×3550 мм и 1 крат размером 474×27×3510 мм, общим весом 13,492 тонны. Расходный коэффициент сплава составил 1,888, т.е. получено снижение расходного коэффициента сплава на 464 кг на тонне товарных баллонных заготовок.

Таким образом, из таблицы видно, что при прошивке 10 слитков сплава 14 по предлагаемой технологии получено 10 передельных труб размером 492×48×7500 мм, при механической обработке (обточке и расточке) которых получено 18 кратов размером 474×29,5×35500 и 2 крат размером 474×20×3510 мм. Расходный коэффициент сплава 14 при прошивке слитков в стане косой прокатки по новой технологии и переделе слиток - баллонная заготовка составил 1,888, а по существующей технологии 2,352, т.е. получено снижение расходного коэффициента сплава 14 на 464 кг на тонне товарных баллонных заготовок.

Использование предлагаемого способа прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки позволит снизить трудоемкость передела слиток-заготовка из сплавов на основе титана-передельная труба-баллонная заготовка за счет исключения застревания гильз в прошивном стане, закатывания оправок в гильзах, повышения производительности прошивного стана, а следовательно, повышения производительности трубопрокатной установки, снизить расходный коэффициент сплавов на основе титана при переделе слиток-передельная труба-баллонная заготовка на 15-20%, в нашем случае на 19,72%, а следовательно, снизить стоимость передельных труб и товарных баллонных заготовок.

Таблица
Данные по прошивке, прокатке передельных труб размером 492×48×7500 мм из слитков титанового сплава 14 размером 650×100×1750 мм на ТПА с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" и изготовлении баллонных заготовок размером 470×29,9×3550 и 474×27×3510 мм по существующей и предлагаемой технологиямВид технологииРазмер слитков (мм)Колич. слитковПараметры прошивкиСдано трубРасход. коэффициент сплаваштуктоннДиаметр оправки (мм)Размер гильз (мм)Обороты валков (об./мин)Замечания при прошивкеКратов (шт.)Тонн       1. Одна гильза застряла в стане.1. 474×29,5×3550 - 15  Сущест.650×100×17501025,480420660×435×293035-402. В одной гильзе закатало оправку.2. 474×27×3510 - 110,8302,352       3. На 4-х гильзах повыш. кривизна.3. Брак - 4  Предлаг.650×100×17501025,480420650×435×31001. Плавно увеличивали с 28 до 40 до полного нахожд. гильзы на оправку.
2. 40 - установшийся процесс прошивки.
3. 40-28 - плавно снижали при схождении гильзы с оправки.1. На 3-х гильзах повышенная кривизна.1. 474×29,5×3550 - 18
2. 474×27×3510 - 213,4921,888

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в гильзы в станах косой прокатки, и может быть использовано при производстве передельных труб большого и среднего диаметров из слитков и заготовок сплавов на основе титана на трубопрокатных установках, имеющих в своем составе станы косой прокатки, в частности на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами. Способ включает прошивку с разной скоростью вращения рабочих валков, а именно от момента захвата слитков и заготовок валками до момента полного нахождения на оправку, прошивку производят с плавно нарастающей скоростью вращения рабочих валков от nз до nmax, установившийся процесс прошивки до подхода заднего конца слитка или заготовки к началу конуса прошивки производят с максимальной скоростью вращения рабочих валков nmax, которая лимитируется максимальной нагрузкой на привод стана, а затем до выхода гильзы из конуса раскатки скорость вращения рабочих валков прошивного стана плавно снижают до минимального значения nз, а значения скоростей вращения рабочих валков в процессе цикла прошивки в i-ый момент времени определяют из выражения Рз/Пз=Pmax/nmax=Р1/n1=Рр/np, где Рз - нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана при захвате слитка или заготовки валками, кА; nз=28 - минимальное значение скорости рабочих валков прошивного стана при захвате слитка или заготовки валками, об/мин; Pmax=7,5 - максимально-допустимая нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана, кА; nmax=50 - максимальное значение скорости рабочих валков прошивного стана под нагрузкой 7,5 кА, об/мин; Рр - нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана в момент освобождения очага деформации, выхода гильзы из конуса раскатки, кА; np - скорость рабочих валков прошивного стана в момент выхода гильзы из очага деформации, об/мин; Pi - текущая нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана в i-ый момент времени цикла прошивки, кА; ni - текущее значение скорости рабочих валков прошивного стана в i-ый момент времени цикла прошивки, об/мин. При этом обеспечивается снижение трудоемкости передела слиток-заготовка из сплавов на основе титана-передельная труба-баллонная заготовка, повышение производительности трубопрокатной установки, снижение расходного коэффициента сплавов на основе титана при переделе слиток-передельная труба-баллонная заготовка на 15-20% и снижение стоимости передельных труб и товарных баллонных заготовок. 1 табл.

Способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в гильзы в станах косой прокатки, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев слитков и заготовок в муфелях до температуры пластичности, прошивку слитков и заготовок в гильзы в станах косой прокатки на короткой оправке, отличающийся тем, что прошивку слитка или заготовки производят с разной скоростью вращения рабочих валков, а именно от момента захвата слитка или заготовки валками до момента полного нахождения на оправку, прошивку производят с плавно нарастающей скоростью вращения рабочих валков от nз до nmax, установившийся процесс прошивки до подхода заднего конца слитка или заготовки к началу конуса прошивки производят с максимальной скоростью вращения рабочих валков nmах, которую лимитируют максимальной нагрузкой на привод стана, затем до выхода гильзы из конуса раскатки скорость вращения рабочих валков прошивного стана плавно снижают до минимального значения nз, а значения скоростей вращения рабочих валков в процессе цикла прошивки в i-й момент времени определяют из выражения

Рз/nз=Pmax/Umax=Pi/ni=Pp/np,

где Рз - нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана при захвате слитка или заготовки валками, кА;

nз=28 - минимальное значение скорости рабочих валков прошивного стана при захвате слитка или заготовки валками, об/мин;

Pmax=7,5 - максимально допустимая нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана, кА;

nmax=50 - максимальное значение скорости рабочих валков прошивного стана под нагрузкой 7,5 кА, об/мин;

Рр - нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана в момент освобождения очага деформации, выхода гильзы из конуса раскатки, кА;

np - скорость рабочих валков прошивного стана в момент выхода гильзы из очага деформации, об/мин;

Pi - текущая нагрузка на привод рабочих валков прошивного стана в i-й момент времени цикла прошивки, кА;

ni - текущее значение скорости рабочих валков прошивного стана в i-й момент времени цикла прошивки, об/мин.