СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ ИЗ СЛИТКОВ И ЗАГОТОВОК СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА НА ТПУ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ Российский патент 2014 года по МПК B21B21/00 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства передельных труб большого и среднего диаметров из слитков и заготовок сплавов на основе титана, и может быть использовано при производстве их на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами.

В практике трубного производства известен способ прокатки передельных труб размером 492×48, 485×36 и 398×46 мм под механическую обработку на размер, соответственно, 474×29,5, 467×16 и 377×24 мм из слитков и заготовок титанового сплава ВТ14 размером 650×100×1750 и 585×100×1740 мм, включающий отливку слитков в вакуумно-дуговых печах ОАО “Корпорация ВСМПО-АВИСМА” с последующей ковкой их в заготовки или использование в качестве заготовок слитков, сверление сквозного центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков и заготовок в муфелях в методических печах до температуры 1155-1180°С, прошивку их в гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки и прокатку передельных труб на ТПУ с пилигримовыми станами 8-16" ОАО “ЧТПЗ с припуском под механическую обработку по стенке от 18,5 до 22,0 мм (ТУ 14-3-1218-83 “Трубы бесшовные горячедеформированные обточенные и расточенные из сплава ВТ14”. ТИ 158 - Тр. ТБ1-54-97 “Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из сплава ВТ14 по ТУ 14-3-1218-83 и ТУ 14-3-1236-83”).

Недостатком указанного способа является то, что в процессе нагрева прошивки в стане поперечно-винтовой 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 - хрупкий (альфированный) слой, который при прошивке в двухвалковом стане поперечно-винтовой прокатки и прокатке на пилигримовых станах приводит к образованию поверхностных дефектов в виде рванин, которые на передельных трубах-заготовках приходится удалять способом механической обработки по наружной поверхности на глубину 9,0-10,5 мм, а по внутренней на глубину 9,5-11,5 мм; а т.к. временное сопротивление разрыву σ_в превышает 800 МПа, а относительное удлинение δ₅ не более 10%, то трубы данного размера из данного слава на станах ХПТ не производят. В некоторых случаях дефекты превышают эти значения, что приводит к окончательному браку передельных труб-заготовок или, при наличии попутчиков, к переточке их на более тонкие стенки. Другим недостатком данного способа является налипание сплава на реборды валков в бойковой части калибра, что приводит к образованию на наружной поверхности передельных труб дефектов в виде плен и выровов сплава. Для исключения данного вида дефектов приходится останавливать пилигримовые станы и производить шлифовку валков, что, в свою очередь, отрицательно влияет на технологический процесс нагрева, прошивки и прокатки передельных труб, т.е. приводит к нарушениям технологического процесса нагрева и кантовки слитков и заготовок вдоль печи. Промышленные прокатки передельных горячекатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами показали, что припуск по толщине стенки, при переделе передельных труб в товарные механической обработкой в доверительном интервале выхода годных труб, должен находиться в пределах от 16 до 20 мм, большие значения которых относятся к товарным трубам большей длины и с большим отношением D_m/S_m.

Основным видом дефектов на передельных трубах из титановых сплавов являются рванины на наружной и внутренней поверхностях, плены и выровы на наружной поверхности и раковины на внутренней поверхности. Из-за наличия данных дефектов необходимо увеличивать толщину стенки передельных горячекатаных труб и проводить дополнительные операции по обточке и расточке. Кроме того, наружная и внутренняя поверхности гильз-труб охлаждаются водой и технологическим инструментом (дорном и рабочими валками), что приводит к интенсивному охлаждению, именно дефектных мест, и образованию малопластичных участков. Деформация гильз с такими участками в пилигримовом стане приводит к увеличению глубины дефектов и к их закатке на внутренней поверхности передельных труб в виде раковин, которые вскрываются при механической обработке.

В трубной промышленности известен способ прокатки передельных труб большого и среднего диаметров из слитков и заготовок сплава ВТ14 на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами ОАО “ЧТПЗ”, включающий сверление в слитках и заготовках центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев слитков и заготовок в муфелях в методических печах до температуры 1155-1180°С, прошивку их в гильзы в двухвалковом стане поперечно-винтовой прокатки и прокатку передельных труб на пилигримовых станах на разогретых до 600-650°С дорнах с волнистой поверхностью. Сочетание волнистой калибровки и разогретых дорнов позволяет увеличить пластичность сплавов в приконтактном слое и уменьшить концентрацию напряжений во время прокатки, т.е. снизить глубину проникновения трещин на внутренней поверхности передельных труб, образовавшихся при деформации альфированного слоя (А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. “Сталь”, 1992, №9, с.62-63. Авт. свидетельство СССР №603447, Кл. В21В 25/00, бюл. №15, 1978 г.).

Недостатком данного способа является то, что он направлен на снижение величины дефектов на внутренней поверхности передельных труб и не решает вопроса снижения дефектов в виде наружных плен и выровов из-за налипания сплава на реборды бойковой части калибра валков.

Наиболее близким техническим решением является способ прокатки передельных труб большого и среднего диаметров из слитков и заготовок сплавов на основе титана на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий прокатку передельных труб на пилигримовом стане при установившемся процессе с подачей гильзы в очаг деформации m=30-40 мм и вытяжкой µ=2,5-4,0, увеличение подачи при затравке гильз в пилигримовый стан от 10 до 20 мм, плавное увеличение при установившемся процессе прокатки величины подачи гильз-труб с 20 до 40 мм, а при температуре гильз-труб менее 850°С плавное снижение до 25 мм, а обкатку пилигримовых головок с подачей не более 20 мм, увеличение при установившемся процессе прокатки подачи на пилигримовом стане, величина которой определяется из выражения m=m_уст+(t_нач-t_крит)k, а при достижении температуры гильз-труб 850°С плавное снижение, величина которой определяется из выражения m_i=m(t_крит-t_кон)k_i, где m_уст=20 - величина подачи при установившемся процесс прокатки, после затравки и полного пути отката подающего аппарата, мм; t_нач=1155-1180 - температура гильзы в начале прокатки, °С; t_крит=850 - критическая температура гильзы-трубы, при которой начинают плавное снижение величины подачи гильз-труб, °С; t_кон - температура конца прокатки гильз-труб, °С; k=0,06 - коэффициент, учитывающий увеличение подачи в начале установившегося процесса прокатки, при снижении температуры гильзы-трубы на 1°С; k_i=0,09 - коэффициент, учитывающий снижение подачи в процессе прокатки, при снижении температуры гильзы-трубы на 1°С ниже критической, мм/°С, после затравки гильз и до конца прокатки менее интенсивное снижение температуры за счет уменьшения подачи воды на валки пилигримового стана в 2-3 раза, прокатку труб на двух дорнах, разогретых до 600-650°С, путем прокатки 2-3 настроечных углеродистых гильз, после прокатки трубы извлечение дорна и охлаждение его на воздухе при перекатывании по наклонной решетке в течение 30-45 с к ванне со смазкой, погружение дорноподъемным механизмом дорна в ванну со смазкой и извлечение через 5-10 с, поворачивание в дорноподъемном механизме на угол 180±20° и повторное погружение в ванну со смазкой на 5-10 с, охлаждение на воздухе, а затем передачу в замок подающего аппарата и произведение прокатки следующей трубы, отрезку пилигримовых головок и затравочных концов, передачу передельных труб с температурой прокатного нагрева на правильную машину для правки (Патент РФ №2315672, Кл. В21В 21/00, бюл. №3 от 27.01.2008 г.).

Недостатком данного способа (прототипа) является то, что он направлен на снижение продольной и поперечной разностенности передельных труб, снижение количества и размеров дефектов на внутренней поверхности труб за счет изменения технологии нагрева, смазки и охлаждения дорнов и не решает вопроса снижения налипания сплавов на реборды в бойковой части валков.

Задачей предложенного способа производства передельных труб большого и среднего диаметров из слитков и заготовок сплавов на основе титана на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами для последующей механической обработки - обточки и расточки их в товарные трубы является снижение налипания титановых сплавов на реборды валков, повышение качества наружной поверхности передельных труб, снижение припуска под механическую обработку - обточку, повышение производительности пилигримовых станов за счет исключения остановок на шлифовку валков, исключения из технологического процесса рваного ритма работы, приводящего к корректировке технологии нагрева слитков и заготовок и, как следствие, к снижению качественных показателей.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства передельных труб большого и среднего диаметров из слитков и заготовок сплавов на основе титана на ТПУ с пилигримовыми станами, включающем отливку слитков в вакуумно-дуговых печах с последующей ковкой и механической обработкой - обточкой их в заготовки, сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, зарядку заготовок в муфеля, посад на чистую подину методических нагревательных печей, нагрев до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз в передельные трубы на ТПУ с пилигримовыми станами с использованием подкладных углеродистых колец для частичного выведения пилигримовых головок на углеродистый металл, периодическую остановку стана и удаление шлифовкой налипшего сплава титана с реборд байковой части валков, отрезку пилой горячей резки технологических отходов - не полностью обкатанных пилигримовых головок и затравочных концов, правку передельных труб с использованием температуры прокатного нагрева, механическую обработку - обточку и расточку в товарные или передельные трубы для последующего передела их на станах ХПТ, после прокатки n-го количества передельных труб из сплавов на основе титана для удаления сплава с реборд валков производят прокатку трубы данного размера из углеродистой марки стали, количество прокатываемых передельных труб из сплавов на основе титана до образования налипания сплава на реборды валков и прокатки настроечной трубы определяют из выражения $$n=\frac{\Sigma L_m}{L_{г}{\mu }_{jm}}$$ , где ΣL_m=50-55 - суммарная длина передельных труб из сплавов на основе титана прокатываемых в калибре валков пилигримового стана до образования налипания сплава критической величины на реборды валков, большее значение которой принимают при прокатке передельных труб с меньшим отношением D/S, м; L_г - длина прокатываемых гильз из сплавов на основе титана, м; µ_jm - коэффициент вытяжки при прокатке гильз в передельные трубы j-го размера в пилигримовом стане; D - диаметр передельных труб, мм; S - толщина стенки передельных труб, мм, прокатку труб из углеродистых марок стали производят с подачами гильз в очаг деформации, значения которых определяют из выражения m_у=кm_jm, где к=1,5-1,8 - коэффициент, учитывающий увеличение подачи при прокатке настроечных труб из углеродистых марок стали, большее значение которого относится к прокатке передельных труб из сплавов на основе титана с меньшими толщинами стенок; m_jm - величина подачи гильз в очаг деформации при прокатке передельных труб из сплавов на основе титана с толщиной стенки j-го размера, мм.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что после прокатки n-го количества передельных труб из сплавов на основе титана для удаления сплава с реборд валков производят прокатку трубы данного размера из углеродистой марки стали, количество прокатываемых передельных труб из сплавов на основе титана до образования налипания сплава на реборды валков и прокатки настроечной трубы определяют из выражения $$n=\frac{\Sigma L_m}{L_{г}{\mu }_{jn}}$$ , где ΣL_m=50-55 - суммарная длина передельных труб из сплавов на основе титана прокатываемых в калибре валков пилигримового стана до образования налипания сплава критической величины на реборды валков, большее значение которой принимают при прокатке передельных труб с меньшим отношением D/S, м; L_г - длина прокатываемых гильз из сплавов на основе титана, м; µ_jn - коэффициент вытяжки при прокатке гильз в передельные трубы j-го размера в пилигримовом стане; D - диаметр передельных труб. мм; S - толщина стенки передельных груб, мм, прокатку труб из углеродистых марок стали производят с подачами гильз в очаг деформации, значения которых определяют из выражения m_у=кm_jm,где к=1,5-1,8 - коэффициент, учитывающий увеличение подачи при прокатке настроечных труб из углеродистых марок стали, большее значение которого относится к прокатке передельных труб из сплавов на основе титана с меньшими толщинами стенок; m_jm - величина подачи гильз в очаг деформации при прокатке передельных труб из сплавов на основе титана с толщиной стенки j-го размера, мм. 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 заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентоспособности “изобретательский уровень”.

Способ опробован на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО “ЧТПЗ”. По существующей и предлагаемой технологиям прокатаны передельные трубы размером 492×48×7500 мм под механическую обработку на размер 474×29,5×3550+100/-0 мм. В производство были заданы 20 слитков вакуумно-дугового переплава размером 650×100×1750 мм из сплава ВТ14. Данные по прокатке передельных труб размером 492×48×7500 мм из слитков ВДП сплава ВТ14 размером 650×100×1750 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами для последующей механической обработки - обточки и расточки в товарные трубы размером 474×29,5×3550+100/-0 мм по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице 1. Заготовки были нагреты в муфелях до температуры 1170-1180°С, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 420 мм в гильзы размером 650хвн.435×3100 мм и прокатаны на пилигримовом стане в калибре 498 мм в передельные трубы размером 492×48×7500-7700 мм. Средняя величина подачи при установившемся процессе прокатки составила 32,5 мм. По существующей технологии при прокатке третьей трубы на ребордах валков образовалось налипание сплава, которое стало увеличиваться при прокатке каждого метра последующих труб. После прокатки 6 труб стан был остановлен на шлифовку валков - удаление налипания сплава с реборд и бойковой части. Время удаления налипания составило 25,5 мин. В данный момент пришлось снижать режим нагрева на второй зоне печи. Аналогичная картина наблюдалась и при прокатке последующих 6 передельных труб по предлагаемой технологии. При прокатке передельных труб данного размера по предлагаемой технологии между 12 и 13, 18 и 19 слитками сплава ВТ14 были посажены бракованные мартеновские слитки стали марки 20 размером 600/615×1700 мм, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 630хвн.435×2850 мм, которые прокатаны в передельнык трубы размером 492×48×5900 мм. Процесс прокатки данных гильз производили с переполнением калибра, т.е. с повышенной подачей, равной 48-50 мм (в соответствии с п.3 формулы изобретения). После прокатки данных труб калибр валков был чистым, т.е. налипание сплава ВТ14 с реборд валков и с бойковой части калибра было удалено. Время прокатки настроечных углеродистых гильзы составило, соответственно, 4,5 и 4,75 мин. Процесс прокатки передельных труб из сплава ВТ14 по предлагаемой технологии проходил стабильно, т.е. без изменения технологического процесса (режима нагрева). Время прокатки 12 слитков сплава ВТ14 по предложенной технологии было снижено на 42,0 мин при одновременном улучшении качества наружной поверхности передельных труб, что дает возможность снизить припуск по толщине стенки под обточку на 1-1,5 мм.

Использование предлагаемого способа производства передельных труб большого и среднего диаметров из слитков и заготовок сплавов на основе титана позволит снизить время простоя на шлифовку пилигримовых валков более чем на 6,5%, а следовательно, повысить производительность ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами при одновременном улучшении качества наружной поверхности передельных труб за счет стабилизации режима нагрева слитков и заготовок из сплавов на основе титана.

Данные по прокатке передельных труб размером 492×48×7500 мм из слитков сплава ВТ14 размером 650×100×1750 мм для последующей механической обработки - обточки и расточки в товарные трубы размером 474×29,9×3550+1007-0 мм по существующей и предлагаемой технологиям.

Таблица 1 № п/п Вид технологии Марка сплава Размер слитков (мм) Размер гильз (мм) Размер передельных труб (мм) Замечания при прокатке Время на шлифовку п/валков (мин) Время прокатки настроечной трубы (мин) 1         492×48×7500 Чистая     2         492×48×7700 Чистая     3 Существ. ВТ 14 650×100×1750 650хвн.435×3100 492×48×7600 Мелкие н/плены 25,5 - 4         492×48×7550 Средние н/плены     5         492×48×7600 Средние н/плены     6         492×48×7650 Крупные н/плены     7         492×48×7500 Мелкие н/плены     8         492×48×7550 Мелкие н/плены     9 Предлаг. ВТ 14 650×100×1750 650хвн.435×3100 492×48×7700 Мелкие н/плены     10         492×48×7550 Средние н/плены - - 11         492×48×7600 Средние н/плены     12         492×48×7600 Крупные н/плены         Углерод, слиток 17" 600/615×1700 630хвн.435×2850 492×48×5900 - - 4,5 13         492×48×7700 Чистая     14         492×48×7550 Чистая     15 Предлаг. ВТ 14 650×100×1750 650хвн.435×3100 492×48×7650 Мелкие н/плены - - 16         492×48×7550 Средние н/плены     17         492×48×7600 Средние н/плены     18         492×48×7550 Крупные н/плены         Углерод.слиток 17" 600/615×1700 630хвн.435×2850 492×48×5900 - - 4,75 19 Предлаг. ВТ 14 650×100×1750 650хвн.435×3100 492×48×500 Чистая - - 20 492×48×7550 Чистая

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при производстве передельных труб большого и среднего диаметров из слитков и заготовок сплавов на основе титана. Гильзы прокатывают в передельные трубы на ТПУ с пилигримовыми станами, удаляют налипший сплав титана с реборд бойковой части валков и отрезают пилой горячей резки технологические отходы - не полностью обкатанные пилигримовые головки и затравочные концы. Передельные трубы правят с использованием температуры прокатного нагрева, обтачивают и растачивают в товарные или передельные трубы для последующего передела их на станах ХПТ. Удаление налипшего сплава титана с реборд бойковой части валков осуществляют прокаткой труб данного размера из углеродистой марки стали после прокатки n-го количества передельных труб из сплавов на основе титана. Обеспечивается повышение качества наружной поверхности передельных труб. Стабилизации режима нагрева слитков и заготовок обеспечивает повышение производительности ТПУ 8-16". 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства передельных труб большого и среднего диаметров из слитков и заготовок сплавов на основе титана на ТПУ с пилигримовыми станами, включающий прокатку гильз в передельные трубы на ТПУ с пилигримовыми станами, удаление налипшего сплава титана с реборд бойковой части валков, отрезку пилой горячей резки технологических отходов - не полностью обкатанных пилигримовых головок и затравочных концов, правку передельных труб с использованием температуры прокатного нагрева, механическую обработку - обточку и расточку в товарные или передельные трубы для последующего передела их на станах ХПТ, отличающийся тем, что удаление налипшего сплава титана с реборд бойковой части валков осуществляют прокаткой труб данного размера из углеродистой марки стали после прокатки n-го количества передельных труб из сплавов на основе титана, которое определяют из выражения
,
где ΣL_m=50-55 - суммарная длина передельных труб из сплавов на основе титана прокатываемых в калибре валков пилигримового стана до образования налипания сплава критической величины на реборды валков, большее значение которой принимают при прокатке передельных труб с меньшим отношением D/S, м,
L_г - длина прокатываемых гильз из сплавов на основе титана, м,
µ_jn - коэффициент вытяжки при прокатке гильз в передельные трубы j-го размера в пилигримовом стане,
D - диаметр передельных труб, мм,
S - толщина стенки передельных труб, мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку труб из углеродистых марок стали производят с подачами гильз в очаг деформации, значения которых определяют из выражения
m_у=кm_jm,
где к=1,5-1,8 - коэффициент, учитывающий увеличение подачи при прокатке труб из углеродистых марок стали, большее значение которого относится к прокатке передельных труб из сплавов на основе титана с меньшими толщинами стенок,
m_jm - величина подачи гильз в очаг деформации при прокатке передельных труб из сплавов на основе титана с толщиной стенки j-го размера, мм.