СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 426×34×10500±250 мм НА ТПУ 8-16" С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ ИЗ ЗАГОТОВОК ТИТАНОВОГО СПЛАВА GR 29 Российский патент 2014 года по МПК B21B21/00 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства передельных труб размером 426×34×10500±250 мм из заготовок титанового сплава Gr 29, 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 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 ВТ 14". ТИ 158 - Тр. ТБ 1-54-97 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из сплава ВТ 14 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 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, a т.к. временное сопротивление разрыву δ₅ превышает 800 МПа, а относительное удлинение 85 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 то, что при прокатке передельных труб на пилигримовых станах принят один припуск по толщине стенки под механическую обработку, а также отсутствует закономерность снимаемых слоев сплава по наружной и внутренней поверхностям в зависимости от геометрических размеров товарных труб, которая должна при переработке передельных труб в товарные механической обработкой увеличиваться с увеличением длины, кривизны товарных труб и отношения диаметра к толщине стенки товарных труб Dт/Sт. Промышленные прокатки передельных кратных 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 с большим отношением Dт/Sт.

Основным видом дефектов на передельных трубах из титановых сплавов являются рванины на наружной и внутренней поверхностях 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. Количество и глубина дефектов на внутренней поверхности горячекатаных передельных труб больше, чем на наружной, поэтому необходимо обоснованное соотношение между припусками под механическую обработку наружных и внутренних слоев при переделе передельных труб в товарные механической обработкой.

В трубной промышленности известен способ нагрева слитков и заготовок из сплавов на основе титана под прошивку в станах поперечно-винтовой прокатки, включающий сверление в слитках и заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм, зарядку слитков и заготовок в муфеля, посад их на чистую подину методических нагревательных печей в один ряд с интервалом 10-15 мин, нагрев слитков и заготовок до температуры пластичности 1155-1180°С со скоростью 3,0-4,0°C в мин с кантовкой через 14-18 мин на угол α=(180±30)°, кантовку слитков и заготовок на яму печи с 3-го окна первой зоны печи, интервал выдержки слитков и заготовок на яме печи 5,0-8,0 мин, при остановках станов до 30 мин и отсутствии места в печи кантовку слитков и заготовок вперед - назад через 15-20 мин на угол α=(180±30)°, при остановках станов по техническим причинам более 30 мин выдачу заготовок из печи через 15-20 мин с последующей кантовкой всех слитков и заготовок на угол α=(180±30)° (Патент РФ №2312153, кл. С21D 1/34, D21D 21/00, С22F 1/00, бюл. №34 от 10.12.2007 г.).

Недостатком данного способа нагрева слитков и заготовок из сплавов на основе титана под прошивку в станах поперечно-винтовой прокатки является то, что он направлен на нагрев слитков и заготовок титанового сплава ВТ 14 размером 650×100×1750 и 585×100×1740 мм и не решает всех технологических параметров нагрева заготовок размером 585×90×1900±25 мм из титанового сплава Gr 29.

В трубном производстве также известен способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах поперечно-винтовой прокатки, включающий задачу стеклоэмалевых брикетов в не досверленные со стороны усадочной части центральные отверстия на глубину 200-300 мм от торцов за 2-3 минуты до начала прошивки и прошивку их в гильзы с запиранием брикетов оправкой (Патент РФ №2296019, кл. В21В 21/00, бюл. №9 от 27.03.2007 г.).

Недостатком данного способа является сложность транспортировки, подачи слитков и заготовок на загрузочный рольганг методических печей с недосверленным центральным отверстием, т.к. сплавы на основе титана являются не магнитными, а также сложность изготовления - спекания стеклоэмалевых брикетов, задачи их в центральное отверстие и неравномерность покрытия внутренней поверхности гильз смазкой, особенно в начале процесса прошивки.

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, 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°C плавное снижение до 25 мм, а обкатку пилигримовых головок с подачей не более 20 мм, увеличение при установившемся процес прокатки подачи на пилигримовом стане, величина которой определяется из выражения m=m_уст+(t_нач-t_крит)К, а при достижении температуры гильз-труб 850°C плавное снижение, величина которого определяется из выражения m_i=m(t_крит-t_кон)К_i, где m_уст ^.=20 - величина подачи при установившемся процесе прокатки, после затравки и полного пути отката подающего аппарата, мм; t_нач=1155-1180 - температура гильзы в начале прокатки, °C; t_крит=850 - критическая температура гильзы-трубы, при которой плавное снижение величины подачи гильз-труб, °C; t_кон - температура конца прокатки гильз-труб, °C; К=0,06 - коэффициент, учитывающий увеличение подачи в начале установившегося процесса прокатки, при снижении температуры гильзы-трубы на 1°C; K₁=0,09 - коэффициент, учитывающий снижение подачи в процессе прокатки, при снижении температуры гильзы-трубы на 1°C ниже критической, мм/°С, после затравки гильз и до конца прокатки снижение температуры путем уменьшения подачи воды на валки пилигримового стана в 2-3 раза, прокатку труб на двух дорнах, разогретых до 600-650°C путем прокатки 2-3 настроечных углеродистых гильз, после прокатки труб извлечение дорнов и охлаждение их на воздухе при прекатывании по наклонной решетке в течение 30-45 сек к ванне со смазкой, погружение дорноподъемным механизмом дорнов в ванну со смазкой и извлечение через 5-10 сек, поворачивание в дорноподъемном механизме на 180±20° и повторное погружение в ванну со смазкой на 5-10 сек, охлаждение на воздухе, а затем передачу в замок подающего аппарата и произведение прокатки следующей трубы, отрезку пилигримовых головкок и 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 прокатку передельных труб кратной длины с отношением D/S=10,25 из титанового сплава ВТ 14 и не решает всех технологических вопросов при прокатке более тонкостенных с отношением D/S≥12,5 длинномерных передельных труб из титанового сплава Gr 29.

Задачей предложенного способа производства передельных труб размером 426×34×10500±250 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков и заготовок титанового сплава Gr 29 для последующей механической обработки - обточки и расточки их в товарные трубы размером 406,4+4,0/-2,0×14,38/-1,8×10000+100/-0 мм является получение качественных передельных труб из заготовок титанового сплава Gr 29, снижение расходного коэффициента сплава за счет снижения количества дефектов прокатного происхождения на внутренних и наружных поверхностях передельных длинномерных труб, снижения припусков по толщине стенки при переработке передельных длинномерных труб в товарные механической обработкой в зависимости от геометрических размеров труб, а следовательно, освоение производства нового вида труб из титанового сплава Gr 29 для обустройства геотермических скважин и снижение их стоимости.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства передельных труб размером 426×34×10500±250 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из заготовок титанового сплава Gr 29, 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 их на чистую подину методических нагревательных печей в один ряд с интервалом 10-15 мин, нагрев до температуры пластичности 1155-1180°C, выдержку на яме печи в течение 5-8 мин, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз в передельные трубы на пилигримовом стане с использованием подкладных углеродистых колец для частичного выведения пилигримовых головок на углеродистый металл, отрезку пилой горячей резки технологических отходов - не полностью обкатанных пилигримовых головок и затравочных концов, правку передельных труб с использованием температуры прокатного нагрева на шестивалковой правильной машине, в заготовках размером 585×1900±25 мм сверлят центральное отверстие диаметром 90±5 мм, подвергают шоопированию Аl₂О₃, нагревают в методических печах до температуры 1150-1180°C со скоростью 2,8-3,2°C в мин с кантовкой через 18-20 мин на угол α=(190±10)°, выдерживают при температуре пластичности на 4-3 окнах первой зоны печи в течение 25-30 мин, производят кантовку заготовок с 3-го окна на яму печи и прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 585хвн.390×3300-3390 мм, которые прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы размером 426×34×10500±250 мм, от труб пилой горячей резки отрезают технологические отходы, передельные трубы с температурой прокатного нагрева правят на шестивалковой машине в два-три прохода до кривизны не более 6 мм на длину трубы, перед прошивкой в центральное сверление заготовок с двух сторон задают смазку в виде смеси графита с поваренной солью массой по 300-400 грамм, продувку гильз не производят, прокатку гильз на пилигримовом стане при установившемся процессе производят с подачей гильз в очаг деформации m_y=25-30 мм, вытяжкой µ=3,56-3,58 и посадом по диаметру Δ=27,2%, подачу гильз в очаг деформации и угол кантовки при затравке увеличивают дискретно, значения которых определяют из выражений $$m_i=m_{н}+\frac{m_y-m_{н}}{n}$$ , $${\alpha }_i=\frac{{\alpha }_y}{n}$$ , где m_н=5-10 - величина подачи гильзы в очаг деформации пилигримового стана в начале прокатки - затравки, мм; m_y=25-30 мм - величина подачи гильз в очаг деформации при установившемся процессе прокатки, мм; n - количество подач от начала затравки до установившегося процесса прокатки, шт.; α_y=90±10 - угол кантовки гильз-труб при установившемся процессе прокатки, град.

Производство горячекатаных передельных труб данного размера из шоопированных Аl₂O₃ заготовок титанового сплава Gr 29 по предложенной технологии нагрева заготовок, прошивки их в гильзы и прокатки гильз на ТПУ с пилигримовыми станами в передельные трубы, количество дефектов и их глубина залегания значительно меньше.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что слитки с последующей ковкой и механической обработкой перерабатывают в заготовки размером 585×1900±25 мм, в заготовках сверлят центральное отверстие диаметром 90±5 мм, подвергают шоопированию Аl₂О₃, нагревают в методических печах до температуры 1150-1180°C со скоростью 2,8-3,2°C в мин с кантовкой через 18-20 мин на угол α=(190±10)°, выдерживают при температуре пластичности на 4-3 окнах первой зоны печи в течение 25-30 мин, производят кантовку заготовок с 3-го окна на яму печи и прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 585хвн.390×3300-3390 мм, которые прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы размером 426×34×10500±250 мм, от труб пилой горячей резки отрезают технологические отходы, передельные трубы с температурой прокатного нагрева правят на шестивалковой машине в два-три прохода до кривизны не более 6 мм на длину трубы, перед прошивкой в центральное сверление заготовок с двух сторон задают смазку в виде смеси графита с поваренной солью массой по 300-400 г, продувку гильз не производят, прокатку гильз на пилигримовом стане при установившемся процессе производят с подачей гильз в очаг деформации m_y=25-30 мм, вытяжкой µ=3,56-3,58 и посадом по диаметру Δ=27,2%, подачу гильз в очаг деформации и угол кантовки при затравке увеличивают дискретно, значения которых определяют из выражений $$m_i=m_{н}+\frac{m_y-m_{н}}{n}$$ , $${\alpha }_i=\frac{{\alpha }_y}{n}$$ , где m_н=5-10 - величина подачи гильзы в очаг деформации пилигримового стана в начале прокатки-затравки, мм; m_y=25-30 мм - величина подачи гильз в очаг деформации при установившемся процессе прокатки, мм; n - количество подач от начала затравки до установившегося процесса прокатки, шт.; α_y=90±10 - угол кантовки гильз-труб при установившемся процессе прокатки, град. 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 и внедрен на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". По предлагаемой технологии прокатаны передельные трубы размером 426×34×10500±250 мм под механическую обработку. В производство были заданы 2 заготовки из сплава Gr 29 размером 585×100×1900-1925 мм. Данные по прокатке передельных труб размером 426×34×10500±50 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из заготовок титанового сплава Gr 29 приведены в таблице 1. Заготовки были нагреты в муфелях до температуры 1170°C в соответствии с п.1 формулы изобретения, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 375 мм в гильзы размером 585хвн.390×3340-3390 мм с вытяжкой µ=1,76 в соответствии с п.2 формулы изобретения и прокатаны на пилигримовом стане в калибре 434 мм в передельные трубы размером 426×34×10600-10700 мм с коэффициентом вытяжки µ=3,66 и посадом по диаметру Δ=27,2% (в соответствии с пп.1, 3 и 4 формулы изобретения). От труб пилой горячей резки были удалены технологические отходы - частично раскатанные пилигримовые головки и затравочные концы. Передельные трубы с температурой 550-600°C краном поданы на передаточную решетку, по которой переданы на входную сторону правильной машины. Первая труба с температурой 350-400°C была выправлена за три прохода, а вторая- за два прохода. Кривизна труб определялась визуально. После охлаждения труб максимальная кривизна труб составила 5,8 и 6,0 мм. Передельные трубы были осмотрены и обмерены. Толщина стенки со стороны затравок составила от 33,5 до 36,5, т.е. допуск по стенке составил +7,4/-1,5%, со стороны пилигримовых головок от 33,4 до 36,4 (допуск +7,1/-1,8%), а по телу труб соответственно от 33,6 до 36,5 (допуск +7,4/-1,5%), при норме по ГОСТ 8732 для труб с данной толщиной стенки +10/-12,5%. Трубы отправлены заказчику в соответствии с его требованиями для использования их для обустройства геотермических скважин. Так как данные трубы ранее не производились, то сравнительные данные не приводятся.

Использование предлагаемого способа производства передельных труб размером 426×34×10500±250 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из заготовок титанового сплава Gr 29, механической обработки - обточки и расточки их в товарные трубы размером 406,4+4,0/-2,0×14,38+0/-1,8×10000+100/-0 мм, и последующего использования их для обустройства геотермических скважин позволило впервые в мировой практике на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами получить качественные длинномерные передельные трубы размером 426×34×10500±250 мм, из которых после механической обработки - обточки и расточки будут получены товарные трубы размером 406,4×14,38×10000+100/-0 мм для последующего использования их для обустройства геотермических скважин.

Данные по прокатке передельных труб размером 426×34×10500±250 мм на ТПУ8-16" с пилигримовыми станами из титанового сплава Gr 29

Таблица 1 № п/п Размер заготовок (мм) Прошивка заготовок Прокатка передельных труб на ТПУ 8-16" Правка труб Геометрические размеры передельных труб (мм) Диаметр оправки (мм) Размер гильз (мм) Коэфф. вытяжки
(µ) Калибр п/валков (мм) Размер труб (мм) Коэфф. вытяжки (µ) Колич. проходов Макс. кривизна (мм) Толщина стенки (max/min) Длина труб 1кон. 2 кон По телу 1 585×90×1900 375 585хвн.390×3340 1,76 434 426×34×10600 3,56 3 5,8 36,5/33,8 35,9/33,7 36,5/33,6 10200 2 585×90×1925 375 585хвн.390×3390 1,76 434 426×34×10700 3,56 2 6,0 35,6/33,5 36,4/,33,4 35,9/33,7 10200

Изобретение относится к производству передельных труб размером 426×34×10500±250 мм из титанового сплава Gr 29. Слитки отливают в вакуумно-дуговых печах, подвергают их ковке и обточке в заготовки. В заготовке сверлят центральное отверстие, шоопируют Аl₂О₃, нагревают в методических печах до температуры 1150-1180°C со скоростью 2,8-3,2°C в мин с кантовкой через 18-20 мин на угол α=(190±10)°, выдерживают при температуре пластичности на 4-3 окнах первой зоны печи в течение 25-30 мин, кантуют с 3-го окна на яму печи. Прошивают заготовку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы и прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы. От труб пилой горячей резки отрезают технологические отходы и правят на шестивалковой машине в два-три прохода до кривизны не более 6 мм на длину трубы. Обеспечивается снижение количества дефектов прокатного происхождения на внутренних и наружных поверхностях передельных труб. 3 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства передельных труб размером 426×34×10500±250 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из титанового сплава Gr 29, включающий отливку слитков в вакуумно-дуговых печах, ковку и обточку слитков в заготовки размером 585×1900±25 мм, сверление центрального отверстия диаметром 90±5 мм, шоопирование Al₂O₃, нагрев в методических печах до температуры 1150-1180°C со скоростью 2,8-3,2°C в мин с кантовкой через 18-20 мин на угол α=(190±10)°, выдержку при температуре пластичности на 4-3 окнах первой зоны печи в течение 25-30 мин, кантовку заготовок с 3-го окна на яму печи, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 585хвн.390×3300-3390 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в передельные трубы размером 426×34×10500±250 мм, отрезку от труб пилой горячей резки технологических отходов и правку передельных труб с температурой прокатного нагрева на шестивалковой правильной машине в два-три прохода до кривизны не более 6 мм на длину трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед прошивкой в центральное отверстие заготовок с двух сторон задают смазку в виде смеси графита с поваренной солью массой по 300-400 г, причем продувку гильз не производят.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку гильз на пилигримовом стане при установившемся процессе производят с подачей гильз в очаг деформации m_y=25-30 мм, вытяжкой µ=3,56-3,58 и посадом по диаметру Δ=27,2%.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что подачу гильз m_i в очаг деформации и угол кантовки α_i при затравке увеличивают дискретно, значение подачи гильз в очаг деформации определяют из выражения:
$$m_i=m_{н}+\frac{m_y-m_{н}}{n}$$ ,
где m_н=5-10 - величина подачи гильзы в очаг деформации пилигримового стана в начале прокатки-затравки, мм,
m_y=25-30 - величина подачи гильз в очаг деформации при установившемся процессе прокатки, мм,
n - количество подач от начала затравки до установившегося процесса прокатки, шт.,
а значение угла кантовки при затравке определяют из выражения:
$${\alpha }_i=\frac{{\alpha }_y}{n}$$ ,
где α_y=90±10 - угол кантовки гильз при установившемся процессе прокатки, град.