СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ Российский патент 2014 года по МПК B21B17/02 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу производства бесшовных труб из нагретых сплошных металлических заготовок, в частности, с использованием стана поперечно-винтовой прокатки, при выполнении которого заготовку подают при помощи валков, расположенных под углом, и прокатывают с использованием внутреннего инструмента, состоящего из оправки, установленной на прошивном стержне с возможностью снятия, если это необходимо.

Во время прокатки прошивной стержень удерживается внутри заготовки, на которую давит оправка, с того конца заготовки, который обращен в направлении от этой оправки. Сплошная и практически круглая металлическая заготовка, нагреваемая теплом прокатки, прошивается и растягивается в ходе последующего процесса с получением бесшовной трубы. Отверстие возникает за счет того, что круглая заготовка подается при помощи валков, расположенных под углом, и прокатывается на оправке. Таким образом, назначением оправки является прошивка центральной зоны заготовки, обеспечение гладкости внутренней поверхности возникшей полой заготовки и доведение толщины ее стенки до требуемой величины.

Такой способ, а также устройство для выполнения этого способа известны, например, из документа DE 19604969 С2. В этом документе, в частности, рассмотрены износ формирующих инструментов, необходимость их охлаждения, а также влияние охладителя на прокат как таковой.

Когда нагретая металлическая заготовка контактирует с атмосферным кислородом или кислородом из других источников, например таких, как охлаждающая вода, на внутренней поверхности полой заготовки образуется окалина, которую в идеале необходимо удалять перед последующим формообразованием, но не позднее, чем во время этого формообразования, чтобы предотвратить возникновение поверхностных дефектов на внутренней стороне получаемой в результате бесшовной трубы, также ее необходимо удалять на этапах деформирования, выполняемых после первичного процесса формообразования, если это необходимо.

После получения полой заготовки и перед последующим превращением полой заготовки в бесшовную трубу, путем выполнения соответствующего способа в типичном случае предлагается сдувать уже отслоившуюся окалину при помощи азота или воздуха и вводить после этого порошки, содержащие борат, например такие, как боракс. Большей частью боракс плавится на поверхности полой заготовки, обеспечивает отслаивание окалины в такой степени, что ее надежным образом можно выдуть из внутреннего пространства полой заготовки, и переводит окалину в жидкое состояние. Введение порошков, содержащих борат, занимает от 4 до 10 секунд. И, наконец, удаление (если это будет необходимым) окалины, которая размягчена, переведена в жидкое состояние и отслоена с использованием порошка, содержащего борат, требует дополнительно от 1 до 8 секунд.

Таким образом, существующие способы не только приводят к нежелательному замедлению процесса производства в целом, но также и к значительному выбросу боракса в окружающую среду, в том числе за счет его выгорания, из-за использования, как правило, приблизительно 2 кг боракса на тонну проката. И, наконец, при выполнении данного этапа способа, который до сих пор требовался, кроме того, нежелательным образом понижается температура полой заготовки.

Чтобы устранить негативное влияние окалины, возникающей в ходе прокатки на прокатном стане, при выполнении технологического процесса после прошивки, в документе JP 63-154207А дополнительно предлагается вводить смазку, состоящую из графита, в зону между оправкой, установленной на удлинительном стержне, и внутренней поверхностью полой заготовки. Однако это не позволяет в значительной степени предотвратить образование окалины.

Сущность изобретения

Таким образом, учитывая рассмотренный выше уровень техники, задачей настоящего изобретения являлось создание способа производства бесшовных труб, позволяющего надежным образом устранить известные недостатки существующего уровня техники. Согласно настоящему изобретению эта задача достигается за счет способа, содержащего признаки, указанные в пункте 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации изобретения указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

В основе настоящего изобретения лежит осознание того, что образование окалины на внутренней поверхности полой заготовки и, если это необходимо, также на внутренней стороне бесшовной трубы, которую впоследствии получают из полой заготовки, можно надежным образом предотвратить за счет покрывающего материала (так называемого "средства для обработки внутренней поверхности тела прошиваемой заготовки" или, коротко, "средства"), который наносят на внутреннюю сторону полой заготовки еще в процессе ее получения из сплошной металлической заготовки при помощи оправки и в течение всего процесса прошивки в целом.

За счет, в предпочтительном случае, полного покрывания внутренней поверхности полой заготовки можно если не полностью предотвратить, то хотя бы существенно замедлить образование окалины. Согласно настоящему изобретению это позволяет полностью исключить этап отслаивания окалины и удаление окалины с полученной полой заготовки (если это необходимо), но качество внутренней поверхности полой заготовки при этом не ухудшается.

Дополнительно можно ограничить до минимума и полностью исключить, если это необходимо, использование веществ, содержащих борат, и их выброс в окружающую среду. При использовании боракса в качестве компонента покрывающего материала расход материала и также, как следствие, его выброс в окружающую среду составляют всего лишь 10-20% по сравнению с рассмотренными выше стандартными способами из-за того, что требуемые количества существенно ниже.

Таким образом, настоящее изобретение позволяет надежным образом предотвратить контакт внутренней стороны полой заготовки с кислородом, в частности атмосферным. При этом в случае особенно выгодной модификации способа, соответствующего настоящему изобретению, для вытеснения воздуха, находящегося внутри полой заготовки и/или бесшовной трубы, используют инертный газ, предпочтительно азот. Это можно реализовать, например, путем подачи инертного газа внутрь полой заготовки вместе с покрывающим материалом и через те же магистрали и отверстия.

При этом также предпочтительным является вариант способа, соответствующего настоящему изобретению, в котором инертный газ, предпочтительно азот, подают через отдельные магистрали и отверстия, что позволяет разделить источник азота и источник покрывающего материала.

И, наконец, также предпочтительным является вариант, в котором инертный газ, предпочтительно азот, подают вместе с покрывающим материалом, а также азот дополнительно подают в любое место внутри полой заготовки, если это необходимо, через отдельные магистрали и/или отдельные отверстия.

Предпочтительно наносить покрывающий материал на внутреннюю сторону полой заготовки, по меньшей мере, почти сразу после освобождения этой внутренней стороны от оправки. Таким образом, принцип настоящего изобретения также предусматривает способы, в которых покрывающий материал, благодаря форме оправки, заблаговременно вводится между оправкой и полой заготовкой, еще перед отходом внутренней поверхности полой заготовки от оправки, что способствует перемещению заготовки по оправке. За счет этого можно полностью предотвратить контакт кислорода с внутренней стороной полой заготовки.

При этом также предпочтительным является способ, в котором покрывающий материал наносится только после освобождения внутренней стороны полой заготовки от оправки. Само собой разумеется, что нанесение покрывающего материала в таком случае должно происходить как можно быстрее, чтобы до минимума, который считается приемлемым, ограничить образование окалины.

При нанесении покрывающего материала указанным выше образом предпочтительно, если отверстия в оправке и/или самом прошивном стержне расположены таким образом, чтобы через них можно было наносить покрывающий материал на внутреннюю сторону полой заготовки. Таким образом, особенно предпочтительно, если имеется множество отверстий, созданных по периферии инструмента, предпочтительно на равном расстоянии друг от друга, чтобы за счет этого обеспечить полное и предпочтительно равномерное распределение покрывающего материала по внутренней поверхности полой заготовки при одновременном вращении оправки и/или прошивного стержня относительно полой заготовки.

К самому покрывающему материалу должно предъявляться только небольшое число минимальных требований. Должно быть обеспечено, чтобы после контакта с внутренней стороной полой заготовки этот покрывающий материал сцеплялся с ней, по меньшей мере, в такой степени, что будет возникать покрытие, при помощи которого, по меньшей мере, существенно можно снизить образование окалины, предпочтительно, по меньшей мере, на 50%, более предпочтительно, по меньшей мере, на 80% по сравнению с рассмотренными выше стандартными способами. С этой целью в настоящее время считается выгодным создание сплошной пленки покрытия, имеющей минимальную толщину, по меньшей мере, 1 мкм.

Особенно предпочтительным является способ, в котором покрывающий материал создает воздухонепроницаемый покрывающий слой на внутренней стороне полой заготовки, а также на внутренней стороне бесшовной трубы. При этом чрезвычайно предпочтительно, если в среднем покрывающий слой на внутренней стороне полой заготовки имеет толщину менее 100 мкм, особенно предпочтительно - менее 10 мкм. За счет этого надежным образом предотвращается контакт внутренней стороны полой заготовки с атмосферным кислородом, который может присутствовать, либо другим кислородом, поступающим на этапах процесса.

В предпочтительном варианте способа, соответствующего настоящему изобретению, покрывающий материал наносят на внутреннюю сторону полой заготовки в форме порошка при помощи транспортирующего газа. Особенно предпочтительно, чтобы для этого использовались трубопроводы, идущие к отверстиям через прошивной стержень и, возможно, также через оправку, это позволяет надежным образом обеспечить нанесение покрывающего материала на внутреннюю сторону полой заготовки. При этом особенно предпочтительно, если смесь транспортирующего газа и покрывающего материала вводится в магистраль под давлением менее 20 бар, предпочтительно от 1 до 5 бар, это позволяет обеспечить достаточное давление в отверстиях.

Особенно предпочтительно, если размер зерна, по меньшей мере, 90% порошка составляет менее 840 мкм, предпочтительно менее 250 мкм и более предпочтительно от 30 до 50 мкм. За счет этого исключается опасность засорения трубок или отверстий подачи внутри прошивного стержня или оправки, и сплошная пленка покрытия, содержащая зерна таких размеров, создается особенно выгодным образом.

Однако в альтернативном и также предпочтительном варианте способа, соответствующего настоящему изобретению, нанесение покрывающего материала происходит в жидкой форме, предпочтительно в виде порошка, растворенного в воде и/или смешанного с водой. Это позволяет обеспечить чрезвычайно простую подачу покрывающего материала на внутреннюю сторону полой заготовки через прошивной стержень и оправку. Кроме того, жидкая форма подачи покрывающего материала также позволяет создавать пленку покрытия на внутренней стороне полой заготовки особенно выгодным образом.

В особенно предпочтительном случае этого альтернативного варианта способа, соответствующего настоящему изобретению, объемная доля жидкости, предпочтительно воды, в смеси или растворе составляет 60-90%. Кроме того, особенно предпочтительно, если покрывающий материал через магистрали подают в жидкой форме под давлением 5-50 бар, более предпочтительно 10-25 бар.

При условии, что он должен содержать боракс, покрывающий материал состоит либо из смеси боракса и триполифосфата натрия (NaTTP), предпочтительно вместе с мылом и/или слюдой, либо из боракса и сульфатов натрия, предпочтительно с добавлением графита. Отдельные предпочтительные доли соответствующих компонентов, в каждом случае - в процентах по весу, указаны в приведенной ниже таблице 1 вместе с информацией, касающейся эффекта, производимого отдельными компонентами.

Что касается слюды, подразумевается, что это силикаты, в частности слоистые силикаты, имеющие общую химическую формулу DG_2,3[T₄O₁₀]X₂, где D - катионы с координационным числом 12 (K, Na, Ca, Ba, Rb, Cs, NH⁴⁺), G - катионы с координационным числом 6 (Li, Mg, Fe²⁺, Mn, Zn, Al, Fe³⁺, Cr, V, Ti), T - катионы с координационным числом 4 (Si, Al, Fe³⁺, B, Be) и X - анионы (OH^-, F^-, Cl^-, O^2-, S^2-).

Согласно настоящему изобретению в качестве основных компонентов предпочтительны слюда, содержащая натрий и/или калий, а также кальций и/или барий и кремний, и/или алюминий, и/или железо, и/или титан.

Таблица 1 № Компонент Доля в смеси, % Назначение 1 Мыло 0-10 Смачивание Боракс 52-80 Отслаивание окалины NaTTP 20-40 Отслаивание окалины + покрывание поверхности Слюда 0-20 Смазывание 2 Графит 0-35 Смазывание Боракс 25-65 Отслаивание окалины Сульфаты натрия 20-60 Смачивание + покрывание поверхности

При этом в случае, если покрывающий материал должен быть полностью свободен от бората, что является особенно предпочтительным, смесь для покрывающего материала состоит, по существу, из триполифосфата натрия (NaTTP) и N-метафосфата натрия, предпочтительно вещества Phoskadent M®, в котором основным компонентом является диметафосфат натрия, к ним также в особенно выгодном варианте добавлен графит. Отдельные доли каждого компонента в процентах по весу указаны в приведенной ниже таблице 2 вместе с эффектом, производимым отдельными компонентами.

Таблица 2 Компонент Доля в смеси, % Назначение Графит 0-10 Смазывание NaTTP 20-50 Отслаивание окалины + покрывание поверхности Phoskadent M® 10-56 Отслаивание окалины + покрывание поверхности

Из этого можно видеть, что покрывающий материал, соответствующий настоящему изобретению, не обязательно должен производить смазывающий эффект, даже если, по сути, это может считаться выгодным. В частности, смазывающий эффект пленки покрытия, имеющей подходящий состав, может оказаться полезным на последующих этапах процесса, в особенности при получении бесшовной трубы из полой заготовки.

Способ, при котором пленка покрытия остается на полой заготовке после ее нанесения во время получения такой заготовки, надежным образом предотвращает появление окалины в течение всего процесса производства бесшовных труб.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение подробно будет описано ниже со ссылкой на фиг.1.

На фиг.1 схематично показано устройство для подачи азота и покрывающего материала через прошивной стержень. Покрывающий материал наносят при помощи системы нанесения, работающей под управлением программируемого логического контроллера (PLC, Programmable Logic Controller), с использованием регулируемого дозирующего устройства с регулируемой подачей.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 схематично показан прошивной стан, в котором полую заготовку 3 перемещают между верхним валком 1, расположенным под углом, и нижним валком 2, расположенным под углом, по оправке 4, установленной на прошивном стержне 5 с возможностью снятия. В результате получение полой заготовки 3 из сплошной металлической заготовки, как показано на чертеже, происходит в направлении слева направо, при этом тело 3а полой заготовки в процессе получения отходит от оправки 4 с возникновением воздушного зазора между прошивным стержнем 5 и внутренней стороной 6 полой заготовки. Согласно настоящему изобретению подача покрывающего материала происходит от бункера 9, содержащего покрывающий материал, через дозирующее устройство 10 и линию 8 для подачи покрывающего материал, через прошивной стержень и, если необходимо, оправку к внутренней стороне 6 полой заготовки, чтобы за счет этого полностью покрыть эту внутреннюю сторону 6 полой заготовки. Порошковый покрывающий материал контролируемым образом наносят на внутреннюю сторону 6 полой заготовки вместе с азотом под давлением 1-5 бар через линию 8 подачи и прошивной стержень 5. Атмосферный кислород с легкостью почти полностью вытесняется из полой заготовки 3 за счет избытка азота, который не реагирует с металлом полой заготовки 3, нагретым до красного каления, и который введен туда через прошивной стержень 5 и по внутренней стороне 6 полой заготовки. Если это необходимо, внутрь полой заготовки 3 дополнительный азот можно вводить через дополнительные линии подачи (не изображены).

Изобретение относится к способу производства бесшовных труб из нагретых сплошных металлических заготовок при помощи оправки (4), установленной на прошивном стержне (5). Способ включает нанесение покрытия на внутреннюю сторону формуемой полой заготовки. Улучшение качества внутренней поверхности труб обеспечивается за счет того, что покрывающий материал наносят на внутреннюю сторону формуемой полой заготовки в процессе прошивки посредством прошивного стержня, при этом создают воздухонепроницаемый слой на внутренней стороне полой заготовки и бесшовной трубы. Толщина слоя менее 100 мкм, предпочтительно менее 10 мкм. 13 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ производства бесшовных труб из нагретых сплошных металлических заготовок посредством оправки, установленной на прошивном стержне, включающий нанесение в процессе прошивки покрывающего материала на внутреннюю сторону формуемой полой заготовки посредством прошивного стержня и создание воздухонепроницаемого слоя на внутренней стороне полой заготовки и бесшовной трубы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрывающий материал наносят на внутреннюю сторону полой заготовки, по меньшей мере, почти сразу после освобождения внутренней стороны полой заготовки от оправки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрывающий материал наносят на внутреннюю сторону полой заготовки через отверстия, расположенные в оправке и/или прошивном стержне.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрывающий материал создает предпочтительно воздухонепроницаемый покрывающий слой на внутренней стороне полой заготовки и на внутренней стороне бесшовной трубы.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что покрывающий слой на внутренней стороне полой заготовки в среднем имеет толщину менее 100 мкм, предпочтительно менее 10 мкм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе формования в полую заготовку и предпочтительно также в бесшовную трубу направляют инертный газ, предпочтительно азот.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрывающий материал наносят на внутреннюю сторону полой заготовки в форме порошка при помощи транспортирующего газа, предпочтительно азота.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что транспортирующий газ используют под давлением менее 20 бар, предпочтительно от 1 до 5 бар.

9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что размер зерна, по меньшей мере, 90% порошка составляет менее 840 мкм, предпочтительно менее 250 мкм, в частности от 30 до 50 мкм.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрывающий материал наносят на внутреннюю сторону полой заготовки в жидкой форме, предпочтительно в виде порошка, растворенного в воде или смешанного с водой.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что объемная доля жидкости, предпочтительно воды, составляет 60-90% смеси или раствора.

12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что покрывающий материал подают в жидкой форме под давлением от 3 до 40 бар, предпочтительно от 5 до 20 бар.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрывающий материал представляет собой смесь (а) боракса и триполифосфата натрия (NaTTP), предпочтительно вместе с мылом и/или слюдой, или смесь (b) боракса и сульфатов натрия, предпочтительно вместе с графитом.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что покрывающий материал представляет собой смесь триполифосфата натрия (NaTTP) и N-метафосфата натрия, которая предпочтительно не содержит бората, предпочтительно вместе с графитом.