СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ БЕСШОВНЫХ ТРУБ И ЖАРОПРОЧНАЯ БЕСШОВНАЯ ТРУБА, ИЗГОТОВЛЕННАЯ ЭТИМ СПОСОБОМ Российский патент 2015 года по МПК B21B21/00 B23B35/00 

Изобретение относится к области механической обработки металлов, в частности к прокатке металлов в особых условиях, к трубному производству, и используется для изготовления холоднодеформированных бесшовных труб, применяемых в авиационной и космической промышленности.

Из уровня техники известен (RU 2470725 C1, B21B 21/00, 03.06.2011, /1/) способ производства передельных труб из сплошных слитков-заготовок для изготовления шестигранных труб-заготовок. Способ включает отливку электрошлаковым переплавом слитков из низкопластичной стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%, обточку наружной поверхности слитков электрошлакового переплава до удаления дефектов литейного происхождения с получением слитков-заготовок, в которых сверлят сквозное центральное отверстие, нагревают их до температуры 1040-1060°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы. Гильзы прокатывают на пилигримовом стане в трубы-плети, далее отрезают технологические отходы, оставляя концы труб длиной 500-600 мм со стороны затравки и пилигримовой головки, правят трубы-плети на шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева, разрезают на передельные трубы кратной длины и остаток. Остаток растачивают и обтачивают в цилиндрические трубы-заготовки для профилирования в шестигранные трубы-заготовки. Недостатком данного способа является относительно низкое качество продукции, наличие прижогов и трещин.

Также из уровня техники известен RU (2454286 C2, B21B 19/04, 27.06.2012, /2/) способ производства бесшовных горячедеформированных котельных и паропроводных труб из жаропрочной стали марки 10Х9К3В2МФБР-Ш. Способ включает выплавку передельных трубных заготовок способом электрошлакового переплава в виде сплошных слитков, их механическую обработку, сверление центрального отверстия, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, при этом слитки-заготовки садят в методическую печь в два ряда, равномерно нагревают до заданной температуры с кантовкой и выдерживают при этой температуре с равномерной кантовкой с восьмого по четвертое окно, с четвертого окна кантуют на яму печи и выдают с заданной температурой из печи на прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы на оправках, диаметр которых выбирают в зависимости от геометрических размеров гильз, прокатку гильз на пилигримовых станах в трубы, при этом осуществляют равномерный нагрев слитков до температуры 1160-1180°C со скоростью 3,2-3,3°C/мин с кантовкой и выдерживают при этой температуре в течение 60-80 мин, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы на оправках с посадом по диаметру Δ=6,7% и вытяжками µ от 1,43 до 1,57, а прокатку гильз ведут с обжатием по диаметру Δ=41,0% и вытяжками µ от 4,36 до 7,66. Обеспечивается производство труб с механическими свойствами, превышающими требования существующих технических условий, снижение расходного коэффициента металла при переделе слитка-заготовки ЭШП - котельная труба, а следовательно, снижение стоимости котельных труб из данной марки стали.

Недостатком данного способа является относительно низкое качество продукции, наличие трещин, раковин.

Наиболее близким аналогом является (RU 2322314 C2, B21B 19/04, 20.04.2008, /3/) способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава и непрерывно-литой заготовки, и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, имеющих в своем составе станы поперечно-винтовой прокатки. Способ включает выплавку слитков электрошлаковым переплавом и заготовок на установках непрерывной разливки стали марок 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2 с последующей обточкой и сверлением центрального отверстия, нагрев слитков и заготовок до температуры пластичности в зависимости от марки стали, прошивку их в станах косой прокатки с деформацией металла с посадом по диаметру, равным 8-16%, прокатку на пилигримовых станах с вытяжками, значения которых зависят от диаметра и толщины стенки, при этом слитки электрошлакового переплава и непрерывно-литые заготовки прошивают в станах косой прокатки с посадом по диаметру в зависимости от марки стали и суммарной вытяжки при переделе слиток электрошлакового переплава - труба или непрерывно-литая заготовка - труба, значения величин посада по диаметру слитков электрошлакового переплава и непрерывно-литых заготовок при прошивке в станах косой прокатки определяют из выражений:

Δ_{i эшп}=K_{i эшп}/µ_iΣ,

Δ_{i нлз}=K_{i нлз}/µ_iΣ.

Недостатком вышеуказанного изобретения /3/ является невозможность обеспечить необходимую деформацию слитка, позволяющую получить механические свойства, структуру и плотность металла труб, которые получаются при производстве их из кованой заготовки. Прошивка слитков усадочной (головной) частью вперед приводит к образованию дефектов в виде внутренних плен на передних концах гильз, кроме того, на наружной и внутренней поверхности труб возникают трещины.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является повышение качества изделия, повышение его механических свойств, предотвращение возникновения трещин, плен, закатов, раковин, включений и прижогов при производстве.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе изготовления холоднодеформированных бесшовных труб производят выплавку сплава ХН77ТЮР-ВД в открытых дуговых печах, при температуре 1470-1520°С для получения расходуемого электрода, после производят вакуумно-дуговой переплав расходуемого электрода в ВДП печах для получения ВД-слитка, после чего производят горячую деформацию ВД-слитка на прессе с предварительным нагревом в кольцевой нагревательной печи для получения трубной заготовки, далее обтачивают трубную заготовку на токарно-винторезном станке, просверливают внутреннее отверстие по всей длине трубной заготовки, тем самым осуществляют изготовление гильзы из трубной заготовки, при этом частота вращения сверла 160-200 об/мин, продольная подача сверла 6-16 мм/мин, после чего производят прокатку полученной гильзы, по меньшей мере, в два перехода на стане холодной прокатки труб /4/.

В развитии изобретения расходуемый электрод диаметром 310 мм переправляют в слиток диаметром 380 мм, горячую деформацию слитка производят на горизонтальном прессе с усилием 6300 тс в трубную заготовку диаметром 120 мм, сверление внутреннего отверстия диаметром 78 мм осуществляют при частоте вращения заготовки 125 об/мин и производят вывод сверла через каждые 150 мм.

В развитии изобретения трубы изготавливают на стане холодной прокатки типа ХПТР 60-120.

В развитии изобретения трубы после прокатки полученной гильзы проводят контрольно-сдаточные испытания труб.

Жаропрочная бесшовная труба, изготовленная вышеупомянутым способом /4/, характеризуется тем, что она выполнена из сплава ХН77ТЮР-ВД, со следующим содержанием химических элементов, мас. %: никель - основа; хром - 19-22; титан - 2,4-2,8; алюминий - 0,6-1,0; кремний - 0,1-0,6; железо - 0,1-1,0; марганец - 0,1-0,4.

Жаропрочная бесшовная труба в развитии изобретения может иметь размер ⌀80×5 мм.

Жаропрочная бесшовная труба в развитии изобретения имеет шероховатость поверхности R_a≤2,5 мкм.

Заявитель особо отмечает, что основным отличием предложенного заявителем объекта от представленного аналога /3/ является то, что в предложенном техническом решении охарактеризовано изготовление бесшовной трубы высокого качества из сплава ХН77ТЮР-ВД холоднодеформированным способом. Получение внутренней полости трубы обеспечивается просверливанием внутреннего отверстия по всей длине гильзы из определенного сплава, который получен определенным образом при иных, особых технологических режимах. Что обеспечивает в свою очередь достижение заявленного технического результата.

Данная технология исключает операции, при которых возможно травмирование наружной и внутренней поверхностей, присущие традиционной технологии производства труб. Исключаются операции прошивки трубной заготовки и горячего прессования гильзы, при которых, особенно на сплаве ХН77ТЮР-ВД, имеющем узкий интервал горячей деформации, образуются трещины на наружной и внутренней поверхности. Исключаются операции межоперационной и финишной термообработки в открытых печах с последующими операциями травления, которые приводят к обезлегированию поверхности, ухудшению качества поверхности из-за неравномерности вытравливания окалины.

Отличительной особенностью технологии изготовления труб повышенного качества является использование в качестве исходной заготовки для холодной прокатки труб гильзы, полученной механической обработкой из горячедеформированной трубной заготовки. Токарная обработка наружной поверхности и глубокое сверление трубной заготовки позволяют исключить поверхностные дефекты в исходной заготовке и резко повысить класс шероховатости: на наружной поверхности - R_a≤1,6, внутренней поверхности - R_a≤0,8. В качестве межоперационной и финишной термообработки используется вакуумная закалка с охлаждением в потоке аргона. Применение вакуумной закалки позволяет получить высокий класс шероховатости труб, сформированной в процессе холодной прокатки.

Пример реализации изобретения.

В способе изготовления холоднодеформированных бесшовных труб производят выплавку расходуемого электрода размером ⌀310 мм из сплава ХН77ТЮР-ВД в ОД-печах при температуре 1500°С. Затем осуществляют вакуумно-дуговой переплав расходуемого электрода ⌀310 мм в ВДП печах типа СПЦ-6 для получения ВД-слитка размером ⌀380 мм. После чего производят горячую деформацию ВД-слитка размером ⌀380 мм на горизонтальном прессе 6300 тс с предварительным нагревом в кольцевой нагревательной печи для получения трубной заготовки ⌀120 мм. При соответствии ее требуемым параметрам, приступают к технологической операции изготовления из трубной заготовки размером ⌀120 мм гильзы размером ⌀108×15 мм. Для этого трубную заготовку ⌀120 мм обтачивают внешней кольцевой обточкой на размер ⌀ 108 мм, далее на токарно-винторезном станке мод. 165 просверливают внутреннее отверстие диаметром ⌀78 мм по всей длине трубной заготовки. При этом частота вращения сверла 200 об/мин, продольная подача сверла 6 мм/мин и через каждые 150 мм производится вывод сверла. После завершения операции просверливания производят прокатку (вытягивание) полученной гильзы размером ⌀108×15 мм в несколько переходов на стане холодной прокатки труб типа ХПТР 60-120 с размером 80×5 мм. В результате выполнения технологических операций, в описанной последовательности, осуществляется изготовление холоднодеформированной трубы размером ⌀80×5 мм из сплава или ХН77ТЮР-ВД 151.

Жаропрочная бесшовная труба, изготовленная способом /5/, характеризуется тем, что представляет собой полый профиль постоянного сечения 80×5 мм, а шероховатость поверхности трубы R_a≤2,5 мкм, труба состоит из сплава ХН77ТЮР-ВД, содержащего следующие химические элементы, мас. %: никель - основа; хром - 20; титан - 2,7; алюминий - 0,9; железо - 0,9; кремний - 0,3; марганец - 0,2.

Таким образом, заявленное изобретения обеспечивает повышение качества изделия, повышение его механических свойств, полное отсутствие трещин, плен, закатов, раковин, включений и прижогов при производстве.

Изобретение относится к прокатному производству. В открытых дуговых печах производят выплавку сплава ХН77ТЮР-ВД при температуре 1470-1520°C для получения расходуемого электрода. Производят вакуумно-дуговой переплав расходуемого электрода в ВДП печах для получения ВД-слитка и осуществляют горячую деформацию ВД-слитка на прессе с предварительным нагревом в кольцевой нагревательной печи для получения трубной заготовки. Трубную заготовку обтачивают, просверливают внутреннее отверстие с частотой вращения сверла 160-200 об/мин и продольной подачей сверла 6-16 мм/мин. Производят прокатку полученной гильзы, по меньшей мере, в два перехода на стане холодной прокатки труб. Жаропрочная бесшовная труба получена из сплава ХН77ТЮР-ВД, содержащего следующие химические элементы, мас.%: хром - 20; титан - 2,7; алюминий - 0,9; железо - 0,9; кремний - 0,3; марганец - 0,2; никель - основа. Обеспечивается повышение качества механических свойств трубы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления холоднодеформированных бесшовных труб, характеризующийся тем, что производят выплавку сплава ХН77ТЮР-ВД в открытых дуговых печах при температуре 1470-1520°C для получения расходуемого электрода, после производят вакуумно-дуговой переплав расходуемого электрода в ВДП печах для получения ВД-слитка, после чего производят горячую деформацию ВД-слитка на прессе с предварительным нагревом в кольцевой нагревательной печи для получения трубной заготовки, далее обтачивают трубную заготовку на токарно-винторезном станке, просверливают внутреннее отверстие по всей длине трубной заготовки с получением гильзы, при этом частота вращения сверла 160-200 об/мин, продольная подача сверла 6-16 мм/мин, а затем производят прокатку полученной гильзы, по меньшей мере, в два перехода на стане холодной прокатки труб.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расходуемый электрод диаметром 310 мм переправляют в слиток диаметром 380 мм, горячую деформацию слитка производят на горизонтальном прессе с усилием 6300 тс в трубную заготовку диаметром 120 мм, сверление внутреннего отверстия диаметром 78 мм осуществляют при частоте вращения заготовки 125 об/мин и производят вывод сверла через каждые 150 мм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что трубы изготавливают на стане холодной прокатки типа ХПТР 60-120.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после прокатки полученной гильзы проводят контрольно-сдаточные испытания изготовленных труб.

5. Бесшовная труба, отличающаяся тем, что она изготовлена способом по п. 1 из жаропрочного никелевого сплава с содержанием элементов, мас. %: хром - 20; титан - 2,7; алюминий - 0,9; железо - 0,9; кремний - 0,3; марганец - 0,2; никель - основа.

6. Труба по п. 5, отличающаяся тем, что имеет размер ⌀80×5 мм.

7. Труба по п. 5, отличающаяся тем, что шероховатость поверхности R_a≤2,5 мкм.