СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНЫХ ТОВАРНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 219х9х11700-12800 ММ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ ПТ-1М И ПТ-7М Российский патент 2017 года по МПК B21B19/04 B21B21/00 C22F1/16 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства товарных труб размером 219×9×11700-12800 из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М.

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 в слитках и заготовках сквозного центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков и заготовок в муфелях в методических печах до температуры 1155-1180°C, прошивку их в гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки и прокатку в передельные трубы на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами с припуском под механическую обработку по стенке от 18,5 до 22,0 мм.

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, 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 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 D_m/S_m.

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 D_m/S_m.

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.

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 минуту с кантовкой через 14-18 мин на угол α=(180±30)°, кантовку слитков и заготовок на яму печи с 3-го окна первой зоны, 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. C21D 1/34, В21В 21/00, C22F 1/00, бюл. №34, 2007).

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 ВТ14 размером 650×100×1750 и 585×100×1740 мм и не решает всех технологических параметров нагрева заготовок размером 500±5×90±5×1750±25 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М.

В трубном производстве известен 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°С плавное снижение до 25 мм, а обкатку пилигримовых головок с подачей не более 20 мм, увеличение при установившемся процесс прокати подачи на пилигримовом стане, величина которой определяется из выражения m=m_уст+(t_нач-t_крит)K, а при достижении температуры гильз-труб 850°C 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, °C; t_крит=850 - критическая температура гильзы-трубы, при которой плавное снижение величины подачи гильз-труб, °C; 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°C; 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 снижение температуры путем 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 труб извлечение дорнов и охлаждение их на воздухе при перекатывании 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 головок и передачу передельных труб с температурой прокатного нагрева на правильную машину для правки (патент РФ №2315672, кл. В21В 21/00, бюл. №3).

Недостатком данного способа является то, что он направлен на прокатку передельных труб размером 492×48 мм 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≥12,0 длинномерных передельных труб из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М.

В трубном производстве известен также способ производства передельных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из слитков и заготовок сплавов на основе титана, включающий отливку слитков в вакуумно-дуговых печах с последующей ковкой их в заготовки, сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев слитков и заготовок в муфелях до температуры пластичности, прошивку их в гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки, прокатку передельных труб на пилигримовом стане, для последующей переработки в товарные механической обработкой или перекаткой на станах ХПТ по однопроходному маршруту с припуском по стенке ΔS_м, а передельных труб под холодный передел по многопроходным маршрутам с припуском по стенке ΔS_х, где ΔS_м=16-20 - припуск по толщине стенки при переделе передельных труб в товарные механической обработкой или перекаткой на станах ХПТ по однопроходному маршруту, большие значения которого принимают для товарных труб с большим отношением D_m/S_m, мм; ΔS_x=8-12 - припуск по толщине стенки при переделе передельных труб в товарные перекаткой на станах ХПТ по многопроходным маршрутам, большие значения которого принимают для товарных труб с большим отношением D_m/S_m, мм; D_m - номинальный наружный диаметр товарных труб, мм; S_m - номинальная толщина стенки товарных труб, мм, соотношение между припусками под механическую обработку наружных и внутренних слоев принимают равным ΔS_мн/ΔS_мв=ΔS_хн/ΔS_хв=0,7-0,95, где меньшие значения ΔS_н/ΔS_в принимают для товарных труб с большим отношением D_m/S_m; ΔS_мн - припуск по толщине стенки с наружной поверхности при переделе передельных труб в товарные механической обработкой или перекаткой на станах ХПТ по однопроходному маршруту, мм; ΔS_мв - припуска по толщине стенки с внутренней поверхности при переделе передельных труб в товарные механической обработкой или перекаткой на станах ХПТ по однопроходному маршруту, мм, ΔS_хн - припуск по толщине стенки с наружной поверхности при переделе передельных труб в товарные перекаткой на станах ХПТ по многопроходным маршрутам, мм; ΔS_хв - припуск по толщине стенки с внутренней поверхности при переделе передельных труб в товарные перекаткой на станах ХПТ по многопроходным маршрутам, мм (патент РФ №2311240, кл. В21В 21/00, бюл. №33, 2007).

Недостатком данного способа является то, что он распространяется на механическую обработку передельных труб в товарные кратной длины, т.е. относительно малых длин и не решает технологические вопросы производства передельных труб размером 338×28×10300-11000 мм из сплавов ТП-1М и ПТ-7М.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ производства передельных труб размером 426×34×10500±250 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами из заготовок 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±5,0 мм, шоопирование Аl₂О₃, 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=(180±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 585×вн.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, задачу смазки перед прошивкой в центральное сверление заготовок с двух сторон в виде смеси графита с поваренной солью массой по 300-400 грамм, прокатку гильз на пилигримовом стане при установившемся процессе с подачей гильз в очаг деформации m_у=25-30 мм, вытяжкой μ=3,56-3,58 и посадом по диаметру Δ=27,2%, дискретное увеличение подачи гильз в очаг деформации и угла кантовки при затравке, определение значений подачи гильз в очаг деформации пилигримового стана в начале прокатки - затравки, мм; m_у=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., определение значений угла кантовки при затравке из выражения: , где α_у=90±10 - угол кантовки гильз-труб при установившемся процессе прокатки, град, (патент РФ №2523404, кл. В21В 21/00, бюл. №20, 20.07.2014).

Одним из основных недостатков прототипа является то, что он направлен на разработку технологического процесса производства передельных труб размером 426×34×10500±250 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами из заготовок титанового сплава Gr 29 и не решает технологические вопросы производства передельных труб размером 338×28×10300-11000 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами из титановых сплавов ТП-1М и ПТ-7М, механической обработки - расточки и обточки их в передельные трубы-заготовки размером 315×15×5150-5600 мм и передела (переката) их на станах ХПТ в товарные трубы размером 219×9 мм.

Задачей предложенного способа является освоение производства холоднокатаных труб размером 219×9×11700-12800 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М из заготовки размером 500±5×90±5×1750±25 мм с использованием технологии прошивки в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатки гильз на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами в передельные горячекатаные трубы, механической обработки в передельные механически обработанные трубы-заготовки и технологии прокатки их на станах ХПТ в товарные трубы размером 219×9×5850-6400 мм, а следовательно, освоение производства нового вида труб из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М.

Технический результат достигается предложенным способом производства холоднокатаных труб размером 219×9×11700-12800 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М, включающем отливку слитков в вакуумно-дуговых печах, ковку слитков в поковки, обточку поковок в заготовки размером 500±5×1750±25 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 90±5 мм, шоопирование Al₂O₃, нагрев в методических печах в муфелях до температуры 1140-1160°C, прошивку заготовок размером 500±5×90±5×1750±25 мм в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с коэффициентом вытяжки μ от 1,39 до 1,46 в гильзы размером 515×вн.315×2400-2590 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибре 351 мм с коэффициентом вытяжки μ=4,78 с подачами гильз в очаг деформации m=18-20 мм, в передельные трубы размером 338×28×10300-11200 мм, отрезку технологических отходов, правку передельных труб с использованием температуры прокатного нагрева на шестивалковой правильной машине в два-три прохода до кривизны не более 6 мм на длину передельной трубы, резку передельной трубы на две трубы равной длины, расточку и обточку горячекатаных передельных труб в трубы-заготовки размером 325×15×5150-5600 мм, прокатку их на станах ХПТ по маршрутам 325×15×5150-5600 --- 273×12×7300-7950 --- 219×9×11700-12800 мм с относительными обжатиями по стенке δ_m=20,0%, δ_1m=25,0% и коэффициентами вытяжки μ_m=1,49 и μ_1m=1,66.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что производят отливку слитков в вакуумно-дуговых печах, ковку слитков в поковки, обточку поковок в заготовки размером 500±5×1750±25 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 90±5 мм, шоопирование Al₂O₃, нагрев в методических печах в муфелях до температуры 1140-1160°C, прошивку заготовок размером 500±5×90±5×1750±25 мм в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с коэффициентом вытяжки μ от 1,39 до 1,46 в гильзы размером 515×вн.315×2400-2590 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибре 351 мм с вытяжкой μ=4,78 с подачей в очаг деформации m=18-20 мм, в передельные трубы размером 338×28×10300-11200 мм, отрезку технологических отходов, правку передельных труб с использованием температуры прокатного нагрева на шести-валковой правильной машине в два-три прохода до кривизны не более 6 мм на длину передельной трубы, резку передельной трубы на две трубы равной длины, расточку и обточку горячекатаных передельных труб в трубы-заготовки размером 325×15×5150-5600 мм, прокатку их на станах ХПТ по маршрутам 325×15×5150-5600 --- 273×12×7300-7950 --- 219×9×11700-12800 мм с относительными обжатиями по стенке δ_m=20,0%, δ_1m=25,0% и коэффициентами вытяжки μ_m=1,49 и μ_1m=1,66. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».

Способ опробован на трубопрокатной установке 8-16'' с пилигримовыми станами и станах ХПТ ОАО «Челябинский трубопрокатный завод». По предлагаемой технологии на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами прокатаны передельные трубы размером 338×28×10300-11200 мм под механическую обработку. В производство были заданы 4 заготовки из сплава ПТ-1М и 4 заготовок из сплава ПТ-7М. Данные по производству холоднокатаных труб размером 219×9 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М на станах ХПТ 450 из труб-заготовок размером 325×15×5150-5600 мм, полученных механической обработкой горячекатаных передельных труб размером 338×28×10300-11200 мм, прокатанных на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами из заготовок размером 500±5×90±5×1750±25 мм, приведены в таблице 1.

Заготовки были нагреты в муфелях до температуры 1150-1160°C, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм в гильзы размером 515×вн.315×2410-2590 мм с вытяжками μ от 1,39 до 1,46 и прокатаны на пилигримовом стане в калибре 351 мм в передельные трубы размером 338×28×10300-11200 мм с коэффициентом вытяжки μ=4,78 и посадом по диаметру Δ=34,0%. От труб пилой горячей резки были удалены технологические отходы - пилигримовые головки и затравочные концы. Передельные трубы с температурой 500-550°C краном поданы на передаточную решетку, по которой переданы на входную сторону правильной машины. Трубы с температурой 300-350°C были выправлена за два-три прохода. Кривизна труб определялась визуально. После охлаждения труб максимальная кривизна труб составила от 5,5 до 6,0 мм. Трубы были порезаны на две трубы равной длины, а затем расточены и обточены в трубы-заготовки размером 325×15×5150-5600 мм. Трубы отправлены на ХПТ для переката по маршрутам 325×15×5150-5600---273×12×7300-7950---219×9×11700-12800 мм с относительными обжатиями по стенке δ_m=20,0%, δ_1m=25,5 и коэффициентами вытяжки μ_m=1,49, μ_1m=1,66. Из двух заготовок сплава ПТ-1М размером 495×90×1725 и 500×90×1750 мм общей массой 2966 кг получено 48 м труб размером 219×9 мм общей массой 1232 кг. Расходный коэффициент сплава составил -2,407. Из двух заготовок сплава ПТ-7М размером 495×90×1725 и 505×85×1775 мм общей массой 3025 кг получено 49 м труб размером 219×9 мм общей массой 1259 кг. Расходный коэффициент сплава составил -2,402. Аналогичная картина получена и при производстве труб из сплава ПТ-7М. Так как данные трубы по предлагаемой технологии ранее не производились, то сравнительные данные не приводятся.

Использование предлагаемого способа производства холоднокатаных труб размером 219×9 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М позволило впервые в мировой практике получить товарные трубы из заготовок размера 500±5×90±5×1750±25 мм прокаткой их на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами в передельные горячекатаные трубы размером 338×28×10300-11200 мм, механической обработкой - расточкой и обточкой их в трубы-заготовки размером 325×15×5150-5600 мм и прокаткой на станах ХПТ 450.

Данные по производству холоднокатаных труб размером 219×9×11700-12800 мм из титановых сплавав ПТ-1М и ПТ-7М

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Способ производства холоднокатаных товарных труб размером 219×9×11700-12800 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М включает отливку слитков в вакуумно-дуговых печах, ковку слитков в поковки, обточку поковок в заготовки размером 500±5×1750±25 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 90±5 мм, шоопирование Al₂O₃, нагрев в методических печах в муфелях до температуры 1140-1160°C, прошивку заготовок размером 500±5×90±5×1750±25 мм в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с коэффициентом вытяжки μ от 1,39 до 1,46 в гильзы размером 515×вн.315×2400-2590 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибре 351 мм с вытяжкой μ=4,78 и подачей в очаг деформации m=18-20 мм, в передельные трубы размером 338×28×10300-11200 мм, отрезку технологических отходов, правку передельных труб, резку передельной трубы на две трубы равной длины, расточку и обточку горячекатаных передельных труб в трубы-заготовки размером 325×15×5150-5600 мм, прокатку их на станах ХПТ по маршрутам 325×15×5150-5600 - 273×12×7300-7950 - 219×9×11700-12800 мм с относительными обжатиями по стенке δ_m=20,0%, δ_1m=25,0% и коэффициентами вытяжки μ_m=1,49 и μ_1m=1,66. 1 табл.

Способ производства холоднокатаных товарных труб размером 219×9×11700-12800 мм из титановых сплавов ПТ-1М и ПТ-7М, включающий отливку слитков в вакуумно-дуговых печах, ковку слитков в поковки, обточку поковок в заготовки размером 500±5×1750±25 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 90±5 мм, шоопирование Al₂O₃, нагрев в методических печах в муфелях до температуры 1140-1160°C, прошивку заготовок размером 500±5×90±5×1750±25 мм в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с коэффициентом вытяжки μ от 1,39 до 1,46 в гильзы размером 515×вн.315×2400-2590 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибре 351 мм с вытяжкой μ=4,78 и подачей в очаг деформации m=18-20 мм, в передельные трубы размером 338×28×10300-11200 мм, отрезку технологических отходов, правку передельных труб с использованием температуры прокатного нагрева на шестивалковой правильной машине в два-три прохода до кривизны не более 6 мм на длину передельной трубы, резку передельной трубы на две трубы равной длины, расточку и обточку горячекатаных передельных труб в трубы-заготовки размером 325×15×5150-5600 мм, прокатку их на станах ХПТ по маршрутам 325×15×5150-5600 - 273×12×7300-7950 - 219×9×11700-12800 мм с относительными обжатиями по стенке δ_m=20,0%, δ_1m=25,0% и коэффициентами вытяжки μ_m=1,49 и μ_1m=1,66.