способ обработки технологического инструмента

Формула изобретения

Способ обработки технологического инструмента для прокатки труб, включающий механическую обработку, металлизацию и термическую обработку, отличающийся тем, что металлизацию рабочей поверхности технологического инструмента проводят нанесением слоя алюминия толщиной 0,2-0,8 мм, а термическую обработку инструмента проводят при нагреве до 900-1050°С и выдержке при этой температуре в течение 3 ч с образованием диффузионного слоя с содержанием алюминия в количестве 5-10%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве технологического инструмента для прокатки труб.

Известен способ обработки технологического инструмента (Р.В.Головкин "Производство горячекатаных труб". - М.: Металлургия, 1984 г., с.207), при котором носки оправок подвергают металлизации проволокой из стали типа 12Н3А.

Известен способ изготовления оправок для винтовой прокатки, при котором производят нанесение покрытия на носок оправки и последующую термическую обработку (а.с. СССР №1487259, В 21 В 25/00, В 23 К 25/00, опубл. 27.08.2002).

Недостатком технологического инструмента, изготовленного этими способами, является обильное налипание окалины на рабочую поверхность оправок, что снижает качество выпускаемой продукции, а также низкая износостойкость оправок.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ обработки технологического инструмента (Ф.А.Данилов "Горячая прокатка труб", М.: Металлургия, 1962 г., с.265), заключающийся в том, что технологический инструмент подвергают черновой и чистовой механической обработке с последующей термообработкой, включающей нагрев до 910-990°С в течение 3-5 часов, выдержку при указанной температуре в течение 1,5 часов и охлаждение на воздухе. После термической обработки производят металлизацию носика оправки с использованием проволоки из стали состава: до 0,2% С; 3,0-3,5% Ni; до 0,4% Mn и до 0,4% Si. Толщина покрытия составляет 1,5-2,0 мм.

Недостатком технологического инструмента является также налипание окалины на рабочую поверхность оправок, в результате чего происходит образование рисок на поверхности готовых изделий, что значительно снижает выход годного, кроме того, износостойкость оправок невысокая.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении износостойкости технологического инструмента и качества поверхности проката.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе обработки технологического инструмента для прокатки труб, включающем механическую обработку, термическую обработку и металлизацию, согласно изобретению после механической обработки проводят металлизацию рабочей поверхности технологического инструмента алюминием, а затем при термической обработке осуществляют образование диффузионного слоя алюминия заданной величины.

Сущность изобретения заключается в том, что после чистовой обработки (шлифовки) технологического инструмента производят металлизацию рабочей поверхности инструмента алюминием: наносят слой алюминия толщиной 0,2-0,8 мм. Для предотвращения его окисления на поверхность инструмента наносят и просушивают обмазку.

После этого производят термическую обработку инструмента, во время которой на его поверхности происходит образование диффузионного слоя алюминия заданной величины, состоящего из окиси алюминия Al₂О₃, интерметаллидных фаз Fe₃ Al, FeAl, FeAl₂, Fe₂Al₅, а также небольшого количества Al (5-10%). Этот слой является одновременно твердым и пластичным. Он повышает жаростойкость и износостойкость наружной поверхности технологического инструмента. Кроме того, благодаря ему происходит гарантированное разделение поверхностей контактного взаимодействия "технологический инструмент - деформируемый металл" в процессе прокатки труб. Поэтому его можно рассматривать в качестве технологической смазки, обеспечивающей режим пластогидродинамического трения, а следовательно, производить прокатку при полном разделении трущихся поверхностей. В результате повышения твердости, при одновременной пластичности, на поверхности технологического инструмента резко снижается налипание металла, что повышает износостойкость технологического инструмента и качество поверхности проката, в том числе и труб.

В зависимости от прокатываемого материала оправки могут использоваться от 1 до 200 проходов, поэтому диффузионный слой должен быть различной толщины. Так при прошивке заготовки из нержавеющей стали инструмент используется 1-2 раза, поэтому достаточно получать диффузионный слой относительно малой величины (толщины). При прокатке углеродистых сталей оправки стоят достаточно долго: 50-200 проходов, и толщина диффузионного слоя должна быть больше. То же самое относится и к линейкам прошивного стана: при прокатке труб из нержавеющей стали стойкость составляет 50-250 проходов; при прокатке труб из углеродистых марок сталей - до 1200 проходов.

Технологический инструмент (оправки и линейки), обработанный предлагаемым способом, был опробован на лабораторном прошивном стане конструкции ЭЗТМ. Производили прошивку заготовки из стали Х18Н10Т диаметром 105 мм на оправке диаметром 60 мм в количестве 10 т при температуре 1170°С. После прошивки получали гильзу 60×20 мм.

Материал оправок - сталь 20ХНЗЛ, материал линеек - сталь 185Х31Н5Л.

На рабочую поверхность технологического инструмента (оправок и линеек) после чистовой обработки (шлифовки) напыляли слой алюминия (0,2-0,8 мм). Для предотвращения окисления на него наносили обмазку следующего состава: серебристый графит - 50%, огнеупорная глина - 20%, кварцевый песок - 30%, жидкое стекло - 10%. Толщина обмазки составляла 0,8-1,5 мм. Обмазку просушивали при температуре 80-100°С.

Термическую обработку инструмента проводили при нагреве до температуры 900-1050°С и выдержке при этой температуре в течение 3 часов. После выдержки инструмент охлаждали на воздухе и освобождали от обмазки. Толщина диффузионного слоя алюминия рабочей поверхности инструмента составила 0,05-0,07 мм.

При нагреве до температуры 1050°С для получения диффузионного слоя с содержанием алюминия 5-10% достаточно 2-2,5 часов, а при нагреве до температуры 900°С необходимо 4,5-5 часов. При этом получение диффузионного слоя заданной величины при нагреве до температуры 1050°С происходит быстрее примерно в 2,5 раза, чем при нагреве до температуры 900°С. Толщина диффузионного слоя алюминия рабочей поверхности инструмента составила также 0,05-0,07 мм.

В процессе эксперимента налипания металла на поверхность инструмента не обнаружено, износостойкость инструмента возросла примерно в 2 раза, поверхность труб (наружная и внутренняя) чистая, без дефектов.

Использование предлагаемого способа обработки технологического инструмента позволит повысить качество внутренней и внешней поверхности выпускаемых труб, точность геометрических размеров и износостойкость технологического инструмента.