способ в.с. юркина производства высокопрочных многослойных металлических труб с прослойками из легкоплавких металлов

Формула изобретения

Способ производства высокопрочных многослойных металлических труб с прослойками из легкоплавких металлов, включающий подачу стальной заготовки из нагревательной камеры после горячей прокатки под прижимные валы, намотку на форматный барабан листа легкоплавкого металла длиной, превышающей длину горячего стального листа, с получением внутреннего защитного слоя обечайки трубы, нанесение на стальной лист листа легкоплавкого металла при температуре стального листа менее температуры плавления легкоплавкого металла, горячее деформирование в процессе совместной формовки посредством давления пресс-валов с получением биметаллических полос, подачу полученных биметаллических полос под прижимные валы форматного барабана с последующей их намоткой для получения обечайки трубы с заданной толщиной стенки, намотку на форматный барабан листа легкоплавкого металла длиной, превышающей длину всех биметаллических полос, с образованием наружного защитного слоя обечайки трубы, сварку биметаллических полос между собой и с внутренним и наружным защитными слоями в готовые обечайки труб под давлением прижимных валов на форматном барабане при его оборотах при температуре плавления легкоплавкого металла и последующее соединение обечаек в трубу, отличающийся тем, что сварку биметаллических полос между собой и с наружным и внутренним защитными слоями в готовые обечайки труб при температуре плавления легкоплавкого металла осуществляют за пять оборотов форматного барабана, а соединение обечаек в трубу осуществляют внутренней и наружной кольцевой сваркой с последующей окончательной стыковкой посредством приварки стальных кольцевых элементов с наружной поверхности обечаек и стыковой сварки стальными электродами и наплавлением на сварной шов легкоплавкого металла.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству металлических труб из тонких высокопрочных листов. Более тонкий стальной лист более прочный, чем толстый монолитный при заданной толщине трубы. По себестоимости многослойная труба будет примерно на 20% дешевле трубы со сплошной стенкой того же диаметра и назначения. Идет поиск технологий, которые бы позволили так соединить между собою тонкие листы, чтобы они не теряли устойчивости в элементах конструкций и в то же время, скрепленные вместе, исключали опасность лавинообразных хрупких разрушений трубоприводов.

Известен способ производства многослойных металлических труб с прослойками из легкоплавких металлов (RU 2068326 C1, B 23 K 20/04, 27.10.1996), при котором из нагревательной камеры после горячей прокатки под прижимные валы подают стальную заготовку, на форматный барабан наматывают лист легкоплавкого металла длиной, превышающей длину горячего стального листа, с получением внутреннего защитного слоя обечайки трубы, на стальной лист наносят лист легкоплавкого металла при температуре стального листа, менее температуры плавления легкоплавкого металла, осуществляют горячее деформирование в процессе совместной формовки посредством давления пресс-валов с получением биметаллических полос, подают полученные биметаллические полосы под прижимные валы форматного барабана с последующей их намоткой для получения обечайки трубы с заданной толщиной стенки, наматывают на форматный барабан лист легкоплавкого металла длиной, превышающей длину всех биметаллических полос с образованием наружного защитного слоя обечайки трубы, сваривают биметаллические полосы между собой и с внутренним и наружным защитными слоями в готовые обечайки труб под давлением прижимных валов на форматном барабане при его оборотах при температуре плавления легкоплавкого металла, а затем соединяют полученные обечайки в трубу.

Однако при изготовлении многослойных труб указанным способ не учитывался коэффициент линейного расширения стали при изменении температуры окружающей среды - летом до +70°С, а зимой - до -70°С. Вследствие разрыва сварных швов при изменении температуры наружных и внутренних слоев часто случались аварии в трубопроводах.

Задачей изобретения является разработка способа получения многослойных металлических труб с прослойками из легкоплавких металлов не подверженных хрупким разрушениям.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности и плотности металлических труб с нерасслаивающимися слоями, без продольных макротрещин и без разрывов сварных швов при изменении температуры окружающей среды, а также снижение себестоимости труб.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе производства многослойных металлических труб с прослойками из легкоплавких металлов (RU 2068326 C1, B 23 K 20/04, 27.10.1996), при котором из нагревательной камеры после горячей прокатки под прижимные валы подают стальную заготовку, на форматный барабан наматывают лист легкоплавкого металла длиной, превышающей длину горячего стального листа, с получением внутреннего защитного слоя обечайки трубы, на стальной лист наносят лист легкоплавкого металла при температуре стального листа, менее температуры плавления легкоплавкого металла, осуществляют горячее деформирование в процессе совместной формовки посредством давления пресс-валов с получением биметаллических полос, подают полученные биметаллические полосы под прижимные валы форматного барабана с последующей их намоткой для получения обечайки трубы с заданной толщиной стенки, наматывают на форматный барабан лист легкоплавкого металла длиной, превышающей длину всех биметаллических полос с образованием наружного защитного слоя обечайки трубы, сваривают биметаллические полосы между собой и с внутренним и наружным защитными слоями в готовые обечайки труб под давлением прижимных валов на форматном барабане при его оборотах при температуре плавления легкоплавкого металла, а затем соединяют полученные обечайки в трубу, согласно изобретению сварку биметаллических полос между собой и с наружным и внутренним защитными слоями в готовые обечайки труб при температуре плавления легкоплавкого металла осуществляют за пять оборотов форматного барабана, а соединение обечаек в трубу осуществляют внутренней и наружной кольцевой сваркой с последующей окончательной стыковкой посредством приварки стальных кольцевых элементов с наружной поверхности обечаек и стыковой сварки стальными электродами и наплавлением на сварной шов легкоплавкого металла.

Многослойные металлические трубы с прослойками из легкоплавких металлов /алюминиевых сплавов АМГ-2 и АМГ-6/ не трещат и не лопаются, так как прочность сцепления слоев составляет _в 98 МПа и _ср 49 МПа. Биметаллические листы выдерживают многократный нагрев до 500°С без снижения прочности сцепления слоев. После прокатки прочность сцепления между холодным листом из сплава алюминия АМГ-2 и нагретым до 650°С стальным листом 12Х17 и стали 45 на стане "КВАРТО-260" на двух, трех и пятислойных образцах за пять проходов с разными степенями обжатия доказано - СВАРКА ЕСТЬ!!!!

В основу разработки технологического процесса изготовления слоистых листов и труб на основе высокопрочных сталей с легкоплавкими прослойкам заложено использование тепла горячей прокатки, что обеспечивает разрушение окисных плен, их растворение в алюминиевых слоях и надежное соединение слоев. При этом слоистость обеспечивает торможение роста трещин. Использование при прокатке слоистых листов тепла, сохраненного полосой после горячей прокатки, позволит сэкономить энергоресурсы и электроэнергию. Дополнительно используются высокопрочные стали в 2-8 раз дешевле, чем стали Х18Н10Т на ВИЛСе, которые привозят с других металлургических заводов в холодном виде и с накладными расходами при перевозке.

Заявленное изобретение поясняется следующими графическими изображениями, где на фиг.1 показана технологическая схема производства металлических обечаек многослойных труб с внутренней и наружной металлоизоляцией легкоплавким металлом на действующем технологическом оборудовании металлургического завода с использованием форматных барабанов с прижимными валами, а на фиг.2 показана сварка стыков обечаек в многослойную металлическую трубу с прослойками из легкоплавких металлов.

Из нагревательной камеры (1) стальная заготовка толщиной 20 мм с температурой 1100°С подается под прижимные валы (2). После прокатки на стане полосы шириной, равной ширине обечайки трубы, и толщиной 2-5 мм (3) она по роликовому конвейеру (4) подается под прижимные пресс-валы (5) с приводом. При этом температура стальной полосы на 10-50°С меньше температуры плавления листа легкоплавкого металла толщиной 1-2 мм, накладываемого на стальной лист из вертушки (6). Для листа из сплава алюминия эта температура составляет 610-650°С. При обжатии на прижимных пресс-валах (5) температура в месте контакта стальной горячей полосы и листа легкоплавкого металла поднимается до температуры плавления сплава алюминия, и две полосы свариваются в биметаллическую полосу (7), которая наматывается на форматный барабан (8) с четырьмя прижимными валами (9). Для получения внутренней изоляции первый слой наматывают из легкоплавкого металла, а затем наматывают слои биметаллической полосы. Для получения наружной изоляции из легкоплавкого металла последний оборот форматного барабана производят без биметаллической полосы. Под давлением прижимных валов (9) горячая биметаллическая полоса, состоящая из 4-6 слоев, за пять оборотов форматного барабана сваривается в готовую обечайку трубы. В процессе остывания происходит предварительное напряжение слоев за счет разности длин наружных и внутренних слоев при одинаковом коэффициенте линейного расширения и многослойная обечайка трубы упрочняется. Повторная прокатка многослойного листа и обечайки трубы еще более увеличивает его прочность. Многие стали и сплавы /сталь - титан, сталь - алюминиевые сплавы и т.д./ проявляют склонность к самопроизвольной очистке от поверхностных окисных плен при высокотемпературном нагреве и прокатке.

Прижимные валы (9) обеспечивают обечайке трубы прочное соединение биметаллических полос при температуре плавления прослоек алюминиевого сплава за пять и более оборотов форматного барабана после нанесения всех биметаллических полос. После соединения полученных обечаек многослойной металлической трубы выполняют внутреннюю и наружную кольцевую сварку и осуществляют окончательную стыковку обечаек в трубу посредством приварки стальных кольцевых элементов (В) с обеих сторон наружной поверхности обечаек многослойных металлических труб (С) с прослойками из легкоплавких металлов, при этом (Д) - внутренний диаметр трубы, (А) - толщина стенки обечайки. Стыковую сварку обечаек трубы осуществляют стальными электродами с последующим наплавлением на сварные швы легкоплавкого металла.

Высокопрочные многослойные металлические трубы с прослойками из легкоплавких металлов, изготовленные заявленным способом, не будут трещать по швам и не будут лопаться в северных районах России при изменении температуры окружающей среды, и сотни тысяч тонн нефти из нефтепроводов не попадут в Байкал, а миллиарды кубометров газа из газопроводов не будут отравлять воздух и тысячи человек ежегодно не будут погибать при авариях.

Это позволит создать металлопродукцию, конкурентноспособную не только в масштабах России, но также и по мировым меркам.

Миллиарды рублей в год прибыли принесут экономике России предприятия с прокатными станами "2000", выпускающими горячекатанные листы и трубы из стали 09Г2С с прослойками из легкоплавких металлов.