способ производства труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения

Формула изобретения

1. Способ производства труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения, включающий прокатку нагретых до температуры пластичности гильз или полых заготовок в пилигримовом стане на дорнах с повышенной конусностью, разогретых путем прокатки настроечных труб из углеродистых марок стали, отличающийся тем, что рабочую часть дорна нагревают до средней температуры, равной или большей необходимой температуры переднего конца трубы в момент схода ее с дорна

Т_ср.д > T_{пер.к.т.},

где Т_ср.д. - средняя температура дорна перед началом прокатки, ^oС;

Т_{пер.к.т.} - необходимая температура переднего конца трубы в момент ее схода с дорна, ^oС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочую часть дорна нагревают с перепадом температуры по длине рабочей части не более 100^oС

Т_mах-Т_min < 100^oС,

где T_max - максимальная температура рабочей части дорна в зоне интенсивной деформации, ^oС;

Т_min - минимальная температура рабочей части дорна, ^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами при производстве труб из сталей и сплавов следующих марок 08Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 10Х23Н18, 08Х17Н15М3Т, 08Х20Н15С2, 10Х17Н13М2Т, 09Х14Н19Б2СР, 17Х18Н9, 08Х22Н6Т, 08Х10Н16Т2, 08Х10Н20Т2, ХН32Т, ХН78Т, 06ХН28МДТ, ХН60ВТ, ХН30МДБ и др.

В трубопрокатном производстве известны способы производства бесшовных горячекатаных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения, включающие нагрев полых центробежно-литых заготовок и их прокатку в пилигримовом стане в трубы на дорнах с повышенной конусностью (перепад по диаметру до 8,0 мм), разогретых путем прокатки 3-4 углеродистых гильз, используемых для настройки стана (ТУ 14-3-1564-88, ТИ 158-Тр. ТБ 1-69-98 "Трубы бесшовные горячедеформированные, толстостенные из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2").

Недостатком данных способов является неравномерный нагрев рабочей части дорнов по длине, а именно на длине (0,1-0,15)Lq, температура дорна находится в интервале (500-600)^oC, увеличиваясь от дорновой головки к середине дорна, далее на длине (0,5-0,55)Lq температура дорна находится в интервале (650-700)^oC (рабочая часть дорна, где происходит основная деформация - прокатка нагретой центробежно-литой заготовки в трубу), а температура конца рабочей части дорна на длине (0,4-0,3)Lq плавно уменьшается от (700-650)^oC до (450-350)^oC. Температура переднего конца трубы в момент схода с дорна зависит от толщины стенки труб и должна находиться в интервале (750-800)^oC. Время схода переднего конца трубы с дорна на длине 1500-2500 мм (в зависимости от длины гильзы) с учетом времени на затравку составляет 25-40 секунд. За данный период времени передний конец трубы от воздействия охлаждающей жидкости, валков и температуры дорна остывает до температуры (350-450)^oC, что приводит к посадке переднего конца трубы на дорне, т.е. застреванию дорна в гильзе-трубе и как следствие к прекращению процесса прокатки, а в некоторых случаях и к поломкам шпинделей или валков пилигримового стана. Использование дорнов с повышенной конусностью (перепад по диаметру до 8,0 мм) приводит к продольной разностенности труб, для ликвидации которой требуется дополнительная механическая обработка (обточка и расточка), что в свою очередь приводит к повышенному расходу металла при переделе заготовка-труба, отвечающая требованиям ГОСТ или ТУ.

Наиболее близким техническим решением является способ производства труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения (ТУ 14-3-765-78, ТИ 158-Тр.ТБ1-69-98 "Трубы бесшовные горячекатаные из нержавеющей стали"), включающий нагрев полых центробежно-литых заготовок до температуры пластичности и прокатку их в пилигримовом стане в трубы на дорнах с повышенной конусностью (перепад по диаметру до 8,0 мм), разогретых до температуры темно-вишневого цвета (~700^oС) путем прокатки 3-4 углеродистых гильз для настройки пилигримового стана.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Нагрев дорнов путем прокатки 3-4 настроечных углеродистых гильз также приводит к неравномерному нагреву дорна по длине, а температура нагрева дорна до темно-вишневого цвета ~ 700^oС значительно ниже теоретически необходимой (расчетной) температуры переднего конца трубы в момент схода ее с дорна (750-800)^oC, что также приводит к интенсивному охлаждению переднего конца трубы и как следствие к замедленному сходу трубы с дорна из-за увеличения коэффициента трения на границе дорн - внутренний диаметр трубы, что в свою очередь может привести к остановке процесса прокатки из-за остывания переднего конца трубы и посадки ее на дорн, а следовательно, к увеличению наружного диаметра и повышенной продольной разностенности из-за смещения наружных слоев металла и отставания внутренних. Это приводит к увеличению нагрузки на валки и привод пилигримового стана и как следствие к поломкам валков и шпинделей. Использование дорнов с повышенной конусностью еще более увеличивает продольную разностенность труб, а следовательно, увеличивает расход металла при механической обработке (обточке и расточке).

Так, например, при производстве труб размером 426х20 мм из стали 08Х18Н10Т по ТУ 14-3-743-78 и ТИ 158-Тр.ТБ1-63-98 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали марки 08Х18Н10Т для химического машиностроения и для рубашек гидроцилиндров форголлеров пильгерстана" на пилигримовом стане катают трубы размером 450х45 мм, т.е. при механической обработке в стружку уходит более 50% металла.

Целью предложенного способа является исключение затяжек (застревания) дорнов при прокатке, снижение расходного коэффициента металла за счет уменьшения продольной разностенности труб, снижение нагрузок на валки и привод пилигримового стана и исключение вероятности поломок валков и шпинделей.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе производства труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения, включающем прокатку нагретых до температуры пластичности гильз или полых заготовок в пилигримовом стане в трубы на дорнах с повышенной конусностью, разогретых путем прокатки настроечных труб из углеродистых марок стали, дорн нагревают до средней температуры, равной или большей температуры переднего конца трубы в момент схода ее с дорна с перепадом температуры по длине рабочей части дорна не более 100^oС.

Т_ср.д.>Т_{пер.к.т.}

T_max-T_min<100C,

где Т_ср. - средняя температура дорна перед началом прокатки, ^oС;

Т_{пер.к.т.} - необходимая (расчетная) температура переднего конца трубы в момент схода ее с дорна, ^oС;

Т_mах - максимальная температура рабочей части дорна в зоне основной деформации, ^oС;

T_min - минимальная температура рабочей части дорна (зона, прилегающая к дорновому кольцу, и конец дорна), ^oС.

Создав определенную овализацию в очаге деформации с учетом коэффициента линейного расширения, осуществляем отрыв металла от дорна со стороны реборд (выпусков) валков. При этом периметр по внутренней поверхности трубы будет больше периметра дорна. А так как процесс прокатки периодический с кантовкой заготовки-трубы на угол ~90^oС, то за счет внеконтактной деформации овал переходит в круг, диаметр которого больше диаметра дорна. За счет нагрева дорна до температуры 800-820^oС с относительно равномерным перепадом, не превышающим 100^oС по длине рабочей части (300-500 мм от дорнового замка до конца дорна), поддерживают температуру переднего конца трубы в процессе затравки и схода его с дорна на длине 1500-2500 мм (в зависимости от длины гильзы) в течение 25-40 секунд, т.е. поддерживают периметр внутренней поверхности трубы в неизменном положении, т.е. дают возможность свободного схода трубы с дорна. Использование данного способа производства труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения дает возможность снизить конусность дорнов, что в свою очередь приведет к снижению продольной разностенности и как следствие к снижению расхода металла. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что рабочую часть дорна нагревают до средней температуры, значение которой равно или больше необходимой температуры переднего конца трубы в момент схода ее с дорна, а перепад по длине не превышает 100^oС. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения (способа) не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО ЧТПЗ. Проведены сравнительные прокатки труб размером 273х27 мм из слитков электрошлакового переплава (ЭШП) размером 460х100х1700100 мм стали марки 12Х18Н10Т по существующей технологии и предлагаемому способу. В производство было задано 20 сверленых слитков ЭШП размером 460х100х1700100 мм. 5 слитков было прокатано по существующей технологии на дорнах диаметром 223/215 мм, 15 слитков по предлагаемому способу с разными вариантами конусности дорнов, а именно 5 труб на дорнах диаметром 223/215 (перепад по диаметру 8,0 мм), 5 труб на дорнах диаметром 223/219 и 5 труб на дорнах диаметром 223/221 мм с перепадом по диаметру 2,0 мм на длине 5000 мм. По существующей технологии дорн диаметром 223/215 мм на длине (0,l-0,15)Lq на расстоянии 500 мм от дорнового замка (зона 1 - см. таблицу) имел температуру (520-550)^oC (Lq - рабочая часть дорна 4500 мм за вычетом дорнового кольца и подкладного нагретого углеродистого кольца для обкатки пилигримовой головки и уменьшения ее веса), на длине (0,5-0,55)Lq имел температуру (700-720)^oC (зона 2 - зона интенсивной деформации металла), а на длине (0,4-0,3)Lq температуру (350-400)^oC (зона 3 - зона схода трубы с дорна без деформации гильзы).

По предлагаемому способу дорны диаметром 223/215, 223/219 и 223/221 мм нагревают путем прокатки 3-4 настроечных труб размером 273х27 мм из углеродистых гильз размером 480х250х3000 мм. Передний конец дорна (зона 3) нагревают в гильзе без деформации в течение 2-3 минут, затем производят прокатку гильзы в трубу, а после прокатки для подогрева дорна (зоны 1) делают выдержку в течение 1-2 минут, затем трубу снимают с дорна и передают по потоку. Процесс прокатки второй трубы производят аналогично первой. После прокатки второй трубы для выравнивания температуры по длине рабочей части дорн окунают в ванну для охлаждения дорнов на 2-3 секунды, затем процесс прокатки 3 и 4 настроечных гильз повторяют аналогично 1 и 2. После прокатки четвертой настроечной гильзы в трубу, если готова к прокатке нержавеющая заготовка - гильза, то дорн для выравнивания температуры по длине рабочей части окунают в ванну для охлаждения на 2-3 секунды, а затем передают на стан для прокатки нержавеющей трубы. Если после прокатки последней (четвертой) настроечной трубы получается перерыв (интервал) в технологическом процессе более 2-3 минут, то температуру дорна выравнивают путем охлаждения его на воздухе. После прокатки каждой нержавеющей трубы и трубы из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения для поддержания температурного интервала (750-850)^oС и выравнивания температуры по длине рабочей части дорна его охлаждают в ванне путем окунания, с последующей кантовкой на ~90^o и повторным окунанием в ванну на 2-3 секунды.

Данные по прокатке труб 273х27 мм стали марки 12Х18Н10Т из слитков ЭШП размером 460х100х1700100 мм и расходному коэффициенту металла после механической обработки (обточка и расточка) на размер 268х22 мм под холодный передел приведены в таблице. Из таблицы видно, что лучшие результаты по продольной разностенности и расходному коэффициенту металла получены по предложенному способу при прокатке труб на дорнах с конусностью 4 мм (п. 3 табл. ), т.е. получили снижение расхода металла на 317 кг на тонну труб.

Использование предлагаемого способа производства труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения позволит исключить затяжки дорен в гильзах-трубах, снизить продольную разностенность труб за счет ведения процесса прокатки труб на дорнах с меньшей конусностью, снизить расходный коэффициент металла при переделе слиток-труба, снизить нагрузку на привод пилигримового стана, а следовательно, исключить поломки шпинделей и валков, и как следствие снизить стоимость труб из дорогостоящих сталей и сплавов.