способ изготовления дорнов пилигримовых станов

Формула изобретения

Способ изготовления дорнов пилигримового стана для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающий отливку слитков из стали, ковку цилиндрических сплошных или полых заготовок, черновую механическую обработку, термическую обработку и механическую обработку дорнов на чистовой размер с последующим упрочнением поверхности роликом и эксплуатацию их до образования сетки разгарных трещин, отличающийся тем, что перед термической обработкой на наружную поверхность углеродистой дорновой заготовки на две третьих рабочей длины дорна от замковой части, с учетом припуска под механическую обработку, наносят способом наплавки теплостойкий износостойкий слой постоянной толщины, которую уменьшают к концу дорна в три-четыре раза, а в процессе эксплуатации осуществляют переточку дорна и наносят на наружную поверхность на две третьих рабочей длины дорна от замковой части теплостойкий износостойкий слой постоянной толщины, которую уменьшают к концу дорна в три-четыре раза, при этом переточку и нанесение слоя производят многократно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу изготовления дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров (273-550 мм).

Известен способ изготовления дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающий отливку слитков из стали марки СД1 (50ХН) с химическим составом по ГОСТ 4543-71, ковку их в цилиндрические заготовки (поковки) с уковом 2,25-2,5, черновую механическую обработку с припуском по диаметру 10-15 мм, с учетом поводки поковок при термической обработке, термическую обработку дорновых заготовок, механическую обработку дорнов на чистовой размер с последующим упрочнением обкаткой поверхности роликом и эксплуатацию их до образования сетки разгарных трещин, "волны" или продольных трещин (Ф.А.Данилов и др. Горячая прокатка труб. - М.: Металлургия, 1962, с.355-356; Отчет по теме 22-V-13-541-73: "Разработка технологии изготовления дорнов повышенной износостойкости и внедрение их в производство на ЧТПЗ", Днепропетровск, 1975; ТП 158-148-98 "Технологический процесс механической обработки направляющих и рабочих валков прошивного стана, дорнов и пилигримовых валков в цехе №1").

Недостатком данного способа является то, что дорна выходят из строя по "волне" (гофрам), поверхностным разгарным кольцевым трещинам и грубым продольным трещинам, а также неравномерному истиранию их по длине (потеря геометрических размеров). Как правило, при прокатке труб диаметром 377 и 426 мм на дорнах из стали марки СД1 основным видом дефектов является "волна" (гофр). "Волна" на поверхности дорнов возникает на расстоянии 1500-2000 мм от дорнового замка. "Волна" - это пластическая деформация поверхностных слоев металла дорнов, которая обусловлена разогревом их поверхности до температуры выше 650°С и вызвана продолжительным контактом гильз-труб и дорнов или прокаткой двух и более гильз на одном дорне без охлаждения. При прокатке труб размером 426×9×32000-35000 мм время контакта дорна с гильзой-трубой составляет от 5,0 до 6,0 минут. За это время дорн на участке 2000-4000 мм от замковой части нагревается от 600 до 650°С. Наибольшую температуру дорн имеет на участке от 2000 до 3000 мм от дорнового замка, т. е. на центральной части. Стойкость дорнов по "волне" находится в прямой зависимости от соблюдения инструкции по их эксплуатации. Кольцевые трещины связаны с некачественной механической обработкой, наличием концентраторов напряжения (подрезов и канавок от резцов). Грубые продольные трещины глубиной от 1/3 до 3/4 радиуса дорнов являются следствием низких значений пластических свойств и ударной вязкости стали при циклически изменяющихся температурах.

Известен также способ изготовления дорнов пилигримовых станов из стали марки СД2 (25Х2М1Ф), имеющей следующее содержание элементов: углерод - 0,24-0,32%, марганец - 0,3-0,6%, кремний - 0,15-0,40%, хром - 1,6-1,9%, молибден - 0.6-0,9%, ванадий - 0,15-0,25%, никель - до 0,5%. Дорна из этой стали более износостойкие. Стойкость их в 1,2-1,3 раза выше, чем из стали СД1 (Отчет по теме: 23-V-13-81/19-72/ П2-аПП "Изыскание сталей повышенной термостойкости и разработка составной конструкции пильгердорнов". Уральский НИИ трубной промышленности. Уфимский авиационный институт, Челябинский трубопрокатный завод, Челябинск, 1972 г.

Однако известный способ также имеет недостатки. Дорна с содержанием углерода 0,24-0,32% выходят из строя в основном из-за появления на их поверхности разгарных трещин, а также неравномерного истирания по длине (потеря геометрических размеров). Разгарные трещины возникают вследствие тепловых и структурных напряжений в поверхностном слое дорен, которые нагреваются при контакте с горячими гильзами-трубами до температуры Ac1-Ас3 (650°С и выше). Образование сетки разгарных трещин есть результат необратимых структурных изменений (сдвиговых деформаций внутри зерна, дробление зерен, образование пустот, деформации по границам зерен и образование субмикроскопических разрывов и повреждений поверхностного слоя). Термоусталостное повреждение поверхности является причиной возникновения первых очагов разрушения, инициирующих дальнейшее развитие трещин. С увеличением числа циклов нагрева и охлаждения возрастает количество и размер трещин, трещины соединяются и переплетаются между собой, образуя так называемую "сетку". Образование сетки разгарных трещин на поверхности дорнов ускоряет истирание и вырывание частиц металла. В трещинах происходит интенсивное окисление металла и процессы их расклинивания. Решающее влияние на срок эксплуатации дорнов оказывает интенсивность развития сетки разгарных трещин в более крупные, которые являются браковочным признаком дорнов.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления и эксплуатации дорнов (оправок) пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающим получение конического электрошлакового слитка из стали СД2-Ш и последующую его ковку на цилиндрическую заготовку, имеющую замковую и рабочую части, а ковку ее рабочей части осуществляют с линейным увеличением уковки в направлении к замковой части при отношении величин максимальной уковки к минимальной 1,26-1,56 (Патент РФ №2055660 от 10.03.96 г., Бюл. №7).

Однако известный способ также имеет недостатки. Стойкость дорнов возросла в 1,2-1,3 раза по сравнению с существующей, но дорна также выходят из строя по продольным трещинам и сетке разгарных трещин, а стоимость их в себестоимости труб составляет от 2,5 до 3,0%.

Техническим результатом предложенного способа является снижение стоимости дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров за счет сокращения расхода наплавочной теплостойкой износостойкой проволоки СВ30Х25Н16Г7 и замены стали 25Х2М1Ф на углеродистую сталь для изготовления дорновых заготовок.

Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающем отливку слитков из стали ковку цилиндрических сплошных или полых заготовок, черновую механическую обработку, термическую обработку и механическую обработку дорнов на чистовой размер с последующим упрочнением поверхности роликом и эксплуатацию их до образования сетки разгарных трещин, перед термической обработкой на наружную поверхность углеродистой дорновой заготовки на две третьих рабочей длины дорна от замковой части, с учетом припуска под механическую обработку, наносят способом наплавки теплостойкий износостойкий слой постоянной толщины, которую уменьшают к концу дорна в 3-4 раза, а в процессе эксплуатации осуществляют переточку дорна и наносят на наружную поверхность на две третьих рабочей длины дорна от замковой части теплостойкий износостойкий слой постоянной толщины, которую уменьшают к концу дорна в 3-4 раза, при этом переточку и нанесение слоя производят многократно.

Дорна в процессе работы подвергаются многократному циклическому нагреву и охлаждению. Кроме теплового воздействия дорна подвергаются давлению со стороны валков пилигримового стана и продольному растяжению, вызванному силами трения деформируемого металла во время прокатки и извлечения дорнов из труб подающим аппаратом. Из-за непостоянства очага деформации, за один оборот валков, давление на дорна и действие сил трения постоянно меняются. Сложность условий работы дорнов заключается в длительном нахождении их в контакте с нагретым пластически деформируемым металлом, отсутствии охлаждения в процессе деформации, больших температурных перепадов рабочей поверхности дорнов за один цикл их работы (охлаждение до температуры 180-200°С в ванне с водой и смазкой, нагрев в процессе прокатки и работа в течение 3,5-6,0 минут при температуре 500-650°С). Совместные действия больших температур и давлений приводят к быстрому выходу дорнов из строя, в основном по сетке разгарных трещин. Разгарные трещины на поверхности дорнов начинают появляться через 0,80-0,85 от средней их стойкости, которые в дальнейшем начинают прогрессировать, расти как качественно, так и количественно, т.е. в ширь и глубь. В этот момент дорна принудительно изымают из эксплуатации и перетачивают до удаления наплавленного теплостойкого износостойкого слоя. После переточки на наружную поверхность двух третьих рабочей части дорна от замковой части наносят теплостойкий износостойкий слой с учетом припуска под механическую обработку, постоянной толщины, которую уменьшают к концу дорна в 3-4 раза, производят термическую обработку, механическую обработку на чистовой размер с последующим упрочнением обкаткой роликом и возвращают дорн в технологический цикл производства. Дорна после переточки и нанесения нового теплостойкого износостойкого слоя эксплуатируют до появления (зарождения) сетки разгарных трещин. Цикл работы повторяют, то есть их изымают из технологического процесса, перетачивают до удаления теплостойкого износостойкого слоя, наносят новый теплостойкий износостойкий слой, производят термообработку, механическую обработку с последующим упрочнением роликом. Таким образом, дорна эксплуатируют до выхода из строя по причинам, не связанным с разгарными трещинами (поломка дорна, износ замка и т.д.).

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров отличается от известного тем, что перед термической обработкой на наружную поверхность углеродистой дорновой заготовки на две третьих рабочей длины дорна от замковой части, с учетом припуска под механическую обработку, наносят способом наплавки теплостойкий износостойкий слой постоянной толщины, которую уменьшают к концу дорна в 3-4 раза, а в процессе эксплуатации осуществляют переточку дорна и наносят на наружную поверхность на две третьих рабочей длины дорна от замковой части теплостойкий износостойкий слой постоянной толщины, которую уменьшают к концу дорна в 3-4 раза, при этом переточку и нанесение слоя производят многократно. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "Новизна". Сравнение заявляемого 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". В производство было задано по два новых дорна диаметром 309/310 и 409/410 мм, изготовленных по существующей и предлагаемой технологиям. Данные по стойкости дорнов пилигримовых станов ТПА 8-16" ОАО "ЧТПЗ", изготовленных по существующей и предлагаемой технологиям, приведены в таблице. Средняя статистическая стойкость дорнов диаметром 309/310 мм, изготовленных и эксплуатируемых по существующему способу, составляет 800 тонн труб размером 325х9 мм, а дорнов диаметром 409/410 мм - 1100 тонн труб размером 426х9 мм. Наплавка опытных дорнов производилась проволокой стали марки СВ3ОХ25Н16Г7. Из таблицы видно, что на дорне диаметром 309/310 мм, изготовленном по существующему способу, было прокатано 865 тонн труб размером 325×9 мм, а на дорне 409/410 мм - 1185 тонн труб размером 426×9 мм. Дорна, изготовленные по существующей технологии, вышли из строя по сетке разгарных трещин. На новом дорне диаметром 309/310 мм, изготовленном по предлагаемому способу, с наплавкой теплостойкого износостойкого слоя постоянной толщины на 2/3 длины дорна от замковой части, которая уменьшается в 3-4 раза к концу дорна (до 3,0 мм), за четыре переточки и наплавки прокатано 3605 тонн труб размером 325×9 мм. Стойкость дорна, изготовленного по предлагаемому способу, возросла более чем в 4,0 раза. После четвертой переточки дорн был направлен на ремонт замковой части. После наплавки и фрезеровки щек замка, а также переточки и пятой наплавки дорн будет передан на станы для дальнейшего использования. Дорн перед каждой наплавкой обтачивался на длине 2/3 дорна от замковой части до диаметра 290±1 мм, который к концу дорна плавно увеличивался до диаметра 298-300 мм. На опытном дорне диаметром 409/410 мм после пяти наплавок и четырех переточек стойкость дорна составила 4455 тонн труб размером 426×9 мм, т.е. стойкость дорна возросла в 3,76 раза. Дорн перед каждой наплавкой обтачивался на длине 2/3 дорна от замковой части до диаметра 390±1 мм, который к концу дорна плавно увеличивался до диаметра 400-402 мм.

Таким образом, на дорне диаметром 309/310 мм, изготовленном и эксплуатируемом по существующему способу, прокатано 865 тонн труб размером 325×9 мм (дорн вышел из строя по сетке разгарных трещин). На дорне, изготовленном по предлагаемому способу, с постоянной толщиной наплавленного слоя па 2/3 длины дорна, после первой установки и четырех переточек и наплавок теплостойкого износостойкого слоя, прокатано 3605 тонн труб размером 325×9 мм. Стойкость дорна выросла в 4,16 раза. На дорне диаметром 409/410 мм, изготовленном и эксплуатируемом по существующему способу, прокатано 1185 тонн труб размером 426×9 мм. Дорн вышел из строя по сетке разгарных трещин. На дорне диаметром 409/410 мм, изготовленном по предлагаемому способу, стойкость за пять наплавок и четыре переточки, составила 4455 тонн труб размером 426×9 мм, т.е. стойкость возросла в 3,76 раза. Дорн будет использован в работе после ремонта (наплавки и фрезеровки дорнового замка), а также пятой и последующих переточек и наплавок на рабочую поверхность теплостойкого износостойкого слоя.

Применение предлагаемого способа изготовления дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров даст возможность использовать в качестве основы сплошных и полых дорновых заготовок углеродистые стали, увеличить их стойкость, по сравнению с существующим способом, в среднем в 3,5-4,0 раза, снизить стоимость дорнов, а следовательно, снизить стоимость передела горячекатаных труб на ТПА с пилигримовыми станами.