Спосіб гарячої пілігримової прокатки труб

Реферат: Спосіб гарячої пілігримової прокатки труб включає деформацію валками гільз з легованої сталі, що послідовно стикуються на дорні. Ділянки стику гільз розділяють циліндровим патрубком з вуглецевої сталі із зовнішнім діаметром, рівним зовнішньому діаметру гільзи Dr і довжиною (0,30,6) Dr, який розміщують на дорні перед здійсненням стикування гільз. UA 103350 U (54) СПОСІБ ГАРЯЧОЇ ПІЛІГРИМОВОЇ ПРОКАТКИ ТРУБ UA 103350 U UA 103350 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до трубопрокатного виробництва, зокрема гарячої пілігримової прокатки труб з легованих, високолегованих і спеціальних марок сталей і сплавів. Труби з легованих, високолегованих марок сталей і сплавів доцільно виробляти на пілігримових агрегатах з відцентрово-литої порожнистої заготівки, що скорочує технологічний процес за рахунок прокатки такої заготівки після нагріву безпосередньо на пілігримовому стані. Скорочення операції прошивки заготівки в гільзу в цьому випадку дозволяє усунути характерний брак у вигляді внутрішніх полон, що мають місце при косовалковій деформації на короткій оправці. Особливістю процесу гарячої пілігримової прокатки труб є наявність технологічної обрізі в затравку і пільгерголовку, що збільшує витрату металу і зменшує вихід придатного. В результаті цього процес гарячої пілігримової прокатки труб характеризується підвищеною витратою металу в порівнянні з іншими процесами гарячої прокатки труб (див. Економія металу при виробництві труб нафтового сортаменту /А.А. Чернявський, В.В. Березовський, Ю.Д. Угрюмов. М.: Металургія, 1987. - с. 84-90). Відомий спосіб гарячої пілігримової прокатки труб, що включає деформацію гільзи на дорні валками (див. Гаряча прокатка і пресування труб /Ф.А. Данілов, А.З. Глейберг, В.Г. Балакин. М.: Металургія, 1972. - с. 271). Відомий спосіб прокатки характеризується наявністю несталих режимів деформації переднього і заднього кінців гільзи. При прокатці переднього кінця гільзи унаслідок значної деформації по товщини стінки (μ≤15), відсутності переднього жорсткого кінця, обертанні валків в напрямі, протилежному напряму завдання гільзи у валки і дії переднього підпору на гільзу з боку подавального апарата, має місце значна нерівномірність деформації металу в поперечному і подовжньому напрямах, що приводить до порушення його суцільності і внаслідок цього до підвищеної обрізі в так звану затравку. При прокатці заднього кінця гільзи унаслідок дії переднього підпору на її задній торець з боку подавального апарата через дорнове кільце, залишається недокатаною циліндрова частина гільзи із змінною частиною, що примикає до неї, яка визначається розмірами і профілем калібру пільгервалків. Обидві ці частини заднього недокатаного кінця гільзи складають пільгерголовку, що видаляється у відходи. Сумарні втрати металу від обрізі в затравку і пільгерголовку досягають 10-12 % від маси початкової заготівки. При цьому, на пільгерголовку доводиться близько 75-80 %, а на затравку 20-25 % від загальних втрат металу на пільгерстані. При прокатці труб з легованих і високолегованих сталей і сплавів металу в стик гільз, матеріальні втрати особливо великі із-за високої вартості металу. Найбільш близьким до способу, що заявляється, по технічній суті і результату, що досягається, є спосіб гарячої пілігримової прокатки труб, що включає деформацію валками гільз, що послідовно стикуються на дорні (див. статтю: Економія металу при гарячій прокатці труб на пілігримових станах /Ю.Ф. Шевакин, Б.Н. Матвеев, Г.А. Бібік і ін. //Сталь. - 1971. - № 1. с. 53-56 - Прототип). Суттєвими ознаками прототипу, які збігаються з суттєвими ознаками корисної моделі, є: деформація валками гільз з легованої сталі, що послідовно стикуються на дорні. Недоліком відомого способу є неможливість його використання при прокатці більш тонкостінних труб, тобто з товщиною стінки менше 24 мм із-за нестабільності процесу розкочування стику гільз на дорні валками пілігримового стана за відсутності жорсткого кінця і наявності зазору 12-25 мм між гільзою і дорном. Це пов'язано з тим, що застосовані параметри деформації (коефіцієнт витяжки на пільгерстані і величина подачі металу), а також наявність зазору між гільзою і дорном приводять до інтенсивного витікання металу в поперечному напрямі, порушенню суцільності торців, і, як наслідок, взаємного наповзання торцевих ділянок труб, що утрудняє і навіть унеможливлює подальше їх розділення за пілігримовою кліттю на вихідній стороні стана. У основу корисної моделі поставлено задачу удосконалити спосіб гарячої пілігримової прокатки труб шляхом розділення стику гільз циліндровим патрубком з вуглецевої сталі, що дозволяє проводити стикування гільз без порушення стабільності процесу і з мінімальними відходами в обрізь легованого металу, сприяє розширенню технологічних можливостей, підвищенню надійності прокатки труб з легованої і високолегованої сталі з товщиною стінки менше 24 мм. Поставлена задача вирішується тим, що в способі гарячої пілігримової прокатки труб, що включає деформацію валками гільз з легованої сталі, які послідовно стикуються на дорні, відповідно до корисної моделі, ділянки стику гільз розділяють циліндровим патрубком з 1 UA 103350 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вуглецевої сталі із зовнішнім діаметром, рівним зовнішньому діаметру гільзи Dr і довжиною (0,30,6) Dr, який розміщують на дорні перед здійсненням стикування гільз. Крім того, деформацію стиків гільз з патрубком здійснюють валками із збільшеним діаметром калібру. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, полягає в наступному. При гарячій пілігримовій прокатці труб між гільзою і дорном є зазор Δ=12-25 мм, наявність якого обумовлена з одного боку необхідністю вільної зарядки дорна в гільзу, геометрична форма якої характеризується зміною внутрішнього діаметра по довжині, кривизною і овальністю поперечного перерізу, а з іншої - наявності зазору запобігає надмірний перегрів дорна, що забезпечує необхідну його стійкість. При прокатці гільз у стик одночасно діють два чинники зістикованих кінців гільз, що негативно впливають на деформацію, а саме це наявність зазору Δ між гільзою і дорном і відсутність жорстких кінців гільз, що стикуються. В результаті цього є обмеження по товщині стінки прокатуваних труб із гільз, що стикуються. Нормально прокатуються труби з товщиною стінки більше за 24 мм, а спроба зменшення товщини стінки труб приводить до порушення цілісності кінців на стику гільз, що утрудняє процес прокатки і приводить до значної обрізі і збільшення витрати металу. Наявність зазору між гільзою і дорном, а також відсутність жорстких кінців, збільшує поперечну деформацію металу, що приводить після кантівки гільзи до переповнювання вершини калібру металом і значній нерівномірності витяжок по перерізу труби. При прокатці на оправці жорсткі кінці зменшують розширення гільзи-труби по горизонтальному діаметру (роз'єму валків), зменшують потовщення стінки у випусках калібру і збільшують тим самим подовжню деформацію. Використання циліндрового патрубка з вуглецевої сталі забезпечує при прокатці зістикованих гільз переважне утворення дефектів на патрубку з вуглецевого металу, що дозволяє зменшити обрізь кінцевих ділянок прокатаних труб з високолегованого металу. Зовнішній і внутрішній діаметри циліндрового патрубка дорівнюють відповідним діаметрам порожнистої заготівки (гільзи). Довжина патрубка (0,3-0,6) Dr визначається з наступних міркувань. Його довжина менша за 0,3 Dr недоцільна із-за особливостей прокатки стиків із збільшеним діаметром калібру, а його довжина більша за 0,6 Dr неефективна із-за збільшення маси патрубка з вуглецевої сталі, що видаляється у відходи. В результаті підйому і подальшого опускання верхнього валка вдається поліпшити умови прокатки стиків гільз за рахунок зменшення коефіцієнта витяжки при деформації патрубка і стиків гільз. Внаслідок цього підвищена товщина стінки за рахунок підйому верхнього валка припадає в основному на вуглецевий патрубок, що видаляється у відходи. Запропонований спосіб пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 наведена схема процесу закінчення прокатки першої (чергової) гільзи; на фіг. 2 - схема витягання дорна з дорновим кільцем з першої (чергової) недокатаної гільзи; на фіг. 3 - подача другої (подальшої) гільзи на дорні на вісь прокатки пільгерстана з розміщеним на дорні циліндровим патрубком з вуглецевої сталі; на фіг. 4 - стикування чергової і наступної гільз через циліндровий патрубок, що їх розділяє; на фіг. 5 - розкочування валками стиків гільз і патрубка на дорні; на фіг. 6 - прокат за пілігримовим станом з легованих труб і ділянки труби з вуглецевого металу; на фіг. 7 - процес прокатки стиків гільз і патрубка із збільшеним діаметром калібру; на фіг. 8 - прокат за пілігримовим станом з потовщеними кінцями гільз. Запропонований спосіб гарячої пілігримової прокатки труб полягає у наступному. Здійснюють прокатку першої (чергової) гільзи 1 з легованої сталі на дорні 2 профільними валками 3 з витяжкою μ (для спрощення креслення показані гладкі валки). Коефіцієнт витяжки μ=Fr/Fn, де Fr - площа поперечного перерізу гільзи, Fn - площа поперечного перерізу труби на пілігримовому стані. Гільза 1 через дорнове кільце 4 упирається в дорновий замок 5 подавального апарата (на кресленні не показаний) (фіг. 1). Для прокатки першої (чергової) гільзи 1 із зовнішнім діаметром Dr і товщиною стінки Sr в трубу із зовнішнім діаметром Dn і товщиною стінки Sn на дорні діаметром dg (узято середнє значення) розмір калібру валків dК встановлюється рівним dК=dg+2Sn=Dn (розміри труби Dn і Sn відповідають розмірам на пілігримовому стані). Зміна калібру (відстань між валками на поліруючій ділянці) здійснюється підйомом або опусканням верхнього валка. 2 UA 103350 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Після отримання недокату заднього кінця гільзи завдовжки 30-50 мм, процес пілігримової прокатки припиняється за рахунок підйому верхнього валка 3. Потім за допомогою шибера 6, який фіксує задній торець гільзи 1, витягують дорн 2 з дорновим кільцем 4 за рахунок переміщення подавального апарата у напрямі обертання валків (фіг. 2). Після цього на вісь прокатки пільгерстана маніпулятором подається друга (чергова) гільза 7 з легованої сталі на дорні 8 з дорновим кільцем 9 і циліндровим патрубком 10 з вуглецевої сталі із зовнішнім діаметром, рівним зовнішньому діаметру гільзи Dr і довжиною ℓn=(0,3-0,6) Dr. Потім хвостовик дорна 9 з'єднується з дорновою головкою 5 подавального апарата (фіг. 3) і друга гільза 7 стикується через патрубок 10 з гільзою 1 за допомогою дорна 8, переміщуваного подавальним апаратом (фіг. 4). Потім верхній валок 3 опускають на розмір калібру dК і здійснюють послідовно деформацію недокатаної ділянки гільзи 1, патрубка 10 і гільзи 7 для отримання необхідного розміру труби на пілігримовому стані по діаметру Dn і товщині стінки Sn (фіг. 5). Прокатка гільз з легованої і високолегованої сталі, що послідовно стикуються на дорні, забезпечує повне розкочування пільгерголовок на гільзах при отриманні певного сортаменту труб з відношенням D/S. Це дозволяє проводити стикування гільз без порушення стабільності процесу і з мінімальними відходами в обрізь легованого металу. Для розкочування пільгерголовки на останній гільзі в партії використовують відомий спосіб розкочування на вільній ділянці дорна, для чого дорн витягують з гільзи на ~1,2-1,5 м і докочують задній кінець гільзи при зсуві розкоту в кожному циклі у напрямі дорнового замку і вільному переміщенні дорнового кільця між дорновою головкою і валками. Після прокатки на пілігримовому стані гільз 1 і 7 з легованого і високолегованого металу на вихідній стороні стана розміщуються: труба 11, прокатана з гільзи 1, ділянка труби 10 з вуглецевого металу і труба 12, прокатана з гільзи 7. Довжини частин 11, 10 і 12 визначаються довжинами початкових гільз і патрубка (In) з урахуванням коефіцієнта витяжки μ на пілігримовому стані: l1=lr1×μ, l2=ln×μ, l3=lr7×μ. В процесі прокатки труби розділяються під дією зусиль з боку валків і подавального апарата. Кінцеві ділянки труб 11 і 12 обрізуються пилою 13. Спосіб гарячої пілігримової прокатки труб реалізується на конкретному прикладі. Як початкову, заготівку для прокатки партії готових труб розміром 194×20 мм з відношенням D/S=9,7 використовували відцентрово литі заготівки з легованої сталі ОХ10Н20Т2, які мали наступні розміри: зовнішній діаметр Dr=347 мм, внутрішній діаметр dr=173 мм, товщина стінки Sr=87 мм, довжина - 2309 мм. Маса заготівки G3=1234 кг. Здійснюємо нагрів заготівок до температури гарячої деформації і подальшу прокатку на пілігримовому стані 5-12". Після прокатки першої труби в партії на її задньому кінці залишають недокат довжиною 30 мм (фіг. 1). Потім верхній валок піднімають і витягують дорн за допомогою шибера. В процесі зарядки чергової гільзи дорном на ділянці поза станом на передній кінець дорна за допомогою маніпулятора встановлюють циліндровий патрубок з вуглецевої марки сталі (сталь 3). Розміри патрубка: зовнішній діаметр - 347 мм, внутрішній діаметр - 173 мм, довжина - 173 мм. Потім здійснюють стикування першої і другої (чергової) гільзи з розміщеним між ними патрубком за допомогою подавального апарата, який переміщує дорн з гільзою і патрубком в першу гільзу (фіг. 3). Потім валок стана опускається і здійснюється послідовна сумісна прокатка гільз і патрубка, що дозволяє проводити прокатку стиків гільз з мінімальними відходами в обрізь. При цьому основна частина дефектів доводиться на патрубок з вуглецевої сталі. На пільгерстані прокатували труби розмірами: зовнішній діаметр Dn=200,3 мм, фактична товщина стінки Sn=19,9 мм, на дорні з середнім діаметром dq=160,5 мм. Параметри валків: ідеальний діаметр Di=772 мм, діаметр бочки валків D6=750 мм, діаметр калібру валків - 202 мм, зазор між валками Ш = 22 мм. Коефіцієнт витяжки склав μ1=6,3. Величина подачі металу у валки m=30,2 мм, число оборотів валків n=55 об/хв. Розрахункова величина зазору між гільзою і дорном склала Δ=12,5 мм. Після прокатки гільз з патрубком на вихідній стороні пільгерстана розташовуються дві труби з легованої сталі і розкатаний патрубок з вуглецевої сталі (фіг. 5). Довжина труб 11 і 13 визначається по виразу: l1=l3=μ1×lr. 3 UA 103350 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Довжина патрубка 12, що видаляється у відходи l2=ln×μ1, де ln - довжина початкового перед плющенням патрубка l2=173×6,3=1089 мм. Передні і задні дефектні кінці труб 11 і 13 обрізуються пилою. Потім труби після підігріву деформуються по зовнішньому діаметру в калібрувальному стані до отримання розмірів: зовнішній діаметр Дк=196,1 мм розрахункова товщина стінки Sk=20,2 мм. Коефіцієнт витяжки на калібрувальному стані складає μК=1,00077. Корисна довжина труби складає 12,6 м. Запропонований спосіб дозволяє прокатувати труби методом стикування гільз з товщиною стінки менше 24 мм, що знижує втрати металу в обрізь на передньому і задньому кінцях легованих труб. Прокатка труб розміром 194 × 20 мм запропонованим методом в порівнянні із відомим способом пілігримової прокатки дозволяє понизити втрати металу: - по передньому кінцю труби з 34,2 кг до 8,39 кг або на 25,81 кг; - по задньому кінцю (пільгерголовка) з 115,68 кг до 8,39 кг або на 107,28 кг. Витратний коефіцієнт знижується з 1,192 до 1,078 т/т або на 9,5 %. При прокатці труб з легованої сталі розміром 194×16 мм методом стикування гільз з використанням патрубка з вуглецевої сталі для забезпечення стабільності розкочування стиків гільз і патрубка необхідно зменшити витяжку металу на стиках гільз, що досягається збільшенням діаметра калібру осередку деформації за рахунок підйому верхнього валка. Після прокатки другого стику гільзи з патрубком зменшують діаметр калібру до первинного. Отримані ділянки з підвищеною товщиною стінки потім відрізують. Прокатку труб розміром 194×16 мм з D/S=12,12 здійснювали з відцентрово-литих заготівок з легованої сталі ОХ10Н20Т2, які мали наступні розміри: зовнішній діаметр Dr=345 мм, внутрішній діаметр - 179 мм, товщина стінки - 83 мм, довжина - 2019 мм. Маса заготівки - G3=1037 кг, Середній діаметр дорна - dq=166,5 мм. Особливістю запропонованого методу є прокатка стиків гільз і патрубка із збільшеним діаметром калібру осередку деформації dк2=dq+2Sn1. Коефіцієнт витяжки при прокатці основної частини легованої труби складає μ1=7,5, а при прокатці стиків гільз і патрубка - μ2=5,75. При цьому діаметр калібру dк1=dq+2Sn=166,5+2×15,9=198,3, a dк2=dq+2Sn1=166,5+2×19,9=206,3 мм. За рахунок зменшення коефіцієнта витяжки на стиках до 5,75 замість 7,5 на основній частині труби поліпшуються умови сумісної деформації гільз і патрубка, що зменшує поперечну деформацію і збільшує подовжню. Після прокатки за пільгерстаном розташовуються ділянки труб з легованої сталі і патрубок з вуглецевої сталі. При цьому прокатані стики труб і патрубка мають потовщені кінці, які обрізуються пилою 13 (фіг. 8). Збільшення діаметра калібру ΔdК=dк2-dк1 вибирається з урахуванням можливості здійснення стабільного розкочування стиків гільз з мінімальними відходами легованого металу. Після пільгерстана труби після підігріву калібруються до отримання наступних розмірів Dк=196,1 мм, Sк=16,1 мм. Коефіцієнт витяжки на калібрувальному стані μк=1,01038. Запропонований спосіб дозволяє прокатувати більш тонкостінні труби з легованої сталі методом стикування гільз із застосуванням патрубка з вуглецевої сталі. При цьому в порівнянні із звичайним процесом пілігримової прокатки труб 194×16 мм економія металу складає: - по передньому кінцю труби - 25,46 кг (з 34,5 кг до 9,04 кг); - по задньому кінцю (пільгерголовка) - 106,25 кг (з 115,29 кг до 9,04 кг). Приймаємо обрізь кожного кінця труби на пільгерстані - 100 мм. З урахуванням додаткової обрізі в обробній частині цеху гладких труб по 50 мм з кожного кінця, витратний коефіцієнт металу знижується з 1,225 т/т до 1,112 т/с або на 9,22 %. 50 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Спосіб гарячої пілігримової прокатки труб, що включає деформацію валками гільз з легованої сталі, що послідовно стикуються на дорні, який відрізняється тим, що ділянки стику гільз розділяють циліндровим патрубком з вуглецевої сталі із зовнішнім діаметром, рівним зовнішньому діаметру гільзи Dr і довжиною (0,3-0,6) Dr, який розміщують на дорні перед здійсненням стикування гільз. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що деформацію стиків гільз з патрубком здійснюють валками із збільшеним діаметром калібру. 4 UA 103350 U 5 UA 103350 U 6 UA 103350 U 7 UA 103350 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8