Спосіб виготовлення холоднотягнутої прецизійної сталевої труби

1. Спосіб виготовлення холоднотягнутої прецизійної сталевої труби, що працює під тиском, сталь якої містить наступний хімічний склад компонентів, мас. %: С 0,05-0,25 Si 0,15-1,00 Mn 1,00-3,50 Al 0,02-0,06 V до 0,20 N до 0,15 S до 0,03, з доданням до нього за вибором одного або декількох легуючих елементів Cr, Mo, Ni, W, Ті або Nb, а також містить включення, що виникають в процесі плавлення, при цьому безшовну гарячеформовану трубну заготовку або зварну трубну заготовку, виконану з гарячої листової смуги, витягують за один або декілька проходів у готову 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до способу виготовлення холодноформованих, зокрема, холоднотягнутих прецизійних сталевих труб. У контексті даного опису, винахід відноситься до сталевих прецизійних труб, відповідних DIN EN 10305, частина 1 і 2, що працюють під високим внутрішнім тиском, які, зокрема, можуть бути представлені, наприклад, циліндричними трубами, яки знаходять застосування у галузі гідравлічної та або пневматичної техніки. Принциповий процес виготовлення безшовних або зварних холоднотягнутих прецизійних сталевих труб описано, наприклад, в довіднику з сталевих труб, 12-е видання, 1995 р. видавництво Вулкан, Ессен (Stahlrohr Handbuch [Steel Pipe Handbook], 12. ed. 1995, Vulkan Verlag Essen). Виготовлені таким способом труби характеризуються, зокрема, обмеженою товщиною стінки і жорсткими допусками за діаметром. Вихідний продукт може бути або безшовно сформованою гарячекатаною трубною заготовкою, або зварною трубною заготовкою, виготовленою із гарячої листової смуги методом високочастотного індукційного зварювання (HFI - зварювання). Така трубна заготовка, маркована як «порожниста», витягується в процесі холодного витягування, яке включає один або декілька проходів, з метою забезпечення заданого кінцевого розміру (діаметру, товщини стінки) для готової труби. Холодне формування примушує матеріал тверднути, тобто його межа текучості і міцність збільшуються, тоді як в той же самий час його розтяг і в'язкість зменшуються. Такий ефект є прийнятним для багатьох випадків застосування. Проте, унаслідок зниження деформованості (здатності до зміни форми), в деяких випадках необхідно здійснювати рекристалізуючу термообробку перш, ніж продовжити застосування подальших формовочних процесів , щоб матеріал знову був здатний піддаватися процесу холодного формування при подальшому процесі витягування. Властивості прецизійних сталевих труб, одержаних описаним вище способом, представлені в DIN EN 10305, частина 1 і 2 (Стандарт). Використовують як не леговані високоякісні сталі - до марки Ε 355, так і високоміцних сталей до марки StE 690. Для використання таких труб, що працюють під високим тиском, наприклад, циліндричних труб для гідравлічних систем, вони повинні відповідати високим вимогам стандартів, щодо їх ударної в'язкості. Гідроциліндри управляють схемами переміщення багатьох пристроїв і механізмів, які використовуються, у тому числі, і на відкритому повітрі при великих температурних коливаннях. Для матеріалів, схильних до дії температур, що досягають -20°С, не може бути абсолютно виключеним ризик виникнення тенденції до крихкого руйнування матеріалів, використовуваних до теперішнього часу для виготовлення циліндрів або труб, що працюють під тиском, як і для працюючого персоналу. 88573 4 Випробування показали, що енергії удару зразка в надрізі величиною 27 джоулів при температурі -20°С, відповідно до існуючих раніше вимог, недостатньо для того, щоб повністю виключити структурні пошкодження в результаті крихкого руйнування при даній температурі. Порівняльні систематичні випробування готових до використання циліндричних труб, які включають випробування зразка з надрізом на вигинання (ударну в'язкість), випробування на розрив падаючим копром і структурні випробування показали, що значні в'язкі структурні руйнування можуть очікуватися тільки у тому випадку, коли енергія удару в надрізі складає мінімальне значення, відповідне до 50% області руйнування при зсуві (в'язкого руйнування) в процесі DWT-випробувань (випробувань падаючим копром). Наприклад, для St52 це означає, що значення, одержані при випробуванні зразка на ударну в'язкість, повинні мати мінімальну величину близько 80 джоулів при робочій температурі, щоб забезпечити структуру (зразка, виробу) з показниками, що демонструють достатній запас здатності до пластичної деформації, з метою запобігання ломкому, багаточастковому структурному руйнуванню. Сучасні технології не здатні підняти до необхідного рівня показник енергії удару в надрізі, що визначають при випробуванні зразка готової труби на ударну в'язкість. Задача, на рішення якої направлений даний винахід, полягає в створенні простого і недорогого способу виготовлення холодно-тягнутих прецизійних сталевих труб, призначених для використання працюючих під тиском циліндричних труб, з метою гарантованого запобігання в'язкого руйнування труби навіть при робочих температурах до -20°С. Дану технічну задачу вирішують способом, що заявляється, в якому здійснюють операцію кінцевого витягування трубної заготовки за один або декілька проходів, при цьому трубу піддають термообробці перед заключним витягуванням, причому сталева труба має наступний хімічний склад (у мас.%): С - 0,05-0,25 Si - 0,15-1,0 Μn - 1,0-3,5 ΑΙ - 0,020-0,060 V - до 0,20 Ν - до 0,150 S - до 0,030 за вибором, з додаванням одного або декількох легуючих елементів, наприклад, Сr, Мо, Ni, W, Ті, або Nb, а також включення, що виникають в процесі плавлення. Додавання, за вибором, легуючих елементів залежить від заданого профілю властивостей, тобто відповідає заданим механічним властивостям і, переважно, має наступний вміст (у мас.%): Сr - до 0,80 Мо - до 0,65 Ni - до 0,90 W...- до 0,90 Ті - до 0,20 5 Nb - до 0,20. Сама термічна обробка включає класичне гартування з подальшим відпуском труб. Аустенізація виконується при температурах приблизно 910940°С, залежно від відповідного матеріалу і супроводжується процесом швидкого охолоджування (гартування) для формування отвердіваючої структури. Швидке охолоджування (гартування) може бути виконане з використанням різних, охолоджуючих (гартуючих) середовищ. Звичайно цю операцію здійснюють водою із застосуванням водяного розпилюючого середовища (водного душу). При застосуванні матеріалів, що загартовують повітрям, охолодження може здійснюватися в статичному повітрі. Відпуск виконують після гартування і здійснюють при температурах, приблизно, 540-720°С, залежно від матеріалу. Перевага запропонованого способу полягає в реалізація рівномірно розподіленої однорідної мікроструктури з підвищеним показником в'язкості, завдяки виконанню операції термообробки перед заключним проходом, причому, дана мікроструктура підтримується навіть після заключного проходу труби. Випробування показали, що значення енергії удару в надрізі при -20°С і 50% області руйнування при зсуві (в'язкого руйнування) в процесі DWT-випробувань (випробувань падаючим копром), складають для поперечного зразка понад 80 джоулів, а для подовжнього зразка - 100 джоулів. За вимогою споживача можливе виконання остаточного відпалу без напруги (для зняття напруги) після заключного проходу. Така операція забезпечує додаткове поліпшення значення енергії удару в надрізі, отже, і показника ударної в'язкості структури виробу. Залежно від матеріалу завершальний відпал виконують, переважно, в діапазоні температур 600-700°С. Отже, повинна бути точно встановлена температура проведення даної операції, залежно від тих властивостей матеріалу, які повинні бути досягнуті, наприклад, від очікуваних показників 88573 6 міцності, міцність при розтягненні, а також енергії удару в надрізі. Випробування труб, виготовлених відповідно до способу за даним винаходом, показало відсутність ферито-перлітної мікроструктури, яка звичайно характерна для конструкційних сталей, з наявними змінами в рівні енергії удару в надрізі зразків, як у поперечному, так і повздовжньому напрямках. Такий висновок підтверджується результатами випробувань щодо показників енергії удару в надрізі при випробуваннях на міцність труб циліндра (циліндричних труб) моделі StE 460, як показано на фіг. 1. Майже ідентичний рівень енергії удару в надрізі, приблизно, до 180 джоулів, досягнутий як в подовжньому, так і в поперечному напрямку. Як показано на Фіг.2, структурні елементи труби, виготовлені із сталі марки StE 460 відповідно до даного винаходу, в порівнянні із сталевою трубою тієї ж марки, виготовленою звичайним способом , мають достатньо високий показник в'язкого руйнування при температурах до -20°С, а значить, достатній запас здатності до пластичного деформування для запобігання ризику структурного руйнування виробу (розпаду на декілька частин). Концепція матеріалу, відповідно до винаходу, дозволяє забезпечити роботу гідроциліндрів навіть при температурному діапазоні до -20°С. При використанні деяких марок сталі присутній додатковий позитивний ефект, як результат значного підвищення показників міцності виробів. Це дозволяє з великою користю, приблизно до 30%, зменшити товщину стінки циліндричних труб і, таким чином, зменшити вагу, задовольняючи вимоги щодо полегшування конструкції. Слід зазначити, що спосіб виготовлення циліндричних труб, відповідно винаходу, що працюють під тиском, забезпечує запобігання структурного руйнування при робочих температурах до -20°С і, крім того, дозволяє зменшити товщину стінки циліндра до 30%. 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 88573 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601