Способ производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана

Способ производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана

Реферат

Изобретение относится к трубному производству, а именно к прокатке холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана из передельной сварной заготовки, и может быть использовано на станах холодной прокатки ХПТ 250 и ХПТ 450.

В практике трубного производства известен способ производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров (426-159) мм из сплавов на основе титана из горячекатаных передельных трубных заготовок большого диаметра, включающий отливку слитков диаметром 600-630 мм ЭШП, механическую обработку слитков (обточку и сверление центрального отверстия диаметром 100 мм), нагрев слитков в муфелях до температуры пластичности (1140-1180)°С, прошивку на косовалковом прошивном стане с коэффициентом вытяжки 1,4-1,8, прокатку на пилигримовом стане с коэффициентом вытяжки 2,8-3,8, правку и механическую обработку горячекатаных труб со съемом наружного и внутреннего дефектных слоев по 8-10 мм (ТУ 14-3-1218-83 "Трубы бесшовные горячедеформированные обточенные и расточенные из сплава марки 14″ и ТИ 158-Тр.ТБ1-64-2002 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из сплава 14 по ТУ 14-3-1218-83 и ТУ 14-3-1236-83″, г. Челябинск, 2002).

Недостатком данного способа является низкий выход годного (расходный коэффициент металла 1,8-2,5) вследствие образования поверхностных дефектов (трещин из-за альфированного слоя) и трудоемкость нагрева заготовок в специальных муфелях, исключающих вероятность возгорания заготовок из титановых сплавов при взаимодействии с жидкой окалиной.

При производстве передельных бесшовных горячекатаных труб большого диаметра используются слитки больших масс, которые требуют продолжительного времени нагрева, в результате чего происходит газонасыщение поверхности слитка (возникновение альфированного слоя). В процессе поперечно-винтовой прошивки и прокатки на пилигримовом стане под действием растягивающих и сжимающих напряжений в альфированном слое возникают трещины, которые под воздействием попавшей в них воды и деформационных напряжений развиваются в глубь тела гильз и труб. Для удаления трещин с горячекатаных труб требуется механическая обработка (расточка и обточка) на глубину до 10 мм, что требует дополнительных затрат станочного оборудования, а самое главное приводит к значительным потерям дорогостоящих титановых сплавов.

В практике производства бесшовных холоднокатаных труб на станах ХПТ рекомендуется уменьшение наружного диаметра (редуцирование по диаметру) в пределах 26-40 мм, которое увеличивается с увеличением диаметра труб (В.Я.Осадчий, А.С.Вавилин, В.Г.Зимовец и А.П.Коликов. Технология и оборудование трубного производства. Москва. "Интернет инжиниринг", 2001 г., с.481). Это говорит о том, что для прокатки труб диаметром 159 мм (средний диаметр) за один перекат необходима передельная заготовка диаметром не более 200 мм, а для труб диаметром 426 мм (большой диаметр) заготовка диаметром не более 470 мм.

Известен способ прокатки холоднокатаных труб из титановых сплавов, включающий производство листовой заготовки, формовку листовой заготовки в трубную заготовку, сварку продольных кромок, поперечную раскатку сварной передельной заготовки на оправке в косовалковом стане и последующую прокатку (авт. свид. СССР №499907, Кл. В 21 В 23/00, 1974 г.).

Недостаток известного способа заключается в том, что он трудоемок из-за выполнения операций прокатки труб на двух типах прокатного оборудования, не исключает образование дефектов на наружной и внутренней поверхностях труб в виде рисок по границе сплавления сварного шва с основным металлом, сложность и отсутствие оборудования для ремонта сварного шва, а также дефектов в виде рванин сварного соединения из-за наличия не удаленного альфированного слоя со сварного шва. Данный процесс приемлем только для производства труб из титановых сплавов малого размера, т.к. существуют промышленные установки по производству сварных труб данного сортамента в защитной среде аргона.

Наиболее близким по техническому решению является способ прокатки холоднокатаных труб из титановых сплавов, включающий производство листовой заготовки, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку, сварку продольных кромок, прокатку на цилиндрической оправке по спирали (угол кантовки менее 90°) с шагом, равным толщине стенки готовой трубы, со степенью деформации по стенке 30-50% (авт. свидетельство СССР №893280, Кл. В 21 В 23/00, 1981 г.).

Недостаток приведенного способа производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана заключается в том, что он также трудоемок, требует больших капитальных затрат и не решает основную задачу, а именно снижение дефектов (концентраторов напряжений) и их ремонт на наружной и внутренней поверхности труб в виде продольных рисок по границе сплавления сварного шва с основным металлом и рванин сварного соединения из-за альфированного слоя, который удалять с труб данного сортамента сложно и экономически не целесообразно.

Задачей предложенного способа прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана является освоение производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из титановых сплавов из сварной передельной трубной заготовки, снижение трудоемкости ее изготовления и ремонта сварного соединения, изготовление холоднокатаных труб в соответствии с ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003, снижение расхода сплава при переделе: сварная передельная трубная заготовка - холоднокатаная труба.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, включающем производство передельных сварных заготовок, прокатку их с одним или двумя перекатами в зависимости от размеров и марки сплава, передельную трубную заготовку для прокатки холоднокатаных труб большого диаметра производят формовкой на вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона и прокатывают в холоднокатаную трубу максимального диаметра с вытяжкой 1,2-1,4, а при последующих перекатах вытяжку увеличивают на 0,05-0,20 до 1,9-2,3 на последнем перекате.

Сущность способа заключается в том, что с целью снижения расхода титановых сплавов при прокатке холоднокатаных труб большого и среднего диаметров вместо бесшовных передельных заготовок используют сварные передельные трубные заготовки, а для снижения трудоемкости их изготовления, снижения трудоемкости ремонта сварного соединения передельную трубную заготовку производят формовкой на вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона, для прокатки холоднокатаных труб большего диаметра, которую прокатывают с вытяжкой 1,2-1,4, а при последующих перекатах в трубы среднего диаметра вытяжку увеличивают на 0,05-0,20 до 1,9-2,3 на последнем перекате. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "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 заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Способ опробован и осуществлен на станах ХПТ 250 и ХПТ 450 ОАО "ЧТПЗ" при прокатке холоднокатаных труб размером 426×12 - 377×10 - 325×8 - 273×6 - 219×4,5 - 180×3 - 159×1,5 мм из передельной сварной трубной заготовки размером 470×14,5 мм из сплава ВТ 1-0. Две передельные сварные заготовки размером 470×14,5×4500 мм были изготовлены на ЗАО "Завод ПСК" г. Новосибирск. Листы в трубные заготовки сформовали на вальцах с зазором 4,0 мм. Сварку продольных кромок проводили расходуемым электродом из сплава ВТ1-0 в защитной среде аргона. Заготовки были поставлены на ОАО "ЧТПЗ" и перекатаны в трубы по предлагаемой и существующей технологиям. Данные по прокатке холоднокатаных труб большого и среднего диаметров на станах ХПТ 250 и ХПТ 450 ОАО "ЧТПЗ" из передельных сварных заготовок сплава ВТ1-0 по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что сварная прямошовная заготовка по предлагаемой технологии последовательно перекатана в холоднокатаные трубы размером 426×12 - 377×10 - 325×8 - 273×6 - 219×4,5 - 180×3 и 159×1,5 мм с коэффициентами вытяжек 1,33; 1,35; 1,45; 1,58; 1,66; 1,82 и 2,25 и обжатиями (редуцированием) по диаметру соответственно 44; 49; 52; 52; 54; 39 и 21 мм, что полностью соответствует формуле изобретения. Трубы всех размеров по геометрическим размерам и механическим свойствам соответствовали требованиям ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003. Расходный коэффициент металла по переделам составил от 1,015 до 1,042, а суммарный расходный коэффициент по трубам среднего (конечного) диаметра размером 159×1,5 мм от сварной заготовки до трубы составил 1,153. По существующей технологии сварная прямошовная передельная заготовка должна быть прокатана за два переката в трубы размером 426×12 и 377×10 мм. Так как в России не существует станов продольной сварки труб диаметром 377, 325 и 265 мм, а тем более для производства сварных труб из сплавов на основе титана в защитной среде аргона, то для производства труб размером 325х8 мм потребовалась бесшовная горячекатаная трубная заготовка размером 375×18 мм, которая после механической обработки на размер 365×10×6000 мм была прокатана в трубы размером 325×8 мм с последующей перекаткой в трубы размером 273×6 мм. Расходный коэффициент металла по прокату составил 1,024 и 1,035, а с учетом механической обработки горячекатаных труб составил соответственно 1,854 и 1,960. Для прокатки труб размером 219×4,5, 180×3 и 159×2 мм по существующей технологии можно использовать горячекатаную механически обработанную (обточенную и расточенную) заготовку размером 250×6×6000 мм. При использовании данной заготовки расходный коэффициент металла по переделам составил 1,025; 1.026 и 1,026, а с учетом переточки заготовок соответственно 2,409; 2,450 и 2,513. Таким образом, при прокатке труб размером 159×1,5 мм из передельной сварной трубной заготовки за семь перекатов суммарный расходный коэффициент сплава ВТ1-0 составил 1,153, а по существующей технологии за три переката из бесшовной механически обработанной заготовки размером 250×6×6000 мм суммарный расходный коэффициент сплава ВТ1-0 составил 2,536, т.е. получено снижение расходного коэффициента на 1,383 или в 2,2 раза при получении качественных труб по геометрическим размерам и механическим свойствам и потери производительности станов ≈ в 2 раза. Так как стоимость сплавов на основе титана значительно выше стоимости простоев стана (стано-часа), то экономически целесообразно идти по пути экономии сплава за счет потери производительности станов, тем более при неполной загрузке станов ХПТ 250 и ХПТ 450.

Таким образом, использование предложенного способа прокатки труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана позволит производить качественные трубы в соответствии с ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003 из сварной передельной трубной заготовки, изготовленной для прокатки труб максимального диаметра, вместо бесшовной передельной заготовки, значительно снизить трудоемкость изготовления передельной трубной заготовки, снизить расходный коэффициент титановых сплавов в 2,0-2,2 раза при переделе: сварная передельная трубная заготовка для прокатки холоднокатаных труб большего диаметра - холоднокатаная труба размерного ряда от максимального до среднего, а следовательно, значительно снизить стоимость холоднокатаных труб данного размерного ряда из сплавов на основе титана.

Данные по прокатке холоднокатаных труб большого и среднего диаметров на станах ХПТ 250 и ХПТ 450 ОАО ″ЧТПЗ″ из передельных заготовок сплава ВТ1-0 по существующей и предлагаемой технологиям
Предлагаемая технология	Существующая технология
Вид и размеры передель-ной заготовки (мм)	Размеры труб (мм)	Коэффиц. Вытяжки (μ)	Обжатие по диаметру (мм)	Длина труб после обрезки концов (мм)	Расход. коэффиц. металла	Вид и размеры передельной заготовки (мм)	Размеры труб (мм)	Коэффиц. вытяжки (μ)	Обжатие по диаметру (мм)	Длина труб после обрезки концов (мм)	Расход. коэффиц. металла
Сварная прямошов-ная 470×14, 5×4500	426×12	1,33	44	5750	1,042	Сварная прямошов. 470×14,5×4500	426×12	1,33	44	5750	1,042
377×10	1,35	49	7600	1,025	377×10	1,35	49	7600	1,025
325×8	1,45	52	10700	1,029	Бесшовная мехобработ. 365×10×6000	325×8	1,40	40	8200	По прок. 1,024 с мех. обр. 1,854
273×6	1,58	52	16700 (8350×2)	1,016	Бесшовная мехобработ. 315×8×6000	273×6	1,53	42	8900	По прок. 1,035 с мех. обр. 1,960
219×4,5	1,66	54	13600 13600	1,019	Бесшовная мехобработ. 250×6×6000	219×4,5	1,52	31	8900	По прок. 1,025 с мех. обр. 2,409
180×3	1,82	39	12200×2 12200×2	1,015	180×3	1,82	39	15900 (7950×2)	По прок. 1,026 с мех. обр. 2,450
159×1,5	2,25	21	10000×8+7300×4	1,035 р/к от заготов. 1,153	159×2	1,69	21	13100×2	По прок. 1,026 с мех. обр. 2,513

1. Способ прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, включающий производство передельных сварных трубных заготовок, прокатку их с одним или двумя перекатами в зависимости от размеров труб и марки сплава, отличающийся тем, что передельную трубную заготовку для прокатки холоднокатаных труб большого диаметра производят формовкой на вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что передельную сварную трубную заготовку прокатывают в холоднокатаную трубу максимального диаметра с вытяжкой 1,2-1,4, а при последующих перекатах вытяжку увеличивают на 0,05-0,20 до 1,9-2,3 на последнем перекате.