Способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в гильзы в станах косой прокатки

Способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в гильзы в станах косой прокатки

Реферат

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки, и может быть использовано при производстве передельных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

В практике трубного производства известен способ прошивки слитков и заготовок в станах косой прокатки из титанового сплава 14 для прокатки передельных труб размером 492×48, 485×36 и 398×46 мм под механическую обработку на размер 474×29,5, 467×16 и 377×24 мм на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ", включающий сверление сквозного центрального отверстия, нагрев в муфелях в методических печах сверленых слитков и заготовок сплава 14 до температуры 1155-1180°С, транспортировку их к прошивному стану, прошивку их в гильзы в рабочих валках с постоянным углом наклона и направляющими валками (ТУ 14-3-1218-83 "Трубы бесшовные горячедеформированные обточенные и расточенные из сплава 14". ТИ 158-Тр.ТБ1-54-97 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из сплава 14 по ТУ 14-3-1218-83").

Недостатком указанного способа является то, что в процессе нагрева, прошивки в станах косой прокатки и прокатки на пилигримовых станах происходит газонасыщение поверхностных слоев слитков-заготовок, гильз и передельных труб. На поверхностях горячих слитков-заготовок, гильз и труб образуется газонасыщенный (альфированный) - хрупкий слой, который при прошивке в двухвалковом стане винтовой прокатки и прокатке в пилигримовых станах приводит к образованию поверхностных дефектов в виде рванин, которые на передельных трубах-заготовках приходится удалять способом механической обработки (обточки и расточки) на глубину 9,0-9,5 мм. В некоторых случаях эти дефекты превышают эти значения, что приводит к окончательному браку передельных труб-заготовок или, при наличии попутчиков, переточки на более тонкие стенки. Другим недостатком данного способа является то, что при прошивке гильз на оправках диаметром 400 мм и более без смазки возникают повышенные сопротивления деформации со стороны оправки, что приводит часто к застреванию (закатыванию) оправок. Это явление связано с высокими пластическими свойствами сплавов на основе титана, низким сопротивлением деформации, относительно малыми тянущими усилиями валков в конусе прошивки, а также повышенным сопротивлением внедрению оправки. Чтобы увеличить тянущие усилия в конусе прошивки приходится сводить валки, что, в свою очередь, приводит к увеличению обжатия по диаметру и, как следствие, к затеканию сплава за реборды валков и прекращению процесса прошивки (А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. "Сталь", №9, 1992, с.61).

В трубном производстве известен способ прошивки слитков и заготовок из титанового сплава 14 в станах косой прокатки, включающий сверление центрального отверстия, нагрев в муфелях в методических печах сверленых слитков и заготовок до температуры 1155-1180°С с использованием для уменьшения окалинообразования и газонасыщения внутренней поверхности слитков-заготовок в процессе нагрева заглушек из графитовых стержней и коррозионно-стойких сталей. Использование заглушек дало возможность снизить количество грубых рванин и раковин на внутренней поверхности гильз, а, следовательно, исключить переводы передельных труб в брак по выходу толщин стенок за минусовые значения (А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. "Сталь", №9, 1992, с.61).

Недостатком указанного способа является то, что при нагреве слитков-заготовок выше 700-800°С и кантовке их кантовальной машиной вдоль методической печи заглушки выпадают из центрального отверстия.

Наиболее близким техническим решением является способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки, включающий сверление центрального отверстия, вдувание смазки ЭВТ-10 внутрь сверленых и не досверленных слитков-заготовок, введение стеклоэмалевых брикетов во внутрь не досверленных слитков-заготовок перед посадом в печь или перед задачей их в прошивной стан, нагрев слитков и заготовок в муфелях в методических печах до температуры пластичности (1155-1180)°С, подстуживание перед прошивкой и прошивку их в гильзы в стане косой прокатки. Использование стеклоэмалевых брикетов в качестве защиты и смазки улучшило внутреннюю поверхность гильз и труб, снизило застревание гильз в прошивном стане. Лучшие результаты получены при введении стеклоэмалевых брикетов в недосверленные слитки-заготовки. (А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. "Сталь", №9, 1992, с.62).

Однако известный способ также имеет недостатки. Данный способ не оговаривает и не конкретизирует величину недосверленной части слитков-заготовок и место ее расположения, а также не конкретизирует необходимую толщину защитного покрытия внутренней поверхности гильз, которое должно выполнять функции защиты от газонасыщения в процессе прошивки гильз и транспортировки их к пилигримовому стану, при одновременном выполнении функции смазки оправки прошивного стана и дорнов при прокатке передельных труб на пилигримовом стане. Данный способ не решает вопрос геометрических размеров стеклоэмалевых брикетов, их массы, времени введения их в центральное сверление до начала процесса прошивки и начала их плавления, чтобы к началу внедрения оправки прошивного стана в слиток-заготовку расплавленная масса стеклоэмалевых брикетов подошла к торцу слитков-заготовок и начала выполнять свои основные функции, равномерного покрытия внутренней поверхности гильзы и смазки оправки.

Задачей предложенного способа является снижение количества и размеров дефектов в виде рванин и раковин на внутренней поверхности гильз, исключения закатов оправок прошивного стана в гильзах, внедрения эффективных покрытий для зашиты внутренней поверхности гильз от газонасыщения в процессе прошивки и транспортировки их к пилигримовому стану, а также для смазки оправки прошивного стана и дорнов пилигимового стана, снижение расходного коэффициента сплава при переделе слиток-заготовка - передельная труба, а следовательно, снижение стоимости передела слиток-заготовка из сплавов на основе титана - передельная труба - трубная заготовка.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана, включающим сверление в них центрального отверстия с нанесением на внутреннюю поверхность смазки посредством размещения стеклоэмалевых брикетов в центральном отверстии, нагрев слитков и заготовок в муфелях в методических печах до температуры пластичности, подстуживание перед прошивкой и прошивку их в гильзы в стане косой прокатки, слитки и заготовки не досверливают со стороны усадочной части на величину 50-80 мм, при этом стеклоэмалевые брикеты задают в центральное отверстие на глубину 200-300 мм от торца, во время подстуживания, за 2-3 минуты до начала прошивки, а прошивку производят с запиранием их оправкой, внутреннюю поверхность гильз покрывают слоем стеклоэмалевого покрытия-смазки толщиной 0,3-0,5 мм, диаметр стеклоэмалевых брикетов определяют из выражения D=D_ц.св.-(10-15), где D_ц.св. - диаметр центрального сверления слитков и заготовок, мм, а массу и геометрические размеры стеклоэмалевых брикетов определяют из выражений m=h·S·g, m=π/4·D²·H·g, где h=(0,03-0,05) - толщина слоя, необходимая для предохранения внутренней поверхности гильз от газонасыщения в процессе прошивки, транспортировки к пилигримовому стану и смазки оправки прошивного стана и дорнов при прокатке труб на пилигримовом стане, см; S - площадь внутренней поверхности гильз, см²; g - удельный вес стеклоэмалевых брикетов, г/см³; D - диаметр стеклоэмалевых брикетов, см; а Н - высота стеклоэмалевых брикетов, см.

Сущность способа заключается в том, что конкретизируется процесс сверления центрального отверстия, которое необходимо вести с донной более плотной и качественной части слитка, т.к. процесс прокатки на пилигримовом стане ведут донным концом вперед, а со стороны усадки формируют пилигримову головку (технологический отход при пилигримовой прокатке). Чем меньше величина не досверленной части слитков-заготовок тем лучше, но это может привести к сквозному сверлению, что соответственно не желательно, а превышение данной величины более 100 мм может привести к закатке оправки в гильзе, т.е. к приостановке процесса прошивки. Таким образом, слитки и заготовки необходимо не досверливать со стороны усадочной части на оптимальную величину 50-80 мм. Теоретически и практически установлено, что для защиты внутренней поверхности гильз от газонасыщения в процессе прошивки и транспортировки их к пилигримовому стану, а также для смазки оправки и дорна пилигримового стана необходимо, чтобы внутренняя поверхность гильз была покрыта защитным стеклоэмалевым слоем толщиной 0,3-0,5 мм, а для свободного введения стеклоэмалевых брикетов в центральное сверление диаметр их должен быть меньше диаметра сверления на 10-15 мм. Равномерное стеклоэмалевое покрытие внутренней поверхности гильз толщиной 0,3-0,5 мм, массу и геометрические размеры стеклоэмалевых брикетов можно определить по приведенным формулам в п.4 формулы изобретения, зная площадь внутренней поверхности гильзы. Для равномерного покрытия внутренней поверхности гильз защитным стеклоэмалевым слоем предложено брикеты задавать во время подстуживания слитков-заготовок перед прошивным станом за 2-3 минуты до начала прошивки на глубину 200-300 мм от торца, т.к. за данный период времени стеклоэмалевые брикеты при температуре 1155-1180°С начнут плавиться, а расплавленная масса подойдет к торцу гильзы и в начале прошивки будет выполнять свои функции, а именно смазывать оправку и равномерно покрывать внутреннюю поверхность гильзы защитным слоем, т.е. препятствовать газонасыщению при прошивке и транспортировке гильз к пилигримовому стану.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки, отличается тем, слитки и заготовки не досверливают со стороны усадочной части на величину 50-80 мм, при этом стеклоэмалевые брикеты задают в центральное отверстие на глубину 200-300 мм от торца, во время подстуживания, за 2-3 минуты до начала прошивки, а прошивку производят с запиранием их оправкой, внутреннюю поверхность гильз покрывают слоем стеклоэмалевого покрытия - смазки толщиной 0,3-0,5 мм, диаметр стеклоэмалевых брикетов определяют из выражения D=D_ц.св.-(10-15), где D_ц.св. - диаметр центрального сверления слитков и заготовок, мм, а массу и геометрические размеры стеклоэмалевых брикетов определяют из выражений m=h·S·g, m=π/4·D²·H·g, где h=(0,03-0,05) - толщина слоя, необходимая для предохранения внутренней поверхности гильз от газонасыщения в процессе прошивки, транспортировки к пилигримовому стану и смазки оправки прошивного стана и дорнов при прокатке труб на пилигримовом стане, см; S - площадь внутренней поверхности гильз, см²; g - удельный вес стеклоэмалевых брикетов, г/см³; D - диаметр стеклоэмалевых брикетов, см; а Н - высота стеклоэмалевых брикетов, см. Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

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 соответствует патентноспособности "изобретательский уровень".

Способ был опробован на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". По данному способу впервые в октябре 2004 г. прокатана промышленная партия передельных труб размером 492×48×7500 мм для изготовления путем механической обработки (обточки и расточки) баллонных заготовок размером 474×29, 5×3550+100 мм.

На ТПА с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" была прокатана промышленная партия передельных труб размером 492×48×7500 мм из сплава 14 для изготовления баллонных заготовок размером 474×29, 5×3550+100 мм по существующей и предлагаемой технологиям. В производство было задано 25 слитков, которые были прошиты в гильзы (по 5 штук) по трем вариантам по существующей технологии и 10 по предлагаемой технологии. Данные по прошивке и прокатке передельных труб размером 492×48×7500 мм из слитков размером 650×100×1750 мм сплава 14 для изготовления путем механической обработки (обточки и расточки) баллонных заготовок размером 474×29, 5×3550+100 и 472×27, 0×3550+100 мм приведены в таблице. Из таблицы видно, что по существующей технологии было прокатано 15 слитков. Пять слитков имели сквозное сверление диаметром 100±5 мм. Стеклоэмалевые брикеты вводились на слитковой тележке после выдачи их из печи. Размер стеклоэмалевых брикетов 100×200 мм массой 6,8 кг. Стеклоэмалевые брикеты долго вводились специальной лопаточкой, т.к. их диаметр был равен диаметру центрального сверления слитков. Слитки подстуживались перед прошивным станом в течение 4,5 минут. В процессе прошивки приходилось сводить рабочие валки, чтобы увеличить обжатие, а следовательно, тянущие усилия для выдачи гильз из очага деформации, а одну гильзу выбросили, т.к. закатали оправку. После прошивки гильзы продувались сжатым воздухом. На пилигримовом стане для смазки дорнов в каждую гильзу задавали смазку - 400-500 г серебристого графита. Из данной партии труб после механической обработки было получено 6 кратов размером 474×29, 5×3550 мм и два крата размером 474×27, 0×3550 мм. Одна гильза с закатанной оправкой отошла в брак, а два крата из-за внутренних раковин были переточены на стенку 27,0 мм. Расходный коэффициент сплава 14 по данной партии составил 2,386. На последующих 5 слитках центральное сверление было не досверлено на длину 150-250 мм. Стеклоэмалевые брикеты вводились во внутрь слитков перед посадом их в методическую печь. Размер стеклоэмалевых брикетов и способ их введения был аналогичен первому случаю. После выдачи из печи слитки перед прошивным станом подстуживали в течение 4,5 минут. В процессе прошивки всех слитков приходилось сводить валки. Гильзы после прошивки не продувались. На пилигримовом стане для смазки дорнов в каждую гильзу задавали смазку - 400-500 г серебристого графита. Из данной партии труб после механической обработки было получено 7 кратов размером 474×29, 5×3550 мм и 3 крата размером 474×27, 0×3550 мм. Расходный коэффициент сплава 14 по данной партии составил 1,917. На последующих 5 слитках центральное сверление также было не досверлено на длину 150-250 мм. Стеклоэмалевые брикеты вводились вовнутрь слитков перед прошивным станом на слитковой тележке без фиксирования их места расположения (приблизительно по центру слитков). Размеры стеклоэмалевых брикетов 100×200 мм. Слитки перед прошивным станом подстуживали в течение 4,5 минут. В процессе прошивки всех слитков приходилось сводить валки. Гильзы после прошивки не продувались. На пилигримовом стане для смазки дорнов в каждую гильзу задавали смазку - 400-500 г серебристого графита. Из данной партии труб после механической обработки было получено 8 кратов размером 474×29, 5×3550 мм и 2 крата размером 474×27, 0×3550 мм. Расходный коэффициент сплава 14 по данной партии составил 1,901.

По предлагаемой технологии было прокатано 10 слитков. Центральное сверление слитков не досверливалось на длине 50-80 мм. Стеклоэмалевые брикеты имели размер 90×270 мм массой 7500 г. Слитки перед прошивным станом подстуживались в течение 4,5 минут. Стеклоэмалевые брикеты вводили за 2,5-3,0 минуты до начала прошивки слитков. Стеклоэмалевые брикеты вводили на расстояние 200-300 мм от торца слитков. В течение 2,5-3,0 минут брикеты при температуре 1155-1180°С начинали плавиться и растекаться, по внутреннему сверлению достигая торца слитков. Прошивка слитков проходила стабильно. Настройку прошивного стана в процессе прошивки не меняли, т.е. рабочие валки не сводили. Гильзы после прошивного стана не продували, т.к. внутренняя поверхность их была покрыта равномерным защитным слоем толщиной 0,3-0,5 мм. На пилигримовом стане дополнительная смазка дорнов не производилась. В конце прокатки дорна свободно извлекались из труб. Из данной партии все 20 кратов сданы на размер 474×29, 5×3550 мм. Расходный коэффициент сплава при производстве передельных труб размером 492×48×7500 мм по предлагаемой технологии составил 1,872, т.е. получено снижение расходного коэффициента сплава, по сравнению с лучшими результатами прокатки по существующей технологии, на 60 кг на каждой тонне баллонных заготовок размером 474×29, 9×3550 мм.

Таким образом, результаты проведенного эксперимента подтвердили теоретические обоснования и правомерность формулы изобретения "Способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки" за счет правильного выбора величины недосверленной части центрального сверления и места его расположения (со стороны усадочной части слитков), теоретически обоснованной толщины слоя стеклоэмалевого покрытия-смазки внутренней поверхности гильз, геометрических размеров стеклоэмалевых брикетов и их массы в соответствии с п.4 формулы изобретения, а также времени и места их введения в центральное отверстие слитков-заготовок и ведения процесса прошивки с запиранием смазки оправкой, что дает возможность равномерного покрытия внутренней поверхности гильз защитным от газонасыщения в процессе прошивки и транспортировки гильз слоем, который одновременно выполняет роль смазки оправки прошивного стана и дорнов при пилигримовой прокатке.

Использование предложенного способа прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в санах косой прокатки для производства передельных труб большого и среднего диаметров на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" позволит повысить производительность стана косой прокатки за счет снижения или полного исключения пробуксовок гильз и их застревание в стане, снизить расходный коэффициент сплава за счет снижения количества внутренних трещин, раковин и глубины их проникновения в тело гильз, исключить продувку гильз после прошивки и дополнительную смазку дорен путем подачи серебристого графита во внутрь гильз, а следовательно, снизить стоимость передела передельных труб из сплавов на основе титана.

ТаблицаДанные по прошивке и прокатке передельных труб размером 492×48×7500 мм из слитков размером 650×100×1750 мм сплава 14 для изготовления баллонной заготовки размером 474×29, 5×3550+100 и 474×27×3550+100 мм по существующей и предлагаемой технологиям

Вид технолог.

Размер слитков

Прокатано слитков

Вид сверления

Способ задачи брикетов

Размер гильз

Время подстуж. гильз

Способ продувки гильз

Размет перед. труб

Способ смазки дорнов

Сдано кратов

Расход. коэфф. металла

мм

шт.

тонн

-

мм

мин

-

мм

-

шт

тонн

-

Существ.

650×100×1750

5

12,74

Сквозное

Во время выдачи из печи

600×435×3100

4,5

Сжатым воздухом

492×48×7500

400-500 г. графита в гильзу

474×27,0-6 кратов 474×27,0-2 крат

5,339

2,386

650×100×1750

5

12,74

Не досвер. 150-250 мм

Перед посадом в печь

600×435×3100

4,5

Не продували

492×48×7500

400-500 г. графита в гильзу

474×29,5-7 кратов 474×27,0-3 крат

6,645

1,917

650×100×1750

5

12,74

Не досвер. 150-250 мм

Перед прошив. станом

600×435×3100

4,5

Не продували

492×48×7500

400-500 г. графита в гильзу

474×29,5-8 кратов 474×27,0-2 крат

6,701

1,901

Предлаг.

650×100×1750

10

25,48

Не досвер. 50-80 мм

За 2,5-3,0 мин до нач. прош.

600×435×3100

4,5

Не продували

492×48×7500

Дополнит. смазка не примен.

474×29,5-20 кратов

13,611

1,872

Примечание к таблице: Расходный коэффициент сплава 14 от слитков до труб-кратов после обточки и расточки по существующей технологии в зависимости от способов сверления центрального отверстия и подачи смазки составил от 2,з86 до 1,901, а по предлагаемой 1,872, т.е. получено снижение сплава на 60 кг на каждой тонне труб-кратов для изготовления баллонов.

1. Способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана в станах косой прокатки, включающий сверление в них центрального отверстия с нанесением на внутреннюю поверхность смазки посредством размещения стеклоэмалевых брикетов в центральном отверстии, нагрев слитков и заготовок в муфелях в методических печах до температуры пластичности, подстуживание перед прошивкой и прошивку их в гильзы в стане косой прокатки, отличающийся тем, что слитки и заготовки не досверливают со стороны усадочной части на величину 50-80 мм, при этом стеклоэмалевые брикеты задают в центральное отверстие на глубину 200-300 мм от торца, во время подстуживания, за 2-3 минуты до начала прошивки, а прошивку производят с запиранием их оправкой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что внутреннюю поверхность гильз покрывают слоем стеклоэмалевого покрытия - смазки толщиной 0,3-0,5 мм.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диаметр стеклоэмалевых брикетов определяют из выражения

D=D_ц.св.-(10-15),

где D_ц.св. - диаметр центрального отверстия сверления слитков и заготовок, мм.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что массу и геометрические размеры стеклоэмалевых брикетов определяют из выражений

m=h·S·g,

m=π/4·D²·H·g,

где h=(0,03-0,05) - толщина слоя, необходимая для предохранения внутренней поверхности гильз от газонасыщения в процессе прошивки, транспортировки к пилигримовому стану и смазки оправки прошивного стана и дорнов при прокатке труб на пилигримовом стане, см;

S - площадь внутренней поверхности гильз, см²;

g - удельный вес стеклоэмалевых брикетов, г/см³;

D - диаметр стеклоэмалевых брикетов, см;

Н - высота стеклоэмалевых брикетов, см.