Способ изготовления сварных горячедеформированных изделий и линия для его осуществления

 

Изобретение относится к обработке металла давлением, в частности к производству из проката сварных конструкций, труб, профилей. Способ изготовления сварных горячедеформированных изделий в линии стана горячей прокатки включает подачу и формоизменение нагретого проката, сварку и деформирование изделия. При осуществлении способа в линии стана горячей прокатки после чистовых клетей производят формоизменение неостуженного проката, причем операции формоизменения, сварки и деформирования осуществляют при температурах изделия, обеспечивающих уменьшение напряжений и структурной неоднородности. Кроме того, подачу проката осуществляют с одновременным его формоизменением. Линия для изготовления сварных горячедеформированных изделий включает установленные в технологической последовательности и соединенные транспортными средствами стан горячей прокатки, агрегат формоизменения, сварки, деформирования изделий, на входе агрегата формоизменения размещено устройство подачи проката. Кроме того, транспортные средства линии снабжены устройствами укрупнения проката, установленными перед устройством подачи проката. Изобретение обеспечивает возможность сварки изделий из высокопрочных марок сталей, повышение качества изделий, расширение сортамента и снижение затрат. 2 с. и 2 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к обработке металла давлением, в частности к производству из проката сварных конструкций, труб, профилей.

Известны способы производства сварных труб большого диаметра путем формоизменения листового проката в холодном состоянии в цилиндры (полуцилиндры), соединение из кромок сваркой в изделие (трубы) и их деформацию в прессах (Матвеев Ю. М. Теоретические основы производства сварных труб. - М.: Металлургия, 1967, с. 9, 51, 89).

Известны также способы производства сварных строительных конструкций: балок, колонн таврового, двутаврового, коробчатого, C-образного сечения (Николаев Г. А. Сварные конструкции. -М.: Машгиз, 1962, с. 155, 275), в которых для получения изделия сложного сечения соединяют сваркой несколько профилей проката.

Указанные способы и линии имеют ряд существенных недостатков: передел проката в холодном состоянии; ограниченный диапазон применяемых марок сталей и толщины применяемого проката; неудовлетворительное качество из-за наличия остаточных напряжений от деформаций, неоднородности основного металла и сварного шва по структуре и механическим свойствам, что ограничивает область применения сварных изделий; относительно высокие энергетические, производственные и трудовые затраты.

Наиболее близким является принятый за прототип способ производства труб печной сваркой (Емельяненко П. Т. Трубопрокатное и трубосварочное производство. -М.: Металлургиздат, 1954, с. 376-396), в котором полосовой прокат в рулонах после подготовки непрерывно подают через проходную печь, нагревают до температуры 1200-1350^oC и на выходе из печи формуют в трубную заготовку, производят сварку давлением, а затем полученную трубу деформируют до заданного размера и подают на отделку.

К недостаткам способа относятся ограниченный диапазон применяемых марок сталей и сортамента труб; низкий уровень качества и прочности сварных соединений, ограничивающий область использования труб в сооружениях ответственного назначения; высокие производственные затраты и капвложения.

Наиболее близкой по технической сущности является линия для производства труб печной сваркой (Емельяненко П.Т. Трубопрокатное и трубосварочное производство. -М.: Металлургиздат, 1954, с. 376-396), которая содержит оборудование участка подготовки холодного металла в рулонах для размотки, правки, стыкосварки и создания запаса непрерывной полосы, проходную печь для нагрева непрерывно поступающей полосы, формовочно-сварочные клети и редукционный стан.

Линия имеет ряд существенных недостатков: сложное и металлоемкое специальное оборудование участка подготовки и нагрева ограничивает диапазон исходной заготовки по толщине и ширине и не позволяет применять заготовку из высокопрочных сталей; неравномерная толщина полосы не позволяет обеспечить ее равномерный нагрев и, следовательно, стабильность качества сварки; повышенный расход металла при больших энергозатратах на нагрев и формоизменение (на угар и окалину расходуется более 8%).

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в возможности осуществления сварки изделий из высокопрочных марок сталей, в повышении качества изделий, расширении сортамента и снижении затрат.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления сварных горячедеформированных изделий, включающем подачу и формоизменение нагретого проката, сварку и деформирование изделия, согласно изобретению в линии стана горячей прокатки после чистовых клетей производят формоизменение неостуженного проката, причем операции формоизменения, сварки и деформирования осуществляют при температурах изделия, обеспечивающих уменьшение напряжений и структурной неоднородности.

Кроме того, подачу проката осуществляют с одновременным его формоизменением.

Поставленная задача решается также за счет того, что линия для изготовления сварных горячедеформированных изделий, включающая установленные в технологической последовательности и соединенные транспортными средствами агрегаты формоизменения, сварки и деформирования изделия, согласно изобретению линия содержит стан горячей прокатки, установленный перед агрегатом формоизменения, а на входе последнего размещено устройство подачи проката.

Кроме того, транспортные средства снабжены устройствами укрупнения проката, установленными перед устройством подачи проката.

Предлагаемый способ предусматривает изготовление сварных изделий с использованием тепла нагретого металла в линии стана горячей прокатки при температуре 1150-1250^oC для обжатия сляба. После прокатки сляба в полосу последняя в неостуженном состоянии при температуре 850-1050^oC поступает в задающее устройство, которое подает ее с предварительным формоизменением на окончательное формоизменение и сварку. Деформирование изделий производят при температуре металла 550-950^oC, обеспечивающей уменьшение остаточных напряжений, а также неоднородность структуры и механических свойств в основном металле и сварных соединениях.

Способ позволяет производить изделия из проката любой толщины, из различных марок сталей, в том числе высокопрочных. В горячем состоянии также обеспечивается качественная сварка практически любых высокопрочных и высоколегированных марок сталей, при этом исключается коробление элементов изделия как во время сборки и сварки, так и после них ввиду малого перепада температур. Процесс сварки выполняют по узкому зазору на высоких скоростях со значительно меньшим объемом расплавленного металла и тепловложением.

Для реализации способа требуются значительно меньшие затраты энергии на работу формоизменения, формоизменение и сварка проката при более высоких температурах нецелесообразна в связи с температурно-скоростными требованиями качественного производства (обжатие при температуре 850-1050^oC) и дальнейшего сохранения структуры и свойств металла.

Формоизменение, сварка проката, деформирование изделия и его охлаждение ниже температур, обеспечивающих снятие напряжений, как известно, резко ограничивает диапазон марок сталей, сортамента по размерам, снижает качество изделий, повышает затраты.

Наиболее оптимальный температурный диапазон формоизменения, сварки и деформирования изделий 550-950^oC в зависимости от свойств применяемых материалов, величины деформаций, последовательности, вида и количества операций.

Осуществление подачи проката в агрегат с одновременным его формоизменением производится за счет размещения в линии устройства подачи проката на входе агрегата формоизменения.

Это обеспечивает надежный захват и стабильную подачу проката, исключающую неконтролируемое его сечение по толщине, а также разгон проката до рабочих скоростей.

Подача проката рольгангами не обеспечивает создания необходимого усилия задачи его переднего конца, подачи и разгона до рабочих скоростей.

Размещение на транспортных средствах (рольгангах-холодильниках) дополнительных устройств сборки и сварки позволяют при необходимости обеспечить укрепление проката между собой перед подачей на формоизменение по ширине либо по длине.

Формоизменение проката на подаче осуществляют на величину 15-25% от общей деформации формоизменения. При меньших величинах формоизменения на подаче возможно либо складывание проката в гармошку из-за малой продольной устойчивости полосы, либо проскальзывание подающего инструмента относительно проката из-за недостаточных усилий и сил трения на захват и проталкивание переднего конца в агрегат формоизменения. А увеличение усилия за счет прижима проката приведет к неконтролируемому изменению его сечения по толщине.

Формоизменение на подаче более 25% затрудняет захват проката подающим устройством и может привести к продольной вытяжке кромок проката и также потере их продольной устойчивости в зоне нагрева и сварки.

Способ осуществляют следующим образом.

Для изготовления сварного изделия в линии стана горячей прокатки нагретые до температуры прокатки 1150-1260^oC слябы обжимают по толщине до необходимого размера проката. Прокат из чистовых клетей при температуре 850-1050^oC перемещают по рольгангу для последующего передела. В процессе остывания обрабатывают торцы проката, захватывают и подают с одновременным предварительным прогибом поперечного сечения на 15-25% от общей деформации поперечного гиба в агрегат формоизменения, где окончательно его формоизменяют до заданной конфигурации, затем производят сварку и деформирование изделия на необходимый размер. При необходимости перед задачей на формоизменение прокат укрупняют сборкой и сваркой кромок между собой. В процессе изготовления изделия операции формоизменения, сварки, деформирования осуществляют при температурах, обеспечивающих снижение остаточных напряжений в металле изделия и неоднородности структуры и механических свойств сварных соединений.

Линия работает следующим образом.

Нагретый в печах сляб подают в клети стана горячей прокатки и осаживают валками по толщине с одновременной вытяжкой в длину до заданных размеров проката. Выходящий из чистовых клетей прокат перемещается вращающимися роликами рольгангов через правильные и кромкообрезные машины к секциям холодильников, а установленное на их выходной стороне устройство задачи захватывает передний конец проката и подает его с одновременным предварительным поперечным гибом в агрегат окончательного формоизменения. Далее в сварочном устройстве кромки сформированного профиля подогревают, например, токами высокой частоты и сваривают. Полученное изделие поступает далее в агрегаты на окончательное деформирование (редуцирование, калибровку).

Например, для изготовления сварных труб ⊘ 168 мм со стенкой 10 мм из стали 45 взамен бесшовных, поступающие с установок непрерывной разливки слябы с сечением размерами 180 х 600 мм и длиной 30 м подают в нагревательные печи стана "800" горячей прокатки, подогревают до температуры 1150-1250^oC, подают и осаживают прокаткой в валках вначале черновой, а затем чистовой группы клетей при температуре 900-1050^oC до толщины 10 мм на скоростях до 200 м/мин. Полученный полосовой прокат шириной 600 мм и длиной 54 м транспортируют по отводящему рольгангу с замедлением скорости, правят и обрабатывают торцы, подводят передний конец к устройству задачи, захватывают его и подают с одновременным поперечным гибом на 15-25% от общей деформации формоизменения, где окончательно полосовой прокат при поперечном непрерывном гибе сворачивают в трубную заготовку. Подогревают кромки, например, токами высокой частоты, обдувают газом-окислителем и, обжимая валками сварочной клети, сворачивают в трубу ⊘ 190-195 мм. Сваренную трубу подают далее при температуре 800-900^oC в редукционно-калибровочный стан и деформируют до диаметра размером 60-168 мм. Готовые трубы после резки на мерные длины подают на отделку.

В другом случае, для изготовления сварных труб ⊘ 630 мм со стенкой 30 мм из стали 45 в линии стана горячей прокатки "2800" нагретый до температуры 1200-1259^oC сляб весом 5,75 т раскатывают с обсадкой по толщине до 30 мм. Полученный после чистовой группы клетей прокат шириной 2000 мм и длиной 12 м подают при температуре 850-950^oC по рольгангам, правят и обрабатывают продольные кромки до ширины 1850 мм. Затем на выходе с рольгангов-холодильников при температуре 750-850^oC передний конец проката захватывают и подают с одновременным поперечным гибом в формоизменяющий агрегат, либо в валковый формовочный стан, либо в трехвалковые вальцы, где предварительно сформованный прокат при температуре 700-800^oC сворачивают в трубчатую заготовку ⊘ 630 мм. Далее продольные кромки заготовки при температуре 650-750^oC сваривают, например, многодуговой сваркой в среде защитных газов на медной подкладке. Сваренную трубу затем калибруют до окончательного размера при температуре не ниже 550^oC.

Для получения труб ⊘ 1220 мм прокат шириной 1870 мм на рольгангах-холодильниках в установках укрупнения стыкуют между собой и сваривают до ширины 3740 мм продольным швом, затем с одновременной подгибкой кромок радиусом готовой трубы (R = 610 мм) задают в агрегат формоизменения и сворачивают в трубную заготовку. Затем сваривают продольный шов и готовую трубу калибруют.

Предлагаемый способ и линия производства сварных изделий (конструкций) в линии прокатных станов позволяет использовать технологическое тепло при однократном нагреве металла под прокатку для дальнейшего глубокого его передела (гибки, сварки, обработки, покрытия) в изделие. Это обеспечивает при значительной экономии производственных, трудовых и энергозатратах производство сварных изделий из высокопрочных сталей и сплавов, недеформируемых и несвариваемых без предварительного нагрева. Позволяет повысить производительность, исключает коробление конструкций от тепловых деформаций сварки и необходимость дополнительной термообработки. Обеспечивает высокий уровень качества, структурную и механическую однородность без остаточных напряжений в изделиях, ранее не производимых из высокопрочных материалов, расширяет область применения сварных изделий.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сварных горячедеформированных изделий, включающий подачу и формоизменение нагретого проката, сварку и деформирование изделия, отличающийся тем, что в линии стана горячей прокатки после чистовых клетей производят формоизменение неостуженного проката, причем операции формоизменения, сварки и деформирования осуществляют при температурах изделия, обеспечивающих уменьшение напряжений и структурной неоднородности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу проката осуществляют с одновременным его формоизменением.

3. Линия для изготовления сварных горячедеформированных изделий, включающая установленные в технологической последовательности и соединенные транспортными средствами агрегаты формоизменения, сварки и деформирования изделий, отличающаяся тем, что линия содержит стан горячей прокатки, установленный перед агрегатом формоизменения, а на входе последнего размещено устройство подачи проката.

4. Линия по п.3, отличающаяся тем, что транспортные средства снабжены устройствами укрупнения проката, установленными перед устройством подачи проката.