Способ горячей прокатки бесшовных тонкостенных труб

 

Изобретение относится к области трубопрокатного производства и может быть использовано при прокатке труб на агрегатах с трехвалковым раскатным станом валками с гребнями. Способ горячей прокатки бесшовных тонкостенных труб включает прошивку заготовки в гильзу на прошивном стане и последующую прокатку гильзы на раскатном стане валками с гребнями. При прошивке заднего конца гильзы его утоняют со стороны внутреннего диаметра, а при раскатке этого конца валки разводят. Сумма величины утонения стенки конца гильзы при прошивке и величины разведения каждого валка с гребнем на раскатном стане должна быть равна 1,1-1,3 высоты гребня. Технический результат - уменьшение овализации трубы по всей ее длине; кроме того, способ исключает образование трехгранника на заднем конце трубы, облегчается процесс введения оправки в гильзу на раскатном стане.

Изобретение относится к области трубопрокатного производства, а точнее к способам прокатки тонкостенных труб на агрегатах с трехвалковым раскатным станом валками с гребнями.

Производство тонкостенных бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных агрегатах с раскатными трехвалентными станами поперечно-винтовой прокатки (стан Асселя, Трансваль) сопряжено с проблемой прокатки концов, что связано с образованием "раструба" на переднем конце трубы и образование "трехгранника" на заднем конце трубы.

Известен способ получения бесшовных труб с однородной толщиной стенок, включающий прошивку слитка и последующую прокатку гильзы в многоклетьевом раскатном стане (см. патент Великобритании N 1442492, кл. B 21 B 17/04, з. 19.02.74, оп. 14.07.76).

Пятая и шестая клеть раскатного стана отрегулированы для утонения трубы на переднем и заднем концевых участках для компенсации утолщений, возникающих в редукционном стане.

Недостатком этого способа получения труб является использование многоклетьевого раскатного стана, что уменьшает производительность процесса и значительно увеличивает состав и массу оборудования.

Известен также способ прокатки трубы, включающий прошивку заготовки оправкой и последующую прокатку в наклонных валках (патент Великобритании N 2025289, кл. B 21 B 39/14, 19/04, з. 11.06.79, оп. 23.01.80).

Для улучшения качества концевых участков используют вращающуюся втулку, диаметр которой немного больше диаметра заготовки и через которую заготовку подают к наклонным валкам.

Недостатком этого способа является использование дополнительной втулки, которую при изменении сортамента необходимо будет менять.

Для улучшения качества концевых участков используют также их предварительное редуцирование перед подачей заготовки в раскатной стан Асселя (патент ФРГ N 3823135, кл. B 21 B 19/10, з. 05.07.88, оп. 11.01.90). Для этого используется дополнительное приспособление на входной стороне раскатного стана.

Недостатком этого способа, как и предыдущего, является использование дополнительного устройства.

Для улучшения качества концевых участков используют также редуцирование на прошивном стане заднего и переднего концов прошитой заготовки с использованием холостых валков, имеющих калибр на 0,8 - 1,5% меньший диаметр, чем диаметр гильзы, и уменьшают степень редуцирования гильзы к концу прошивки (авт. свид. СССР N 1650316, кл. B 21 B 19/04, з. 23.03.89, оп. 23.05.91).

В этом способе, как и в предыдущих используется дополнительное приспособление.

Кроме того, все эти известные решения обеспечивают редуцирование концевых участков заготовки или трубы по наружному диаметру с сохранением постоянным внутреннего диаметра заготовки или при его уменьшении, а это позволяет использовать оправки, имеющие диаметр значительно меньше внутреннего диаметра гильзы.

Известен также способ улучшения качества концевых участков при винтовой прокатке труб на трехвалковом стане, в котором при подходе заднего конца к гребню валков последние разводят на величину не более высоты гребня (авт. свид. СССР N 358041, кл. B 21 B 19/06, з. 05.03.71, оп. 03.11.72).

Для использования окончания прокатки необходимо развести валки на величину, при которой зазор между валками и оправкой был больше толщины стенки гильзы, т.е. валки необходимо развести на величину, большую высоты гребня. А при разведении на такую величину будет сильное утолщение конца, что не позволит прокатывать в редукционном стане.

Кроме того, в разведенном положении валки соприкасаются с гильзой в сечении гребня. Это приводит к отсутствию захвата гильзы валками и, следовательно, к прекращению осевого перемещения гильзы и тем самым к остановке процесса прокатки.

Из известных способов горячей прокатки бесшовных труб наиболее близким по технической сущности является способ, описанный в патенте Великобритании N 2178353, кл. B 21 B 19/02, з. 11.06.86, оп. 11.02.87. Этот способ горячей прокатки бесшовных труб включает прошивку заготовки в гильзу на прошивном стане с оправкой и последующую прокатку гильзы на раскатном стане валками с гребнями.

Способ предусматривает получение на прошивном стане гильзы с постоянной толщиной стенки и имеющей на заднем конце внутренний диаметр меньше чем основная часть гильзы.

Процесс раскатки гильзы на раскатном стане валками с гребнями осуществляют на удерживаемой перемещаемой с регулируемой скоростью оправке.

Недостатком данного способа является то, что не обеспечивается необходимое качество трубы по всей длине из-за нестабильности процесса, так как половина трубы прокатывается при движении оправки вперед, а вторая половина трубы - при движении оправки назад, т.е. задняя часть выкатывается на переднем конусе оправки, при этом меняются силы трения и изменяются условия деформации гильзы.

Кроме того, при прокатке гильз с меньшим внутренним диаметром на заднем конце приходится использовать оправку меньшего диаметра, и, как следствие, в процессе деформации происходит большая овализация трубы в межвалковом промежутке.

Задача настоящего изобретения состоит в создании способа, позволяющего уменьшить овализацию трубы по всей ее длине одновременно с исключением образования трехгранника на заднем конце и при этом облегчить процесс введения оправки в гильзу на раскатном стане.

Поставленная задача достигается тем, что при горячей прокатке бесшовных тонкостенных труб, включающей прошивку заготовки в гильзу на прошивном стане и ее последующую прокатку на раскатном стане валками с гребнями, согласно изобретению при прошивке заднего конца его утоняют со стороны внутреннего диаметра, а при раскатке этого конца валки разводят, при этом сумма величины утонения стенки и величины разведения каждого валка на раскатном стане должны быть равна 1,1 - 1,3 высоты гребня.

Такое выполнение способа горячей прокатки бесшовных тонкостенных труб позволяет уменьшить овализацию трубы по всей длине за счет обеспечения возможности использования на раскатном стане оправки большего диаметра и исключить образование трехгранника на заднем конце трубы, из-за отсутствия деформации стенки заднего конца трубы при разведенных валках.

При величине суммы меньше 1,1 высоты гребня валки на раскатном стане будут разведены недостаточно и будет иметь место обжатие стенки заднего конца, в результате которого возможно образование трехгранника.

При величине суммы больше 1,3 высоты гребня валки будут разведены так, что не будет захвата заготовки валками, а это приведет к отсутствию осевого перемещения заготовки и, следовательно, к остановке процесса раскатки.

Для пояснения изобретения ниже описан пример осуществления способа.

Способ горячей прокатки бесшовных тонкостенных труб включает прошивку заготовки в гильзу на прошивном стане и последующую прокатку гильзы на раскатном стане валками с гребнями.

При прошивке заготовки на прошивном стане, например с короткой водоохлаждаемой оправкой и грибовидными валками, утоняют стенку заднего конца гильзы за счет увеличения внутреннего диаметра на конце гильзы.

После прошивки гильзу с утоненным задним концом передают на входную сторону трехвалкового раскатного стана Асселя. Перед прокаткой в гильзу вводят цилиндрическую оправку. На длинной частично удерживаемой оправке производят раскатку гильзы. При подходе заднего конца к валкам с гребнем их разводят.

Сумма величины Δ₁ утонения стенки конца гильзы при прошивке и величины Δ₂ разведенного каждого валка на раскатном стане должна быть равна 1,1 - 1,3 высоты h_гр гребня Δ₁+Δ₂= (1,1-1,3)h_гр. (1) Такая взаимосвязь величины утонения стенки гильзы и величины разведения валков обеспечивает прохождение конца гильзы с утоненной стенкой в раскатном стане без обжатия стенки, так как обжатие стенки гильзы в раскатном стане составляет примерно 1,2 высоты гребня.

Величина утонения Δ₁ в прошивном стане и величина Δ₂ разведения валков в раскатном стане находятся в следующих диапазонах.

Утонение Δ₁ толщины стенки при прошивке на прошивном стане Δ₁= (0,2-0,6). При Δ₁< 0,2h_гр утонение стенки незначительно и при этом увеличение внутреннего диаметра на конце гильзы не происходит.

Верхнее значение Δ₁ определяется максимально допустимым утонением стенки на прошивном стане и составит не более 0,6h_гр.

Величина Δ₂ разведения валков на раскатном стане определяется из суммы (1) и составляет Δ₂= (0,5-1,1)h_гр. При разведении валков на величину Δ₂> 1,1h_гр будет отсутствовать захват заготовки валками, что приведет к остановке процесса прокатки, а при Δ₂< 0,5h_гр обжатие заготовки валками с гребнем приведет к образованию трехгранника на заднем конце заготовки.

Пример. Диаметр заготовки - 114 мм.

После прошивки заготовки на прошивном стане: Диаметр гильзы, мм - 126 Толщина стенки в средней части гильзы, мм - 14 Толщина стенки гильзы на конце, мм - 12 Утонение стенки на конце гильзы, мм - 2
Диаметр прошивной оправки, мм - 90
Внутренний диаметр гильзы в средней части, мм - 98
Внутренний диаметр гильзы на конце, мм - 101
После прокатки на раскатном стане:
Диаметр трубы, мм - 120
Диаметр раскатной оправки, мм - 94
Высота гребня, мм - 7
Толщина стенки трубы в средней части, мм - 6
Диаметр калибра при прокатке средней части трубы, мм - 106
Разведение валка при прокатке конца трубы, мм - 6,5
Диаметр калибра в разведенном положении, мм - 119
Толщина стенки трубы на конце, мм - 12
Таким образом, для трубы диаметром 120 мм и толщиной стенки S = 6 мм, Δ₁+Δ₂= 2 + 6,5 = 8,5 = 1,21h_гр.

Это позволяет на 300 мм или на 2,5% уменьшить обрезь и улучшить качество наружной поверхности трубы за счет отсутствия концевых дефектов и уменьшенной овализации.

Кроме того, увеличивается производительность из-за отсутствия дополнительных операций над заготовкой.

Формула изобретения

Способ горячей прокатки бесшовных тонкостенных труб, включающий прошивку заготовки в гильзу на прошивном стане и последующую прокатку гильзы на раскатном стане валками с гребнями, отличающийся тем, что при прошивке заднего конца гильзы его утоняют со стороны внутреннего диаметра, а при раскатке этого конца валки разводят, при этом сумма величины утонения стенки конца гильзы при прошивке и величины разведения каждого валка с гребнем на раскатном стане должна быть равна 1,1 - 1,3 высоты гребня.