Способ изготовления тонкостенных труб из меди и ее сплавов

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам производства труб методом непрерывного и полунепрерывного литья. Техническим результатом изобретения является обеспечение получения плотной заготовки с однородной литой структурой и ровной поверхностью и уменьшение окисленности поверхности. Способ изготовления тонкостенных труб из меди и ее сплавов включает получение расплава, подачу его в кристаллизатор, отливку трубной заготовки, прокатку, механическую обработку поверхности и волочение. Отливку трубной заготовки осуществляют сверху вниз на установке для вертикального литья в среде генераторного газа. Вторичное охлаждение заготовки проводят в водной среде, протягивая ее через камеру с проточной водой со скоростью, обеспечивающей на выходе температуру поверхности не выше 45°С. Механическую обработку проводят после прокатки, а волочение осуществляют на цепном волочильном стане в две стадии, причем после окончания волочения проводят правку труб и резку на мерные длины, 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам производства труб методом непрерывного и полунепрерывного литья.

Существует большое число способов производства труб из различных материалов, отличающихся друг от друга операциями, режимами и оборудованием, применяемым при производстве труб. Различные технологические приемы направлены на повышение качества трубных изделий, а также связаны с функциональным назначением изготавливаемой трубы. Выбор способа изготовления труб зависит от физико-механических свойств металла, от размера труб и технических требований к их качеству, от состава и технологических возможностей оборудования, от объема выпуска продукции и т.д.

Известен способ полунепрерывного литья труб, включающий заливку металла в форму с непрерывной подачей графитизирующего модификатора на струю металла, срыв и извлечение трубы (патент US 3415307, 164-114, 1968). Известный способ применяют при производстве труб из чугуна с шаровидным графитом и низкокремнистого чугуна.

Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает возможности корректировки хода технологического процесса в зависимости от возможных отклонений в исходных параметрах процесса. Кроме того, известный способ нельзя применять при изготовлении труб из цветных металлов.

Известен способ изготовления труб из металлов и сплавов, включающий прессование трубной заготовки и волочение ее после заковки захваток, при этом заготовку прессуют с утолщенной на переднем ее конце стенкой, а затем этот конец трубы заковывают для образования захватки для последующего волочения (авторское свидетельство SU 211493, В 21 С 1/22, 1968). Известный способ позволяет повысить производительность процесса и увеличить выход годного за счет сокращения количества проходов и промежуточных отжигов при волочении заготовки, имеющей более тонкую стенку на основной длине заготовки и прочную захватку.

Недостатками известного способа являются увеличение доли отходов, приходящихся на концы и захватки, а также риск отрыва захваток в процессе волочения.

Известен способ изготовления труб, включающий прессование заготовки на горизонтальных или вертикальных прессах, холодную прокатку в станах холодной прокатки труб (ХПТ) с последующим волочением на оправке или без нее на цепных станах в один или несколько проходов до конечных размеров труб, после которого осуществляют правку и резку на мерные длины (Технология обработки давлением цветных металлов и сплавов, Москва, “Металлургия”, 1992, с.444). Указанный способ используют при производстве труб из меди, латуни разных марок, никелевых, медноникелевых, алюминиевых сплавов и других металлов и сплавов. Достоинством известного способа является его универсальность, возможность получать на одном и том же оборудовании трубы достаточно широкого сортамента как по размерам, так и по маркам обрабатываемых сплавов.

Недостатками известного способа являются повышенные потери металла на захватки, концы и относительно низкая производительность.

Следует отметить также и то, что все вышеуказанные способы включают стадию прессования как один из этапов трубного производства. Однако это приводит к удорожанию процесса производства труб за счет высоких расходов на содержание прессового оборудования, повышенной энергоемкости производства. Кроме того, прессовое производство характеризуется низким выходом годного.

Наиболее близким техническим решением изобретения является способ изготовления тонкостенных труб из меди и ее сплавов (Металлообработка, “Обогащение руд” - “Цветные металлы”, специальный выпуск, 2001, июнь, с.85). Известный способ изготовления тонкостенных труб из меди и ее сплавов включает получение расплава, подачу его в кристаллизатор, отливку трубной заготовки, механическую обработку поверхности, прокатку и волочение. В качестве шихты используют медный лом, расплав которого из плавильной печи поступает в водоохлаждаемый графитовый кристаллизатор, при этом отливку трубной заготовки осуществляют методом полунепрерывного горизонтального литья. После механической (фрезерной) обработки внешней поверхности полой заготовки для удаления шероховатостей и окисленного слоя проводят прокатку ее на трехвалковом планетарном прокатном стане, после чего полуфабрикат направляют на операцию волочения.

Известный способ позволяет получать самую дешевую заготовку, т.к. ее получают из жидкого металла, минуя операцию получения слитка. При многоручъевом литье процесс получения заготовки достаточно производителен. Этот способ достаточно перспективен для изготовления труб из материалов, плохо обрабатывающихся давлением в горячем состоянии. Волочение труб в этом случае следует проводить в отрезках.

Недостатками известного способа являются то, что горизонтальное литье приводит к образованию усадочных и газовых раковин, пузырей, рыхлости, а также образованию ликвационной неоднородности и внутренним напряжениям в верхней части готового изделия, что впоследствии может привести к образованию трещин при обработке изделий давлением. Кроме того, при горизонтальном литье качество литой заготовки ниже еще и по причине разнотолщинности стенок трубной заготовки вследствие влияния сил тяжести, что при последующей механической обработке ведет к снижению выхода годного проката. Следует отметить также и то, что попытки изменить положение фронта кристаллизации при горизонтальном непрерывном литье ведутся при помощи создания условий для неравномерного съема тепла в верхней и нижней частях кристаллизатора, что приводит к усложнению конструкции инструмента, но, тем не менее, не может приблизить плоскость фронта кристаллизации к вертикальной, т.е. перпендикулярной плоскости оси отливаемого изделия. Еще одним недостатком известного способа является то, что используемые планетарные станы требуют значительных энергозатрат, а структура обрабатываемого металла испытывает большие деформации, что не всегда положительно сказывается на свойствах готовых изделий.

Технической задачей изобретения является упрощение процесса производства цельнотянутых труб из меди и ее сплавов, повышение качества и защита поверхности изделий от окисления.

Техническим результатом изобретения является обеспечение получения плотной заготовки с однородной литой структурой и ровной поверхностью, пригодной для последующей обработки на волочильном оборудовании, и уменьшение окисленности поверхности труб.

Технический результат достигается тем, что в способе изготовления тонкостенных труб из меди и ее сплавов, включающем получение расплава, подачу его в кристаллизатор, отливку трубной заготовки, прокатку, механическую обработку поверхности и волочение, отливку трубной заготовки осуществляют сверху вниз на установке для вертикального литья в среде генераторного газа, а вторичное охлаждение проводят в водной среде, протягивая ее через камеру с проточной водой со скоростью, обеспечивающей на выходе температуру поверхности не выше 45°С, при этом механическую обработку проводят после прокатки, а волочение осуществляют на цепном волочильном стане в две стадии, причем после окончания волочения проводят правку и резку труб на мерные длины.

Кроме того, согласно изобретению прокатку проводят на стане холодной прокатки труб.

Кроме того, согласно изобретению после правки труб дополнительно проводят их отжиг.

Способ изготовления тонкостенных труб из меди и ее сплавов осуществляют следующим образом.

Процесс начинают с отливки трубной заготовки на установке для непрерывного литья, содержащей водоохлаждаемый кристаллизатор с графитовой втулкой и дорном, в вертикальном направлениии сверху вниз. В металлоприемнике, в качестве которого можно использовать, например, плавильную тигельную печь, готовят расплав металла при температуре 1200-1300°С. Перед стартом расплав металла при указанной температуре выдерживают в печи в течение 2-4 мин, а затем направляют в кристаллизатор. Перед началом разливки металла проводят контроль химического состава и его доводку.

Жидкий металл заполняет графитовую оснастку, принимает требуемую форму трубы, кристаллизуется и с помощью тягового органа - тянущей клети - трубную заготовку вытягивают из кристаллизатора вниз. Металлоприемник и кристаллизатор в процессе плавки и кристаллизации осуществляют одновременные колебательные движения (возвратно-поступательные) в вертикальном направлении для обеспечения равномерной кристаллизации. Формирующуюся заготовку вытягивают из кристаллизатора с постоянной скоростью. Кроме того, процесс получения расплава, кристаллизацию, а также вытягивание формирующейся трубной заготовки ведут в атмосфере генераторного газа, используемого в качестве защитной среды. После первичного охлаждения трубную заготовку протягивают через емкость с проточной водой для вторичного ее охлаждения со скоростью, обеспечивающей на выходе температуру поверхности не выше 45°С. При достижении заданной длины литую трубную заготовку режут на мерные длины. Заготовки мерной (линейной) длины направляют на холодную прокатку, которую осуществляют, например, на стане холодной прокатки труб ХПТ 32. Прокатанный трубный полуфабрикат направляют на механическую обработку внешней поверхности - скальпирование для удаления с нее шероховатостей и окисленного слоя. Затем формируют партии для волочения их на цепном волочильном стане. Волочение ведут в две стадии до получения конечных размеров диаметров и толщины стенки труб с применением плавающих оправок и без них. После волочения трубы направляют на правку в роликоправильную машину, а затем их режут на мерные длины. После этого осуществляют зачистку заусенец с последующей продувкой сжатым воздухом и протиркой внешней и внутренней поверхностей готовых труб. Готовые трубы после указанных операций имеют неокисленные яркие поверхности снаружи и внутри.

Для снятия внутренних напряжений готовые трубы дополнительно подвергают отжигу.

В качестве примеров конкретного исполнения приведены два примера реализации способа для получения тонкостенных труб из меди марки M1 и латуни марки Л 63.

Пример 1. Для осуществления способа изготовления труб из меди марки M1 с внешним диаметром, равным 16 мм, внутренним диаметром, равным 10 мм и толщиной стенки 3 мм используют установку для вертикального литья, в которой в качестве металлоприемника используют индукционную печь и водоохлаждаемый кристаллизатор, выполненный из меди с графитовым дорном и втулкой для формирования трубной литой заготовки. Загружают медные катоды или шихту M1 в индукционную печь, затем осуществляют нагрев до температуры 1300°С для получения расплава металла, который выдерживают 2 мин, а потом его направляют в водоохлаждаемый кристаллизатор, при этом кристаллизатор и печь совершаю одновременно возвратно-поступательные перемещения в вертикальном направлении. Процесс перехода металла в жидкую фазу и его кристаллизацию в кристаллизаторе ведут в защитной среде, в качестве которой используют генераторный газ. Для получения однородной структуры в литой заготовке скорость вытягивания формируемой заготовки роликами клети постоянна и равна 12 м/час. Первичное охлаждение трубной заготовки ведут в атмосфере генераторного газа, а вторичное охлаждение заготовки осуществляют в устройстве для охлаждения, протягивая ее через емкость с проточной водой с той же скоростью и получая на выходе заготовки температуру ее поверхности 45°С, после чего гидроножницами режут заготовку на мерные длины, равные 2500 мм. Заготовку с внешним диаметром 42 мм, внутренним диаметром 30 мм и толщиной стенки, равной 6 мм, направляют на холодную прокатку в трубопрокатный стан ХПТ 32, после которой проводят обрезку концов и резку ее пополам. Затем осуществляют в заковочной машине заковку захваток и направляют заготовку на механическую обработку поверхности для удаления шероховатостей и окисленного слоя. Подготовленный полуфабрикат направляют на цепной волочильный стан и проводят волочение в два этапа с использованием плавающей оправки. После волочения трубы направляют на правку и резку их в меру, размером 3000 мм, а затем на зачистку заусенцев, продувку сжатым воздухом и протирку, получая на выходе готовые трубы с заданными параметрами. Готовые трубы обладают яркой неокисленной поверхностью и однородной структурой без пор и трещин.

Пример 2. Для изготовления тонкостенной трубы из латуни марки Л 63 используют установку для непрерывного вертикального литья, включающую две плавильные печи, одна из которых служит для расплавления шихты, а другая (вторая) в качестве металлоприемника непосредственно для подготовки расплава и подачи его в водоохлаждаемый кристаллизатор, выполненный из меди, который устанавливают под второй плавильной печью. Нагрев расплава во второй печи осуществляют до температуры 1220°С, который выдерживают 2 мин, после чего его направляют в кристаллизатор. Расплав, заполняя пространство между дорном и втулкой, кристаллизуется. Процесс расплавления и кристаллизации ведут в защитной среде генераторного газа, при этом металлоприемник и кристаллизатор совершают одновременные колебательные движения в вертикальном направлении. Роликами опорной клети вытягивают заготовку с постоянной скоростью 11 м/час. Первичное охлаждение формирующейся заготовки осуществляют в среде генераторного газа, а вторичное охлаждение заготовки из латуни ведут в устройстве для охлаждения, протягивая литую заготовку через емкость с проточной водой с той же скоростью, получая на выходе температуру поверхности заготовки 42°С, после чего ее режут на мерные длины, равные 2500 мм.

Затем литую заготовку направляют на холодную прокатку, которую проводят на стане холодной прокатки труб ХПТ32. После этого осуществляют обрезку концов, резку пополам и заковку захваток в заковочной машине. Перед волочением проводят механическую обработку поверхности. Волочение ведут в два этапа на цепном волочильном стане без оправки. После волочения обрезают захватки, трубы направляют на правку в роликоправильную машину, а затем их режут в меру на длину 3000 мм. После этого трубы направляют на зачистку заусенцев с продувкой сжатым воздухом и протиркой поверхности готовых труб. Готовые трубы обладают яркой неокисленной поверхностью и однородной структурой без пор и трещин.

Изобретение позволяет улучшить качество готовых труб за счет получения методом вертикального литья плотного исходного слитка с однородной структурой, хорошей поверхностью и минимальными отклонениями по толщине стенок, что при последующей механической обработке ведет к увеличению выхода годного проката.

Способ изготовления тонкостенных труб из меди и ее сплавов согласно изобретению позволяет уменьшить по сравнению с прототипом отклонения по толщине в два раза и увеличить выход годного до 76%.

Формула изобретения

1. Способ изготовления тонкостенных труб из меди и ее сплавов, включающий получение расплава, подачу его в кристаллизатор, отливку трубной заготовки, прокатку, механическую обработку поверхности и волочение, отличающийся тем, что отливку трубной заготовки осуществляют сверху вниз на установке для вертикального литья в среде генераторного газа, проводят вторичное охлаждение заготовки в водной среде, протягивая ее через камеру с проточной водой со скоростью, обеспечивающей на выходе температуру ее поверхности не выше 45°С, при этом механическую обработку проводят после прокатки, а волочение осуществляют на цепном волочильном стане в две стадии, причем после окончания волочения проводят правку и резку труб на мерные длины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку проводят на стане холодной прокатки труб.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после правки труб дополнительно проводят их отжиг.