Способ производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, и может быть использовано на формовочных вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона и прокаткой передельной заготовки в холоднокатаные трубы диаметром 159-426 мм с разными толщинами стенок на станах ХПТ 250 и ХПТ 450. Способ включает производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку и сварку продольных кромок расходуемым электродом той же марки сплава в защитной среде аргона, производство передельной трубной заготовки формовкой на вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона для прокатки холоднокатаных труб максимального диаметра, с последующими перекатами передельных холоднокатаных труб-заготовок в трубы меньшего диаметра, прокат передельной трубной заготовки в холоднокатаную трубу максимального диаметра с отношением диаметра к толщине стенки трубы D/S=30-40, которую при последующих перекатах прокатывают в трубы меньшего диаметра с увеличением отношения D/S от 2 до 20 за каждый перекат, а последний перекат производят с отношением D/S=80-100. Изобретение обеспечивает производство качественных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана в соответствии с ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003, снижение расходного коэффициента титановых сплавов в 2,25-2,8 раза, а следовательно, снижение стоимости холоднокатаных труб из сплавов на основе титана. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, и может быть использовано на формовочных вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона и прокаткой передельной заготовки в холоднокатаные трубы диаметром 159-426 мм с разными толщинами стенок на станах ХПТ 250 и ХПТ 450.
В практике трубного производства известен способ производства передельной горячекатаной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров 159-426 мм из сплавов на основе титана на ТПА 8-16'' с пилигримовыми станами, 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 15 8-Тр.ТБ 1-64-2002 "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), трудоемкость нагрева заготовок в специальных муфелях, исключающих вероятность возгорания заготовок из титановых сплавов при взаимодействии с жидкой окалиной, и использование станочного парка для удаления альфированного слоя (обточка и расточка передельных труб).
При производстве передельных бесшовных горячекатаных труб большого диаметра используются слитки больших масс, которые требуют продолжительного времени нагрева, в результате чего происходит газонасыщение поверхности слитка (образование 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 производства передельной трубной заготовки и 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 может производить передельную трубную заготовку диаметром более 200 мм, не исключает образование дефектов на наружной и внутренней поверхности труб в виде рисок по границе сплавления сварного шва с основным металлом, отсутствует оборудование для ремонта сварного шва, а также дефектов в виде рванин сварного соединения из-за наличия неудаленного альфированного слоя со сварного шва. Данный процесс приемлем только для производства труб из титановых сплавов малого размера, т.к. для данного сортамента существуют промышленные установки по производству сварных труб в защитной среде аргона.
Наиболее близким по техническому решению является способ производства передельных трубных заготовок и 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 из сплавов на основе титана заключается в том, что он может быть распространен только для прокатки труб малого диаметра, т.к. станов продольной сварки диаметром более 200 мм в России не существует, тем более для производства передельных титановых труб в защитной среде аргона. Данный способ 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 малого диаметра сложно и экономически нецелесообразно.
Задачей предложенного способа производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана является изготовление передельной трубной заготовки существующими способами без дополнительных капитальных вложений и строительства установок для их производства, изготовление передельной заготовки большого диаметра сравнительно коротких длин, на которых можно эффективно производить ремонт сварных швов и удаление альфированного слоя существующими способами (шлифовкой) и использовать их вместо бесшовных, а значит значительно снизить расходный коэффициент металла при переделе: передельная трубная заготовка - холоднокатаная труба диаметром 159-426 мм.
Технический результат достигается тем, что в известном способе производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, включающем производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку и сварку продольных кромок расходуемым электродом той же марки сплава в защитной среде аргона, передельную трубную заготовку изготавливают формовкой на вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона для прокатки холоднокатаных труб максимального диаметра, с последующими перекатами передельных холоднокатаных труб-заготовок в трубы меньшего диаметра, а передельную трубную заготовку прокатывают в холоднокатаную трубу максимального диаметра с отношением D/S=30-40, которую при последующих перекатах прокатывают в трубы меньшего диаметра с увеличением отношения D/S от 2 до 20 за каждый перекат, а последний перекат производят с отношением D/S=80-100.
Сущность способа заключается в том, что для снижения расхода сплава и трудоемкости производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, замены бесшовных передельных труб на сварные, снижения брака труб по дефектам сварного соединения в виде рванин от альфированного слоя и производства труб, отвечающих требованиям ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003, передельную трубную заготовку изготавливают формовкой на вальцах с последующей сваркой продольных кромок в защитной среде аргона для прокатки холоднокатаных труб максимального диаметра, с последующими перекатами передельных холоднокатаных труб-заготовок в трубы меньшего диаметра, а передельную трубную заготовку прокатывают в холоднокатаную трубу максимального диаметра с отношением D/S=30-40, которую при последующих перекатах прокатывают в трубы меньшего диаметра с увеличением отношения D/S от 2 до 20 за каждый перекат, а последний перекат производят с отношением D/S=80-100. 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 426×12-377×10-325×8-273×6-219×4,5-180×3,0-159×2,0 мм из передельной сварной трубной заготовки и механически обработанной (обточенной и расточенной) горячекатаной заготовки размером 470×14,5 мм из сплава ВТ 1-0. Передельная сварная заготовка размером 470×14,5×4500 мм была изготовлена 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. Передельная механически обработанная заготовка размером 470×14,5×4500 мм была изготовлена из горячекатаной заготовки размером 485×30×4500 мм, прокатанной из слитка ЭШП размером 630×100×1700 мм на ПТА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". Заготовки были перекатаны на станах холодной прокатки ОАО "ЧТПЗ". Данные по прокатке холоднокатаных труб большого и среднего диаметров на станах ХПТ 250 и ХПТ 450 ОАО "ЧТПЗ" из передельной сварной и механически обработанной горячекатаной заготовки сплава ВТ 1-0 по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что сварная прямо-шовная и бесшовная заготовки по предлагаемой и существующей технологиям последовательно были перекатаны в холоднокатаные трубы размером 426×12-377×10-325×8-273×6-219×4,5-180×3,0 и 159×2,0 мм с отношениями D/S, равными 35,5; 37,7; 40,6; 45,5; 48,7; 60,0 и 79,5 и обжатиями (редуцированием) по диаметру соответственно 44; 49; 52; 52; 54; 39 и 21 мм, что полностью соответствует формуле изобретения. Трубы всех размеров, прокатанные по предлагаемой технологии, 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 159×2,0 мм от сварной заготовки до трубы составил 1,195 (данные в скобках таблицы). По существующей технологии прокатка труб данного ряда производилась из бесшовной механически обработанной (обточенной и расточенной) заготовки размером 470×14,5×4500 мм, изготовленной из трубной заготовки размером 485×30×4500 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 холоднокатаных труб данного размерного ряда была принята бесшовная горячекатаная заготовка размером 485×30×4500 мм. По существующей технологии расходный коэффициент металла по прокату составил от 1,017 до 1,042, а с учетом механической обработки горячекатаных труб и расходного коэффициента при прокатке труб на ТПА 8-16'' с пилигримовыми станами соответственно от 2,343 до 2,768 (данные в скобках таблицы), при расходном коэффициенте металла при прокатке труб на ТПА 8-16'' 1,125, а при механической обработке 1,999. Таким образом, при прокатке труб размером 159×2,0 мм по предлагаемой технологии из передельной сварной трубной заготовки за семь перекатов суммарный расходный коэффициент сплава ВТ 1-0 составил 1,195, а по существующей технологии при прокатке из горячекатаной механически обработанной заготовки суммарный расходный коэффициент сплава ВТ1-0 составил 2,768, т.е. получено снижение расходного коэффициента в 2,32 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 стана-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 производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных 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 2,25-2,8 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 передельной заготовки (мм) | Размеры труб (мм) | Отношение D/S | Обжатие по диаметру (мм) | Длина труб после обрезки концов (мм) | Расход. коэффиц. металла | Вид и размеры передельной заготовки (мм) | Размеры труб (мм) | Отнош. D/S | Обжатие по диаметру (мм) | Длина труб после обрезки концов (мм) | Расход. коэффиц. металла |
| Сварная прямошовная 470×14,5×4500 | 426×12 | 35,5 | 44 | 5750 | 1,042 | Бесшовная механически обработанная 470×14,5×4500 из трубной заготовки размером 485×30×4500 | 426×12 | 35,5 | 44 | 5800 | 1,042 (2,343) |
| 377×10 | 37,7 | 49 | 7600 | 1,025 (1,068) | 377×10 | 37,7 | 49 | 7650 | 1,025 (2,402) | ||
| 325×8 | 40,6 | 52 | 10700 | 1,029 (1,099) | 325×8 | 40,6 | 40 | 10600 | 1,039 (2,496) | ||
| 273×6 | 45,5 | 52 | 16700 (8350×2) | 1,016 (1,117) | 273×6 | 45,5 | 42 | 16600 (8300×2) | 1,022 (2,551) | ||
| 219×4,5 | 48,7 | 54 | 13600 13600 | 1,019 (1,138) | 219×4,5 | 48,7 | 31 | 13500 13500 | 1,027 (2,619) | ||
| 180×3,0 | 60,0 | 39 | 12200×2 12200×2 | 1,015 (1,155) | 180×3,0 | 60,0 | 39 | 12250×2 12100×2 | 1,017 (2,664) | ||
| 159×2,0 | 79,5 | 21 | 10000×8+7300×4 | 1,035 (1,195) | 159×2,0 | 79,5 | 21 | 10000×8+7200×4 | 1,039 (2,768) | ||
| Примечание: В скобках приведены расходные коэффициенты металла с учетом последовательности передела (переката) от большего диаметра к меньшему (предлагаемая технология), а по существующей технологии с учетом расходного коэффициента при переточке (1,999) и при прокатке на ТПА 8-16'' с пилигримовыми станами (1,125). |
1. Способ производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, включающий производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку и сварку продольных кромок расходуемым электродом той же марки сплава в защитной среде аргона, отличающийся тем, что формовку осуществляют формовкой на вальцах с последующими сваркой продольных кромок, прокаткой в передельные холоднокатаные трубные заготовки максимального диаметра и перекатами передельных холоднокатаных трубных заготовок в трубы меньшего диаметра.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что передельную трубную заготовку прокатывают в холоднокатаную трубу максимального диаметра с отношением диаметра к толщине стенки трубы D/S=30-40, которую при последующих перекатах прокатывают в трубы меньшего диаметра с увеличением отношения D/S от 2 до 20 за каждый перекат, а последний перекат производят с отношением D/S=80-100.
