Способ изготовления чугунных труб

 

Изобретение относится к металлургии, крнкретнее к технологии деформационно-термической обработки железоуглеродистых сплавов и может быть использовано при производстве экструдированных труб из чугуна с шаровидным графитом для транспортировки вод, нефтепродуктов и газов. В способе изготовления чугунных труб используют гильзу из чугуна с шаровидным графитом. Гильзу нагревают до температуры A_r3+30-370^oC, осуществляют ее экструдирование через матрицу на оправке с вытяжкой, равной 2-50, и последующую термическую обработку. Термическая обработка трубы может быть проведена по режиму: нагрев до температуры 650-950^oС, выдержка в течение 0,2-30,0 ч и последующее охлаждение. При этом охлаждение трубы до температуры 100-300^oC осуществляют со скоростью 7-90^o С/ч. Предлагаемое изобретение позволяет повысить коррозионную стойкость и механические свойства чугунных труб. 2 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее, к технологии деформационно-термической обработки железоуглеродных сплавов, и может быть использовано при производстве экструдированных труб из чугуна с шаровидным графитом (ЧШГ) для транспортировки вод, нефтепродуктов и газов.

Известен способ изготовления чугунных труб из заготовок [1].

Недостатки известного способа заключаются в том, что чугунные трубы имеют низкие коррозионную стойкость и механические свойства.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении коррозионной стойкости и механических свойств чугунных труб.

Указанная техническая задача решается тем, что используют гильзу из чугуна с шаровидным графитом, при этом гильзу нагревают до температуры A_r3 +30-370^oC, осуществляют экструдирование через матрицу на оправке с вытяжкой, равной 2-50, и последующую термическую обработку.

Возможен вариант выполнения способа, при котором термообработку трубы ведут путем нагрева до температуры 650-950^oC, выдержки при этой температуре в течение 0,2-30 ч и последующего охлаждения.

Также возможен вариант выполнения способа, при котором охлаждение трубы до температуры 100-300^oC ведут со скоростью 7-90^oC/ч.

Сущность изобретения состоит в следующем. Разогрев гильзы до температуры A_r3 +30-370^oC обеспечивает повышение пластичности ЧШГ и протекание рекристаллизации деформированной микроструктуры аустенита в процессе экструдирования гильзы. Схема напряженного состояния при экструдировании гильзы через матрицу на оправке близка к всестороннему сжатию. При такой схеме напряженного состояния и благоприятной температуре деформирования экструдирование с вытяжкой λ = 2-50 происходит без нарушения сплошност трубы. Экструдированная труба приобретает измельченную в процессе деформирования рекристаллизованную микроструктуру, которая после охлаждения состоит из ледебуритной матрицы с графитовыми включениями, сохраняет текстуру деформации и анизотропию механических свойств. Последующая термообработка приводит к полному снятию остаточных механических напряжений, превращает ледебурит в стабильную ферритно-перлитную матрицу с шаровидными включениями графита, а также вызывает графитизацию наружной и внутренней поверхностей трубы. За счет этого происходит увеличение коррозионной стойкости, повышение прочности, пластичности и ударной вязкости готовой трубы из ЧШГ. Экспериментально установлено, что при температуре нагрева гильзы из ЧШГ, меньшей чем A_r3 +30^oC, из-за недостаточной пластичности чугуна в экструдированной трубе сохраняются микротрещины и надрывы, не устраняемые при последующей термообработке. Коррозионная стойкость и механические свойства трубы ухудшаются. Повышение температуры нагрева гильзы более А_r3 +370^oC приводит к ослаблению границ зерен микроструктуры. В результате поверхности проэкструдированной трубы поражены поперечными трещинами, что недопустимо. При вытяжке λ < 2 не достигается полная проработка пластическим деформированием микроструктуры гильзы из ЧШГ, что ухудшает комплекс механических свойств и коррозионную стойкость готовой трубы. При вытяжках λ > 50 ресурс пластичности ЧШГ оказывается полностью исчерпан, экструдированная труба поражена несплошностями и разрывами.

Если термообработка экструдированной трубы из ЧШГ проводится при температуре менее 650^oC или при продолжительности выдержки менее 0,2 ч, ударная вязкость и пластичность не достигают максимально возможного уровня. Увеличение температуры более 950^oC или времени выдержки более 30 ч снижает прочность и коррозионную стойкость трубы.

Увеличение скорости охлаждения более 90^oC/ч или температуры его окончания выше 300^oC не исключает образования трещин из-за термических и структурных напряжений, особенно в толстостенных трубах. Снижение скорости охлаждения менее 7^oC/ч или температуры его окончания менее 100^oC не приводит к повышению коррозионной стойкости и механических свойств труб, а лишь удлиняет процесс, вследствие чего нецелесообразно.

Примеры реализации способа.

Из ЧШГ, содержащего по массе 2,9% углерода, 1,5% кремния, 0,7% никеля, модифицированного кальцием и церием, отливают гильзу длиной 200 мм с внешним диаметром 142 мм и диаметром осевого отверстия 42 мм. Для ЧШГ данного состава значение критической температуры A_r3 = 720^oC. Отлитую гильзу подвергают графитизирующему отжигу при температуре 1000^oC для устранения структурно-свободного цементита.

Затем гильзу нагревают до температуры деформирования Т_д, превышающей значение А_r3 на 200^oC: Т_д=А_r3+200^oC=720^oC+200^oC=920^oC.

На внешнюю и внутреннюю поверхность нагретой гильзы наносят технологическую смазку (графито-масляную смесь), после чего гильзу помещают в разогретый контейнер горизонтального гидравлического пресса с максимальным усилием прессования 6000 тс. На выходной стороне контейнера предварительно устанавливают матрицу с отверстием диаметром 48 мм и коаксиально к нему оправку с внешним диаметром 40 мм. При этом оправка проходит через отверстие матрицы и осевое отверстие гильзы.

Между гильзой и пуансоном пресса устанавливают ложную графитовую шайбу диаметром 140 мм, толщиной 100 мм и производят экструдирование гильзы через матрицу на оправке в трубу с внешним диаметром 48 мм и толщиной стенки 4 мм. За счет наличия ложной графитовой шайбы экструдирование ведут без пресс-остатка. Вытяжка при экструдировании для данного соотношения размеров поперечного сечения гильзы и труб составляет λ = 26. Экструдированную трубу помещают в печь с нейтральной атмосферой и нагревают до температуры Т = 800^oC, при которой выдерживают в течение времени τ = 15 ч. Затем трубу охлаждают печью до температуры Т =200^oC со скоростью V = 48,5^oC/ч, после чего извлекают из печи. В дальнейшем охлаждение трубы завершается естественным образом на воздухе.

Готовая труба из ЧШГ обладает повышенными механическими свойствами и сопротивлением коррозии.

В табл. 1 представлен варианты реализации предложенного способа, а в табл.2 - показатели их эффективности.

Как следует из табл. 1 и 2, при реализации предложенного способа (варианты 2-4) трубы из ЧШГ имеют наибольшую коррозионную стойкость и комплекс механических свойств. При запредельных значениях заявленных параметров (варианты 1 и 5) коррозионная стойкость и механические свойства ухудшаются.

Источник, использованный при составлении описания изобретения 1. Авт.св. СССР N 133039, 1960 г.

Формула изобретения

1. Способ изготовления чугунных труб, отличающийся тем, что используют гильзу из чугуна с шаровидным графитом, при этом гильзу нагревают до температуры Ar₃ + 30-370°С, осуществляют экструдирование через матрицу на оправке с вытяжкой, равной 2-50, и последующую термическую обработку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что термическую обработку трубы ведут путем нагрева до температуры 650-950^oC, выдержки при этой температуре в течение 0,2-30 ч и последующего охлаждения.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что охлаждение трубы до температуры 100-300^oC ведут со скоростью 7-90^oС/ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2