Способ производства бесшовных горячекатаных труб

 

Изобретение относится к прокатке изделий из металлов, в частности к изготовлению труб из чугуна с шаровидным графитом. Заявленный способ производства бесшовных горячекатаных труб включает отливку полой заготовки, нагрев под прокатку и прокатку полой заготовки на трубопрокатном стане. При этом полую заготовку отливают центробежным литьем из чугуна с шаровидным графитом с отношением наружного диаметра заготовки к внутреннему от 1,05:1 до 1,7:1. Отлитую и охлажденную заготовку нагревают со скоростью не более 70°С/мин до 830 - 950°С и выдерживают в течение 1 - 5 ч, после чего охлаждают до 690 - 730°С со скоростью 2 - 10°С/мин и затем с произвольной скоростью охлаждают до цеховой температуры. А нагрев под прокатку осуществляют до температуры горячей прокатки 730 - 1100°С. Полую заготовку отливают из чугуна с шаровидным графитом, содержащего, мас.%: углерод 2,5 -3,2, кремний 1,5 - 2,5, магний 0,02 - 0,05, сера менее 0,01, фосфор менее 0,1, железо - остальное. Техническим результатом изобретения является расширение сортамента труб из чугуна с шаровидным графитом, обладающих более высокой коррозионной стойкостью и стойкостью к усталостным нагрузкам по сравнению со стальными трубами. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к прокатке изделий из металлов, в частности к прокатке труб, и может использоваться для изготовления труб из чугуна с шаровидным графитом.

Известны способы производства бесшовных горячекатаных труб из стали, см. , например, описания изобретений к патенту СССР N 1838011, МПК 5 B 21 B 17/02, публ. 1993 г., Бюл. N 32, к авторским свидетельствам СССР N 644563, МПК 2 B 21 B 17/02, публ. 1979 г., Бюл. N 4; N 1454525, МПК 4 B 21 B 17/04, публ. 1989 г., Бюл. N 4; N 1784305, МПК 5 B 21 B 17/02, публ. 1992 г., Бюл. N 48 и др.

В соответствии с этими способами круглый или многогранный слиток нагревают до 1200 . .. 1220^oC, из слитка на прошивочном стане получают полую гильзу и разогретую гильзу до температуры 1100...1200^oC на трубопрокатном стане раскатывают в трубу нужного диаметра. По окончании прокатки осуществляют калибровку и правку с выходом годной продукции.

Все эти способы не обеспечивают возможности изготовления труб из чугуна с шаровидным графитом из-за появления горячих трещин как при прошивке слитка, так и прокатке пустотелой гильзы.

Авторам не известен источник информации, в котором было бы упомянуто о возможности производства бесшовных горячекатаных труб из чугуна с шаровидным графитом. Поэтому в качестве прототипа был принят способ производства горячекатаных бесшовных труб, защищенный патентом СССР N 364143, МКл. B 21 B 19/00, публ. 1993 г., Бюл. N 4. По этому способу отливают полую заготовку с отношением наружного диаметра к внутреннему от 2:1 до 5:1 и эту заготовку, нагретую до 1100...1200^oC, подвергают косой прокатке на длинной оправке тремя и более валками. Таким способом также невозможно изготовить трубу из чугуна с шаровидным графитом без механических повреждений.

Техническая задача - обеспечение возможности изготовления бесшовных горячекатаных труб из чугуна с шаровидным графитом.

Технический результат: расширение сортамента труб из чугуна с шаровидным графитом, обладающих более высокой коррозионной стойкостью и стойкостью к усталостным нагрузкам по сравнению со стальными трубами.

Решение указанной технической задачи достигается тем, что в способе производства бесшовных горячекатаных труб, включающем отливку полой заготовки с заданным отношением наружного и внутреннего диаметров и прокатку нагретой до определенной температуры полой заготовки на трубопрокатном стане, полую заготовку отливают центробежным литьем из чугуна с шаровидным графитом с отношением наружного диаметра заготовки к внутреннему от 1,05:1 до 1,7:1, отлитую и охлажденную заготовку нагревают со скоростью не более 70^oC/мин до температуры 830. . .950^oC, при которой выдерживают в течение 1...5 ч, после чего охлаждают до температуры 690...730^oC со скоростью 2...10^oC и затем с произвольной скоростью до цеховой температуры, перед задачей заготовки в трубопрокатный стан ее нагревают и горячую прокатку ведут при температуре 730. . .1100^oC. Полую заготовку отливают центробежным литьем из чугуна с шаровидным графитом, содержащего по массе помимо железа 2,5...3,2% углерода, 1,5...2,5% кремния, 0,02...0,05% магния, менее 0,01% серы и до 0,1% фосфора. По окончании прокатки готовое изделие выдерживают при конечной температуре прокатки, но не более 950^oC и не менее 720^oC, в течение 24 ч, после чего охлаждают на воздухе до цеховой температуры.

Заявленный способ реализуется следующим образом. Центробежным литьем из чугуна с шаровидным графитом, например, содержащего по массе 2,5...3,2% C, 1,5. . .2,5% Si, 0,02...0,05% Mg, менее 0,01% S и до 0,1% P, Fe - остальное, отливают заготовку с отношением наружного диаметра к внутреннему от 1,05 до 1,7, например диаметром 100 мм и толщиной стенки до 20 мм. Эту заготовку в газовой печи нагревают со скоростью не более 70^oC/мин до температуры 830... 950^oC и при этой температуре выдерживают в термостате в течение 1...5 ч. Затем в термостате замедленно охлаждают со скоростью 2...10^oC/мин до температуры 690. . . 730^oC, после чего заготовку извлекают из термостата и с произвольной скоростью охлаждают до цеховой температуры. Перед задачей заготовки в трубопрокатный стан ее разогревают до температуры 730...1100^oC и при этой температуре раскатывают в заданный размер. Готовую трубу после прокатки помещают в термостат, если ее температура находится в пределах 730...950^oC, или в печь, если ее температура ниже 730^oC, и выдерживают при температуре 730. . . 950^oC в течение 24 ч. Затем труба охлаждается на воздухе до цеховой температуры и помещается на склад.

Примеры реализации заявленного способа. Из чугуна с шаровидным графитом, содержащего по массе 2,9% углерода, 1,5% кремния, модифицированного магнием, на машине центробежного литья горизонтального типа отлита заготовка - пустотелая гильза с внешним диаметром 150 мм и толщиной стенки 20 мм. Отлитую гильзу длиной 3 м помещают в газовую печь и со скоростью 36^oC/мин нагревают до температуры 890^oC. При температуре 890^oC заготовку выдерживают в печи в течение 3 ч, после чего заготовку охлаждают вместе с печью или в термостате со скоростью 6^oC/мин до температуры 710^oC, затем заготовку извлекают из печи, охлаждают на воздухе и помещают на склад.

Под прокатку заготовку нагревают до температуры 915^oC, прокатывают на пилигримовом и непрерывном 7-клетевом стане на оправке в трубу с внешним диаметром 80 мм и толщиной стенки 3 мм. Вытяжка при горячей прокатке заготовки в трубу составляет λ = 11,26. После горячей прокатки трубу выдерживают при температуре 835^oC в течение 24 ч, т.е. подвергают высокотемпературному отжигу.

Полученные таким образом бесшовные горячекатаные трубы из чугуна с шаровидным графитом не имеют литейной пористости и несплошностей, обладают высокими механическими и антикоррозийными свойствами.

Нагрев заготовки со скоростью до 70^oC/мин до температуры 830...950^oC с выдержкой при этой температуре в течение 1...5 ч замедленное охлаждение до температуры 690. . . 730^oC обеспечивают превращение ледебурита в ферритно-перлитную матрицу с равномерно расположенными включениями графита шаровидной формы, полное снятие термических напряжений и напряжений полиморфного превращения, подготовку микроструктуры центробежно-литой заготовки к пластическому деформированию посредством горячей прокатки. Выбор отношения наружного и внутреннего диаметров центробежно-литой заготовки обусловлен литейными свойствами чугуна с шаровидным графитом, диапазон этого отношения определен экспериментально, при отношении больше 1,7 возможно появление горячих трещин, при отношении менее 1,05 сказывается неравномерность распределения серы по толщине отливки.

При горячей прокатке в температурном интервале 730...1100^oC достигается повышение технологической пластичности центробежно-литой заготовки из чугуна с шаровидным графитом. В процессе горячей прокатки при указанных условиях в чугуне с шаровидным графитом протекает динамическая и статическая рекристаллизация деформированных зерен аустенита, измельчение шаровидных графитовых включений, снятие напряжений деформации, залечивание зародышевых трещин и уплотнение пор, полученных в процессе отливки заготовки. За счет полной проработки литой структуры формируется равномерная деформированная микроструктура чугуна с шаровидным графитом, характеризуемая повышенными прочностью, пластичностью, ударной вязкостью.

Замедленное охлаждение со скоростью 2...10^oC/мин от температуры 830... 950^oC до температуры 690...730^oC полностью исключает возможность появления термических трещин при производстве толстостенных труб. Выдержка при температуре 720...950^oC горячекатаных труб из чугуна с шаровидным графитом повышает их пластичность.

Экспериментально установлено, что при скорости нагрева свыше 70^oC/мин в центробежно-литой заготовке не исключено образование трещин и в горячекатаной трубе формируется неравномерная микроструктура.

При нагреве центробежно-литой заготовки до температуры ниже 830^oC или продолжительности выдержки менее 1 ч имеет место резкое ухудшение технологической пластичности заготовки в процессе ее горячей прокатки, что приводит к возникновению трещин и разрушению труб. Увеличение температуры нагрева более 950^oC или времени выдержки более 5 ч приводит к формированию крупнозернистой структуры чугуна с шаровидным графитом, ослаблению межзеренных связей и потере технологической пластичности при последующей горячей прокатке.

При увеличении скорости замедленного охлаждения более 10^oC/мин или температуры его окончания выше 730^oC не исключается полностью возможность возникновения в заготовке термических трещин. Уменьшение скорости охлаждения менее 2^oC/мин или температуры его окончания ниже 690^oC не улучшает качества труб из чугуна с шаровидным графитом, а лишь удлиняет производственный цикл.

Использование изобретения позволит расширить сортамент труб из чугуна с шаровидным графитом, которые в сравнении со стальными обладают более высокой стойкостью к коррозии и стойкостью к усталостным нагрузкам.

Формула изобретения

1. Способ производства бесшовных горячекатаных труб, включающий отливку полой заготовки, нагрев под прокатку и прокатку полой заготовки на трубопрокатном стане, отличающийся тем, что полую заготовку отливают центробежным литьем из чугуна с шаровидным графитом с отношением наружного диаметра заготовки к внутреннему от 1,05 : 1 до 1,7 : 1, отлитую и охлажденную заготовку нагревают со скоростью не более 70^oC/мин до 830 - 950^oC и выдерживают в течение 1 - 5 ч, после чего охлаждают до 690 - 730^oC со скоростью 2 - 10^oC/мин и затем с произвольной скоростью до цеховой температуры, а нагрев под прокатку осуществляют до температуры горячей прокатки 730 - 1100^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что полую заготовку отливают центробежным литьем из чугуна с шаровидным графитом, содержащего, мас.%: Углерод - 2,5 - 3,2 Кремний - 1,5 - 2,5 Магний - 0,02 - 0,05 Сера - Менее 0,01 Фосфор - Менее 0,1 Железо - Остальное 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по окончании прокатки готовую трубу выдерживают при конечной температуре прокатки, но не более 950^oC и не менее 720^oC, в течение 24 ч, после чего охлаждают на воздухе до цеховой температуры.