Способ изготовления сварных труб из горячекатаного листового материала

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к производству из стальной полосы или листов сварных изделий и труб. Способ изготовления сварных труб из горячекатаного листового материала включает подачу нагретой при горячей прокатке полосы в зону формовки, ее последовательное формоизменение и сварку кромок. При этом перед формоизменением срединную зону полосы охлаждают на всей ее длине до температуры, обеспечивающей при сварке по меньшей мере требуемое сварочное давление на кромках. Срединную зону полосы охлаждают на ширине, не включающей расстояние до кромок полосы, соответствующее околошовной зоне. Изобретение обеспечивает формирование прочного и надежного сварного соединения. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к обработке металлов давлением, а именно к производству из стальной полосы или листов сварных изделий и труб.

Известен способ производства труб печной сваркой (Емельяненко П.Т. Трубопрокатное и трубосварочное производство. - М.: Металлургиздат, 1954, с. 376-396), в котором горячекатаную полосу разматывают из рулонов, непрерывно подают через проходную пламенную печь, где нагревают до температуры 1200-1350^oС, а после выхода из печи ее формуют в трубную заготовку. Затем производят сварку кромок давлением, а полученную трубу, используя тепло полосы, нагретой в проходной печи, деформируют методом прокатки на редукционном стане до получения заданного диаметра трубы и толщины стенки.

Однако этот способ из-за недостаточного сварочного давления на кромках не позволяет надежно получать на трубе сварное соединение с высокой прочностью, что ограничивает или исключает использование труб, изготовленных этим высокопроизводительным и экономичным способом, в изделиях ответственного назначения.

Известен способ изготовления труб большого диаметра (а. с. СССР N 1393493, В 21 С 37/08, 1966, БИ N 17), включающий получение полой заготовки из достаточно тонкого непрерывнолитого горячего сляба, который формуют в цилиндр при температуре не ниже 0,3 от температуры плавления материала заготовки, затем производят сварку кромок и горячую деформацию заготовки.

Недостатками способа являются относительно высокие производственные и энергетические затраты, а также ограниченный диапазон выпускаемых труб по диаметру и толщине стенки.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ изготовления сварных горячедеформированных изделий (пат. РФ N 2122910, В 21 С 37/06, 1996, БИ N 34), включающий подачу и формоизменение полученной на стане горячей прокатки полосы в трубу, сварку кромок, подогрев и последующее деформирование трубы на стане горячей прокатки. При этом в линии стана горячей прокатки полосы производят формоизменение и сварку кромок неостуженного проката, а операции формоизменения, сварки и последующего деформирования осуществляют при температурах, обеспечивающих уменьшение напряжений при формовке и устранение структурной неоднородности.

Этот способ требует значительных капитальных и энергозатрат по следующим причинам.

Сварка кромок давлением, помимо предварительного разогрева кромок до температуры сварки, должна сопровождаться смыканием кромок под воздействием достаточно высокого сварочного давления. Специалисты считают, что при сварке малоуглеродистых сталей для высокой надежности сварного соединения при температуре кромок 1300-1400^oС удельное давление на кромках сформованной в трубу заготовки должно быть не ниже 5.0 кг/мм² (Ходерны Б. и Корек З. Стальные трубы. Технология производства и применение. - М.: Металлургия, 1979, с. 171). Такое давление достигается при сварке трубы на трубоэлектросварочных станах из полосы, имеющей по ширине, исключая зону кромок, температуру цеха. Однако, по мнению других специалистов, такого давления недостаточно для получения надежного сварного соединения.

Практика показала, что при формовке трубы из стальной полосы в горячем состоянии - при температурах выше 900^oC - создать на кромках сформованной трубы надлежащего сварочного давления не удается из-за следующих свойств материала, находящегося в пластическом состоянии: - течение металла происходит в направлении наименьшего сопротивления, иначе говоря, в "тесном" шовсжимающем калибре происходит увеличение толщины стенки трубы, что уменьшает периметр трубы; - недостаточна механическая прочность материала и, как следствие, в калибре проявляется склонность деформируемой трубы терять устойчивость профиля даже при сравнительно низких деформирующих усилиях формовки.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении удельного давления при смыкании кромок в процессе сварки трубы в сварочном калибре.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления сварных труб из горячекатаного листового материала, включающем подачу нагретой полосы в зону формовки, ее последовательное формоизменение и сварку кромок, согласно изобретению, перед формоизменением срединную зону полосы охлаждают на всей ее длине до температуры, обеспечивающей при сварке по меньшей мере требуемое сварочное давление на кромках.

Кроме того, срединную зону полосы охлаждают на ширине, не включающей расстояние до кромок полосы, соответствующее околошовной зоне.

Сущность изобретения состоит в том, что в установившемся процессе горячекатаную полосу, вышедшую из чистовой группы клетей стана для горячей прокатки полосы по рольгангу, отводящему полосу к холодильнику, или из коил-бокса, в распрямленном состоянии направляют в формовочную группу клетей формовочного стана через периодически включаемые в работу устройства для укрупнения проката. Срединную зону горячей полосы предварительно охлаждают при помощи системы охлаждения, состоящей из управляемых форсунок, через которые на полосу подают охладитель таким образом, чтобы срединная по ширине зона полосы на всей ее протяженности равномерно охлаждалась до температуры 650-750^oC. в этом случае условия электросварки сформованного в трубчатое сечение горячего профиля в сварочной клети и прежде всего - удельного усилия на кромках при их смыкании будут мало отличаться от условий формовки-сварки труб из стальной полосы, имеющей цеховую температуру, на современных трубоэлектросварочных станах, на которых успешно производят многие виды труб ответственного назначения, в том числе нефтяного сортамента, котельные и др.

Предварительно разогретая прилегающая к кромкам полосы околошовная зона, которую не подвергают воздействию охладителя, будет участвовать в процессе сварки кромок и естественного охлаждения сварного шва в более равновесном состоянии, с меньшей вероятностью возникновения остаточных неблагоприятных эффектов сварного соединения, приводящих к возможному нарушению сплошности материала при эксплуатации сварной трубы вплоть до ее разрушения.

Известно, что у нагретого материала его важные механические характеристики - предел прочности, предел текучести и др. ниже, чем у материала при более низких температурах.

Повышение механических характеристик деформируемого материала при формовке трубы для создания при обжатии горячего профиля в сварочном калибре надлежащего удельного усилия на свариваемых кромках - более 5 кг/мм² - достигается путем снижения температуры срединной зоны полосы на всей ее длине. Это осуществляется путем подачи охладителя на поверхность срединной части по ширине предварительно нагретой полосы перед задачей ее в группу формующих клетей формовочно-сварочного стана. После охлаждения срединной зоны полосы до температуры ниже 650-750^oC формовка профиля происходит без опасности потери поперечной устойчивости, т.е. без образования вмятин и ужимов на формуемой полосе, столь часто возникающих при формовке полосы в трубу при температуре полосы, близкой к температуре прокатки (1100-1200^oC), приобретенной перед ее прокаткой в чистовых клетях стана для прокатки полосы.

Реализация предлагаемого способа изготовления труб поясняется следующим примером.

На универсальном многоклетевом стане для прокатки полос производят полосу шириной 600 мм, длиной до 60 м и толщиной 5-14 мм. Вышедшую из последней клети чистовой группы прокатанную полосу выбранной толщины, сохраняющую тепло (950^oC) от нагрева ее под прокатку, отводящим рольгангом направляют к холодильнику. На холодильнике с помощью специально расположенных и соответствующим образом ориентированных форсунок для подачи жидкого охладителя охлаждают срединную зону ширины раската на всей его длине - до 60 м, препятствуя охлаждению прилегающих к кромкам зон шириной до 30 мм с каждой из сторон полосы.

Полосу со сниженной до 650-750^oC (в зависимости от марки стали и толщины раската) температурой срединной зоны направляют через стыкосварочное устройство в первую клеть формовочной группы формовочно-сварочного стана. В клетях формовочной группы последовательно осуществляют известными приемами валковую формовку полосы в трубчатый профиль с продольной щелью, образованной нагретыми до 900-950^oC кромками полосы. Сформованную трубу пропускают через кольцевой индуктор, который наводит электрический ток высокой частоты - порядка 440 кГц в теле сформованной трубы, приводящий к дополнительному разогреву кромок до сварочной температуры. В шовсжимающей клети происходит обжатие рабочими валками круглого профиля трубы, основная часть сечения которого нагрета до 600-650^oC, и на кромках возникает надлежащее по величине давление около 17-20 кг/мм². Часть металла, образующего сварной шов, выдавливается наружу или внутрь трубы, образуя грат. Вместе с гратом выдавливаются окисленные зерна горячего металла, что, как известно, способствует получению высококачественного сварного соединения. Резкого перепада температур от кромок к остальной части поперечного сечения трубы не возникает, т.к. кромки ранее разогретой полосы не подвергались воздействию охладителя и сохраняют температуру, превышающую температуру основной части сечения трубы на 200-300^oC. При этом возникают более благоприятные для нормального охлаждения сварного шва условия в околошовной зоне в противоположность таковым для случая сварки материала, находящегося во время сварки при цеховой температуре, и, как следствие, - происходит формирование более прочного и надежного сварного соединения без опасности разрушений в околошовной зоне при нагружении трубы внутренним давлением в процессе ее эксплуатации.

Изобретение может найти применение на металлургических предприятиях, имеющих сталепрокатное производство, при стремлении осуществить на том же предприятии более глубокую переработку получаемого раската в виде узких и тонких полос. Использование предлагаемого способа позволяет более рационально использовать трубы из "холодных" рулонов, приобретаемых у производителей штрипса, экономить средства на его транспортировку, сократить продолжительность производственного цикла, упростить внутризаводскую систему транспортных потоков.

При производстве труб предлагаемым способом возможна полная автоматизация на всех операциях от сталеплавильного отделения до отделочных линий, что позволит проще осуществить контроль за каждой трубой при изготовлении, например, труб ответственного назначения из исходного материала заданного химсостава, получаемого в процессе конкретной плавки с соответствующим документированием.

Формула изобретения

1. Способ изготовления сварных труб методом электросварки из горячекатаного листового материала, включающий подачу полосы с остаточным теплом прокатного нагрева после ее горячей прокатки в зону формовки, ее последовательное формоизменение и сварку кромок, отличающийся тем, что перед формоизменением срединную зону полосы охлаждают на всей ее длине до температуры, обеспечивающей при сварке по меньшей мере требуемое сварочное давление на кромках.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что срединную зону полосы охлаждают на ширине, не включающей расстояние до кромок полосы, соответствующее околошовной зоне.