Способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана, и может быть использовано при производстве передельных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами. Задача изобретения - исключение брака, снижение расходного коэффициента сплава и повышение производительности. Способ включает нагрев сверленых слитков и заготовок в муфелях до температуры пластичности, прошивку их в стане косой прокатки в гильзы на короткой оправке с подстуживанием наружной поверхности слитков и заготовок перед прошивкой, при этом подстуживание слитков и заготовок осуществляют при их вращении естественным путем на воздухе с продолжительностью t=0,45·Dзаг, где t - время подстуживания, сек; Dзаг - наружный диаметр слитков и заготовок, мм; или принудительно газообразным веществом, химически нейтральным по отношению к сплавам на основе титана, путем подачи его на поверхность вращающихся слитков и заготовок с продолжительностью t=95·Dзаг·C, где Dзаг - наружный диаметр слитков и заготовок, м; С - скорость потока химически нейтрального газообразного вещества, м/сек; скорость вращения слитков и заготовок составляет 2-5 оборотов в минуту, а скорость подачи газообразного вещества - 2-3 м/сек. Изобретение обеспечивает исключение пробуксовок, застреваний и искривлений заготовок за счет равномерного по периметру и длине коэффициента трения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана, и может быть использовано при производстве передельных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.
В практике трубного производства известен способ прошивки слитков и заготовок из сплава 14 для прокатки передельных труб размером 492×48, 485×36 и 398×46 мм под механическую обработку на размер 474×29,5, 467×16 и 377×24 мм на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ", включающий нагрев в муфелях сверленых слитков и заготовок сплава 14 до температуры 1155-1180°С, транспортировку их к прошивному стану, прошивку в гильзы в рабочих валках с постоянным углом наклона и направляющими валками (ТУ 14-3-1218-83 "Трубы бесшовные горячедеформированные обточенные и расточенные из сплава 14". ТИ 158 - Тр. ТБ1-54-97 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из сплава 14 по ТУ 14-3-1218-83".
Недостатком указанного способа является то, что при прошивке в двухвалковом стане винтовой прокатки с направляющими валками гильзы часто застревали (закатывались) на оправке. Это явление связано с высокими пластическими свойствами данного сплава, низким сопротивлением деформации, относительно малыми тянущими усилиями валков в конусе прошивки, а также повышенным сопротивлением внедрению оправки. Чтобы увеличить тянущие усилия в конусе прошивки, приходилось сводить валки, что, в свою очередь, приводило к увеличению обжатия по диаметру и, как следствие, к затеканию сплава за реборды валков и прекращению процесса прошивки (А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. "Сталь", 1992, №9, с.61).
В трубном производстве известен способ прошивки слитков и заготовок из титанового сплава 14, включающий нагрев в муфелях сверленых слитков и заготовок до температуры 1155-1180°С, транспортировку их к прошивному стану, прошивку их в гильзы в стане косой прокатки с рабочими и направляющими валками с постоянными углами наклона, а для увеличения трения между валками и заготовкой, а следовательно, увеличения тянущих усилий на рабочих валках в конусе прошивки наплавляют шипы, которые имеют форму полусфер высотой 2,0-2,5 мм, а в основании - окружность диаметром 8-10 мм (А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. "Сталь", 1992, №9, с.61).
Недостатком указанного способа является то, что при прошивке слитков и заготовок с температурой нагрева выше 1160°С гильзы также часто застревали на оправке. Чтобы увеличить тянущие усилия в конусе прошивки приходится сводить валки, что приводит к увеличению обжатия по диаметру и неравномерности диаметра по длине гильз, а при прокатке гильз с повышенным диаметром на пилигримовом стане из-за переполнения калибра и наличия газонасыщенного слоя образуются дефекты, глубина которых превышает допустимые пределы при механической обработке (обточке и расточке) и как, следствие, к браку готового изделия или переточки на меньшую стенку при наличии попутчиков.
Наиболее близким техническим решением является способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана, включающий нагрев сверленых слитков и заготовок в муфелях до температуры пластичности (1155-1180)°С, прошивку их в стане косой прокатки в гильзы на короткой оправке в валках с наплавленными в конусе прошивки шипами, которые имеют форму полусфер высотой 2,0-2,5 мм, а в основании - окружность диаметром 8-10 мм с подстуживанием наружной поверхности слитков и заготовок перед задачей в прошивной стан в течение 3-5 минут (ТИ 158-Тр. ТБ 1-64-2002 " Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из сплава 14 по ТУ 14-3-1218 и ТУ 14-3-1236-83". А.В.Сафьянов, О.Г.Хохлов-Некрасов, Л.И.Лапин. "Сталь", 1992, №9, с.61-62).
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Данный способ не гарантирует повышение одинаковой прочности наружных слоев по периметру и длине слитков- заготовок, а следовательно, и повышение коэффициента трения между поверхностными слоями сплава и рабочими валками при естественном подстуживании на воздухе без учета геометрических размеров слитков-заготовок и скорости их вращения относительно оси. Время подстуживания слитков-заготовок на задающих лапах в течение 3-5 минут без вращения относительно оси и без учета геометрических размеров приводит к одностороннему неравномерному подстуживанию их по периметру и длине и, как следствие, к неравномерной деформации их в процессе прошивки, т.е. к увеличению коэффициента скольжения участков слитков-заготовок с меньшей прочностью наружных слоев слитков-заготовок, а следовательно, к увеличению их пластичности и появлению вероятности их пробуксовки относительно рабочих валков. При появлении пробуксовок, чтобы увеличить тянущие усилия, т.е. увеличить контактную поверхность между валками и слитком-заготовкой, в каждом случае приходится сводить валки, т.е. изменять настройку. Очень часто наблюдались случаи, когда в результате сведения рабочих валков на слитках-заготовках образуется пережим, часть объема сплава затекает за реборды валков и процесс прекращался. Данное явление объясняется тем, что при температуре 1155-1180°С сплавы на основе титана имеют максимальную пластичность и низкий коэффициент трения, а неравномерность подстуживания наружной поверхности по периметру и длине слитков-заготовок приводит к разной прочности наружных слоев, а следовательно, к появлению проскальзываний по периметру и длине гильзы-заготовки. При снижении осевой скорости гильз-заготовок вальцовщик начинает сводить валки, чтобы увеличить обжатие, а следовательно, коэффициент трения и осевую скорость гильз-заготовок. В некоторых случаях это помогает, а т.к. сплавы на основе титана являются пластичными материалами, то наступают такие моменты, когда гильза-заготовка получает форму рюмки, т.е. при повышенных обжатиях сплав затекает за реборды валков и процесс прошивки прекращается. Такие гильзы-ступы очень сложно удалять из валков прошивного стана и они уже являются окончательным браком, т.е. идут в расходный коэффициент, а следовательно, повышают стоимость передельных труб-заготовок.
Целью предложенного способа является исключение пробуксовок слитков-заготовок из сплавов на основе титана в очаге прошивки стана косой прокатки за счет равномерного по периметру и длине слитков-заготовок коэффициента трения, исключения брака в виде застрявших в стане гильз-ступ, повышение производительности стана косой прокатки за счет исключения времени остановок стана на удаление (извлечение) гильз-ступ из стана и снижение расходного коэффициента сплава при переделе слиток-заготовка - передельная труба из сплава на основе титана.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана, включающем нагрев сверленых слитков и заготовок в муфелях до температуры пластичности, прошивку их в стане косой прокатки в гильзы на короткой оправке с подстуживанием наружной поверхности слитков и заготовок перед прошивкой, подстуживание слитков и заготовок осуществляют при их вращении естественным путем на воздухе с продолжительностью t=0,45·Dзаг, где t - время подстуживания, сек; Dзаг - наружный диаметр слитков и заготовок, мм; или принудительно газообразным веществом, химически нейтральным по отношению к сплавам на основе титана, путем подачи его на поверхность вращающихся слитков и заготовок с продолжительностью t=95·Dзаг·С, где Dзаг - наружный диаметр слитков и заготовок, м; С - скорость потока химически нейтрального газообразного вещества, м/сек, скорость вращения слитков и заготовок составляет 2-5 оборотов в минуту, а скорость подачи газообразного вещества составляет 2-3 м/сек.
Сущность процесса заключается в том, что предлагаемый способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана позволяет равномерно подстуживать (охлаждать) естественным и принудительным способом их наружную поверхность перед прошивкой на 50-80°С, за счет чего снизить пластичность поверхностных слоев, а следовательно, увеличить коэффициент трения и исключить застревание (закатку) гильз на оправках и вести процесс прошивки без изменения настройки прошивного стана.
Естественное подстуживание слитков сплава 14 размером 585-650×100×1750 мм в течение 3-5 минут на лапах прошивного стана без кантовки (вращения) приводит к неравномерному охлаждению по окружности и длине, т.к. верхняя часть наружной поверхности слитков охлаждается более интенсивно, чем поверхность, направленная в сторону приемного желоба прошивного стана, имеющего температуру порядка 400-500°С. Прошивка таких слитков приводит к неравномерной деформации их по сечению, пробуксовке гильз-слитков в очаге деформации, к искривлению гильз и застреванию гильз-слитков (ступ) в прошивном стане. Теоретически обоснованная продолжительность естественного и принудительного охлаждения с вращением слитков-заготовок относительно оси позволяет получать однородную пластичность по окружности и длине, увеличить коэффициент трения и вести процесс прошивки без пробуксовки и закатки гильз на оправках, а принудительное подстуживание газообразным веществом, химически нейтральным по отношению к сплавам на основе титана при температуре 1155-1180°С позволяет снизить время подстуживания в 1,5 раза и исключить процесс газонасыщения сплавов на основе титана, снизить величину альфированного слоя, а следовательно, величину дефектов в виде рванин при прошивке и последующей прокатке передельных труб на пилигримовом стане.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана отличается тем, что подстуживание слитков и заготовок осуществляют при их вращении естественным путем на воздухе с продолжительностью t=0,45·Dзаг, где t - время подстуживания, сек; Dзаг - наружный диаметр слитков и заготовок, мм; или принудительно газообразным веществом, химически нейтральным по отношению к сплавам на основе титана, путем подачи его на поверхность вращающихся слитков и заготовок с продолжительностью t=95·Dзаг·С, где Dзаг - наружный диаметр слитков и заготовок, м; С - скорость потока химически нейтрального газообразного вещества, м/сек, скорость вращения слитков и заготовок составляет 2-5 оборотов в минуту, а скорость подачи газообразного вещества составляет 2-3 м /сек. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".
Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".
Способ был опробован на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". По данному способу впервые в сентябре 2004 г. прокатаны промышленные партии передельных труб размером 492×48×7500 мм для изготовления путем механической обработки (обточки и расточки) баллонных заготовок размером 474×29,5×3550+100 мм.
На ТПА с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" была прокатана промышленная партия передельных труб размером 492×48×7500 мм из сплава 14 для изготовления баллонной заготовки размером 474×29,5×3550+100 мм по существующей и предлагаемой технологиям. В производство было задано 20 заготовок, которые были прошиты в гильзы (по 10 штук) по существующей и предлагаемой технологиям. Данные по нагреву, прошивке и прокатке передельных труб размером 492×48×7500 мм из слитков размером 650×100×1750 мм сплава 14 для изготовления путем механической обработки (обточки и расточки) баллонной заготовки размером 474×29,5×3550+100 и 472×27,0×3550+100 мм приведены в таблице. Из таблицы видно, что при прокатке передельных труб по существующей технологии слитки были нагреты в методической печи до температуры 1160-1180°С. Перед прошивным станом слитки подстуживались (охлаждались) без вращения в течение 4 минут (240 секунд) и прошивались на оправке диаметром 420 мм в гильзы размером 650×107,5×3100 мм. При прошивке всех слитков, чтобы исключить пробуксовку гильз-слитков, приходилось сводить рабочие валки. В одной гильзе закатало оправку, т.е. даже при увеличении обжатия по диаметру процесс был прекращен из-за пробуксовки и закатке оправки в гильзе. Гильза-ступа была выброшена из стана и переведена в брак. Время извлечения гильзы-ступы из стана и время последующей его настройки составило 55 минут, т.е. 55 минут ТПА 8-16" не работал. Из-за перенастройки стана в процессе прошивки, т.е. сведения и разведения валков на гильзах наблюдалось повышенное количество дефектов в виде рванин и плен. Из-за дефектов три крата были переточены на размер 474×27,0×3550 мм, а один крат на размер 467×16,0×3440 мм. Расходный коэффициент сплава по данной партии труб составил 2,163. По предлагаемой технологии слитки были нагреты в методической печи до температуры 1160-1180°С. Перед прошивкой слитки подстуживались (охлаждались) с эмитацией вращения путем поворота (качания) на лапах прошивного стана на угол 180° через 25-30 секунд в течение 295 секунд (согласно п.1 формулы изобретения). При прошивке слитков замечаний не было. Перенастройка стана не производилась. Пробуксовок слитков и гильз в очаге деформации не наблюдалось. По предлагаемой технологии прошито 10 гильз, из которых прокатано 10 труб, размечено и сдано 20 кратов (баллонных заготовок) размером 474×29,5×3550 мм. Принудительное подстуживание ввиду отсутствия системы подачи газообразного вещества, химически нейтрального к сплавам на основе титана и механизма вращения заготовок перед прошивным станом, не производили. Если использование п.1 формулы изобретения дало положительные результаты, то использование пп.2 и 3 даст возможность сократить время подстуживания слитков-заготовок из сплавов на основе титана в 1,5 раза и снизить количество и размеры дефектов (рванин) при прошивке за счет снижения толщины альфированного (газонасыщенного) поверхностного слоя за счет подачи на горячую поверхность слитков-заготовок нейтральных охладителей.
Таким образом, результаты проведенного эксперимента подтвердили теоретические обоснования и правомерность формулы изобретения "Способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана" за счет расчетной продолжительности естественного и принудительного подстуживания слитков и заготовок перед прошивным станом в зависимости от их геометрических размеров, скорости вращения слитков и заготовок и скорости подачи охладителя при принудительном охлаждении.
Использование предложенного способа прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана для прокатки передельных труб большого и среднего диаметров на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" позволит повысить производительность стана косой прокатки за счет снижения или полного исключения пробуксовок гильз и их застревания в стане, снизить расходный коэффициент сплава за счет снижения количества трещин и глубины их проникновения в тело гильз, а следовательно, снизить стоимость передела передельных труб из сплавов на основе титана.
| Таблица Данные по прошивке и прокатке передельных труб размером 492×48×7500 мм из слитков размером 650×100×1750 мм сплава 14 для изготовления баллонной заготовки размером 474×29,5×3550+100 и 474×27×3550+100 мм | |||||||||||||
| Вид технолог. | Размер слитков | Прокатано слитков | Темп. слит. на выдаче | Прошивка гильз | Прокатано труб | Сдано кратов | Раходн. коэффиц металла. | ||||||
| Размер гильз | Диам. оправ. | Замечания при прошивке | Время охлажд. наруж. | Размер труб | Колич. труб | ||||||||
| поверх. | |||||||||||||
| мм | шт. | тонн | град | мм | мм | мм | сек | мм | шт. | шт. | тонн | - | |
| Существ. | 650×100 ×1750 | 10 | 25,48 | 1160-1180 | 650×107,5×3100 | 420 | При прошивке на всех гильзах сводили валки. В одной гильзе закатали оправку | 240 | 492×48×7500 | 9 | 474×29,5-14 кратов 474×27,0-4 крата | 12,04 | 2,116 |
| Предлаг. | 650×100×1750 | 10 | 25,48 | 1165-1180 | 650×107,5×3100 | 420 | Настройку прошивного стана не меняли | 295 с кантов. на лапах на 180° через 30 секунд | 492×48×7500 | 10 | 474×29,5-20 кратов | 13,61 | 1,872 |
| Примечание к таблице: Расходный коэффициент сплава 14 от слитков до труб-кратов после обточки и расточки по существующей технологии составил 2,116, а по предлагаемой 1,872, т.е. получено снижение сплава на 244 кг на каждой тонне труб-кратов для изготовления баллонов. |
1. Способ прошивки слитков и заготовок из сплавов на основе титана, включающий нагрев сверленых слитков и заготовок в муфелях до температуры пластичности, прошивку их в стане косой прокатки в гильзы на короткой оправке с подстуживанием наружной поверхности слитков и заготовок перед прошивкой, отличающийся тем, что подстуживание слитков и заготовок осуществляют при их вращении, естественным путем на воздухе с продолжительностью
t=0,45·Dзаг,
где t - время подстуживания, с;
Dзаг - наружный диаметр слитков и заготовок, мм;
или принудительно, газообразным веществом, химически нейтральным по отношению к сплавам на основе титана, путем подачи его на поверхность вращающихся слитков и заготовок с продолжительностью
t=95·Dзаг·C,
где Dзаг - наружный диаметр слитков и заготовок, м;
С - скорость потока газообразного вещества, м/с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость вращения слитков и заготовок составляет 2-5 об/мин.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость потока газообразного вещества составляет 2-3 м/с.
