Способ изготовления гнутого элемента из толстостенной трубы для установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара
Владельцы патента RU 2510840:
Российская федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к технологии изготовления гнутых элементов из труб. Осуществляют индукционный нагрев трубы, движущейся через кольцевой индукционный нагреватель, гибку по нагретому участку с охлаждением обдувом зон растяжения и сжатия гиба. При этом скорость движения трубы составляет 5-10 мм/мин, а температура нагрева металла под гибку - 950-1100°С. Гибку с охлаждением трубы ведут при температуре металла зоны сжатия трубы, превышающей температуру металла зоны растяжения трубы. После чего гнутый элемент нагревают в печи со скоростью не более 150°С/ч до температуры 710-730°С и выдерживают в течение 1,0-1,5 ч. Затем нагревают со скоростью не более 150°С/ч до температуры 1030-1040°С и выдерживают в течение времени из расчета 1 мин на 1 мм толщины стенки трубы. Затем охлаждают на воздухе до температуры 100°С и отпускают при температуре 730-780°С в течение 3-10 ч. Улучшается геометрия гнутой трубы. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.
Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к технологии изготовления гнутых элементов из труб, и может найти применение при изготовлении гнутых элементов из толстостенных труб среднего и большого диаметра для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара.
Известен способ изготовления гнутого элемента из трубы, включающий местное разупрочнение трубной заготовки нагревом кольцевым индукционным нагревателем и приложение к разупрочненному участку трубы изгибающего и осаживающего усилия, причем ширину кольцевой зоны разупрочнения создают переменной толщины. Способ реализуют с использованием высокочастотного кольцевого индуктора с экраном, которым нагревают трубу до температуры гиба 850-1000°C в течение 1,5 с с формированием треугольной формы зоны разупрочнения по сечению трубы, по которой трубу затем сгибают на требуемый угол гиба (RU 2062156, B21D 7/16, B21D 9/18, опубл. 20.06.1996).
Недостатком известного способа является невозможность его использования для гнутых по радиусам элементов из толстостенных хромистых жаропрочных труб большого диаметра.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления гнутого элемента из трубы большого диаметра, включающий индукционный нагрев заготовки трубы до температуры 750-800°C на ее внутренней поверхности при прохождение трубы через кольцевой индукционный нагреватель со скоростью не более 0,5 мм/с и последующую гибку заготовки с заданным радиусом по нагретому участку. При гибке на поверхность трубы распыляют воду.
(JP 6218437, B21D 7/02, B21D 9/18, опубликовано 09.08.1994)
Однако известный способ не исключает образование дефектов на внутренней поверхности как при гибке толстостенной (до 46 мм) трубы диаметром до 800 мм, в частности, хромистой стали 10Х9МФБ или 10Х9 В2МФБР, так и их появление после охлаждения гнутой заготовки. Известный способ также не исключает значительного изменения толщины стенок трубы и овальности гнутого участка, что ограничивает его применение для изготовления гнутых элементов труб, используемых для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара (температура до 600°C и давлении до 40 ата).
Задачей и техническим результатом изобретения является способ изготовления гнутых элементов из толстостенных труб толщиной 20-46 мм из хромистой стали 10Х9МФБ или 10Х9 В2МФБР, обеспечивающий отсутствие дефектов на внутренней стороне гнутого участка, а также изменение толщины стенок и овальности гнутого участка в пределах, допустимых для их использования в установках с высокими и сверхкритическими параметрами пара.
Технический результат достигается тем, что способ изготовления гнутого элемента из толстостенной трубы для установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара включает индукционный нагрев трубы, движущейся через кольцевой индукционный нагреватель, гибку по нагретому участку с охлаждением обдувом зон растяжения и сжатия гиба, для чего используют трубу из хромистой стали 10Х9МФБ или 10Х9В2МФБР толщиной 20-46 мм, при этом скорость движения трубы составляет 5-10 мм/мин и температура нагрева металла под гибку - 950-1100°C, а гибку с охлаждением трубы ведут при температуре металла зоны сжатия трубы на 160-200°C выше температуры металла зоны растяжения трубы, после чего гнутый элемент нагревают в печи со скоростью не более 150°C/ч до температуры 710-730°C и выдерживают в течение 1,0-1,5 ч, нагревают со скоростью не более 150°C/ч до температуры 1030-1040°C и выдерживают в течение времени из расчета 1 мин на 1 мм толщины стенки трубы, охлаждают на воздухе до температуры не более 100°C и отпускают при температуре 730-780°C в течение 3-10 часов.
Технический результат также достигается тем, что обдув зон растяжения и сжатия гиба трубы ведут потоком воздуха или воздушно-водяной смеси, причем отношение расхода потока, обдувающего поверхность трубы в зоне растяжения гиба, к расходу потока, обдувающего поверхность трубы в зоне сжатия гиба, составляет 1,3-2,0.
Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.
Для изготовления отвода коллектора в виде гнутого элемента с углом гиба 90° и радиусом гиба 950 мм использовали заготовку трубы 630×28 мм из жаропрочной хромистой стали 10Х9МФБ, а также заготовку трубы 600×32 мм из жаропрочной хромистой стали 10Х9В2МФБР, допущенных к использованию в установках с высокими и сверхкритическими параметрами пара.
Использовали типовую индукционную нагревательную установку для гибки труб с охлаждением обдувом зон растяжения и сжатия гиба. Заготовку трубы подавали на рольганг, затем ее захватывали специальные механизмы и проталкивали через направляющие ролики и кольцевой индукционный нагреватель - индуктор. После зажатия переднего конца заготовки трубы включали индукционный нагрев и продольную подачу. Гибочная головка установки вела гибку по нагретому участку заготовки трубы, поворачивая передний конец заготовки, которая одновременно осаживалась в нагретой кольцевой зоне.
Скорость движения заготовки трубы из стали 10Х9МФБ через кольцевой индукционный нагреватель установки составила 6 мм/мин, а для заготовки трубы из стали 10Х9В2МФБР - 5,6 мм/мин, при напряжении на индукторе 570 B и токе 370 A. Температура индукционного нагрева на выходе из индуктора составила 1050-1100°C. На выходе нагретой заготовки трубы из индуктора ее поверхность охлаждали обдувом зон растяжения и сжатия гиба потоком воздуха, причем отношение расхода потока, обдувающего поверхность трубы в зоне растяжения гиба, к расходу потока, обдувающего поверхность трубы в зоне сжатия гиба, для заготовки из стали 10Х9МФБ составило 1,8, а для заготовки из стали 10Х9В2МФБР - 1,9. Неравномерность интенсивности охлаждения заготовок обеспечило как необходимые условия для осуществления гиба, в том числе температуру металла зоны сжатия трубы на 180-190°C выше температуры металла зоны растяжения трубы, что, в конечном счете, уменьшило изменение толщины стенки на растянутой зоне гиба и овальность гнутого участка заготовки. Аналогичный результат достигали при использовании обдува воздушно-водяной смесью при изменение скорости движения заготовки в заявленных пределах.
После извлечения из установки гнутый элемент для устранения появления дефектов в виде микротрещин подвергли термической обработке при заявленных условиях. Сначала - нормализации путем нагрева в печи со скоростью не более 135-145°C/ч до температуры 715-725°C и выдержки при указанной температуре в течение 1,4 ч, последующего нагрева в печи со скоростью не более 135-145°C/ч до температуры 1030-1040°C, выдержки в течение времени 28 мин из расчета 1 мин на 1 мм толщины стенки трубы. Затем трубу охлаждали на воздухе до температуры не более 100°C. Режимы термической обработки как для заготовки из стали 10Х9МФБ, так и для заготовки из стали 10Х9В2МФБР были одинаковы.
После этого гнутые элементы отпускали при температуре 760-780°C в течение 10 часов.
В результате осуществления способа по изобретению были изготовлены гнутые элементы из толстостенной трубы из хромистой стали 10Х9МФБ, а также из толстостенной трубы из хромистой стали 10Х9В2МФБР, для установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара, которые не имели дефектов на внутренней стороне гнутой части, а также изменение толщин стенок и овальности гнутого участка в пределах, допустимых для их использования в установках с высокими и сверхкритическими параметрами пара.
1. Способ изготовления гнутого элемента из толстостенной трубы для установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара, включающий индукционный нагрев трубы, движущейся через кольцевой индукционный нагреватель, гибку по нагретому участку с охлаждением обдувом зон растяжения и сжатия гиба, отличающийся тем, что используют трубу из хромистой стали 10Х9МФБ или 10Х9В2МФБР толщиной 20-46 мм, при этом скорость движения трубы составляет 5-10 мм/мин и температура нагрева металла под гибку - 950-1100°C, а гибку с охлаждением трубы ведут при температуре металла зоны сжатия трубы на 160-200°C выше температуры металла зоны растяжения трубы, после чего гнутый элемент нагревают в печи со скоростью не более 150°C/ч до температуры 710-730°C и выдерживают в течение 1,0-1,5 ч, нагревают со скоростью не более 150°C/ч до температуры 1030-1040°C и выдерживают в течение времени из расчета 1 мин на 1 мм толщины стенки трубы, охлаждают на воздухе до температуры не более 100°C и отпускают при температуре 730-780°C в течение 3-10 ч.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обдув зон растяжения и сжатия гиба трубы ведут потоком воздуха или воздушно-водяной смеси, причем отношение расхода потока, обдувающего поверхность трубы в зоне растяжения гиба, к расходу потока, обдувающего поверхность трубы в зоне сжатия гиба, составляет 1,3-2,0.
