Патент на изобретение №2245375
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТРУБ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области металлургии, в частности технологии упрочнения труб нефтяного сортамента из углеродистых и микролегированных Nb, V, Mo и Cr сталей непосредственно в процессе горячей деформации. Техническим результатом изобретения является получение требуемых нормативными документами геометрических параметров труб по овальности и прямолинейности при одновременном повышении прочности, пластичности и хладостойкости стали. Для достижения технического результата осуществляют предварительную деформацию трубы, выдержку на воздухе, нагрев под окончательную деформацию до 800-870°С и ускоренное регулируемое охлаждение до температуры 720-760°С, которое производят в процессе многократной горячей деформации в заневоленном состоянии со средней скоростью охлаждения 40-60°С/с в очаге деформации и 20-30°С/с во время междеформационных пауз. 1 табл.
Изобретение направлено на совершенствование технологии упрочнения труб нефтяного сортамента из углеродистых и микролегированных Mb, V, Mo и Сr сталей непосредственно в процессе горячей деформации. Известен способ термической обработки труб из углеродистых и низколегированных сталей, заключающийся в том, что трубу охлаждают водой по выходу из последней клети стана, при этом охлаждение наружной поверхности начинают с 800-840°С в течение 3-5 с со средней скоростью 30-40°С/с за 6-10 циклов, длительность интенсивного охлаждения в цикле составляет 0,2-0,3 с с паузами между циклами 0,15-0,2 с (патент РФ №2112052, М.кл. С 21 D 9/06, опубл. 27.05.1998 г.). Недостатком этого способа является то, что он непригоден для упрочнения труб из сталей, микролегированных сильными карбидообразующими элементами, так как после интенсивного охлаждения в конечной структуре стали образуется верхний бейнит. Это приводит к сильному упрочнению, но одновременно резко снижаются пластические характеристики и ударная вязкость. Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления труб из микролегированной V и/или Nb стали, по которому трубы после предварительной горячей деформации подвергают охлаждению на воздухе в течение 55-60 с до 735-770°С, нагрев под окончательную деформацию ведут до 800-850°С, а после деформации осуществляют охлаждение водой в течение 1,5-2 с со средней скоростью 20-25°С/с с дальнейшим охлаждением на воздухе (патент РФ №2163643, М.кл. С 21 D 8/10. опубл. 27.02.2001 г.). Недостатком данного способа является то, что, как показала практика, при изготовлении труб, особенно диаметром более 73 мм, охлаждение водой после окончания деформации сопровождается появлением овальности, концевой кривизны и отклонением от прямолинейности выше допустимых для нарезных труб норм по ГОСТ 633-80, API5CT и АР15Д. На трубах диаметром 89 мм брак по овальности доходит до 100%, а брак по кривизне в зависимости от сортамента составляет 5-25%. Кроме того, при микролегировании молибденом и особенно комплексом Мb+Мо и Nb+Cr резко повышается устойчивость аустенита и в структуре появляются значительные объемы верхнего бейнита, что приводит к охрупчиванию стали. Задачей настоящего изобретения является разработка способа термомеханической обработки труб нефтяного сортамента из микролегированных ниобием, ванадием, молибденом и хромом сталей, который одновременно с повышением прочности, пластичности и хладостойкости стали обеспечивает получение требуемых нормативными документами геометрических параметров труб по овальности и прямолинейности. Поставленная задача решается тем, что в способе термомеханической обработки труб, включающем предварительную деформацию, выдержку на воздухе, нагрев, окончательную деформацию и ускоренное охлаждение, согласно изобретению нагрев под окончательную деформацию ведут до 800-870°С, а ускоренное охлаждение до температуры 720-760°С производят в процессе многократной горячей деформации в заневоленном состоянии со средней скоростью охлаждения в очаге деформации 40-60°С/с, во время междеформационных пауз 20-30°С/с. При таких условиях горячей деформации стан является не только деформирующим, но и охлаждающим устройством, благодаря чему технологические возможности управления структурой и свойствами труб существенно возрастают. Во время многократной конечной деформации трубы охлаждают до температуры 720-760°С в заневоленном с помощью валков редукционного стана состоянии, что исключает овализацию и искривление труб. Скорость охлаждения труб в заданных пределах регулируется интенсивностью охлаждения валков, расходом и давлением воды, направленной на трубу. В очаге деформации трубы охлаждаются контактом с охлаждаемыми валками, потоками воды, которые поступают на ее поверхность после охлаждения валков, и потоками воды из установленных в клетях спрейеров, а во время междеформационных пауз трубы охлаждаются только водой. Перед окончательной деформацией с ускоренным охлаждением трубы нагревают до температуры 800-870°С. Повышение верхней границы температурного интервала, по сравнению с прототипом, вызвано расширением состава используемых сталей. При таком нагреве под окончательную деформацию выделившиеся при предварительной деформации и во время последующей выдержки стабильные частицы карбидов и карбонитридов Mb не растворяются и тормозят рост зерен аустенита. В результате ускоренного охлаждения многократная горячая деформация происходит при понижающихся на каждом последующем этапе температурах и температура конца деформации составляет 720-760°С. Деформация инициирует тенденцию Nb образовывать выделения уже в аустенитной области, поэтому его роль в процессе структурообразования ограничивается измельчением зерна. Находящиеся в твердом растворе микродобавки V, Мо и Сr понижают скорость диффузионного перераспределения углерода, снижают температуру YYY-AAA превращения, поэтому несмотря на измельчение зерна, снижающего устойчивость аустенита, доэвтектоидный феррит при деформации не образуется. Охлаждение в процессе деформации до температуры ниже 720°С приводит к возрастанию нагрузок на прокатное оборудование выше допустимых и повышению износа валков. При повышении температуры конца деформации выше 760°С снижается степень измельчения аустенитного зерна, кроме того при последующем охлаждении на воздухе образуется до 20% доэвтектоидного феррита. Скорость охлаждения 40-60°С/с в очаге деформации и 20-30°С/с во время междеформационных пауз взаимосвязаны между собой и согласуются с технологической скоростью прокатки таким образом, чтобы температура конца деформации труб всего сортамента составляла 720-760°С. Понижение скорости охлаждения ниже указанных пределов потребует для достижения требуемой температуры конца деформации снижения скорости прокатки, а следовательно и снижения производительности стана. Повышение скорости охлаждения нецелесообразно, так как это при технологической скорости прокатки приведет к снижению температуры конца деформации ниже 720°С. Предлагаемые параметры ускоренного охлаждения в процессе горячей деформации позволяют наряду с требуемой точностью геометрических параметров получить благоприятный комплекс свойств труб из микролегированной стали, то есть обеспечивается решение поставленной в изобретении задачи. Предлагаемый способ термомеханической обработки труб осуществляется следующим образом. Труба-заготовка после предварительной деформации в непрерывном стане и охлаждения на воздухе до 735-770°С нагревают в индукционных установках до 800-870°С. Окончательная деформация в многоклетьевом редукционном стане производится одновременно с ускоренным охлаждением труб в заневоленном состоянии, которое достигается с помощью обжимающих трубу валков. Охлаждение осуществляют контактом с поверхностью охлаждаемых валков, потоками воды, которые попадают на поверхность трубы после охлаждения валков и потоками воды, направленными с помощью спрейеров на трубу. Скорость охлаждения трубы регулируется интенсивностью охлаждения самих валков, давлением и удельным объемом воды, направленной на трубу. Охлаждение труб производится до температуры 720-760°С со средней скоростью в очаге деформации 40-60°С/с, а во время междеформационных пауз 20-30°С/с. Предлагаемый и известный способ были опробованы в линии стана ТПА-80 Трубопрокатного цеха 3 № OAO “Синарский трубный завод” при изготовлении насосно-компрессорных труб размером 60×5,0 мм; 73×5,5 мм и 89×6,0 мм группы прочности “Е” по ГОСТ 632-80. В клетях редукционного стана, оснащенных системой охлаждения валков были установлены кольцевые спрейера для дополнительного охлаждения труб в процессе горячей деформации. Расход воды на систему охлаждения валков составлял 30-60 м3/час и 30-60 м3/час на спрейера. Расход воды и количество охлаждающих клетей подбирались таким образом, чтобы средняя скорость охлаждения в очаге деформации независимо от сортамента составляла 50-55°С/с и 20-25°С/с во время междеформационных пауз, а температура труб после выхода из стана 730-740°С. Результаты опытных прокаток труб из стали, приведенные в таблице, показали, что по предлагаемому техническому решению можно получать механические свойства группы прочности “Е” и геометрические параметры по овальности и прямолинейности, удовлетворяющие требованиям ГОСТ 633-80. При производстве труб по прототипу с охлаждением после деформации также достигается требуемый уровень свойств, но процент брака по овализации на трубах диаметром 89 мм доходит до 100%, а на трубах диаметром 60 мм, имеющих наиболее низкую продольную устойчивость, брак по концевой кривизне составляет 25-30%. Таким образом, предлагаемый способ термомеханической обработки позволяет получать недостигаемый при обработке по прототипу уровень точности труб по геометрическим параметрам.
Формула изобретения
Способ термомеханической обработки труб, включающий предварительную деформацию, выдержку на воздухе, нагрев, окончательную деформацию и ускоренное регулируемое охлаждение, отличающийся тем, что нагрев под окончательную деформацию ведут до 800-870°С, а ускоренное охлаждение до температуры 720-760°С производят в процессе многократной горячей деформации в заневоленном состоянии со средней скоростью охлаждения 40-60°С/с в очаге деформации и 20-30°С/с во время междеформационных пауз.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
в, кг/мм
5, %