Патент на изобретение №2248853
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОРНОВ ПИЛИГРИМОВЫХ СТАНОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу изготовления и эксплуатации технологического инструмента, и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров (273-550 мм). Способ изготовления и эксплуатации дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включает отливку слитков из стали, ковку цилиндрических сплошных или полых заготовок, черновую механическую обработку, термическую обработку, механическую обработку дорнов на чистовой размер с последующим упрочнением обкаткой роликом и эксплуатацию их до образования сетки разгарных трещин, при этом дорновые заготовки изготавливают из углеродистой стали (типа ст.20), на наружную поверхность которых наносят теплостойкий износостойкий слой путем наплавки, а в процессе эксплуатации при появлении сетки разгарных трещин производят переточку дорнов, нанесение теплостойкого износостойкого слоя путем наплавки, механическую обработку на чистовой размер с последующим упрочнением обкаткой роликами. Наплавку теплостойкого износостойкого слоя производят толщиной, значение которой определяют из выражения
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу изготовления и эксплуатации технологического инструмента, и может быть использовано при изготовлении и эксплуатации дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров (273-550 мм). Известен способ изготовления и эксплуатации дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающий отливку слитков из стали марки СД1 (50ХН) с химическим составом по ГОСТ 4543-71, ковку их в цилиндрические заготовки (поковки) с уковом 2,25-2,5, черновую механическую обработку с припуском по диаметру 10-15 мм с учетом поводки поковок при термической обработке, термическую обработку дорновых заготовок, механическую обработку дорнов на чистовой размер с последующим упрочнением обкаткой роликом и эксплуатацию их до образования сетки разгарных трещин, “волны” или продольных трещин (Ф.А.Данилов и др. Горячая прокатка труб. М.: Металлургия, 1962, с.355-356. Отчет по теме 22-V-13-541-73: “Разработка технологии изготовления дорнов повышенной износостойкости и внедрение их в производство на ЧТПЗ”, Днепропетровск, 1975. ТП 158-148-98 “Технологический процесс механической обработки направляющих и рабочих валков прошивного стана, дорнов и пилигримовых валков в цехе №1 ОАО “ЧТПЗ”). Недостатком данного способа является то, что дорна выходят из строя по “волне” (гофрам), поверхностным разгарным кольцевым трещинам и грубым продольным трещинам, а также неравномерному истиранию их по длине (потеря геометрических размеров). Как правило, при прокатке труб диаметром 377 и 426 мм на дорнах из стали марки СД1 основным видом дефектов является “волна” (гофр). “Волна” на поверхности дорнов возникает на расстоянии 1500-2000 мм от дорнового замка. “Волна” – это пластическая деформация поверхностных слоев металла дорнов, которая обусловлена разогревом их поверхности до температуры выше 700°С и вызвана продолжительным контактом гильз-труб и дорнов или прокаткой двух и более гильз на одном дорне без охлаждения. При прокатке труб размером 426×9×32000-35000 мм время контакта дорна с гильзой-трубой составляет от 5,0 до 6,0 минут. За это время дорн на участке 2000-4000 мм от замковой части нагревается от 600 до 650°С. Наибольшую температуру дорн имеет на участке от 2000 до 3000 мм от дорнового замка, т. е. на центральной части. Стойкость дорнов по “волне” находится в прямой зависимости от соблюдения инструкции по их эксплуатации. Кольцевые трещины связаны с некачественной механической обработкой, наличием концентраторов напряжения (подрезов и канавок от резцов). Грубые продольные трещины глубиной от 1/3 до 3/4 радиуса дорнов являются следствием низких значений пластических свойств и ударной вязкости стали при циклически изменяющихся температурах. Известен также способ изготовления и эксплуатации дорнов пилигримовых станов из стали марки СД2 (25Х2М1Ф), имеющей следующее содержание элементов: углерод 0,24-0,32%, марганец 0,3-0,6%, кремний 0,15-0,40%, хром 1,6-1,9%, молибден 0,6-0,9%, ванадий 0,15-0,25%, никель до 0,5%. Дорна из этой стали более износостойкие. Стойкость их в 1,2-1,3 раза выше, чем из стали СД1 (Отчет по теме 23-V-13-81/19-72/П2-аПП “Изыскание сталей повышенной термостойкости и разработка составной конструкции пильгердорнов”. Уральский НИИ трубной промышленности, Уфимский авиационный институт, Челябинский трубопрокатный завод, Челябинск, 1972 г. Однако известный способ также имеет недостатки: дорна с содержанием углерода 0,24-0,32% выходят из строя в основном из-за появления на их поверхности разгарных трещин, а также неравномерного истирания по длине (потеря геометрических размеров). Разгарные трещины возникают вследствие тепловых и структурных напряжений в поверхностном слое дорнов, которые нагреваются при контакте с горячими гильзами-трубами до температуры Ac1-АсЗ (650°С и выше). Образование сетки разгарных трещин есть результат необратимых структурных изменений (сдвиговых деформаций внутри зерна, дробление зерен, образование пустот, деформации по границам зерен и образование субмикроскопических разрывов и повреждений поверхностного слоя). Термоусталостное повреждение поверхности является причиной возникновения первых очагов разрушения, инициирующих дальнейшее развитие трещин. С увеличением числа циклов нагрева и охлаждения возрастает количество и размер трещин, трещины соединяются и переплетаются между собой, образуя так называемую “сетку”. Образование сетки разгарных трещин на поверхности дорнов ускоряет истирание и вырывание частиц металла. В этих трещинах происходит интенсивное окисление металла и процессы их расклинивания. Решающее влияние на срок эксплуатации дорнов оказывает интенсивность развития сетки разгарных трещин в более крупные, которые являются браковочным признаком дорнов. Наиболее близким техническим решением является способ изготовления и эксплуатации дорнов (оправок) пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающий получение конического электрошлакового слитка из стали СД2-Ш и последующую его радиальную ковку на цилиндрическую заготовку, имеющую замковую и рабочую части, а ковку ее рабочей части осуществляют с линейным увеличением уковки в направлении к замковой части при отношении величин максимальной уковки к минимальной 1,26-1,56, отжиг заготовок и сверление отверстия диаметром 100-105 мм (Патент РФ №2055660 от 10.03.96 г., Бюл. №7). Однако известный способ также имеет недостатки: стойкость возросла в 1,1-1,2 раза по сравнению с существующей, а дорна также выходят из строя по продольным трещинам и сетке разгарных трещин. Целью предложенного способа является увеличение стойкости и снижение стоимости дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления и эксплуатации дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающем отливку слитков из теплостойкой износостойкой стали (СД2-25Х2М1Ф), ковку цилиндрических сплошных или полых заготовок, черновую механическую обработку, термическую обработку, механическую обработку дорнов на чистовой размер с последующим упрочнением поверхности обкаткой роликом и эксплуатацию их до образования сетки разгарных трещин, дорновые заготовки изготавливают из углеродистой стали, на наружную поверхность которых наносят теплостойкий износостойкий слой путем наплавки, а в процессе эксплуатации при появлении сетки разгарных трещин производят многократную переточку дорнов, нанесение теплостойкого износостойкого слоя путем наплавки, механическую обработку на чистовой размер с последующим упрочнением поверхности обкаткой роликами, наплавку теплостойкого износостойкого слоя производят толщиной, значение которой определяют из выражения
где D – максимальный диаметр труб, прокатываемых на данном дорне, мм; S – минимальная толщина стенки труб, прокатываемых на данном дорне, мм; К=0,02 – коэффициент, учитывающий геометрические размеры труб. Дорна в процессе работы подвергаются многократному циклическому нагреву и охлаждению. Кроме теплового воздействия дорна подвергаются давлению со стороны валков пилигримового стана и продольному растяжению, вызванному силами трения деформируемого металла во время прокатки и извлечения дорнов из труб подающим аппаратом. Из-за непостоянства очага деформации, за один оборот валков, давление на дорна и действие сил трения постоянно меняются. Сложность условий работы дорнов заключается в длительном нахождении их в контакте с нагретым пластически деформируемым металлом, отсутствии охлаждения в процессе деформации, больших температурных перепадах рабочей поверхности дорнов за один цикл их работы (охлаждение до температуры 180-200°С в ванне с водой и смазкой, нагрев в процессе прокатки и работа в течение 3,5-6,0 минут при температуре 500-650°С). Совместные действия больших температур и давлений приводят к быстрому выходу дорнов из строя, в основном по сетке разгарных трещин. Разгарные трещины на поверхности дорнов начинают появляться через 0,80-0,85 от первоначальной их стойкости, которые в дальнейшем начинают прогрессировать, расти как качественно, так и количественно, т.е. вширь и вглубь. В этот момент дорна принудительно изымают из эксплуатации и перетачивают до удаления наплавленного теплостойкого износостойкого слоя. После переточки на дорна наносят новый теплостойкий износостойкий слой толщиной Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления и эксплуатации дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров отличается от известного тем, что дорновые заготовки изготавливают из углеродистой стали, на наружную поверхность которых наносят теплостойкий износостойкий слой путем наплавки, а в процессе эксплуатации при появлении сетки разгарных трещин производят многократную переточку дорнов, нанесение теплостойкого износостойкого слоя путем наплавки, механическую обработку на чистовой размер с последующим упрочнением поверхности обкаткой роликом, наплавку теплостойкого износостойкого слоя производят толщиной, значение которой определяют из выражения
где D – максимальный диаметр труб, прокатываемых на данном дорне, мм; S – минимальная толщина стенки труб, прокатываемых на данном дорне, мм; К=0,02 – коэффициент, учитывающий геометрические размеры труб. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения “новизна”. Сравнение заявляемого способа изготовления и эксплуатации дорнов 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 опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16” ОАО “ЧТПЗ”. В производство было задано по два новых дорна диаметром 409/410 мм и 309/310 мм, изготовленных по существующей и предлагаемой технологиям. Данные по стойкости дорнов пилигримовых станов, изготовленных по существующей и предлагаемой технологиям, приведены в таблице. Из таблицы видно, что средняя статистическая стойкость дорнов диаметром 409/410 мм, изготовленных и эксплуатируемых по существующему способу, составляет 1100 тонн труб размером 426×9 мм, а дорнов диаметром 309/310 мм – 800 тонн труб размером 325×9 мм. На дорне диаметром 409/410 мм, изготовленном по существующей технологии, было прокатано 1185 тонн труб размером 426×9 по ГОСТ 8732, а на дорне диаметром 309/310 мм – 865 тонн нефтепроводных труб размером 325×9 по ГОСТ 8732. Оба дорна вышли из строя по сетке разгарных трещин. На дорне диаметром 409/410 мм, изготовленном по новой технологии, было прокатано 950 тонн труб размером 426х9 по ГОСТ 8732. На поверхности дорна начала появляться сетка разгарных трещин. Дорн был изъят из технологического цикла и переточен. При переточке был снят наплавленный теплостойкий износостойкий слой, а затем нанесен новый теплостойкий износостойкий слой толщиной 20 мм, с учетом припуска под механическую обработку. После наплавки теплостойкого износостойкого слоя произведена чистовая механическая обработка, а поверхность дорна была упрочнена обкаткой роликом. Затем на дорне диаметром 409/410 мм после первой переточки и наплавки нового теплостойкого износостойкого слоя было прокатано 835 тонн труб размером 426×9 по ГОСТ 8732. На поверхности дорна начала появляться сетка разгарных трещин. Дорн был изъят из технологического цикла и снова переточен. При переточке был снят наплавленный теплостойкий износостойкий слой, нанесен новый слой толщиной 19,5 мм. После наплавки теплостойкого износостойкого слоя и чистовой механической обработки поверхность дорна упрочнена обкаткой роликом. Затем на этом дорне было прокатано 945 тонн. Из таблицы видно, что стойкость дорна диаметром 309/310 мм, изготовленного и эксплуатируемого по новой технологии, составляет 3565 тонн, то есть стойкость возрастает в 4,46 раза по сравнению с дорном, изготовленным по существующей технологии. Дорн прошел пять переточек и наплавок с последующей чистовой механической обработкой и обкаткой (упрочнением) рабочей поверхности роликом и вышел из строя по поломке дорнового замка. На дорне диаметром 409/410 мм, изготовленном по предлагаемой технологии, прокатано 5450 тонн труб размером 426×9 мм, т.е. его стойкость возросла в 4,6 раза по сравнению с дорном, изготовленном по существующей технологии. Дорн может быть использован для дальнейшей работы после наплавки и фрезерования замка, а также шестой переточки и наплавки рабочей поверхности. Таким образом, на дорне диаметром 309/310 мм, изготовленном и эксплуатируемом по существующей технологии, прокатано 865 тонн труб размером 325×9 мм (дорн вышел из строя по сетке разгарных трещин), а на дорне, изготовленном и эксплуатируемом по предлагаемой технологии, после пяти переточек и наплавок износостойкого теплостойкого слоя прокатано 3565 тонн труб, т.е. стойкость возрастает в 4,46 раза. Дорн вышел из строя по трещине на замковой части. На дорне диаметром 409/410 мм, изготовленном и эксплуатируемом по существующей технологии, прокатано 1185 тонн труб размером 426×9. Дорн вышел из строя по сетке разгарных трещин. На дорне диаметром 409/410 мм, изготовленном и эксплуатируемом по предлагаемой технологии, за 5 переточек и наплавок прокатано 5450 тонн труб размером 426×9 мм, т.е. стойкость дорна возросла в 4,6 раза. Дорн может быть использован в работе после ремонта (наплавки) и фрезеровки дорнового замка, а также шестой переточки и наплавки на рабочую поверхность теплостойкого износостойкого слоя. Использование предлагаемого способа изготовления и эксплуатации дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров позволяет использовать дорновые заготовки из углеродистой стали вместо легированной (СД2-25Х2М1Ф), значительно снизить расход дорнов за счет многократной переточки и наплавки на рабочую поверхность теплостойкого износостойкого слоя, а следовательно, снизить стоимость технологического инструмента (дорнов) и стоимость передела горячекатаных труб на ТПА с пилигримовыми станами.
Формула изобретения
1. Способ изготовления и эксплуатации дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающий отливку слитков из стали, ковку цилиндрических сплошных или полых заготовок, черновую механическую обработку, термическую обработку, механическую обработку дорнов на чистовой размер с последующим упрочнением обкаткой роликом и эксплуатацию их до образования сетки разгарных трещин, отличающийся тем, что дорновые заготовки изготавливают из углеродистой стали, на их наружную поверхность наносят теплостойкий износостойкий слой путем наплавки, а в процессе эксплуатации при появлении сетки разгарных трещин производят переточку дорнов, нанесение теплостойкого износостойкого слоя путем наплавки, механическую обработку на чистовой размер с последующим упрочнением обкаткой роликами. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наплавку теплостойкого износостойкого слоя производят толщиной, значение которой определяют из выражения
где А – минимальная толщина наплавленного слоя после чистовой механической обработки, равная 10 мм; D – максимальный диаметр труб, прокатываемых на данном дорне, мм; S – минимальная толщина стенки труб, прокатываемых на данном дорне, мм; К – коэффициент, учитывающий геометрические размеры труб. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что наплавку теплостойкого износостойкого слоя на наружную поверхность дорновых заготовок наносят многократно.
|
||||||||||||||||||||||||||
=А(1+К*D/S), где А – минимальная толщина направленного слоя после чистовой механической обработки, равная 10 мм; D – максимальный диаметр труб, прокатываемых на данном дорне, мм; S – минимальная толщина стенки труб, прокатываемых на данном дорне, мм; К – коэффициент, учитывающий геометрические размеры труб. Наплавку теплостойкого износостойкого слоя на наружную поверхность дорновых заготовок наносят многократно. Изобретение обеспечивает использование дорновых заготовок из углеродистой стали вместо легированной, снижает расход дорнов и стоимость передела горячекатаных труб на ТПА с пилигримовыми станами. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.