Патент на изобретение №2255121

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУГУННЫХ ТРУБ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к технологии деформационно-термической обработки железоуглеродистых сплавов и может быть использовано при производстве горячедеформированных бесшовных чугунных труб. Технический результат состоит в повышении качества изготовляемых труб и в расширении технических возможностей способа изготовления труб. Для достижения технического результата заготовку из высокопрочного чугуна подвергают предварительной термической обработке при температуре Ас₃+200°С с выдержкой 10 часов, затем ведут нагрев заготовки до температуры деформирования, деформирование заготовки и термическую обработку трубы. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к технологии деформационно-термической обработки железоуглеродистых сплавов, и может быть использовано при производстве горячедеформированных бесшовных чугунных труб.

Известен способ получения изделий из чугуна, включающий нагрев заготовки и прессование через матрицу, причем нагрев заготовки осуществляют до 800-1000°С, а прессование осуществляют со скоростью нагружения 10-100 м/с и степенью обжатия 0,2-0,9 за проход (SU 988398, 15.01.83, Бюл.№2).

Недостатком известного способа при производстве труб является низкое качество труб из-за наличия трещин на их поверхности.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления чугунных труб, включающий предварительную термическую обработку заготовки из высокопрочного чугуна, состоящую из нагрева до температуры 830-950°С, выдержки в течение 1-5 часов, нагрева заготовки до температуры деформирования, деформирования заготовки и термической обработки трубы (RU 2166389 C2, МПК 7 В 21 С 23/08, 10.05.2001 г.).

Недостатком известного способа является низкое качество труб, наличие на поверхности дефектов в виде трещин.

Технический результат – повышение качества изготовляемых труб и расширение технических возможностей способа изготовления труб.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления чугунных труб, включающем предварительную термическую обработку заготовки из высокопрочного чугуна, нагрев заготовки до температуры деформирования, деформирование заготовки и термическую обработку трубы, предварительную термическую обработку заготовки проводят при температуре (Ас₃+10)°С, но <(Ас₃+30)°С или при температуре >(Ас₃+150)°С, но (Ас₃+300)°С с выдержкой в течение <1 часа, но 0,5 часа или в течение 48 часов, но >5 часов. Термическую обработку трубы проводят при температуре 700-1100°С и выдерживают в течение 2-48 часов.

Возможны варианты горячего деформирования в виде поперечно-винтовой прокатки, экструдирования и других.

Сущность изобретения состоит в следующем. Для изготовления труб берут заготовки из высокопрочного чугуна, в частности с шаровидным или вермикулярным графитом.

Заготовки после их изготовления имеют неоднородную структуру, вызванную неравномерным охлаждением в процессе кристаллизации. Как правило, по сечению заготовки ближе к наружной стороне, где была повышенная скорость охлаждения, в структуре имеется большое количество ледебурита и карбидов. Кроме того, после кристаллизации заготовка имеет повышенное объемное напряженное состояние. Использование такой заготовки для деформирования приведет к образованию в трубе трещин и даже разрыву стенок.

Для повышения качества труб заготовку подвергают предварительной термической обработке для растворения карбидов, устранения структуры ледебурита, выравнивания механических свойств заготовки по сечению и снижения уровня остаточных литейных напряжений. Предварительную термическую обработку заготовки проводят при температуре (Ас₃+10)°С, но <(Ас₃+30)°С или при температуре >(Ас₃+150)°С, но (Ас₃+300)°С с выдержкой в течение <1 часа, но 0,5 часа или в течение 48 часов, но >5 часов. При несоблюдении указанных режимов предварительной термической обработки изготовленная труба получается с микро- и макротрещинами, что резко снижает качество готовой продукции.

Использование указанной предварительной термической обработки заготовки расширяет технические возможности способа, т.к. становится возможным использовать для горячего деформирования заготовки из высокопрочного чугуна не только с шаровидной формой графита, но и вермикулярной, а также при наличии обеих форм графита в матрице. Кроме того, указанная предварительная термическая обработка позволяет производить деформирование заготовки не только экструдированием, но и поперечно-винтовой прокаткой и другими способами.

Дополнительное повышение качества труб достигается при проведении термической обработки изготовленной трубы путем выдержки при температуре 700-1100°С в течение 2-48 часов. В результате термической обработки наблюдается укорачивание вытянутых графитовых включений, которые удлиняются в процессе деформирования заготовки. При проведении термической обработки уменьшается анизотропия механических свойств как в продольном, так и в поперечном сечении трубы.

Примеры реализации способа.

Пример 1. Методом отливки получают гильзу из высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом марки ЧВГ-40 длиной 300 мм и внешним диаметром 160 мм. Химический состав чугуна по массе: 3,2% углерода; 2,3% кремния; 0,5% марганца; 0,02% магния, 0,1% РЗМ; 0,4% Cu, остальное – железо. По краям заготовки структура – ледебурит. Для чугуна данного состава значение критической температуры Ас₃=800°С. Отлитую гильзу подвергают предварительной термической обработке в печи при температуре 825°С, превышающей значение Ас₃ на 25°С. Время выдержки при термической обработке 0,75 часа (45 минут). Скорость нагрева – 20°С/мин. Затем заготовку охлаждают вместе с печью до температуры 700°С, далее на воздухе. Под прокатку заготовку нагревают до температуры 915°С и методом поперечно-винтовой прокатки получают трубу наружным диаметром 85 мм с толщиной стенки 5 мм. Вытяжка при горячей прокатке заготовки в трубу составляет =11,28. Готовая труба охлаждается на воздухе. После прокатки трубу нагревают со скоростью 20°С/мин и подвергают окончательной термической обработке при 750°С в течение 12 часов, после чего охлаждают вместе с печью до 300°С, далее на воздухе.

Пример 2. Методом отливки получают гильзу тех же размеров и состава, что и в примере 1. Отлитую гильзу подвергают предварительной термической обработке: нагревают со скоростью 20°С/мин до 1000°С, что составляет (Ас₃+200)°С и выдерживают в течение 10 часов. Затем заготовку охлаждают вместе с печью до температуры 700°С, затем на воздухе. Под прокатку заготовку нагревают до температуры 915°С и методом поперечно-винтовой прокатки получают трубу наружным диаметром 85 мм с толщиной стенки 5 мм. Готовая труба охлаждается на воздухе. Вытяжка при горячей прокатке заготовки в трубу составляет =11,28. После прокатки трубу нагревают со скоростью 20°С/мин и подвергают окончательной термической обработке при 800°С в течение 10 часов, после чего охлаждают вместе с печью до 300°С, далее на воздухе.

При реализации указанного способа поверхность труб не имеет ни макро-, ни микротрещин, что обеспечивается регламентированной предварительной термической обработкой заготовки. Значительно расширяются технические возможности способа: становится возможным получать трубы из высокопрочного чугуна с различными формами графита и расширяется количество способов, применяемых при деформировании заготовки.

Формула изобретения

1. Способ изготовления чугунных труб, включающий предварительную термическую обработку заготовки из высокопрочного чугуна, нагрев заготовки до температуры деформирования, деформирование заготовки и термическую обработку трубы, отличающийся тем, что предварительную термическую обработку заготовки проводят при температуре (Ас3+10)°С, но <(Ас3+30)°С, или при температуре >(Ас3+150)°С, но (Ас3+300)°С, с выдержкой в течение <1 ч, но 0,5 ч или в течение 48 ч, но >5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформирование осуществляют поперечно-винтовой прокаткой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформирование осуществляют экструдированием.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что термическую обработку трубы проводят при температуре 700÷1100°С и выдерживают в течение 2÷48 ч.