Патент на изобретение №2256708
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДОРНОВ ПИЛИГРИМОВЫХ СТАНОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу изготовления технологического инструмента, и может быть использовано при изготовлении дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров (273-550 мм). Способ включает отливку слитков из стали, получение дорновых заготовок, термическую обработку дорновых заготовок, механическую обработку дорнов на чистовой размер с последующим упрочнением обкаткой роликом, отливку слитков из углеродистой стали, нанесение на поверхность слитка путем наплавки теплостойкого износостойкого слоя и получение из слитка заготовки дорна путем пилигримовой прокатки, а в процессе эксплуатации после появления сетки разгарных трещин многократную переточку дорна до удаления теплостойкого износостойкого слоя, нанесение нового теплостойкого износостойкого слоя путем наплавки, механическую обработку на чистовой размер и упрочнение обкаткой роликом и определение толщины теплостойкого износостойкого слоя из выражения
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу изготовления технологического инструмента, и может быть использовано при изготовлении дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров (273-550 мм). Известен способ изготовления дорнов пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающий отливку слитков из стали марки СД1 (50ХН) с химсоставом 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 или шлифовкой поверхности и эксплуатацию их до образования сетки разгарных трещин “волны” или продольных трещин (Ф.А.Данилов и др. Горячая прокатка труб, Металлургия. Москва. 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 650°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 1500-4000 мм от замковой части нагревается 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 дорнов пилигримовых стнов 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 – а ПП “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 дорен, которые нагреваются при контакте с горячими гильзами-трубами до температуры Ac1-Ас3 (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 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 пилигримовых станов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающим 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, с.34 и А.В.Сафьянов, Л.М.Клейнер, Л.Д.Пиликина и др. “Новая технология производства полых дорнов пилигримовых станов”, Сталь, №9, с.55-56, 1997 г.). Однако известный способ имеет также недостатки. Стойкость дорнов возросла в 1,2-1,4 раза по сравнению с существующей, но они также выходят из строя по продольным трещинам и сетке разгарных трещин, а стоимость их в себестоимости труб составляет от 2,5 до 3,0%. Техническим результатом способа является повышение стойкости дорнов для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров, снижение их стоимости за счет замены стали 25Х2М1Ф на сталь 20 для изготовления дорновых заготовок с последующим многократным нанесением (типа СВ30Х25Н16Г7) теплостойкого износостойкого слоя путем наплавки и последующей обкатки. Технический результат достигается тем, что в известном способе изготовления дорнов пилигримовых станов для производства горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающим отливку слитков из стали, получение дорновых заготовок, термическую обработку дорновых заготовок, механическую обработку дорнов на чистовой размер с последующим упрочнением обкаткой роликом, слитки отливают из углеродистой стали, на поверхность слитка наносят путем наплавки теплостойкий износостойкий слой и получают из слитка заготовку дорна путем пилигримовой прокатки, а в процессе эксплуатации после появления сетки разгарных трещин производят многократную переточку дорна до удалениия теплостойкого износостойкого слоя, нанесение нового теплостойкого износостойкого слоя путем наплавки, механическую обработку на чистовой размер и упрочнение обкаткой роликом, а толщину теплостойкого износостойкого слоя определяют из выражения
где А – минимальная толщина наплавленного слоя после чистовой механической обработки дорна, равная 10 мм; D – максимальный диаметр труб, прокатываемых на данном дорне, мм; S – минимальная толщина стенки труб, прокатываемых на данном дорне, мм;
К – коэффициент, равный 0,02. 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 перепадов 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 Таким образом, дорны эксплуатируют до выхода из строя по причинам, не связанным с разгарными трещинами (поломка дорна, износ замка и т.д.). Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ изготовления дорнов пилигримовых станов для производства горячекатаных труб большого и среднего диаметров отличается от известною тем, что слитки отливают из углеродистой стали, на поверхность слитка наносят путем наплавки теплостойкий износостойкий слой и получают из слитка заготовку дорна путем пилигримовой прокатки, а в процессе эксплуатации после появления сетки разгарных трещин производят многократную переточку дорна до удаления теплостойкого износостойкого слоя, нанесение нового теплостойкого износостойкого слоя путем наплавки, механическую обработку на чистовой размер и упрочнение обкаткой роликом, а толщину теплостойкого износостойкого слоя определяют из выражения
где А – минимальная толщина наплавленного слоя после чистовой механической обработки дорна, равная 10 мм; D – максимальный диаметр труб, прокатываемых на данном дорне, мм; S – минимальная толщина стенки труб, прокатываемых на данном дорне, мм;
К – коэффициент, равный 0,02. 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 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. Дорна по новому способу изготавливались по следующей технологии: в слитках ст.20 размером 420×2000 сверлили центральное отверстие диаметром 150±5,0 мм, а в слитках размером и 520х2100 мм центральное отверстие диаметром 100±5,0 мм, затем на данные слитки способом наплавки наносился теплостойкий износостойкий слой (СВ30Х25Н16Г7) толщиной, соответственно, 60,0 и 55,0 мм. Слитки нагревались в методических печах до температуры 1270-1280С. Слитки размером 630х100 прошивались в прошивном стане в гильзы размером 600х215х2600 мм на оправке диаметром 200 мм и прокатывались на пилигримовом стане в полые дорновые заготовки размером 430×120×5500 мм на дорне диаметром 189/190 мм. Слитки размером 540×150×2000 мм после нагрева без прошивки подавались на пилигримовый стан и катались в дорновые заготовки размером 330×100×5850 мм на дорнах диаметром 129/130 мм. После прокатки дорновые заготовки подвергались термической обработке, правке и механической обработке на чистовой размер, соответственно, 309/310 и 409/410 мм. На дорне диаметром 409/410 мм, изготовленном по существующей технологии, было прокатано 1185 тонн труб размером 426х9 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 до первой переточки 1350 тонн труб размером 426×9 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 20,1 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 1035 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 19,8 мм. После наплавки теплостойкого износостойкого слоя и чистовой механической обработки поверхность дорна упрочнена обкаткой роликом. Затем на этом дорне было прокатано 1100 тонн. После третьей переточки и наплавки на данном дорне еще было прокатано 1075 тонн труб. Аналогичная технологическая последовательность производилась и на дорне диаметром 309/310. Из таблицы видно, что стойкость дорна диаметром 309/310 мм, изготовленного и эксплуатируемого по новой технологии, составляет 3515 тонн, то есть стойкость возрастает в 4,06 раза, по сравнению с дорном изготовленным по существующей технологии. Дорн прошел три переточеки и наплавоки с последующей механической обработкой и обкаткой (упрочнением) рабочей поверхности роликом. После ремонта дорнового замка (наплавки и фрезеровки щек) дорн будет использован для дальнейшего производства труб. На дорне диаметром 409/410 мм, изготовленном по предлагаемой технологии, прокатано 4560 тонн труб размером 426×9 мм, т.е. его стойкость возросла в 3,85 раза, по сравнению с дорном, изготовленным по существующей технологии. Дорн может быть использован для дальнейшей работы после наплавки и фрезерования замка, а также четвертой 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 трех переточек и наплавок износостойкого теплостойкого слоя, прокатано 3515 тонн труб, т.е. стойкость возрастает в 4,06 раза. 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 3 переточки и наплавки прокатано 4560 тонн труб размером 426×9 мм, т.е. стойкость дорна возросла в 3,85 раза. Дорна могут быть использованы в работе после ремонта (наплавки) и фрезеровки дорновоых замков, а также переточки и наплавки на рабочую поверхность нового теплостойкого износостойкого слоя. Использование предлагаемого способа изготовления дорнов пилигримовых станов для производства горячекатаных труб большого и среднего диаметров позволяет использовать в качестве основы дорновых заготовок слитки из углеродистой стали (ст.20) вместо легированной (25Х2М1Ф), значительно увеличить их стойкость, а следовательно снизить долю стоимости технологического инструмента в себестоимости труб.
Формула изобретения
1. Способ изготовления дорнов пилигримовых станов для производства горячекатаных труб большого и среднего диаметров, включающий отливку слитков из стали, получение дорновых заготовок, термическую обработку дорновых заготовок, механическую обработку дорнов на чистовой размер с последующим упрочнением обкаткой роликом, отличающийся тем, что слитки отливают из углеродистой стали, на поверхность слитка наносят путем наплавки теплостойкий износостойкий слой и получают из слитка заготовку дорна путем пилигримовой прокатки, а в процессе эксплуатации после появления сетки разгарных трещин производят многократную переточку дорна до удаления теплостойкого износостойкого слоя, нанесение нового теплостойкого износостойкого слоя путем наплавки, механическую обработку на чистовой размер и упрочнение обкаткой роликом. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщину теплостойкого износостойкого слоя определяют из выражения
где А – минимальная толщина наплавленного слоя после чистовой механической обработки дорна, равная 10 мм; D – максимальный диаметр труб, прокатываемых на данном дорне, мм; S – минимальная толщина стенки труб, прокатываемых на данном дорне, мм;
К – коэффициент, равный 0,02.
|
||||||||||||||||||||||||||
=А
