Патент на изобретение №2332271

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ

(57) Реферат:

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к трубопрокатному производству. Способ включает прокатку гильзы-трубы в двух последовательно расположенных тандем-станах продольной прокатки с вытяжкой в каждом стане в валках с многогранными калибрами на коротких неподвижных конусно-цилиндрических оправках. Прокатку производят в валках с равной высотой калибров для обоих станов. Коэффициент вытяжки в первом стане составляет 1,2-1,9, во втором 1,0-1,07. Оправки имеют равные наружные диаметры или наружный диаметр оправки второго стана на 1 мм больше наружного диаметра оправки первого стана. Изобретение позволяет снизить или полностью исключить дефекты на внутренней поверхности в виде продольной прикатанной риски и снизить поперечную разностенность.

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано при производстве труб на трубопрокатных агрегатах с двумя последовательно расположенными станами продольной прокатки (тандем).

В трубопрокатном производстве известен способ производства труб на трубопрокатных агрегатах с двумя последовательно расположенными станами продольной прокатки (тандем) [Данченко В.И., Чус А.В. Продольная прокатки труб. М.: Металлургия, 1984, стр.48-50], который включает прокатку гильзы-трубы в двух последовательно расположенных станах продольной прокатки (тандем) на коротких неподвижных конусно-цилиндрических оправках в валках с многогранными (шестигранными) калибрами. Высота калибра первого стана продольной прокатки меньше на 6 мм высоты калибра второго стана продольной прокатки. Диаметр оправки второго стана продольной прокатки на 2-6 мм больше диаметра оправки первого стана продольной прокатки. В первом стане продольной прокатки коэффициент вытяжки ₁=1,32-1,40; во втором стане продольной прокатки коэффициент вытяжки ₂=1,19-1,22.

Недостатком известного способа является невозможность устранения «усов» (местного переполнения калибра валков металлом) после второго стана продольной прокатки и высокая поперечная разностенность труб – 43,7% – от общей разностенности.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства труб на трубопрокатном агрегате 140 ОАО «СинТЗ» с двумя последовательно расположенными станами продольной прокатки, валки которых выполнены с многогранными (шестигранными) калибрами, при этом высота калибра первого стана продольной прокатки больше высоты калибра второго стана на 2 мм, а наружный диаметр оправки второго стана продольной прокатки на 1 мм меньше наружного диаметра оправки первого стана продольной прокатки [ТИ 161-Т2-1542-2003 «Изготовление горячедеформированных труб на трубопрокатном агрегате 140»], Коэффициент вытяжки в первом стане продольной прокатки ₁=1,14-1,67, во втором стане продольной прокатки коэффициент вытяжки ₂=1,08-1,14.

Недостатком способа по прототипу является получение дефектов на внутренней поверхности в виде продольной прокатки прикатанной риски и повышенная поперечная разностенность труб, вызванная неравномерностью формоизменения в поперечном сечении трубы и переполнением металлом калибра на втором стане продольной прокатки, что приводит к браку и повышенному расходу металла.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в снижении вероятности образования продольной прикатанной риски на внутренней поверхности трубы и уменьшение ее поперечной разностенности.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе производства бесшовных горячекатаных труб, включающем прокатку гильзы-трубы в двух последовательно расположенных станах продольной прокатки (тандем) с вытяжкой в каждом стане в валках с многогранными калибрами на коротких неподвижных конусно-цилиндрических оправках, при этом прокатку гильзы-трубы в двух последовательно расположенных станах продольной прокатки производят в валках, высоты калибров которых равны для обоих станов с вытяжкой на первом стане ₁=1,2-1,9 (где ₁ -коэффициент вытяжки на первом стане) и вытяжкой на втором стане ₂=1,0-1,07 (где ₂ – коэффициент вытяжки на втором стане) на оправках, наружные диаметры которых или равны для обоих станов (d₂=d₁) или наружный диаметр оправки второго стана на 1 мм больше наружного диаметра оправки первого стана (d₂=d₁+1 мм) (где d₂ – диаметр оправки второго стана, мм; d; – диаметр оправки первого стана, мм).

Процесс прокатки гильзы-трубы на станах продольной прокатки осуществляется следующим образом.

Нагретая до температуры 1150-1200°С гильза задается в валки первого стана. При этом захват осуществляется сначала выпусками калибра валков и лишь затем вершиной. В начале очага деформации гильза редуцируется, а затем обжимается валками на короткой неподвижной конусно-цилиндрической оправке с коэффициентом вытяжки ₁=1,2-1,9. После первого стана внутренняя поверхность трубы имеет овальное поперечное сечение; участки трубы в выпусках калибра, не подвергшиеся интенсивному обжатию на оправке, имеют продольные складки металла, которые могут раскатываться в продольную риску при последующей прокатке на втором стане.

После кантовки задающими роликами на угол 90° трубу с температурой 1060-1120°С деформируют на втором стане в валках с калибром, высота и форма которого равны высоте и форме калибра первого стана. При этом захват происходит сначала в вершине калибра, а затем после сплющивания контура – на участке выпусков калибра. В связи с тем, что наружный диаметр (d₂) оправки на втором стане равен или на 1 мм больше наружного диаметра (d₁) оправки первого стана и размеры калибров обоих станов равны, прокатка трубы происходит с равномерным распределением деформации по периметру калибра с коэффициентом вытяжки ₂=1,0-1,07 без переполнения калибра, что приводит к выглаживанию складок металла на внутренней поверхности трубы, предотвращает образование прикатанной продольной риски и снижает поперечную разностенность.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не были выявлены. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

Способ опробован и осуществлен на трубопрокатном агрегате 140 ОАО «Синарский трубный завод» с двумя последовательно расположенными станами продольной прокатки (тандем).

Были проведены сравнительные прокатки бурильных труб по требованиям API 5D размером 114,3×8,56 мм из стали 25ХГМА по ТС 14-161-222 по существующей технологии и по предлагаемому способу.

Для сравнительных прокаток было использовано 129,65 т заготовок диаметром 120 мм, длиной 3000 мм из них прокатанных по существующей технологии 49,51 т, остальные 80,14 т по предлагаемому способу.

По существующей технологии высота калибров, имеющих шестигранную форму, на первом стане продольной прокатки была равна 120 мм, а на втором стане продольной прокатки 118 мм. Наружный диаметр оправки на первом стане d₁=101 мм, на втором стане d₂=100 мм. Коэффициент вытяжки на первом стане ₁=1,8, на втором стане ₂=1,14.

По предлагаемому способу высота калибров, имеющих шестигранную форму, на первом и втором станах продольной прокатки равна 120 мм. Наружный диаметр оправок на первом и втором станах (d₁, d₂) равны 102 мм. Коэффициент вытяжки на первом стане продольной прокатки ₁=1,45, на втором стане коэффициент вытяжки ₂=1,0.

1. Предельные отклонения от номинальной толщины стенки по ТС 14-161-222 равны: min – 0,43 мм, max – 1,46 мм, то есть поле допуска равно 1,89 мм.

2. Предельные отклонения от номинальной толщины стенки по переднему и заднему концам трубы по существующей технологии равны: min 0,46 мм, max 1,94 мм, то есть поле допуска равно 2,4 мм.

3. Предельные отклонения от номинальной толщины стенки по переднему и заднему концам трубы по предлагаемому способу равны: min 0,26 мм, max 1,34 мм, то есть поле допуска равно 1,6 мм.

4. Поле допуска по существующей технологии на 21,3% превышает размеры поля допуска по ТС. Поле допуска по предлагаемому способу на 15,3% меньше размеров поля допуска по ТС и на 33,3% меньше размеров поля допуска по существующей технологии.

5. Количество труб, забракованных по продольной прокатанной риске с первого предъявления, составляет 1,06%, по предлагаемому способу 0,15%, то есть в 7 раз меньше.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных агрегатах с двумя последовательно расположенными станами продольной прокатки (тандем) позволит снизить или полностью исключить дефекты на внутренней поверхности в виде продольной прикатанной риски и снизить поперечную разностенность за счет ведения оптимального процесса прокатки на двух последовательно расположенных станах продольной прокатки (тандем) и, как следствие, уменьшить брак с первого предъявления на 75-80% по разностенности и по продольной прикатанной риске.

Формула изобретения

Способ производства бесшовных горячекатаных труб, включающий прокатку гильзы-трубы в двух последовательно расположенных станах продольной прокатки с вытяжкой в каждом стане в валках с многогранными калибрами на коротких неподвижных конусно-цилиндрических оправках, отличающийся тем, что прокатку производят на обоих станах в валках с равной высотой калибров, с коэффициентом вытяжки на первом стане 1,2-1,9 и на втором стане 1,0-1,07 на оправках с равными наружными диаметрами или с наружным диаметром оправки второго стана на 1 мм больше наружного диаметра оправки первого стана.