способ производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана

Формула изобретения

1. Способ производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, включающий производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку и сварку продольных кромок на медном башмаке расходуемым электродом той же марки сплава в защитной среде аргона с усилением наружного шва 0,5-1,5 мм, а внутреннего не более 1,0 мм, при этом на медном башмаке по оси сварного соединения выполняют углубление с геометрическими размерами формы усиления внутреннего шва.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что корень внутреннего шва переплавляют нерасходуемым электродом в защитной среде аргона.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что с наружного шва и зоны термического влияния шлифовкой или резцом, режущая кромка которого имеет форму дуги больше наружной окружности трубной заготовки, удаляют часть усиления шва и альфированный слой с зоны термического влияния с плавным переходом к основному металлу.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что после переплавки с внутреннего шва и зоны термического влияния шлифовкой или резцом, имеющим форму дуги меньше внутренней окружности трубной заготовки, удаляют усиление шва и альфированный слой с плавным переходом к основному металлу.

5. Способ по п.3, отличающийся тем, что геометрические размеры удаляемого слоя с наружного шва и зоны термического влияния определяют из выражений

B=(1,5÷1,8)S,

A=(0,07÷0,10)S,

где В - ширина снимаемого слоя наружного шва и зоны термического влияния, мм;

А - толщина снимаемого слоя по центру наружного шва, мм;

S - толщина стенки передельных электросварных прямошовных трубных заготовок, мм.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что геометрические размеры удаляемого усиления внутреннего шва определяют из выражений

B1=(1,2÷1,6)S,

A1=(0,08÷0,11)S,

где В1 - ширина снимаемого слоя внутреннего шва и зоны термического влияния, мм;

А1 - толщина снимаемого слоя по центру внутреннего шва, мм,

при этом большие значения коэффициентов относятся к передельным трубам с меньшими толщинами стенок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, и может быть использовано на станах продольной сварки.

В практике трубного производства известен способ производства сварных прямо-шовных труб большого диаметра, включающий производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, сварку продольных кромок на медном башмаке под слоем флюса трубных заготовок с одним или двумя продольными швами с усилением наружного и внутреннего швов, нагрев сварного соединения до температуры АС₃+(120-200)°С, деформацию сварного соединения до полной раскатки шва, нагрев раскатанного сварного шва и зоны термического влияния в индукторе до температуры АС₃+(80-100)°С, закалку в водяном спрейере со скоростью охлаждения (70-100)°С в секунду и отпуск при температуре АС₁-(30-80)°С (патент РФ №222057, 2004 г.).

Недостаток известного способа заключается в том, что полная раскатка сварных швов с усилениями наружных швов в пределах 0,5-3,0 мм и внутренних не менее 0,5 мм (ТУ 14-3-1689-2000 "Трубы стальные электросварные прямошовные диаметром 1020 и 1220 мм для газонефтепроводов", наружных швов в пределах 0,5-5,0 мм и внутренних не менее 0,5 мм (ГОСТ 10706 "Трубы стальные электросварные прямошовные") при средней ширине швов 20-30 мм (наружных не более 35 мм, а внутренних не более 40 мм) с суммарной деформацией их до 40% приводит к значительному уширению и образованию закатов на наружной и внутренней поверхности труб в виде продольных рисок по границе сплавления сварного шва с основным металлом. Для труб данного сортамента продольные риски не являются браковочным признаком, а для холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана данный вид дефекта является недопустимым.

Известен способ производства труб из титановых сплавов, включающий производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку, сварку продольных кромок, поперечную раскатку трубной заготовки на оправке в косовалковом стане и последующую прокатку (авт. свид. СССР №499907, кл. В 21 В 23/00, 1974 г.).

Недостаток известного способа заключается в том, что данный процесс производства труб из титановых сплавов трудоемок из-за выполнения операции прокатки труб на двух типах оборудования, не исключает образование дефектов на наружной и внутренней поверхности труб в виде продольных рисок по границе сплавления сварного шва с основным металлом, а также дефектов в виде рванин сварного соединения из-за наличия неудаленного альфированного слоя со сварных швов.

Наиболее близким по техническому решению является способ производства труб из титановых сплавов, включающий производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку, сварку продольных кромок, прокатку на цилиндрической оправке по спирали (углом кантовки менее 90°) с шагом, равным толщине стенки готовой трубы, со степенью деформации 30-50% (авт. свид. СССР №893280, кл. В 21 В 23/00, 1981 г.)

Недостаток приведенного способа производства передельной трубной заготовки для прокатки труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана заключается в том, что он также не решает основную задачу, а именно не исключает образование дефектов (концентраторов напряжений) на наружной и внутренней поверхности труб в виде продольных рисок по границе сплавления сварного шва с основным металлом и рванин сварного соединения из-за альфированного слоя.

Задачей предложенного способа производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана является освоение производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из титановых сплавов из сварной передельной заготовки в соответствии с ASTM В 862-02 и ТУ14-158-135-2003 вместо бесшовных труб и снижение расхода сплава при переделе: сварная передельная заготовка - холоднокатаная труба.

Технический результат достигается тем, что в способе производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, включающем производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, формовку листовой заготовки в трубную заготовку и сварку продольных кромок на медном башмаке расходуемым электродом той же марки сплава в защитной среде аргона с усилением наружного шва 0,5-1,5 мм, а внутреннего не более 1,0 мм, на медном башмаке, по оси сварного соединения выполняют углубление с геометрическими размерами формы усиления внутреннего шва, корень внутреннего шва переплавляют нерасходуемым электродом в защитной среде аргона, с наружного шва и зоны термического влияния шлифовкой или резцом, режущая кромка которого имеет форму дуги больше наружной окружности трубной заготовки, удаляют часть усиления шва и альфированный слой с зоны термического влияния с плавным переходом к основному металлу, а после переплавки с внутреннего шва и зоны термического влияния шлифовкой или резцом, имеющим форму дуги меньше внутренней окружности трубной заготовки, удаляют усиление шва и альфированный слой с плавным переходом к основному металлу, геометрические размеры удаляемого слоя с наружного шва и зоны термического влияния определяют из выражений

В=(1,5-1,8)S,

А=(0,07-0,10)S,

а геометрические размеры удаляемого усиления внутреннего шва определяют из выражений

B₁=(1,2-1,6)S,

A₁=(0,08-0,11)S,

где В - ширина снимаемого слоя наружного шва и зоны термического влияния, мм;

А - толщина снимаемого слоя по центру наружного шва, мм;

S - толщина стенки передельной электросварной прямошовной трубной заготовки, мм;

B₁ - ширина снимаемого слоя внутреннего шва и зоны термического влияния, мм;

A₁ - толщина снимаемого слоя по центру внутреннего шва, мм.

Большие значения коэффициентов относятся к передельным трубам с меньшими толщинами стенок.

Сущность способа заключается в том, что с целью снижения расхода сплава и трудоемкости производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана, снижения брака труб по дефектам сварного соединения в виде рванин от альфированного слоя и продольных рисок на наружной и внутренней поверхности, в местах сплавления швов с основным металлом, и производства труб, отвечающих требованиям ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003, на медном башмаке, по оси сварного соединения выполняют углубление с геометрическими размерами формы усиления внутреннего шва, корень внутреннего шва переплавляют нерасходуемым электродом в защитной среде аргона, с наружного шва и зоны термического влияния шлифовкой или резцом, режущая кромка которого имеет форму дуги больше наружной окружности трубной заготовки, удаляют часть усиления шва и альфированный слой с зоны термического влияния с плавным переходом к основному металлу, а после переплавки с внутреннего шва и зоны термического влияния шлифовкой или резцом, имеющим форму дуги меньше внутренней окружности трубной заготовки, удаляют усиление шва и альфированный слой с плавным переходом к основному металлу, геометрические размеры удаляемого слоя с наружного шва и зоны термического влияния определяют из выражений

В=(1,5-1,8)S,

А=(0,07-0,10)S,

а геометрические размеры удаляемого усиления внутреннего шва определяют из выражений

B₁=(1,2-1,6)S,

А₁=(0,08-0,11)S,

где В - ширина снимаемого слоя наружного шва и зоны термического влияния, мм;

А - толщина снимаемого слоя по центру наружного шва, мм;

S - толщина стенки передельной электросварной прямошовной трубной заготовки, мм;

B₁ - ширина снимаемого слоя внутреннего шва и зоны термического влияния, мм;

A₁ - толщина снимаемого слоя по центру внутреннего шва, мм.

Большие значения коэффициентов относятся к передельным трубам с меньшими толщинами стенок. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Способ опробован и осуществлен на станах ХПТ - 250 и ХПТ - 450 ОАО "ЧТПЗ " при прокатке труб размером 426×12-377×10-325×8-273×6-219×4,5-180×3,5 и 159×2,5 мм из передельной сварной трубной заготовки размером 470×14,5 мм из сплава ВТ1-0. Две передельные трубные заготовки размером 470×14,5×4500 мм изготовили по существующему и предлагаемому способам из листовой заготовки на ЗАО "Завод ПСК" г. Новосибирск. Кромки листовой заготовки с одной стороны прострогали на станке под углом 45° на глубину 8,0 мм. Затем заготовку сформовали на вальцах в трубную заготовку с зазором 4,0 мм. По существующему способу сварку продольных кромок производили расходуемым электродом из сплава ВТ1-0 в среде аргона на медном башмаке с усилением наружного шва 1,0 мм. Корень внутреннего шва не переплавляли. Швы не зачищались. По предлагаемому способу сварку продольных кромок производили расходуемым электродом из сплава ВТ1-0 в среде аргона на медном башмаке, на котором по оси сварного соединения выполнили углубление с геометрическими размерами формы усиления внутреннего шва, а именно в виде дуги шириной 17,0 мм и глубиной по центру 1,0 мм, т.е. усиление внутреннего шва после сварки составило 1,0 мм. Корень шва был переплавлен нерасходуемым электродом в защитной среде аргона. После сварки с наружного шва и зоны термического влияния шлифовкой была удалена часть усиления шва шириной 22 мм, толщиной по центу шва 1,2 мм и альфированный слой с плавным переходом к основному металлу. С внутреннего шва шлифовкой полностью удалено усиление сварного шва шириной 20 мм и толщиной по центру шва 1,3 мм и альфированный слой с плавным переходом к основному металлу. Заготовки были поставлены на ОАО "ЧТПЗ", которые на станах ХПТ 250 и 450 были перекатаны в трубы размером 426×12-377×10-325×8-273×6-219×4,5-180×3 и 159×2 мм. Данные по прокатке холоднокатаных труб большого и среднего диаметров на станах ХПТ из передельных заготовок сплава ВТ1-0 размером 470×14,5×4500 мм, изготовленных по существующей и предлагаемой технологиям, приведены в таблице.

Из таблицы видно, что из заготовки, изготовленной по существующей технологии, прокатано 66,8 метров труб размером 159×2 мм. В процессе прокатки труб, на всех переделах наблюдались по линии сплавления сварного шва с основным металлом продольные риски на наружной и внутренней поверхности и дефекты на внутреннем шве сварного соединения в виде рванин от альфированного слоя. Трубы после каждого прохода требовали большого ремонта рванин внутреннего шва и продольных рисок на наружной и внутренней поверхности. При прокатке труб размером 325×8 и 219×4,5 мм были сквозные рванины по шву труб на длине 1000 и 2300 мм. Из заготовки, изготовленной по предлагаемой технологии, прокатано 83,3 метра труб размером 159×2 мм. Рванины по сварному соединению отсутствовали. Ремонт по сварному соединению на всех переделах был незначительный. Расходный коэффициент сплава ВТ1-0 от заготовки, изготовленной по существующей технологии, до трубы размером 159×2 мм составил 1,417, а из заготовки, изготовленной по предлагаемой технологии, 1,136, т.е. получено снижение сплава 281 кг на тонну труб. Трубы, прокатанные из заготовки, изготовленной по предлагаемой технологии, отвечают всем требованиям ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003. Трубы, прокатанные из заготовки, изготовленной по существующей технологии, в 4 случаях из 6 не выдержали испытания на сплющивание, требовали большого ремонта дефектов сварного шва и рисок по линии сплавления сварного шва с основным металлом. Ремонт данных дефектов приводил к утонению стенки и выпадам ее за пределы минусового поля допуска, т.е. к браку.

Таким образом, использование предложенного способа производства передельной трубной заготовки для прокатки холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из сплавов на основе титана позволит производить качественные трубы в соответствие с ASTM В 862-02 и ТУ 14-158-135-2003 из сварных передельных трубных заготовок вместо бесшовных, значительно снизить трудоемкость их изготовления и снизить расходный коэффициент сплава при переделе: передельная прямошовная трубная заготовка - холоднокатаная труба, а следовательно, значительно снизить стоимость холоднокатаных труб из сплавов на основе титана.

Данные по прокатке холоднокатаных труб большого и среднего диаметров на станах ХПТ из передельных заготовок сплава ВТ1-0 размером 470×14,5×4500 мм, изготовленных по существующей и предлагаемой технологиям

Вид технологии

Геометрические размеры и качественные показатели труб

426×12

377×10

325×8

273×6

219×4,5

180×3,0

159×2

мм

Замеч.

мм

Замечания

мм

Замеч.

мм

Замеч.

мм

Замеч.

мм

Замеч.

мм

Замеч.

Сущест.

426×12×5500

Отрез с передн. конца по трещине 300,а с заднего 185 мм.

377×10×7300

Трещина на переднем конце 300 мм и подрез заднего конца 100 мм

325×8×5200 и 325×8×4500

Рванина по середине трубы и концевая обрезь 200 и 270мм

273×6×8000 273×6×6900

Концевая обрезь 215 и 210 мм

219×4,5×6000 219-4,5×5500 210×4,5×11200

Рванина по центру трубы и концевая обрезь 280 и 250 мм

180×3×10600 180×3×9700 180×3×20050

Конце-вая обрезь 320, 300 и 335 мм

159×2×17600 159×2×16100 159×2×16600 159×2×16500

Конце-вая обрезь 325, 290, 300 и 485 мм

Предлаг.

426×12×5700

Отрез с переднего конца 200, а с заднего 85 мм.

377×10×7500

Подрезка концов 100 и 95 мм

325×8×10700

Концевая обрезь 185 мм

273×6×16800

Концевая обрезь 110 и 150 мм

219×4,5×13800 219×4,5×13750

Концевая обрезь 150 и 200 мм

180×3×24900 180×3×24800

Конце-вая обрезь 215 и 225 мм

159×2×20900 159×2×20850 159×2×20800 159×2×20750

Конце-вая обрезь 140, 190, 160 и 210 мм