способ изготовления горячекатаных бесшовных труб

Формула изобретения

1. Способ изготовления горячекатаных бесшовных труб, включающий обработку внутренней поверхности гильзы путем вдувания смазочного материала на основе фосфатов и деформацию нагретой гильзы, отличающийся тем, что на внутренней поверхности гильзы при нагреве в интервале температур от 800 до 1280°С в процессе обработки формируют равномерное твердое покрытие путем вдувания смазочного материала, количество фосфатов в котором составляет не менее 55 мас.%, а размер гранул не превышает 200 мкм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что время подачи смазочного материала определяют по формуле:

где t - время подачи смазочного материала, с;

S - площадь внутренней поверхности гильзы, м² ;

Q - расход смазочного материала, г/м²;

Р - загрузка гильзы смазочным материалом, г/с.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что расход смазочного материала с учетом потерь при вдувании составляет от 10 до 80 г/м², предпочтительно от 25 до 60 г/м², преимущественно от 35 до 50 г/м².

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что смазочный материал вдувают под давлением от 1,5 до 4,0 бар, предпочтительно от 2,0 до 3,5 бар, преимущественно от 2,5 до 3,0 бар.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев гильзы производят предпочтительно в интервале температур от 1000°C до 1150°C, преимущественно от 1020°C до 1050°C.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу изготовления горячекатаных бесшовных труб с использованием материалов, предназначенных для обработки внутренней поверхности гильз.

Известен способ продольной прокатки труб (а.с. СССР № 1018733, B21B 17/04, опубл. 23.05.1983), заключающийся в том, что перед деформацией в нагретую гильзу засыпают твердый смазочный легкоплавкий материал и выдерживают 1,0÷2,5 секунды до его размягчения.

Недостатком данного способа является то, что при засыпке смазочный материал распределяется неравномерно, и на переднем конце гильзы образуется горка, а за указанный период времени не всякий материал успевает полностью расплавиться. Это не позволяет равномерно распределить материал по периметру переднего конца гильзы, что ухудшает условия прокатки, повышает трение на контакте «оправка - деформируемый металл» и, таким образом, снижает стойкость оправок и качество внутренней поверхности готовых труб, увеличивает расход материала.

Кроме того, недостатком указанного способа является то, что он предполагает подачу смазочного материала только на передний конец гильзы и создание благоприятных условий работы оправки лишь в начале прокатки. При прокатке остальной части гильзы трение на контакте «оправка - деформируемый металл» резко возрастает, что снижает стойкость оправок, качество внутренней поверхности и ограничивает область применения данного способа.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ продольной прокатки труб (патент РФ № 2296636, B21B 17/04, опубл. 10.04.2007), включающий деформацию нагретой гильзы ручьевыми валками на оправке и подачу в нее перед прокаткой под давлением (путем вдувания) плавкого смазочного материала, который распределяют по внутренней поверхности гильзы, используя состав, обеспечивающий его полное расплавление до начала процесса прокатки. Время полного расплавления смазочного материала корреспондируют за счет его состава и физико-химических свойств со временем перемещения гильзы от момента подачи плавкого смазочного материала до начала процесса продольной прокатки.

Недостатком данного способа является то, что до момента начала прокатки избыток расплава смазочного материала успевает стечь на дно гильзы. Таким образом, на дне гильзы образуется толстый смазочный слой, который затем во время прокатки вдавливается в ее внутреннюю поверхность, образуя шероховатость, утоняя при этом стенку гильзы и, в конечном итоге, понижая выход годных труб. При этом также происходит перерасход смазочного материала.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении качества внутренней поверхности готовых труб и снижении расхода материала, предназначенного для обработки внутренней поверхности гильз.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в способе изготовления горячекатаных бесшовных труб, включающем обработку внутренней поверхности гильзы путем вдувания смазочного материала на основе фосфатов и деформацию нагретой гильзы, согласно изобретению, на внутренней поверхности нагретой в интервале температур от 800 до 1280°C гильзы в процессе обработки формируют равномерное твердое покрытие путем вдувания смазочного материала, количество фосфатов в котором составляет не менее 55% масс, а размер гранул не превышает 200 мкм. Кроме того, время подачи смазочного материала определяют по формуле:

; где t - время подачи смазочного материала, сек;

S - площадь внутренней поверхности гильзы, м²;

Q - расход смазочного материала, г/м;

Р - загрузка гильзы смазочным материалом, г/сек.

Расход смазочного материала с учетом потерь при вдувании составляет от 10 до 80 г/м², предпочтительно от 25 до 60 г/м ², особенно предпочтительно от 35 до 50 г/м² . Смазочный материал вдувают под давлением от 1,5 до 4,0 бар, предпочтительно от 2,0 до 3,5 бар, особенно предпочтительно от 2,5 до 3,0 бар. Нагрев гильзы производят предпочтительно в интервале температур от 1000 до 1150°C, особенно предпочтительно от 1020 до 1050°C.

Сущность изобретения заключается в том, что в процессе обработки формируют равномерное твердое покрытие внутренней поверхности горячей гильзы. Это происходит за счет того, что при наличии в смазочном материале фосфатов в количестве не менее 55% масс, и нагреве гильзы в интервале температур от 800 до 1280°C, предпочтительно от 1000 до 1150°C, особенно предпочтительно от 1020 до 1050°C, в результате реакции расплава материала на поверхности металла происходит образование очень тонкого слоя фосфида железа, который представляет собой твердое вещество. Для формирования равномерного твердого покрытия внутренней поверхности гильзы необходимо производить вдувание смазочного материала в зависимости от времени, расхода и давления подачи материала. Время подачи смазочного материала определяют по формуле: ; где t - время подачи смазочного материала, сек; S - площадь внутренней поверхности гильзы, м²; Q - расход смазочного материала, г/м; P - загрузка гильзы смазочным материалом, г/сек. Расход смазочного материала с учетом потерь при вдувании составляет от 10 до 80 г/м², предпочтительно от 25 до 60 г/м ², особенно предпочтительно от 35 до 50 г/м² . Смазочный материал вдувают под давлением от 1,5 до 4,0 бар, предпочтительно от 2,0 до 3,5 бар, особенно предпочтительно от 2,5 до 3,0 бар. Размер гранул материала не должен превышает 200 мкм.

Применение способа с указанными параметрами позволяет сбалансировать процесс обработки внутренней поверхности гильзы смазочным материалом, не допустив при этом скопления расплава на дне гильзы, и, таким образом, предотвратить образование шероховатости, выходящей за поле допуска стенки готовых труб, что в конечном итоге повышает качество их внутренней поверхности и выход годного. Кроме того, за счет предотвращения передозировки смазочного материала сокращается расход и, как следствие, затраты на его приобретение.

Предлагаемый способ был опробован в линии непрерывного стана PQF ТПА 10 ³/₄'' ОАО «ТАГМЕТ». Прокатку проводили на трубах размером 177,8×9,19 мм из стали марки 22ХГ2А в ручьевых валках на длинной удерживаемой оправке диаметром 172 мм. Размеры гильзы составляли: наружный диаметр 224 мм, толщина стенки 21 мм, длина 8900 мм. Площадь внутренней поверхности составила 6,26 м². Температура гильзы составляла 1120°C. В качестве смазочного материала, предназначенного для обработки внутренней поверхности гильзы, использовали материал «Phosphatherm 3950» фирмы «Budenheim» со средним размером частиц не более 150, 200, 250 мкм, с содержанием фосфатов 55÷65% масс. Расход составил 50 г/м² . Загрузка гильзы смазочным материалом составляла 90 г/сек. Время подачи материала рассчитывали по формуле . Время подачи установили 3,5 сек. Вдувание материала «Phosphatherm 3950» производили с использованием оборудования фирмы «Bemers». При среднем размере гранул 150, 200 мкм стекания материала на дно гильзы не обнаружено. При среднем размере гранул более 200 мкм образовывался переизбыток расплава материала на внутренней поверхности гильзы. При этом происходило стекание расплава на дно гильзы.

В таблице 1 представлены результаты прокаток труб с различными параметрами температуры на внутренней поверхности гильз при прочих равных условиях.

Таблица 1
Результаты прокаток труб с различными параметрами температуры на внутренней поверхности гильз
Параметры интервалов температуры, °С	Состояние фосфидного покрытия	Качество внутренней поверхности готовой трубы
до 800	не образуется	неудовлетворительное
800÷1030	твердое, не стабильное, коэффициент трения максимальный, равен 0,1	удовлетворительное
1020÷1050	твердое стабильное, коэффициент трения минимальный, равен 0,03	хорошее
1050÷1150	слегка размягченное без признаков стекания на дно гильзы, коэффициент трения равен 0,06	удовлетворительное
1150÷1280	размягченное без признаков стекания на дно гильзы, коэффициент трения равен 0,08	удовлетворительное
более 1280	покрытие жидко-текучее, коэффициент трения равен 0,15	неудовлетворительное

Из таблицы 1 видно, что особенно предпочтительным для формирования твердого покрытия, гарантирующего при этом минимальный коэффициент трения на контакте «инструмент - деформируемый металл», является интервал температур 1020÷1050°С.

В таблице 2 представлены результаты прокаток труб с различными параметрами давления вдувания материала на внутреннюю поверхность гильз при прочих равных условиях.

Таблица 2
Результаты прокаток труб с различными параметрами давления вдувания материала на внутренней поверхности гильз
Параметры интервалов давления вдувания материала, бар	Равномерность распределения материала по внутренней поверхности гильзы	Качество внутренней поверхности готовой трубы
до 1,5	материал распределяется неравномерно	неудовлетворительное
1,5÷2,0	распределение с незначительным увеличением слоя материала в начале гильзы и незначительным уменьшением слоя в конце гильзы	удовлетворительное
2,0÷3,5	равномерное распределение слоя материала по всей поверхности гильзы	хорошее
3,5÷4,0	распределение с незначительным уменьшением слоя материала в начале гильзы и незначительным увеличением слоя в конце гильзы	удовлетворительное
более 4,0	материал распределяется неравномерно	неудовлетворительное

Из таблицы 2 видно, что особенно предпочтительным для распределения материала по внутренней поверхности гильзы является интервал давлений от 2,0 до 3,5 бар.

В таблице 3 представлены результаты прокаток труб с различными параметрами расхода материала по внутренней поверхности гильзы при прочих равных условиях.

Таблица 3
Результаты прокаток труб с различными параметрами расхода материала по внутренней поверхности гильзы
Параметры интервалов расхода материала, г/м2	Состояния покрытия на внутренней поверхности гильзы	Качество внутренней поверхности готовой трубы
5,0÷10,0	несплошное, с участками необработанной поверхности	неудовлетворительное, наличие многочисленных продольных рисок
10,0÷35,0	сплошное	удовлетворительное, наличие незначительных продольных рисок
35,0÷50,0	сплошное	хорошее, отсутствие продольных рисок и вдавливаний
50,0÷80,0	сплошное, с незначительными потеками расплава	удовлетворительное, наличие незначительной шероховатости в виде неглубоких оспин
свыше 80,0	сплошное, с большим количеством потеков и скоплением расплава на дне гильзы	неудовлетворительное, наличие значительной шероховатости в виде многочисленных глубоких оспин

Из таблицы 3 видно, что для получения качественной внутренней поверхности готовых труб особенно предпочтительным для формирования покрытия является интервал расхода материала 35÷50 г/м ².

После проведения прокатки были отобраны образцы от трех труб с переднего и заднего концов, а также от середины труб. Проведены металлографические исследования и замер шероховатости. В результате проведенных исследований на внутренней поверхности образцов был обнаружен фосфидный слой, средняя толщина которого составила 15 мкм, максимальная шероховатость по длине трубы составила от 24 до 30 мкм при допуске 46 мкм. Все прокатанные трубы были приняты ОТК цеха по признаку пятипроцентной риски.

Анализ полученных данных показал, что выход годного по сравнению с существующим способом увеличился на 5%, расход материала для обработки внутренней поверхности снизился на 30%.

Использование предлагаемого способа изготовления горячекатаных бесшовных труб позволяет повысить качество выпускаемой продукции, снизить расход дорогостоящих материалов для обработки внутренней поверхности гильз, а также применять его на раскатных, реечных, пильгерных станах, обкатных установках, станах продольной прокатки, прессовых трубных установках.