Способ изготовления бесшовных труб

Номер патента: 12898

Опубликовано: 30.12.2009

Авторы: Ямакава Томио, Симода Казухиро

Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Способ изготовления бесшовных труб, отличающийся тем, что заготовка подвергается прошивке для получения полой гильзы во время вращения и продвижения заготовки с использованием двух конусообразных косорасположенных валков, образующих участок захвата и расположенных друг напротив друга вокруг линии прокатки, двух калиброванных дисковых валков и оправки, расположенной вдоль линии прокатки между косорасположенными валками и дисковыми валками, при таких условиях, когда отношение (Dg/d) диаметра Dg участка захвата косорасположенных валков к наружному диаметру d заготовки, которая является подвергаемым прокатке материалом, отношение (Dd/d) диаметра Dg дна калибра дисковых валков к наружному диаметру d заготовки и отношение (Dd/Dg) диаметра Dg участка захвата косорасположенных валков к диаметру Dd дна калибра дисковых валков удовлетворяет любому из следующих уравнений (1), (2) и (3) или уравнений (1), (2) и (4), при этом косорасположенные валки имеют входной передний угол q1, который удовлетворяет следующему уравнению (5), и квадратный корень произведения (Ns_Df)0,5 частоты вращения Ns заготовки в переходной области при захвате заготовки косорасположенными валками и степени обжатия Df наружного диаметра заготовки удовлетворяет следующему уравнению (6), которое является функцией отношения (Dg/D1) диаметра участка захвата косорасположенных валков к диаметру D1 косорасположенных валков в месте, в котором они соприкасаются с заготовкой при ее вводе

3_Dg/d_7 (1)

9_Dd/d_16 (2)

в случае, если степень расширения Ехр_1,15

2<Dd/Dg_3 (3)

в случае, если степень расширения Ехр<1,15

1,5_Dd/Dg_3 (4)

2,5ш_q1_4,5ш (5)

0,46_(Dg/D1)-0,31_(Ns_Df)0,5_1,19_(Dg/D1)-0,95 (6)

где Ns=Ld_Vr/(0,5_p_d_Vf) и Df=(d-dp)/d, где Vf является наименьшей скоростью заготовки в направлении ее продвижения в переходной области, когда заготовку захватывают косорасположенные валки, Vr является средней скоростью по окружности заготовки в переходной области, когда заготовку захватывают косорасположенные валки, dp является зазором между косорасположенными валками на конце оправки и Ld является длиной отрезка по линии прокатки от точки, в которой передний конец заготовки входит в контакт с косорасположенными валками до конца оправки, причем длина определяется по двумерной геометрической форме при положении косорасположенных валков с нулевым углом наклона.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

012898 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу изготовления бесшовных труб. В частности, оно относится к способу изготовления бесшовных труб, включающему прошивку заготовки в прошивном стане для получения полой гильзы. Уровень техники Бесшовные трубы обычно производят на трубопрокатных агрегатах с короткооправочным удлинительным станом или агрегатах с непрерывным удлинительным станом. Для изготовления таким способом бесшовной трубы сначала твердую, стержневидную заготовку (которая упоминается в описании просто как заготовка) вводят в нагревательную печь и нагревают в ней до заданной температуры. Затем заготовку извлекают из нагревательной печи и прокатывают на прошивном стане для получения полой гильзы. Полую гильзу раскатывают затем с использованием короткооправочного удлинительного стана или непрерывного удлинительного стана или аналогичного прокатного стана, при этом в первую очередь уменьшается толщина стенок гильзы. После этого ее подвергают калибровке с использованием редукционного стана, такого как калибровочный стан и редукционный стан с натяжением, при этом в первую очередь уменьшается ее наружный диаметр для изготовления бесшовной трубы, имеющей требуемые размеры. В патентном документе 1 авторы настоящего изобретения описывают изобретение, согласно которому заготовку прошивают на прошивном стане, содержащем косорасположенные валки и калиброванные дисковые валки, каждый из которых имеет оптимальную форму валка, что позволяет выполнять прошивку с высокой эффективностью, не допуская нарушений прокатки (состояния, при котором в процессе продвижения материала происходит его застревание в валках) и препятствуя увеличению наружного диаметра задней части полученной полой гильзы при таких условиях, так что коэффициент расширения Ехр (отношение наружного диаметра полой гильзы к наружному диаметру заготовки) равен по меньшей мере 1,15. В патентном документе 2 авторы настоящего изобретения описывают изобретение, согласно которому прошивка заготовки выполняется при контроле действия ротационной ковки и предотвращении возникновения внутренних поверхностных дефектов за счет оптимизации отношения частоты вращения(скорости вращения) заготовки в области устойчивого состояния вплоть до конца оправки (как будет описано со ссылкой на график на фиг. 1, это область от LE2 и далее, в которой скорость продвижения заготовки становится приблизительно постоянной после начала прошивки) к обжатию при прокатке наружного диаметра заготовки в зависимости от отношения между диаметром косорасположенных валков прошивного стана на входе и диаметром участка захвата косорасположенных валков, причем частота вращения заготовки определяется заданным углом наклона валков, коэффициентом прошивки и эффективностью прошивки. Патентный документ 1: JP 3021664 В 2 Патентный документ 1: WO 2004/103593 Раскрытие изобретения Фактическая прошивка на прошивном стане может быть применена к заготовке, выполненной из непрерывнолитого материала, обладающего в центре ликвацией или пористостью, или, например, к нержавеющей стали, обладающей низкой деформируемостью в нагретом состоянии. В этом случае увеличение наружного диаметра задней части полученной полой гильзы может быть ограничено, если прошивка выполняется в условиях прокатки, должным образом определяемых на основании изобретения,описанного в патентном документе 1. Однако даже в соответствии с таким изобретением иногда не удается полностью исключить образования внутренних поверхностных дефектов и колебаний по толщине(отклонений толщины стенок в направлении по окружности трубы) в передней части получаемой полой гильзы. В изобретении, описанном в патентном документе 2, эффект ротационной ковки в средней части заготовки можно ограничить путем использования дисковых валков, в которых поверхность каждого валка, которая соприкасается с материалом, подвергаемым прокатке, имеет форму поперечного сечения с полукруглым пазом. В этом случае, однако, если частота вращения заготовки мала или мало обжатие при прокатке наружного диаметра заготовки, увеличивается проскальзывание в прошивном стане между косорасположенными валками и заготовкой и возрастает эффект ротационной ковки в момент захвата заготовки концами валков. Кроме того, возрастает фрикционное трение между оправкой прошивного стана и заготовкой, увеличивая таким образом сдвиговую деформацию и вызывая возникновение внутренних поверхностных дефектов. Кроме того, колебания заготовки увеличиваются в переходной области (неустойчивом состоянии) при захвате заготовки косорасположенными валками, и отклонения по толщине в передней части полученной полой гильзы усиливаются. Кроме того, в изобретении, описанном в патентном документе 2, когда степень расширения велика, наружный диаметр задней части полученной полой гильзы может увеличиться при тех же значениях диаметра дисковых валков и частоты вращения заготовки. Увеличение наружного диаметра задней части полой гильзы вызывает при последующей прокатке полой гильзы в калиброванных валках такого стана, как непрерывный удлинительный стан, увеличение нагрузки, которая прилагается к калиброванным валкам из-за переполнения подвергаемым прокатке ма-1 012898 териалом зазоров в валках между боковыми частями калибров, и уменьшение выхода годного. Таким образом, в изобретениях, описанных в патентном документе 1 или в патентном документе 2,полая гильза, которая получена из заготовки на прошивном стане, может иметь внутренние поверхностные дефекты или колебания толщины, обнаруженные в ее передней части, или увеличение наружного диаметра, происходящее в ее задней части, связанные со свойствами внутри заготовки или ее тепловой деформируемостью, или вызванные частотой вращения, степенью уменьшения наружного диаметра и другими характеристиками заготовки при использовании дисковых валков как направляющих для трубы в прошивном стане, и иногда оказывалось невозможно получить полую гильзу высокого качества по всей ее длине от передней части до задней. В прошлом полую гильзу освобождали от внутренних поверхностных дефектов и отклонений по толщине по всей ее длине, отрезая переднюю часть или подвергая правке переднюю часть, но такая мера неизбежно ведет к увеличению издержек производства. Настоящее изобретение относится к способу изготовления бесшовных труб, отличающемуся тем,что заготовка подвергается прошивке для получения полой гильзы во время вращения и продвижения(перемещения) заготовки, с использованием двух конусообразных косорасположенных валков, образующих участок захвата и расположенных друг против друга вокруг линии прокатки, двух калиброванных дисковых валков и оправки, расположенной вдоль линии прокатки между косорасположенными валками и дисковыми валками, при таких условиях, когда отношение (Dg/d) диаметра Dg участка захвата косорасположенных валков к наружному диаметру в заготовке, которая является подвергаемым прокатке материалом, отношение (Dd/d) диаметра Dd дна калибра дисковых валков к наружному диаметру d заготовки, и отношение (Dd/Dg) диаметра Dd участка захвата косорасположенных валков к диаметру Dg дна калибра дисковых валков удовлетворяет любому из следующих уравнений (1), (2) и (3) или уравнений(1), (2) и (4), при этом косорасположенные валки имеют входной передний угол 1, который удовлетворяет следующему уравнению (5), и квадратный корень произведения (NsDf)0,5 частоты вращения Ns заготовки в переходной (неустойчивого состояния) области при захвате заготовки косорасположенными валками и степени обжатия Df наружного диаметра заготовки удовлетворяет следующему уравнению (6),которое является функцией отношения (Dg/D1) диаметра участка захвата косорасположенных валков к диаметру D1 косорасположенных валков в месте, в котором они соприкасаются с заготовкой при ее вводе: 3Dg/d7(1) 9Dd/d16(2) в случае если степень расширения Ехр 1,15 2Dd/Dg3(3) в случае если степень расширения Ехр 1,15l,5Dd/Dg3(4) 2,514,5(5) 0,46(Dg/D1)-0,31(NsDf)0,51,19(Dg/D1)-0,95(6) где Ns=LdVr/(0,5dVf) и Df=(d-dp)/d, где Vf является наименьшей скоростью заготовки в направлении ее продвижения в переходной области, когда заготовку захватывают косорасположенные валки, Vr является средней скоростью по окружности заготовки в переходной области, когда заготовку захватывают косорасположенные валки, dp является зазором между косорасположенными валками на конце оправки и Ld является длиной отрезка по линии прокатки от точки, в которой передний конец заготовки входит в контакт с косорасположенными валками до конца оправки, причем длина определяется по двумерной геометрической форме при положении косорасположенных валков с нулевым углом наклона. В настоящем изобретении переходная область во время захвата заготовки косорасположенными валками означает период от момента, когда заготовка входит в контакт с концом оправки прошивного стана, и до момента, когда передний конец заготовки отделяется от косорасположенных валков. При способе изготовления бесшовных труб, согласно настоящему изобретению, ограничивается частота ротационной ковки и сдвиговая деформация, возникающая в переходной области на стадии захвата заготовки во время прошивки. В результате в передней части полой гильзы, полученной при прошивке, может быть предотвращено возникновение внутренних поверхностных дефектов, вызванных эффектом ротационной ковки и/или сдвиговой деформации, а также может быть предотвращено усиление отклонений по толщине, что предотвращает, таким образом, погрешности в прокатке, такие как неполный захват заготовки или проблемы с извлечением задней части трубы. Кроме того, может быть предотвращено увеличение наружного диаметра задней части полой гильзы и обеспечено надежное изготовление полой заготовки, обладающей высоким качеством по всей ее длине от передней части до задней части. Таким образом, согласно настоящему изобретению, при прошивке заготовки на прошивном стане с целью получения полой гильзы может быть уменьшено или предотвращено возникновение дефектов прокатки во время прошивки в переходной области как передней, так и задней части полой гильзы, что-2 012898 ведет к огромному эффекту повышения выхода годного и производительности по полым гильзам. Эффект этого изобретения в отношении уменьшения или устранения дефектов прокатки во время прошивки в переходной области как передней, так и задней части полой гильзы не может быть полностью достигнут на основе изобретений, описанных в патентном документе 1 или патентном документе 2, которые совсем не учитывают устранения дефектов прокатки в переходной области как передней, так и задней части полой гильзы. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показан график, иллюстрирующий пример зависимости между скоростью продвижения заготовки (мм/с), которая является результатом измерения скорости продвижения заготовки по линии прокатки, и величиной продвижения заготовки (мм), начиная с момента захвата валками, которая показывает расстояние продвижения заготовки из положения, в котором заготовка соприкасается с косорасположенными валками; на фиг. 2 - вид в плане, схематически показывающий конструкцию прошивного стана; на фиг. 3 - вид в вертикальной проекции, схематически показывающий конструкцию прошивного стана; на фиг. 4 - вид в поперечном разрезе, схематически показывающий состояние в процессе прошивки на прошивном стане; на фиг. 5 - вид в поперечном разрезе, схематически показывающий состояние в процессе прошивки на прошивном стане; на фиг. 6 показан пояснительный вид, иллюстрирующий форму оправки; на фиг. 7 показано графическое изображение результатов испытаний прошивки. Список ссылочных позиций 0 - прошивной стан; 1 - косорасположенный валок; 1 а - участок захвата; 1b - входная поверхность; 1 с - выходная поверхность; 2 - оправка;G - дисковый валок. Предпочтительный вариант осуществления изобретения Далее будет подробно описан предпочтительный вариант осуществления способа производства полой гильзы, согласно настоящему изобретению, со ссылкой на прилагаемые чертежи. Сначала будут описаны новые открытия, которые являются основой настоящего изобретения. Для того, чтобы изучить причину более частого возникновения внутренних поверхностных дефектов в передней концевой части по сравнению со средней частью полой гильзы в продольном направлении, исследуются скорость продвижения заготовки во время прошивки (скорость в направлении прокатки), которая тесно связана с эффектом ротационной ковки при прошивке, и скорость вращения заготовки по окружности во время прошивки. Заготовку из стали марки S45C наружным диаметром 70 мм нагревают до 1200C и подвергают прошивке в прошивном стане с косорасположенными валками и оправкой. В частности, прошивка заготовки осуществляется при условиях, когда угол наклона косорасположенных валков прошивного стана равен 10, зазор между валками на участке захвата косорасположенных валков равен 61 мм, и величина выдвижения оправки, которая является расстоянием в осевом направлении от косорасположенных валков до конца оправки, равна 38 мм, что позволяет получить полую гильзу наружным диаметром 75 мм и толщиной стенок 6 мм. Для определения скорости продвижения заготовки во время прошивки вдоль линии прокатки с входной стороны прошивного стана устанавливают градуированную пластину, задний конец заготовки и градуированную пластину снимают на видеокамеру и, основываясь на информации видеоизображения,рассчитывают скорость продвижения заготовки, исходя из расстояния, на которое перемещается задний конец заготовки за единицу времени. Для определения скорости вращения заготовки к заднему концу заготовки рядом с наружной периферийной поверхностью подводят штифт, который служит отметкой, перемещение штифта в поверхности заднего конца заготовки по окружности снимают во время прошивки на видеокамеру и, основываясь на информации видеоизображения, рассчитывают скорость вращения, основываясь на величине перемещения заготовки, исходя из величины перемещения штифта по окружности за единицу времени. На фиг. 1 показан график, иллюстрирующий пример зависимости между скоростью продвижения заготовки (мм/с), которая является результатом измерения скорости продвижения заготовки по линии прокатки, и величиной продвижения заготовки (мм) , начиная с момента захвата валками, которая пока-3 012898 зывает расстояние продвижения заготовки из положения, в котором заготовка соприкасается с косорасположенными валками. Как показано на графике с фиг. 1, скорость продвижения заготовки резко уменьшается, когда передний конец заготовки входит в контакт с косорасположенными валками и захватывается ими (в то время как величина перемещения заготовки изменяется от LE0 до LE1). Когда передний конец заготовки достигает положения конца оправки и начинает подвергаться прошивке (в точке, где величина перемещения заготовки равна LE1), скорость перемещения заготовки сводится к минимуму. Когда заготовка непрерывно подвергается прошивке, она постепенно устойчиво захватывается, и скорость продвижения заготовки постепенно увеличивается (в то время как величина перемещения заготовки изменяется от LE1 до LE2). Затем прошивка равномерно продолжается и скорость перемещения остается примерно постоянной (после точки, где величина перемещения заготовки равна LE2). В отличие от этого скорость вращения заготовки остается приблизительно постоянной в период от момента контакта заготовки с косорасположенными валками и до того, как прошивка достигнет устойчивого состояния. Авторы настоящего изобретения сделали следующие открытия, исходя из результатов, показанных на графике с фиг. 1. В период, начиная со времени, когда заготовка захватывается косорасположенными валками и начинает прошиваться оправкой, и до времени, когда прошивка становится равномерной, т.е. в переходной области от LE1 до LE2 на фиг. 1, скорость продвижения заготовки ниже, чем скорость продвижения в области устойчивого состояния, а скорость вращения заготовки в это время остается приблизительно постоянной. Было обнаружено, что когда заготовка захвачена косорасположенными валками,проскальзывание в направлении продвижения заготовки в переходной области увеличивается. Явление,показанное на фиг. 1, при котором скорость заготовки варьируется таким образом, является важным открытием, которое было совершенно неизвестно специалистам в данной области техники до появления настоящего изобретения. Показанное на графике на фиг. 1 явление, при котором скорость заготовки варьируется таким образом, может привести к возникновению следующих проблем. В переходной области частота (количество случаев) ротационной ковки на единицу длины перемещения в направлении продвижения заготовки больше, чем в области устойчивого состояния, и эффект ротационной ковки становится заметным. Кроме того, благодаря более низкой скорости продвижения заготовки возрастает избыточная сдвиговая деформация, вызванная силой трения между заготовкой и оправкой. Благодаря совместному воздействию этих событий прошивка заготовки в ее передней части становится неустойчивой, и заготовка создает заметно усилившиеся колебания во время прошивки передней части заготовки. В результате в передней концевой части часто возникают внутренние поверхностные дефекты и происходят также заметные отклонения по толщине. Наличие этой переходной области является неизбежным. Авторы настоящего изобретения поняли,что чрезвычайно важно найти условия для ограничения эффекта ротационной ковки и избыточной сдвиговой деформации, которые неизбежно происходят в переходной области, до уровня, при котором они не ведут к образованию внутренних поверхностных дефектов в передней концевой части полой гильзы. Известно, что эффект ротационной ковки в области устойчивого состояния может ограничиваться,если степень обжатия Df наружного диаметра заготовки уменьшается, или если уменьшается частота ротационной ковки N в области устойчивого состояния, которая является функцией заданного угланаклона валка, диаметра заготовки и скорости прошивки. Однако простое уменьшение степени обжатия Df наружного диаметра заготовки и частоты ротационной ковки N в области устойчивого состояния не решает описанной выше проблемы, происходящей в переходной области, показанной на графике на фиг. 1. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что условия, которые могут ограничить эффект ротационной ковки и избыточную сдвиговую деформацию, неизбежно возникающие в переходной области прошивки, до степени, при которой они не вызывают возникновение внутренних поверхностных дефектов в передней концевой части полученной полой гильзы, могут быть описаны с использованием квадратного корня произведения частоты вращения Ns заготовки в переходной области и степени обжатия Df наружного диаметра заготовки (NsDf)0,5 как показателя вместе с отношением (Dg/D1). Когда квадратный корень произведения частоты вращения Ns заготовки в переходной области и степени обжатия Df наружного диаметра заготовки (NsDf)0,5 и отношение (Dg/D1) используются как показатели, качественное значение каждого из показателей является следующим. Если степень обжатия Df наружного диаметра заготовки становится небольшой, затрудняется устойчивый захват заготовки и легко происходит проскальзывание. В результате возрастает сдвиговая деформация, вызванная силой трения между поверхностью оправки и внутренней поверхностью заготовки,и благодаря этой сдвиговой деформации возникают внутренние поверхностные дефекты. Движущая сила, прилагаемая косорасположенными валками, определяется их формой. Поэтому сдвиговая деформация, вызванная силой трения между поверхностью оправки и внутренней поверхностью заготовки, определяется также величиной отношения (Dg/D1) диаметра D1 косорасположенных валков на месте входа,-4 012898 где они входят в контакт с заготовкой, и диаметром Dg участка захвата косорасположенных валков. Как указано выше, в случае увеличения проскальзывания прошивка заготовки становится нестабильной, и заготовка колеблется по окружности, ухудшая таким образом отклонения по толщине в передней части полой гильзы. Если частота вращения Ns заготовки в переходной области сделана слишком небольшой за счет,например, варьирования угла наклона косорасположенных валков, величина перемещения заготовки,продвигающейся в направлении прокатки, в течение периода, когда в переходной области происходит половина оборота заготовки, возрастает, что ведет к увеличенному уменьшению толщины стенок за один оборот заготовки под воздействием косорасположенных валков и оправки в переходной области. В результате облегчается скольжение между косорасположенными валками и заготовкой. Другой способ уменьшения частоты вращения Ns заготовки в переходной области заключается в увеличении входного переднего угла 1 косорасположенных валков. Величина отношения (Dg/D1) диаметра D1 косорасположенных валков на месте входа, где они входят в контакт с заготовкой, и диаметром Dg участка захвата косорасположенных валков, отношения, характеризующего форму косорасположенных валков, оказывает влияние на движущую силу, прилагаемую косорасположенными валками, и в конечном счете она влияет на возникновение скольжения и сдвиговой деформации, создаваемой силой трения между поверхностью оправки и внутренней поверхностью заготовки. Далее будет описан прошивной стан, который используется в этом варианте осуществления. На фиг. 2 показан вид в плане, схематически иллюстрирующий конструкцию прошивного стана 0. На фиг. 3 показан вид в вертикальной проекции, схематически показывающий конструкцию прошивного стана 0. На фиг. 4 и 5 показан вид в поперечном разрезе, схематически показывающий состояние в процессе прошивки на прошивном стане 0. На фиг. 2-5 каждый косорасположенный валок 1 имеет участок 1a захвата с диаметром валка Dg в его средней части, входная поверхность 1b образует, по существу, усеченный конус с наружным диаметром, который уменьшается по направлению к концу впускной (входной) стороны от участка 1a захвата, и выходная поверхность 1c образует, по существу, усеченный конус, имеющий наружный диаметр, который возрастает по направлению к концу выпускной (выходной) стороны от участка 1a захвата. В целом каждый косорасположенный валок имеет форму конуса. Каждый косорасположенный валок 1 расположен так, что его ось, обозначенная штрих-пунктирной линией, пересекается с линией прокатки X-X под углом . Как показано на фиг. 3, косорасположенные валки 1 расположены таким образом, что имеют отрицательный уголнаклона относительно линии прокатки X-X. Привод каждого косорасположенного валка 1 во вращение осуществляется приводным механизмом 4. Как показано на фиг. 4, пара дисковых валков G, которые являются направляющими для трубы,расположены друг напротив друга между косорасположенными валками 1. Дисковые валки G являются направляющими валками, имеющими контактные поверхности с заготовкой, имеющие форму поперечного сечения, представленную полукруглыми пазами. Оправка 2 расположена между косорасположенными валками 1, вдоль линии прокатки X-X. На фиг. 6 показан пояснительный вид, демонстрирующий форму оправки. Как показано на этом чертеже, оправка 2 в общем имеет участок конца r. Оправка 2 напоминает по форме артиллерийский снаряд с максимальным наружным диаметром Dp, включающий в себя участокL1 прокатки, имеющий коническую форму и продольное сечение, ограниченной кривой с радиусом R, и участок L2 обкатки. Ближний (базовый) конец оправки 2 прикреплен к дальнему концу стержня оправкиM, а ближний конец стержня оправки M поддерживается механизмом упорного блока (не показан), который может перемещаться в осевом направлении. В этом варианте осуществления оправка 2, которая используется для прошивки, имеет такую форму, при которой отношение (r/d) радиуса кривизны r конца оправки 2 к диаметру d в заготовке 3 составляет от по меньшей мере 0,085 до самое большее 0,19, и отношение (R/L1) между длиной L1 участка прокатки оправки 2 и радиусом кривизны R участка прокатки оправки 2 составляет по меньшей мере 1,5. Если отношение (r/d) меньше 0,085, срок службы оправки 2 значительно уменьшается из-за теплового воздействия, в то время как в случае, если отношение (r/d) больше 0,19, проскальзывание становится большим в направлении продвижения заготовки 3. Аналогично, если отношение (R/L1) меньше 1,5,проскальзывание становится большим в направлении продвижения заготовки 3. Далее описано состояние, в котором осуществляется прошивка с использованием прошивного стана 0. Заготовку 3, нагретую до заданной температуры, доставляют на рольганг (не показан) прошивного стана 0 и захватывают косорасположенными валками 1 вдоль линии прокатки X-X. Заготовка 3, захваченная косорасположенными валками 1, продвигается в процессе вращения в направлении, показанном полыми стрелками на фиг. 2 и 3, пока не достигнет конца оправки 2. Во время этого продвижения заготовка 3 подвергается обработке косорасположенными валками для уменьшения наружного диаметра.-5 012898 Далее заготовку 3 прошивают по центру оправкой 2 и подвергают обработке для формирования толщины стенки между оправкой 2 и косорасположенными валками 1 при каждой половине оборота заготовки. В результате она подвергается прошивке для формирования полой гильзы. В этом варианте осуществления, в процессе выполнения прошивки таким образом, для того чтобы воспрепятствовать увеличению наружного диаметра задней части полученной полой гильзы, что создает проблемы при дальнейшей прокатке полой гильзы, применяемые косорасположенные валки 1 и дисковые валки G подбирают таким образом, что:(а) отношение (Dg/d) диаметра Dg участка 1a захвата косорасположенных валков 1 к наружному диаметру заготовки 3,(b) отношение (Dd/d) диаметра Dd дна калибра дисковых валков G, которые являются направляющими для трубы, к наружному диаметру d заготовки 3, и(с) отношение (Dd/Dg) диаметра Dg участка 1a захвата косорасположенных валков 1 и диаметра Dd дна калибра дисковых валков G удовлетворяет любому из следующих уравнений (1), (2) и (3) или уравнений (1), (2) и (4), и так, что входной передний угол 1 косорасположенных валков 1 удовлетворяет следующему уравнению (5): 3Dg/d7(1) 9Dd/d16(2) в случае если степень расширения Expl,15 2Dd/Dg3(3) в случае если степень расширения Ехр 1,15 1,5Dd/Dg3(4) 2,54,5(5) Причины ограничений по уравнениям (1)-(5) будут описаны ниже. Если отношение (Dg/d) по уравнению (1) меньше 3, будет уменьшаться срок службы подшипников,что связано с недостаточной прочностью подшипников. Если отношение (Dg/d) превышает 7, будет увеличиваться стоимость оборудования для ограничения увеличения наружного диаметра задней части полой гильзы, вызванного увеличением толщины стенок в задней части заготовки. Поэтому в этом варианте осуществления отношение (Dg/d) ограничивается не менее чем 3 и не более чем 7. Если отношение (Dd/d) по уравнению (2) меньше 9, с полученной полой гильзой H возникнут проблемы в процессе извлечения заднего конца трубы при увеличении наружного диаметра заднего конца. Если отношение (Dd/d) превышает 16, полая гильза H будет иметь множество наружных поверхностных дефектов и увеличенный наружный диаметр задней части, диаметр дисковых валков G становится большим, так что весь стан становится большим по размерам и возрастают затраты на оборудование. Поэтому в этом варианте осуществления отношение (Dd/d) ограничивается не менее чем 9 и не более чем 16. Если отношение (Dd/Dg) по уравнению (3) равно 2 или меньше, в случае прошивки при степени расширения по меньшей мере 1,15, с полученной полой гильзой H возникнут проблемы в процессе извлечения заднего конца трубы при увеличении наружного диаметра заднего конца. Если отношение(Dd/Dg) превышает 3, в случае прошивки при степени расширения по меньшей мере 1,15, полая гильза H будет иметь множество наружных поверхностных дефектов и увеличенный наружный диаметр задней части. Поэтому в этом варианте осуществления, когда степень расширения равна по меньшей мере 1, 15,отношение (Dd/Dg) ограничивается пределами от более чем 2 до не более чем 3. Если отношение (Dd/Dg) по уравнению (3) равно по меньшей мере 1,5, в случае прошивки при степени расширения меньше 1,15 не возникает проблем при прокатке в следующем стане из-за увеличения наружного диаметра задней части полученной полой гильзы H и отношение может определяться с точки зрения стабильности прошивки (отклонений по толщине и легкости захвата гильзы валками). Если отношение (Dd/Dg) превышает 3, в случае прошивки при степени расширения меньше 1,15 полая гильза H будет иметь наружные поверхностные дефекты и увеличенный наружный диаметр задней части. Поэтому в этом варианте осуществления, когда степень расширения меньше 1,15, отношение (Dd/Dg) ограничивается пределами от по меньшей мере 1,5 до не более чем 3. Если входной передний угол 1 косорасположенных валков 1 по уравнению (5) больше 4,5 или меньше 2,5, легкость захвата заготовки 3 косорасположенными валками 1 ухудшится. Поэтому в этом варианте осуществления входной передний угол 1 косорасположенных валков 1 ограничивается не менее чем 2,5 и не более чем 4,5. В этом варианте осуществления заготовку 3 прошивают с использованием прошивного стана 0, который содержит косорасположенные валки 1, оправку 2 и дисковые валки G, форма которых описывается уравнениями (1)-(5) при условиях частоты вращения заготовки 3 и степени уменьшения наружного диаметра заготовки 3, являющимися уставками для валков, удовлетворяющими уравнению (6): 0,46(Dg/D1)-0,31(NsDf)0,51,19(Dg/D1)-0,95(6) В уравнении (6) Ns=LdVr/ (0,5dVf) и Df=(d-dp)/d, где Vf обозначает наименьшую скорость заготовки в направлении ее продвижения в переходной области, когда заготовку захватывают косорасположенные валки, которую можно определить, например, путем сбора информации о прошивке, с ис-6 012898 пользованием этой информации для аппроксимирования скорости заготовки в осевом направлении в переходной области, когда заготовка захвачена косорасположенными валками, способом наименьших квадратов, и применение минимальной скорости в направлении продвижения заготовки, найденной при этом аппроксимировании, Vr обозначает среднюю скорость по окружности заготовки в переходной области, когда заготовку захватывают косорасположенные валки, dp обозначает зазор между косорасположенными валками на конце оправки и Ld является длиной отрезка по линии прокатки от точки, в которой передний конец заготовки первоначально захватывается косорасположенными валками до конца оправки. Для того, чтобы решить эти проблемы сдвиговой деформации, отклонений по толщине, блокировки заднего конца и увеличения наружного диаметра задней части, которые могут возникнуть в зависимости от настройки косорасположенных валков 1, авторы настоящего изобретения выполнили испытание по прошивке. В ходе испытания материал, которым была заготовка 3 с наружным диаметром 70 мм, вырезали из центра более крупной заготовки 3 с наружным диаметром 310, выполненной из углеродистой стали, полученной непрерывной разливкой, содержащей 0,2 мас.% С, и материал из стали, содержащей 13 мас.% Cr, с наружным диаметром 70 мм, отобранный из центра образца диаметром 225 мм, полученного непрерывной разливкой с последующей прокаткой на блюминге, нагрели до температуры 1200C и подвергли прошивке при условиях,показанных в табл. 1, с использованием прошивного стана 0, удовлетворяющего описанным выше уравнениям (1)-(5). Результаты испытания по прошивке показаны на фиг. 7. Таблица 1 На графике, показанном на фиг. 7 черными кружками, обозначен случай, когда имеет место по меньшей мере один внутренний поверхностный дефект, вызванный сдвиговой деформацией, ухудшение отклонений, по толщине до по меньшей мере 7%, неполный захват заготовки или проблемы с извлечением заднего конца трубы, и увеличение наружного диаметра задней концевой части, превышающее 5%. Черные треугольники обозначают случай, при котором возникают внутренние поверхностные дефекты,вызванные ротационной ковкой и/или сдвиговой деформацией. Пустые кружки обозначают случай, при котором полая заготовка может быть получена без каких-либо проблем. Из результатов, показанных на графике на фиг. 7, можно видеть, что когда отношение, описанное 0,46(Dg/D1)-0,31(Ns Df)0,51,19(Dg/D1)-0,95, удовлетворяется, полая гильза может быть произведена без проблем. Таким образом, если величина (NsDf)0,5 по уравнению (6) меньше 0,46(Dg/D1)-0,31, будут развиваться такие проблемы как возникновение внутренних поверхностных дефектов, отклонений по толщине, блокировки заднего конца и увеличения наружного диаметра задней части полученной полой гильзы из-за увеличения сдвиговой деформации передней части. С другой стороны, если величина(NsDf)0,5 превышает 1,19(Dg/D1)-0,95, возникновение внутренних поверхностных дефектов, вызванное эффектом ротационной ковки, может быть ограничено, и сдвиговая деформация не может быть ограничена. Соответственно в этом варианте осуществления величина (NsDf)0,5 ограничивается пределами от по меньшей мере 0,46(Dg/D1)-0,31 до не более чем 1,19(Dg/D1)-0,95. Таким образом, согласно этому варианту осуществления при изготовлении бесшовных труб способом, включающим прошивку заготовки на прошивном стане для получения полой гильзы становится возможным (а) препятствовать увеличению наружного диаметра во время прошивки, (b) ограничивать эффект ротационной ковки и сдвиговую деформацию в передней части, предотвращая таким образом возникновение внутренних поверхностных дефектов в передней части полой гильзы, и (с) уменьшать отклонения по толщине в передней части полой гильзы. Поэтому согласно настоящему изобретению,возможно гарантированное производство полой гильзы, обладающей высоким качеством в отношении размеров и внутренних свойств по всей длине. Пример 1. Настоящее изобретение будет описано более конкретно со ссылкой на примеры. Заготовку наружным диаметром 70 мм вырезали из центра заготовки из углеродистой стали, полученной непрерывной разливкой, содержащей 0,2% С и имеющей наружный диаметр 225 мм. Вырезанную заготовку нагрели до 1200C и подвергли прошивке при условиях, показанных в табл. 2. Результаты прошивки приведены в табл. 3.ND: не поддается определению Отметка О в табл. 3 означает, что прошивка может быть выполнена без каких-либо проблем, а отметка X означает появление любой из таких проблем, как неполный захват, проблемы при извлечении заднего конца трубы, отклонения по толщине или увеличение наружного диаметра заднего конца. Что касается внутренних поверхностных дефектов в табл. 3, то случай, при котором по меньшей мере 2 дефекта наблюдались на участке длиной 20-200 мм от передней части полой гильзы, обозначается как X. Что касается отклонения по толщине в процентах в табл. 3, на участке длиной 20-200 мм от передней части полой гильзы, то толщину стенки измеряли в 8 точках по окружности через промежутки в 5 мм по длине с помощью микрометра, и с использованием фактически измеренных значений толщины отклонения по толщине в процентах, по окружности на каждой позиции по длине было рассчитано как(максимальная толщина стенки-минимальная толщина стенки)/средняя толщина стенки по восьми точкам). Отклонения по толщине в процентах для всех положений по длине усредняли, а среднее отклонение по толщине в процентах использовали для расчетов. Отклонение по толщине в процентах, равное 6% или более, обозначается как X. Что касается оценки неполного захвата заготовки и проблем с извлечением заднего конца трубы в табл. 3, случай, когда один такой дефект случается на 100 прошитых труб, обозначается как X. В отношении увеличения наружного диаметра задней части в процентах по табл. 3, случай, когда увеличение в процентах максимального диаметра задней части относительно среднего значения наружного диаметра средней части равнялся 6% или больше, обозначается как X. Из результатов, показанных в табл. 3, можно видеть, что при удовлетворении не только уравнений(1)-(5), но и уравнения (6) возможно получение полых гильз путем прошивки на прошивном стане при ограничении любых проблем типа внутренних поверхностных дефектов в передней части, неполного захвата заготовки, проблем с извлечением заднего конца трубы, отклонений по толщине в процентах и увеличения наружного диаметра задней части до уровня, при котором, по существу, не возникает никаких трудностей. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ изготовления бесшовных труб, отличающийся тем, что заготовка подвергается прошивке для получения полой гильзы во время вращения и продвижения заготовки с использованием двух конусообразных косорасположенных валков, образующих участок захвата и расположенных друг напротив друга вокруг линии прокатки, двух калиброванных дисковых валков и оправки, расположенной вдоль линии прокатки между косорасположенными валками и дисковыми валками, при таких условиях, когда отношение (Dg/d) диаметра Dg участка захвата косорасположенных валков к наружному диаметру d заготовки, которая является подвергаемым прокатке материалом, отношение (Dd/d) диаметра Dg дна калибра дисковых валков к наружному диаметру d заготовки и отношение (Dd/Dg) диаметра Dg участка захвата косорасположенных валков к диаметру Dd дна калибра дисковых валков удовлетворяет любому из следующих уравнений (1), (2) и (3) или уравнений (1), (2) и (4), при этом косорасположенные валки имеют входной передний угол 1, который удовлетворяет следующему уравнению (5), и квадратный корень произведения (NsDf)0,5 частоты вращения Ns заготовки в переходной области при захвате заготовки косорасположенными валками и степени обжатия Df наружного диаметра заготовки удовлетворяет следующему уравнению (6), которое является функцией отношения (Dg/D1) диаметра участка захвата косорасположенных валков к диаметру D1 косорасположенных валков в месте, в котором они соприкасаются с заготовкой при ее вводе 3Dg/d7 (1) 9Dd/d16 (2) в случае, если степень расширения Ехр 1,15 2Dd/Dg3 (3) в случае, если степень расширения Ехр 1,15 1,5Dd/Dg3 (4) 2,514,5 (5) 0,46(Dg/D1)-0,31(NsDf)0,51,19(Dg/D1)-0,95 (6) где Ns=LdVr/(0,5dVf) и Df=(d-dp)/d, где Vf является наименьшей скоростью заготовки в направлении ее продвижения в переходной области, когда заготовку захватывают косорасположенные валки, Vr является средней скоростью по окружности заготовки в переходной области, когда заготовку захватывают косорасположенные валки, dp является зазором между косорасположенными валками на конце оправки и Ld является длиной отрезка по линии прокатки от точки, в которой передний конец заготовки входит в контакт с косорасположенными валками до конца оправки, причем длина определяется по двумерной геометрической форме при положении косорасположенных валков с нулевым углом наклона.

МПК / Метки

МПК: B21B 19/04, B21B 27/02, B21B 23/00

Метки: труб, способ, бесшовных, изготовления

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/12-12898-sposob-izgotovleniya-besshovnyh-trub.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ изготовления бесшовных труб</a>

Похожие патенты