Новости

Новости

Прокатка труб на станах ХПТ


Прокатку труб из титановых сплавов производят из прессованной или горячекатаной трубной заготовки. На поверхности заготовки имеются дефекты, образовавшиеся в процессе предшествующей обработки. Эти дефекты и газонасыщенный слой, появляющийся при нагреве заготовки под прессование или прокатку, а также при последующем отжиге, залегают на глубину до 1 мм с внутренней поверхности заготовок и до 0,3 мм — с наружной поверхности.
Дефекты на внутренней поверхности заготовки устраняют путем расточки со съемом по внутреннему диаметру до 2,0 мм. В связи с этим внутренний диаметр трубной заготовки обычно принимают не менее 35 мм.
Наружную поверхность заготовок после прессования обычно механически не обрабатывают. Это объясняется тем, что дефекты на наружной поверхности в процессе прокатки растягиваются и частично сглаживаются, глубина их залегания уменьшается. После первой прокатки трубы шлифуют на бесцентрово-шлифовальных станках со съемом слоя толщиной 0,1—0,15 мм, подвергают травлению, отжигу, а затем снова подают на станы ХПТ или ХПТР для последующей прокатки до готовых размеров.
Трубы из сплавов ВТ1-0; ВТ1-00; ОТ4-0 диаметром 25 мм и более изготавливают за две прокатки, а диаметром менее 25 мм — за три прокатки и более.
Трубы из труднодеформируемых сплавов типа ОТ4 и ОТ4-1 диаметром 25 мм и более изготавливают за три прокатки, из которых две осуществляют на станах ХПТ и одну на стане ХПТР. При этом значительно уменьшается разностенность труб.
Маршруты холодной прокатки труб для станов ХПТ обычно рассчитывают по методике, предложенной Московским институтом стали и сплавов. Типовая калибровка приведена на рис. 121.

В соответствии с этой методикой большую часть размеров труб независимо от марки сплава изготавливают при одинаковых деформациях за переход. Общая величина деформаций за переход составляет 40—50%. Деформация редуцирования при этом не превышает 3—6%.
Величина подачи трубы за двойной ход клети стана составляет от 7 до 14 мм и зависит от марки сплава и требуемого качества и точности готовых труб. Несмотря на существенные различия в пластических свойствах титановых сплавов, из которых изготавливают трубы, прокатка ведется при одинаковых степенях деформации. Это стало возможно после того, как была внедрена в производство теплая прокатка труб из малопластичных титановых сплавов. Благодаря такой унификации маршрутов было резко сокращено количество типоразмеров инструмента, а следовательно, увеличена длительность его эксплуатации без перевалок.
В качестве технологической смазки при холодной прокатке труб обычно применяют следующий состав, % по массе: селитра натриевая 35—40, тальк молотый 20—25; ОП-10 45—35.
Эта смазка предотвращает налипание металла на инструмент и хорошо удаляется водой.
Высокая интенсивность упрочнения титановых сплавов в процессе холодной пластической деформации сопровождается значительной потерей пластичности, а в некоторых случаях исключает возможность изготовления труб на станах ХПТ без нагрева заготовки перед прокаткой.
Падение пластичности в процессе деформации можно проследить по изменению механических свойств по длине рабочих конусов, полученных при прокатке заготовок без подогрева и с подогревом (рис. 122).
Прокатка труб на станах ХПТ

Приведенные кривые показывают, что при одной и той же деформации 50% теплокатаный металл упрочняется в значительно меньшей степени, чем металл, прокатанный без предварительного подогрева. Абсолютная разность в свойствах: по пределу прочности 11 кгс/мм2, по пределу текучести 7 кгс/мм2 и по относительному удлинению 4%.
Из-за малой пластичности при холодной прокатке сплавы ОТ4 и ОТ4-1 растрескиваются как в тангенциальном, так и продольном направлении к оси прокатки.
Кроме того, при холодной прокатке труб из указанных сплавов как на наружной, так и на внутренней поверхности образуется сетка трещин. Глубина залегания этих трещин на наружной поверхности составляет 0,02—0,08 мм, а на внутренней поверхности — до 0,01 мм. Большая по сравнению с внутренней поверхностью глубина залегания трещин на наружной поверхности объясняется тем, что после шлифовки труб на бесцентрово-шлифовальном станке на поверхности остаются мелкие поперечные царапины от камня. Эти царапины, являясь концентраторами напряжений, в процессе деформации углубляются. Однако исключить процесс шлифовки не представляется возможным вследствие того, что продольные риски и другие дефекты, имеющиеся на трубной заготовке, не могут быть устранены никакими другими способами.
Уменьшить количество поверхностных дефектов и глубину их залегания можно путем увеличения числа прокаток в сочетании с многократным глубоким травлением. Однако это ведет к резкому снижению производительности и увеличению себестоимости. Опробование различных способов шлифовки с целью предупреждения появления сетки трещин при прокатке не дало положительных результатов. Особенно большое количество брака по мелким трещинам образуется при изготовлении труб из сплава ОТ4.
Пластичность труб из сплава ОТ4 можно повысить путем подогрева заготовки в процессе прокатки. Так, в диапазоне температур 300—400° С пластические характеристики существенно повышаются и относительное сужение сплава ОТ4 приблизительно в 1,2 раза превышает относительное сужение сплава BT1 при комнатной температуре. Качество внутренней поверхности труб после теплой прокатки значительно выше, чем после холодной, что видно из рис. 123.

На основе проведенных исследований обработка труб сплавов ОТ4 и ОТ4-1 была переведена на теплую прокатку. Нагрев трубной заготовки до требуемой температуры перед входом ее в очаг деформации осуществляют с помощью индукторов, работающих на токах промышленной частоты (рис. 124). Внутрь индуктора входит сплошная, изолированная от индуктора толстостенная втулка.
Большая глубина проникновения тока промышленной частоты (~ 28 см) приводит к нагреву не только втулки, через которую проходит труба, но и штанги, на которой закреплена оправка. При прокатке труб с нагревом токами промышленной частоты втулка и штанга разогреваются до температуры 600—700° С. В результате этого труба при прокатке нагревается до 300—400° С не только за счет наведения тока в металле трубы, но и за счет теплоотдачи от втулки и штанги. Удлинения штанги с оправкой при этом не наблюдается.
Материалом штанги служит сталь ЗХ2В8, материалом втулки — сталь 5ХНМ. Охлаждение калибров и оправки не предусмотрено, так как они нагреваются до температуры не выше 200° С.
Оптимальным температурным интервалом нагрева трубной заготовки из сплавов ОТ4 и ОТ4-1 перед прокаткой является 300—400° С.
В этом температурном интервале предел прочности снижается до 40—50 кгс/мм2, а относительное удлинение повышается с 10% (при комнатной температуре) до 15%).
При температуре выше 400° С снижение предела прочности происходит менее интенсивно, а относительное удлинение и поперечное сужение падают, что ухудшает условия деформирования. Поэтому верхний предел температурного интервала ограничивают температурой 400° С. Кроме того, увеличение температуры выше 400° С нецелесообразно ввиду следующих неблагоприятных последствий:
- интенсивного окисления металла при повышении температуры;
- перегрева и отпуска при этих температурах технологического инструмента;
- трудности удержания смазки на поверхности трубы;
- большого расхода электроэнергии.
При выборе нижнего предела температуры нагрева заготовки определяющим является качество труб после прокатки.
Сравнение качества поверхности труб, прокатанных при температурах ниже и выше 300° С, позволило установить, что трубы, прокатанные при температуре > 300° С, имеют значительно лучшее качество поверхности, чем трубы, прокатанные при более низких температурах.
Получение качественных труб при теплой прокатке возможно с суммарными смещениями 25—30 мм. При этом достигнута степень деформации 45—55%.
Скорость нагрева зависит от силы тока в индукторе, а также от сечения втулки и величины смещения за один ход. Применение втулок различных размеров и сечений позволяет унифицировать индукторы. При этом индуктор одного размера можно использовать при прокатке довольно широкого сортамента труб.
Температуру контролируют при помощи переносной ленточной термопары.
В качестве технологической смазки при теплой прокатке используют состав, содержащий, % по массе: графита 5—7, селитры натриевой 35—40, извести гашеной 8—10; воды — остальное.
Установлено, что теплокатаный металл более пластичен по сравнению с металлом, прокатанным без предварительного подогрева. Качество поверхности теплокатаных труб значительно выше, чем холоднокатаных.
При прокатке труб из титановых сплавов ОТ4, ОТ4-1 и особенно из сплава ВТ5 даже в условиях предварительного нагрева заготовки до оптимальных температур, на внутренней поверхности остаются дефекты в виде мелких волосовидных трещин.
Было установлено, что такие трещины образуются после схода трубы с конуса оправки в процессе калибровки наружного контура трубы, когда подпор трубы со стороны оправки, имеющей постоянную конусность, отсутствует.
Для предотвращения возникновения трещин в процессе прокатки была изменена форма оправки. У оправок, имеющих постоянную конусность 2tg a1 = 0,01/0,02, был изменен калибрующий участок. Оптимальная конусность этого участка была установлена 2tg а2 = 0,0007—0,001. При такой конусности обеспечивается необходимый подпор стенки трубы на калибруемом участке при минимальном сплющивании трубы по зазору, не превышающему ее упругой деформации.
Такая форма оправок (рис. 125) в сочетании с теплой прокаткой позволяет полностью исключить трещины как на наружной, так и на внутренней поверхностях труб диаметром 25 мм и выше.