Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Бесшовные трубы полученные горячей прокаткой

При изготовлении бесшовных труб первой основной операцией является прошивка слитка или заготовки в гильзу (стакан), т.е. получение толстостенной трубы. Изготовление пустотелой гильзы является очень ответственной операцией, от которой зависят качество готовых изделий и производительность прокатных установок.

Прошивку заготовки выполняют на станах, которые по своей конструкции делятся на

  • валковые с косо расположенными валками;
  • дисковые и с грибовидными валками.

Широкое распространение имеет способ получения гильзы на вертикальном или горизонтальном прошивном прессах. Следующую прокатку гильзы в трубу необходимого диаметра и толщины стенки можно выполнять в горячем состоянии на:

  • автоматическом стане;
  • стане пилигримовой прокатки;
  • непрерывном стане;
  • раскаточных станах продольно-винтовой прокатки;
  • рельсовом стане и проч.

Нагрев металла в трубопрокатных цехах делают в печах:

  • кольцевых с вращающимся подом,
  • проходных туннельных
  • проходных секционных,
  • электрических индукционных и др..

Наибольшее распространение получили кольцевые печи, которые имеют форму замкнутого пустотелого кольца, разделенного на подогревательные, нагревательную, сварочную и томительную зоны. Подина печи вращается с частотой до 1/30 мин-1. Загрузка и выгрузка заготовок производится через соответствующие окна специальной машиной с захватывающим хоботом.

Прокаткой на автоматических станах получают бесшовные трубы диаметром 57...426 мм и толщиной стенки 3...30 мм. Этот способ является наиболее распространенным, что объясняется высокой маневренностью и универсальностью в отношении сортамента изделий и достаточно высокой производительностью. На рис. 4.9 представлена схема расположения оборудования такого стана для изготовления изделий диаметром 140...426 мм. Как исходный продукт используют заготовку круглого сечения, которую получают на крупносортовых или трубозаготовочных станах.

Диаметр заготовки привычно мало отличается от диаметра готовой трубы. Перед прокаткой металл нагревают в печах с вращающимся кольцевым подом. Нагретая заготовка после центровки переднего конца пневматическим центрирователем для уменьшения в процессе прошивки разной толщины гильзы и улучшения захвата металла валками поступает в прошивной стан. При прошивке заготовка получает 2...3,5-кратную вытяжку. Максимальное значение вытяжки не превышает 4,5...4,8. Последующую обработку гильзы выполняют на автоматическом стане, представляющем собой нереверсивную клеть дуо, в валках которой является последовательно расположены круглые калибры.

Кликните на рисунок чтобы увеличить его

Схема размещения оборудования автоматической трубопрокатного стана с двумя прошивными клетями
Рисунок. 4.9. Схема размещения оборудования автоматической трубопрокатного стана с двумя прошивными клетями:
1 - нагревательные печи с вращающимся подом; 2 - загрузочные машины, 3 - разгрузочные машины, 4 - пневматический центрирователь, 5 - первая прошивная клеть, 6 - вторая прошивная клеть; 7 - подогревательные печь перед чистовой клетью; 8 - чистовая клеть, 9 - раскаточные клети, 10 - калибровочные клети; 11 - холодильник; 12 - мостовые подъемные краны; 13 - правильные машины; 14 - клети для калибровки в холодном состоянии, 15 - инспекторские стеллажи.

Перед подачей металла в валки в калибр устанавливают оправку, закрепленную на длинном стержне таким образом, что зазор между оправкой и калибром соответствует толщине стенки трубы, которая прокатывается. Деформирование металла в данном случае происходит между валками и оправкой, при этом наряду с уменьшением толщины стенки наблюдается некоторое уменьшение наружного диаметра изделия (рис. 4.10). Учитывая то, что прокатка на круглой оправке за один проход не обеспечивает равномерной деформации стенки изделия по его периметру, приходится давать два, а иногда и три прохода с поворотом трубы после каждого прохода на 90°. Вытяжка за один проход не превышает 1,4...1,6, а общая вытяжка может составлять 1,5...2,1.

Схема прокатки трубы в калибре автоматического стана
Рисунок. 4.10. Схема прокатки трубы в калибре автоматического стана:
1 - гильза, 2 - оправка; 3 - стержень 4 - изделие, 5 - верхний валок

При прокатке на автоматическом стане условия работы оправки очень тяжелые. Это связано с влиянием высоких температуры и давления прокатки, а также наличием трения скольжения между оправкой и внутренней поверхностью трубы. Поэтому оправку после каждого прохода снимают и охлаждают в воде. Для уменьшения коэффициента трения между изделием и оправкой внутрь трубы забрасывают смесь поваренной соли с графитом. Однако все эти меры не предотвращают полностью повышенный износ инструмента и возможности налипания на него металла. Поэтому форма оправки и применяемый материал требуют тщательного изучения.

Учитывая то, что клеть автоматического стана нереверсивная, то после первого прохода трубу необходимо возвращать на переднюю сторону клети. Это осуществляется автоматически с помощью роликов обратной подачи, расположенных с задней стороны клети которые вращаются в противоположном направлении по сравнению с вращением прокатных валков. По окончании прохода металла между валками для возвращения изделия на переднюю сторону клети верхний рабочий валок автоматически поднимается клиновым механизмом, увеличивая просвет в калибре, достаточный для свободного прохождения трубы назад. Одновременно с этим вручную или специальным приспособлением оправки снимается со стержня. Затем нижний ролик обратной подачи прижимает изделие к верхнему ролику и силой трения оно передается на переднюю сторону клети.

После этого устанавливают новую оправку, верхний валок опускается в рабочее положение и изделие после кантовки на 90° подается в валки для последующей прокатки. Все это повторяется до получения необходимых размеров трубы.

По окончании прокатки для улучшения внешней и внутренней поверхностей, устранение неровностей, уменьшения овальности и разнотолщинности изделие передают на обработку в одну из двух обкаточных машин, аналогичных по своему строению прошивным двух-или трехвалковым клетям. Обкатку выполняют на чугунной оправке, диаметр которой на 1...6 мм больше внутреннего диаметра трубы после прокатки на автоматическом стане. При этом наблюдается незначительное уменьшение толщины стенки и некоторое увеличение диаметра изделия (на 3...5%), труба приобретает правильную круглую форму с уменьшенной разницей толщины стенки.

Предоставление окончательных размеров изделию по диаметру производится на калибровочном стане, состоящий из 5...7 клетей дуо, расположенных непрерывно. Клети калибровочного состояния устанавливают на общей раме таким образом, что оси валков попеременно в разные стороны образуют с горизонтом угол 45°, а угол между осями валков соседних клетей составляет 90°. Таким образом, труба при прокатке деформируется в двух взаимно перпендикулярных направлениях. При этом овальные калибры в клетях калибровочного стана меняются с постепенным уменьшением отношения осей до 1, к чистовому калибру. При прокатке в калибровочном стане можно наблюдать некоторое уменьшение диаметра изделия и незначительное увеличение толщины стенки.

После прокатки на калибровочном стане трубы передаются на правильный стан для выполнения отделочных операций. В тех случаях, когда необходимо получить изделие диаметром менее 57 мм, но не ниже 17 мм, осуществляется дополнительная горячая прокатка при температуре металла 950...1000° С в так называемом редукционном стане, который состоит из 9...26 последовательно установленных непрерывных клетей. Оси валков этих клетей расположены перпендикулярно друг другу и под углом 45° к горизонту. При редуцировании прокат ведется без оправки, вследствие чего наблюдается уменьшение диаметра на 10...60%.

Производительность установок с автоматическим станом составляет 100...300 тыс. т. в год.

Прокаткой на пилигримовых станах получают бесшовные трубы диаметрами 48...665 мм при толщинах стенки 2,25...50 мм. Этот способ нашел широкое развитие, причем кроме круглых, на пилигримовых станах можно получать квадратные, шестигранные, ступенчатые и другие изделия.

Как исходный продукт для пилигримовой клети используют толстостенную трубу-стакан, которую получают прошивкой круглого слитка или заготовки в клети с косо расположенными валками. Этот способ прошивки в большинстве случаев заменяется прошивкой в горизонтальном или вертикальном прессе, что в значительной степени устраняет недостаток труб через внутренние течения и трещины, которые часто имеют место при прошивке на станах косой прокатки. После пресса стакан с донцем дополнительно подогревается и поступает на раскатке и прошивке донца на обкаточные машини, что уменьшает разностеночность стакана и позволяет использовать более тяжелые слитки, а следовательно, иметь повышенную производительность агрегатов.

В стакан, толщина стенки которого составляет около 25% диаметра изделия, вводят дорн, на котором делают раскатки трубы между двумя валками, установленными в пилигримовой клети, с калибром переменного профиля. На рис. 4.11 показан валок пилигримового стана, который имеет ручей переменной ширины и высоты по окружности, делится на две части:

  • холостую, где диаметр калибра больше диаметра гильзы, которая прокатывается,
  • рабочую, состоящую из рабочей и полирующей участков.

Две струйки образуют круглый калибр с переменными размерами глубины и ширины по окружности валка. Прокатные валки вращаются в направлении, обратном направлению прокатки. Учитывая, что при вращении валков размеры калибра непрерывно меняются, то в некоторый момент можно подать металл в валки для деформирования определенного участка полосы.

Валок пилигримового стана
Рисунок. 4.11. Валок пилигримового стана

Поэтому процесс работы на пилигримовой клети заключается в периодической подаче на определенную длину гильзы вместе с дорном (на 20...30 мм) в зазор между валками в момент совпадения холостой части ручья обоих валков. При дальнейшем вращении валков осуществляется процесс прокатки и стакан перемещается в направлении, который совпадает с направлением вращения валков (рис. 4.12), т.е. обратном ходу трубы.

Схема процесса пилигримовой прокатки
Рисунок. 4.12. Схема процесса пилигримовой прокатки:
1 - пилигримовые валки, 2 - дорн, 3 - подающий механизм

При этом захватывающий участок валков обжимает стакан на дорн по диаметру и толщине стенки, а полирующий обеспечивает выравнивание диаметра и толщины стенки бесшовной трубы. Вытяжка при такой прокатке достигает 10...14 - кратного значения. При следующем повороте валков создается возможность новой подачи стакана в область деформации, которая выполняется специальным дательным аппаратом с одновременным вращением стакана на 90°. Дательный механизм привычно работает от сжатого воздуха давлением до 1 МПа, а поворот заготовки выполняется дрелью. При пилигримовой прокатке заготовка с дорном совершает возвратно-поступательное движение, а прокатаный участок трубы сходит с дорна. При прокатке в пилигримовой клети всегда остается недокатанным задний участок гильзы, который называется пилигримовой головкой. По окончании прокатки дорн извлекают из изделия для охлаждения, а в дательный механизм вставляют новый дорн.

Прокаткой на пилигримовом стане получают достаточно качественные и дешевые трубы. Однако при повышенных требованиях к точности диаметра и толщины стенки применяют горячую обработку на обкаточном, а затем и редукционном станах, как правило, непрерывном, который обеспечивает уменьшение диаметра трубы. Производительность установок с пилигримовой клетью определяется сортаментом и составляет 80...250 тыс. т. в год.

Прокаткой на непрерывном стане получают бесшовные трубы диаметром 16...140 мм и толщиной стенки 2,3...15 мм из углеродистых и легированных сталей. Исходным продуктом являются заготовки круглого сечения, которые прошиваются на стане с косо расположенными валками, или квадратного сечения, что прошиваются на прессе. Следующую прокатку гильзы выполняют на длинной оправке в непрерывном стане, который состоит из 7...9 рабочих клетей дуо. Оси валков расположены под углами 90° друг к другу и 45° к горизонтальной плоскости. Каждая клеть имеет индивидуальный привод с регулируемой частотой вращения. Типичным непрерывным станом является агрегат 30-102.

Гильза на работающем непрерывном стане прокатывается с коэффициентом вытяжки 5...7,5 при скорости прокатки до 6 м/с. Это обеспечивает производительность непрерывных станов в пределах 300...500 тыс. т. в год.

После прокатки на непрерывном стане труба вместе с оправкой поступает в оправковытаскиватель. Последующая обработка изделия производится на калибровочном или редукционном станах.

Прокаткой на станах с трехвалковыми клетями получают трубы - диаметром 34...200 мм и толщиной стенки 10...50 мм и выше. Исходным продуктом в данном случае является заготовки круглого сечения, которые после нагрева прошивают в гильзу. Последующая обработка гильзы осуществляется на оправке в трехвалковых клети, которая характеризуется тем, что валки в станине располагаются соответственно вершинам равностороннего треугольника (рис. 4.13).

Оси валков расположены под углом 7...10° к оси прокатки, и каждый валок устанавливается с перекосом относительно плоскости симметрии проема станины, что вызывает появление угла скрещивания осей валков (угла подачи), который обычно принимается равным 4,5...7,5°. Этот угол обеспечивает появление осевой составляющей сил прокатки и, следовательно, возможность поступательного движения трубы в направлении прокатки.

Трехвалковая раскаточная клеть
Рисунок. 4.13. Трехвалковая раскаточная клеть:
1 - нижняя часть станины, 2 - рабочие валки; 3 - вводная проводка; 4 - подушки, 5 - верхняя часть станины; 6 - нажимные винты; 7 - выводной проводка.

Производство бесшовных труб с использованием трехвалковыой клети производится с вытяжкой 3...4. Кроме этого, в данном случае в 2...2,5 раза повышается точность толщины стенки изделия по сравнению с прокаткой на автоматическом или пилигримовом стане. По этой причине станы с трехвалковыми клетями очень целесообразно использовать для производства труб, которые впоследствии подвергают механической обработке, так как при этом уменьшаются потери металла в стружку.

Важным достоинством трехвалковых агрегатов является его высокая маневренность, возможность быстрой перестройки на прокатку труб другого диаметра. Для перехода на другой профиль нужно лишь изменить расстояние между валками и заменить оправки, которые обеспечивают получение необходимого внутреннего диаметра изделия и толщины стенки. Производительность подобных установок составляет 140...180 тыс. т. в год.

Кроме описанных способов получения бесшовных труб горячей прокаткой существуют и такие, как, например, изготовление изделий на рельсовых станах, когда прошитую на прессе гильзу с донцем проталкивают на оправке через ряд роликовых обойм, которые имеют круглые калибры постепенно уменьшая диаметр. Таким способом изготавливают изделия диаметром 57...219 мм при толщине стенки 2,2...1,5 мм и выше. Трехроликовые обоймы, которые образуют круглый калибр тремя валками-роликами, применяют при производстве труб диаметром до 112 мм; четырехроликовые обоймы, которые образуют калибр четырьмя валками-роликами, - при производстве труб большего диаметра.

Схема прокатки трубы на стане ХЛТ
Рисунок. 4.14. Схема прокатки трубы на стане ХЛТ:
1 - оправка; 2 - калибр, 3 - валик, 4 - стержень, 5 - заготовка, 6 - труба

Широкое распространение получило производство бесшовных труб прессованием из цветных металлов, углеродистых конструкционных и легированных сталей, нержавеющих сталей, титана, молибдена ниобия, хрома, никеля и их сплавов и других металлов, что трудно деформируются.

В отличие от трубопрокатных установок, прессованием, главным образом на гидравлических вертикальных или горизонтальных прессах, можно получать изделия меньшего диаметра и с более тонкой стенкой. Основные преимущества получения изделий прессованием:

  • используется наиболее благоприятная схема напряженного состояния металла при деформации - всестороннее неравномерное сжатие;
  • прессовые установки отличаются высокой маневренностью, что позволяет успешно выполнять мелкосерийные заказы;
  • прессованные трубы отличаются высоким качеством поверхности и равномерности механических свойств по длине;
  • прессованием можно производить не только круглые бесшовные трубы, но и другой, практически любого сечения.

Горячекатаные или полученные иным способом изделия для доведения их до действующих стандартов или технических условий подвергают различным видам дополнительных обработок, которые могут быть связаны с обработкой всей трубы (например, отрезка концов, правки, термическая обработка, калибровка, окраска или покрытие другими антикоррозионными материалами и проч.) или с обработкой только концов изделия (например, высадка концов, нарезка резьбы и др.).. Для выполнения всех отделочных операций в трубопрокатных цехах устанавливают соответствующие машины и механизмы.

Читать далее >>

Источник [1] → список литературы.


Вернуться в начало раздела: Обработка металла давлением (ОМД)
Вернуться на главную: Черная металлургия