Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ВАЛКОВ ПИЛИГРИМОВЫХ СТАНОВ К ПРОКАТКЕ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к технологическому инструменту, в частности к способу подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб.

В трубной промышленности Германии при производстве бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами используются кованые валки из легированных марок стали, которые по мере износа и образования сетки разгарных трещин перетачиваются на меньший диаметр с сохранением постоянной длины рабочей дуги (боек, полирующий участок и угол продольного выпуска). С увеличением количества переточек и шлифовок уменьшается диаметр валков, а для сохранения постоянства длины рабочей дуги, определяющей качество труб по толщине стенки и производительность трубопрокатной установки, уменьшают угол холостого участка валков, что значительно снижает время, затрачиваемое на возврат подающего аппарата, и, как следствие, приводит к снижению частоты вращения валков, а следовательно, к снижению производительности трубопрокатной установки. С другой стороны, при калибровке пилигримовых валков с постоянной длиной дуги контакта валков с гильзой-трубой необходимо несколько комплектов подающих аппаратов с разной длиной пути отката и диаметром поршня. Замена подающих аппаратов приводит к потере рабочего времени. Валки после каждой переточки и шлифовки уменьшаются в диаметре на 10-15 мм и после 10-15 переточек бракуются или перетачиваются на меньший калибр для прокатки труб меньшего диаметра (Г. Видера, Г. Эверсберг, К. Хойслер. Усовершенствование технологии и устройства для метода горячего пильгерования. Доклад на симпозиуме. Москва. Октябрь. 1986 г.).

В трубной промышленности известен способ подготовки валков пилигримовых станов, включающий механическую обработку рабочей части изношенных или новых литых и кованых валков из стали 45 на вальцетокарных станках по программе или копиру под наплавку с перекрытием по 5-10° в сторону холостого участка от нулевой точки валков и от угла продольного выпуска, наплавку под слоем флюса на рабочую поверхность износостойкого жаростойкого слоя из стали СВ30Х25Н16Г7 с припуском под механическую обработку, механическую обработку валков по программе или копиру с постоянной рабочей дугой контакта валков с гильзой-трубой с чистотой поверхности R_z≤60 мкм. При этом наплавка и переточка валков производятся многократно (до выхода их из-за поломок по телу или шейкам). Стойкость валков и производительность трубопрокатных установок возросла при неизменном качестве труб по стенке.

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика эксплуатации валков пилигримовых станов показывает, что для улучшения условий захвата металла валками и течения металла на участке бойка от нулевой точки на одной второй его длины наплавляют специальные валики (авт. свид. СССР №246459. Валок пилигримового стана. Бюллетень ОИПОТЗ, №21, 1969 г. и О.А. Пляцковский, В.И. Девятисильный и др. Совершенствование калибровки валков пилигримовых станов. Металлург, №2, с. 27-29, 1969 г.).

Шлифованная поверхность бойков при повышенных подачах гильз в очаг деформации приводит к переполнению калибра за счет интенсивного течения металла в выпуска валков, а следовательно, к увеличению температуры на участках контакта (поверхность валка-гильза-труба), а это в свою очередь приводит к налипанию металла и интенсивному износу валков. На данном участке валка, равном от 0,80 до 0,85 длины бойка, для увеличения коэффициента трения между валком и металлом, и улучшения течения металла в продольном направлении необходимо снижать чистоту обработки поверхности валков до R_z≥80 мкм. Смещенный бойками валков объем металла попадает в зону полирующего участка, на котором формируется толщина стенки прокатываемого профиля (трубы) и качество наружной поверхности. Данный участок пилигримовых валков необходимо шлифовать до чистоты поверхности R_z≤20 мкм. Затем избыточный (нераскатанный) объем металла попадает в зону угла продольного выпуска, функция которого плавно раскатать (растянуть) бугры, образовавшиеся в полирующем участке от повышенных подач. В этой зоне валков в работе участвуют только те участки, в которые попадает избыточный объем металла, т.е. не раскатанные в полирующем участке бугры от повышенных подач. Первая часть угла продольного выпуска участвует в формировании толщины стенки и качественной поверхности трубы, а затем по мере уменьшения катающего радиуса начинает плавное отделение валков от поверхности трубы.

Наиболее близким техническим решением является способ подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб, включающий механическую обработку рабочей части валков после наплавки с 0,25-0,30 длины бойка, от нулевой точки до конца угла продольного выпуска, и шлифовку - полирующего и 0,20-0,25 длины угла продольного выпуска, прилегающего к полирующему участку п РФ №2246364, кл. В21В 28/02, В21В 21/00, 27.07.2004, бюл. №5).

Однако, известный способ - прототип имеет следующие недостатки. Прокатка труб ответственного назначения в валках с чистотой поверхности R_z≤60 мкм на полирующем участке и части угла продольного выпуска, особенно при прокатке первых партий, приводит к повышенной шероховатости наружной поверхности труб, которая портит их товарный вид. Использование данных труб для изготовления отводов приводит к образованию на внешней - растягивающей - стороне микротрещин и разрывов в виде щетины, для удаления которой требуется дополнительная шлифовка, что в некоторых случаях приводит к выпадам толщины стенки за пределы минусового поля допуска, т.е. к браку.

Задачей предложенного способа подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб является улучшение условий захвата металла бойками валков, а следовательно, более равномерного заполнения калибра металлом, более равномерной раскатки его в полирующем участке и на участке угла продольного выпуска (при повышенных подачах), исключение рябизны на наружной поверхности, особенно при прокатке первых труб после шлифовки валков, а следовательно, улучшение геометрических размеров по толщине стенки, товарного вида и качества наружной поверхности труб, повышение стойкости валков пилигримовых станов за счет снижения износа и сетки разгарных трещин.

Технический результат достигается тем, что в известном способе подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб, включающем механическую обработку под наплавку черновых валков, имеющих боек, полирующий участок и угол продольного выпуска, на вальцетокарных станках по программе или копиру с перекрытием по 5-10° в сторону холостого участка от нулевой точки валка или от угла продольного выпуска, наплавку на рабочую поверхность под слоем флюса износостойкого жаростойкого слоя из стали СВ30Х30Н16Г7 с припуском под механическую обработку, отличающийся тем, что механическую обработку рабочей части валков после наплавки производят с чистотой поверхности Rz≥80 мкм, затем осуществляют шлифовку с чистотой поверхности Rz≤20 мкм на участке бойка от 0,15 до 0,20 его длины, примыкающей к полирующему участку, полирующего и угла продольного выпуска.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб отличается от известного тем, что механическую обработку рабочей части валков после наплавки производят с чистотой поверхности Rz≥80 мкм, затем осуществляют шлифовку с чистотой поверхности Rz≤20 мкм на участке бойка от 0,15 до 0,20 его длины, примыкающей к полирующему участку, полирующего и угла продольного выпуска. Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Сравнение заявляемого способа, не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что соответствует патентоспособности "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ был реализован на ТПУ 8-16" с пилигримовым станом ОАО "ЧТПЗ" при изготовлении валков пилигримового стана с калибрами 383 и 432 мм для прокатки в них труб диаметром 377 и 426 мм. Для проведения эксперимента были взяты по две пары валков с диаметром бочек 1045 мм. Две пары валков с калибрами 383 и 432 мм были обточены под наплавку, наплавлены проволокой СВ30Х25Н16Г7 на наплавочной машине, обработаны (обточены) на вальцетокарных станках по существующим копирам с чистотой обработки R_z≤80 мкм, а затем прошлифованы до чистоты поверхности R_z≤20 мкм на участке бойка от 0,15 до 0,20 его длины, примыкающей к полирующему участку, полирующего и угла продольного выпуска, а затем после каждой установки валков в стан производили шлифовку рабочей части с последующей полировкой участка бойка, полирующего и угла продольного выпуска (предлагаемая технология).

Две пары валков были обточены на вальцетокарных станках под наплавку, а затем на данные валки на наплавочном станке был наплавлен износостойкий жаростойкий слой толщиной 12-13 мм с припуском под механическую обработку 6-7 мм. Валки после наплавки были обработаны по копиру на вальцетокарном станке с калибрами соответственно 383 и 432 мм с чистотой поверхности R_z≤60 мкм.

После изготовления по существующей технологии и предлагаемому способу каждая пара валков была проверена и принята. В процессе работы валки устанавливались в стан по 10-12 раз и эксплуатировались до 50-60% износа наплавленного слоя. В процессе прокатки производились замеры технологических параметров: количество ударов на затравку, время прокатки труб-плетей, их длина, количество прокатанных тонн труб при каждой установке валков в стан (от наплавки до наплавки) и определялось среднее время прокатки одного погонного метра труб (основной показатель работы валков и производительности пилигримовой установки). Данные по технологическим параметрам и качеству наружной поверхности при прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм из стали марки 20 по ГОСТ 8732 и труб размером 426×32 мм из стали марки 12Х1МФ по ТУ 14-3Р-55-2001 по существующему и предлагаемому способам подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб приведены в таблице. Из таблицы видно, что при подготовке валков пилигримового стана к прокатке горячекатаных труб по предлагаемому способу стойкость валков возросла на 280-320 тонн труб (6,95-8,95)%, количество ударов на затравку снизилось на 7,2-12,5%, а основной показатель производительности пилигримовой установки (время прокатки одного погонного метра трубы) снизилось на 2,2-2,3%. Поверхность отводов с наружных и внутренних сторон, изготовленных из котельных труб стали марки 12Х1МФ размером 426×32 мм, прокатанных в валках, подготовленных по предлагаемому способу, имела чистую поверхность, а отводы изготовленные из труб, прокатанных в валках подготовленных по существующему способу, требовали ремонта по удалению отслоений металла с наружной стороны в виде ерша.

Таким образом, использование предлагаемого способа подготовки валков пилигримовых станов к прокатке горячекатаных труб размером 377×9-10 и 426×9-10 мм позволит повысить стойкость валков на 6,95-8,95%, снизить количество ударов на затравку за счет улучшения захвата и течения металла на 7,2-12,5%, снизить время прокатки одного погонного метра труб, основной показатель калибровок валков пилигримовых станов, на 2,2-2,3%, значительно улучшить качество наружной поверхности труб и снизить их стоимость. Повышение чистоты наружной поверхности котельных труб до R_z≤0 мкм позволит производить отводы, не требующие шлифовки, для удаления отслоений с наружной (растягивающей) стороны отводов.