Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТОЛСТОЛИСТОВОГО ШТРИПСА ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБ НА РЕВЕРСИВНОМ СТАНЕ

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к технологии и оборудованию листовой прокатки на реверсивном толстолистовом стане.

Известен способ производства толстолистового штрипса на реверсивном стане. Способ включает реверсивную прокатку заготовки до получения штрипса заданных размеров и прямоугольной конфигурации, охлаждение и резку на размер готовой продукции (Ю.В. Коновалов, К.Н. Савранский, А.П. Парамошин, В.Я. Тишков. Рациональные режимы прокатки толстых листов. К.: Тэхника, 1988, с.7-17).

При производстве штрипса в рамках этого технического решения размеры концевой обрези определяют исходя из конфигурации листа в плане, определяемой режимом деформации. Иначе говоря, при прокатке прямоугольного листа обрезь минимальна, а при отклонении от прямолинейной конфигурации концов листа длина обрези увеличивается. Однако в данном способе не учитывается, что помимо конфигурации концов проката величина обрези зависит также от необходимости отбора проб от концов прокатанного листа для проведения последующих механических испытаний. При этом механические свойства металла каждой пробы должны соответствовать свойствам металла готового листа, поставляемого Заказчику.

Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемым результатам к предлагаемому изобретению является способ производства толстолистового проката для магистральных труб на реверсивном стане, включающий нагрев непрерывнолитой заготовки, ее реверсивную прокатку до получения заданных размеров штрипса, охлаждение и резку на размер готовой продукции, предусматривающую удаление концевой технологической обрези и последующий отбор проб для механических испытаний от материала листа (А.И. Рудской, В.А. Лунев. Теория и технология прокатного производства. СПб.: Наука, 2008, с.392-402). Как и в указанном ранее способе, длину концевой технологической обрези устанавливают исходя из конфигурации проката без учета неравномерности охлаждения по длине листа. В то же время, широкий, относительно тонкий и длинный прямоугольный лист после прокатки охлаждается неравномерно - его концы (особенно в угловых зонах) остывают гораздо быстрее, чем центральная зона, что приводит к их захолаживанию. Различная скорость охлаждения по зонам листа приводит к формированию различных механических свойств в этих зонах. Поэтому, чтобы свойства металла пробы соответствовали свойствам основного металла листа, место отбора пробы не должно попадать в захоложенную зону на его концах. Для этого длина концевой технологической обрези должна соответствовать длине захоложенной зоны на концах листа. Такой подход обеспечивает отсутствие погрешности при определении фактических механических свойств листа и повышение стабильности показателей качества металлопродукции. Однако в рамках данного способа не установлена методика расчета длины захоложенного конца листа, соответствующего концевой технологической обрези, и для каждого типоразмера штрипса ее величину определяют опытным путем. При этом действуют методом «проб и ошибок», что приводит к увеличению суммарного расходного коэффициента, поскольку на отладочную порезку для определения допустимой длины обрези, как правило, уходит 1-2 листа в партии. Очевидно, что длину односторонней концевой технологической обрези листа следует устанавливать в зависимости от его толщины и габаритов, что не учитывается в данном способе.

Таким образом, необходимость освоения производства новых видов высокопрочного штрипса для магистральных труб из низкоуглеродистых сталей обуславливает целесообразность разработки технического решения, обеспечивающего соответствие свойств металла в отбираемых от концов обрезанного листа пробах, предназначенных для изготовления аттестационных образцов, свойствам металла собственно штрипса. Это подтверждает актуальность разработки способа производства толстолистового штрипса для магистральных труб на реверсивном стане, обеспечивающего стабильно высокое качество продукции за счет оптимизации длины концевой обрези.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении стабильности механических свойств толстолистового штрипса для магистральных труб при гарантированном соответствии результатов механических испытаний свойствам произведенного листа за счет оптимизации величины обрезаемых концов листа.

Техническим результатом данного изобретения является оптимизация длины концевой технологической обрези толстолистового штрипса для магистральных труб и снижение производственных расходов.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе производства толстолистового штрипса для магистральных труб на реверсивном стане, включающем нагрев непрерывнолитой заготовки, ее реверсивную прокатку до получения заданных размеров листа, охлаждение и резку на размер готовой продукции, предусматривающую удаление концевой технологической обрези и последующий отбор проб для механических испытаний от материала листа, в соответствии с изобретением, длину односторонней концевой технологической обрези устанавливают в зависимости от толщины и ширины этого листа, исходя из следующего соотношения:

Δ=(A₁×h²-A₂×h+A₃)×(A₄/S)^1/2±200 мм,

где Δ - длина концевой технологической обрези с одной стороны листа, мм;

h - толщина листа, мм;

S - ширина листа, мм.

A₁=1,024 мм^-1; А₂=70,918; А₃=1909,3 мм; А₄=3500 мм - эмпирические коэффициенты для толстолистового штрипса, определенные опытным путем.

Сущность изобретения состоит в следующем. С увеличением толщины листа длина захоложенной концевой зоны будет уменьшаться и наоборот. Чем тоньше лист, тем быстрее остывают его концы и тем больше длина односторонней обрези (захоложенной зоны). В то же время, длина захоложенной концевой зоны зависит и от ширины листа. С увеличением ширины листа ее длина уменьшается и наоборот.В количественном виде эти зависимости реализованы в виде полученного эмпирическим путем соотношения: Δ=(A₁×h²-A₂×h+A₃)×(A₄/S)^1/2±200 мм.

Его использование позволяет рассчитать оптимальную величину концевой обрези. Осуществляя порезку прокатанного листа в соответствии с результатами расчета, в обрезь отправляют именно захоложенный участок с нестабильными свойствами, но не затрагивают основную, незахоложенную часть листа, от которой в дальнейшем отбирают пробы для проведения механических испытаний. Иначе говоря, дальнейшее уменьшение длины обрези может приводить к отбору проб из захоложенной зоны и, соответственно, к нестабильному уровню механических свойств на испытанных образцах. В то же время дальнейшее увеличение длины обрези сопровождается повышением расходного коэффициента, что неблагоприятно сказывается на экономических показателях работы стана. Такой подход позволяет избежать излишнего расхода металла на отладочную порезку при определении допустимой длины обрези для каждой сортаментной позиции, позволяя сохранить стабильное качество толстолистового штрипса. Кроме того, достигается снижение производственных расходов за счет устранения операции отладочной порезки для определения допустимой длины обрези.

Применение способа поясняется примером его реализации при производстве штрипса размером 38×2800×11500 мм (после резки в меру), категории прочности К60. Использование приведенного соотношения для расчета величины односторонней концевой обрези показывает, что ее длина составляет:

Δ=(A₁×h²-A₂×h+A₃)×(A₄/S)^1/2±200 мм = (1,024 мм^-1 × 38 мм × 38 мм - 70,918 × 38 мм + 1909,3 мм)*(3500 мм/2800 мм)^l/2±200 мм = 773±200 мм. Для данного сортамента устанавливают длину односторонней концевой обрези 900 мм, соответствующую расчетному диапазону. Испытания, проведенные на пробах, отобранных от листа после обрезки захоложенных концов, показывают стабильный уровень механических свойств, полностью соответствующий требованиям, предъявляемым к штрипсу категории прочности К60. В то же время испытания, проведенные на образцах, специально отобранных от обрези, характеризуются значительной нестабильностью. Это подтверждает правильность выбора длины обрезаемых концов листа в соответствии с приведенным соотношением.

Таким образом, применение предложенного способа производства толстолистового штрипса для магистральных труб на реверсивном стане обеспечивает достижение требуемого результата - оптимизацию длины концевой технологической обрези и снижение производственных расходов за счет устранения операции отладочной порезки листов для определения допустимой длины обрези.

Оптимальные параметры реализации способа были определены эмпирическим путем. Экспериментально установлено, что в случае выхода длины обрези за нижние границы расчетного диапазона возникает нестабильность механических свойств в металле листа, что приводит к увеличению отсортировки. В то же время в случае превышения верхней границы расчетного диапазона, определяемого приведенным соотношением, происходит неоправданное увеличение длины концевой обрези, что приводит к повышению расходного коэффициента. Таким образом, выход за границы расчетного диапазона длины односторонней концевой технологической обрези может сопровождаться снижением экономической эффективности производства.

Как следует из приведенного анализа, при реализации предложенного технического решения достигается требуемое качество штрипсового проката для магистральных труб за счет более рационального выбора длины концевой технологической обрези при прокатке на толстолистовом реверсивном стане. Однако, в случае выхода ее длины за установленные для этого способа границы, не всегда удается обеспечить соответствие полученных штрипсов действующим требованиям по стабильности механических свойств. Таким образом, полученные данные подтверждают правильность рекомендаций по выбору допустимых значений технологических параметров предложенного способа производства низколегированного штрипса для магистральных труб.

Технико-экономические преимущества предложенного способа заключаются в том, что при горячей прокатке толстолистового штрипса на реверсивном стане длину концевой обрези устанавливают в зависимости от толщины и габаритов листа с учетом неравномерного характера его охлаждения. Такой подход позволяет обеспечить соответствие механических свойств образцов, изготовленных из проб, отобранных от аттестуемого листа, свойствам самого листа. При этом удается избежать неоправданного расхода металла на отладочную порезку листов для определения допустимой длины обрези, при стабильном качестве продукции. Использование предложенного способа при производстве толстолистового штрипса для магистральных труб на реверсивном стане позволяет снизить расходный коэффициент на данном сортаменте.