RU2009215C1 - Method for production of shells operating under internal pressure - Google Patents
Method for production of shells operating under internal pressure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2009215C1 RU2009215C1 SU5009679A RU2009215C1 RU 2009215 C1 RU2009215 C1 RU 2009215C1 SU 5009679 A SU5009679 A SU 5009679A RU 2009215 C1 RU2009215 C1 RU 2009215C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shells
- tempering
- strength
- internal pressure
- under internal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении оболочек, работающих под внутренним давлением, методом ротационной вытяжки. The invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in the manufacture of shells operating under internal pressure by rotational drawing.
В современном машиностроении известны традиционные способы повышения прочностных свойств металла сочетанием методов термической обработки и холодной пластической деформации. In modern engineering, traditional methods of increasing the strength properties of a metal are known by a combination of heat treatment methods and cold plastic deformation.
Известные способы применяются в производстве труб и не позволяют получать конструктивную прочность оболочек, работающих под внутренним давлением, на уровне, близком к максимальному ресурсу прочности конструкционных сталей, не обеспечивают возможность регулирования конструктивной прочности оболочек. Known methods are used in the production of pipes and do not allow to obtain the structural strength of the shells operating under internal pressure at a level close to the maximum resource of strength of structural steels, do not provide the ability to control the structural strength of the shells.
Известен способ изготовления гидроцилиндров из легированной конструкционной стали обкатыванием, включающий резку заготовок на мерные длины, термическую обработку (закалку с последующим отпуском при 570оС, механическую обработку, холодную пластическую деформацию обкатыванием в несколько операций с последующим полигонизационным отжигом при 570оС).A method for manufacturing cylinders of alloyed structural steel burnishing comprising cutting blanks to length, heat treatment (quenching followed by tempering at 570 ° C, machining, cold plastic deformation in several burnishing operations poligonizatsionnym followed by annealing at 570 ° C).
Недостаток указанного способа состоит в том, что закалка с отпуском при 570оС, последующая холодная пластическая деформация со степенями деформации 20. . . 65% не обеспечивают возможность получения максимальной конструктивной прочности и снижения металлоемкости оболочек, работающих под внутренним давлением. Это обусловлено тем, что выполняя после закалки отпуск при 570оС, получают структуру сорбита отпуска, которая из всех возможных структурных составляющих в стали обеспечивает наименьшее упрочнение в процессе последующей холодной пластической деформации. Кроме того, полигонизационный отжиг при температуре 570оС, выполняемый после холодной пластической деформации, также приводит к разупрочнению стали, которое происходит вследствие снижения плотности дислокаций и запасенной энергии с образованием и ростом малоугловых дислокационных субзерен.The disadvantage of this method is that quenching and tempering at 570 ° C, followed by cold plastic deformation with a deformation degree 20.. . 65% do not provide the ability to obtain maximum structural strength and reduce the metal consumption of shells operating under internal pressure. This is due to the fact that after hardening performing tempering at 570 ° C, tempering sorbitol obtained structure, which of all possible structural components in the steel provides the least during subsequent hardening of cold plastic deformation. Furthermore, poligonizatsionny annealing at a temperature of 570 ° C, performed after cold plastic deformation, also leads to a softening of steel, which is due to the reduction of dislocation density and the stored energy from the formation and growth of small-angle dislocation subgrain.
Целью изобретения является повышение конструктивной прочности оболочек из конструкционной стали, работающих под внутренним давлением, на 20-35% при одновременном снижении расхода металла. The aim of the invention is to increase the structural strength of the shells of structural steel, operating under internal pressure, by 20-35% while reducing metal consumption.
Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления оболочек, работающих под внутренним давлением, включающем операции: резку трубных заготовок, закалку с последующим отпуском, механическую обработку и холодную пластическую деформацию в несколько проходов, закалку с отпуском выполняют перед последней формообразующей операцией, отпуск проводят в интервале температур 350-500оС, а холодную пластическую деформацию осуществляют методом ротационной вытяжки со степенью деформации 30-60% , после чего выполняют низкотемпературный отжиг при 280-450оС.This goal is achieved by the fact that in the method of manufacturing shells operating under internal pressure, which includes operations: cutting pipe billets, hardening followed by tempering, machining and cold plastic deformation in several passes, tempering with tempering is performed before the last forming operation, tempering is carried out in the temperature range 350-500 C, and the cold plastic deformation is performed by rotating the hood with the strain of 30-60%, after which perform low-temperature otzhi at 280-450 ° C
Известно, что упрочнение стали происходит вследствие торможения движения дислокаций через кристаллы и их границы и выражается в том, что для продолжения деформации требуется приложение все больших усилий. С физической точки зрения деформационное упрочнение является результатом сложных физико-химических процессов: возникновение в процессе деформации различного ряда препятствий движению дислокаций, обуславливающих скопление внутри зерна дислокаций и сопутствующих им напряжений третьего рода, искривление плоскостей скольжения, дробление на блоки частей кристалла, заключенных между плоскостями скольжения и повороты этих блоков. Кроме того, по обеим сторонам плоскости скольжения образуется прослойка с сильно искаженной упаковкой атомов. Происходит повышение энергетического уровня системы и накопление потенциальной энергии. It is known that hardening of steel occurs as a result of the inhibition of the motion of dislocations through crystals and their boundaries and is expressed in that more and more efforts are required to continue the deformation. From a physical point of view, strain hardening is the result of complex physicochemical processes: the occurrence during the deformation of a number of obstacles to the movement of dislocations, causing accumulation of dislocations inside the grain and the accompanying stresses of the third kind, curvature of slip planes, crushing into blocks of crystal parts enclosed between slip planes and the turns of these blocks. In addition, an interlayer with strongly distorted packing of atoms forms on both sides of the slip plane. There is an increase in the energy level of the system and the accumulation of potential energy.
Протекание пластической деформации в конструкционных сталях имеет некоторые особенности: передача деформации от зерна к зерну связана с образованием концентраторов напряжений, пластическая деформация в основном начинается возле границ зерен и на первых ее этапах локализуется в сравнительно узкой зоне, прилегающей к границе, при измельчении зерна возрастает плотность дислокаций, участвующих в пластической деформации на первых ее стадиях, образование сегрегаций примесных атомов на границах зерен, существенно влияет на величину зернограничного упрочнения. Наличие границ зерен, играющих барьерную роль на пути движущихся дислокаций, повышает предел текучести и напряжения течения при значительных степенях деформации. Экспериментально установлено, что интенсивность накалена тем выше, чем мягче сталь, незакаленные стали могут упрочняться в результате наклепа на 100 и более % , закаленные на 10-15% . Наибольшее повышение прочности наблюдается в сталях со структурой аустенита, феррита и мартенсита. Сильного влияния размера зерна на микроструктуру деформации не обнаружено, однако скорость изменений при низких и средних степенях деформаций в мелкодисперсном материале выше, чем в крупнозернистом, а поперечное скольжение протекает более интенсивно в зернах малого размера. Убывание влияния размера зерна при больших деформациях можно объяснить фрагментацией зерен, которая совместно со сплющиванием зерен увеличивает площадь высокоугловых границ и поэтому уменьшают влияние исходного размера зерна. The occurrence of plastic deformation in structural steels has some features: the transfer of strain from grain to grain is associated with the formation of stress concentrators, plastic deformation mainly begins near grain boundaries and, at its first stages, is localized in a relatively narrow zone adjacent to the boundary, the density increases when grinding grain of dislocations participating in plastic deformation at its first stages, the formation of segregations of impurity atoms at grain boundaries, significantly affects the grain size ranichnogo hardening. The presence of grain boundaries, which play a barrier role in the path of moving dislocations, increases the yield strength and flow stress at significant degrees of deformation. It was experimentally established that the intensity is higher, the softer the steel, unhardened steels can be hardened as a result of hardening by 100% or more, hardened by 10-15%. The greatest increase in strength is observed in steels with the structure of austenite, ferrite and martensite. No significant effect of grain size on the deformation microstructure was found, however, the rate of change at low and medium degrees of deformation in finely dispersed material is higher than in coarse-grained material, and transverse sliding occurs more intensively in small grains. The decrease in the effect of grain size at large strains can be explained by grain fragmentation, which, together with the flattening of grains, increases the area of high-angle boundaries and therefore reduces the effect of the initial grain size.
На основании изложенного можно сделать вывод о том, что структура стали для получения максимального деформационного упрочнения должна быть возможно более дисперсной и содержать некогерентные частицы, обеспечивающие эффективное торможение дислокаций, для конструкционных сталей это могут быть частицы феррита и карбидов зернистого строения. Таким требованиям удовлетворяет структура троостита отпуска - высокодисперсная феррито - цементитная смесь. Формируется данная структура в результате закалки и отпуска заготовок оболочек, причем закалка конструкционных сталей выполняется от известных температур, а отпуск в интервале температур 350-500оС, когда заканчивается выделение углерода из мартенсита, частицы цементита полностью некогерентны и уменьшаются микронапряжения 1 и 2 рода. Диапазон температур отпуска выбран с учетом степени легирования конструкционной стали и связанным с этим процессом образования трооститной структуры максимальной дисперсности. Все описанные превращения происходят внутри мартенситных пластин, поэтому частицы феррита и цементита имеют максимальную дисперсность. Предложенное структурное состояние стали оптимально с точки зрения технологичности: позволяет использовать высокие степени деформации - за одну операцию до 60% и обеспечивает повышение прочности на 20-35% . Важным свойством деформационного упрочнения является то, что после окончания деформации и снятия нагрузки искажения кристаллической решетки не снимаются путем обратного скольжения. Они удерживаются благодаря образованию особого рода блокировки, которая сохраняется пока температура не будет повышена до значения, при котором достаточно активизируются процессы диффузии. Экспериментальным путем установлено, что этот диапазон температур находится в пределах 280-450оС, т. е. выше интервала температур деформационного старения и ниже температурного интервала полигонизации. В этом диапазоне температур сталь приближается к состоянию равновесия путем реакции между точечными дефектами и их аннигиляции, аннигиляции дислокаций разных знаков и исчезновения дислокационных петель. С металлофизической точки зрения это выражается в снижении уровня внутренних напряжений без заметных структурных изменений и снижения прочностных характеристик.Based on the foregoing, it can be concluded that the steel structure to obtain maximum strain hardening should be as dispersed as possible and contain incoherent particles that provide effective braking of dislocations; for structural steels, these may be particles of granite and ferrite carbides. The structure of tempering troostite - a highly dispersed ferrito - cementite mixture - satisfies these requirements. This structure is formed by quenching and tempering workpieces membranes, structural steels and hardening is performed from the known temperatures, and accommodation in the temperature range 350-500 C, when the carbon selection ends of martensite, cementite particles are completely incoherent and decrease
Таким образом, после обработки по предлагаемому способу конструкционная сталь будет иметь устойчивое энергетическое и структурное состояние, при уровне прочности близком к предельному. Этим обеспечиваются высокие технические характеристики оболочек при длительной эксплуатации. Thus, after processing by the proposed method, structural steel will have a stable energy and structural state, with a strength level close to the ultimate. This ensures high technical characteristics of the shells during long-term operation.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что предлагаемый способ является новым и имеет существенные отличия от известных ранее способов. Based on the foregoing, we can conclude that the proposed method is new and has significant differences from previously known methods.
П р и м е р. Изготовление оболочки, работающей под внутренним давлением, из стали 20ХН4ФА с внутренним диаметром 199 мм. В качестве исходной заготовки приняты горячедеформированные трубы размером 219х12 мм, которая разрезается на мерные заготовки. Затем заготовки обтачивают до диаметра 217-0,3 мм и растачивают по внутреннему диаметру до 199+0,3 мм, после чего их подвергают холодной пластической деформации методом ротационной вытяжки до толщины стенки 5 мм. Далее выполняют закалку от температуры 850оС с охлаждением в воду и отпуск при 430оС в течение 2 ч с охлаждением в масло. После этого осуществляют последнюю ротационную вытяжку на толщину стенки 2,5 мм со степенью деформации 50% и заканчивают обработку проведением низкотемпературного отжига при 300оС в течение 2 ч.PRI me R. Production of a shell working under internal pressure from steel 20KHN4FA with an inner diameter of 199 mm. Hot-deformed pipes with a size of 219x12 mm, which is cut into measured billets, are taken as the initial billet. Then the workpieces are machined to a diameter of 217-0.3 mm and bored along the inner diameter to 199 + 0.3 mm, after which they are subjected to cold plastic deformation by rotational drawing to a wall thickness of 5 mm. Further quenching is performed from a temperature of 850 ° C with cooling in water and tempering at 430 ° C for 2 hours with cooling in oil. Thereafter, the last rotary extractor at a wall thickness of 2.5 mm at a deformation of 50% and a finish processing carrying out low-temperature annealing at 300 C for 2 hours.
В результате такой обработки прочность заготовок повышается с σв= 1157 МПа σт= 1098 МПа до σв= 1540 МПа σт= 1481 МПа, при этом сохраняется высокий уровень пластичности δ 5>7% , КСU>35 Дж/см2. Прирост прочности в результате обработки составляет 33% .As a result of such processing workpieces strength increases with σ in = 1157 MPa σ t = 1098 MPa and σ in = 1540 MPa σ t = 1481 MPa, while maintaining high ductility level δ 5> 7% KSU> 35 J / cm2. The increase in strength as a result of processing is 33%.
Отдельные результаты исследований по стали 20ХН4ФА представлены в таблице. Separate research results on steel 20XH4FA are presented in the table.
Повышение прочности материала заготовок позволило без снижения конструктивной прочности уменьшить толщину стенок оболочки с 3,1 мм до 2,5 в результате чего масса оболочки снизилась на 23% (с 34,9 кг до 26,8 кг). Одновременно повысилась геометрическая точность - биение заготовки уменьшено с 3,5 до 1,5 мм, овальность с 5,0 мм до 2,0 мм. An increase in the strength of the workpiece material made it possible to reduce the wall thickness of the shell from 3.1 mm to 2.5 without reducing the structural strength, as a result of which the mass of the shell decreased by 23% (from 34.9 kg to 26.8 kg). At the same time, geometric accuracy increased - the runout of the workpiece was reduced from 3.5 to 1.5 mm, the ovality from 5.0 mm to 2.0 mm.
На основании предлагаемого способа обработки разработан технологический процесс изготовления оболочек из конструкционных сталей. Согласно разработанному технологическому процессу изготовлена опытная партия оболочек из сталей 20ХН4ФА, 30ХМА, 40Х. В процессе отработки нового технологического процесса установлено, что конструктивная прочность оболочек возрастает в среднем на 20-35% , при хорошем уровне пластичности (удлинение не менее 7% ). При этом уровень остаточных внутренних напряжений не превышает 10-20% от временного сопротивления материала оболочки, а анизотропия механических свойств вдоль и поперек оси оболочки не превышает 3-5% . В процессе изготовления оболочек опытной партии выявлена возможность замены высокопрочной стали 28Х3СНМВФА более дешевыми 20ХН4ФА, 30ХМА, которые обеспечивают после обработки по новому способу такие же прочностные характеристики. При этом экономится до 800 руб на 1 тонну труб. Или, изготавливая оболочки из тех же марок стали, но с меньшей толщиной стенки за счет повышения прочности, уменьшить вес оболочек на 10-20% . При этом экономия составляет 200-300 руб на 1 тонну труб. Based on the proposed processing method, a technological process has been developed for the manufacture of shells from structural steels. According to the developed technological process, an experimental batch of shells was made of steel 20XH4FA, 30XMA, 40X. In the process of testing a new technological process, it was found that the structural strength of the shells increases on average by 20-35%, with a good level of ductility (elongation of at least 7%). The level of residual internal stresses does not exceed 10-20% of the temporary resistance of the shell material, and the anisotropy of the mechanical properties along and across the axis of the shell does not exceed 3-5%. In the process of manufacturing the shells of the experimental batch, the possibility of replacing high-strength steel 28Kh3SNMVFA with cheaper 20KHN4FA, 30KhMA, which provide the same strength characteristics after processing in a new way, was revealed. This saves up to 800 rubles per 1 ton of pipes. Or, making shells from the same steel grades, but with a smaller wall thickness due to increased strength, reduce the weight of the shells by 10-20%. In this case, the savings is 200-300 rubles per 1 ton of pipes.
Использование предлагаемого способа изготовления оболочек из конструкционных сталей, работающих под внутренним давлением, по сравнению с известными способами обеспечивает следующие преимущества:
возможность максимального использования ресурса прочности конструкционных сталей без снижения эксплуатационных характеристик оболочек;
возможность уменьшения толщины стенки оболочек и снижения металлоемкости оболочек без потери конструктивной прочности;
возможность использования более дешевых марок конструкционных сталей взамен высоколегированных;
возможность повысить геометрическую точность изготовления оболочек;
возможность регулирования конструктивной прочности. (56) Кузнечно-штамповочное производство, N 12, 1990.Using the proposed method for the manufacture of shells of structural steels operating under internal pressure, in comparison with known methods provides the following advantages:
the possibility of maximum use of the resource of strength of structural steels without reducing the operational characteristics of the shells;
the ability to reduce the wall thickness of the shells and reduce the metal consumption of the shells without loss of structural strength;
the possibility of using cheaper grades of structural steels instead of high alloy;
the ability to increase the geometric accuracy of the manufacture of shells;
the ability to control structural strength. (56) Forging and stamping, N 12, 1990.
Авторское свидетельство N 1573037/02, кл. С 21 D 9/08, 1988. Copyright certificate N 1573037/02, cl. C 21 D 9/08, 1988.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5009679 RU2009215C1 (en) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | Method for production of shells operating under internal pressure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5009679 RU2009215C1 (en) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | Method for production of shells operating under internal pressure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009215C1 true RU2009215C1 (en) | 1994-03-15 |
Family
ID=21589049
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5009679 RU2009215C1 (en) | 1991-08-19 | 1991-08-19 | Method for production of shells operating under internal pressure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2009215C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464325C1 (en) * | 2011-03-22 | 2012-10-20 | ОАО "Первоуральский новотрубный завод" | Cold deformed pipe manufacturing method |
RU2700230C1 (en) * | 2019-01-15 | 2019-09-13 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" | Method of manufacturing of axisymmetric welded housing of high pressure vessel |
RU2710311C1 (en) * | 2019-09-10 | 2019-12-25 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" имени А.Н. Ганичева" | Method of making thin-wall shells from alloyed steels |
-
1991
- 1991-08-19 RU SU5009679 patent/RU2009215C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2464325C1 (en) * | 2011-03-22 | 2012-10-20 | ОАО "Первоуральский новотрубный завод" | Cold deformed pipe manufacturing method |
RU2700230C1 (en) * | 2019-01-15 | 2019-09-13 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" | Method of manufacturing of axisymmetric welded housing of high pressure vessel |
RU2710311C1 (en) * | 2019-09-10 | 2019-12-25 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "СПЛАВ" имени А.Н. Ганичева" | Method of making thin-wall shells from alloyed steels |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0842715B1 (en) | Seamless steel pipe manufacturing method and equipment | |
SU1342426A3 (en) | Method of manufacturing pipes for producing oil and gas | |
US5938865A (en) | Process for producing high-strength seamless steel pipe having excellent sulfide stress cracking resistance | |
GB1562104A (en) | Production of seamless steel pipe | |
CA2502114C (en) | Cold-worked steels with packet-lath martensite/austenite microstructure | |
JP5476598B2 (en) | Manufacturing method of seamless steel pipe for high strength hollow spring | |
CN114015847A (en) | Method for producing 45 steel for direct cutting by controlled rolling and controlled cooling process | |
RU2009215C1 (en) | Method for production of shells operating under internal pressure | |
JPH0270884A (en) | Manufacture of stress crack corrosion stable tubular body, drill collar particularly composed of austenite steel and capable of being non-magnetized and billet manufactured according to said method | |
JP2006342377A (en) | Method for quenching large-sized die | |
NO177503B (en) | Bainitic paint body | |
JPH06172858A (en) | Production of seamless steel tube excellent in scc resistance and having high strength and high toughness | |
JP2009280869A (en) | Method for producing steel product | |
JPH06145793A (en) | Method for preventing decarburization of seamless steel tube | |
JPS6314816A (en) | Production of work roll for cold rolling mill | |
JP2756533B2 (en) | Manufacturing method of high strength, high toughness steel bars | |
SU850698A1 (en) | Method of spheroidizing treatment of steel | |
RU2262998C1 (en) | Method for making mandrel for pilger rolling of tubes | |
RU2110600C1 (en) | Method for producing articles from zirconium alloys | |
JP2004169178A (en) | Method for manufacturing member formed of hardened steel, in particular, member formed of rolling bearing steel | |
RU2238810C2 (en) | Method for manufacture and operation of pilger mill mandrels from steel for producing of hot rolled pipes of large and average diameter | |
JPS58144420A (en) | Method of making large-sized austenitic stainless forged steel | |
RU2119961C1 (en) | Method of manufacturing railway tires from continuously cast preforms | |
Canale et al. | Problems associated with heat treating | |
RU2262401C1 (en) | Hot rolled tube production process |