RU2068450C1

RU2068450C1 - Thermomechanical treatment method for producing rolled pipes

Info

Publication number: RU2068450C1
Application number: RU93027675A
Authority: RU
Inventors: Владимир Антонович Усов; Юрий Владимирович Бодров; Николай Филиппович Рыбинский; Юрий Александрович Поповцев; Леонид Григорьевич Марченко; Сергей Александрович Шерстнев; Евгений Иванович Кучеров; Эльза Родионовна Афанасьева; Светлана Юльевна Жукова; Антонина Андреевна Кривошеева; Людмила Дмитриевна Колмогорцева
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Синарский трубный завод"
Priority date: 1993-05-11
Filing date: 1993-05-11
Publication date: 1996-10-27

Abstract

FIELD: production of rolled products. SUBSTANCE: method involves heating and stitching billet into sleeve; rolling billet in continuous mill; stabilizing coarse pipe temperature; reducing and quenching ready pipe with cooling jets, with part of perimeter of front and rear end surfaces being deformed inward of coarse pipe. In the process of quenching, cooler jets are oriented in direction opposed to that of pipe motion. EFFECT: improved quality of pipes by efficient thermal strengthening of pipes. 2 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при термоупрочнении труб в линиях станов горячей прокатки. The invention relates to rolling production and can be used for heat strengthening of pipes in the lines of hot rolling mills.

Одной из основных проблем при производстве термоупрочненных труб в линии трубопрокатного стана является обеспечение возможности повышения равномерности и стабильности охлаждения и, как следствие, повышение равномерности и стабильности прочностных свойств металла труб, являющихся одним из основных показателей их эксплуатационной надежности, а также снижение искривления труб, препятствующего их транспортировке в линии и требующего дополнительных затрат на его устранение. One of the main problems in the production of heat-strengthened pipes in the pipe mill line is the ability to increase the uniformity and stability of cooling and, as a result, increase the uniformity and stability of the strength properties of metal pipes, which are one of the main indicators of their operational reliability, as well as reduce pipe bending, which prevents their transportation in line and requiring additional costs for its elimination.

Попадание воды через свободные концы внутрь невращающейся трубы, выходящей из редукционного стана, снижает равномерность охлаждения труб по длине, периметру и увеличивает их поводку на холодильнике. The ingress of water through the free ends into a non-rotating pipe exiting the reduction mill reduces the uniformity of cooling the pipes along the length, perimeter and increases their leash in the refrigerator.

Известен способ изготовления тонкостенных сварных труб (см. авт. св. СССР N 487147, кл. С 21 D 9/08, опубл. БИ 1975, N 37), в котором производят закатку концевых участков внутрь трубы, что требует для предотвращения попадания воды внутрь трубы полной закатки и значительного времени 30-40 с, а это невозможно обеспечить в линиях высокопроизводительных трубопрокатных агрегатов и требует установки в линии сложного оборудования для закатки концов. Кроме того, прохождение утолщенного закатанного торцевого участка через редукционный стан создает известные трудности при его прохождении через валки редукционного стана. A known method of manufacturing thin-walled welded pipes (see ed. St. USSR N 487147, class C 21 D 9/08, publ. BI 1975, N 37), in which the end sections are rolled into the pipe, which requires water to prevent ingress inside the tube of full seaming and a considerable time of 30-40 s, and this cannot be ensured in the lines of high-performance tube rolling units and requires the installation of sophisticated equipment for rolling ends in the line. In addition, the passage of the thickened rolled end portion through the reduction mill creates certain difficulties when it passes through the rolls of the reduction mill.

Известен способ прокатки труб с термомеханической обработкой в линии прокатного стана (см. Хейфец Г.Н. и др. Конструкция и варианты размещения охлаждающих устройств для закалки труб в линиях редукционных и калибровочных станов, "Черная металлургия", бюллетень ин-та "Черметинформация", 1979, вып. 6, с.54 55), в котором для снижения попадания воды внутрь трубы, охлаждение осуществляют в потоке охладителя, имеющего внутреннюю полость за счет подачи воды с осевой и радиальной составляющими. Однако трудность получения в линии охлаждения соосной полости во всех спрейерах, необходимость поддержания стабильности параметров истечения осевой и радиальной составляющих во всех спрейерах, возможное засорение отверстий и подгиб переднего кольца трубы не позволяют избежать попадания воды внутрь трубы. A known method of rolling pipes with thermomechanical processing in the line of the rolling mill (see Kheifets GN and others. Design and placement of cooling devices for hardening pipes in the lines of reduction and calibration mills, "Ferrous metallurgy", bulletin of the Institute "Chermetinformation" , 1979, issue 6, p. 55 55), in which to reduce the ingress of water into the pipe, cooling is carried out in the flow of a cooler having an internal cavity by supplying water with axial and radial components. However, the difficulty of obtaining a coaxial cavity in the cooling line in all sprayers, the need to maintain the stability of the flow parameters of the axial and radial components in all sprayers, the possible clogging of the holes and the bending of the front pipe ring do not allow water to enter the pipe.

Известно техническое решение, предусматривающее термическое упрочнение труб в линиях прокатных станов (см. авт. св. СССР N 992601, кл. С 21 D 9/08, опубл. БИ, 1983, N 4), недостатком которого является попадание воды внутрь трубы. A technical solution is known for the thermal hardening of pipes in rolling mill lines (see ed. St. USSR N 992601, class C 21 D 9/08, publ. BI, 1983, N 4), the disadvantage of which is water entering the pipe.

Известен способ охлаждения труб (см. патент СССР N 1766981, кл. С 21 D 9/08, опубл. БИ, 1992, N 37) для снижения попадания воды внутрь трубы в линиях высокопроизводительных трубопрокатных агрегатов, где скорость перемещения трубы после редуцирования составляет 3-5 м/с, требующий установки сложной системы автоматического управления обсечкой, специальных клапанов-отсекателей. Кроме того, такой системе присуща инерционность. A known method of cooling pipes (see USSR patent N 1766981, class C 21 D 9/08, publ. BI, 1992, N 37) to reduce the ingress of water into the pipe in the lines of high-performance tube rolling units, where the speed of movement of the pipe after reduction is 3 -5 m / s, requiring the installation of a complex system of automatic control of the cutting, special shut-off valves. In addition, inertia is inherent in such a system.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления полых изделий (см. авт. св. СССР N 417496, кл. С 21 D 9/08, опубл. 1970), включающий нагрев, прошивку заготовки в гильзу, прокатку черновой трубы, закрытие торцевого участка и термомеханическую обработку. The closest technical solution is a method of manufacturing hollow products (see ed. St. USSR N 417496, class C 21 D 9/08, publ. 1970), including heating, piercing the workpiece into a sleeve, rolling a rough pipe, closing the end section and thermomechanical treatment.

Недостатком известного способа, выбранного за прототип, является то, что для уменьшения попадания воды внутрь трубы необходимо закрытие торцевых участков, требующее установки в линии прокатки специального мощного оборудования для заковки концов, дополнительного времени и получение торцевых участков, не препятствующих их нормальному прохождению через валки редукционного стана. The disadvantage of this method, chosen for the prototype, is that to reduce the ingress of water into the pipe, it is necessary to close the end sections, requiring the installation of special powerful equipment in the rolling line for forging ends, additional time and obtaining end sections that do not impede their normal passage through reduction rollers camp.

Техническая задача, решаемая предполагаемым изобретением, заключается в уменьшении попадания воды внутрь трубы в процессе закалки. The technical problem solved by the proposed invention is to reduce the ingress of water into the pipe during the hardening process.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе прокатки труб с ТМО, включающем нагрев, прошивку заготовки в гильзу, прокатку черновой трубы, закрытие торцевого участка, термомеханическую обработку, согласно предлагаемому техническому решению, перед термомеханической обработкой предварительно деформируют часть периметра по крайней мере переднего торцевого участка внутрь черновой трубы и затем осуществляют редуцирование с окончательным закрытием торцевого участка. Кроме того, охлаждение труб с закрытым передним торцевым участком осуществляют после редуцирования струями охладителя, направленными навстречу движению трубы. The problem is solved due to the fact that in the method of rolling pipes with TMT, including heating, piercing the workpiece into a sleeve, rolling the rough pipe, closing the end section, thermomechanical treatment, according to the proposed technical solution, before thermomechanical processing, the part of the perimeter of at least the front end section inside the rough pipe and then carry out the reduction with the final closure of the end section. In addition, the cooling of pipes with a closed front end section is carried out after reduction with cooler jets directed towards the movement of the pipe.

Такое деформирование внутрь черновой трубы части периметра переднего торцевого участка позволяет после редуцирования получить на готовой трубе (на выходе из редукционного стана) закрытый передний торцевой участок, препятствующий попаданию воды через него внутрь трубы в процессе закалки. Such deformation of the part of the perimeter of the front end section inside the draft tube allows, after reduction, to obtain a closed front end section on the finished pipe (at the outlet of the reduction mill), which prevents water from entering through the pipe into the pipe during quenching.

Это происходит за счет того, что, деформируя внутрь черновой трубы только часть периметра переднего торцевого участка (первичное уплотнение), получаем передний торцевой участок, конфигурация периметра которого образует на переднем участке черновой трубы ребра жесткости, позволяющие при деформации трубы в калибрах валков редукционного стана произвести смятие его с окончательным уплотнением переднего торцевого участка. Деформируя внутрь черновой трубы часть периметра при первичном уплотнении, изменяем площадь свободного просвета переднего торцевого участка черновой трубы, величина которого зависит от степени деформации трубы в редукционном стане, чем больше степень деформации в редукционном стане, тем при меньшем первичном уплотнении части периметра можно получить закрытый передний торцевой участок, препятствующий попаданию через него воды внутрь трубы в процессе закалки. This is due to the fact that, deforming only a part of the perimeter of the front end section (primary seal) inside the draft tube, we obtain the front end section, the perimeter configuration of which forms stiffening ribs on the front section of the draft pipe, which allow to produce crushing it with the final seal of the front end section. By deforming a part of the perimeter during initial compaction inside the roughing pipe, we change the free clearance area of the front end section of the roughing pipe, the value of which depends on the degree of pipe deformation in the reduction mill, the greater the degree of deformation in the reducing mill, the smaller the primary sealing of the perimeter part, you can get a closed end section, preventing water from entering through it into the pipe during the hardening process.

Закаливая трубу с первичным уплотнением только переднего торцевого участка после редуцирования струями охладителя, направленными навстречу трубе, экранируем задним торцом возможность попадания через него воды внутрь трубы. Quenching a pipe with a primary seal of only the front end section after reduction with cooler jets directed towards the pipe, we shield the rear end with the possibility of water entering through it into the pipe.

Предлагаемый способ прокатки труб с ТМО может быть проиллюстрирован на фиг.1, фиг.2 и фиг.3, где показаны различные схемы закрытия переднего торцевого участка черновой трубы, на которых а) торцевой участок черновой трубы, б) торцевой участок черновой трубы после деформации внутрь трубы части периметра (первичное уплотнение торца), в) торцевой участок готовой трубы на выходе из редукционного стана (вторичное окончательное уплотнение переднего торцевого участка). На фиг.1б. 2б и 3б деформирование внутрь черновой трубы части периметра переднего торцевого участка произведено с уменьшением его свободного просвета на 40, 70 и 95% соответственно. На фиг.1в, 2в и 3в при суммарных степенях деформации в редукционном стане 2,0; 1,5; 1,2 соответственно. The proposed method of rolling pipes with TMT can be illustrated in figure 1, figure 2 and figure 3, which shows various schemes for closing the front end section of the rough pipe, in which a) the end section of the rough pipe, b) the end section of the rough pipe after deformation inside the pipe of the perimeter part (primary end seal), c) the end section of the finished pipe at the outlet of the reduction mill (secondary final seal of the front end section). On figb. 2b and 3b, deformation of a part of the perimeter of the front end portion into the draft tube was performed with a decrease in its free clearance by 40, 70, and 95%, respectively. On figv, 2c and 3c with the total degrees of deformation in the reduction mill 2.0; 1.5; 1.2, respectively.

Деформирование внутрь трубы части периметра переднего чернового участка может осуществляться специальным инструментом, установленным в линии прокатки на пути движения черновой трубы, например неподвижными деформирующими ребрами, на которые наезжают трубы на транспортной скорости. Deformation in the pipe of the perimeter of the front draft section can be carried out with a special tool installed in the rolling line on the path of the rough pipe, for example, stationary deforming ribs on which the pipes run over at a transport speed.

Схема деформирования внутрь черновой трубы переднего торцевого участка показана на фиг.4, где 1 черновая труба, 2 деформирующие ребра, 3 - выталкиватель, 4 корпус деформирующего инструмента. А-А и Б-Б торцевой участок черновой трубы до деформации и после соответственно, а исходное взаиморасположение черновой трубы и деформирующего инструмента, б - взаиморасположение трубы и инструмента при деформации внутрь трубы части периметра, в взаиморасположение трубы и инструмента после окончания деформирования. The scheme of deformation inside the draft tube of the front end section is shown in figure 4, where 1 draft pipe, 2 deforming ribs, 3 - ejector, 4 body deforming tool. A-A and B-B are the end section of the rough pipe before and after deformation, and the initial relative position of the rough pipe and the deforming tool, b is the relative position of the pipe and the tool when the part of the perimeter is deformed inside the pipe, to the relative position of the pipe and tool after the deformation is completed.

Величина угла "α", деформирующего ребра 2, количество ребер выбираются из соображения получения необходимого уменьшения свободного просвета переднего торцевого участка черновой трубы после деформирования (первичного уплотнения), получения зоны смятия переднего участка черновой трубы на длине до трех диаметров, обеспечивающих окончательное закрытие переднего торцевого участка трубы при обжатии с необходимой степенью деформации в редукционном стане. The angle "α", deforming ribs 2, the number of ribs are selected in order to obtain the necessary reduction in the free clearance of the front end section of the rough pipe after deformation (primary seal), to obtain a zone of crushing of the front section of the rough pipe up to three diameters, providing the final closure of the front end section of the pipe during compression with the required degree of deformation in the reduction mill.

При этом, как показали многочисленные эксперименты, угол "α" не должен превышать 80^o, так как в противном случае при деформировании (первичном уплотнении) изогнутого переднего торцевого участка черновой трубы (так называемой "ложки") может произойти деформирование части периметра не во внутрь трубы, а наружу.Moreover, as shown by numerous experiments, the angle "α" should not exceed 80 ^o , because otherwise, during deformation (primary compaction) of the curved front end section of the rough pipe (the so-called "spoon"), part of the perimeter may not be deformed inward pipes, and out.

Величина уменьшения свободного просвета переднего торцевого участка после деформирования внутрь черновой трубы части периметра (при первичном уплотнении) зависит от последующей суммарной степени деформации трубы в редукционном стане и чем она больше, тем при меньшем изменении свободного просвета будет происходить окончательное закрытие переднего торцевого участка трубы после редуцирования и наоборот при малой суммарной степени деформации в редукционном стане необходимо осуществить большее уменьшение свободного просвета при первичном уплотнении. The magnitude of the decrease in the free clearance of the front end section after deformation of the part of the perimeter inside the rough pipe (during primary compaction) depends on the subsequent total degree of pipe deformation in the reduction mill and the larger it is, the smaller the change in the free clearance will be the final closing of the front end section of the pipe after reduction and vice versa, with a small total degree of deformation in the reduction mill, it is necessary to carry out a greater decrease in the free clearance at the first seal-screw.

Наличие зоны смятия по длине до трех диаметров позволяет обеспечить плавный заход переднего конца трубы в калибры валков редукционного стана. Увеличение длины зоны смятия свыше трех диаметров приводит к нерациональному расходу энергии на первичное уплотнение и к увеличению обрези передних концов при прокатке труб на редукционном стане с межклетевым растяжением. The presence of a collapse zone up to three diameters in length allows a smooth entry of the front end of the pipe into the gauges of the rolls of the reduction mill. An increase in the length of the collapse zone over three diameters leads to an irrational expenditure of energy on the primary seal and to an increase in the cutting edge of the front ends when rolling pipes on a reduction mill with inter-stand tension.

Предлагаемый способ прокатки труб с ТМО опробован в линии стана ТПА-80 Трубопрокатного цеха N 3 AOОT "Синарский трубный завод" для организации процесса прерванной закалки насосно-компрессорных труб диаметром 73х5,5 мм и 60х5,0 мм из сталей 37ГС и D, для чего в линии на пути транспортирования черновой трубы в одном из существующих упоров были установлены деформирующие ребра, в который задавалась труба на транспортной скорости и происходило деформирование внутрь черновой трубы части периметра переднего торцевого участка на длине одного диаметра в четырех взаимно перпендикулярных плоскостях с уменьшением свободного просвета торцевого участка на 30% Схема деформации аналогична показанной на фиг.4, где угол "α" деформирующего ребра равен 9^o.The proposed method of rolling pipes with TMT was tested in the line of TPA-80 mill at the Sinarsky Pipe Plant pipe rolling shop No. 3 for organizing the process of interrupted quenching of tubing with a diameter of 73x5.5 mm and 60x5.0 mm from 37GS and D steels, for which deforming ribs were installed in a line on the transportation path of the rough pipe in one of the existing stops, into which the pipe was set at a transport speed and a part of the perimeter of the front end section was deformed inside the rough pipe along the length of one diameter in h Four mutually perpendicular planes with a 30% reduction in the clearance of the end section, the deformation pattern is similar to that shown in Fig. 4, where the angle "α" of the deforming rib is 9 ^o .

Схема размещения оборудования в линии ТПА-80 представлена на фиг.5. Заготовка после нагрева в печи 1, разрезается ножницами 2 на мерные длины, затем прокатывается в гильзу на прошивном стане 3, из гильзы прокатывается черновая труба диаметром 92х5,5 мм на непрерывном стане 4, после извлечения оправки на извлекателе 5 труба на транспортной скорости 3 5 м/с задается в деформирующий упор 6, где происходит деформирование внутрь черновой трубы части периметра переднего торцевого участка черновой трубы (первичное уплотнение). После обрезки заднего конца на пиле 7 труба проходит через индукционные нагреватели 8, где выравнивается ее температура в интервале 840 - 920^oC и задается в редукционный стан 9, где за счет деформирования в калибрах валков происходит окончательное уплотнение переднего торцевого участка трубы. Выходя из редукционного стана 9, труба поступает в линию охладителя 10, состоящую из шести вращающихся спрейеров, где осуществляется закалка верхнего поверхностного слоя трубы. Струи воды в спрейерах направлены навстречу движению трубы под углом 45^o. Суммарный расход воды на линию охлаждения 390 м³/ч. После закалки труба сбрасывается на охладительный стол 11, на котором остывает с одновременным самоотпуском закаленного поверхностного слоя за счет отогрева его теплом из внутренних слоев стенки трубы. После охлаждения труба разрезается на мерные длины на пилах 12.The layout of the equipment in the TPA-80 line is presented in figure 5. The workpiece after heating in furnace 1, is cut with scissors 2 into measured lengths, then rolled into a sleeve on a piercing mill 3, a draft pipe with a diameter of 92x5.5 mm is rolled from a sleeve on a continuous mill 4, after removing the mandrel on the extractor 5, the pipe has a transport speed of 3 5 m / s is set in the deforming emphasis 6, where the deformation of the perimeter of the front end section of the rough pipe (primary seal) inside the draft tube occurs. After trimming the rear end on the saw 7, the pipe passes through induction heaters 8, where its temperature is equalized in the range of 840 - 920 ^° C and is set in a reduction mill 9, where, due to deformation in the roll calibers, the front end section of the pipe is finally compacted. Leaving the reduction mill 9, the pipe enters the cooler line 10, consisting of six rotating sprayers, where the upper surface layer of the pipe is quenched. The jets of water in the sprayers are directed towards the movement of the pipe at an angle of 45 ^o . The total water flow to the cooling line is 390 m ³ / h. After quenching, the pipe is dumped onto the cooling table 11, on which it cools down with simultaneous self-release of the hardened surface layer due to its heating by heat from the inner layers of the pipe wall. After cooling, the pipe is cut into measured lengths on saws 12.

Результаты опытных прокаток насосно-компрессорных труб диаметром 73х5,5 мм из стали 37Г2С в линии стана по предлагаемому техническому решению с деформированием внутрь черновой трубы части периметра переднего торцевого участка показали ( см. табл.), что при подаче на линию охлаждения расхода воды 390 м³/ч на насосно-компрессорных трубах из стали 37Г2С можно получить прочностные свойства металла, соответствующие группе прочности "Е", однако при прокатке по предлагаемому техническому решению разброс прочностных свойств по длине и периметру термоупрочненной трубы ниже в 1,5 2 раза по сравнению с трубами, полученными без уплотнения переднего торцевого участка. Это происходит за счет предотвращения заливки воды внутрь трубы и тем самым ликвидации двухстороннего охлаждения отдельных частей трубы по периметру и по длине. Полученные трубы транспортировались после охлаждения в спрейерах по холодильнику и в линии без задержки и после правки цеховая отбраковка по кривизне по результатам сдачи ОТК не превышала 5% (цеховая норма отбраковки по кривизне).The results of the experimental rolling of tubing with a diameter of 73x5.5 mm from 37G2S steel in the mill line according to the proposed technical solution with deformation of the front end section perimeter part inside the draft tube showed (see table) that when 390 m of water flow was supplied to the cooling line ³ / h on tubing made of steel 37G2S, you can get the strength properties of the metal corresponding to the strength group "E", however, when rolling according to the proposed technical solution, the spread of strength properties along the length and perimeter of the thermo the hardened pipe is 1.5 to 2 times lower compared to pipes obtained without sealing the front end section. This is due to the prevention of pouring water into the pipe and thereby eliminating double-sided cooling of individual parts of the pipe along the perimeter and along the length. The pipes obtained were transported after cooling in the sprayers through the refrigerator and in the line without delay and after dressing, the workshop rejection according to the curvature according to the results of the quality control department did not exceed 5% (workshop rejection rate according to the curvature).

Claims

1. A method of rolling pipes with thermomechanical processing, including heating, piercing a workpiece into a sleeve, rolling a black pipe, closing the end section, thermomechanical treatment, characterized in that before thermomechanical processing, a part of the perimeter of at least the front end section is preformed into the rough pipe and then carry out reduction with the final closure of the end section.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cooling pipe with a closed front end section is carried out after reduction by jets of cooler directed towards the movement of the pipe.