RU2741037C1

RU2741037C1 - Method of screw piercing

Info

Publication number: RU2741037C1
Application number: RU2020119835A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Орлов; Александр Васильевич Гончарук; Борис Алексеевич Романцев
Original assignee: Александр Васильевич Гончарук
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2021-01-22

Abstract

FIELD: metal rolling.SUBSTANCE: invention relates to screw piercing. Initial workpiece is heated, centred, the workpiece is pierced into the sleeve and its subsequent second piercing in the same stand or another mill and rolling at the helical rolling mill. At the first piercing one obtains sleeves with the diameter to wall thickness ratio which is less than or equal to 10, the total drawing at piercing makes up to 83 % of the total drawing at the specified mill, and the drawing coefficient at the first piercing is determined from the expression:where: μ - total drawing coefficient for first and second piercings, μpis drawing coefficient in first piercing, n is number of rolls in stand.EFFECT: higher quality and accuracy of pipe geometrical dimensions.1 cl, 1 ex

Description

Изобретение относится к области обработки металлов давлением и касается получения горячекатаных труб на трубопрокатных агрегатах.The invention relates to the field of metal forming by pressure and for the production of hot-rolled pipes on pipe-rolling units.

В настоящее время известен способ получения горячекатаных труб на агрегате с непрерывным станом, включающий нагрев исходной заготовки, зацентровку, первую и вторую прошивку в станах винтовой прокатки, прокатку в стане продольной прокатки на оправке, калибровку, охлаждение и правку (В.Н. Данченко, А.П. Коликов, Б.А. Романцев, С.В. Самусев. Технология трубного производства. - М. "Интермет инжиниринг". 2002 г., стр. 55).Currently, there is a known method for producing hot-rolled pipes on a unit with a continuous mill, including heating the initial billet, centering, the first and second piercing in screw rolling mills, rolling in a longitudinal mandrel rolling mill, calibration, cooling and straightening (V.N. Danchenko, A. P. Kolikov, B. A. Romantsev, S. V. Samusev. Technology of pipe production. - M. "Intermet Engineering". 2002, p. 55).

Недостатком данного способа является нестабильность получения качественной внутренней поверхности гильз и проработки структуры по толщине стенки, а также недостаточно высокую точность геометрических размеров. Рекомендуемая величина обжатия по диаметру и стенке в непрерывном стане вызывает повышенное скольжение металла относительно валков, возникают значительные растягивающие напряжения, которые и вызывают микроразрушения на внутренней поверхности трубы, трансформирующиеся в дальнейшем во внутренние дефекты. Преимущественная продольная деформация, обусловленная большей вытяжкой на раскатном стане продольной прокатки, не обеспечивает достаточно интенсивную проработку структуры металла. Кроме того, произвольное назначение коэффициентов вытяжки при первой и второй прошивке приводят к перегрузке двигателей прошивного стана.The disadvantage of this method is the instability of obtaining a high-quality inner surface of the sleeves and the elaboration of the structure along the wall thickness, as well as insufficiently high accuracy of geometric dimensions. The recommended reduction in diameter and wall in a continuous mill causes increased sliding of the metal relative to the rolls, significant tensile stresses arise, which cause micro-fractures on the inner surface of the pipe, which are further transformed into internal defects. The predominant longitudinal deformation, due to the greater stretching on the longitudinal rolling mill, does not provide a sufficiently intensive study of the metal structure. In addition, arbitrary assignment of stretch ratios for the first and second piercing leads to an overload of the piercing mill motors.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является способ винтовой прокатки труб (патент ФРГ №3717698, кл. В21В 19/02, заявл. 26.05.87 г., опубл. 14.01.88 г.), включающий нагрев заготовки, прошивку заготовки в гильзу и ее последующую вторую прошивку в той же клети стана винтовой прокатки. После первой прошивки рабочие валки, направляющий инструмент и привод рабочих валков перенастраивают.The closest in technical essence to the claimed technical solution is the method of screw rolling of pipes (Federal Republic of Germany patent No. 3717698, class В21В 19/02, declared 05/26/87, published on 01/14/88), including heating the billet, piercing the billet into the sleeve and its subsequent second piercing in the same stand of the helical rolling mill. After the first piercing, the work rolls, the guide tool and the work roll drive are readjusted.

Недостатком данного способа является большое количество вспомогательных операций и произвольное соотношение коэффициента вытяжки между первой и второй прошивками, что приводит к перегрузке двигателей и нарушению процесса прокатки, особенно при прокатке тонкостенных гильз.The disadvantage of this method is a large number of auxiliary operations and an arbitrary ratio of the stretch ratio between the first and second piercing, which leads to overloading of the motors and disruption of the rolling process, especially when rolling thin-walled sleeves.

Задачей изобретения является повышение точности геометрических размеров гильз и обеспечение рационального соотношения между коэффициентами вытяжки при первой и второй прошивке, обеспечивающего экономию энергоресурсов.The objective of the invention is to improve the accuracy of the geometric dimensions of the sleeves and to ensure a rational ratio between the coefficients of elongation during the first and second piercing, ensuring energy savings.

Поставленная задача достигается тем, что в способе винтовой прошивки, включающем нагрев исходной заготовки, зацентровку, прошивку заготовки в гильзу и ее последующую вторую прошивку в той же или иной клети стана винтовой прокатки, при первой прошивке получают гильзы с отношением диаметра к толщине стенки до 10, суммарная вытяжка при прошивке составляет до 83% от общей вытяжки по агрегату, а коэффициент вытяжки при первой прошивке определяют из выражения:The task is achieved by the fact that in the screw piercing method, which includes heating the initial billet, centering, piercing the billet into the sleeve and its subsequent second piercing in the same or another stand of the helical rolling mill, during the first piercing, sleeves are obtained with a diameter to wall thickness ratio of up to 10 , the total extract during piercing is up to 83% of the total extract for the unit, and the extract coefficient during the first piercing is determined from the expression:

где:Where:

μ - суммарный коэффициент вытяжки за первую и вторую прошивки,μ is the total stretch ratio for the first and second piercing,

μ_п - коэффициент вытяжки в первой прошивке,μ _p - coefficient of drawing in the first firmware,

n - количество валков в клети.n is the number of rolls in the stand.

Заявляемая совокупность признаков обеспечивает достижение задачи изобретения, а именно, повышение качества и точности геометрических размеров гильз при сокращении массы оборудования и расходов на инструмент, за счет рационального выбора соотношения между деформационными и кинематическими параметрами при винтовой и продольной прокатке в сочетании с рекомендуемой величиной отношения коэффициентов вытяжки при первой и второй прошивке.The claimed set of features ensures the achievement of the objective of the invention, namely, improving the quality and accuracy of the geometric dimensions of the sleeves while reducing the mass of equipment and the cost of the tool, due to the rational choice of the ratio between the deformation and kinematic parameters during screw and longitudinal rolling in combination with the recommended value of the ratio of drawing coefficients with the first and second firmware.

В результате подбора оптимального сочетания этих параметров достигается интенсивная проработка структуры металла, не приводящая к его разрушению, уменьшение величины растягивающих напряжений, повышение точности прокатываемых труб. Получение при первой прошивке гильз с отношением D/S свыше 10 сопровождается повышенной разностенностью из-за нарушения равновесного состояния оправки при прошивке вследствие изменения локализации зоны растягивающих напряжений в осевой зоне заготовки. Увеличение доли вытяжки при винтовой прокатке (прошивке) более 83% общей вытяжки по агрегату (суммарная вытяжка при винтовой и продольной прокатке) приводит к возникновению дефектов на внутренней поверхности трубы из-за повышенного обжатия и как следствие скольжения металла при продольной прокатке. Распределение вытяжки между первой и второй прошивками по указанной формуле обеспечивает рациональную загрузку привода стана и не допускает отключения двигателей при перегрузке.As a result of the selection of the optimal combination of these parameters, an intensive study of the metal structure is achieved, which does not lead to its destruction, a decrease in the magnitude of tensile stresses, and an increase in the accuracy of rolled pipes. Obtaining during the first piercing of sleeves with a D / S ratio of more than 10 is accompanied by an increased difference in wall thickness due to a violation of the equilibrium state of the mandrel during piercing due to a change in the localization of the tensile stress zone in the axial zone of the workpiece. An increase in the proportion of stretching during screw rolling (piercing) of more than 83% of the total stretching along the unit (total stretching during screw and longitudinal rolling) leads to defects on the inner surface of the pipe due to increased reduction and as a result of sliding of the metal during longitudinal rolling. The distribution of the hood between the first and second piercing according to the specified formula ensures a rational loading of the mill drive and does not allow the motors to shutdown during overload.

Реализация предлагаемого способа позволит снизить массу оборудования за счет уменьшения количества рабочих клетей в стане продольной прокатки, например с 6 до 4, и соответственно количества запасных рабочих клетей, т.к. уменьшается коэффициент вытяжки в этом стане. По этой же причине уменьшается и количество рабочих валков, т.е. расходы на инструмент.The implementation of the proposed method will reduce the weight of the equipment by reducing the number of working stands in the longitudinal rolling mill, for example, from 6 to 4, and accordingly the number of spare working stands, since the drawing ratio in this mill decreases. For the same reason, the number of work rolls decreases, i.e. tool costs.

Способ прокатки осуществляется следующим образом. На передний и задний торцы заготовки наносятся отверстия, далее заготовка нагревается и задается в рабочие валки, где обжимается ими в калибре, образованном за счет взаимного сближения контактных поверхностей валков, обусловленного углом конусности валка. Размеры калибра определяются размерами получаемой гильзы и расчетной величиной суммарного относительного обжатия перед носком оправки. Размеры гильзы определяются из отношения диаметра к толщине стенки (D/S) в пределах 10 и коэффициента вытяжки, определенного из приведенного в формуле изобретения выражения.The rolling method is carried out as follows. Holes are applied to the front and rear ends of the workpiece, then the workpiece is heated and set into the work rolls, where it is compressed by them in a caliber formed due to the mutual convergence of the contact surfaces of the rolls, due to the taper angle of the roll. The dimensions of the caliber are determined by the dimensions of the resulting sleeve and the calculated value of the total relative compression in front of the mandrel nose. The dimensions of the sleeve are determined from the ratio of the diameter to the wall thickness (D / S) within 10 and the stretch ratio determined from the expression given in the claims.

После первой прошивки гильза подвергается второй прошивке с таким расчетом, что суммарный коэффициент вытяжки при первой и второй прошивке не должен превышать 83% от общего коэффициента вытяжки по агрегату. При этом конкретное значение коэффициента вытяжки при второй прошивке определяется делением суммарного коэффициента вытяжки при винтовой прокатке на рассчитанное ранее значение коэффициента вытяжки при первой прошивке. Это позволяет интенсивно проработать структуру заготовки и уменьшить вероятность образования дефектов на внутренней поверхности при продольной раскатке.After the first piercing, the liner is subjected to the second piercing in such a way that the total stretch ratio for the first and second piercing should not exceed 83% of the total stretch ratio for the unit. In this case, the specific value of the stretch ratio during the second piercing is determined by dividing the total stretch ratio during screw rolling by the previously calculated value of the stretch ratio during the first piercing. This allows you to intensively work out the structure of the workpiece and reduce the likelihood of defects formation on the inner surface during longitudinal rolling.

Пример осуществления способа.An example of the implementation of the method.

Для получения гильз диаметром D=199 мм с толщиной стенки S=10,6 мм длиной L=4 м использовали технологические операции заявляемого способа: зацентровку заготовки в холодном состоянии, нагрев, первую прошивку и вторую прошивку. Из полученных гильз в дальнейшем путем их раскатки в непрерывном стане, калибровки и охлаждения получали трубы размером 175×5 мм. Общий коэффициент вытяжки по агрегату составил 11,76. Исходя из создания благоприятных условий деформирования общий коэффициент вытяжки при винтовой прокатке назначили равным 5, что меньше 83% от общей вытяжки по агрегату. На торцах заготовки диаметром 200 мм наносили центрирующее углубление диаметром 30 мм глубиной 50 мм. Нагрев заготовок осуществляли до температуры 1180°. Перед прошивкой устанавливали расстояние между валками, В=175 мм, расстояние между линейками Л=196 мм.To obtain sleeves with a diameter of D = 199 mm with a wall thickness S = 10.6 mm and a length L = 4 m, technological operations of the proposed method were used: centering the blank in a cold state, heating, the first piercing and the second piercing. From the obtained sleeves, pipes with a size of 175 × 5 mm were subsequently obtained by rolling them in a continuous mill, calibrating and cooling. The overall stretch ratio for the unit was 11.76. Proceeding from the creation of favorable conditions for deformation, the total stretch ratio during screw rolling was set equal to 5, which is less than 83% of the total stretch over the unit. A centering recess with a diameter of 30 mm and a depth of 50 mm was applied to the ends of a workpiece with a diameter of 200 mm. The blanks were heated to a temperature of 1180 °. Before piercing, the distance between the rolls was set, B = 175 mm, the distance between the rulers was L = 196 mm.

Коэффициент вытяжки при первой прошивке определяли из выражения в соответствии с формулой изобретения:The stretch ratio during the first piercing was determined from the expression in accordance with the claims:

Этому значению соответствует гильза размерами: D=205mm, S=25 мм. Для получения гильзы таких размеров используется оправка диаметром 145 мм.This value corresponds to a sleeve with dimensions: D = 205mm, S = 25mm. To obtain a sleeve of this size, a mandrel with a diameter of 145 mm is used.

При второй прошивке коэффициент вытяжки составил:With the second firmware, the stretch ratio was:

μ_п=5/2,2=2,27, что соответствует получению гильзы заданных размеров: 199×10,6. Диаметр оправки для второй прошивки 168 мм при такой же, как при первой прошивке настройке стана, угол подачи β=14°. В процессе прошивки фиксировали значение тока ротора двигателя. При первой прошивке оно составляло 970А, при второй 1060А при максимально допустимом значении 1150А. Увеличение коэффициента вытяжки свыше расчетных значений приводит к увеличению тока двигателя до значений, близких к допустимому, что может вызвать отключение двигателя и остановку процесса прокатки.μ _p = 5 / 2.2 = 2.27, which corresponds to obtaining a sleeve of the given dimensions: 199 × 10.6. The diameter of the mandrel for the second piercing is 168 mm with the same as in the first piercing of the mill setting, the feed angle β = 14 °. During the flashing, the value of the motor rotor current was recorded. With the first firmware, it was 970A, with the second 1060A with a maximum allowable value of 1150A. An increase in the elongation ratio above the calculated values leads to an increase in the motor current to values close to the permissible value, which can cause the motor to turn off and stop the rolling process.

Прокатанные гильзы охлаждали и проверяли на соответствие требованиям по геометрии и состоянию поверхности.The rolled liners were cooled and checked for compliance with the requirements for geometry and surface condition.

Всего по предлагаемому варианту прокатано 100 гильз. Осмотр внутренней и наружной поверхности труб показал отсутствие дефектов. Разностенность прокатанных гильз не превышала 6%. Металлографические исследования показали полную проработку литой структуры, отсутствие несплошностей и трещин.In total, 100 sleeves were rolled according to the proposed option. Inspection of the inner and outer surfaces of the pipes showed no defects. The difference in wall thickness of the rolled sleeves did not exceed 6%. Metallographic studies showed a complete study of the cast structure, the absence of discontinuities and cracks.

Таким образом, предлагаемый способ прокатки обеспечивает получение гильз высокой точности по геометрическим размерам с качественной внутренней и наружной поверхностью.Thus, the proposed rolling method ensures the production of high-precision sleeves in geometric dimensions with high-quality inner and outer surfaces.

Claims

The method of screw piercing, including heating the initial billet, centering, piercing the billet into the sleeve and its subsequent second piercing in the same or another stand and rolling in the helical rolling mill, characterized in that during the first piercing, sleeves are obtained with the ratio of the diameter to the wall thickness, which is less than or equal to 10, the total stretch during piercing is up to 83% of the total stretch in the mentioned mill, and the stretch ratio during the first piercing is determined from the expression:

Where:

μ is the total stretch ratio for the first and second piercing,

μ _p - coefficient of drawing in the first firmware,

n is the number of rolls in the stand.