RU2773967C1

RU2773967C1 - Screw fitting method

Info

Publication number: RU2773967C1
Application number: RU2021139243A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Орлов; Борис Алексеевич Романцев; Александр Васильевич Гончарук; Юрий Владимирович Гамин; Альберт Рамильевич Шамилов; Александр Сергеевич Алещенко
Original assignee: Александр Васильевич Гончарук
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2022-06-14

Abstract

FIELD: screw-piercing method.

SUBSTANCE: invention relates to a screw-piercing method. The heated workpiece is fed into the working rolls, the workpiece is captured by the rotating rolls and the workpiece is pierced with a mandrel into the sleeve. After the billet is pierced into the sleeve, the sleeve is additionally pierced to obtain a pipe. Capturing the blank during its piercing is carried out with a degree of deformation per half-turn of 0.4-1.5%, and piercing is carried out with a decrease in the outer diameter of the sleeve by 10-25% compared to the diameter of the blank. The sleeve is gripped by rolls during its piercing, which is performed with a degree of deformation of 0.6-3% per half-turn and is carried out with an increase in the pipe diameter in relation to the sleeve diameter by 3-25%.

EFFECT: quality of the outer and inner surface of the sleeve is improved with the development of the structure.

1 cl, 2 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к обработке металлов давлением и касается получения бесшовных труб из малопластичных заготовок, в том числе из непрерывнолитых.The invention relates to the processing of metals by pressure and concerns the production of seamless pipes from low-plastic billets, including continuously cast ones.

Известен способ винтовой прокатки труб, включающий нагрев заготовки, прошивку заготовки в гильзу и ее последующую раскатку в трубу в калибре, образованном рабочими валками, направляющим инструментом и размещенной на стержне прошивной или раскатной оправкой, с перенастройкой калибра посредством замены стержня с прошивной оправкой на стержень с раскатной оправкой путем ее установки в калибре перемещением в направлении прокатки относительно рабочих валков без изменения их положения (патент России №2416474, кл. В21В 19/02, опубл. 12.08.2011).A known method of helical rolling of pipes, including heating the workpiece, piercing the workpiece into a sleeve and its subsequent rolling into a pipe in a caliber formed by work rolls, a guiding tool and a piercing or rolling mandrel placed on the rod, with reconfiguring the caliber by replacing the rod with a piercing mandrel for a rod with rolling mandrel by installing it in the caliber by moving in the rolling direction relative to the work rolls without changing their position (Russian patent No.

Недостатком данного способа является невозможность проработки структуры заготовки для повышения пластичности при прокатке труб из-за малых обжатий заготовки в пережиме валков и малых коэффициентов вытяжки. В то же время увеличение коэффициента вытяжки невозможно из-за деформационного разогрева и снижения пластичности.The disadvantage of this method is the impossibility of working out the structure of the workpiece to increase the plasticity during pipe rolling due to small reductions in the workpiece in the pinch of the rolls and low elongation ratios. At the same time, an increase in the elongation ratio is impossible due to deformation heating and a decrease in plasticity.

Известен также способ винтовой прошивки литой заготовки, согласно которому заготовку прошивают в косовалковом стане в валках, угол входного конуса которых составляет 4÷8 градусов, с обжатием в пережиме 21÷35% при величине угла подачи 12-18 градусов (патент РФ №2250147, В21В 19/04, опубл. 20.04.2005). Недостатком данного способа является нестабильный первичный захват заготовки, обусловленный большой величиной угла входного конуса 4÷8 градусов, а также очень ограниченный диапазон величины выдвижения носка оправки за пережим валков, так как с одной стороны большее выдвижение носка оправки приведет к отсутствию вторичного захвата, с другой, при незначительном осевом перемещении носка оправки в сторону пережима, из-за большого угла входного конуса валков стремительно возрастают растягивающие напряжения в центре заготовки, что приводит к разрушению металла перед носком оправки. Кроме того, согласно способу деформация заготовки осуществляется за один проход, что ухудшает качество наружной и внутренней поверхности гильзы и сокращает марочный сортамент прокатываемых труб из-за ограничений по предельной степени деформации для малопластичных высоколегированных марок сталей и сплавов.There is also known a method of helical piercing of a cast billet, according to which the billet is pierced in a cross-roll mill in rolls, the angle of the inlet cone of which is 4÷8 degrees, with a reduction in the pinch of 21÷35% at a feed angle of 12-18 degrees (RF patent No. 2250147, B21B 19/04, published 20.04.2005). The disadvantage of this method is the unstable primary grip of the workpiece, due to the large value of the angle of the input cone 4÷8 degrees, as well as a very limited range of extension of the toe of the mandrel for the pinch of the rolls, since on the one hand, a greater extension of the toe of the mandrel will lead to the absence of a secondary grip, on the other hand , with a slight axial movement of the toe of the mandrel towards the pinch, due to the large angle of the input cone of the rolls, tensile stresses rapidly increase in the center of the workpiece, which leads to the destruction of the metal in front of the toe of the mandrel. In addition, according to the method, the deformation of the workpiece is carried out in one pass, which worsens the quality of the outer and inner surfaces of the sleeve and reduces the grade assortment of rolled pipes due to restrictions on the limiting degree of deformation for low-ductility high-alloy steels and alloys.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ изготовления гильзы из литой заготовки (патент РФ №2391155, В21В 19/04, опубл. 10.06.2010), включающий подачу нагретой заготовки в рабочие валки, имеющие входной конус, пережим и выходной конус, развернутые на угол подачи и раскатки, захват заготовки вращающимися валками, обжатие ее по диаметру во входном конусе до пережима с различной степенью деформации и прошивку заготовки оправкой.The closest in technical essence to the claimed is a method for manufacturing a sleeve from a cast billet (RF patent No. 2391155, V21V 19/04, publ. at the angle of feed and rolling, capture of the workpiece by rotating rolls, compression of its diameter in the input cone until pinching with varying degrees of deformation and piercing of the workpiece with a mandrel.

Недостатком данного способа является осуществление деформации заготовки за один проход, что ухудшает качество наружной и внутренней поверхности гильзы и сокращает марочный сортамент прокатываемых труб из-за ограничений по предельной степени деформации для малопластичных высоколегированных марок сталей и сплавов.The disadvantage of this method is the implementation of the deformation of the workpiece in one pass, which degrades the quality of the outer and inner surfaces of the sleeve and reduces the grade assortment of rolled pipes due to restrictions on the limiting degree of deformation for low-ductility high-alloy steels and alloys.

Технической проблемой, которую решает изобретение, является обеспечение проработки структуры для повышения пластических свойств и достижение необходимых значений коэффициента вытяжки при прокатке труб заданного размера.The technical problem that the invention solves is to ensure the development of the structure to improve the plastic properties and the achievement of the required values of the elongation coefficient when rolling pipes of a given size.

Техническим результатом изобретения является повышение качества наружной и внутренней поверхности гильзы с обеспечением проработки структуры.The technical result of the invention is to improve the quality of the outer and inner surface of the sleeve with the provision of study of the structure.

Технический результат достигается за счет того, что в способе винтовой прошивки, включающем подачу нагретой заготовки в рабочие валки, имеющие входной конус, пережим и выходной конус, развернутые на угол подачи и раскатки, захват заготовки вращающимися валками, обжатие ее по диаметру во входном конусе до пережима с различной степенью деформации за полуоборот и прошивку заготовки оправкой в гильзу, согласно изобретению, после прошивки заготовки в гильзу дополнительно осуществляют прошивку гильзы на оправке, причем захват заготовки при прошивке осуществляют со степенью деформации за полуоборот 0,4…1,5% и прошивку ведут с уменьшением наружного диаметра гильзы на 10…25% по сравнению с диаметром заготовки, а захват при прошивке гильзы выполняют со степенью деформации 0,6…3% за полуоборот и прошивку ведут с увеличением диаметра трубы по отношению к диаметру гильзы на 3…25%.The technical result is achieved due to the fact that in the method of screw piercing, including the supply of a heated workpiece into work rolls having an input cone, pinch and output cone, turned at the feed and rolling angle, the capture of the workpiece by rotating rolls, its compression in diameter in the input cone to clamping with varying degrees of deformation per half-turn and piercing the workpiece with a mandrel into the sleeve, according to the invention, after piercing the workpiece into the sleeve, the sleeve is additionally pierced on the mandrel, and the capture of the workpiece during piercing is carried out with a degree of deformation per half-turn of 0.4 ... 1.5% and piercing are carried out with a decrease in the outer diameter of the sleeve by 10 ... %.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема очага деформации процесса прошивки заготовки повышенного диаметра в гильзу, а на фиг. 2 представлена схема очага деформации процесса прошивки гильзы.The invention is illustrated in the drawings, where in Fig. 1 shows a diagram of the deformation center of the process of piercing a workpiece of increased diameter into a sleeve, and Fig. 2 shows a diagram of the deformation zone of the liner piercing process.

Очаг деформации при осуществлении процесса прошивки включает прошиваемую заготовку, рабочие валки, направляющий инструмент и оправку. На валках прошивного стана изображено расположение функциональных участков: I - участок захвата заготовки, II - участок интенсивной деформации заготовки при прошивке, III - участок захвата гильз при второй прошивке.The deformation zone during the piercing process includes the workpiece to be pierced, the work rolls, the guiding tool and the mandrel. On the rolls of the piercing mill, the location of the functional sections is shown: I - section for gripping the workpiece, II - section for intense deformation of the workpiece during piercing, III - section for capturing sleeves during the second piercing.

Участок I предназначен для осуществления стабильного первичного захвата заготовки валками и создания необходимого резерва тянущих сил, достаточных для ведения последующих этапов процесса прошивки. Его выполняют с малым углом образующей конусности φ₁=2-5 градусов, для предотвращения критического обжатия перед носком оправки и разрушения литого металла в осевой зоне, носик прошивной оправки расположен в конце этого участка. Значение угла конусности I участка свыше 5° приводит к ухудшению условий захвата заготовки, уменьшение угла конусности менее 2° приводит к чрезмерному увеличению длины I участка, увеличению цикличности обжатия перед носком оправки и разрушению литого металла перед носком оправки. При помощи участка II происходит интенсивная деформация заготовки и уменьшение ее диметра. Угол конусности II участка составляет φ₂=8-20 градусов. При большем значении угла конусности возрастает сопротивление осевому течению металла, а при меньшем значении угла конусности II участка интенсивной деформации теряет свою функцию. Участок III с углом конусности φ₃=3-5 градусов предназначен для осуществления стабильного захвата гильз валками при второй прошивке. Значение угла конусности III участка свыше 5° приводит к ухудшению условий захвата гильзы, уменьшение угла конусности менее 3° приводит к чрезмерному увеличению длины III участка и снижению обжатия заготовки при прошивке. Протяженность участков входного конуса валков выбирается исходя из необходимого обжатия заготовки по диаметру, создания необходимых тянущих сил при первой и второй прошивке и унификации калибровки валков, обеспечивающей прокатку максимального размерного сортамента труб ТПА.Section I is intended for the implementation of a stable primary capture of the workpiece by the rolls and the creation of the necessary reserve of pulling forces sufficient to conduct the subsequent stages of the piercing process. It is performed with a small angle of generatrix taper φ ₁ =2-5 degrees, to prevent critical compression in front of the toe of the mandrel and destruction of the cast metal in the axial zone, the nose of the piercing mandrel is located at the end of this section. The value of the taper angle of the I section of more than 5° leads to a deterioration in the conditions for gripping the workpiece, a decrease in the taper angle of less than 2° leads to an excessive increase in the length of the I section, an increase in the compression cycle in front of the mandrel toe and the destruction of the cast metal in front of the mandrel toe. With the help of section II, there is an intense deformation of the workpiece and a decrease in its diameter. The taper angle of the II section is φ ₂ =8-20 degrees. With a larger value of the taper angle, the resistance to the axial flow of the metal increases, and with a smaller value of the taper angle, the second section of intense deformation loses its function. Section III with a taper angle φ ₃ =3-5 degrees is designed to carry out a stable capture of the sleeves by the rolls during the second firmware. The value of the taper angle of the III section over 5° leads to a deterioration in the conditions for gripping the sleeve, a decrease in the taper angle of less than 3° leads to an excessive increase in the length of the III section and a decrease in the workpiece compression during piercing. The length of the sections of the entrance cone of the rolls is selected based on the required reduction of the workpiece in diameter, the creation of the necessary pulling forces during the first and second piercing, and the unification of the roll calibration, which ensures the rolling of the maximum size range of injection molding tubes.

Форма очага деформации обеспечивает совокупность отличительных признаков изобретения, а именно, прошивку заготовки ведут с различной интенсивностью деформации за полуоборот, от 0,4 до 1,5% во входном конусе валков с уменьшением наружного диаметра гильзы на 10…25%, а ее последующую прошивку при интенсивности деформации за полуоборот от 0,6 до 3% с увеличением диаметра черновой трубы на 3…25%. При первой прошивке с уменьшением диаметра происходит предварительная проработка структуры металла, которая при последующей прошивке распространяется на все сечение трубы. Уменьшение диаметра гильзы менее, чем на 10% при первой прошивке заготовки и увеличение диаметра черновой трубы после прошивки гильзы менее, чем на 3% не обеспечит необходимый уровень накопленной степени деформации и проработки структуры заготовки, а увеличение диаметра гильзы и изменение диаметра черновой трубы более 25% приведет к уменьшению пластичности металла и сокращению марочного сортамента прокатываемых труб из-за ограничений по предельной степени деформации для высоколегированных марок сталей и сплавов. Попытка осуществления прошивки заготовки при захвате ее валками со степенью деформации менее 0,4% за полуоборот обусловливает отсутствие первичного захвата заготовки, а увеличение степени деформации свыше 1,5% за полуоборот приводит к нарушению условий вращения и торможению заготовки. Эти же нарушения стабильного захвата происходят во время прошивки гильзы при уменьшении степени деформации ниже 0,6% за полуоборот и увеличении свыше 3%.The shape of the deformation zone provides a set of distinctive features of the invention, namely, the piercing of the workpiece is carried out with different deformation intensity per half-turn, from 0.4 to 1.5% in the inlet cone of the rolls with a decrease in the outer diameter of the sleeve by 10 ... 25%, and its subsequent piercing at the intensity of deformation per half-turn from 0.6 to 3% with an increase in the diameter of the draft pipe by 3 ... 25%. During the first piercing with a decrease in diameter, a preliminary study of the metal structure takes place, which, during subsequent piercing, extends to the entire section of the pipe. Reducing the sleeve diameter by less than 10% during the first piercing of the workpiece and increasing the diameter of the rough pipe after piercing the sleeve by less than 3% will not provide the required level of the accumulated degree of deformation and working out the structure of the workpiece, while increasing the diameter of the sleeve and changing the diameter of the rough pipe by more than 25 % will lead to a decrease in the ductility of the metal and a reduction in the grade range of rolled pipes due to restrictions on the limiting degree of deformation for high-alloy steels and alloys. An attempt to pierce the workpiece when gripping it with rolls with a degree of deformation of less than 0.4% per half-turn causes the absence of a primary capture of the workpiece, and an increase in the degree of deformation over 1.5% per half-turn leads to a violation of the conditions of rotation and braking of the workpiece. The same violations of stable grip occur during the piercing of the sleeve with a decrease in the degree of deformation below 0.6% per half-turn and an increase over 3%.

Способ осуществляется следующим образом. Нагретая заготовка подается в рабочие валки, имеющие входной конус, пережим и выходной конус, развернутые на угол подачи и раскатки, захватывается вращающимися валками и обжимается по диаметру во входном конусе до пережима в ходе первой прошивки заготовки в гильзу, причем захват заготовки при прошивке осуществляют со степенью деформации за полуоборот 0,4…1,5% и прошивку ведут с уменьшением наружного диаметра гильзы на 10…25% по сравнению с диаметром заготовки, после первой прошивки осуществляют дополнительную прошивку гильзы на оправке, захват при этой прошивке выполняют со степенью деформации 0,6…3% за полуоборот и прошивку ведут с увеличением диаметра трубы по отношению к диаметру гильзы на 3…25%.The method is carried out as follows. The heated billet is fed into the work rolls, which have an input cone, a pinch and an output cone, turned at the angle of feed and rolling, is captured by the rotating rolls and is reduced in diameter in the input cone until pinched during the first piercing of the blank into the sleeve, and the capture of the blank during piercing is carried out with the degree of deformation per half-turn is 0.4 ... 1.5% and the piercing is carried out with a decrease in the outer diameter of the sleeve by 10 ... 25% compared to the diameter of the workpiece, after the first piercing, the sleeve is additionally pierced on the mandrel; ,6 ... 3% per half turn and the firmware is carried out with an increase in the diameter of the pipe in relation to the diameter of the sleeve by 3 ... 25%.

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

Для реализации способа был подготовлен комплект рабочих валков. Для стабильного первичного и вторичного захвата заготовки, угол конусности первого участка валков составлял 3,5 градуса, а его протяженность 150 мм. Участок интенсивной деформации имел длину 30 мм и угол конусности 12 градусов, длина третьего участка составляла 100 мм, угол конусности 4 градуса.To implement the method, a set of work rolls was prepared. For stable primary and secondary gripping of the workpiece, the taper angle of the first section of the rolls was 3.5 degrees, and its length was 150 mm. The section of intense deformation had a length of 30 mm and a taper angle of 12 degrees, the length of the third section was 100 mm, the taper angle of 4 degrees.

В ходе опытной прокатки получали трубы наружным диаметром 200,0 мм с толщиной стенки 18,9 мм.In the course of experimental rolling, pipes were obtained with an outer diameter of 200.0 mm and a wall thickness of 18.9 mm.

Согласно предлагаемому способу для получения труб заданных размеров брали исходный пруток из малопластичной стали 20X13 диаметром 220 мм, разрезали на заготовки мерной длины 1800 мм, нагревали до температуры 1180°С и прошивали на двухвалковом стане винтовой прокатки при угле подачи 12°, обжатии в пережиме валков 19% и обжатии перед носком оправки 5% на оправке диаметром 112 мм, в гильзы диаметром 192 мм с толщиной стенки 35 мм с коэффициентом вытяжки 2,15. Такое значение коэффициента вытяжки ограничивает длину получаемых труб, а увеличение его невозможно из-за низкой пластичности материала. При этом степень деформации за полуоборот составляла 0,9%, а диаметр гильзы был меньше диаметра заготовки на 13%. Прошитую гильзу передавали вновь на входную сторону стана, а в это время производили замену прошивной оправки со стержнем на оправку диаметром 167 мм. На этом инструменте при той же настройке стана, что и для первой прошивки, выполняли дополнительную прошивку гильзы и получали черновую трубу диаметром 201,5 мм с толщиной стенки 18,8 мм, при коэффициенте вытяжки 1,61, что находится в пределах допуска. При этом диаметр черновой трубы был больше диаметра гильзы на 9%. Суммарный коэффициент вытяжки составил 3,46, что обеспечивает возможность получения на агрегате труб заданной длины. Первая и дополнительная прошивки при заданных параметрах осуществлялись со стабильным первичным и вторичным захватом. Калибрование труб выполняли в клети винтовой прокатки на диаметр 200,0 мм.According to the proposed method, to obtain pipes of a given size, an initial bar of low-ductility steel 20X13 with a diameter of 220 mm was taken, cut into blanks of a measured length of 1800 mm, heated to a temperature of 1180 ° C and stitched on a two-roll screw rolling mill at a feed angle of 12 °, compression in the pinch of the rolls 19% and compression in front of the mandrel toe 5% on a mandrel with a diameter of 112 mm, into sleeves with a diameter of 192 mm and a wall thickness of 35 mm with an elongation factor of 2.15. Such a value of the elongation coefficient limits the length of the resulting pipes, and its increase is impossible due to the low plasticity of the material. In this case, the degree of deformation per half-turn was 0.9%, and the diameter of the sleeve was less than the diameter of the workpiece by 13%. The pierced sleeve was again transferred to the inlet side of the mill, and at this time the piercing mandrel with the rod was replaced with a mandrel with a diameter of 167 mm. On this tool, with the same setting of the mill as for the first piercing, an additional piercing of the sleeve was performed and a rough pipe with a diameter of 201.5 mm and a wall thickness of 18.8 mm was obtained, with a drawing ratio of 1.61, which is within tolerance. At the same time, the diameter of the draft pipe was larger than the diameter of the sleeve by 9%. The total drawing ratio was 3.46, which makes it possible to obtain pipes of a given length on the unit. The first and additional piercings with the given parameters were carried out with a stable primary and secondary capture. The tubes were calibrated in a screw rolling stand with a diameter of 200.0 mm.

Всего по предлагаемому варианту было прокатано 90 труб. Осмотр внутренней и наружной поверхности труб показал отсутствие дефектов. Трубы по качеству соответствовали требованиям ГОСТ. Металлографические исследования показали полную проработку структуры, отсутствие несплошностей и трещин. Результаты механических испытаний показали соответствие требованиям ТУ и ГОСТ для труб данного назначения.In total, 90 pipes were rolled according to the proposed option. Inspection of the inner and outer surfaces of the pipes showed no defects. The quality of the pipes complied with the requirements of GOST. Metallographic studies showed a complete study of the structure, the absence of discontinuities and cracks. The results of mechanical tests showed compliance with the requirements of TU and GOST for pipes of this purpose.

Таким образом, предлагаемый способ прокатки обеспечивает получение труб из малопластичных, в том числе непрерывнолитых, сталей с проработкой структуры при заданном суммарном коэффициенте вытяжки с качественной внутренней и наружной поверхностью и проработкой структуры заготовки.Thus, the proposed rolling method provides for the production of pipes from low-plasticity, including continuously cast, steels with structure elaboration at a given total elongation ratio with high-quality inner and outer surfaces and elaboration of the billet structure.

Claims

The method of screw piercing, which includes the supply of a heated workpiece to work rolls, each of which has an input cone, a nip and an output cone, turned at an angle of infeed and rolling, gripping the workpiece by rotating rolls, compressing it along the diameter in the input cone to the nip with varying degrees of deformation for half-turn and piercing the workpiece with a mandrel into the sleeve, characterized in that after piercing the workpiece into the sleeve, the sleeve is additionally pierced to obtain a pipe, and the capture of the workpiece during its piercing is carried out with a degree of deformation per half-turn of 0.4-1.5% and the piercing is carried out with a decrease of the outer diameter of the sleeve by 10-25% compared to the diameter of the workpiece, while the rolls capture the sleeve during its piercing, which is performed with a degree of deformation of 0.6-3% per half-turn and is carried out with an increase in the diameter of the pipe in relation to the diameter of the sleeve by 3 -25%.