Способ изготовления стальныхбесшовных труб

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯЮ ЙАБНУУ Союз СоветскикСоциалистическиеРеспублик ц 852179(51) М. Кл, С 21 0 1/78 С 21 0 9/08 удерстееннвй неетет СССР не делам нзебретенне н етнритнй) Авторы изобретени асакацу ИноПНиппо ная фирматил Корпорейшн ) 71) Заявите 4) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ БЕСШОВНЪХ ТРУБстальной трубы, чтобы обеспечить ееравномерное охлаждение при закалке.Последующая операция уменьшения диаметра дает достаточное удаление окалины с внутренней поверхности стальнойтрубы.при условии, что уменьшение диаметра, замеренное в виде одинаковойотносительной деформации(Е), определяемой по формуле, больше чем 0,02 Ж-з)+(2-Г 2 И 2 =т,тт, = и (яРр = См(22 -(;Ф1где 3., Си г 1,2 и 3- до и после опе ра, больше 0,0 величиной Г бол ется со специал обработки, мож Изобретение относится к металлургии.Известен способ изготовления стальных бесшовных труб, включающий прошивку и раскатку заготовки, редуцирование, калибровку и закалку 1 ).Однако способ не обеспечивает полу чения труб с высокой прочностью и ударной вязкостью с минимальной дефор мацией.Цель изобретения - создание способа изготовления стальных бесшовных труб с однородной мартенситной структурой с высокой прочностью и твердостью и минимальной деформацией.Цель достигается тем, что тепловая энергия стальной трубы, оставшаяся в результате операции горячей механической обработки, может быть использована как часть тепловой энергии, ие обходимой для аустениэации стальной тр бы. После того как полая заготовка или блюм прокатана в горячем состоянии до промежуточного размера, снимается окалина с наружной поверхности атои Нобуюки Гаваючи длина, толщина и ради" ус стальной трубы соответственно;соответственно диаметр ации уменьшения диамет"Если редуцирование с ьшей 0,02, комбиниру" ьными условиями термо-1т быть достигнуто умень852179 4 шение зерна аустенита для повышенияпластичности стали. Закаливаемостьстали может регулироваться при помощи добавки бора В , если специфические условия термообработки применяются до закалки.На фиг. 1 изображена диаграмма,показывающая зависимость процентногосодержания окалины, оставшейся навнутренней поверхности стальной трубы, от относительной деформациипосле завершения второго этапа горячей прокатки; на фиг. 2 - график, показывающий вероятность появления вьщелений соединений бора или по границамзерен, или в основе кристаллическоговещества для образца 10 (табл. 1),аустениэированного при 1250 С и нагреве в течение 5 мин; на фиг. 3 - диаграмма, показывающая распределениеготовых стальных труб из стали У 1 постепени деформации предлагаемый способ в сравиении с известным); нафиг, 4 - геометрия стальной трубы, использованной на фиг. 3; на фиг5 -диаграмма, показывающая изменение вовремени температуры стали при производстве бесшовной стальной трубы; нафиг. б - линия прокатки и термообработки,5 10 5 20 25 30 3540 45 0 55 Согласно изобретению трубная заготовка с этапа первой горячей прокатки выдерживается в течение времени, достаточного для равномерного распределения температуры по всей трубе, и затем поступает в аустенитном состоянии на удаление окалины с ее наружной поверхности. После снятия окалины трубную заготовку подвергают второй операции горячей прокатки с редуцированием, замеренным в виде одинаковой относительной деформации Я ), большей 0,02. При этом почти вся окалина удаляется с внутренней поверхности трубы (фиг. 1 ). Предполагается, что такое редуцирование диаметра вызывает образование большого количества тепловой энергии, достаточного для компенсации падения температуры вблизи наружной поверхности черновой трубы, являющегося результатом операции снятия окалины, так что распределение температуры становится равномерным в радиальном направлении трубы. Когда наружная и внутренняя поверхности трубы освобождены от окалины и температура их становится одинаковой стальную трубу резко охлаждают с температуры,превышающей точку Аа для полученияготовой стальной трубы,Чтобы предотвратить закаленноЧтобы цредотвратить нежелательнуюдеформацию закаленной трубы по длине,важно управлять скоростью ее охлаждения - что с достаточной точностью можно делать только в том случае, еслитруба, подлежащая закалке, не имеетокалины и охлаждение начинается когдатемпература трубы равномерно распределена.Механическая обработка трубы в горячем состоянии объединена с последующей термической обработкой, включающей закалочную операцию, так что труба может быть подвергнута закалкепрежде, чем ее температура станет ниже критического температурного уровня.Это ведет к образованию поверхностейтрубы, подлежащей закалке, без окалины и к равномерному распределению температуры в радиальном направлении трубы, Тем самым становится возможнымпридать закаленной трубе гомогеннуюмикроструктуру с ограничением деформации до незначительной степени,Операция второй горячей прокаткипроводится с редуцированием, большим0,20, для измельчения аустенитных зерен с тем, чтобы улучшить пластичность трубы,Кроме того, используют преимущества от утилизации тепловой энергиигорячекатанной трубы при осуществлении операции закалки, чтобы тем самым сэкономить дополнительное количество тепловой энергии, которое иначе было бы необходимо для повышения температуры трубы, подлежащей закалке, если труба после второй операции горячей прокатки охлаждается до комнатной температурыОсновное оборудование для проведения первой операции горячей прокатки состоит главным образом из трех элементов, а именно: прошивочного стана, прокатного стана и машины для обкатки трубы в валках, и если необходимо, последующего калибровочного стана. Это обрудование располагается вдоль линии производства труб, тогда как ососновное оборудование для проиэводст" ва труб с окончательными размерами из трубной заготовки; подаваемых с первой операции горячей прокатки, состоит только из одного калибровочного стана и редукционного стана с натяже1 О 15 20 25 ЭО 0,01-5,00,01-2,00,01 - 1,0 0,01-2,0 До 0,01До 0,5До 0,5До 0,5До 0,50,0003-0,0050 Остальное 1 за45 искпючением неизбежных примесей),ХромНикельМедьМолибденАлюминийВанадийТитанЦирконийНиобийБорЖелезо 5 85нием для прокатки трубной заготовки срегулируемым редуцированием диаметратрубы, как указано выше,На самом раннем этапе процесса производства стальных бесшовных труб,т, е. на операции плавления в сталеплавильной печи обычного типа, например конвертере ипи электропечи, доводится химический состав стали и можетпроводиться операция вакуумной дегазации для рафинирования перед разливкой расплавленной стали в изложницуили машину для непрерывной отливки,Такие отливки имеют форму заготовокили блюмов с размерами подходящимидля изготовления труб с предусмотренными окончательными размерами. Предварительное определение химическогосостава для предлагаемого способа несущественно. Предпочтительно применять способ для углеродистых илинизколегированных сталей, химический состав которых находится в следующих пределах, вес.7Углерод До 0,50 предпочтительно 0,05-0,30Кремний До 1,5 - " - 0,01-0,4Марганец До 3,0 - " - 0,8-1,5Принимая во внимание необходимуюпрочность, упругость, противодействиекоррозии и т. п., может быть добавленодин или несколько следующих элементов, вес.т: Установлено, что из всех этих легирующих элементов бор особенно эффективен для повышения закаливаемости сталей при том, что специфические условия термической обработкиописаны далее), удовлетворительные. В таком случае предпочтительно добавить образующий нитриды элемент, как например титан вместе с бором, чтобы избежать потери эффективного бора при 2179 6реакции с азотом. Для раскисления, десульфуризации, улучшения упругости в направлении С и других к составу стали могут быть добавлены Са, редкоземельные элементы и другие присадки. С целью получения готовых стальных труб высокой прочности в комбинации с высокой пластичностью необходимо, чтобы температура трубной заготовки перед поступлением на операцию установления равномерного распределения температуры была либо выше, чем точка Аг, ли-. бо ниже, чем точка Аг 4,и степень горячей прокатки, осуществляемая на втором ее этапе должна регулироваться в соответствии с окончательными свойствами стальных труб,Для регулирования окончательной прочности в сочетании с пластичностью может быть применена операция отпуска. Если основной целью становится получение высокой пластичности, выгодно провести операцию отпуска при температуре между 500 С и точкой Аг, . Нагрев может производиться с использованием нагревательных установок любого вида, например индукционный или электрический,Линия механической и термическойобработки (фиг. 6 ) состоит из нагревательной печи для нагрева стальногосляба, машин 2, -2 рпервой горячей механической обработки для прокаткистального сляба, нагретого до его рабочей температуры в нагревательнойпечи, в трубную заготовку, имеющуюпромежуточный размер печи 3 подогрева для нагрева и выдерживания приопределенной температуре трубной заготовки, обработанной на первой машине, до полной аустенизации устройства 4 для снятия окалины, прилипшей кповерхности трубной заготовки, извлеченной из подогревательной печи. Кроме того, линия имеет второй прокатныйстан 5 для обработки трубной заготовки с удаленной окалиной на устройстведля снятия окалины и устройство б длязакалки стальной трубы, обработаннойна втором прокатном стане, установ"ленное в той же линии, что н второйпрокатный стан,П р и м е р , Изготавливаютсталь, содержащую, Х: С 0,11, Б 1 0,23,Мп 0,81, Сг 0,82, Мо 0,37, ЛС 0,065852179 Таблица 1 Состав, вес.Е1111 1 1 ОбраС 1 Мп Сг Ио А 1 М Т 1 В МЬ зец 1 0,15. 0,26 1,35 -- Оз 030 Ое 0051 Оз 022 Ое 0015 00382 О 22 О 24 1 20 -- О 041 О 0048 О 015 О 0018 0,27 0,25 1,19 -- 0,028 0,0061 0,021 0,0016 0,14 0,22 0,75 0,62 0,18 0,023 0,0041 0,0015 0,038 0,036 0,0020 0,11 0,28 1,31 Таблица 2 Механические свойства Степеньдеформации,мм/13 м Рабочие условия Образец Т С Прочность Ударная вязна растя- костьчТ 1жение, 0 Скг/мм" 810 24-60 74,0 0,24 Трубную заготовку с устенитной структурой помещают в нагревательную печь, затем с нее удаляют окалину, после чего подвергают второй горячейокатке с редуцированием диаметра 50,022 и непосредственно за этим закаляют, чтобы получить стальную бесшовную трубу с наружным диаметром 114,3 см, толщиной 13 мм и длиной 13 м. Степень деформации 50 готовых 10 труб замерена, как показано нафиг, 4, а результаты показаны на фиг. 3.Согласно прежней технологии трубную заготовку после второй горячей прокатки охлаждают на воздухе до комнатной температуры,. затем нагревают в нагревательной газопламенной печи, приспособленной для операции закалки (температура 920 С, время выдержки 15 мин) и закаливают (фиг. 3). Дефор мация готовой трубы, изготовленной по предлагаемому способу, заметно уменьшилась по сравнению с трубой, изготовленной по прежней технологии.25 П р и м е р 2. Изготавливают пять стальных образцов различного химического состава, представленного в табл. 1. Сталям придают форму блюмов, которые:перерабатывают предлагаемым;способом, чтобы получить стальные бесшовные трубы с высокой прочностью нарастяжение или сочетанием высокой прочпрочности с высокой упругостью приминимальной деформации см. фиг. 5Каждый из блюмов различного химического состава нагревают до Т 401250 С, затем первый раз обрабатываютв горячем состоянии на участке(Ч), гдепроводят операции:прошивка,прокатка,обкатка в валках и калибровка, до окончательной температуры (Т), Затем блюмы,нагревают до 930 С(Т) с выдержкой15 мин и подвергают снятию окалины наэтапе (05) . с использованием воды подбольшим давлением, затем вторично обрабатывают механически на этапе (Ч)с относительным редуцированием диаметра большим 0,02 нли 0,20, после чегозакаливают начиная с температуры (Т)860 С и отпускают при (Т) 600 С втечение 30 мнн,Результаты представлены в табл. 2,Из табл. 2 вытекает, что если степень обработки на второй операции горячей прокатки больше 0,20, то улучшается ударная вязкость готовой трубы.852179 Степеньдеформации,мм/13 м Рабочие условия Образец Т С Ударная, вяз кость Тго С Прочностьна растяжение,кг/мм 2 803" 0,03 80, 1 45 30 807 0,24 81,5-140 0,26 72,5 фТс )АаФормула изобретения 1. Способ изготовления стальныхбесшовных труб, включающий прошивкуи раскатку заготовки, редуцирование,калибровку и закалку, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения высокой прочности и ударнойвязкости с минимальной деформацией,после нагрева заготовки производятпервую горячую прошивку и раскаткупри температуре аустенизации, снимают окалину с наружной и внутреннейстороны трубной заготовки, производятвторую раскатку заготовки до получения окончательных размеров равномерной относительной деформацией со степенью 0,02, после чего производятзакалку,2. Способ по п, 1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что трубную заготовку после первой горячей прошивкии раскатки вновь подогревают для полной аустенизации. Механические свойства 3. Способ по пп. 1, 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что подогрев проводят при температуре более высо" кой, чем температура аустениэации, но более, низкой, чем температура появле- фО ния роста зерна аустенита.4. Способ по пп, 1-3, о т л ивч а ю щ и й с я тем, что отпуск закаленной трубы проводят при темпера" туре ниже точки АС45 5. Способ по пп. 1-4, о т л и -ч а ю щ н й с я тем, что первую горячую прошивку и раскатку проводят изавершают при температуре не ниже Ж, точки Аг, а закалку проводят непо-.средственно с температурой выше точки Аг 3 .6. Способ по пп. 1-5, о т л ич а ю щ и й с я тем, что нагревают 5 заготовку, проводят первую горячуюпрошивку и раскатку, охлаждают до температуры выше, чем точка Аг, но нижетемпературы, при которой начинается,ОЕ рост зерна аустенита, проводят вторую горячув прокатку с показателем относительной деформации, меньшим 0,02, и немедленную закалку, начиная с температуры не ниже чем точка Аг7, Способ по пп. 1-6, ,о т л и - ч а в щ и й с я тем, что трубная заготовка имеет состав, содержащий от 0,0003 до 0,0050 Ж бора, причем после первой горячей прошивки и раскаткинепосредственно повторно нагреваютзаготовки при 800-100 оС продолжительностью более 3 мин.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1,Бернштейн И. Л. Термомеханичес.кая обработка металлов и сплавов,М "Металлургия", 1968, с. 837.