Технология подготовки непрерывно-литой заготовки из нержавеющих марок стали к прокатке на ТПА с непрерывным станом с контролируемо-перемещаемой оправкой

Обзор научно-технической литературы показывает, что единственным освоенным на сегодняшний день в промышленном масштабе способом производства товарных труб специального назначения из трудно-деформи-руемых сталей и сплавов является прессование. За последние 30 лет в мировом трубном производстве произошли серьезные изменения, связанные с увеличением доли непрерывно-литой заготовки (НЛЗ), используемой для изготовления горячедеформированных, в том числе и горячепрессованных труб. Ввиду высокой стоимости передела реальной аль- тернативой технологии прессования могла бы стать прокатка труб на современных агрегатах с непрерывными станами с контролируемо-перемещаемой оправкой [1–3].

При раскатке гильзы в непрерывных станах с двух- и трехвалковыми клетями на кон-тролируемо-перемещаемой оправке, за исключением зазора между валками, напряженное состояние деформируемого металла описывается схемой всестороннего сжатия. Данная схема обеспечивает благоприятное напряженно-деформированное состояние, а значит, возможность раскатки не только углеро- дистых и легированных марок стали, но теоретически и труднодеформируемых [4].

Использование НЛЗ для производства бесшовных труб долго сдерживалось наличием характерных дефектов (ликваций и не-сплошностей в центральной части и на поверхности заготовки, трещин и т. д.), что не обеспечивало получение качественных труб. Однако высокая экономическая эффективность использования НЛЗ стимулировала проведение работ по развитию и совершенствованию технологии их производства, разработку и создание новых процессов, технологий и трубопрокатного оборудования, обеспечивающих получение труб высокого качества [5].

Широкое применение непрерывной разливки стали обусловлено рядом существенных преимуществ перед способом разливки в изложницы: уменьшение капитальных затрат за счет отсутствия обжимных станов и отделения нагревательных колодцев; повышение производительности на 15–25 %; улучшение качества непрерывных слитков и структуры металла; увеличение выхода годного на 10–15 %; возможность получения широкого диапазона сечений заготовок; возможность осуществления комплексной механизации и полной автоматизации процесса разливки; снижение себестоимости получаемых заготовок; улучшение условий труда и окружающей среды; сокращение энергетических расходов и др. [5–12]. В настоящее время непрерывно-литые заготовки применяются практически на всех типах трубопрокатных агрегатов: с непрерывными, трехвалковыми, автоматическими, реечными, пилигримовыми станами, а также для трубопрессовых установок [13].

В электросталеплавильном цехе АО «ВТЗ» в 2019 г. успешно освоено производство непрерывнолитых заготовок из нержавеющих марок стали типа 08-12Х18Н10Т. Основная сложность заключалась в производстве заготовки из титансодержащей стали методом непрерывной разливки. Титан взаимодействует с кислородом и азотом на всех этапах технологического процесса, что приводит к образованию пленок, которые в процессе разливки откладываются на стенках разливочного канала и быстро разрастаются, перекрывая его сечение. Данная проблема была решена за счет безусловного соблюдения технологии разливки стали в узких температурно-скоростных интервалах. Однако литая структура имеет свои недостатки, в связи с чем потребо- валась разработка технологии ее подготовки к прокатке.

С использованием программного комплекса QForm 3D проведено компьютерное моделирование процесса прошивки как полой непрерывно-литой, так и сплошной кованой заготовки из стали 08-12Х18Н10Т. По результатам моделирования процесса прошивки для последующей раскатки установлено следующее:

• –    геометрические показатели гильз соответствуют требованиям, предъявляемым к заготовкам, прокатываемым в непрерывном стане;

• –    при прошивке сплошной заготовки величина износа оправки выше, чем для случая с полой в 1,5 раза;

• –    для сплошной заготовки наблюдаются области с критическим значением напряженного состояния, что может привести к разрыву металла на внутренней поверхности гильзы;

• –    показатель ресурса пластичности для сплошной заготовки незначительно выше, чем для полой заготовки (средние значения). Однако на переднем торце сплошной заготовки в осевой зоне показатель исчерпания ресурса пластичности больше в 2,7 раза, чем для переднего торца полой заготовки. На рис. 1 и 2 представлено распределение максимального значения исчерпания ресурса пластичности по длине сплошной и полой заготовки.

Таким образом, сделан вывод, что для прокатки труб из стали 08-12Х18Н10Т необходимо использовать полую непрерывнолитую заготовку.

Проведенный анализ свойств заготовок из марок стали 08-12Х18Н10Т позволяет определить технологическую схему их подготовки к прокатке, этапы которой представлены на рис. 3.

Предложенная схема включает в себя следующие основные операции:

• 1)    выплавка и разливка НЛЗ;

• 2)    обточка наружной поверхности НЛЗ;

• 3)    осмотр качества наружной поверхности;

• 4)    обрезка переднего конца, порезка на две части, обрезка заднего конца;

• 5)    сверление НЛЗ.

Обточка наружной поверхности непрерывно-литой заготовки из марок стали 08-12Х18Н10Т призвана убрать несовершенства сталеплавильного происхождения. Для этого применяются специальные станки, позволяю- технического контроля. В случае наличия таких дефектов, как исключение, назначается дополнительный съем металла для их полного устранения. Операция порезки позволяет получить гладкие торцы заготовки требуемой косины реза, а также нужный по заказу рас- щие осуществлять съем металла по 5 мм на сторону (максимальная глубина залегания дефектов сталеплавильного происхождения).

Осмотр поверхности обточенной заготовки на предмет наличия дефектов сталеплавильного происхождения ведется специалистами отдела

Рис . 1 . Изменение исчерпания ресурса пластичности для сплошной заготовки по ее длине. ПК – передний конец; ЗК – задний конец

Исчерпание ресурса пластичности

Рис. 2. Изменение исчерпания ресурса пластичности для полой заготовки по ее длине. ПК – передний конец; ЗК – задний конец

Рис. 3. Технологическая схема подготовки к прокатке заготовок из марок стали 08-12Х18Н10Т

крой металла. Операция сверления убирает осевую рыхлость металла, тем самым обеспечивая качество внутренней поверхности труб без дефектов.

На рис. 4 представлено изображение тем-плета заготовки диаметром 340 мм. Замеры показали, что диаметр осевой несплошности составляет 40 мм со смещением ~ 10 мм от геометрического центра. Данное обстоятельство необходимо учитывать при выборе диаметра сверла, чтобы обеспечить полное удаление осевой рыхлости (центральная порис-

Рис. 4. Темплет заготовки диаметром 340 мм

тость и осевые трещины) литого металла без смещения внутреннего отверстия относительно геометрического центра заготовки. Проведенные исследования [14] показывают, что точное положение центровочного отверстия и, соответственно, внутреннего отверстия заготовки непосредственно влияет на точность размеров получаемых гильз.

На практике парк сверл ограничен, в связи с чем выбирать нужно ближайшее по раз- меру, превышающее диаметр проблемной зоны. В противном случае остатки осевых несовершенств металла литой структуры приведут к внутренним дефектам на готовых трубах.

Схема и вид полностью подготовленной к прокатке НЛЗ представлены на рис. 5 и 6. Для исключения нанесения дефектов от острой кромки на прошивную оправку по переднему концу заготовки между ее торцом и внутренним отверстием делается скругление.

Рис. 5. Схема подготовленной заготовки

Рис. 6. Вид полностью подготовленной к прокатке НЛЗ

Фактический химический состав испытанных оправок

Марка стали	Массовая доля элементов (средние значения), %										Примечание
	C	Cr	Ni	Mo	V	W	Co	Mn	Si	Nb
20Х2Н4МФА	0,15	1,58	3,40	0,38	0,42	0,06	0,03	0,48	0,38	–	Базовый
20ХН2МВ3КБ	0,23	0,49	1,47	1,20	0,04	2,80	0,96	0,51	0,50	0,19	Опытный