автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработка, исследование и внедрение технологии производства высококачественных насосно-компрессорных труб из непрерывно-литой заготовки

005001630

На правах рукописи

ОВЧИННИКОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ИЗ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ

Специальность 05.16.05 «Обработка металлов давлением»

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

,1 О НОЯ 2011

Екатеринбург - 2011

005001630

Работа выполнена на кафедре обработки металлов давлением в ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» и в ОАО «Синарский трубный завод».

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Богатов Александр Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Выдрин Александр Владимирович

ОАО «РосНИТИ»

доктор технических наук, профессор Паршин Сергей Владимирович ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Ведущая организация: ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

Защита диссертации состоится « 2 » декабря 2011 г. в 15-00 часов в ауд. Мт-329 на заседании Диссертационного совета Д212.285.04 в)Уральском федеральном университете имени первого Президента России Б.Н.Ельцина по адресу: 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19. Телефон (343) 375-45-74, факс (343) 375-44-39. E-mail: omd@mtf.ustu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УрФУ.

Автореферат разослан « 17 » октября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Л.А.Мальцева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа выполнялась с 2002 по 2011 гг. в соответствии с Федеральной научно-технической целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», по государственному контракту №02.740.11.0152 «Разработка комплексной металлургической технологии производства высококачественных стальных изделий массового назначения» (шифр «2009-1.1233-032-007»), а также в рамках стратегической инвестиционной программы ОАО «ТМК» и ОАО «СинТЗ» по реконструкции ТПА-80.

Актуальность работы. В настоящее время к трубам нефтяного сортамента, эксплуатируемым в условиях Крайнего Севера и Сибири, а также для нефтеносных районов, характеризующихся высокой коррозионной активностью, предъявляются особые требования по хладостойкости, коррозионной стойкости, прочности и вязкости разрушения металла. Удовлетворение растущих потребностей заказчика возможно только благодаря производству труб с высококачественной структурой стали, прошедших термообработку.

В условиях ужесточения требований к трубам доя снижения себестоимости продукции целесообразно использование непрерывно-литого металла в качестве трубной заготовки. Современная технология электросталеплавильного производства, основанная на получении низкопримесного расплава, внепечной обработки и, при необходимости, вакуумирования стали, могут обеспечивать производство высококачественных непрерывно-литых заготовок и готовых труб. Однако существующие процессы прошивки затрудняют стабильное получение из литой заготовки высококачественной гильзы вследствие ярко выраженной литой структуры металла и наличия осевой пористости. В этом случае предварительное обжатие литых заготовок способом винтовой прокатки является весьма эффективным, но требует использования дополнительной технологической операции.

В связи с этим разработка эффективной технологии производства труб нефтяного сортамента из непрерывно-литых заготовок с предварительным об-

жатием на трехвалковом стане винтовой прокатки перед прошивкой является актуальной научно-технической задачей.

Цели и задачи работы. Целью работы является разработка, исследование и внедрение технологии производства высококачественных насосно-компрессорных труб из непрерывно-литой заготовки на трубопрокатном агрегате ТПА-80 ОАО «СинТЗ»..

Для достижения, указанной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

- разработать новую технологическую схему производства насосно-компрессорных труб, в том числе высокопрочных в хладостойком и коррозионно-стойком исполнениях из непрерывно-литой заготовки;

- изучить формоизменение металла в нестационарных стадиях процесса обжатия заготовки на трехвалковом стане винтовой прокатки;

- найти технические решения по улучшению технологии производства труб с использованием обжимного стана в линии ТПА-80 с целью снижения уровня брака;

- разработать новый способ резки заготовок, обеспечивающий получение рациональной формы концов и отсутствие утяжин после винтовой прокатки на обжимном стане;

- исследовать изменение макро- и микроструктуры, а также оценить уровнь механических свойств при производстве труб по новой технологии;

- освоить производство насосно-компрессорных труб из непрерывно-литой заготовки , в том числе в хладостойком и коррозионно-стойком исполнениях следующих групп прочности: по ГОСТ - Д , К, Е , Л , М и по API 5СТ - N80, L80, PI 10;

- обеспечить снижение себестоимости труб на 10% и брака по прокату с 5-6% до 1-2%.

Научная новизна, ценность для науки и практики:

- получены закономерности изменения формы концевых частей заготовки при обжатии на трехвалковом стане винтовой прокатки;

- получена оценка влияния калибровки валков и режимов обжатия на формоизменение концевых частей заготовки при винтовой прокатке на трехвалко-вом стане;

- дана теоретическая оценка эффективности технологической операции предварительного профилирования конца заготовки на формоизменение металла при винтовой прокатке;

- изучены методами физического и математического моделирования закономерности формоизменения металла при новом способе резки заготовок, обеспечивающем одновременно разделение и профилирование ее концов;

- впервые получены результаты комплексного сравнительного исследования макро- и микроструктуры стали, а также уровня механических свойств труб после каждой технологической операции производства насосно-компрессорных труб из катаной и непрерывно-литой заготовки, иллюстрирующие эффективность применения обжатия литой заготовки;

- разработан и всесторонне исследован новый способ производства насосно-компрессорных труб из непрерывно-литой заготовки.

Практическая значимость и реализация результатов работы:

- разработана и запатентована технология производства труб нефтяного сортамента из непрерывно-литых заготовок с применением дополнительной операции обжатия металла перед прошивкой (патент РФ №2361689), технология внедрена на ОАО «СинТЗ» и используется для производства насосно-компрессорных труб всего сортамента ТПА-80;

- результаты исследования процесса обжатия сплошных заготовок на трех-валковом стане способствовали определению оптимальных режимов деформации, созданию методики расчета калибровки валков обжимного стана винтовой прокатки, разработке патентно-охраняемой калибровки (патент РФ №2377085);

- всесторонне исследован новый способ резки, обеспечивающий одновременно разделение заготовки и профилирование ее концов, а также найдена оптимальная форма ножей (подана заявка на патент № 2011118932);

- освоено на ОАО «СинТЗ» производство хладостойких и коррозионно-стойких насосно-компрессорных труб групп прочности по ГОСТ - Д, К, Е, Л, М и по API 5СТ - N80, L80, PI 10, достигнуто снижение себестоимости на 10% и уменьшение брака по прокату в среднем в 2 раза;

- результаты работы используются в учебном процессе в рамках дисциплин «Технология трубного производства» и «Оборудование трубных цехов» по направлению «Металлургия», специальность «Обработка металлов давлением» (150106), а также при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Методы исследований и достоверность результатов. Для исследования процессов резки и винтовой прокатки сплошных заготовок использовалось физическое и математическое моделирование. Математическое моделирование проведено с использованием программы Deform-3D!, основанной на методе конечных элементов, при этом построение геометрических моделей инструмента осуществлялось с помощью системы твердотельного моделирования Компас-3D. Результаты исследований хорошо согласуются с данными промышленных исследований, проведенных на ТПА-80.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается использованием современных методов механики обработки металлов давлением и воспроизводимостью результатов теоретического исследования, лабораторных и промышленных экспериментов, а также использованием методов математической статистики при обработке экспериментальных данных.

Апробация работы. Основные положения диссертации и ее отдельные результаты доложены и обсуждены на: VII Конгрессе прокатчиков (г. Москва, 2007); Неделя металлов в Москве (г. Москва, 2007); XVII Международной научно-технической конференции «ТРУБЫ - 2009» (г. Челябинск, 2009); XVIII Международной научно-технической конференции «ТРУБЫ - 2010» (г. Челябинск, 2010); Международной конференции «Форсированное индустриальное инновационное развитие в металлургии» (Республика Казахстан, 2010); VIII

1 Лицензия №9910, выданная ОАО «Синарский трубный завода

Конгрессе прокатчиков (г. Магнитогорск, 2010), 9-ой международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии» (Санкт-Петербург, 2011).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах, из них 2 статьи - в рецензируемых журналах, получено 2 патента РФ, подана 1 заявка на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, изложена на 247 страницах машинописного текста (145 страницах без приложений), содержит 129 рисунков, 36 таблиц, библиографический список из 44 источников, включая зарубежные публикации, и 10 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы, сформулирована цель и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе представлен обзор литературных источников по проблеме и описаны особенности формоизменения металла при радиально-сдвиговой прокатке и резке круглых заготовок на ножницах. Проведен анализ работ известных отечественных и зарубежных ученых, таких как С.П.Галкин, Р.М.Голубчик, П.Т.Емельяненко, В.Я.Осадчий, Е.И.Панов, П.И.Полухин, И.Н.Потапов, Б.А.Романцев, В.С.Смирнов, П.К.Тетерин, И.А.Фомичев, А .И .Целиков, В.В.Швейкин и др, посвященных использованию радиально-сдвиговой прокатки для обжатия круглых заготовок. При этом особое внимание уделено преимуществам указанного процесса перед другими способами деформации. Отмечены такие достоинства как обеспечение благоприятных условий для интенсивной деформационной проработки структуры и повышения плотности металла по всему сечению заготовки, а также меньшие энергосиловые затраты на деформацию по сравнению с другими способами прокатки.

Рассмотрены структурные изменения стали в процессе радиально-сдвиговой прокатки. В результате анализа работ выявлено положительное

влияние больших коэффициентов вытяжки и повышенных значений углов подачи на макро- и микроструктуру стали.

Более подробно рассмотрено формоизменение металла при прокатке, при этом изменение формы концов заготовок было связано с процессом разрушения металла в осевой зоне. Рассмотрены мнения разных ученых на причины образования утяжин на концах заготовок, а также рассмотрено влияние на величину утяжины таких технологических параметров как величина относительного обжатия, количество рабочих валков, значение угла подачи, а также калибровка валков обжимного стана.

В результате анализа работ, посвященных винтовой прокатке при повышенных углах подачи, показана высокая эффективность этого процесса для подготовки непрерывно-литого металла к прошивке.

Дополнительно в первой главе рассмотрены вопросы формоизменения металла при резке круглых заготовок на ножницах. Представлена классификация схем резки и описано влияние механических свойств металла, температуры нагрева и скорости резки на формоизменение концевых частей заготовок.

По результатам проведенного обзора научно-технической литературы сформулированы задачи исследований:

- разработать инновационную технологию производства высококачественных насосно-компрессорных труб, в том числе высокопрочных, а также в корро-зионностойком и хладостойком исполнениях, с целью эффективного использования непрерывно-литых заготовок;

- исследовать формоизменение металла в нестационарной стадии процесса обжатия заготовок на стане винтовой прокатки в зависимости от калибровки и настройки рабочих валков, а также режимов прокатки;

- провести анализ изменения макро- и микроструктуры, а также уровня механических свойств стали после каждой операции изготовления труб по новой технологической схеме;

- найти техническое решение модернизации технологии производства труб на ТПА-80 с целью снижения уровня брака по дефектам вида «раковина-вдав»;

- разработать новый способ резки заготовок, обеспечивающий получение рациональной формы концов заготовок после резки и отсутствие утяжин после обжатия на стане винтовой прокатки.

Вторая глава посвящена изучению формоизменения трубной заготовки в нестационарных стадиях процесса обжатия и совершенствованию технологии винтовой.прокатки на трехвалковом стане с целью повышения качества готовых труб.

Проведенный анализ технологии производства труб из непрерывно-литых заготовок на ТПА-80 выявил недостатки предложенной технологии, обусловленные образованием в процессе обжатия концевых утяжин, появлением отслоений металла в виде полуколец на заднем конце гильзы после прошивки и образованием дефектов в виде «раковина-вдав» на поверхности готовых труб (более половины всего брака).

В главе представлены результаты физического и математического моделирований, а также результаты промышлешгых экспериментов, направленных на изучение процесса образования утяжин и определение оптимальных режимов деформации для уменьшения их глубины.

При проведении физического моделирования процесс обжатия непрерывно-литых заготовок был заменен поперечной прокаткой пластилиновых образцов. При этом изучалось влияние на образование утяжин таких технологических параметров как угол подачи и исходная форма концов заготовок. Исследование проведено с помощью двух установок клиновой прокатки, моделирующих обжатие заготовок при углах подачи 12° и 18°, Опытной прокатке подвергались образцы с различной формой концов. Достоверность результатов физического моделирования была подтверждена качественным соответствием форм утяжин, образующихся на непрерывно-литых заготовках и пластилиновых образцах. Результаты физического моделирования позволяют утверждать, что с ростом угла подачи при винтовой прокатке глубина утяжин уменьшается, а при прокатке заготовок с профилированным концом образование утяжин полностью отсутствует.

Для математического моделирования винтовой прокатки была использована программа Вейгт-ЗО, в основе которой заложен метод конечных элементов. Изучалось влияние на глубину утяжин диаметра заготовки, угла подачи, калибровки валков обжимного стана, а также исходной формы концов заготовок (рисунок 1).

При математическом моделировании был составлен план вычислительного эксперимента, включающий в себя решение задач для заготовок диаметром 150 мм и 156 мм, при углах подачи 12°, 16° и 18°, для различных калибровок валков обжимного стана и форм концов заготовки. Стадии образования утяжин показаны на рисунке 2.

В результате решения задач конечно-элементного моделирования получены следующие результаты. С увеличением относительного обжатия по диаметру заготовки с 20,7 до 24,9% относительная глубина утяжины возрастает на 39,7%. Установлено, что при увеличении угла подачи с 12° до 18° относительная глубина утяжины уменьшается на 20,7% (рисунок 3).

Рисунок 1 - Модель обжимного стана в Вейэгт-ЗБ

Рисунок 2 - Стадии образования утяжин на заднем конце заготовки

0,280 _ 0,270

g ¡ 0,260

1 | 0,250

Щ К

fe >- 0,240

м 03

о I 0,230

5 0,220>

0,210 0,200

12 13 14 15 16 17 18

ушл подачи, град.

Рисунок 3 - Зависимость относительной глубины утяжины от угла подачи

Использование опытной калибровки валков обжимного стана позволило уменьшить глубину утяжин на 6,1%. Придание концу заготовки рациональной формы позволило уменьшить относительные размеры утяжин на 57,5%.

В результате расчетов было показано, что в наибольшей степени на глубину утяжин оказывают влияние придание специальной формы концам заготовок перед обжатием, величина относительного обжатия и угол подачи. Оптимальными являются режимы деформации при которых глубина утяжины минимизируется.

Для сравнения с расчетными данными в работе получены результаты промышленного исследования формоизменения металла в нестационарных стадий обжатия. Для выполнения промышленных экспериментов был составлен план опытных работ. В качестве исследуемых параметров были выбраны относительная глубина утяжины и количество дефектов в виде раковин на наружной и внутренней поверхности готовых труб. Изучено влияние на относительную глубину утяжины и качество готовых труб таких параметров как угол по-

дачи, калибровка валков обжимного стана, исходная форма концов заготовок и износ инструмента.

На первом этапе исследований изучалось влияние исходной формы конца заготовок и объему прокатанных труб при углах подачи 14°, 16°, 18° и 20°, а также влияние угла подачи при использовании серийной калибровки инструмента. В результате установлено, что с увеличением угла подали во всех исследуемых случаях произошло уменьшение глубины утяжикы на величину до 26,6%, а снижение уровня брака по раковинам составило не более 1%.

Далее был изучен характер изменения глубины утяжины в случае использования опытной калибровки валков обжимного стана. Результаты анализа полученных данных представлены на рисунке 4. Определено, что характер зависимости относительных размеров утяжин и качества готовой продукции от исследуемых факторов, сохраняется, при этом глубина утяжин в среднем на 10% меньше, чем для серийной калибровки.

Ш Профильный торец Я Прямой торец

Рисунок 4 - Значения относительной глубины утяжины При обжатии непрерывно-литых заготовок, предварительно разрезанных на ножницах горячей резки и, как следствие, имеющих конец выпуклой формы, относительная глубина образующихся утяжин во всех случаях меньше, чем для заготовок, имеющих плоский торец. При прокатке заготовки с предварительно профилированным концом обеспечено уменьшение глубины утяжины на 62%. С увеличением объема прокатанных труб в среднем с 1000 до 20 000 т без пере-

валки инструмента обжимного стана, т.е. с повышением износа валков увеличение относительных размеров утяжин на 10%.

Было проверено влияние времени нагрева заготовок в печи с шагающим подом на количество дефектов вида «раковина-вдав». Установлено, что изменение режимов нагрева заготовок не оказывает однозначного влияния на относительную глубину утяжины.

При обобщении результатов комплексных исследований процесса обжатия заготовки при винтовой прокатке были выявлены следующие направления по уменьшению глубины утяжины:

- предварительное формоизменение концов заготовок перед обжатием;

- увеличение угла подачи с 12° до 18°;

- использование опытной калибровки валков обжимного стана.

Третья глава посвящена разработке и исследованию способа профилирования концов заготовок, совмещенного с операцией резки. Придание специальной формы концам заготовки в линии ТПА на ножницах горячей резки перед обжимным станом является наиболее эффективным с точки зрения уменьшения глубины утяжины и обеспечения необходимой производительности агрегата в целом. В третьей главе представлены результаты физического, математического моделирований, а также результаты промышленных исследований нового способа резки.

Физическое моделирование выполнено на специальном устройстве, представляющем собой лабораторные ножницы с установкой деревянных ножей с различными калибровками, в т.ч. с серийной. В работе представлены чертежи разработанных ножей и формы концов пластилиновых заготовок после резки. Достоверность результатов физического моделирования подтверждена путем сравнения формы и размеров концов пластилиновых и металлических заготовок после резки. В результате физического моделирования показана принципиальная возможность разработки нового способа резки с одновременным приданием необходимой формы концу заготовки.

С целью выбора оптимальной калибровки ножей и сопутствующего инструмента прокладок выполнено математическое моделирование процесса резки. Моделирование проведено с помощью программы ОеГогт-ЗЭ (рисунок 5).

Рисунок 5 — Модель ножниц горячей резки в программе Оейгт-ЗО При математическом моделировании было определено влияние высоты (параметр /¡/Д,, где Д, - диаметр заготовки) и длины (параметр 1Ю3) «зуба» (рисунок 6), а также несимметричной схемы установки ножей на формоизменение концевых частей заготовок после резки. Математическое моделирование проведено в несколько этапов. На первом этапе были получены данные о формоизменении концевых частей заготовок при резке с использованием ножей с серийной калибровкой. Далее определялось влияние на формоизменение металла длины и высоты «зуба», а также влияние схемы установки кожей. На заключительном этапе моделирования осуществлен поиск оптимальной калибровки ножей для ножниц горячей резки.

Общий вид заготовки после резки представлен на рисунке 7. Форма концевой части характеризуется наличием участков смятия, образующихся в результате контакта металла с инструментом, и наличием участков внеконтактной деформации.

I - длина зуба; А - высота зуба Рисунок б - Профили ножей и прокладок в поперечном сечении

Рисунок 7 — Общий вид концов разрезанной заготовки В результате решения задач математического моделирования было определено, что с увеличением высоты «зуба» на 11 мм высота участков смятия увеличивается в среднем на 5 мм, при этом их длина также уменьшается в среднем на 5 мм. На размеры и форму зон внеконгактной деформации высота «зуба» влияния не оказывает. Установлено, что увеличение длины зуба за счет конусной калибровки прокладки способствует увеличению зон смятия при практически постоянных размерах участков внеконтактной деформации, при этом размеры этих зон становятся практически одинаковыми, что свидетельствует об улучшении процесса резки. В работе было рассмотрено применение несимметричной схемы реза, т.е. установка на ножницах верхних и нижних ножей с различной калибровкой, что позволяет перераспределить деформацию (профилирование) между передним и задним концами заготовки. Т.к. кольцевые разрушения металла на гильзах, вызванные наличием утяжин, образуются в основном с заднего конца заготовки, то целесообразным является сконцентриро-

вать деформацию при резке на заднем конце заготовки. Расчеты показаии. что применение несимметричной схемы установки ножей обеспечивает перераспределение деформации в сторону заднего конца заготовки, что является эффективным и позволяет сформировать более выпуклый задний конец заготовки.

Далее был произведен выбор оптимальной калибровки рабочего инструмента ножниц горячей резки, обеспечивающей получение более выпуклого заднего и менее выпуклого переднего конца заготовки. Результаты промышленных исследований нового способа резки, проведенных с целью проверки данных, полученных при моделировании были направлены на получение сведений о размерах образующихся утяжин при обжатии после резки заготовок опытными ножами. Установлено, что результаты промышленных экспериментов и математического моделирования качественно соответствуют друг другу. Найдена оптимальная калибровка инструмента ножниц горячей резки, способствующая уменьшению глубины утяжин до таких значений, при которых образование дефектов в виде полуколец не наблюдается (рисунок 8);

а - осуществлена схема резки без профилирования конца; б - с профилированием конца заготовки Рисунок 8 - Конец гильзы при прошивке заготовки после обжатия

В четвертой главе представлены результаты исследования и разработки нового способа обжатия непрерывно-литых заготовок, а также новой технологической схемы производства высококачественных насосно-компрессорных труб. Создание нового способа обжатия трубных заготовок заключается в определении рациональных режимов деформации, а также калибровки рабочих валков, позволяющих осуществлять технологический процесс таким образом, чтобы интенсивно прорабатывать литую структуру металла заготовки и обеспечивать стабильный ее захват во всем диапазоне заданных величин обжатия, а так-

же предотвращать образование дефекта «раковина-вдав» на горячекатаных трубах.

С целью интенсификации проработки литой структуры металла предложено процесс обжатия осуществлять с большими частными и суммарными обжатиями £ = 20-^30% при повышенных углах подачи р = 12н-18°. Для обеспечения стабильного захвата заготовок и уменьшения глубины утяжин на заднем конце заготовки предложена новая калибровка валков с последовательно рассоложенными по длине бочки несколькими участками захвата с входным конусом и несколькими обжимными конусами, а также калибрующим участком.

Новая технологическая схема ТПА-80 (рисунок 9) отличается от традиционной тем, что непрерывно-литая заготовка перед прошивкой подвергается дополнительному обжатию на трехвалковом стане винтовой прокатки, благодаря чему удается повысить дисперсность микроструктуры стали в гильзе.

Для уменьшения брака горячекатаных труб и для исключения возможности образования дефектов в виде полуколец на заднем конце гильзы найдены и рекомендованы рациональные режимы деформации, калибровка инструмента на ножницах и обжимном стане.

*

Вхпадшпепьнии апап Пиш У/шайка

хтгдгж резки Пробными ош

¡ел _ дадоах, «КЕЗГСЗ ШШСЕГ

Рисунок 9 — Новая технологическая схема производства труб на ТПА-80 Для оценки эффективности новой технологии производства труб из непрерывно-литых заготовок в работе выполнен сравнительный анализ эволюции зеренной структуры и механических свойств труб, производимых на ТПА-80.

Исследования проведены для двух наиболее применяемых и проблемных в производстве насосно-компрессорных труб марок стали - 32ХГ и 38Г2СФ, при этом изменения структуры и механических свойств отслеживались после каждого стана, в т.ч. и после термообработки (для марки стали 32ХГ).

Основным дефектом макроструктуры металла всех исследованных заготовок является центральная пористость, представляющая собой мелкие или отдельные крупные пустоты — поры. Установлено, что в результате обжатия центральная пористость в заготовке сохраняется, однако диаметр пор уменьшается.

При исследовании эволюции микроструктуры стали установлено, что металл непрерывно-литых заготовок имеет крупнозернистую структуру, состоящую из перлитных участков и ферритных зерен декорирующих границы аусте-нитного зерна (рисунок 10,а). Металл катаной заготовки представляет собой мелкодисперсную феррито-перлитную структуру с размером аустенитного зерна 100-160 мкм (рисунок 10,6). Размер зерна литого металла превышает размер зерна катаных заготовок. Однако уже после обжатия литых заготовок на трех-валковом стане винтовой прокатки структура металла значительно измельчается и размер действительного зерна составляет 100 мкм (рисунок 11,а), тогда как размер зерна катаной заготовки после нарева в печи с шагающим подом составляет 150-200 мкм (рисунок 11,6). Это обеспечивает при дальнейшем прокате и термообработке труб формирование более равномерной мелкодисперсной микроструктуры (рисунок 12).

Рисунок 10 - Микроструктура металла непрерывно-литой (а) и катаной (б) заготовки

Рисунок 11- Микроструктура металла непрерывно-литой заготовки после обжатия (а) и катаной заготовки после нагрева (б)

Рисунок 12— Микроструктура металла непрерывно-литой (а) и катаной (б) заготовки после термической обработки

На рисунках 13-16 представлено распределение механических свойств труб, а именно временного сопротивления, предела текучести, относительного удлинения и ударной вязкости при температуре -60°С, изготовленных по старой и новой технологии, после термической обработки (закалка с последующим отпуском) на примере насосно-компресеорных труб размером 73x5,5 мм из стали 32ХГ группы прочности Л в хладостойком исполнении.

40

X

35 30 25 20 15 10 5 0

менее 758-779 780-801 802-В23 824-845 846-867 868-883 890 я 758 более

Временно« сопротивление, МПа □ по старой технологии а по новой технологии

Рисунок 13 — Значения временного сопротивления

Предел текучести, МПа

.старой технологии а по новой технологии

Рисунок 14 - Значения предела текучести

Рисунок 15 - Значения относительного удлинения

бол««

Ударная вязкость КСУ-60, Дж/смг □ по старой технологии я по новой технологии

Рисунок 16 - Значения ударной вязкости при температуре -60°С Установлено, что полученный уровень механических свойств труб в обоих случаях соответствует требованиям нормативной документации (ТУ 14-161195). Однако следует отметить, что новая технология изготовления труб из непрерывно-литой заготовки обеспечивает получение требуемых механических свойств, уровня хладостойкостн и коррозионной стойкости для групп прочно-

ста по ГОСТ - Д (Дхл), К (Кхл), Е (Ехл), Л (Лхл), М (Мхл) и по API 5СТ - N80 тип Q, L80 тип 1, Р110 в более узком диапазоне, чем из катанной заготовки.

В работе проведен анализ уровня брака при производстве труб на ТПА-80. Анализ уровня брака выполнен для насосно-компрессорных труб размером 73x5,5 мм из наиболее проблемных марок стали 32ХГ и 38Г2СФ, изготовленных из непрерывно-литых заготовок диаметром 150 мм. поставки ОАО «СТЗ» и 156 мм поставки ОАО «ВТЗ», а также из катаных заготовок диаметром 120 мм поставки ОАО «НТМК». Данные по уровню брака, представленные за 2009 г. и отдельно за 2010 г. по август включительно, были обработаны с применением методов математической статистики. Объем каждой выборки был определен количеством плавок стали и составлял от 25 до 50 плавок.

Установлено, что по виду дефектов «наружная плена» качество готовой продукции, произведенной из непрерывно-литой заготовки, не уступает старому технологическому процессу изготовления труб из катаных заготовок. Новая технология обеспечивает отсутствие внутренних плен на поверхности готовых труб. В случае использования литых заготовок относительно катаных происходит увеличение количества дефектов «раковина-вдавов» в среднем в 2-3 раза, однако разработанные режимы обжатия совместно с новым способом резки непрерывно-литых заготовок обеспечивают уменьшение брака по дефектам «ра-ковина-вдав» до уровня, соответствующего катаным заготовок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана новая технологическая схема производства высококачественных насосно-компрессорных труб на ТПА-80 из непрерывно-литой заготовки. Для этого в линии ТПА-80 перед прошивным станом установлен трех-валковый стан винтовой прокатки, позволяющий обжимать литые заготовки диаметром 150-^156 мм до диаметра 120 мм. Новая технология производства бесшовных труб запатентована (патент РФ №2361689) и впервые была применена на ОАО «СинТЗ».

2. В результате анализа новой технологии показано, что применение операции обжатия непрерывно-литых заготовок совместно с разработанными на ОАО «СинТЗ» режимами термообработки обеспечивает получение высококачественных насосно-компрессорных труб, в том числе высокопрочных, а также в коррозионно-стойком и хладостойком исполнениях. Показано, что использование непрерывно-литых заготовок обеспечивает-высокое качество, готовой продукции по макро- и микроструктуре стали.

3. Разработан новый способ резки заготовок на ножницах горячей резки в линии ТПА-80, позволяющий совместить операции резки и профилирования концов заготовок (подана заявка на патент №2011118932). Найдены оптимальные калибровки ножей, применение которых способствует уменьшению глубины утяжины на заднем конце заготовки и повышению качества насосно-компрессорных труб.

4. Разработана калибровка валков обжимного стана, позволяющая за счет уменьшения глубины утяжины повысить качество готовой продукции (патент РФ №2377085). Кроме того, разработанная калибровка валков обеспечивает устойчивый захват заготовки в широком диапазоне значений относительного обжатия.

5. Качество готовой продукции, изготовленной из непрерывно-литых заготовок, не уступает качеству труб, произведенных из катаных заготовок. Исключение составил вид дефектов «раковина-вдав».

6. В результате исследований, проведенных с целью снижения уровня брака по дефектам «раковина-вдав», определено влияние технологических параметров процесса обжатия на образование утяжии и найдены оптимальные режимы прокатки. Показано, что наибольшее влияние на уменьшение глубины утяжины оказывает увеличение угла подачи до 16-И 8е и предварительное формоизменение концов непрерывно-литых заготовок.

7. Результаты проведенных экспериментально-исследовательских работ позволили разработать и внедрить новые технические решения по модернизации технологии, которые позволили уменьшить количество дефектов «раковина-

вдав» на поверхности готовых труб при использовании непрерывно-литых заготовок в 2-3 раза.

8. В результате модернизации существующей технологии производства труб на ТПА-80 достигнуто снижение себестоимости труб около 10% , повышена производительность агрегата на 15% и увеличен выход годного до 99%.

9. Применение непрерывно-литых заготовок после обжатия позволило улучшить условия прошивки, в результате чего уменьшилась разностешгость получаемых гильз в среднем на 1-^2%, а износостойкость инструмента повысилась на 8-н10%.

Ю.Новая технология производства высококачественных горячекатаных труб из непрерывно-литой заготовки может быть рекомендована для внедрения при реконструкции существующих и создании новых трубопрокатных агрегатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ

1. Бодров Ю.В., Овчинников Д.В., Чернышов Д.Ю. Использование обжимного стана в линии ТПА-80. Труды VII Конгресса прокатчиков, г. Москва, 2007 г. - М.: Чермегикформация, 2007.

2. Бодров Ю.В., Овчинников Д.В., Чернышов Д.Ю. и др. Использование обжимного стана в линии ТПА-80 // Неделя металлов в Москве. 12-16 ноября 2007 г.: сб. трудов конф. - М.: Черметинформация, 2008.

3. Бодров Ю.В., Овчинников Д.В., Устьянцев B.JI., Богатов A.A. Исследование нестационарной стадии винтовой прокатки непрерывнолитых заготовок на трехвалковом обжимном стане // Труды XVII международной научно-технической конференции «ТРУБЫ - 2009». 2009. С. 287-288.

4. Овчинников Д.В., Ерпалов М.В., Богатов A.A. Совершенствование технологии обжатия непрерывно-литой заготовки на трехвалковом обжимном стане винтовой прокатки // Труды XVIII Международной научно-технической конференции «ТРУБЫ - 2010».

5. Овчинников Д.В., Ерпалов М.В., Богатов A.A. Современная технология производства насосно-компрессорных труб из непрерывно-литой стали // Труды Международной конференции «Форсированное индустриальное инновационное развитие в металлургии», Республика Казахстан, 2010.

6. Овчинников Д.В., Ерпалов М.В., Богатов A.A. Развитие и внедрение процесса обжатия непрерывно-литой заготовки на трехвадковом обжимном стане винтовой прокатки // Труды восьмого конгресса прокатчиков, г. Магнитогорск. 2010. С 294-300.

7. Овчинников Д.В., Ерпалов М.В., Богатов A.A. Новая технологическая схема производства насосно-компрессорных труб на ТПА-80 // Труды 9-ой международной конференции «Современные металлические материалы и технологии».

8. Овчинников Д.В., Богатов A.A., Ерпалов М.В. Исследование и разработка нового способа резки непрерывно-литых заготовок // Технология производства металлов и вторичных материалов. 2011.

9. Марченко Л.Г., Фадеев М.М., Бодров Ю.В., Овчинников Д.В. и др. Использование обжимного стана в линии ТПА 80 // Сталь. 2009. №7. С. 57-60.

Ю.Овчинников Д.В., Ерпалов М.В., Богатов A.A. Применение непрерывно-литой заготовки для производства высокачественных насосно-компрессорных труб на ТПА-80 // Производство проката. 2011. №12.

11.Пат. 2377085 Российская Федерация, МПК В 21 В 19/00. Технологический инструмент трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки / Овчинников Д.В. и др.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Синарский трубный завод». - №2008130013/02 ; заявл. 21.07.2008 ; опубл. 27.12.2009, Бюл. №36.

12.Пат. 2361689 Российская Федерация, МПК В 21 В 19/04. Способ получения гильз / Овчинников Д.В. и др.; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Синарский трубный завод». -№2007145344/02 ; заявл. 06.12.2007 ; опубл. 20.07.2009, Бюл. №20.

Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная Тираж 100 экз.

Множительно-копировальное бюро АО ОАО «СинТЗ» 623401, Свердловская обл., г. Каменск-Уральский, Заводской проезд, 1

61 12-5/897

ФГАОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н.ЕЛЬЦИНА»

На правах рукописи

ОВЧИННИКОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ИЗ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ

Специальность 05.16.05 «Обработка металлов давлением»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: профессор, доктор технических наук А.А.Богатов

Екатеринбург - 2011

Реферат

247 е., 129 рис., 36 таблиц, 44 источников, 10 прил.

ПРОИЗВОДСТВО ТРУБ, НЕПРЕРЫВНО-ЛИТАЯ ЗАГОТОВКА, ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, ВИНТОВАЯ ПРОКАТКА, РЕЗКА ЗАГОТОВОК, МИКРОСТРУКТУРА СТАЛИ, ДЕФЕКТЫ, ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

В работе рассмотрена новая технологическая схема производства труб нефтяного сортамента с использованием непрерывно-литого металла. Объектом исследований являются процессы обжатия заготовок на трехвалковом стане винтовой прокатки и резки штанг на ножницах горячей резки.

Цель работы заключается в повышении качества готовой продукции и уменьшении количества дефектов «раковина-вдав». Для этого с использованием методов математической статистики выполнен анализ уровня брака при производстве труб из литых заготовок. Процессы резки и обжатия заготовок исследованы с помощью физического и математического моделирования, а также в ходе промышленных испытаний новой технологии. Определены причины образования указанных дефектов, найдены оптимальные режимы обжатия на стане винтовой прокатки и разработан новый способ резки штанг, совмещенный с профилированием концов разрезаемых заготовок. В результате уровень брака труб при использовании литых заготовок был снижен до уровня, соответствующего катаным заготовкам. В работе также выполнена оценка и показана высокая эффективность новой технологии с точки зрения формирования мелкодисперсной структуры стали и обеспечения высокого уровня механических свойств готовых труб.

В работе показано, что трубы, произведенные из непрерывно-литых заготовок, по качеству, структуре металла и уровню механических свойств не уступают трубам, произведенным из катаных заготовок, при этом затраты по переделу снижены до 10%, а уровень выхода годной продукции увеличен с 98,8% до 99,08%).

Оглавление

Введение...............................................................................................................................6

1 Особенности формоизменения металла при радиально-сдвиговой прокатке и резке круглых заготовок на ножницах.........................................................................................9

1.1 Использование радиально-сдвиговой прокатки для обжатия сплошных заготовок............................................................................................................................9

1.2 Структурные изменения стали в процессе радиально-сдвиговой прокатки......13

1.3 Формоизменение заготовок при прокатке.............................................................16

1.3.1 Причины образования утяжин на концах заготовок при прокатке..............16

1.3.2 Влияние технологических факторов на формоизменение металла при прокатке.......................................................................................................................17

1.4 Формоизменение металла при резке круглых заготовок.....................................21

1.5 Задачи исследования................................................................................................25

2 Формоизменение трубной заготовки при прокатке в трехвалковом обжимном стане....................................................................................................................................26

2.1 Физическое моделирование образования- утяжин на концах заготовок при обжатии............................................................................................................................26

2.1.1 Устройство для проведения физического моделирования............................26

2.1.2 Планирование эксперимента............................................................................29

2.1.3 Исследование результатов эксперимента........................................................31

2.2 Математическое моделирование процесса образования утяжин........................34

2.2.1 Алгоритм решения краевой задачи в программе Ое1шт-ЗВ........................34

2.2.2 Планирование вычислительного эксперимента.............................................36

2.2.3 Постановка задачи математического моделирования....................................39

2.2.4 Исследование результатов математического моделирования......................42

2.3 Промышленное исследование процесса образования утяжин............................49

2.3.1 Влияние режимов нагрева заготовок на качество готовых труб..................50

2.3.2 Планирование и результаты промышленного эксперимента........................51

2.3.3 Исследование результатов промышленных экспериментов.........................54

3 Разработка и исследование нового способа разрезки заготовок...............................63

3.1. Физическое моделирование процесса резки заготовок.......................................63

3.1.1 Устройство для проведения физического моделирования............................63

3.1.2 Влияние формы ножей на размеры концевой части заготовки....................64

3.2 Математическое моделирование процесса резки заготовок................................66

3.2.1 Планирование вычислительного эксперимента.............................................66

3.2.2 Постановка задачи математического моделирования....................................69

3.2.3 Исследование результатов математического моделирования......................73

3.3 Промышленное исследование процесса резки круглых заготовок.....................81

3.3.1 Планирование эксперимента............................................................................81

3.3.2 Исследование результатов опытных работ.....................................................82

4 Разработка и исследование новой технологии производства насосно-компрессорных труб на ТПА-80......................................................................................90

4.1 Новый способ обжатия непрерывно-литых заготовок на стане винтовой прокатки..........................................................................................................................90

4.2 Новая технологическая схема производства труб из непрерывно-литых заготовок..........................................................................................................................93

4.3 Сравнительный анализ эволюции зеренной структуры и механических свойств труб на ТПА-80...............................................................................................................98

4.4 Исследование уровня брака при производстве труб на ТПА-80.......................117

4.4.1 Исследование уровня брака по дефектам вида «раковина-вдав»...............123

4.4.2 Исследование уровня брака по дефектам вида «наружная плена»............132

4.4.3 Исследование уровня брака по дефектам вида «внутренняя плена».........138

Выводы по работе............................................................................................................140

Библиографический список............................................................................................142

ПРИЛОЖЕНИЕ А Опытные калибровки ножей для физического моделирования

процесса резки..................................................................................................................146

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Фотографии заготовок после резки..............................................148

ПРИЛОЖЕНИЕ В Фотографии заготовок после раскроя в штампах.......................151

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Результаты физического моделирования процесса обжатия.....152

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Калибровки ножей и прокладок...................................................154

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Результаты определения механических свойств стали..............161

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Данные по уровню брака..............................................................165

ПРИЛОЖЕНИЕ И Пример расчета калибровки валков обжимного стана..............176

ПРИЛОЖЕНИЕ К Акты проведения опытных работ на трехвалковом обжимном

стане..................................................................................................................................180

ПРИЛОЖЕНИЕ Л Акты проведения опытных работ на ножницах горячей резки 198

Введение

В настоящее время имеется тенденция к открытию и развитию месторождений нефти и газа, которые располагаются в районах Крайнего Севера и Сибири. Среднемесячная температура в холодных макроклиматических районах достигает значений от -30 до -60°С. В условиях действия низких температур для обеспечения безаварийной эксплуатации трубы нефтяного сортамента должны соответствовать требованиям по хладостойкости металла, т.к. полученные незначительные механические повреждения в условиях действия отрицательных температур весьма часто приводят к их разрушению.

Для некоторых месторождений нефти и газа характерно наличие коррозионно-агрессивных компонентов, таких как сероводород и двуокись углерода, которые снижают стойкость труб при их эксплуатации. Для решения этой проблемы трубы нефтяного сортамента изготавливаются в коррозионно-стойком исполнении из специальных сталей с пониженным содержанием серы до 0,007% и фосфора до 0,015%, а также с низкой загрязненностью стали неметаллическими включениями и газами.

Условия добычи и потребления нефти и газа приводят к необходимости повышения рабочего давления не только в трубопроводах, но в добывающих скважинах. Для обеспечения стойкости труб, эксплуатируемых под высоким давлением, требуется повышать уровень их механических свойств и, в частности, прочностные характеристики.

Ужесточение требований к трубам нефтяного сортамента по хладостойкости, коррозионной стойкости и прочности желательно осуществлять одновременно со снижением себестоимости продукции. С этой целью на ОАО «СинТЗ» предложено в качестве трубной заготовки использовать непрерывно-литой металл. Современная технология электросталеплавильного производства, основанная на получении низкопримесного расплава, внепечной обработки и, при необходимости, вакуумирова-ния стали, обеспечивает производство высококачественного непрерывно-литого металла. Кроме того, использование непрерывно-литых заготовок позволяет значи-

тельно уменьшить обрезь металла, увеличить выход годного, повысить производительность трубопрокатного агрегата и улучшить условия труда.

Однако существующие процессы прошивки не обеспечивают стабильное получение из литой заготовки качественной гильзы вследствие ярко выраженной литой структуры металла и наличия осевой пористости в заготовке. В этом случае предварительное деформирование непрерывно-литого металла способом винтовой прокатки, обеспечивающим большие сдвиговые деформации, способствующие интенсивной проработке литой структуры, являются весьма эффективным, однако требует решения актуальной научно-технической задачи по разработке эффективной технологии производства труб нефтяного сортамента.

Автором проведены исследования процесса винтовой прокатки сплошных заготовок на трехвалковом обжимном стане, выполнены исследования процесса резки заготовок на ножницах горячей резки, а также металлографические исследования эволюции зеренной структуры и механических свойств стали при производстве труб. Получены результаты, представляющие научную и практическую ценность и отвечающие требованиям оригинальности и новизны. Разработанные калибровки валков обжимного стана и ножей для ножниц горячей резки, позволяющие повысить качество готовой продукции, также представляют научно-практическую ценность.

Новая технология производства высококачественных насосно-компрессорных труб с использованием трехвалкового обжимного стана винтовой прокатки разработана и внедрена в производство впервые в мировой практики и пригодна для применения на других трубопрокатных агрегатах в случае использования непрерывно-литых трубных заготовок.

На защиту выносится: - новый способ изготовления труб на ТПА-80 из непрерывно-литой заготовки из углеродистых и легированных марок стали с обжатием заготовки по диаметру на 2СМ-30% в трехвалковом стане винтовой прокатки при повышенных углах подачи, обеспечивающий интенсивную проработку исходной литой структуры металла, а также необходимый уровень механических свойств труб;

методика исследования формоизменения концевых частей заготовок при обжатии на стане винтовой прокатки, включающая физическое, математическое моделирование процесса и промышленные испытания;

результаты комплексного исследования нового способа резки заготовок, позволяющего повысить качество труб и выход годного;

закономерности формоизменения концевых частей заготовок при резке и обжатии от температурных и скоростных режимов деформации, а также от калибровки инструмента обжимного стана и ножниц горячей резки;

оптимальные режимы деформации и калибровки инструмента ножниц горячей резки и трехвалкового стана винтовой прокатки, позволяющие уменьшить размеры концевых утяжин на заготовках и повысить качество готовых труб.

1 Особенности формоизменения металла при радиально-сдвиговой прокатке

и резке круглых заготовок на ножницах

1.1 Использование радиально-сдвиговой прокатки для обжатия сплошных заготовок

Под радиально-сдвиговой прокаткой (РСП) понимают процесс деформирования сплошных или полых заготовок на двух- или трехвалковых станах винтовой прокатки при повышенных значениях угла подачи. Важное значение для развития теории винтовой прокатки имеют работы С.П.Галкина, Р.М.Голубчика, П.Т.Емельяненко, В.Я.Осадчего, Е.И.Панова, П.И.Полухина, И.Н.Потапова, Б.А.Романцева, В.С.Смирнова, П.К.Тетерина, И.А.Фомичева, А.И.Целикова, В.В.Швейкина и др.

Процесс РСП обладает рядом преимуществ перед традиционными способами деформации. В отличие от обычных станов винтовой прокатки в станах РСП создаются условия благоприятные для интенсивной деформационной проработки и повышения плотности металла по всему сечению заготовки. При этом напряженно-деформированное состояние металла в значительной степени зависит от угла подачи в сочетании с геометрией очага деформации. Таким образом, процесс РСП позволяет осуществлять прокатку непрерывно-литых заготовок без разрушения металла, а также обеспечивать высокое качество труб с точки зрения структуры и механических свойств стали.

Об уплотнении осевой зоны заготовки в процессе РСП свидетельствуют данные экспериментов на прошиваемость заготовок из углеродистых марок стали [1]. Так при углах подачи (3 = 6 -5- 9° значение критического относительного обжатия составляет екр =610%, однако при (3 = 18° оно повышается до 15%, а при (3 = 24° -8кр > 24%. Положительное влияние больших углов подачи на улучшение технологической деформируемости заготовок принято связывать с ростом частных обжатий, повышением равномерности деформации и ограничением цикличности при винтовой прокатке.

В работе [2] выполнен анализ влияния углов подачи на условия деформации и закрытие дефектов в осевой зоне заготовки. Для этого был проведен специальный эксперимент: винтовой прокатке подвергались заготовки с просверленными осевыми отверстиями, моделирующими дефекты центральной зоны в виде макропор. Деформация заготовок осуществлялась при различных углах подачи в диапазоне Р = 6 -г 24° с одинаковыми коэффициентами вытяжки за проход. Поведение искусственного дефекта характеризовалось с помощью коэффициента \|/, представляющего собой произведение коэффициента вытяжки на отношение площадей поперечного сечения отверстий F(|тв и соответственно после и до деформации:

¥ =

р1

отв / отв

^ /рО

заг/ заг

г!

■X.

«

<и р

О О

я &

Л <и

ч М

и н

н о

<и к и о

к о о и

о а

^ Л

и

<и

0,00

б 12 18 24

Угол подачи /3, град

Рисунок 1.1- Влияние угла подачи на интенсивность закрытия

осевых дефектов заготовки Результаты экспериментов (рисунок 1.1) показали, что при прокатке заготовок в области малых углов подачи (|3 = 6 -г- 10°) уменьшение площади поперечного сечения отверстия происходит менее интенсивно в сравнении с самой заготовкой и значение коэффициента \|/ > 1, т.е. закрытие дефектов в осевой зоне заготовки недостижимо. С увеличением угла подачи характер деформированного состояния металла качественно изменяется и интенсивность залечивания дефектов резко возрастает.

Площадь дефекта уменьшается быстрее, чем площадь сечения заготовки, т.е. \|/ < 1. В области больших углов подачи (|3 = 21-=- 24°) удается достичь полного закрытия дефектов - \|/ = 0.

Таким образом, в представленных работах установлено и опытным путем подтверждено, что процесс винтовой прокатки сплошных заготовок при повышенных углах подачи обеспечивает интенсивную деформационную проработку структуры осевой зоны металла, что является очень важным при обжатии непрерывно-литых заготовок.

В работах [2-3] И.Н.Потаповым, П.И.Полухиным, Е.А.Харитоновым, С.П.Галкиным исследованы характерные особенности пластического течения металла в процессе радиально-сдвиговой прокатки и установлены оптимальные режимы деформации с точки зрения интенсификации процесса обжатия. В основе работы лежит гипотеза о наличии в объеме очага деформации особой осесимметричной зоны I (рисунок 1.2) - зоны, для которой характерно сохранение в процессе прокатки поперечных сечений в виде окружностей с общим центром на оси заготовки. Использование указанной гипотезы позволило построить для очага деформации кинематически возможное поле скоростей и вычислить компоненты тензора скорости деформации

ж

ш

Рисунок 1.2 - Расположение кинематических зон в очаге деформации

В результате, используя метод верхней оценк