автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.09, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии производства труб на пилигримовом стане с использованием контролируемой прокатки

На правах рукописи

005016338

ЕРЕМИН ВИКТОР НИКОЛАЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБ НА ПИЛИГРИМОВОМ СТАНЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ПРОКАТКИ

Специальность 05.02.09 - «Технологии и машины обработки давлением»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 [ -лАП 1Ш

Москва-2012 г.

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики» и на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор,

Осадчий Владимир Яковлевич, Московский государственный университет приборостроения и информатики

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Никулин Анатолий Николаевич,

ведущий научный сотрудник,

ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина»

кандидат технических наук, доцент, Шумилин Владимир Константинович, Московский государственный университет приборостроения и информатики

Ведущая организация Российский научно-исследовательский

трубный институт

Защита состоится « 2012 г. в ^^ часов на заседанш

диссертационного совета Д 212.119.03 в Московском государственном универ ситете приборостроения и информатики по адресу: 107076, г. Москва ул. Стромынка, д. 20. су ^

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета приборостроения и информатики.

Отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета.

Автореферат разослан « » 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета профессор, к.т.н.

/Касаткин Н.И./

Общая характеристика работы Актуальность работы.

Трубопрокатные установки с пилигримовым станом по прежнему остаются одними из наиболее распространенных в мире для изготовления труб диаметром от 219 до 426 мм. Изготовление многих видов труб на таких установках включает термообработку. Контролируемая прокатка совмещает термообработку с прокаткой, улучшает механические свойства и снижает себестоимость изготовления продукции. Технологии контролируемой прокатки уже исследованы многими авторами применительно к другим процессам обработки металлов давлением, в первую очередь, при прокатке листов. В области горячей пилиг-римовой прокатки такие исследования практически отсутствуют, и контролируемая прокатка непосредственно на пилигримовом стане не используется. Но большая величина общей деформации и высокая дробность деформации, позволяющие использовать на трубопрокатных установках с пилигримовым станом заготовку с четко выраженной литой структурой, указывают на перспективность исследования возможности её применения. Поэтому, исследование контролируемой прокатки труб на пилигримовом стане представляет большой научный и практический интерес и, несомненно, является актуальным. Цель работы

Разработка технологии контролируемой прокатки труб из углеродистых и низколегированных марок стали на трубопрокатной установке с пилигримовым станом, таких труб как газлифтные, котельные и повышенной хладостойкости. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

• разработать методику и исследовать влияние основных технологических параметров прокатки на пилигримовом стане на микроструктуру и механические свойства металла труб;

• выбрать наиболее рациональные технологические параметры прокатки на пилигримовом стане для управления микроструктурой и механическими свойствами готовых труб.

Методы исследования

Исследования проводились с использованием физического моделирования процесса пмлмгримовой прокатки с использованием кулачкового пластометра Южно-Уральского государственного университета и универсального испытательного комплекса С1ееЫе 3800 Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, а так же в промышленных условиях на пилигри-мовом стане ОАО «ЧТПЗ». Научная новизна;

• впервые разработана методика физического моделирования процесса горячей пилигримовой прокатки на пластометрах, позволяющая выбрать рациональные режимы деформации в пилигримовом стане;

• получена формула для расчета температуры конца прокатки в зависимости от толщины стенки труб и величины подачи гильзы;

• установлена зависимость микроструктуры и ударной вязкости горяче-деформированных труб от величины подачи гильзы;

• на основе пластометрических испытаний и результатов прокатки на действующем стане впервые показана возможность реализации контролируемой прокатки на пилигримовом стане.

Практическая ценность работы

Разработана и внедрена технология контролируемой прокатки труб из стали марок 09Г2С и 17Г1С, обеспечивающая повышение ударной вязкости и измельчение аутенитного зерна после прокатки на трубопрокатной установке с пилигримовым станом путем задания определённой величины подачи гильзы, скорости вращения валков, температуры металла и микролегирования стали. Достоверность полученных результатов

Достоверность результатов исследования обеспечивается удовлетворительным совпадением результатов экспериментальных исследований на лабораторных пластометрических установках, оснащенных современными контрольно изме-

рительными приборами и ЭВМ, с натурными экспериментами на действующем прокатном стане.

Основные положения, выносимые на защиту:

• технология прокатки на трубопрокатной установке с пилигримовым станом труб из углеродистых и низколегированных марок стали, которая обеспечивает повышение ударной вязкости и измельчение аутенит-ного зерна при использовании определенных величин подачи гильзы и микролегирования стали;

• режимы горячей прокатки в пилигримовом стане (величина подачи гильзы, скорость вращения валков, температура металла), которые влияют на механические свойства и микроструктуру металла готовых труб.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-технической конференции МГУПИ «Информатика и технология» (2009 г.), на научно-технической конференции МГУПИ «Информатика и технология» (2010 г.), на международной научно-технической конференции «Трубы 2010» (г. Челябинск, РосНИТИ, 2010 г.), на научно-технической конференции МГУПИ «Информатика и технология» (2011 г.). Публикации

По теме диссертации опубликовано пять печатных работ, три из которых в журналах, рекомендуемых Высшей Аттестационной Комиссией («Производство проката», «Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии»). Список, опубликованных работ приведен в автореферате. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников. Общий объем работы 220 страниц. Она включает 124 страницы машинописного текста, 53 рисунка, 25 таблиц. Список литературы включает 83 наименования печатных работ отечественных и зарубежных авторов.

Содержание работы Во введении Обоснована актуальность темы, отмечена научная новизна и практическая ценность, сформулированы цели работы и содержание поставленных задач, представлены основные положения научной работы, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен обзор технологий контролируемой прокатки и термомеханической обработки, применяемых при прокатке листового проката и труб. Описываются наиболее характерные примеры реализации контролируемой прокатки листового проката. Сопоставлением с ними продемонстрирована меньшая степень использования и внедрения технологий контролируемой прокатки при изготовлении труб. Совершенствованием процесса прокатки на пи-лигримовом стане занимались Емельяненко П.Т, Пляцковский O.A., Шевакин Ю.Ф., Осада Я.Е., Тетерин П.К., Матвеев Б.Н., Осадчий В.Я., Фартушный Р.Н., Раскатов Е.Ю. и многие другие. Исследованием и разработкой технологий контролируемой прокатки и высокотемпературной термомеханической обработкой занимались Бернштейн M.JL, Блантер М.Е., Матросов Ю.И., Янковский В.М., Зиновьев A.B., Коджаспиров Г.Е., Эфрон Л.И., Кашакашвили Г.В. и др. Анализ литературы и патентной информации показал, что в трубном производстве практически не используется возможность реализации рекристаллизационной контролируемой прокатки. На трубопрокатных установках с пилигримовым станом контролируемая прокатка используется крайне редко и только на редукционном стане, установленном после пилигримового стана. Распространена установка в линии трубопрокатной установки после пилигримового стана печи для проведения нормализации. Охлаждение и повторный нагрев исключают воздействие пилигримового стана на механические свойства и микроструктуру готовых труб. Данная тенденция отмечается и в теоретических исследованиях Янковского В.М., Осады ЕЛ. по разработке перспективных технологий прокатки труб. Тем не менее, пилигримовые станы обладают качествами необходимыми для воздействия на механические свойства и микроструктуру металла

труб: большие величины деформации, дробность деформации, широкий диапазон скорости деформации, возможность прокатки при температуре как более, так и менее температуры статической рекристаллизации. Все это указывает на необходимость детального изучения возможности реализации контролируемой прокатки непосредственно на пилигримовом стане.

Вторая глава посвящена физическому моделированию процесса горячей пи-лигримовой прокатки на пластометрах. Разрабатывается методика физического моделирования горячей пилигримовой прокатки на кулачковом пластометре и универсальном испытательном комплексе ОееЫе 3800, а так же описываются эксперименты по физическому моделированию прокатки труб размером 325x20 мм из стали 17Г1С. Показано, что дробность деформации и режим деформации используются как факторы структурообразования. Рассматриваются зависимости дробности деформации и режима обжатий на пилигримовом стане от калибровки валков и величины подачи гильзы. На основе представлений о дробности деформации в очаге деформации пилигримового стана была разработана методика и проведено физическое моделирование пилигримовой прокатки труб в лабораторных условиях, заключающееся в деформации образцов за различное количество этапов, но с равными величинами общей деформации. Принцип физического моделирования приведен на рисунке 1.

I I

а)

б)

в)

г)

Рисунок 1 - Моделирование прокатки труб на пилигримовом стане с различной величиной подачи гильзы (изображения условны): а) деформация объема подачи в пилигримовом стане при величине подачи гильзы Ш|; б) осадка цилиндра, моделирующая прокатку с величиной подачи гильзы гщ; в) деформация объема подачи в пилигримовом стане при величине подачи гильзы ш2 (т| < ш2); г) осадка цилиндра, моделирующая прокатку с величиной подачи гильзы ш2.

На кулачковом пластометре пилигримовый процесс моделировался со следующими допущениями: логарифмические коэффициенты деформации на каждом этапе равны (этап - это деформация + пауза за один оборот валка); температуры деформации на каждом этапе равны; пренебрежение частью этапов деформации; пренебрежение влиянием скорости деформации (при условии отсутствия различий в скорости деформации на порядок); охлаждение образцов после деформации на воздухе. Количество этапов деформации определялось по формуле

-- (1)

т( 1 + 2//,)

где Ь = ^6р1!(а)с1а - длина участка по конусу деформации, на котором осуществляется деформация; т - величина подачи гильзы, мм; Не - суммарная вытяжка. Катающий радиус р^а) рассчитывался по формуле Матвеева Б.Н.

= + (2) где р.,, - средний радиус, мм;

к - эмпирический коэффициент равный 0.06 мм"1;

Др

— - интенсивность изменения радиуса валка в данном сечении. Для расчета величина паузы между этапами деформации выведена формула

£пауз = ^ • [(1 - • («3 +«б + <*т1Х)+ав + ах-а3 + ап- с (3)

где с*з - угол к вертикали соответствующий контакту заготовки и валков в момент захвата, рад;

а6 — угол соответствующий участку бойка на пильгервапке, рад; ах - угол соответствующий холостому участку пильгервалка, рад;

- угол на полирующем участке соответствующий величине линейного смещения металла за цикл, рад;

ш - угловая скорость вращения валков, рад/с. Перед испытаниями образцы выдерживали 30 минут при температуре 1200 °С и охлаждали до температуры испытаний. Далее образцы деформировали за различное количество этапов. После деформации образцы охлаждали на воздухе На рисунках 2 и 3 показана микроструктура образцов деформированных на кулачковом пластометре, при физическом моделировании прокатки труб диаметром 325 мм с толщиной стенки 20 мм при величине подачи гильзы 20 мм (5 этапов) и 30 мм (3 этапа).

Рисунок 2 - Микроструктура образцов из стали 17Г1С (хЮО): а) - б) деформация за 3 этапа с коэффициентом логарифмической деформации 0,4 на каждом этапе, при температуре 900 и 1100 °С; в) - г) деформация за 5 этапов с коэффициентом логарифмической деформации 0,25 на каждом этапе, при температуре 900 и 1100°С.

■3 ?

Шшйщт 3

а)

ШШШ

Ш

¡в);

щш шщшт

Рисунок 3 - Микроструктура образцов из стали 17Г1С микролегированной 0,07 % ванадия и 0,02 % ниобия (х 100): а) - б) деформация за три этапа с коэффициентом логарифмической деформации 0,4 на каждом этапе, при температуре 900 и 1100 °С; в) - г) деформация за пять этапов с коэффициентом логарифмической деформации 0,25 на каждом этапе, при температуре 900 и 1100 °С.

Совмещение микролегирования, направленного на затруднение роста зерна, а так же регламентация режима деформации практически полностью исключило

различия в микроструктуре образцов деформированных при различных температурах. Допущение о равенстве деформации на каждом этапе деформации существенно отличается от реального процесса. При пилигримовой прокатке частные деформации по длине конуса деформации сначала увеличиваются, а затем уменьшаются. По данным Гурьянова Д.А, Замотаева Б.Н. и Рубежанской И.В. режим обжатий так же оказывает влияние на микроструктуру и свойства стали. Ими было изучено влияние монотонных режимов с увеличением деформаций, с уменьшением деформаций и равными деформациями, наиболее благоприятен режим с уменьшением частных деформаций. Для исследования влияния режима деформации на пилигримовом стане были разработаны два режима деформации, которые приведены на рисунке 4.

а)

Рисунок 4 - Частные деформации при прокатке труб диаметром 325 с толщиной стенки от 20 до 25 мм: 1 и 2 - границы максимальных и минимальных значений, определенные по результатам измерения недокатов; 3 - режим деформации принятый для комплекса 01ееЬ1е 3800; а) - значения для величины подачи гильзы 30 мм; б) - значения для величины подачи гильзы 20 мм.

<и 5" Я

-ея &

и

о

¡а я

я «

о.

о

г>

ч

Ё и в а

•в-

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

-во о а

>13

к

ЬЙ о

V

з-

X

г

-е &

и о

ч

к 0,4 к

«о Я о. £0,2 4)

«ОД

0

1 1 2 .. - -1 ь

1

г ** •гг. — 4

г

3 4

Этап деформации

1 / ^ 2 3

I--ш

¡- - т -

(Г» г* ~ "Ч _

3 4 5 6

Этап деформации

Соответствие режимов, выбранных для физического моделирования, проверялось путем измерения недокатов при прокатке труб диаметром 325 мм. Режимы с переменными частными деформациями реапизовывали на универсальном испытательном комплексе Gleeble 3800. Аналогично предыдущему эксперименту образцы из стали 17Г1С нагревали до температуры 1200 "С со скоростью 0,5 °С/с, выдерживали 30 минут и охлаждали до температуры испытаний со скоростью 0,5 °С/с. Далее образцы деформировали со скростью деформации 1,6 с"' по режимам изображенным на рисунке 4 (кривая 3), между этапами деформации выдерживалась пауза 1,5 с. После деформации образцы охлаждали со скоростью 0,5 °С/с, что аналогично охлаждению середины толщины стенки труб после прокатки на воздухе. Была проведена оценка распределения размеров зёрен феррита, которая показала различия в положении моды кривой распределения (рисунок 5).

ЗМ М.7

с £

о а>

В" 16.3 5

к

С 10.9 5.45

I.......12 16 20 24 28 32 36 40 0 4 8 12 П /0 И П 32 36 40 ,

а) Размер зёрен феррита, мкм б) Размер зёрен феррита, мкм

Рисунок 5 - Гистограммы распределения размеров зерна феррита в образцах стали 17ПС, деформированной на комплексе С1ееЬ1е 3800 при температуре 900 °С: а) - по режиму, показанному на рисунке 3-а; б) - по режиму, показанному на рисунке З-б.

С увеличением дробности деформации во всём температурном интервале испытаний отмечено смещение моды в сторону уменьшения размера зерна, а так же

уменьшение количества крупных зёрен. С увеличением температуры деформации отмечено увеличение количества крупных зёрен феррита, что указывает на необходимость применения микролегирования препятствующего росту зерна аустенита при температуре 1000 °С и более. Анализ пластометрических испытаний показал возможность применения величины подачи гильзы для регулирования процесса горячей пилигримовой прокатки с целью уменьшения размеров зёрен феррита. Совместное использование рациональных величин подачи гильзы и микролегирования стали позволяет уменьшить отличия в микроструктуре, вызванные деформацией при различных температурах, благодаря чему при горячей пилигримовой прокатке может быть получена идентичная микроструктура по всей длине трубы.

Третья глава посвящена разработке технологии контролируемой прокатки бесшовных горячедеформированных труб диаметром от 273 до 426 мм с толщиной стенки от 8 до 25 мм из стали марок 09Г2С и 17Г1С применительно к ТПУ 8-16" с пилигримовым станом Челябинского трубопрокатного завода. Анализ калибровок, используемых на Челябинском трубопрокатном заводе и расчет частных деформаций показали, что каждые 5 мм изменения величины подачи гильзы соответствуют одному этапу деформации (рисунок 6).

ш 9 о

«Но Н К й

т 3"

¡а 3 7

£ 1-6

§ 8

О с

■......................................1................. 2 /

,7 ............

20

35

„25 30

Величина подачи, мм

Рисунок 6 - Зависимость количества этапов деформации от величины подачи гильзы при толщине стенки: 1-15 мм; 2-20 мм; 3-30 мм.

Общее количество этапов деформации находится в пределах от 4 до 10 и с увеличением толщины стенки трубы уменьшается. Из-за регулирования величины

12

подачи гильзы минимальное и максимальное количество этапов деформации при прокатке одного размера могут отличаться не более чем на 3 этапа. С целью определения возможности использования различных вариантов контролируемой прокатки было проведено исследование условий деформации на пилиг-римовом стане. Установлено, что снижение температуры прокатки на пилигри-мовом стане путем принудительной задержки гильз перед станом не вызывает значительного снижения температуры конца прокатки, а так же не позволяет стабильно обеспечить измельчение зерна феррита и требуемые механические свойства. С целью проверки эффективности воздействия величины подачи гильзы на микроструктуру и механические свойства металла труб, предложенного на основе физического моделирования на пластометрах и возможности использования, предложенной во второй главе методики физического моделирования для выбора рациональных режимов прокатки (величина подачи гильзы, температура прокатки, скорость вращения валков), была проведена серия экспериментов на ТПУ 8-16" с пилигримовым станом Челябинского трубопрокатного завода. Данные, полученные при прокатках, аналогичны результатам моделирования на пластометрических установках и тем самым подтверждают возможность использования данной методики физического моделирования для разработки технологии прокатки на пилигримовом стане. В ходе опытных про-каток труб 273x10 мм из стали 09Г2С было определено, что измельчение зерна не единственный механизм действия дробности деформации на механические свойства труб из низколегированных марок стали в процессе горячей пилигри-мовой прокатки. Для охлаждения пильгервалков используется вода, её попадание на трубы с толщиной стенки от 8 до 15 мм увеличивает скорость охлаждения трубы и, как следствие, в микроструктуре присутствует бейнит, при этом уменьшаются абсолютные значения ударной вязкости и увеличивается разброс ее значений. Была опробована прокатка с уменьшением величины подачи гильзы на 5 мм. Увеличение длительности прокатки, вследствие уменьшения подачи гильзы, уменьшило температуру конца прокатки на величину от 30 до 50 °С,

благодаря чему увеличение скорости охлаждения из-за попадания воды началось в момент частичного выделения феррита. Количество структур характерных для ускоренного охлаждения уменьшилось, величина ударной вязкости существенно увеличились и уменьшился разброс её значений. В таблице 1 приведены результаты испытаний на ударный изгиб на образцах взятых от труб после прокатки по действующей технологии и при прокатке с уменьшенной величиной подачи гильзы.

Таблица 1 — Данные по ударной вязкости образцов из труб 273х 10 мм из стали

09Г2С

Вариант прокатки Ударная вязкость КСи, МДж/м2 Температура конца прокатки, °С

при минус 40 °С при минус 60 °С

Действующая технология (величина подачи гильзы от 20 до 25 мм) От 1,8 до 2,4 От 0,3 до 1,6 От 900 до 960

Предлагаемая технология (величина подачи гильзы от 15 до 20 мм) От 1,8 до 3,4 От 1,9 до 2,3 От 850 до 915

Нормализация после нагрева в печи От 2,0 до 3,2 От 0,2 до 3,0 -

На рисунке 7 показана микроструктура металла труб размером 273x10 мм из стали 09Г2С, прокатанных с различной величиной подачи гильзы.

......- С '

Т Г у

• -Ш л-Ж 'Ч-^с^ V

'■■->■ Р Т¥ V ^СГ*

Рисунок 7 - Микроструктура металла труб 273x10 мм из стали 09Г 2С (х500): а) при прокатке по действующей технологии (величина подачи гильзы от 20 до 25 мм); б) при прокатке по предлагаемой технологии (величина подачи гильзы от 15 до 20 мм).

По данным измерения температуры гильз и температуры труб после прокатки получена зависимость температуры конца прокатки от величины подачи гильзы и толщины стенки трубы:

Т = Т0 - (-0,2093 ■ т2 + 6Д475 ■ т + 25.633) ■ 1п(5) +

+0,6081 • т2 - 15,715 • т - 195,41, °С (4)

где Т0 - температура гильзы, °С;

т - величина подачи гильзы, мм;

Б — толщина стенки трубы, мм. Данная зависимость может быть использована для оценки степени достижения температуры начала ферритного превращения при прокатке труб диаметром от 273 до 426 мм с толщиной стенки от 8 до 25 мм и величине подачи гильзы от 15 до 30 мм. Ошибка расчета температуры конца прокатки по формуле (4), не превышает 15 %. Для исследования предлагаемой технологии использовали сталь двух схем микролегирования. Первоначально эксперименты проводились на стали с микролегированной ванадием (от 0,02 до 0,07 %) и ниобием (от 0,01 до 0,03 %). Известно, что при нагреве карбиды и карбонитриды ванадия сдерживают рост зерна аустенита лишь до температуры 900 °С. По этому было опробовано микролегирование стали алюминием (от 0.02 до 0.05 %) и титаном (от 0,01 до 0,03 %), являющегося более сильным карбидообразующим элементом, тормозящим рост зерна аустенита при температурах пилигримовой прокатки более эффективно, чем ванадий. На основании выполненных исследований применительно к ТПУ 8-16" с пилигримовым станом Челябинского трубопрокатного завода разработаны режимы прокатки труб диаметром от 273 до 426 мм с толщиной стенки от 8 до 25 мм из стали марок 09Г2С и 17Г1С, позволяющие получать механические свойства близкие по ряду показателей к результатам, получаемым после нормализации с отдельного нагрева. Были регламентированы величина максимальной подачи гильзы и микролегирование стали, что увеличило долю труб сдаваемых без дополнительной термообработки с 20 до 50 %.

В четвертой главе приведены результаты прокатки с ускоренным охлаждением после пилигримового стана, которые показали перспективность работ по разработке не только контролируемой прокатки, но и высокотемпературной термомеханической обработки на пилигримовом стане (таблица 2). На ТПУ 816" с пилигримовым станом Челябинского трубопрокатного завода при прокатке труб 426x9 мм из стали марки 20ФА была опробована следующая схема высокотемпературной термомеханической обработки:

- прокатка на пилигримовом стане при температуре от 1065 до 980 °С;

- охлаждение спрейером после выхода из клети пилигримового стана;

- отпуск при температуре от 650 до 700 °С (проводился в лабораторной печи на образцах).

Таблица 2 - Механические свойства труб после ускоренного охлаждения в липни пилигримового стана._

Состояние металла Место отбора проб Предел текучести МПа Предел прочности (ст„), МПа Относительное удлинение (б5),% Ударная вязкость KCV -50°С, МДж/м2 Доля вязкой составляющей, %

После горячей прокатки (охлаждение в линии пилигримового передний участок трубы От 465 до 490 От 670 до 680 От 25 до 26 От 0,4 до 0,7 От 6 ДО 19

задний конец трубы От 455 до 590 От 630 до 870 От 18 до 26 От 0,5 до 0,6 От 6 до 16,5

отпуск 670 °С (на образцах) передний участок трубы От 460 до 490 От 630 до 650 От 25 ДО 29 От 0,7 до 1,3 От 21 до 44

задний конец трубы От 550 до 560 От 600 до 700 От 23 до 28 От 1,2 до 1,9 От 12 до 25

отпуск 700 °С (на образцах) передний участок трубы От 420 до 435 От 590 до 610 От 27 до 28 От 1,0 до 1,3 От 85 до 88

задний конец трубы От 480 до 510 От 630 до 640 От 25 до 29 От 1,6 до 1,9 От 92 до 98

После прокатки от прокатанных труб были отобраны темплеты на расстоянии 500 мм от затравочного конца трубы и 500 мм от пильгерголовки и проведены испытания на растяжение и ударный изгиб при пониженных температурах, исследована микроструктура. Непосредственно после прокатки были получены небольшие значения ударной вязкости и доли вязкой составляющей, увеличившиеся после проведения отпуска. Результаты эксперимента можно оценить как положительные и подтверждающие возможность применения рекристаллиза-ционной высокотемпературной термомеханической обработки на пилигримо-вом стане для улучшения механических свойств труб, например газлифтных и повышенной хладостойкости. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Впервые разработана методика физического моделирования процесса горячей пилигримовой прокатки на пластометрах;

2. Установлено влияние величины подачи гильзы в очаг деформации пилиг-римового стана на величину зерна феррита и компенсацию различий в температуре прокатки по длине трубы;

3. Установлена зависимость величены зерна феррита и ударной вязкости металла трубы от величены подачи гильзы в очаг деформации и влияние величены подачи гильзы на компенсацию различий в тнмпературе прокатки по длине трубы;

4. На примере прокатки труб размером 426x9 мм из стали марки 20ФА показана возможность проведения высокотемпературной термомеханической обработки труб на пилигримовом стане;

5. На основе проведенных исследований впервые была разработана и внедрена технология контролируемой прокатки на ТПУ 8-16" ЧТПЗ труб из стали _ марок 09Г2С и 17Г1С, обеспечивающая с прокатного нагрева механические свойства и микроструктуру аналогичные, получаемым после нормализации с отдельного нагрева;

6. Экономический эффект от внедрения новой технологии составляет 30 млн. рублей в год, в ценах 2011 года. Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Еремин В.Н., Осадчий В .Я., Заволокин A.B., Маковецкий А.Н. Особенности реализации ВТМО на установках с пилигримовыми станами// Производство проката. - 2010., №4. - С. 13-18;

2. Еремин В.Н., Осадчий В.Я. Изучение возможности реализации рекри-сталлизационной контролируемой прокатки на пилигримовом стане// Производство проката - 2011., №10. - С. 29-32;

3. Еремин В.Н., Осадчий В.Я. Разработка технологии контролируемой прокатки труб на пилигримовом стане//Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2012., №2 (292). - С. 56-60

Публикации в других изданиях:

1. Еремин В.Н., Осадчий В.Я. Применение ВТМО при производстве труб на установках с пилигримовым станом. - Челябинск: 2010. - (Труды/Международная научно-техническая конференция «Трубы 2010»/секция

Ш);

2. Еремин В.Н., Маковецкий А.Н., Осадчий В.Я. Особенности реализации ВТМО на установках с пилигримовым станом: сб. научных трудов к 50-и летаю кафедры «Информационные технологии обработки давлением» МГУПИ. - М.: МГУПИ, 2010. - С. 65 - 72.

Подписано к печати 19.04.2012 г. Формат 60x84. 1/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 50.

Московский государственный университет приборостроения и информатики

107996, Москва, ул. Стромынка, 20

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ КОНТРОЛИРУЕМОЙ ПРОКАТКИ.

1.1 Общие понятия о контролируемой прокатке.

1.2 Применение микролегированной стали при контролируемой прокатке.

1.3 Современное состояние технологии контролируемой прокатки листового проката.

1.4 Примеры использования контролируемой прокатки при производстве труб.

1.4.1 Синарский трубный завод.

1.4.2 Азербайджанский трубопрокатный завод.

1.4.3 Первоуральский Новотрубный завод.

1.4.4 Завод SIDERCA компании TENARIS.

1.4.5 Завод компании TIMKEN.

1.5 Примеры применения контролируемой прокатки на трубопрокатных установках с пилигримовым станом.

1.5.1 Таганрогский металлургический завод.

1.5.2 Завод SIDERCA компании TENARIS.

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГОРЯЧЕЙ ПИЛИГРИМОВОЙ ПРОКАТКИ НА ПЛАСТОМЕТРИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ.

2.1 Выбор параметров технологии для построения физической модели.

2.2 Дробность деформации и режим обжатий как параметры регулирования процессов структурообразования.

2.3 Дробность деформации и режим деформации при горячей пилигримовой прокатке труб.

2.3.1 Дробность деформации при пилигримовой прокатке.

2.3.2 Режим деформации при пилигримовой прокатке.

2.3.3 Расчет величины междеформационной паузы.

2.3.4 Расчет скорости деформации при пилигримовой прокатке.

2.4 Физическое моделирование горячей пилигримовой прокатки на пластометре.

2.4.1 Физическая модель горячей пилигримовой прокатки на пластометре.

2.4.2 Исследования на кулачковом пластометре Южно-Уральского государственного университета.

2.4.3 Исследования на комплексе вІееЬІе 3800 Санкт-Петербургского политехнического университета.

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТКИ НА ПИЛИГРИМОВОМ СТАНЕ ТРУБ ИЗ СТАЛИ 09Г2С И 17Г1С ПРИМЕНИТЕЛЬНО К УСЛОВИЯМ ОАО «ЧЕЛЯБИНСКИЙ ТРУБОПРОКАТНЫЙ ЗАВОД».

3.1 Особенности требований к трубам из стали марок 09Г2С и 17Г1С.

3.2 Трубопрокатная установка ТПУ 8-16" с пилигримовым станом

ОАО «Челябинский трубопрокатный завод».

3.3 Анализ режимов деформации в прокатных станах трубопрокатной установки.

3.4 Режимы деформации при прокатке на пилигримовом стане.

3.5 Анализ калибровок валков, применяемых на пилигримовых станах.

3.6 Исследование температурных условий деформации в пилигримовом стане.

3.6.1 Исследование влияния принудительного охлаждения гильзы перед пилигримовым станом.

3.6.2 Определение температуры конца прокатки труб на пилигримовом стане.

3.6.3 Оценка температуры деформации по отношению к температуре рекристаллизации стали, исследуемых марок.

3.6.4 Оценка величины междеформационной паузы по отношению к кинетике рекристаллизационных процессов.

3.7 Опытные прокатки труб на пилигримовом стане.

3.7.1 Прокатка труб 325x20 мм из стали марки 17Г1С.

3.7.2 Прокатка труб 273x10 мм из стали марки 09Г2С.

3.8 Внедрение технологии прокатки труб на пилигримовом стане с использованием контролируемой прокатки.

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОКАТКИ ГОРЯЧЕДЕФОР-МИРОВАННЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА С УСКОРЕННЫМ

ОХЛАЖДЕНИЕМ ПОСЛЕ ПИЛИГРИМОВОГО СТАНА.

В настоящий момент в мире эксплуатируется не менее 18 трубопрокатных установок с пилигримовыми станами. Способом горячей пилигримовой прокатки изготавливают практически все виды горячедеформированных труб: нефтепроводные, котельные, обсадные, бурильные и так далее. Эта технология была самой популярной в Европе до 1975/1980 гг. Постепенно происходит вытеснение пилигримовых установок станами других типов, например непрерывными станами прокатки на удерживаемой или подвижной оправке с технологией МРМ и РС^.

Ряд недостатков пилигримовой прокатки вызвал выделение выраженной специализации пилигримовых станов на прокатке труб диаметром от 250 до 660 мм с толщиной стенки более 15 мм, в основном котельных и специального назначения для машиностроения. В указанном диапазоне размеров труб порядка 70 % труб изготавливают на пилигримовых станах. В последние годы, происходит интенсивное освоение месторождений нефти и газа в районах крайнего севера России, растут требования со стороны машиностроения к механическим свойствам труб. При этом, получение механических свойств труб требует проведения термической обработки с отдельного нагрева. Совмещение термообработки с прокаткой - термомеханическая обработка позволяет существенно снизить себестоимость готовой продукции.

В СССР была разработана высокотемпературная термомеханическая обработка, ставшая одним из наиболее распространенных сейчас в мире видов термомеханической обработки [1]. Она позволила повышать механические свойства горячекатаного проката массовых сортов стали, применяемых в современном машиностроении, без дополнительного легирования и термической обработки. Очень близким к термомеханической обработке, и часто ошибочно отождествляемым с ней, является процесс контролируемой прокатки. П.Д. Одесский определяет понятие «контролируемая прокатка» как: «Технология прокатки, при которой строго регламентируется температура начала и конца процесса, а также степень обжатий в каждом проходе с целью получения комплекса высоких механических свойств» [2].

Впервые элементы контролируемой прокатки были применены в России при освоении производства судостроительной стали [3]. Сейчас не менее 50 % горячекатаного листа изготавливается с использованием контролируемой прокатки. Проводилось и сейчас проводится много исследований контролируемой прокатки применительно к трубному производству, они нашли широкое распространение при производстве труб на установках различного типа [с 4 по 10].

Применяемые же в настоящий момент технологии контролируемой прокатки на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами не отличаются разнообразием. Во всех случаях пилигримовый стан исключается из рассмотрения. В работах В.М. Янковского указывалось на целесообразность внедрения высокотемпературной термомеханической обработки на редукционных станах установок с пилигримовыми станами [И], что и нашло отражение в мировой практике. На многих установках с пилигримовыми станами редукционный стан отсутствует, а величина деформации в калибровочном стане крайне мала, и на них невозможно провести контролируемую прокатку или высокотемпературную термомеханическую обработку. Установки такого типа, оснащают печами для подогрева перед калибровкой, на которых проводят нормализацию в линии трубопрокатной установки [12],[13].

Вместе с тем, проводившиеся ранее исследования, включая и работы В.М. Янковского, не в полной мере рассматривали возможности и суть процесса пилигримовой прокатки. Они строились на величине общей деформации в стане, скорости движения трубы и температуре прокатки. Не учитывался дробный характер деформации, то есть главная особенность процесса, обуславливающая большие общие деформации в пилигримовом стане. Непосредственно во время прокатки величина дробности деформации может изменяться регулированием величины подачи.

Введение понятия дробности деформации в пилигримовом стане позволяет предположить о возможности проведения, так называемой, рекристаллизационной контролируемой прокатки, включающей дробные деформации выше температуры рекристаллизации и быстрое охлаждение при достижении температуры рекристаллизации. При этом после каждого этапа деформации происходит рекристаллизация или формируются условия для её протекания после деформации, что измельчает зёрна аустенита, охлаждение закрепляет результат обработки, не допуская роста зёрен аустенита при охлаждении. Поэтому, исследования направленные на определение возможности применения контролируемой прокатки на пилигримовом стане является актуальной задачей и представляет как научный, так и практический интерес.