автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Исследование, установление особенностей технологии и освоение производства теплообменных труб из новой коррозионностойкой латуни

Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский, проектный и конструкторский институт сплавов и обработки цветных металлов «ЦВЕТМЕТОБРАБОТКА»

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. № Т

МОЧАЛОВ Сергей Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ, УСТАНОВЛЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕХНОЛОГИИ И ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБ ИЗ НОВОЙ КОРРОЗИОННОСТОЙКОЙ ЛАТУНИ

Специальность № 05.16.05 - «Обработка металлов давлением»

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА, 2000

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектном и конструкторском институте сплавов и обработки цветных металлов «Цветметобработка».

Научный руководитель

Официальные оппоненты

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник В.В. КОТОВ

доктор технических наук профессор Ф.С. СЕЙДАЛИЕВ кандидат технических наук профессор Н.И. КАСАТКИН

Ведущее предприятие

Санкт-Петербургский завод по обработке Цветных металлов ((Красный Выборжец»

Защита состоится « » ¿/Уг? /-('<Я 2000 года ч на

заседании специализированного совета К. 130.03.01. института «Цветметобработка» по адресу: 109017, г. Москва, Пыжевский пер. д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан «_ » ис&ь?_2ооогода.

Ученый секретарь специализированного

совета кандидат технических наук Э.Н. Калмыкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Для подотрасли обработки цветных металлов главным направлением в современных условиях стало изыскание и интенсивное развитие конкурентоспособных видов продукции на базе научно-обоснованных технологий. К числу таких видов продукции относятся теплообменные трубы, спрос на которые определяется развитием таких отраслей как электроэнергетика (тепловые и атомные станции), теплоэнергетика, судостроение, нефтехимическая промышленность, холодильная техника, опреснение морской воды.

На протяжении более ста лет среди материалов теплообменных систем лидирующее положение занимают латунные трубы. Имея меньшую стоимость по сравнению с медью и медно-никелевыми сплавами, некоторые марки латуней по совокупности свойств, качества и долговечности (при некоторых условиях эксплуатации) не уступают, а в ряде случаев и превосходят эти сплавы. За многие годы развития производства и применения латунных теплообменных труб состав марки Л68 (за рубежом Л70) претерпел лишь одно положительное изменение. В ее состав был введен мышьяк в количестве от 0,02 до 0,06%, что позволило значительно снизить процесс обесцинкования труб. Несмотря на многолетний положительный опыт эксплуатации за рубежом труб из мышьяковистых латуней, в СССР грубы из этих марок около 25 лет назад были запрещены к применению, а их производство (за исключением труб из ЛАМш77-2-0,05) было прекращено. Другим фактором, который привел к непредсказуемым последствиям, явилось освоение производства и применение в России и странах СНГ в качестве материала теплообменных груб латуни марки ЛК75-0Д Латунь марки ЛК75-0,5 была создана для оболочек гильз и не подвергалась исследованиям и испытаниям, предъявляемым к материалам теплообменной аппаратуры. Не обнаружена эга марка и ни в одном зарубежном стандарте на сплавы, используемом для теплообменников.

Не подлежит сомнению, что изыскание я исследование сплава на основе латуни марки Л75, не уступающего по физико-механическим, коррозионным и технологическим свойствам латуни Си2п70Ах представляет собой большую научную актуальность.

В отличие от производства медных и латунных труб общего назначения, технологический процесс производства теплообменных труб должен обеспечивать и гарантировать повышенные (строго регламентированные) требования к структуре, механическим свойствам и качеству поверхности. В этих условиях весьма актуальным представляется задача создания технологического процесса, совмещающего высокие технические требования к выпускаемой продукции с общей мировой тенденцией снижения себестоимости производства.

Цель данной работы_- разработка оптимальной технологии

производства теплообменник труб из новой коррозионностойкой латуни с определением особенностей технологического процесса, обеспечивающего их высокие качества и долговечность при эксплуатации. В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решался следующий комплекс задач:

1. Анализ и обобщение условий применения и эксплуатации, основных видов коррозии и причин разрушения труб из меди, латуней и медно-никелевых сплавов.

2. Исследование влияния содержания цинка в пределах 32-25% и легирующих элементов в латунях на их физико-механические свойства, общую коррозию в морской воде, коррозионное растрескивание под напряжением и струйную коррозию при различных методах испытаний.

3. Определение эффективности комплексного легирования исследованных элементов в латуни Л75 на коррозионные и механические свойства и определение оптимального состава новой композиции.

4. Разработка процесса экстрагирования кремния из расплава латуни ЛК75-0,5, получаемого из ломов аргиллеристских гильз, обеспечивающего заданное содержание этого элемента без расшихтовки чистыми металлами.

5. Исследование и разработка процесса горячего прессования трубных заготовок из латуней с пониженной разностенностью.

6. Исследование и разработка особенностей и условий бухтового волочения труб с латуни Л75мк с большими суммарными деформациями (без промежуточного отжига) и получением труб с минимальной разностенностью.

7. Определение условий предварительной деформации и режимов термообработки обеспечивающих однородность и равнозернистость микроструктуры, однородность свойств, повышенную коррозионную стойкость и минимальную кривизну труб из латуни Л75мк.

Научная новизна работы.

- дано обоснование положительного влияния введения в латуни марки Л75 фосфора в пределах 0,005-0,02% (взамен мышьяка), небольших добавок железа (0,03-0,06%) на подавление процесса обесцинкования, введенная (до 0,5%) на снижение общей коррозии, введение № и Мп на снижение струевой коррозии;

- установлена количественная зависимость допустимого суммарного содержания (Рс+№+Мп)< 81 (0,5%), при котором исключается возможность образования новых фазовых составляющих, приводящих к снижению коррозионной стойкости латуни Л75;

- определен состав новой безмышьяковистой латуни Л75мк (модифицированная, коррозионностойкая), защищенный патентом на изобретение, обеспечивающий высокие показатели коррозионной стойкости труб при их длительных испытаниях в промышленных теплообменниках;

- экстрагирование кремния из латуни ЛК75-0.5 методом введения в расплав 4

окиси цинка;

- дана картина течения металла ври горячем прессовании трубной заготовки в рабочий инструмент оригинальной конструкции, обеспечивающий снижение разностенности, получения равностенной «рубашки» и улучшенного качества поверхности;

- получены диаграммы зависимости изменения временного сопротивления, относительного удлинения, напряжения волочения, температуры трубы на выходе из очага деформации при различных условиях бухтового волочения латунных труб на станах барабанного типа;

- установлена возможность реализации при бухтовом волочении латунных труб больших суммарных вытяжек, в основе которой лежит процесс разогрева труб до температуры более 200°С, обеспечивающий снижение модуля упрочнения и повышение пластических свойств при волочении с суммарной деформацией более 50%;

- получено и проанализировано влияние составляющих деформации

£> -ик

К7= (—-------—) ■ 100% на уровень остаточных (внутренних)

й

и н

напряжений в деформированных латунных трубах. Показано, что при значениях N=0 ()х,=Цр), уровень тангенциальных и продольных напряжений настолько низок, что не приводит к их коррозионному растрескиванию под напряжением и короблению при термообработке;

- установлено влияние степени предварительной деформации на механические свойства латунных труб. Показано, что одной из особенностей технологии производства труб из латуней является регламентированная величина степени деформации перед последним (окончательным) отжигом, которая не должна превышать 50%.

Практическая значимость. Результаты, полученные в данной работе, положены в основу технологических режимов, нормативно-технологической документации, стандарта и руководящей документации включая: паспорт на сплав-латунь марки Л75мк, ГОСТ Р 51573-2000 « Трубы из легированных латуней для тепяообменных аппаратов», РД «Временные методические указания по применению в теплообменных аппаратах для поверхностей нагрева или охлаждения труб Л75мк», технологические инструкции на плавку и литье слитков, рабочие чертежи инструмента для горячего прессования труб с пониженной разностенностью, технологические инструкции на горячее прессование, бухговое волочение труб на станах барабанного типа, маршруты прессования заготовок, маршруты волочения латунных труб на плавающей оправке, режимы термообработки труб различных размеров на мягкое и полутвердое состояние, инструкцию по вихрегоковому контролю лагунных теплообменных труб.

Разработанная документация в установленном порядке согласована и утверждена Госстандартом России, межгосударственным техническим

комитетом по стандартизации 244 «Оборудование энергетическое стационарное» и на Кольчуганском заводе ОЦМ им. С. Орджоникидзе. Апробация работы. Основные результаты работы доложены на:

Первой научно-практической конференции «Перспективы развития производства и потребления металлопродукции Кольчугинского завода им. С. Орджоникидзе в рыночных условиях», Кольчугино, 1998г.; Научно-практическом семинаре на Международной выставке «Трубы и проволока 99», Дюссельдорф, июнь 1999г.

Научно-практической конференции «Экологическая безопасность регионов Урала и Западной Сибири», Екатеринбург, декабрь 1998г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 статей, получен один патент.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованной литературы из 132 наименований. Работа изложена на 184 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 46 рисунков.

СОСТАВЫ, КОРРОЗИОННАЯ СТОЙКОСТЬ И ПРИМЕНЕНИЕ МЕДИ И МЕДНЫХ СПЛАВОВ В ТРУБЧАТЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ

Спектр материалов, используемых для изготовления теплообменных труб довольно широк - от меди и простых латуней до титановых сплавов.

В результате анализа многочисленных публикаций сформулированы следующие требования, которым должны отвечать материалы трубчатых систем теплообменников: стойкость против коррозии в турбулентном потоке и эрозии в проточной воде; сопротивление точечной коррозии в стоячей воде, коррозионная стойкость со стороны охлаждаемого (нагреваемого) продукта, например, аммиачного конденсата; стойкость против коррозии под напряжением в морской воде или аммиачном конденсате; способность к горячей и холодной деформации, обеспечивающей возможность получения труб с регламентированными требованиями к качеству, удовлетворительная прочность и пластичность; хорошая теплопроводность, стойкость против биообрастания, гальваническая совместимость с материалами трубных досок и водяных камер.

Медь и медные сплавы обладают уникальной совокупностью перечисленных свойств и продолжают занимать лидирующее положение в качестве материала теплообменников.

В мировой практике для производства теплообменных труб используют четыре группы сплавов на основе меди:

1. Медь марки М1 и М2, фосфористая медь (0,02%Р), фосфористая медь легированная мышьяком (до 0,3%).

2. Латуни - простая легированная мышьяком Л70 (ОйпЗОАб), адмиралтейская ЛОМш70-1-0,05 (Си 2п29 8п1 Аэ), алюминиевая ЛАМш77-2-

0,05 (Си гп20 А12 Ав).

3. Медно-никелевые сплавы МНЖ5-1 - только в СССР (России), МЮК10-1 (Си№10Ре1Мп), МНЖМдЗО-1-1 (Си№30Ре1Мп) и Си№3(№йМп2.

4. Бронза - 1Т838 (Си -12%, № - 16%, Бе - 0,8%, Мп - 0,5%, Сг - 0,5%) в США, алюминиевая бронза (Си - 94%, А1 - 6%, Ав - 0,2%) в США, Канаде, Японии , АР - бронза (Си - 91%, Бп- 8%, А1 - 1%) в Японии.

Чистая медь имеет ограниченную коррозионную стойкость в потоке воды и склонна к вымыванию ионов. Ввиду этого для теплообменных труб стали применять медь раскисленную фосфором (0,02-0,05%) или медь раскисленную фосфором и легированную 0,3% А5, в следующих условиях эксплуатации: скорость циркуляции до 1,8м/сек для пресной воды и 1м/сек для морской воды.

Латунь марки Л70 (Си2п30) имеет довольно высокую коррозионную стойкость при работе на пресной воде (допустимая скорость 2,2м/сек), но подвергается интенсивной коррозии при контакте с морской водой. При введении в латунь Л70 олова была создана адмиралтейская латунь ЛО-70-1 (Си2п298п1), трубы из которой сравнительно долго использовались при работе на морской воде. Другим значительным шагом в повышении коррозионной стойкости латунных труб явилось введение в состав небольших добавок мышьяка, позволяющих значительно повысить стойкость латуней к обесцинкованию. На протяжении нескольких десятилетий трубы из мышьяковистых латуней ОйпЗОАб и Си2п298п1 Аб занимают лидирующее положение в теплообменниках, работающих на пресной воде. Не исключены и случаи применения латуни Сигп298п1А5 при работе на чистой морской воде при ограниченной скорости циркуляции.

Алюминиевая латунь марки ЛАМш77-22-0,05 (Си2п22А12Аз) является наиболее широко используемым сплавом, работающим на морской воде. Трубы из этой марки латуни допускают скорость течения морской воды от 2,3 до 2,5м/сек т.к. по сразнению с адмиралтейской латунью обладают повышенной стойкостью к коррозии в турбулетном потоке.

Более высокой ступенью, по сравнению с медью и латунями, являются медно-никелевые сплавы. Сплав МНЖ10-1 (Си №10Бе1Мп) может использоваться при более высоких скоростях циркуляции морской воды 2,5 -2,8м/сек, стоек к коррозии под напряжением, обладает большой стойкостью к общему действию со стороны аммиачного конденсата. На ступень выше стоит мельхиор МНЖМц30-1-1, изготавливаемый в двух модификациях. Си№30Мп1Ре -используется довольно широко в загрязненной морской воде и допускает скорость течения морской воды до 3м/сек, но в тех случаях, когда возникает проблема эрозии от песка и шлака применяют его модификацию Си№30Ре2Мп2. Трубы из бронзы получившие признание лишь в Японии, США и Канаде, обладают повышенной стойкостью в турбулентном потоке загрязненной морской воды и имеют меньшую склонность к питинговой коррозии.

Одним из результатов выполненных аналитических исследований явилась разработка диаграммы условий применения меди и медных сплавов при различных условиях эксплуатации гехшообменных труб.

Рассмотрены наиболее массовые области применения теплообменных труб из меди и медных сплавов: тепловые и атомные станции, горячее водоснабжение, холодильная техника, радиаторы и воздухоохладители (кондиционеры), судостроение, нефтехимическое производство, опреснение морской воды.

Наибольший расход труб имеет место на атомных и тепловых электростанциях, где на каждый 1 МВт установленной мощности используется в среднем 0,6 тонн труб из медных сплавов для оснащения теплообменников различного назначения - главного конденсатора, обогревателя низкого давления и вспомогательной аппаратуры (вспомогательного конденсатора, охладителя масла, конденсатора росы, конденсатора выбрасывающих устройств).

Выбор материала труб в теплообменниках электростанций определяется условиями эксплуатации. В случае установки с охлажденной речной водой или градирнями имеет место довольно легкие условия эксплуатации, поскольку в воде очень мало растворенных солей. Латунь СиХпЗОАв или Сигп298п1АБ находят здесь широкое применение. В США простая латунь в данном случае практически не используется, а применение оловянистой латуни (конкурирующей с нержавеющей сталью) достигает 60%. На установках с охлаждением чистой солоноватой или морской водой используется алюминиевая латунь. Имеющий более высокую стойкость сплав Си№10Ре1Мп в небольших объемах используется в Японии, Европе, но серьезно конкурирует с алюминиевой латунью в США. Во всяком случае, при загрязнении воды сульфидами (более 1 промилле) вместо алюминиевой латуни применяют медно-никелевые сплавы.

Городская промышленная система теплоснабжения, принятая во многих странах мира, предусматривает подачу горячей воды к блоку зданий, где на центральном тепловом пункте производится подогрев холодной (питьевой) воды в водо-водяных подогревателях, обеспечивающих систему горячего водоснабжения каждого здания. Учитывая постоянное развитие гражданского и промышленного строительства, а также ограниченный срок эксплуатации трубчатых систем (из-за недостаточно высокого уровня и условий обслуживания) объем труб, используемых дая изготовления этого типа теплообменников, занимает одно из первых мест. За рубежом для этих целей используется фосфористая медь и латунь марки СгйпЗОАБ, а в России и странах СНГ простая латунь Л68.

Рассмотрены основные виды коррозии и причины разрушения теплообменных труб, позволяющие установить научно-обоснованные требования к качеству, разработать технологические режимы обработки, обеспечивающие выполнение этих требований. В качестве определяющих

выделены и рассмотрены следующие типы коррозионных повреждений латунных труб в теплообменниках: точечная коррозия, селективная коррозия, эрозия, коррозионное растрескивание под напряжением и коррозионное растрескивание при вибрации и нагрузках.

Рассмотрены причины внесения растягивающих напряжений в теплообменные трубы, в т.ч. в процессе развальцовки концов труб при их монтаже в концевые доски, в процессе вибрации, вызываемой испарениями, имеющими высокую скорость и «бомбардирующими» поверхность труб, остаточные (внутренние) напряжения, которые могут возникать при холодной деформации и не в полной мере снятые в процесс термообработки.

Показаны условия, при которых может иметь место точечная коррозия, приводящая к образованию питингов или локального неравномерного (логкообразного) съема металла. Среди причин возникновения этого вида коррозии может быть наличие на внутренней поверхности хрупкой окисной пленки или неоднородность чистоты внутренней поверхности, наличие инородных металлических или неметаллических включений, плен, отдельных (даже очень мелких) трещин. Особую опасность представляет наличие на поверхности локальных включений углерода (фафита) или не полностью удаленных коксующихся остатков смазки.

Проанализировано три типа селективной коррозии, причины и условия их возникновения - обесцинкование, межкристашштная и транскристаллитная.

Показано, что кавитация - один из опасных типов коррозионных повреждений. Процесс кавитации жидкости может вызывать как локальную деформацию, так и разрушение защитных пленок. На интенсивность всех видов коррозии, помимо состава металла теплообменных труб, в большой (иногда решающей) степени может влиять скорость циркуляции воды, температурный градиент, минералогический состав воды, содержание в ней агрессивных органических примесей, нерастворимых взвесей, песка и ила.

В общем мировом объеме производимых и потребляемых теплообменных труб из меди и медных сплавов латунные трубы занимают около 60-70%, а на ТЭС и АЭС Японии около 89%.

В СССР (а затем в России и странах СНГ) область применения труб из специальных латуней в теплообменниках составляет 31% от общего потребления теплообменных труб из сплавов на основе меди. В конденсаторах, вводимых в действие с семидесятых годов ТЭС и АЭС, трубы из латуней практически не применяются, взамен их используются в основном трубы из сплава МНЖ5-1. Однако ни в одном стандарте на теплообменные трубы сплав МНЖ5-1 не обнаружен, а сведений об успешном применении труб из этого сплава в теплообменной аппаратуре зарубежного производства не обнаружено.

Установлено, что выполненные в пятидесятые годы обследования 180 энергетических блоков показали, что преждевременный выход из строя 30% теплообменных труб из безмышьяковистых латуней вызван их разрушением (в

основном) из-за процесса обесцинкования сплошного и пробочного типа, усиленного действием шлама и слизи и разъедания поверхности.

По инициативе энергетиков на отечественных заводах ОЦМ было освоено производство труб из простой (Л68), оловянистой и алюминиевой латуней, легированных (0,025-0,08%) мышьяком. Как показали результаты эксплуатации, применение мышьяковистых латуней позволило практически предотвратить процесс обесцинкования, вызываемое повышенным содержанием сульфатов, повышенным или пониженным значением рН, малыми скоростями течения воды, наличием рыхлых отложений и повышенной температурой. Однако уже на стадии освоения производства и применения труб было отмечено, что при введен™ мышьяка в латуни резко вырастает их чувствительность и склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением (К.Н.Р.) и коррозионному растрескиванию при вибрации и нагрузках (К.Р.В.)

Вызвано это было и тем, что из-за отклонений в технологии производства, недостаточном контроле качества, нарушения условий транспортировки и хранения труб, на электростанции поступали трубы с неполностью снятыми остаточными напряжениями, а при монтаже и подготовке труб к эксплуатации имели место отклонения в технологии, недопустимые для труб из мышьяковистых латуней. Указанная ситуация усугубилась на конденсаторах тех электростанций, на которых был введен процесс «амминирования». На этих конденсаторах резко возросло количество случаев разрушения труб из-за коррозионного растрескивания при вибрации и нагрузках.

По указанным причинам в 70-е годы предприятия энергетической промышленности, а затем и других отраслей отказались от применения труб из мышьяковистых латуней, а в 80-тые годы прекратилось их производство на отечественных заводах ОЦМ. Исключением явились лишь предприятия нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности и предприятия по опреснению морской воды. Эти предприятия успешно используют трубы из латуни ЛАМш77-2-0,05, выпускаемые Кольчугинским заводом. Что касается отечественных предприятий энергетического комплекса, в конденсаторах ТЭС и АЭС взамен латунных труб многие годы применяют трубы из сплава МНЖ5-1 с весьма ограниченным сроком эксплуатации, и в очень редких случаях трубы из сплава МНЖМц30-1-1. Объем отечественного производства и применения труб из простой латуни Л68 почти в два раза превышает суммарный объем производства труб из латуни Л070-1 и ЛАМш77-2-0,05 и находятся на уровне производства труб из сплава МНЖ5-1.

Установлено, что отечественная промышленность уже многие годы оказалась перед фактом необходимости применения теплообменных труб из простой безмышьяковистой латуни и несла огромные потери из-за их сравнительно низкой коррозийной стойкости.

ИЗЫСКАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ КОРРОЗИОНИОСТОЙКОГО СОСТАВА БЕЗМЫШЬЯКОВИСТОЙ ЛАТУНИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕПЛООБМЕНБЫХ ТРУБ

Учитывая необходимость вовлечения значительных инвестиций на создание экологически безопасного технологического процесса плавки и литья слитков из токсичной мышьяковистой латуни и предосудительное отношение к ней у отечественных потребителей, в работе была поставлена задача создания безмышьяковисгой латуни, равноценной или превосходящей по коррозионной стойкости (включая сопротивление к обесцинкованию) общепризнанную латунь Си2пЗОАз, но обладающую меньшей чувствительностью к к.н.р. и к.р.в.

В качестве базовой композиции была выбрана латунь с содержанием 2п от 32 до 25%. Установлено, что по физическим свойствам (кроме плотности) латуни Л68 и Л75 отличаются незначительно, а по механическим и электрическим свойствам практически не отличаются. Склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением у латуни Л68 выше, чем у латуни Л75. Из-за большей близости латуни Л68 к области афазы, эта марка латуни менее стойка к обесцинкованию. Выбор в качестве базового состава латуни Л75 предпочтителен и с точки зрения возможности использования в качестве шихты отходов гильз артиллерийских боеприпасов из латуни ЛК-75, в сравнительно больших объемах систематически поступающих на переработку.

Были проанализированы патенты, стандарты и результаты исследований различных стран, показавшие, что повышение коррозионной стойкости специальных марок латуней может быть обеспечено введением фосфора, мышьяка, железа, циркония, кремния, никеля, хрома, марганца, титана и других элементов. Было принято во внимание, что наряду с мышьяком введение фосфора уменьшает склонность латуней к обесцинкованию. В то же время, при низком рН, наличие в среде примесей аммиака, соединений азота или серы, при одновременном воздействии растягивающих напряжений (остаточных или внешне приложенных) склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением зависит от суммарного содержания Аб+Р.

Для испытаний на общую коррозию в спокойной пресной воде, обесцинкование, коррозионное растрескивание под напряжением и струевую коррозию изготовлялись плоские образцы из латуни марка 75 легированные кремнием (от 0,03 до 0,5%), мышьяком (от 0,01 до 0,15%), фосфором (от 0,003 до 0,1%), железом (от 0,03 до 0,3%), марганцем (от 0,05 до 0,5%), никелем (от 0,02 до 0,5%), оловом (от 0,03 до 0,3%). По данным химического анализа содержание примесей в образцах не превышало РЬ - 0,003%. БЬ - 0,0045, В1 -0,002%. Сплавы выплавлялись в индукционной печи, в графитовом тигле под слоем древесного угля. Для получения плоских образцов производилась горячая и холодная прокатка слитков 300x100x120 мм с промежуточными отжигами с травлением лент.

Для испытаний на общую коррозию и обесщшкования при комнатной температуре использовались образцы размером 170x14x0,5мм в деформированном и ото жженном состоянии (величина зерна 15-45мк). Для испытаний на коррозионное растрескивание под напряжением изготовлялись образцы размером 136x8x0,5мм.

Для изготовления круглых образцов (диаметром 5мм и 1 мм) осуществлялось горячее прессование слитков с диаметра 85мм на диаметр 10мм, с последующим волочением, промежуточными отжигами и травлением заготовок. Для испытаний использовались образцы длиной 300 и 115мм, которые подвергались испытаниям в деформированном состоянии, после низкотемпературного отжига (200°) и отжигов на мягкое состояние с различной величиной зерна.

Для комплексной оценки влияния опытных составов сплавов на различные виды коррозии было использовано восемь методик испытаний.

Как показали результаты испытаний на общую коррозию образцов деформированной латуни Л75 в пресной воде с увеличением содержания Аэ более 0,03% скорость коррозии увеличивается. Интенсивность коррозии повышается при увеличении содержания Р, Бп, с 0,03% до 0,1%, и наоборот - увеличение содержания Бе с 0,03 до 0,1% снижает общую коррозию до минимума.

Минимальная скорость общей коррозии на образцах в твердом состоянии получена при легировании латуни Л75 0,2%Р, 0,3% 8п, 0,1-0,5%№ и до 0,5%Б1.

При испытании образцов в мягком состоянии прослеживается положительное влияние на общую коррозию исследованных добавок во всем диапазоне легирования. Отрицательный эффект был обнаружен при введении 0,0581 и более 0,1% Ре. Максимальную стойкость к общей коррозии показали композиции Л75 легированные 0,3% Бп, 0.5%№, 0,02%Р и 0,03Аб.

Результаты ускоренных испытаний на обесцинкование показали, что Аб и Р в одинаковой степени препятствуют обесцинкованию как в отожженном, так и деформированном состояниях. На стойкость' к обесцинкованию в отожженном состоянии положительный эффект оказали 81 (во всем диапазоне от 0,05 до 0,5%), Мп (0,1-0,5%), Ре(0,03-0,3%).

Наиболее эффективное влияние на снижение уровня обесцинкования показали Аэ, Р, Бп и при этом имел место равномерный характер этого вида коррозии.

Результаты длительных испытаний на обесцинкование оценивались по потере массы, пластичности и прочности образцов после испытаний.

Наиболее положительное влияние на снижение потери массы оказало легирование Р (до 0,1%) а (до 0,5%). Минимальную потерю прочности и пластичности имели композиции с добавками Бп, Аб и Р ( до 0,1%) и ( до 0,5%).

Микроструктурный анализ образцов после шести месяцев испытаний

на обесцинкование показал, что латунь Л75 подвергается сквозному обесцинкованию. При введении в ее состав Эх, Бе или Мп имеет место неравномерное (пробочное) обесцинкование, более равномерный характер обеспечивает легирование Бп. При введении в латунь Л75 А б или Р обесцинкование не наблюдалось. Для этих композиций характерным является наличие на поверхности черной окисной пленки. Однако при содержании Аэ более 0,04% и Р более 0,02% наблюдалась межкристальная коррозия на глубину одно-трех зерен от поверхности пленки, что составляло около 50-100 мкм. С повышением содержания более 0,3% склонность к обесцинкованию уменьшается, однако возникает опасность межкристаллитной коррозии при его содержании более 0,5%. Наибольшую стойкость к растрескиванию при испытании в 12,5% растворе аммиака имели композиции, содержащие до 0,035% Аз и до 0,02% Р. Добавки Р (менее 0,003%) Мп, Б) (менее 0,3%), Ре (0,03%) не оказывают влияние на стойкость к растрескиванию под напряжением.

Результаты испытаний на струевую коррозию показали эффективность введения в латунь Л75 добавок Ая (0,03 - 0,15%), Р (0,02 - 0,04%), Бе (0,03 -0,3%), Мп (0,05 - 0,5%) и 81 (0,1 - 0,5%).

На основании результатов испытаний исследованных композиций на различные виды коррозии осуществлен аналитический прогноз комплексного влияния легирующих добавок.

Для избежания образования интерметашщцных фаз были введены следующие ограничения для Ре 0,03 - 0,06%, № 0,1 - 0,25%, Мп 0,05 - 0,15% и кремния 0,25 - 0,5%, при котором суммарное содержание Ре, № и Мп не превышает содержание Бь Введение 0,02 - 0,005% Р при наличии добавок Ре достаточно для предотвращения процесса обесцинкования и склонности к межкристаллитной коррозии.

В представленных ниже таблицах приведены составы трех опытных плавок созданной композиции латуни (которой была присвоена марка Л75мк), результаты испытаний механических свойств труб из этой марки и ее коррозионные свойства.

Химический состав 3-х опытных плавок из латуни Л75мк.

№ п/п сплава Си Р Ре Мп N1 Ъъ. Ре/Р 1(Ре+Мп +№

1 73,5 0,008 0,03 0,08 0,31 0,49 Ост. 3,75 0,42

2 75,9 0,019 0,07 0,12 0,18 0,45 Ост. 3,68 0,37

3 75 0,011 0,05 0,06 0,1 0,25 Ост. 4,54 0,21

Механические свойства труб размером 16x1 из латуни Л75мк в мягком состояния

№ п/п Временное сопротивление разрыву, <тв Мпа Условный предел текучести, а 0,2 Мпа Относительное удлинение 5, % при комнатной температуре Предел выносливости (усталости), ст.! Мпа при 107 циклах, при комнатной температуре

При комнатной температуре При 200° С При комнатной температуре При 200° С

1 386 350 140 100 46 140

2 410 360 150 100 48 135

3 360 310 120 80 52 128

Коррозийные свойства сплава Л75мк в мягком состоянии

Хап/п сплава Скорость общей коррозии в пресной воде, г/м2 сут. Величина обесцинхования, мкм, в течение 1 суток в 1% р-ре СиС12 при 75 °С Степень обесцинкова- ния (безразмерный показатель) М1 Время до растрескивания Скорость струевой коррозии 105 г/см 2 сутки (в 3 р-ре №С1 Скорость вращения 12 м/сек.

Сутки, (в растворе МШ+ ШОН) Час,(в 12,5% растворе аммиака)

1 0,0045 0,001 1,6 18 24 2,7

2 0,0041 0,0 1,3 Более 20 более 28 2,9

3 0,0049 0,0 1,3 Более 20 более 28 2,6

В работе представлены результаты длительных натурных испытаний труб размером 16x1 из латуни Л75мк, проведенные на выпарной установке ОАО «Уралэлектромедь» и на Тобольской ТЭЦ, показавшие, что по коррозионной стойкости трубы из новой марки латуни в 2-4 раза могут превосходить стойкость труб из стандартной латуни Л68.

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ СЛИТКОВ И ГОРЯЧЕГО ПРЕССОВАНИЯ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ

ЛАТУНИ Л75МК.

Одним из эффективных направлений снижения стоимости проката является вовлечение в его производство ломов и отходов в научно-обоснованных объемах. Для разработанной композиции латуни перспективным и довольно экономичным представилось введение в качестве основного компонента шихты гильз из латуни марки ЛК75-0,5, имеющей согласно ГОСТ В16590-70 («Латунь гильзовая в кружках») в своем составе 7477% Си и 0,45-0,75% 81. Из сопоставления химического состава ЛК75-0,5 и Л75мк видно, что для расшихтовки отходов (гильз) латуни ЛК75-0,5 необходимо введение цинка из собственных отходов латуней Л90, Л85, Л68, ЛбЗ и гильз из латуни Л70. Однако более заманчивым и экономичным представилось решение задачи использования процесса рафинирования латуни ЛК75-0.5 путем экстрагирования из расплава избыточного содержания цинка.

Одним из способов извлечения кремния из металлического расплава предложен процесс его перевода в нерастворимый окисел с последующим переводом в шлак. Научной основой такой технологии является разница в сродстве к кислороду окислов меди, цинка и кремния. Естественным способом введения кислорода в латунный расплав может являться использование в качестве его источника окислов меди или цинка, поскольку они при восстановлении практически не должны повлиять на состав сплава. Наиболее дешевым и доступным представляется возможность использования окиси цинка - одного из неиспользуемых побочных продуктов литейного производства.

Для количественной оценки экстрагирования кремния путем рафинирования расплава окисью цинка были проведены элементарные расчеты на основе следующего уравнения реакции:

2гпО + 81->8Ю2+2гп При этом учитывалось, что с температурой разница в сродстве кремния и цинка к кислороду остается постоянной и этим эффектом можно пренебречь.

В результате выполненных исследований для производства слитков из латуни Л75мк была установлена следующая технология. В качестве плавильно-литейных агрегатов использовались двухфазные одноканальные низкочастотные печи ИЖ1.2 и трехфазные одно и двух канальные печи ИЛК1.6. При выплавке из гильз латуни ЛК75-0.5 была определена оптимальная последовательность введения шихтовых материалов - отходы гильз, никель (или отходы нейзильбера МНЦ15-20), марганец, отходы стали ВСТ1, ВСТ2, цинк, введение лигатуры Си + Р (Р = 9%). В качестве покровного флюса использовалась смесь из 50% хлористого натрия и 50% окиси цинка. Плавка заканчивалась после расплавления всей шихты и достижения в печи

1120-1140 °С.

Разливка слитков осуществлялась на установке полунепрерывного литья через низкочастотный индукционный миксер ИЖМ2,5. Оптимальная температура литья слитков 1080 - 1100°С. В качестве покровного флюса в кристаллизаторе рекомендован октоборат натрия или плавленая молотая бура.

Оптимальные скорости литья для слитков 0 200 мм 7-8 м/час, давление воды в кристаллизаторе 0.5 - 0.8 кгс/см2, для слитков 0 250 мм -соответственно 6-7 м/час и 0.8 - 1 кгс/см2.

При разработке технологии прессового передела производства труб из новой марки латуни проведены работы по изысканию возможности снижения разностенности горячепрессованной трубной заготовки. Результатом исследований явилась разработка оригинальной конструкции рабочего инструмента, обеспечившая с помощью двух наконечников (съемного на конце иглы и неподвижно закрепленного на пресс-штемпеле) довольно точную и стабильную центровку пресс-штемпеля, иглы и пресс-шайбы относительно оси отверстия втулки контейнера. Анализ картины течения металла в разработанной конструкции показал, что помимо жесткой центровки иглы по оси инструмента соз;;"-пся условия для сохранения технологической смазки на игле, образования рубашки равномерной толщины и возможности работы без контрольной шайбы.

В работе установлено, что для обеспечения стабильности эффективной работы созданной конструкции необходимо соблюдение следующих условий прессования:

- поддержание точности начальной настройки, контроля и систематической настройки рабочих узлов пресса. Ревизия выработки и замена рабочих деталей в процессе прессования;

- контроль состояния и степени износа рабочих поверхностей инструмента;

- соблюдение установленных режимов прессования (равномерность нагрева слитков и охлаждения иглы).

Прессование осуществлялось на гидропрессовых установках усилием 2800тс и 3150тс. В качестве прессовых заготовок использовались слитки из латуни Л75мк диаметром 200 мм и 300 мм. Выбор размера прессованных труб осуществлялся исходя из условия ее применения в качестве заготовки для последующей холодной прокатки на стане ХПТ на размер 38x2мм и 38x2.5мм. При этом исходили из условия допустимой величины степени обжатия при холодной прокатке труб из латуни Л75мк £< 80%. Исходя из регламентированных размеров слитка по разработанной программе расчета оптимальных условий горячего прессования труб и ограничений по условиям их последующей заготовительной прокатки в качестве оптимальных были определены следующие маршруты прессования: 200x300-> 55x46 - 4.5мм, 200x300-> 80x70 - 5мм, 250x300-» 93x83 - 5мм.

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСЛОВИЙ БУХТОВОГО ВОЛОЧЕНИЯ ТРУБ ГО ЛАТУНЕЙ

Исследования процесса бухтового волочения труб проводились на барабанном стане ВСГ-1500, оснащенного месдозой и роликовой термопарой, позволявших производить запись на осциллограф, помимо скорости и нагрузки на главный двигатель, усилия волочения и температуры трубы при выходе из очага деформации.

При оценке влияния геометрии инструмента на усилие и стабильность процесса волочения установлено, что при увеличении полуугла конусности оправки с 6° до 11° усилие волочения снижается. Однако для полууглов 9° и 11° это снижение не превышает 1 - 2%. При увеличении полуугла конусности более 10° (при полуугле волоки 12°) имели место обрывы, которые прекратились при использовании волок с полууглом 15°. Исследованиями установлены следующие особенности геометрических соотношений при волочении латунных труб на плавающей оправке, которые необходимо соблюдать при расчете маршрутов из заготовки Втах=40мм, 1шах=3мм готового размера 0,щП=10мм ^„=1,0мм:

- разница между диаметром рабочего пояска и диаметром бочки должна находиться в пределах 4-2.5мм;

- диаметр бочки оправки должен быть больше диаметра калибрующей части не менее чем на 0.15-0.2мм;

- диаметр бочки оправки (в зависимости от величины вытяжки на предыдущем волочении) должен быть на 1-1.5мм меньше внутреннего диаметра трубной заготовки.

При экспериментальных исследованиях разработанных маршрутов волочения было определено влияние скорости волочения и степени деформации на напряжение волочения (К), температуру трубы (1) при выходе из очага деформации, механические свойства ( о, и 8 ) и коэффициент запаса (У).

Как показали многочисленные исследования и наблюдения, одной из особенностей бухтового волочения латунных труб является соблюдение определенных скоростных режимов. Установлено, что стабильно и устойчиво процесс протекает при больших скоростях волочения, которые должны быть регламентированы в следующих пределах: на 1-2 проходах 2.5-3 м/сек., 3-4 проходах 5-7 м/сек., 5-7 проходах 7-9 м/сек. Другим определяющим показателем устойчивости процесса (без обрывов) является напряжение волочения и коэффициент запаса (у=ств/к), который для бухтового волочения латунных труб на установленных барабанных станах не должен быть менее 1.5.

Помимо режимов волочения возможность реализации больших суммарных вытяжек определяется механическими свойствами и качеством труб в исходном состоянии (перед бухговым волочением). В частности

механические свойства трубной заготовки из -латуни Л75мк для бухтового волочения должны быть регламентированы следующими показателями:<тв=280-320Мпа,6=50-65%.

Экспериментальными исследованиями деформационно-скоростных режимов бухтового волочения труб из латуни Л75мк установлены следующие допустимые частные вытяжки по проходам:

№№ проходов I II II IV V VII VII

Коэффициенты

1,6-1,7 1,55-1,65 1,55-1,65 1,55-1,6 1,5-1,6 1,4 1,4

вытяжки,|Л

Указанные значения максимальных вытяжек были получены на трубах с разностенностью не более ±8%.

При указанных частных деформациях было исследовано влияние изменения скорости на температуру трубы. Установлено, что увеличение скорости волочения с 2 до 9 м/сек приводит к увеличению температуры трубы на 70°С.

Помимо скорости определено и влияние прочностных свойств и величина частных деформаций на температуру металла при выходе из очага деформации. Например, при волочении с частной вытяжкой не менее 1.5 и рекомендованных скоростях волочения трубы при выходе из очага деформации имеют температуру от 200 до 250°С.

Для установления количественной оценки влияния малых температур нагрева (50-300°С) на прочностные и пластические свойства латуни, имеющих место при бухтовом волочении труб, были проведены специальные исследования на образцах проволоки 0 Змм.

Упрочнение исследуемых образцов в процессе деформации при различных температурах характеризовалось модулем упрочнения:

<Г, ~СГ.

■ где

МП

ст8 - предел текучести МПА;

Рх

а, - —, где Рх и Б* текущие значения нагрузки и площади поперечного сечения;

А1/1 - относительная деформация.

Для сравнительного анализа были проведены исследования на двух марках латуни - Л68 и Л75мк. Обе марки латуни показали одинаковый характер изменения свойств в зависимости от температуры, при этом и количественные показатели свойств этих сплавов при степени деформации 60% и выше имеют

довольно близкие значения.

Температурный порог изменения свойств для исследованных латуней находится в области 150-200°С. При небольшой предварительной деформации нагрев до 100° и выше приводит к снижению пластических свойств. При суммарной деформации более 60% с увеличением температуры свыше 200°С наблюдается повышение пластических свойств. При этом при температуре разогрева 300° пластические свойства принимают значения, соответствующие показателям, имеющим место при степени предварительной деформации 20%.

При степени деформации 20% температура не оказывает заметного влияния на прочностные свойства. При больших деформациях и нагреве более 150°С начинает наблюдаться снижение прочностных свойств. Особенно интенсивное снижение стви о8 имеет место при разогреве латуней более 200°С.

Установлено, что наиболее ярко выраженный характер влияния малых температур нагрева на свойства латуней проявляется на кривых изменениях модуля упрочнения, представленных на нижеприведенных графиках. Так при степени деформации 60% и выше и разогреве до 200°С модуль упрочнения понижается почти в 2 раза.

Рис.4.10 Изменение величины модуля упрочнения ■' латуни Л75мк в

МП

зависимости от температуры и степени предварительной деформации е. 1)е=5,3%. 2) е=19,6%. 3) Б=60%. 4) е=76%.

3 4

1 2

/

Температура "С

ст. -<х

Рис.4 Л1 Изменение величины модуля упрочнения ^ латуни Л68 в

зависимости от температуры и степени предварительной деформации 8. 1)8=5,3%. 2) 8=19,6%. 3) £=60%. 4) е=76%.

В работе рассмотрено действие различных факторов на изменение разностенности труб при их бухтовом волочении на самоустанавливающейся оправке.

Для уменьшения отрицательного влияния на разностенность труб геометрических факторов были разработаны предложения и рекомендации, в т.ч. снижение допускаемой овальности рабочего цилиндра оправок до 0.005мм и применению на последнем проходе оправок с цилиндрической рабочей частью; ужесточены допускаемые отклонения на размеры рабочего пояска волоки с увеличением его ширины до 2-6мм; стальные оправки заменены на твердосплавные.

Для оценки влияния распределения деформации по диаметру и толщине стенки в результате преобразования была получена следующая зависимость:

^ ^ Р2" - а2* _ (Д, ч- с!,х Рерн

Исследованиями установлено, что при бухтовом волочении с переходами на которых ц^Цб разностенность увеличивается, а эффект, полученный от использования прессованной заготовки (с разностенностью, не превышающей ±7%), практически сводится к 0. При волочении на самоустанавливающейся оправке при ц,-ф0 в зависимости от числа переходов разностенность остается неизменной либо несколько уменьшается, но не превышает разностенность, достигнутую после периодической прокатки.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ТЕРМООБРАБОТКИ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ТРУБ ИЗ ЛАТУНЕЙ

Учитывая, что кривизна готовых труб является одним из показателей качества, были проведены исследования по оценке влияния условий деформации при волочении на кривизну труб после отжига.

В качестве рабочей была выдвинута гипотеза, согласно которой после отжига деформированных труб с минимальной величиной или отсутствием продольных напряжений кривизна труб должна оставаться неизменной.

Исследования проводились на трубах из латуни Л75мк размером 16x1 мм, протянутых с различными условиями деформирования, которая определялась степенью неравномерности деформации на последнем проходе по формуле:

~ _ Аау " ®ксн ) . ^ ддо/о _

^ нач ^ нач

Показано, что при определенных условиях деформации на окончательном проходе волочения (N=0, удлиненная длина рабочего пояска волоки) процесс нагрева и охлаждения труб в садочной или проходной печи не вызывает коробления готовых труб и позволяет получать трубы (без дополнительной подправки) с кривизной не более 2 мм на 1 п/м трубы.

Ввиду того, что величина зерна является одним из главных критериев качества латунных теплообменных труб, влияющих на их коррозионную стойкость в процессе эксплуатации, были проведены специальные исследования. В частности было построено температурно-временное поле условий термообработки, позволяющее определить режимы отжига, обеспечивающее получение структуры с величиной зерна в пределах 10-50 мкм. Показано, что для получения величины зерна в трубах из латуни Л75мк равнозначных трубам из латуни Л70 температура их отжига должна быть почти на 100°С выше температуры отжига труб из латуни Л70. В целом латунь Л75мк характеризуется большей склонностью к образованию равномерной мелкозернистой структуры.

Исследования кратковременного электроконтактного отжига показали, что этот метод термообработки труб из латуни не обеспечивает однородность и равнозернистость структуры, а основная масса труб имеет величину зерна в пределах 5-10мкм, что не обеспечивает общемировые требования по этому

показателю. На основании статистических данных отжига промышленных партий труб 016x1мм установлено, что термообработка в проходных печах обеспечивает получение следующих предельных значений величины зерна в латуни Л75мк - 15-40мк, в латуни Л68 - 10-50мк.

Результаты испытаний на обесцинкование труб отожженных при 200° и мягкое состояние показали, что отожженные трубы из латуни Л75мк имеют значительно большую склонность к обесцинкованию, чем трубы из латуни Л68, а низкотемпературный отжиг (при 200°) значительно увеличивает склонность к обесцинкованию обеих марок латуней.

Результаты оценки влияния степени предварительной деформации при волочении на стойкость к обесцинкованию приведены в представленной ниже таблице.

Влияние режимов термической обработки и степени предварительной деформации на стойкость труб из латуней Л68 и Л75мк к обесцинкованию

при75°С

№ п/п Режимы обработки перед испытанием Марки латуни Наличие обесцинкования

1. Деформация с обжатием £=66% (без отжига) Л68 Л75мк Есть Есть

2. Деформация с обжатием £=45% (без отжига) Л68 Л75мк Есть Нет

3. Отжиг в проходной печи на мягкое состояние с быстрым охлаждение (предварительная степень деформации £=66%) Л68 Л75мк Есть Нет

4. Отжиг в проходной печи с медленным Охлаждением (предварительная степень деформации £=66%) Л68 Л75мк Есть Есть

5. Отжиг в проходной печи с медленным охлаждением (предварительная степень деформации £=45%) Л68 Л75мк Нет Нет

Показано, что одной из особенностей технологии холодной обработки теплообменных труб из латуней является ограничение степени суммарной деформации перед окончательным отжигом (50%), что обеспечивает повышение коррозионной стойкости при эксплуатации.

С учётом жёстких требований к качеству труб была разработана методика вихретокового контроля латунных теплообменных труб с уровнем чувствительности, при котором коэффициенты перебраковки и недобраковки будут незначительны.

Практическая реализация результатов работы предоставлена паспортом на сплав Л75мк, ГОСТ Р 51573-2000. « Трубы из легированных латуней для теплообменных аппаратов» и РД25 «Временные методические указания по применению в теплообменных аппаратах для поверхностей нагрева или охлаждения труб Л75мк», которые приведены в приложении.

ВЫВОДЫ

1. Обобщены и сформулированы требования к материалам для теплообменных труб, показана уникальность сочетания свойств меди и медных сплавов, определивших их лидирующее положение для применения в трубчатых системах теплообмена.

2. В результате анализа состояния применения теплообменных груб из простых и легированных латуней установлены причины, по которым отечественная промышленность оказалась перед фактом необходимости использования в теплообменниках труб из простой безмышьяковистой латуни и нести огромные потери из-за их сравнительно низкой коррозионной стойкости.

3. В результате исследования влияния содержания легирующих элементов на свойство латуни Л75 установлено снижение общей коррозии при введении 81 в пределах 0.25-0.5%, Бе и № в пределах 0.1-0.25% (особенно в хлоридных растворах с рН менее 7); при одновременном введении № и Мл (0.05-0.15%) отмечается значительное повышение сопротивления к струевой коррозии. Установлен оптимальный состав новой композиции латуни (марка Л75мк), обеспечивающие высокие показатели коррозионной стойкости труб при их длительных испытаниях в промышленных теплообменниках.

4. Разработан процесс экстрагирования кремния путем рафинирования окисью цинка, позволяющий при выплавке латуни Л75мк в неограниченных объемах использовать в качестве шихты лома гильз ЛК75-0,5 и значительно снизить расходы на сырье.

5. Разработана и испытана оригинальная конструкция рабочего инструмента, исследованы и установлены технологические режимы горячего прессования трубных заготовок из латуни Л75мк с пониженной разностенностью, равностенной рубашкой и повышенным качеством поверхности.

6. Исследованиями установлены условия устойчивого и стабильного процесса бухтового волочения латунных труб, в том числе достаточно высокий уровень пластических свойств заготовки (для Л75мк 6>60%), контролируемые качество поверхности и структуры, регламентированные показатели скорости волочения и частных вытяжек по проходам, качество и механические прочность захватки, плавность заправочного периода волочения.

7. Установлена возможность реализации при бухтовом волочении латунных труб больших суммарных вытяжек, в основе которой лежит процесс разогрева труб до температуры более 200°С, обеспечивающий снижение модуля упрочнения и повышение пластических свойств при волочении с суммарной деформацией более 50%.

8. Определены факторы, влияющие на разностенность труб в процессе волочения на самоустанавливающей оправке на станах барабанного типа. Показано что при соблюдении условия цд (вытяжка по диаметру)^ (вытяжка по стенке) по многопроходному маршруту волочения разностенность труб имеет тенденцию к уменьшению.

9. Установлено, что при волочении труб с несоответствием деформации

С1"т ~ - В»ач ). 100% » 0 а £

нач нач

достигается минимальный уровень тангенциальных и продольных остаточных (внутренних) напряжений, а волочение труб в волоку с удлиненным рабочим пояском обеспечивает их минимальную кривизну. Последующий отжиг деформированных в таких условиях труб исключает их коробление в процессе отжига, не требует дополнительной правки и гарантирует минимальную кривизну.

10. Показано, что кратковременный электроконтактный отжиг латуней Л75мк и Л68 не гарантирует получение однородной структуры и величины зерна в соответствии с требованиями мировых стандартов.

И. Определены условия термообработки труб го латуни Л75мк, обеспечивающие получение однородной структуры с величиной зерна 15-45 мкм в мягком состоянии. Установлено, что латунь марки Л75мк имеет большую склонность к образованию мелкозернистой структуры и должны иметь температуру отжига на 100°С выше, чем у латуни Л68 (Л70).

12. Установлено, что с целью снижения процесса обесцинкования латунных труб в процессе их эксплуатации при температуре более 75°С степень их деформации перед окончательным отжигом не должна превышать 50%.

13. Разработан оптимальный уровень чувствительности неразрушающего метода контроля латунных теплообменных труб, обеспечивший компромиссное выполнение интересов потребителей и завода.

14. Результаты работы реализованы при разработке технологической документации и освоении процессов плавки и литья слитков из латуни Л75мк, 24

горячего прессования трубной заготовки, бухтового волочения, отделки, термообработки и контроля готовых труб на оборудовании Кольчугинского завода ОЦМ и использованы при подготовке паспорта на латунь марки Л75мк, ГОСТ Р51573-2000. «Трубы из легированных латуней для теплообменных аппаратов» и РД24 «Временные методические указания по применению в теплообменных аппаратах для поверхностей нагрева или охлаждения труб Л75мк», приведенных в приложении к диссертации.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах :

1. Мочалов H.A., Мочалов С.Н., Котов В.В.

«Перспективы развития производства и некоторые особенности холодной деформации теплообменных труб из латуни». Сборник докладов первой научно-практической конференции, г. Кольчугино 1998г.

2. Мочалов H.A., Мочалов С.Н., Котов В.В., Лейкин Д.М. «Температурно-деформационные условия обработки латунных труб при бухтовом волочении». Известия ВУЗов Цветная металлургия №б, Москва, МИСИС, 1998г.

3. Мочалов H.A., Мочалов С.Н., Котов В.В., Пружинин И.Ф. «Композиции, альтернативные мышьяковистым латуням для теплообменных труб, экологически чистые конструкционные материалы». Сборник докладов конференции « Экологическая безопасность регионов Урала и Западной Сибири», г. Екатеринбург, 1998г.

4. Мочалов H.A., Мочалов С.Н., Котов В.В., Пружинин И.Ф., Шевакин Ю.Ф. «О выборе состава латуней для теплообменных труб». Цветные Металлы №1,

5. Курбаткин И.И., Мочалов С.Н., Котов В.В., Пружинин И.Ф. «Влияние химического состава на формирование структуры и свойств специальных латуней при их обработке». Цветные Металлы №2,2000г.

1999г.