Экспериментальные исследования различных вариантов химической обработки поверхности при холодной пилигримовой прокатке углеродистых труб на стане ХПТ-90. |
19/03/2015 11:32am
Author: В.Ф. Балакин, Д.Ю. Гармашев, А. Ю. Салей, Т.В. Невилько
Categories:
трубное производство
В работе представлена оценка эффективности различных схем смазочных композиций, применяющихся при производстве холоднокатаных труб из углеродистых и легированных марок сталей. Установлено, что применение соответствующей химической обработки позволяет снизить коэффициент трения в очаге деформации и увеличить производительность стана ХПТ на 30%. Ключевые слова: холодная деформация, подсмазочное покрытие, смазка, пилигримовая прокатка, маршрут прокатки.
Экспериментальные исследования различных вариантов химической обработки поверхности при холодной пилигримовой прокатке углеродистых труб на стане ХПТ-90.
В.Ф. Балакин, Д.Ю. Гармашев, А. Ю. Салей, Т.Н. Невилько
Введение
Одним из важнейших аспектов технологии холодной обработки металлов является выбор подсмазочных покрытий и смазки. Удачное решение этой проблемы предопределяет успех в достижении надежности технологического процесса и высокого качества поверхности изделия. От правильного выбора смазки зависит производительность оборудования, значение разовых деформаций и цикличность процесса, следовательно, и величина производственных затрат. При выборе смазки руководствуются [1], прежде всего, удовлетворением основных функциональных требований: снижение контактных напряжений и уменьшение энергозатрат, связанных с преодолением трения; повышение стойкости инструмента и повышение чистоты поверхности изделий; предотвращение схватывания и налипания металла на инструмент; охлаждение инструмента. Кроме того, смазка должна удовлетворять требованиям технического, экономического и санитарно-гигиенического характера; стабильность ее состава и физико-химических свойств при эксплуатации; удобство подачи ее на инструмент и заготовку; простота изготовления смазки; ее очистка и регенерация в процессе эксплуатации; легкость удаления смазки с поверхности изделий; отсутствие вредного воздействия на металл и оборудование; нетоксичность и отсутствие неприятного запаха; минимальное загрязнение рабочего места и окружающей среды; экономическая целесообразность применения и недефицитность. Смазки и смазочные композиции для конкретных процессов обработки металлов давлением выбираются эвристически с использованием сведений об аналогах. Важным является материаловедческие сведения о строении смазочных материалов и присадок к ним, также результаты исследования их физико-химического взаимодействия с поверхностью заготовки и образования пластифицированного слоя. Развитие механики контактного взаимодействия в системе инструмент—смазка—деформируемый металл. Это помогает сформулировать требования к физико-механическим свойствам смазочных композиций. При этом важен правильный выбор механических испытаний для изучения вязкости, адгезии и антифрикционных свойств смазок. Оценка основных функций технологических смазок для холодного передала, является актуальной задачей и приводит к снижению величины сил трения: уменьшению коэффициента трения к увеличению величины подачи и соответственно часовой производительности стана. Целью данной работы являлось:
- оценка эффективности основных функций имеющихся в ТПЦ-3 ПАО «ИНТЕРПАЙП НТЗ» схем обработки смазочных композиций;
- повышение производительности станов ХПТ при выполнении заказов на холоднокатаные трубы по гост 8733/8734 из углеродистых и легированных марок сталей;
- повышение стойкости прокатного инструмента станов ХПТ;
- улучшение качества наружной и внутренней поверхности и точности прокатанных труб;
- снижение нагрузки на главный привод стана ХПТ-90.
Методика исследований
Маршрут прокатки был выбран следующий: 73×5,0×5300→42×3,0×10000 мм. Горячедеформированные трубы, размером 73×5,0×5300 мм, марки стали 20 были прокатаны на трубопрокатной установке «ТПА 30-102» ЗАО «ИНТЕРПАЙП НИКО ТЬЮБ». Прокат труб размером 42×3,0×10000 мм проводился в ТПЦ-3 ПАО «ИНТЕРПАЙП НТЗ» на стане ХПТ (стан третьей модели, конструкции «ЭЗТМ») оснащенным эпициклическим распределительно-подающим механизмом (конструкции «НКМЗ»). После проката на стане ХПТ был произведен обмер геометрических параметров труб. Химическая обработка труб-заготовок производилась по четырем технологическим маршрутам: – 1-й маршрут – традиционная технология, в соответствии с технологическими инструкциями по прокату и химической обработки поверхности (ТИ НТЗ-Тр3-03-2007, ТИ НТЗ-Тр3-04-2007); – маршруты № 2, 3 – усовершенствованные (см. схему последовательности операций); – 4-й маршрут – маршрут, применяемый в ТПЦ-3 для химической обработки труб перед волочением при производстве труб повышенной точности для ПЭД и ПЭН, в соответствии с технологической инструкцией по химической обработки поверхности (ТИ НТЗ-Тр3-04-2009). В процессе прокатки оценивалась стабильность подачи (броски) и при их отсутствии производилось плавное повышение подачи с шагом 5%. При этом оценивалось качество поверхности прокатываемых труб и изменение технологических параметров работы стана. Последовательность операции в применяемых технологиях приведены на схемах 1-4:
СХЕМА ХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК:
Результаты замеров технологических параметров процесса холодной деформации и точность геометрии труб приведены в таблицах 1-4.
Таблица № 1 – Технологические параметры процесса холодной прокатки на стане ХПТ-90 по первому варианту.
Величина подачи, мм |
28
|
30
|
28
|
35
|
Количество двойных ходов в мин.
|
58
|
58
|
60
|
58
|
Поворот трубы, град.
|
102
|
98
|
95
|
102
|
Диаметр, мм
|
макс.
|
57,20
|
57,25
|
57,20
|
57,20
|
мин.
|
57,05
|
57,05
|
57,05
|
57,05
|
Толщина стенки, мм
|
макс.
|
3,60
|
3,65
|
3,60
|
3,60
|
мин.
|
3,35
|
3,40
|
3,40
|
3,40
|
Овальность, мм
|
0,15
|
0,20
|
0,15
|
0,15
|
Разностенность, мм
|
0,25
|
0,25
|
0,20
|
0,20
|
При данном режиме химической подготовки необходимо отметить нестабильную работу стана (число двойных ходов колеблется от 58 до 60 в минуту). Внешний вид поверхности труб и точность геометрических параметров (диаметр; толщина стенки) соответствуют требованиям ГОСТ 8733/8734.
Таблица № 2 – Технологические параметры процесса холодной прокатки на стане ХПТ-90 по второму варианту.
Величина подачи, мм |
37,5
|
40
|
43
|
45
|
Количество двойных ходов в мин.
|
58
|
60
|
63
|
61
|
Поворот трубы, град.
|
92
|
97
|
102
|
102
|
Диаметр, мм
|
макс.
|
57,30
|
57,25
|
57,30
|
57,30
|
мин.
|
57,05
|
57,05
|
57,05
|
57,05
|
Толщина стенки, мм
|
макс.
|
3,50
|
3,50
|
3,60
|
3,60
|
мин.
|
3,40
|
3,35
|
3,40
|
3,40
|
Овальность, мм
|
0,25
|
0,20
|
0,25
|
0,25
|
Разностенность, мм
|
0,1
|
0,15
|
0,2
|
0,2
|
Второй маршрут химической подготовки заготовок позволил повысить величину осевой подачи при деформации в стане ХПТ-90 на 34÷45%. Нагрузка на двигатель стана была в пределах нормы. При этом качество наружной поверхности готовых труб было удовлетворительным. Овальность диаметра и поперечная разностенность соответствовали требованиям нормативной документации, требованиям ГОСТ 8733/8734. Необходимо отметить нестабильную работу стана по числу двойных ходов от 58 до 63 в минуту.
Таблица № 3 – Технологические параметры процесса холодной прокатки на стане ХПТ-90 по третьему варианту.
Величина подачи, мм |
31
|
31
|
35
|
35
|
Количество двойных ходов в мин.
|
60
|
62
|
63
|
63
|
Поворот трубы, град.
|
100
|
120
|
120
|
110
|
Диаметр, мм
|
макс.
|
57,20
|
57,20
|
57,20
|
57,25
|
мин.
|
57,05
|
57,05
|
57,05
|
57,05
|
Толщина стенки, мм
|
макс.
|
3,50
|
3,55
|
3,55
|
3,60
|
мин.
|
3,35
|
3,35
|
3,35
|
3,35
|
Овальность, мм
|
0,15
|
0,15
|
0,15
|
0,20
|
Разностенность, мм
|
0,15
|
0,2
|
0,2
|
0,25
|
Процесс прокатки протекал стабильно, бросков подачи не наблюдалось. В этом варианте химической подготовки заготовок при прокатке производилось плавное повышение подачи на стане ХПТ 90 на 20%. Нагрузка на двигатель стана была в пределах нормы. При повышении величины подачи на величину более 20% на наружной поверхности труб появлялись мелкие царапины. В связи с этим, дальнейшее повышение величины подачи было приостановлено. Качество наружной поверхности труб удовлетворительное. Геометрические параметры труб соответствовали требованиям ГОСТ 8733/8734.
Таблица № 4 – Технологические параметры процесса холодной прокатки на стане ХПТ-90 по четвертому варианту.
Величина подачи, мм |
35
|
34
|
42
|
45
|
Количество двойных ходов в мин.
|
59
|
62
|
63
|
60
|
Поворот трубы, град.
|
100
|
110
|
110
|
100
|
Диаметр, мм
|
макс.
|
57,20
|
57,25
|
57,30
|
57,30
|
мин.
|
57,05
|
57,05
|
57,05
|
57,05
|
Толщина стенки, мм
|
макс.
|
3,50
|
3,50
|
3,60
|
3,60
|
мин.
|
3,35
|
3,35
|
3,40
|
3,35
|
Овальность, мм
|
0,15
|
0,15
|
0,25
|
0,25
|
Разностенность, мм
|
0,15
|
0,15
|
0,2
|
0,25
|
При этом маршруте производства холоднодеформированных труб также удалось повысить величину подачи на 30÷45%. Нагрузка на двигатель стана была в пределах нормы. Качество наружной поверхности труб удовлетворительное. Геометрические параметры труб соответствовали требованиям ГОСТ 8733/8734.
Выводы и рекомендации
- По сравнению с традиционной технологией обработки труб-заготовок перед холодной деформацией применение химической обработки по вариантам 2-4 позволяет снизить коэффициент трения в очаге деформации и увеличить производительность стана ХПТ до 30%. При этом не происходит ухудшения качества и точности геометрических характеристик прокатываемых труб.
- По результатам замеров токов нагрузки электродвигателя стана ХПТ при прокате труб – заготовок с разными режимами обработки отклонений тока нагрузки не зафиксировано.
- При контроле геометрических параметров отклонений геометрических параметров от стандарта не установлено.
- В связи с положительным результатом влияния химической подготовки труб-заготовок на повышение производительности станов ХПТ-90, целесообразно осуществление процесса химической подготовки поверхности углеродистых труб перед холодной деформацией в соответствии с режимом (схемой) №4 - фосфатирование с последующим нанесением стеарата натрия.
- При выборе технологии нанесение химической обработки перед прокатом труб на ХПТ необходимо учитывать:
– марку стали, группу прочности; – техническое состояние стана; – сортамент, отношение диаметра к толщине стенки.
Литература
- Ходерны Б., Корек З. Стальные трубы. Технология производства и применение. – М.: Металлургия,1979. – 280 с.
|