научная статья по теме ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ ИЗ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ Металлургия

Текст научной статьи на тему «ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ ИЗ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ»

£ УДК 621.774.377

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ ИЗ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

© Ан.В.Серебряков, Е.Л.Шулин, Ал.В.Серебряков, А.А.Богатов

ОАО "Первоуральский новотрубный завод", ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ"

Основой конкуренции на рынке холодноде-формированных труб становятся технологии, позволяющие повысить производительность и снизить затраты при улучшении качества продукции.

Производство холоднодеформированных труб -многооперационный и многоцикличный процесс. Каждый цикл деформации предусматривает нанесение смазки на заготовку, холодную пластическую деформацию ее путем прокатки или волочения, обезжиривание поверхности, термическую обработку труб в защитной (Ы2 - 5% Н2) атмосфере (рисунок, а).

В качестве смазочного материала используют продукты реакции (например, фосфаты), мыла (стеарат натрия), хлорированный парафин и др. Эффект от применения указанных веществ основан на их способности образовывать смазочную пленку, которая экранирует поверхность металла от контакта с инструментом. Обезжиривание поверхности осуществляют путем погружения и выдержки труб в щелочном растворе.

Такая технология не обеспечивает высокого качества поверхности труб и высокую производительность процесса. Кроме этого, операции обезжиривания и осветления связаны с применением специального оборудования (ванн, электромостовых кранов, оборудова-

ния для регенерации и обезвреживания растворов и промывочных вод), и поэтому имеют высокие удельные капитальные и эксплуатационные затраты. При строительстве новых цехов эти затраты достигают 20-40% общих капитальных. Приведенные эксплуатационные затраты распределяются следующим образом: на собственно химическую обработку (амортизацию оборудования, зарплату, материалы, энергоносители и прочие расходы) приходится 15-30% общих затрат, на мероприятия по обезвреживанию сбросов отработанных растворов, промывочных вод и вентилируемого воздуха - 70-85%*. Тем не менее это не обеспечивает экологической стабильности производства.

Принципиальное значение для повышения производительности процесса, улучшения качества поверхности труб и снижения производственных затрат имеет выбор технологической смазки. Как известно, при деформации смазка попадает во впадины поверхностной микрошероховатости металла, и для ее удаления необходим длительный процесс обезжиривания (продолжительность его достигает 30-40% цикла деформирования). При этом химическое обезжиривание не позволяет полностью очистить поверхность металла от смазки, так как не исключает ее повторного осаждения из обезжиривающего и моющего растворов. Остатки

Цикл деформации по существующей (а) и новой (б) технологиям

* ОАО "Первоуральский новотрубный завод". Трубоволочильный цех В-1А. Разработка основных направлений совершенствования технологических процессов по сокращению операций химической обработки труб/Проектные предложения Уралгипро-меза. 1998.

Таблица 1. Физико-химические свойства разработанных смазок (композиции 1-4) и натриевого мыла

Свойства Разработанные смазки Натриевое

1 I 2 3 I 4 мыло

Температура 75 110 130 147 250

плавления, °С

Температура

разложения, 'С:

начала 100 180 190 170 200

конца 480 600 550 600 450

Количество зольного Нет Нет Нет Нет 16,7

остатка, %

смазки, сгорая при термической обработке труб, образуют твердые частицы - оксиды и карбиды металла, которые при последующем деформировании вдавливаются в поверхность металла, в результате чего на трубах появляются дефекты типа "раковина", "риска" и др.

Основная концепция разработки смазок заключалась в следующем. Смазочный материал должен обладать высокой термической стабильностью для обеспечения экранирования поверхности металла от контакта с инструментом, а при термической обработке труб смазочный материал должен диссоциировать с образованием газообразной и восстановительной сред. Термодиссоциация с образованием только газообразной среды обеспечит удаление смазки и продуктов ее разложения с поверхности металла. При этом одновременно будут удалятся окислы в результате восстановления их продуктами термодиссоциации смазки, что обеспечит полную очистку поверхности труб при термической обработке.

Новые смазки синтезировали на основе карбоно-вых кислот путем введения функциональных групп с заданными свойствами. В табл. 1. приведены физико-химические свойства разработанных смазок и для сравнения - свойства широко применяемого натриевого мыла. Исследование свойств смазок проводили методами дифференциального термического анализа (ДТА) и "термогравиметрическим.

Установлено, что по сравнению с натриевым мылом разработанные смазки имеют низкую температуру плавления, что обеспечивает при волочении повышение качества поверхности труб за счет снижения ее микрошероховатости (натриевые мыла сохраняют твердое кристаллическое состояние до температуры разложения), они не образуют зольного остатка при термическом разложении, что обеспечивает полную очистку поверхности труб при термической обработке.

С использованием новых смазок разработан технологический процесс, в котором из цикла деформации

Таблица 2. Качество поверхности труб, произведенных по

■э1 о о

N Ю [-.

исключены процессы химической обработки труб >■ (рисунок, б). Технология апробирована при произвол- § стве опытно-промышленной партии труб диам. 8 мм и ы толщиной стенки 10 мм по ТУ 14-3-474-76. Трубы изготавливали из холоднокатаной заготовки диам. 18 мм и толщиной стенки 0,9 мм произведенной из стали 10. Подготовка заготовки включала обезжиривание после прокатки, отжиг в защитной (Ы2 - 5% Н2) атмосфере и травление (осветление).

Трубы по новой технологии производили путем бе-зоправочного волочения, которое осуществляли в два цикла: 18x0,9 —> 12x0,96 8x1,0 мм. Цикл волочения включал нанесение смазки на заготовку с последующим ее волочением и отжиг труб. В качестве смазки использовали композиции 1-4 (см. табл. 1) в виде пасты, нанесение которой на заготовку проводили в процессе волочения с помощью мыльницы, установленной перед волокой. Отжиг труб с нанесенной смазкой осуществляли в защитной (Ы2 - 5% Н2) атмосфере в роликовой проходной печи (скорость перемещения труб в печи 2,5-2,8 м/мин, температура нагрева 550-950 °С). На готовом размере обработка включала правку труб на валковом стане и подрезку концов. Затем трубы предъявляли ОТК цеха для осмотра и сдачи в соответствии с требованиями ТУ 14-3-474-76.

Для получения сравнительных данных одновременно трубы производили по существующей технологии. Цикл волочения включал нанесение смазки на основе натриевого мыла на заготовку с последующим ее волочением, обезжиривание труб, отжиг в защитной (Ы2 - 5% Н2) атмосфере и травление (осветление) их в сернокислотном растворе. Нанесение смазки производили путем фосфатирования заготовки, омыления и сушки. Обезжиривание труб включало ряд операций: обработку в щелочном растворе, промывку в холодной воде, травление, промывку в холодной воде, нагрев в горячей воде, пассивирование и сушку на воздухе. Окончательная обработка труб предусматривала правку на валковом стане и подрезку концов.

Контроль качества труб промежуточного и готового размеров проводили путем определения: шероховатости (Иа) поверхности (ГОСТ 2789-73); микротвердости (Н\/0 д8) при испытании по методу восстановленного отпечатка (ГОСТ 9450-76); величины поражения поверхности ржавчиной при испытании на коррозионную стойкость. Испытание на коррозионную стойкость проводили в гидростате модели Г-4 при следующих условиях: относительная влажность 100%, температура 40 °С, продолжительность выдержки 5 мин (время, в

существующей и новой технологиям

Технология Смазка Волочение с размера на размер

18x0,90—И 2x0,96 мм 12x0,96—>8x1,00 мм

шерохова- микротвер- коррозия шерохова- микротвер- коррозия

тость, мкм дость, МН/м2 поверхности, % тость, мкм дость, МН/м2 поверхности, %

Существующая Натриевое 1,05 2020 100 0,95 2100 100

мыло

Новая 1 0,64 1510 95 0,59 1350 75

2 0,61 1700 70 0,50 1510 Следы (<5)

3 0,62 1430 90 0,53 1220 40

4 0,60 1510 70 0,57 1260 5

о.

R с н!

Таблица 3. Результаты приемки труб диам. 8 мм и толщиной стенки 1 мм по ТУ 14-3-474-76, произведенных по существующей и новой технологиям

течение которого образцы труб, изготовленных по существующей технологии, полностью покрывались ржавчиной). После выдержки образцов в гидростате визуально оценивали площадь их поверхности, покрытой ржавчиной (табл. 2).

Контроль качества труб на соответствие требованиям ТУ 14-3-474-76 проводил ОТК цеха. Результаты приемки труб приведены в табл. 3.

Установлено, что новая технология обеспечивает снижение микрошероховатости поверхности (за счет более низкого сопротивления сдвигу материала смазки при волочении); снижение микротвердости и повышение коррозионной стойкости в результате полной

Технология Смазка Предъявлено Принято годных Брак по причине

на контроль, риски наружные грязные

штук/м штук/м % штук/м I % штук/м I %

Существующая Натриевое мыло 1 2 3 4 1000/5500 942/5181 94,2 8/44 0,8 50/275 5

Новая Итого 250/1375 250/1375 250/1375 250/1375 1000/5500 249/1370 249/1370 249/1370 249/1370 996/5480 99,63 99,63 99,63 99,63 99,50 1/5,5 1/5,5 2/11,0 1/5,5 5/27,5 0,4 0,4 0,8 0,4 0,5 Her Нет Нет Нет Нет

очистки поверхности металла и исключения его науглероживания при термической обработке; получение труб с чистой (без пригаров и сажистого налета) поверхностью и уменьшение потерь с браком по поверхностным дефектам, и тем самым увеличение выхода годных труб. Кроме этого, новая технология позволяет исключить процесс химической обработки труб и в результате снизить затраты, повысить производительность процесса и качество труб.

995-05-SS >

Международная специализированная выставка

MATERIALS & PROCESSES

МАТЕРИАЛЫ И ПРОЦЕССЫ

Тематика выставки:

Современные промышленные материалы и технологические процессы: металлы, керамика, пластики и композиционные материалы, покрытия и нанотехнологии, измерения и исследования, новые разработки

ОКТЯБРЬ

18.10 - 21.10

2004

— РОССИЯ, МОСКВА. КУЛЬТУРНО-ВЫСТАВОЧНЫЙ UEHTP «СОКОЛЬНИКИ»

Ор

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком