Технология и оборудование производства труб на станах ХПТ (96

щей вертикальное усилие прокатки и совершающей возвратнопоступательное движение вместе с рабочими валками. Перемещение клети осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма (рис. 3.1), снабженного специальными уравновешивающими устройствами для гашения динамических нагрузок, возникающих в приводе стана при возвратно-поступательном движении масс клети.

Рис. 3.1. Привод рабочей клети стана ХПТ с грузовым уравновешивающим устройством:

1 – рабочая клеть; 2 – шатун; 3 – кривошип; 4 – электродвигатель; 5 – ременная передача; 6 – уравновешивающий груз

На рис. 3.2 представлена типовая рабочая клеть с подвижной станиной конструкции ОАО «Электростальтяжмаш». Клеть может перемещаться как на катках, так и на ползунах в направляющих рамах, и имеет развитое основание, вследствие чего повышается ее устойчивость и уменьшается износ опор. Валковая система 2 устанавливается на ось прокатки с помощью клинового механизма 3. Привод валков осуществляется от зубчатых реек 5 через консольные шестерни 4, установленные на верхнем валке, при этом верхний

20

и нижний валок соединены синхронизирующими шестернями 6. Клети оснащают предохранительными устройствами, которые устанавливают между подушкой верхнего валка и станиной. Они обеспечивают почти мгновенный подъем подушки верхнего валка на 20…25 мм, в случае, если сила прокатки превысит допускаемое значение. Такая мера способствует сохранению деталей рабочей клети и главного привода стана в случае их перегрузки.

Рис. 3.2. Рабочая клеть стана ХПТ конструкции ОАО«Электростальтяжмаш»:

1 – станина; 2 – валковаясистема; 3 – клиновоймеханизмустановкивалков; 4 – шестерняприводавалков; 5 – зубчатаярейка; 6 – синхронизирующиешестерни

Фирмы «Mannesmann» (Германия) и «Bliss» (США) используют клети с подвижной станиной и на станах больших типоразмеров. В станах фирмы «Mannesmann» (рис. 3.3) рабочие валки имеют односторонний независимый привод шестерен 2 и 4 от неподвижных реек 3. Отсутствие синхронизирующих шестерен позволяет уменьшить массу рабочей клети, но затрудняет извлечение клети из рамы, когда предварительно необходимо вывести нижнюю шестерню из зацепления с рейкой.

Рабочая клеть с подвижной станиной стана 18" фирмы «Bliss» (рис. 3.4) имеет массу 150 т при диаметре рабочих валков 1270 мм. Подвижная станина состоит из четырех колонн 1, связанных верхней и нижней траверсами 2 и 5. Сила прокатки (клеть рассчитана на максимальную силу 15 МН) воспринимается укрепленными в верхней траверсе гидравлическими цилиндрами 3, которые служат также предохранительными устройствами. Клеть перемещается по направляющим на катках 4.

21

Рис. 3.3. РабочаяклетьстанаХПТ 4½" фирмы«Mannesmann» (Германия):

1 – станина; 2 – шестерня привода верхнего валка; 3 – зубчатая рейка; 4 – шестерня привода нижнего валка

Рис. 3.4. Рабочая клеть стана ХПТ 18" фирмы «Bliss» (США):

1 – колонна; 2 – верхняя траверса; 3 – гидроцилиндр; 4 – каток; 5 – нижняя траверса; 6 – шестерни привода валков

22

Рабочие клети с неподвижной станиной применяются на ста-

нах для прокатки труб диаметром более 90 мм. При использовании этих клетей масса подвижных частей уменьшается почти в 3 раза, что значительно снижает динамические нагрузки. Возвратнопоступательное движение в клети с неподвижной станиной (рис. 3.5) совершают только валки, закрепленные в специальной кассете 4. Сила прокатки воспринимается бегунковыми роликоподшипниками 2 с утолщенными наружными кольцами и передается на неподвижные рельсы 1 и 3. Рельсы 3 закреплены на нижней траверсе станины, а рельсы 1 опираются на два клина 7, расположенные под верхней траверсой и позволяющие регулировать раствор валков.

Рис. 3.5. Рабочая клеть стана ХПТ с неподвижной станиной:

1 – верхнийрельс; 2 – бегунковыйроликовыйподшипник; 3 – нижнийрельс; 4 – кассета с рабочими валками; 5 – направляющие ролики кассеты; 6 – шатун привода кассеты; 7 – клиновой механизм установки валков; 8 – устройство уравновешивания верхнего рельса

Рабочие клети с опорными валками выполняются также с не-

подвижной станиной, но сила прокатки в этих клетях передается на линейки станины не через бегунковые опоры, а через опорные валки. Известна конструкция трехвалкового стана ХПТ-450 с опорными валками. Несомненный интерес представляет стан ХПТ фирмы «Aetna Standard» (США) для многониточной прокатки труб

23

диаметром 31…39 мм из цветных металлов (рис. 3.6). Прокатка одновременно шести труб ведется со скоростью до 100 двойных ходов в минуту. Два рабочих валка 2 и два опорных валка 3 смонтированы в подвижной кассете 1. Сила прокатки воспринимается неподвижной станиной через опорные рельсы 5. Положение валков регулируется с помощью клиньев 4. На рабочие валки устанавливаются по три, пять или шесть кольцевых калибров. Рабочие и опорные валки связаны между собой зубчатыми колесами, которые находятся в зацеплении с неподвижными рейками, укрепленными на станине.

Рис. 3.6. Рабочая клеть с опорными валками стана ХПТ фирмы «Aetna Standard» (США):

1 – кассета с валками; 2 – рабочий валок; 3 – опорный валок; 4 – механизм регулировки положения валков; 5 – опорный рельс

По аналогичной схеме изготавливает трехниточные станы фирма «Montbard» (Франция). Особенностью этих станов является отсутствие обжатия металла при обратном ходе клети. Валки во время обратного хода разводятся и заготовки подаются и поворачиваются. Таким образом, по сравнению с традиционными станами ХПТ, подача и поворот выполняются за большее время, что позволяет снизить динамические нагрузки в механизмах подачи и

24

поворота и в деталях трансмиссии. При этом патроны подачи и зажима стержня разгружаются от осевых усилий, которые при деформирующем обратном ходе достигают значительных величин.

Использование опорных валков по сравнению с бегунковыми опорами обеспечивает бóльшую жесткость рабочей клети. К недостаткам клетей с опорными валками можно отнести повышенные габариты и, соответственно, бóльшую массу подвижных частей.

В зависимости от способа загрузки заготовок различают два вида компоновки оборудования станов ХПТ – станы с боковой и торцевой загрузкой (рис. 3.7). Компоновка стана определяет состав и последовательность технологических операций прокатки.

Рис. 3.7. Схемы станов холодной прокатки труб:

а – с боковой загрузкой заготовки; б – с торцевой загрузкой; 1 – механизм перемещения стержня оправки; 2 – патрон стержня оправки; 3 – механизм подачи и поворота заготовки; 4 – патрон заготовки; 5 – загрузочный стол; 6 – рабочая клеть; 7 – летучая пила; 8 – приемный карман; 9 – задний зажим стержня оправки; 10 – передний зажим стержня оправки

Рассмотрим порядок технологических операций на стане с боковой загрузкой (рис. 3.7, а). Пакет заготовок краном подают на загрузочный стол 5. Здесь заготовки вручную или специальными манипуляторами раскладывают в один ряд, после чего с помощью дозирующих устройств по одной подают на линию прокатки. В это время патрон заготовки 4 и патрон стержня оправки 2 должны находиться в крайнем заднем положении. Переданная на ось прокат-

25

ки заготовка центрируется люнетами. Затем включают механизм перемещения стержня оправки 1, и закрепленная в патроне 2 оправка, продвигаясь через заготовку, устанавливается в исходное положение в зоне деформации металла. Включается главный привод стана, сообщающий возвратно-поступательное движение рабочей клети 6. При этом механизм подачи и поворота 3 обеспечивает прерывистое поступательное и вращательное движение патрона 4 с зажатой в нем заготовкой. Прокатка трубы происходит до тех пор, пока патрон 4 не дойдет до крайнего переднего положения. В этот момент главный привод стана отключается, из патрона 4 извлекается готовая труба, после чего патроны заготовки и стержня оправки возвращаются в исходное (крайнее заднее) положение, освобождая место для очередной заготовки. Цикл прокатки повторяется.

Готовые трубы разрезают на мерные длины летучей пилой 7 и укладывают в приемный карман 8.

Боковая загрузка требует остановки стана для перезарядки, что приводит к существенному снижению производительности, нарушению теплового режима прокатки и многократному обжатию трубы без ее подачи при остановке клети. Последние два обстоятельства могут влиять на качество и точность прокатываемых труб, особенно труб с тонкими стенками. При боковой загрузке нельзя вести прокатку на цилиндрической оправке и оправке с малой конусностью, так как трудно извлечь оправку из зоны деформации и совершенно невозможно вернуть ее в исходное положение. Достоинством боковой загрузки считают возможность визуального осмотра поверхности оправки во время перезарядки заготовок.

При торцевой загрузке (см. рис. 3.7, б) стол заготовок 5 располагают в линии стана со стороны подачи заготовки. Обычно стержень оправки удерживается двумя зажимами – 9 и 10, работающими попеременно. Заготовка, попадая на ось прокатки, подающими роликами или другими транспортными средствами продвигается через открытый зажим стержня 9. Зажим автоматически закрывается после прохода заготовки, а другой зажим 10 открывается, и заготовка попадает в зону действия патрона 4.

Рассмотренная схема приводит к увеличению длины стана примерно на длину заготовки. Чтобы избежать этого, в некоторых станах один из зажимов располагают у рабочей клети 6. Он называется промежуточным зажимом. При зарядке первой заготовки промежуточный зажим захватывает непосредственно стержень

26

оправки, а в дальнейшем при перезарядках он удерживает от осевого перемещения прокатываемую трубу. Стержень оправки удерживается в осевом направлении за счет сил трения между оправкой и прокатываемой трубой.

Время остановки стана с торцевой загрузкой при перезарядке значительно сокращается за счет совмещения операции подачи очередной заготовки с передвижением патрона 4 в исходное положение.

4. ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОКАТКИ ТРУБ НА СТАНАХ ХПТ

Выбор заготовки для прокатки на станах ХПТ определяется конкретными условиями каждого завода, имеющего обычно в своем составе трубопрокатные и трубоволочильные цехи, либо диктуется возможностями получения заготовки со стороны. В табл. 4.1 приведены данные о заготовках, наиболее часто применяемых при холодной прокатке труб.

Горячекатаные заготовки из малоуглеродистых и низколегированных сталей марок 10, 20, 35, 12ХМФ, 12ХН3А, 15Х, 15ХМ, 20Х и другие не требуют термообработки перед холодной прокаткой, поскольку металл обладает достаточной для холодной деформации пластичностью. Заготовки из высокоуглеродистых и высоколегированных сталей марок 45, 40Х, 12Х5МА, ЗОХГСА, ШХ15, 08X17, 15Х25Т и других, а также из специальных сплавов, полученные методами горячей прокатки, прессования или центробежного литья перед холодной прокаткой отжигают для уменьшения сопротивления деформации. Отжигу подвергают и холоднокатаные трубы промежуточных размеров перед последующей деформацией.

Таблица 4.1

Заготовки для холодной прокатки труб на валковых станах ХПТ

Окончание табл. 4.1

П р и м е ч а н и я. 1. Горячекатаные и прессованные заготовки из нержавеющих и жаропрочных сталей для труб ответственного назначения перед холодным переделом обтачивают и растачивают. 2. Заготовки из сплавов титана и заготовки, полученные методом центробежного литья, перед прокаткой обтачивают и растачивают.

Прокатка на станах ХПТ заготовок из аустенитных сталей (типа 12Х18Н10Т) отличается некоторыми особенностями. После горячей прокатки аустенитной стали предел прочности, предел пластичности и относительное удлинение обычно равны: σв = 550…650 МПа, σт = 300…350 МПа, δ= 40…50%, соответственно – что свидетельствует о значительной пластичности металла. Такую заготовку перед холодной прокаткой термической обработке не подвергают. Однако аустенитные стали при холодной деформации склонны к интенсивному упрочнению. Так, при прокатке со степенью деформации 58…68 % предел прочности повышается до ~1200 МПа, предел текучести – до 900…950 МПа, а относительное удлинение уменьшается до 10…12%. Интенсифицировать режим обжатия в этом случае можно путем предварительного нагрева заготовки перед очагом деформации до температуры 200…400 °С, что позволяет снизить сопротивление деформированию и, в то же время, сохранить все положительныекачествахолоднойдеформации.

С другой стороны, процесс холодной деформации на станах ХПТ характеризуется интенсивным тепловыделением и разогре-

28

вом прокатываемой заготовки, поэтому для обеспечения необходимых температурных условий прокатки (особенно, если прокатка ведется с высокими скоростями) применяют интенсивное охлаждение заготовки минеральными маслами или специальными эмульсиями различного состава. Если деформируемый материал не допускает охлаждения в процессе прокатки, приходится снижать частоту двойных ходов рабочей клети.

Таким образом, по температурному режиму различают два способа прокатки на станах ХПТ: холодную прокатку с охлаждением зоны деформации и теплую прокатку, которая ведется с подогревом заготовки перед зоной деформации до температуры, которая в сумме с разогревом металла в результате пластической деформации не превышает температуры начала рекристаллизации. Теплая прокатка применяется при изготовлении труб из труднодеформируемых, хрупких и малопластичных сталей и сплавов, а также пластичных, но склонных к сильному упрочнению при холодной деформации материалов. Подогрев заготовок до температуры 100…500 °С осуществляется высокочастотными индукторами или газовыми горелками.

Перед началом холодной прокатки с поверхностей заготовок удаляют травлением окалину и окисные пленки. Заготовки труб ответственного назначения, а также труб с особыми требованиями к качеству поверхности подвергают обтачиванию, расточке, у них подрезают торцы, а затем подвергают травлению и осветлению.

Окалину с поверхности горячекатаных труб из углеродистых и низколегированных сталей удаляют травлением в 15…25 % водном растворе серной кислоты с добавками соляной и азотной кислот. Продолжительность травления при температуре раствора 50…60 °С составляет 30…60 мин. После промывки заготовка осветляется в растворе плавиковой кислоты.

Травление труб из нержавеющих и жаропрочных сталей проводят в щелочном расплаве едкого натра (65…75 %), азотнокислого натрия (20…30 %) и хлористого натрия (2…5 %) при температуре 400…500 °С в течение 10…20 мин. Затем следуют удаление остатков окислов в 15…20 % растворе серной кислоты при 50…60 °С в течение 30…60 мин., промывка и осветление в 8…15 %-ном растворе азотнойкислотыпритемпературе45…55 °Свтечение3…4 мин.

Окисную пленку с поверхности холоднокатаных или обточенных и расточенных заготовок, подвергнутых термической обработке с целью снятия наклепа, удаляют по технологической схеме

29