Исследование и разработка технологии производства труб на пилигримовом стане с использованием контролируемой прокатки

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.