Влияние режимов горячей прошивки сосудов из стали 50 на свойства оправки винтового стана 30–80

Язык труда и переводы:
УДК:
621.7.04
Дата публикации:
25 мая 2022, 20:25
Категория:
Прокатно-волочильное производства
Авторы
Загоскин Егор Евгеньевич
Московский политехнический университет
Шаталов Роман Львович
Московский политехнический университет
Аннотация:
Рассмотрена технология горячей винтовой прокатки с неполной прошивкой круглых стальных сосудов на трехвалковом винтовом стане 30–80 машиностроительного предприятия АО «НПО «Прибор». Сделан вывод, что температура деформационной обработки влияет на качество поверхности и устойчивость относительно оси прошивной оправки, изготовленной из стали Р18. Экспериментально установлены допустимые режимы нагрева металла оправки во время прошивки после которых происходит снижение качества поверхности и отклонения от оси. Получен допустимый температурный интервал эксплуатации прошивной оправки из стали Р18
Ключевые слова:
трехвалковый винтовой стан, оправка, температура, сталь 50
Основной текст труда

Введение

В современном машиностроении России растет спрос на оборудование, позволяющее производить круглые сосуды с дном из конструкционных углеродистых сталей. На сегодняшний день все чаще при выборе технологии производства круглых сосудов предприятия отдают предпочтение прокатным винтовым станам с неполной прошивкой различных модификаций [1, 2].

Особо актуальным при выпуске на винтовых станах круглых сосудов остается вопрос стойкости обрабатывающего инструмента прокатных валков и прошивной оправки. Немало работ посвящено улучшению качественных характеристик жаропрочных деформирующих инструментальных сталей [3, 4], однако до сих пор остаются малоизученными вопросы допустимых температурных интервалов прокатки и прошивки. В случае с прокатными валками чаще используется наружное охлаждение поверхности водою или смазками, поэтому редко встречаются случаи существенного снижения их механических характеристик. Сложнее стоит вопрос с прошивной оправкой, когда температура у носка во время прошивки может достигать точки фазовых переходов и отпуска что неизбежно приводит к снижению прочности и как следствие устойчивости и ухудшению качества поверхности. 

Целью работы — установление допустимых температурных режимов прошивки нагретых стальных сосудов оправкой, изготовленной из стали Р18.

Методика проведения эксперимента

Для проведения эксперимента использовали трехвалковый винтовой прокатный стан 30–80 на машиностроительные предприятия АО «НПО «Прибор». В качестве исходных заготовок использовались раскроенные прутки из стали 50 длиною 70 мм и диаметром 42 мм. Для повышения пластичности металла проводили индукционный нагрев до температуры около 1160 °С с последующей выдержкой в печи сопротивления в течении 2 мин. Прокатку проводили в трехвалковом стане на диаметр 36 мм, при этом использовали в качестве охлаждения и смазки валков, изготовленных из стали 35ХГСА поток воды. Проводили не полную прошивку вращающейся оправкой по центру оси прокатки. Материал оправки сталь Р18 размеры: рабочая длинна 120 мм, диаметр 18 мм.

Определяли отклонения от оси и качество поверхности оправки стана 30–80 после выпуска партии сосудов 500 шт из стали 50. Для этого вращали оправку в стальной призме, перемещая вдоль оси цифровой индикатор с погрешностью измерения ±0,01 .

Исходя из приведенных данных видно, что произошло отклонение от оси при прошивки партии 500 шт. сосудов из стали 50 оправки на 0,35 мм, что по видимому зависит от изменения механических характеристик металла оправки.

Исследовали температуру прошивной оправки оптическим пирометром СЕМА (Россия) с погрешностью измерения ±10С до после прошивки по длине оправки.

Из результатов проведенных измерений по длине оправки видно, что температура нагрева у носка выше температуры фазового перестроения 600–650 °С. По-видимому, это должно привести к частичному выделению фазы дисперсного распада сложных карбидов мартенсита Ме6С23 на простые сферы Ме6С и как следствие увеличению зерна.

 

Результаты эксперимента и их обсуждение

Проверку твердости по высоте вращающейся оправки из жаропрочной стали Р18 проводили на твердомере Роквелла алмазной пирамидой с углами граней 120° по ГОСТ 9013–59. При этом с поверхности оправки механически был снят слой окалины и обезуглероживания на расстояние 1 мм. Изменение ударной вязкости определяли на маятниковом копре ЗИП по ГОСТ 9454–78. Для этого был механическим образом вырезан прямоугольный образец со смещением ближе к носку оправки. Размеры образца для проведения испытаний на ударную вязкость: длинна 80 мм, высота 8 мм, ширина 5 мм в центре образца вырезан U образный концентратор напряжений радиусом и глубиной 2 мм. В таблице 3 приведены результаты испытаний механических свойств прошивной оправки из стали Р18 после выпуска партии 500 шт сосудов с дном из стали 50.

Анализ микроструктуры проводили на оптическом металлографическом микроскопе Carl Zeiss по ГОСТ5640–68. Для этого были отделены от носовой части исходной и рабочей оправок закаленной стали Р18 металлографические тимплеты, с последующей шлифовкой абразивом и полировкой пастой зерном не более 10 мкм. Травление проводилось в спиртовом растворе азотной кислоты.

В структуре исходного состояния оправки — иглы твердых карбидов и сложных соединений Ме6С23 мартенсита в мягком не до конца превращенном аустените остаточном в концентрации 3 к 1 соответственно. Это привело к высокой твердости и низкой вязкости около 63–65 HRC и KCU 35 Дж/см2 соответственно, при размере зерна 10 балл.

В структуре рабочей оправки — в основном растворе аустенита остаточного и сложных соединений карбидов Ме6С23  мартенсита выделилась дополнительная фаза  дисперсионного разложения в устойчивом соединение менее твердых карбидов Ме6С (похожая на россыпь сфер). Это по видимому привело к заметному снижению твердости с 59 до 25 HRC  и повышению вязкости металла KCU 77Дж/см2  верхней части прошивной оправки  прокатного стана 30–80, вместе с тем выросло зерно до 9 балл.

Заключение

Показано, что в исходном состоянии оправка из стали Р18, имеет иглы твердых карбидов и сложных соединений Ме6С23 мартенсита в аустените остаточном отношение которых составляют 3 к 1 соответственно. Это привело к высокой твердости и низкой вязкости около 63–65HRC и KCU 35Дж/см2 соответственно, при размере зерна 10 балл. После горячей не полной прошивки 500 шт. стальных сосудов в мартенсите выделилась дополнительная фаза дисперсионного разложения в устойчивом соединение менее твердых карбидов Ме6С в, это по привело к заметному снижению твердости с 59 до 25 HRC  и повышению вязкости металла KCU 77Дж/см2  , вместе с тем выросло зерно до 9 балл в верхней части прошивной оправки  прокатного стана 30–80. Изменение механических свойств в сторону снижения твердости и увеличения вязкости привело к отклонению от оси прошивной оправки во время горячей прошивки стальных сосудов до 0,35 мм. Данное обстоятельство позволяет рекомендовать изменить конструкцию оправки на внутри-охлаждаемую или изменить ее материал.

Литература
  1. Выдрин А.В. Развитие технологий горячей прокатки бесшовных труб. Черные металлы, 2012, № 9, с. 16–20.
  2. Шаталов Р.Л., Медведев В.А. Влияние неравномерности температуры деформируемой заготовки на механические свойства тонкостенных стальных сосудов при обработке на прокатно-прессовой линии. Металлург, 2019, № 2, с. 53–58.
  3. Гончарук А.В., Давыдова Е.А., Романцев Б.А, Терещенко А.А., Фартушный Н.И. Совершенствование методики расчета геометрических параметров очага деформации при прокатке бесшовных труб в непрерывных станах. Производство проката, 2007, № 9, с. 20–23.
  4. Самусев С.В., Алещенко А.С., Фадеев А.А. Моделирование процесса непрерывной формовки сварных прямо шовных труб на базе «Тренажера ТЭСА 10-50». Известия вузов. Черная металлургия, 2018, т. 61, № 5, с. 378–384. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2018-5-378-384
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.