РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ НАСОСНО- КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ИЗ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ

Мы поможем подготовить материал для монографии, кандидатской или докторской диссертации, а также разместим Ваши статьи в рейтинговых научных изданиях.

Характеристики

Автор ОВЧИННИКОВ ДМИТРИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ
Тип Кандидатская диссертация
Специальность Обработка металлов давлением

Введение....................................................................................................................................... 6

1     Особенности формоизменения металла при радиально-сдвиговой прокатке и резке круглых заготовок на ножницах.......... 9

1.1      Использование радиально-сдвиговой прокатки для обжатия сплошных заготовок.............................................................. 9

1.2      Структурные изменения стали в процессе радиально-сдвиговой прокатки.......... 13

1.3      Формоизменение заготовок при прокатке................................................................. 16

1.3.1      Причины образования утяжин на концах заготовок при прокатке................... 16

1.3.2      Влияние технологических факторов на формоизменение металла при прокатке............................................. 17

1.4      Формоизменение металла при резке круглых заготовок.......................................... 21

1.5      Задачи исследования.................................................................................................... 25

2       Формоизменение трубной заготовки при прокатке в трехвалковом обжимном стане.............................. 26

2.1      Физическое моделирование образования утяжин на концах заготовок при обжатии................... 26

2.1.1      Устройство для проведения физического моделирования................................ 26

2.1.2       Планирование эксперимента................................................................................ 29

2.1.3       Исследование результатов эксперимента........................................................... 31

2.2       Математическое моделирование процесса образования утяжин............................ 34

2.2.1      Алгоритм решения краевой задачи в программе Deform-3D............................ 34

2.2.2       Планирование вычислительного эксперимента................................................. 36

2.2.3       Постановка задачи математического моделирования....................................... 39

2.2.4       Исследование результатов математического моделирования.......................... 42

2.3       Промышленное исследование процесса образования утяжин................................ 49

2.3.1      Влияние режимов нагрева заготовок на качество готовых труб...................... 50

2.3.2       Планирование и результаты промышленного эксперимента........................... 51

2.3.3       Исследование результатов промышленных экспериментов............................. 54

3      Разработка и исследование нового способа разрезки заготовок.................................. 63

3.1. Физическое моделирование процесса резки заготовок............................................ 63

3.1.1      Устройство для проведения физического моделирования............................... 63

3.1.2       Влияние формы ножей на размеры концевой части заготовки....................... 64

3.2       Математическое моделирование процесса резки заготовок................................... 66

3.2.1      Планирование вычислительного эксперимента................................................. 66

3.2.2       Постановка задачи математического моделирования....................................... 69

3.2.3       Исследование результатов математического моделирования.......................... 73

3.3       Промышленное исследование процесса резки круглых заготовок....................... 81

3.3.1      Планирование эксперимента................................................................................ 81

3.3.2       Исследование результатов опытных работ........................................................ 82

4       Разработка и исследование новой технологии производства насосно­компрессорных труб на ТПА-80           90

4.1      Новый способ обжатия непрерывно-литых заготовок на стане винтовой прокатки....................................................... 90

4.2       Новая технологическая схема производства труб из непрерывно-литых заготовок................................................................ 93

4.3       Сравнительный анализ эволюции зеренной структуры и механических свойств труб на ТПА-80.............................. 98

4.4       Исследование уровня брака при производстве труб на ТПА-80........................... 117

4.4.1      Исследование уровня брака по дефектам вида «раковина-вдав»................... 123

4.4.2       Исследование уровня брака по дефектам вида «наружная плена»................ 132

4.4.3       Исследование уровня брака по дефектам вида «внутренняя плена».............. 138

Выводы по работе................................................................................................................... 140

Библиографический список................................................................................................... 142

ПРИЛОЖЕНИЕ А Опытные калибровки ножей для физического моделирования

процесса резки......................................................................................................................... 146

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Фотографии заготовок после резки....................................................... 148

ПРИЛОЖЕННОЕ В Фотографии заготовок после раскроя в штампах............................. 151

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Результаты физического моделирования процесса обжатия............... 152

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Калибровки ножей и прокладок........................................................... 154

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Результаты определения механических свойств стали...................... 161

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Данные по уровню брака...................................................................... 165

ПРИЛОЖЕНИЕ И Пример расчета калибровки валков обжимного стана....................... 176

ПРИЛОЖЕНИЕ К Акты проведения опытных работ на трехвалковом обжимном стане................................................ 180

ПРИЛОЖЕНИЕ Л Акты проведения опытных работ на ножницах горячей резки 198
Задать вопрос

В настоящее время имеется тенденция к открытию и развитию месторождений нефти и газа, которые располагаются в районах Крайнего Севера и Сибири. Средне­месячная температура в холодных макроклиматических районах достигает значений от -30 до -60°С. В условиях действия низких температур для обеспечения безава­рийной эксплуатации трубы нефтяного сортамента должны соответствовать требо­ваниям по хладостойкое™ металла, т.к. полученные незначительные механические повреждения в условиях действия отрицательных температур весьма часто приводят к их разрушению.

Для некоторых месторождений нефти и газа характерно наличие коррозионно­агрессивных компонентов, таких как сероводород и двуокись углерода, которые снижают стойкость труб при их эксплуатации. Для решения этой проблемы трубы нефтяного сортамента изготавливаются в коррозионно-стойком исполнении из спе­циальных сталей с пониженным содержанием серы до 0,007% и фосфора до 0,015%, а также с низкой загрязненностью стали неметаллическими включениями и газами.

Условия добычи и потребления нефти и газа приводят к необходимости по­вышения рабочего давления не только в трубопроводах, но в добывающих скважи­нах. Для обеспечения стойкости труб, эксплуатируемых под высоким давлением, требуется повышать уровень их механических свойств и, в частности, прочностные характеристики.

Ужесточение требований к трубам нефтяного сортамента по хладостойкое™, коррозионной стойкости и прочности желательно осуществлять одновременно со снижением себестоимости продукции. С этой целью на ОАО «СинТЗ» предложено в качестве трубной заготовки использовать непрерывно-литой металл. Современная технология электросталеплавильного производства, основанная на получении низ­копримесного расплава, внепечной обработки и, при необходимости, вакуумирова­ния стали, обеспечивает производство высококачественного непрерывно-литого ме­талла. Кроме того, использование непрерывно-литых заготовок позволяет значительно уменьшить обрезь металла, увеличить выход годного, повысить производи­тельность трубопрокатного агрегата и улучшить условия труда.

Однако существующие процессы прошивки не обеспечивают стабильное по­лучение из литой заготовки качественной гильзы вследствие ярко выраженной ли­той структуры металла и наличия осевой пористости в заготовке. В этом случае предварительное деформирование непрерывно-литого металла способом винтовой прокатки, обеспечивающим большие сдвиговые деформации, способствующие ин­тенсивной проработке литой структуры, являются весьма эффективным, однако требует решения актуальной научно-технической задачи по разработке эффектив­ной технологии производства труб нефтяного сортамента.

Автором проведены исследования процесса винтовой прокатки сплошных за­готовок на трехвалковом обжимном стане, выполнены исследования процесса резки заготовок на ножницах горячей резки, а также металлографические исследования эволюции зеренной структуры и механических свойств стали при производстве труб. Получены результаты, представляющие научную и практическую ценность и отвечающие требованиям оригинальности и новизны. Разработанные калибровки валков обжимного стана и ножей для ножниц горячей резки, позволяющие повысить качество готовой продукции, также представляют научно-практическую ценность.

Новая технология производства высококачественных насосно-компрессорных труб с использованием трехвалкового обжимного стана винтовой прокатки разрабо­тана и внедрена в производство впервые в мировой практики и пригодна для приме­нения на других трубопрокатных агрегатах в случае использования непрерывно­литых трубных заготовок.

На защиту выносится:

- новый способ изготовления труб на ТПА-80 из непрерывно-литой заготовки из углеродистых и легированных марок стали с обжатием заготовки по диаметру на 20н-30% в трехвалковом стане винтовой прокатки при повышенных углах подачи, обеспечивающий интенсивную проработку исходной литой структуры металла, а также необходимый уровень механических свойств труб;

методика исследования формоизменения концевых частей заготовок при обжа­тии на стане винтовой прокатки, включающая физическое, математическое моде­лирование процесса и промышленные испытания;

результаты комплексного исследования нового способа резки заготовок, позво­ляющего повысить качество труб и выход годного;

закономерности формоизменения концевых частей заготовок при резке и обжа­тии от температурных и скоростных режимов деформации, а также от калибров­ки инструмента обжимного стана и ножниц горячей резки;

оптимальные режимы деформации и калибровки инструмента ножниц горячей резки и трехвалкового стана винтовой прокатки, позволяющие уменьшить разме­ры концевых утяжин на заготовках и повысить качество готовых труб.




1.    Чекмарев А.П., Ваткин Я.Л., Ханин М.И. Прошивка в косовалковых станах. - М. : Металлургия, 1967. - 240с.

2.    Потапов И.Н., Полухин П.И. Технология винтовой прокатки. 2-е изд., дополн. и перераб. - М. : Металлургия, 1990. - 344с.

3.    Потапов И.Н., Полухин П.И., Харитонов Е.А., Галкин С.П. Радиально­сдвиговая прокатка сортового металла // Теория и технология метало- и энер­госберегающих процессов обработки металлов давлением. - М. : Металлур­гия, 1986.-С. 72-78.

4.    Тартаковский И.К. Некоторые вопросы проектирования станов для производ­ства горячекатаных бесшовных труб. // Производство проката. - 2009. - № 5. - С.22-28.

5.    Осадчий В.Я., Гетия И.Г., Мухин Ю.А. и др. Особенности процесса прокатки на прошивном стане с грибовидными валками. // Известия ВУЗов, Черная ме­таллургия. - 1974. - №11. - С. 8-12.

6.    Меркулов Д.В., Голубчик Р.М., Чепурин М.В. Особенности прошивки загото­вок в косовалковых станов различного конструктивного исполнения. // Труды четвертого конгресса прокатчиков, т. 2. - М. : Черметинформация, 2002. - С. 47-52.

7.    Тетерин П.К. Теория поперечной и винтовой прокатки. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М. : Металлургия, 1983. - 270с.

8.    Тетерин П.К., Данилов Ф.А., Манегин Ю.В. Исследование процесса косой прокатки в трехвалковом стане // Сталь. - 1957. - №2. - С. 147-152.

9.    Зибель Э. Обработка металлов в пластическом состоянии. Пер. с нем. - М. : Металлургиздат, 1934. -400с.

10. Фомичев И.А. Косая прокатка. - М. : Металлургиздат, 1963. - 180с.

1 ГЛисочкин А.Ф. Поперечная прокатка // Сталь. - 1947. - № 6. - С. 15-16.

12.Смирнов В.С. Поперечная прокатка. - М. : Машгиз, 1948. - 195с.

13.Смирнов В.С. Теория обработки металлов давлением. - М. : Металлургия, 1973.-496с.

14.Орлов С.И., Швейкин В.В. Особенности пластической деформации при попе­речной осадке, поперечной и винтовой прокатке // Известия Вузов. ЧМ. - 1959,-№5.-С. 52-58.

15. Швейкин В.В. Основы винтовой прокатки. - Свердловск: УПИ, 1986. - 89с.

16. Матвеев Ю.М., Ваткин Я.Л. Калибровка инструмента трубных станов. - М. : Металлургия, 1970. -480с.

П.Ваткин Я.Л., Суконник И.М. Калибровка валков станов поперечно-винтовой прокатки / Сб. УралНИТИ // Производство сварных и бесшовных труб - М. : Металлургия. 1968. - Вып. 9. - С. 87-92.

18. Ваткин Я.Л., Рудой В.С., Суконник Н.М. и др. Улучшение качества труб при­менением рациональной калибровки инструмента прошивного стана // Сталь. - 1967,-№8.-С. 734-736.

19. Данченко В.Н., Коликов А.П., Романцев Б.А. и др. Технология трубного про­изводства. - М. : Интермет Инжиниринг, 2002. - 640с.

20. Данилов А.Ф., Глейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка труб. Изд. 2-е, дополн. и перераб. - М. : Изд-во Металлургия, 1972. - 589с.

21. Соловцов С.С. Отрезка в штампах точных заготовок сортового проката. - М. : Металлургия, 1980.-49с.

22. Цеманн Г. Влияние температуры нагрева прутка на качество отрезки // Повы­шение точности и автоматизация штамповки и ковки. - М. : Станкин, 1971.

23. Соловцов С.С., Тимонин А.И. Положительное влияние высокой скорости на качество коротких заготовок, отрезаемых от прутка // Кузнечно-штамповочное производство. - 1977. - №3. - С. 7-9.

24. Burkin S.P., Korshunov Е.А., Loginov Yu.N., Babailov N.A. New industrial tech­nology for producing mill balls on the continuous cast-deformation complex // Ad­vances in materials and processing technologies. - 1997. - P. 541-548.

25.Овчинников Д.В., Ерпалов M.B., Богатов A.A. Совершенствование технологии обжатия непрерывно-литой заготовки на трехвалковом обжимном стане винтовой прокатки // Труды XVIII Международной научно-технической конфе­ренции «ТРУБЫ - 2010». - 2010.

26. Бодров Ю.В., Овчинников Д.В., Устьянцев В.Л., Богатов А.А. Исследование нестационарной стадии винтовой прокатки непрерывнолитых заготовок на трехвалковом обжимном стане // Труды XVII международной научно- технической конференции «ТРУБЫ - 2009». - 2009. - С. 287-288.

27. Dyja Н., Szota Р., Mroz S. 3D FEM modelling and its experimental verification of the rolling» of reinforcement rod // Journal of Materials Processing Technology. - 2004. - Volumes 153-154.-P. 115-121.

28. Galantucci L.M., Tricarico L. Thermo-mechanical simulation of a rolling process with an FEM approach // Journal of Materials Processing Technology. -1999. - Volumes 92-93. - P. 494-501.

29. Zhan M., Yang H., Zhang J.H., Ma F. 3D FEM analysis of influence of roller feed rate on forming force and quality of cone spinning // Journal of Materials Processing Technology. -2007. - Volumes 187-188. - P. 486-491.

30. Jiang Z.Y., Tieu A.K. A simulation of three-dimensional metal rolling processes by rigid-plastic finite elementnext term method // Journal of Materials Processing Technology. - 2001. - Volume 112.-P. 144-151.

31. Пат. 2377085 Российская Федерация, МПК В 21 В 19/00. Технологический ин- стру-мент трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки / Овчинников Д.В. и др. ; заявитель и патентообладатель Открытое акционерное общество «Синарский трубный завод». - №2008130013/02 ; заявл. 21.07.2008 ; опубл. 27.12.2009, Бюл. №36.

32. Пат. 2361689 Российская Федерация, МПК В 21 В 19/04. Способ получения гильз / Овчинников Д.В. и др. ; заявитель и патентообладатель Открытое ак­ционерное общество «Синарский трубный завод». - №2007145344/02 ; заявл. 06.12.2007 ; опубл. 20.07.2009, Бюл. №20.

33.Овчинников Д.В., Ерпалов М.В., Богатов А.А. Современная технология про­изводства насосно-компрессорных труб из непрерывно-литой стали // Труды

Вернуться к списку