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