EA031146B1

EA031146B1 - Прокатный стержень, используемый в качестве внутреннего инструмента при изготовлении бесшовных металлических полых тел, и способ изготовления металлических полых тел

Info

Publication number: EA031146B1
Application number: EA201690808A
Authority: EA
Inventors: Нильс Шэфер; Рольф Кюммерлинг; Стефани Демарс; Хелен Далмонт
Original assignee: Валлоурек Дойчланд Гмбх
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2015-01-05
Publication date: 2018-11-30
Also published as: BR112016010765B1; UA114864C2; WO2015104244A1; JP6603665B2; DE102014100107A1; US10239102B2; US20160325325A1; EP3092087B1; DE102014100107B4; EP3092087A1; AR098859A1; JP2017508621A; EA201690808A1; CN105848798A; ES2674648T3; BR112016010765A2; MX2016008907A; CN105848798B

Abstract

Изобретение относится к прокатному стержню, используемому в качестве внутреннего инструмента при изготовлении бесшовных металлических полых тел, в частности при формовании вытяжкой металлических полых заготовок для формования бесшовных труб на многоклетевом прокатном стане, имеющем поверхность, содержащую нитридный слой. С целью повышения срока службы прокатного стержня предлагается, чтобы прокатный стержень состоял из жаропрочной стали, содержащей хромовый эквивалент Cr., превышающий 6,5, рассчитанный по формуле Cr. = % Cr + % Mo + 1,5 × % Si + 0,5 × % Nb + 2 × % Ti (1), при глубине измеренного отпечатка 0,5 мм от поверхности прокатного стержня, имеющей предел текучести, составляющий по меньшей мере 450 МПа при 500°C, и имеющей прочность на разрыв по меньшей мере 600 МПа при 500°C, и чтобы, начиная от поверхности, глубина слоя азотирования превышала 0,15 мм и твердость азотированного слоя превышала 950 HV 0,5. Настоящее изобретение также относится к способу для изготовления бесшовно-горячекатного, металлического полого тела, в частности стальной трубы, при котором предварительно изготовленную полую заготовку подвергают процессу формования вытяжкой на многоклетевом прокатном стане с использованием вышеописанного прокатного стержня, который протягивается в полую заготовку, и до начала процесса прокатки, т.е., до начала процесса протяжки прокатного стержня в полую заготовку, на прокатный стержень наносят жидкую смазку, которую далее подвергают высушиванию, при этом прокатный стержень протягивается с зазором по отношению к внутреннему диаметру полой заготовки, составляющим по меньшей мере 10 мм, и непосредственно перед процессом протяжки прокатного стержня температура полой заготовки в среднем составляет по меньшей мере 1000°C и скорость прокатного стержня Vв процессе прокатки на стержневом прокатном стане максимально соответствует следующим условиям: V= 0,9 × длина стержня/время прокатки последней клети (3), V= 0,9 × V(4), где V- s минимальная скорость материала трубы во время прокатки на стержневом прокатном стане.

Description

Изобретение относится к прокатному стержню, используемому в качестве внутреннего инструмента при изготовлении бесшовных металлических полых тел, в частности при формовании вытяжкой металлических полых заготовок для формования бесшовных труб на многоклетевом прокатном стане, имеющем поверхность, содержащую нитридный слой. С целью повышения срока службы прокатного стержня предлагается, чтобы прокатный стержень состоял из жаропрочной стали, содержащей хромовый эквивалент Cr_eq., превышающий 6,5, рассчитанный по формуле Cr_eq. = % Ст + % Мо + 1,5 х % Si + 0,5 χ % Nb + 2 χ % Ti (1), при глубине измеренного отпечатка 0,5 мм от поверхности прокатного стержня, имеющей предел текучести, составляющий по меньшей мере 450 МПа при 500°С, и имеющей прочность на разрыв по меньшей мере 600 МПа при 500°С, и чтобы, начиная от поверхности, глубина слоя азотирования превышала 0,15 мм и твердость азотированного слоя превышала 950 HV 0,5. Настоящее изобретение также относится к способу для изготовления бесшовно-горячекатного, металлического полого тела, в частности стальной трубы, при котором предварительно изготовленную полую заготовку подвергают процессу формования вытяжкой на многоклетевом прокатном стане с использованием вышеописанного прокатного стержня, который протягивается в полую заготовку, и до начала процесса прокатки, т.е., до начала процесса протяжки прокатного стержня в полую заготовку, на прокатный стержень наносят жидкую смазку, которую далее подвергают высушиванию, при этом прокатный стержень протягивается с зазором по отношению к внутреннему диаметру полой заготовки, составляющим по меньшей мере 10 мм, и непосредственно перед процессом протяжки прокатного стержня температура полой заготовки в среднем составляет по меньшей мере 1000°С и скорость прокатного стержня V_St в процессе прокатки на стержневом прокатном стане максимально соответствует следующим условиям: VsTmax = θ,9 χ длина стержня/время прокатки последней клети (3), V_STmax = θ,9 ^х V_Mnin (4), где V_Mmm - s минимальная скорость материала трубы во время прокатки на стержневом прокатном стане.

031146 В1

Изобретение относится к прокатному стержню, используемому в качестве внутреннего инструмента при изготовлении бесшовных металлических полых тел, в частности, при формовании вытяжкой металлических полых заготовок для формования бесшовных труб на многоклетевом прокатном стане, и имеющему поверхность, содержащую нитридный слой. Настоящее изобретение также относится к способу для изготовления бесшовно-горячекатного, металлического полого тела, в частности стальной трубы, при котором предварительно изготовленная полая заготовка подвергается процессу формования вытяжкой на многоклетевом прокатном стане с использованием прокатного стержня в соответствии с настоящим изобретением, который протягивается в полую заготовку, и до начала процесса прокатки, т.е., до начала протяжки прокатного стержня в полую заготовку, на прокатный стержень наносят жидкую смазку, которая в дальнейшем подвергается высушиванию.

С момента появления изобретения братьев Маннесман, относящегося к способу изготовлению толстостенной пустотелой гильзы из нагретой пустотелой заготовки путем прокатки, были выдвинуты различные предложения по формованию вытяжкой указанной пустотелой гильзы при той же самой температуре нагрева во время последующего этапа термической обработки, по завершению которого на третьем этапе прокатки происходит уменьшение внешнего диаметра до конечного диаметра при прокатке на трубопрокатном стане. Ключевые слова в отношении указанного способа включают обратноступенчатый способ, способ проталкивания через волоки, способ прокатки на стержне. На первом этапе прокатки на пилигримовом стане изготавливают так называемую полую заготовку из заготовки, которая, как правило, является сплошной заготовкой. В исключительных случаях вместо сплошных заготовок могут быть использованы предварительно расточенные заготовки. На втором этапе прокатки полые заготовки формуют вытяжкой, при этом в настоящее время для указанной цели в основном используют многоклетевые стержневые прокатные станы. Формование вытяжкой полой заготовки, подаваемой на прокатный стан при температуре приблизительно от 1000 до 1200°С, осуществляют с помощью прокатного стержня. С этой целью прокатный стержень протягивают в полую заготовку и большей частью транспортируют с помощью приводимых в действие транспортных валков к первой прокатной клети. Количество валков на одну клеть, как правило, составляет по меньшей мере два валка, но в настоящее время их количество зачастую составляет три валка, при этом последовательность выполнения процесса заключается в следующем.

Стержневые прокатные станы различаются, с одной стороны, по способу контроля скорости перемещения стержня, и, с другой стороны - по количеству валков на одну клеть, при этом клеть может включать два или три валка. Несколько клетей соединены и расположены друг за другом. В отношении варианта способа, рассматриваемого в этом случае, прокатный стержень перемещается во время фактического выполнения процесса прокатки с постоянной скоростью по прокатному стану. С этой целью прокатный стержень должен удерживаться электромеханическим устройством, а также контролируемо направляться с целью достижения постоянной скорости прокатного стержня. Устройство удерживания называется держателем. С целью обеспечения того, чтобы после протяжки прокатного стержня в полую заготовку при продольном формовании вытяжкой, прокатываемая полая заготовка могла перемещаться на прокатный стержень во время прокатки, на прокатный стержень должна быть предварительно нанесена смазка. С этой целью, графитосодержащую смазку, как правило, распыляют в жидкой форме на поверхность прокатного стержня и высушивают при температуре в диапазоне от 80 до 130°С. При более низких температурах не происходит полное и качественное высыхание смазки, а при более высоких температурах возникает так называемый эффект Лейденфроста, в результате чего не образуется равномерный слой, и части поверхности остаются не покрытыми смазкой. Таким образом, предпринимается попытка проведения сушки при температурах ниже 100°С.

Дополнительно к смазке прокатного стержня в соответствии с европейским патентом ЕР 1775038 В1 на внутреннюю часть прокатываемых полых заготовок распыляется раскислитель (например, боракс) до проведения процесса формования вытяжкой на стержневом прокатном стане для растворения окалины, которая возникает после прокатки полой заготовки, при этом растворенная окалина действует в качестве дополнительной смазки. Недостатком в данном случае является использование боракса, который может создавать геномодифицирующий эффект, и, следовательно, не должен применяться.

Полая заготовка, размещенная на прокатном стержне, затем прокатывается на стержневом прокатном стане для формования так называемой заготовочной трубы. Термин заготовочная труба используется ввиду того, что на третьей стадии прокатки могут быть изготовлены трубы с различным конечным диаметром из заготовочной трубы, имеющей один и тот же размер, с использованием техники калибрующего накатывания или редуцирования труб с растяжением между клетями. Сам прокатный стержень обычно состоит из рабочей части и хвостовика. Хвостовик требуется для создания зазоров, которые необходимы с точки зрения технологического процесса. Следовательно, прокатка не происходит на хвостовике прокатного стержня. Для упрощения термин длина стержня далее будет использоваться в отношении длины рабочей части.

Кроме того, высокожаростойкие стали на основе хрома и молибдена, как правило, используют в качестве материала прокатных стержней, в частности, для обработки материалов, с трудом поддающихся формованию, и при прокатке которых возникают проблемы. Такие материалы зачастую содержат хром,

- 1 031146 такой как, например, 100 Cr6 или коррозионно-стойкие стали для энергетической отрасли, в которых содержание хрома превышает 5 вес.%. Прокатный стержень подвергается неравномерной тепловой нагрузке и абразивному износу при обработке указанных материалов, в результате чего значительно сокращается срок службы прокатного стержня. Указанная проблема усугубляется с увеличением содержания хрома в стали. Более того, в значительной степени возрастает риск возникновения дефектов на внутренней поверхности труб, вызванных преждевременном износом прокатных стержней.

С целью снижения до минимума коэффициента трения, в опубликованной заявке на патент Германии DE 3742155 А1 раскрывается хромирование прокатного стержня и нанесение смазки на хромированную поверхность. Однако, в процессе хромирования выделяется токсический хром IV, оказывающий вредное воздействие на окружающую среду, и ввиду указанной причины проводился поиск альтернативных решений.

С целью повышения срока службы указанных прокатных стержней, подвергающихся интенсивной тепловой нагрузке и истиранию в процессе прокатки, в частности, хромсодержащих сталей и с целью снижения до минимума дефектов, вызываемых трением на внутренних поверхностях труб, в опубликованной заявке на патент Японии JP 06262220 А раскрывается процесс создания азотированного слоя, имеющего шероховатость поверхности от 0,5 до 5,0 мкм вместо хромирования прокатных стержней. Детальная информация, относящаяся к требуемой толщине слоя, не предоставлена.

В опубликованном документе Японии JP 2009045632 А азотированный слой дополняют оксидным слоем, наносимым поверх азотированного слоя с целью обеспечения того, чтобы максимально увеличить срок службы прокатного стержня. Толщина азотированного слоя в соответствии с представленной информацией составляет 50-500 мкм, и толщина оксидного слоя - 3-20 мкм.

Испытания продемонстрировали, что хотя азотированные поверхности обладают исключительно высокими рабочими характеристиками, при отрыве смазочной пленки в процессе прокатки так или иначе невозможно существенно увеличить срок службы прокатных стержней, обработанных таким образом, а также невозможно существенно снизить вероятность возникновения дефектов на внутренних поверхностях труб.

Сложность использования известных прокатных стержней с азотированной поверхностью заключается в адаптировании всего процесса, начиная от производства прокатных стержней, предварительной обработки полых заготовок, нанесения смазки на прокатный стержень и заканчивая процессом прокатки как таковым таким образом, чтобы указанные процессы подходили друг другу с целью гарантированного проведения процесса прокатки как стальных труб, выполненных из сортов нелегированной стали, так и хромсодержащих стальных труб, с трудом поддающихся горячекатному формованию.

Более того, прокатная оправка уже известна из патента Германии DE 19714317 С1, на которую нанесен поверхностный слой методом физического осаждения CrN из паровой фазы.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание прокатного стержня в качестве внутреннего инструмента при изготовлении бесшовных металлических полых тел, в частности, при формовании вытяжкой металлических полых заготовок для формования бесшовных труб с помощью многоклетевого прокатного стана, а также создание способа для изготовления бесшовно горячекатного, металлического полого тела, в частности стальной трубы, в результате чего при обработке материала для труб, с трудом поддающихся формованию, в частности, хромсодержащего материала для труб, обеспечивается увеличение срока службы прокатного стержня и эффективное снижение до минимума или устранение дефектов на внутренней поверхности трубы, которые возникают в процессе прокатки. Более того, по сравнению с известными азотированными прокатными стержнями предусматривается достижение сравнимого или повышенного срока службы без необходимости раскисления внутренней поверхности полой заготовки с помощью содержащих боракс агентов.

В отношении прокатного стержня указанная цель достигается за счет признаков, изложенных в п.1 формулы изобретения. В отношении способа указанная цель достигается за счет признаков, изложенных в п.7 формулы изобретения. Предпочтительные разработки прокатного стержня и способа описаны в зависимых пунктах формула изобретения.

В соответствии с идеей настоящего изобретения прокатный стержень используют в качестве внутреннего инструмента при изготовлении бесшовных металлических полых тел, в частности при формовании вытяжкой металлических полых заготовок для формования бесшовных труб на многоклетевом прокатном стане, при этом стержень имеет поверхность, включающую нитридный слой, при этом прокатный стержень выполнен из жаропрочной стали, содержащей хромовый эквивалент Cr_eq., превышающий 6,5, рассчитанный по формуле Cr_eq. = % Cr + % Мо + 1,5 х % Si + 0,5 х % Nb + 2 х % Ti (1), имеющей минимальную твердость, составляющую 200 HV 0,5, замеренную на глубине 0,5 мм от поверхности прокатного стержня, имеющей предел текучести по меньшей мере 450 МПа при 500°С, имеющей прочность на разрыв по меньшей мере 600 МПа при 500°С, и начиная от поверхности, глубина слоя азотирования превышает 0,15 мм и твердость слоя азотирования превышает 950 HV 0,5.

- 2 031146

Изобретение также предусматривает создание способа для изготовления бесшовно горячекатаного, металлического полого тела, в частности стальной трубы, при котором предварительно изготовленная полая заготовка подвергается процессу формования вытяжкой в многоклетевом прокатном стане с помощью вышеописанного прокатного стержня, являющегося предметом предлагаемого изобретения, который протягивается в полую заготовку, и до начала процесса прокатки, т.е., до начала протяжки прокатного стержня в полую заготовку, на прокатный стержень наносят жидкую смазку, которую затем высушивают, при этом прокатный стержень протягивается с зазором, т.е. кольцевым периферийным зазором по отношению к внутреннему диаметру полой заготовки, составляющим по меньшей мере 10 мм, и непосредственно до начала протяжки прокатного стержня средняя температура полой заготовки составляет по меньшей мере 1000°С, и в плане максимальной скорости перемещения скорость прокатного стержня V_ST В процессе прокатки на стержневом прокатном стане удовлетворяет следующим условиям:

V_STmax = 0,9 х длина стержня/время прокатки в последней клети (3), ^VSTmax ⁰,^{9 х V}Mmin ⁽⁴⁾, где V_Mmin - минимальная скорость материала трубы в процессе прокатки на стержневом прокатном стане.

В соответствии с настоящим изобретением под прокатным стержнем понимается стержень, который в противоположность дорну не имеет головки с увеличенным диаметром, а скорее представляет собой стержень с круглым поперечным сечением постоянного размера.

Предложенный способ и используемый с этой целью прокатный стержень обладают тем преимуществом, что полые тела, состоящие из материалов, с трудом поддающихся формованию, также могут быть экономично изготовлены при обеспечении оптимальной внутренней поверхности, и при этом существенно повышается срок службы прокатного стержня.

Вопреки ожиданиям, испытания продемонстрировали, что только сочетание свойств материала прокатного стержня, азотированного слоя и длины рабочей части прокатного стержня, являющихся предметом предлагаемого изобретения, позволяют достигнуть ожидаемый результат.

В пределах объема проведенных испытаний на первом этапе осуществляют отбор сортов стали из набора сталей для работы при высоких температурах, которые являются приемлемыми для азотирования и обладают базовой твердостью, соответствующей условиям процесса прокатки. В табл. 1 продемонстрировано, что для этой цели необходим хромовый эквивалент, превышающий 6,5, при этом в данном случае хромовый эквивалент рассчитывают по следующему уравнению: Cr_eq. = % Cr + % Мо + 1,5 х % Si + 0,5 х % Nb + 2 х % Ti (1)

С целью гарантированного введения прокатного стержня в полость заготовки поверхность прокатного стержня должна обладать определенной минимальной твердостью проведения азотирования. Испытания продемонстрировали, что указанный предел твердости составляет 200 HV 0,5 в соответствии с измерениями на глубине 0,5 мм от поверхности неазотированного прокатного стержня. В этом случае предпочтительно, чтобы указанная минимальная твердость являлась равномерной по глубине вплоть до сердцевины прокатного стержня, при этом минимальная твердость должна составлять по меньшей мере 60% на 50% размера диаметра прокатного стержня.

В соответствии с предпочтительной разработкой изобретения нанесение азотированного слоя на прокатный стержень проводят при температуре, которая как максимум на 20% ниже температуры закалки стали, из которой изготовлен прокатный стержень.

Что касается процесса азотирования, то способ, будь это газовое или плазменное азотирование, является несущественным. Единственно важным фактором является образование азотированного слоя с требуемыми характеристиками. Предпочтительно, чтобы он имел твердость по глубине азотирования не менее 0,15 мм. Более того, необходимо, чтобы приповерхностная твердость превышала 950 HV 0,5 в соответствии с измерениями шлифов поперечного сечения эталонных образцов, также используемых в процессе азотирования. В нижеприведенной табл. 1а приведен химический состав различных стержневых материалов. ________________________________________________

Материал		С	Si
А	мин	0,3	0,7
макс	0,4	1,2
В	мин	0,33	0,8
макс	0,41	1,2
С	мин	0,35	0,8
макс	0,42	1,2
D	эталон	0,32	0,2
Е	эталон	0,55	0,3

Мп	Сг	Мо	V
0,4	4,5	1	0,8
0,6	5,5	1,2	1
0,25	4,8	1,1	0,3
0,5	5,5	1,5	0,5
0,25	4,8	1,2	0,85
0,5	5,5	1,5	1,15
0,2	3	2,8	0,5
0,8	1,1	0,45	0,1

В табл. 1b ниже приведены рассчитанные значения для хромового эквивалента Cr_eq - рассчитаны по уравнению (1) Creq. (весовых %) = % Cr + % Мо + 1,5 х % Si + 0,5 х % Nb + 2 х % Ti - а также показано, были ли достигнуты достаточная толщина азотированного слоя, глубина азотированного слоя и базовая твердость.

- 3 031146

Материал		Cr_eq.	Достаточная толщина азотированного слоя, глубина азотированного слоя и базовая твердость
А	мин	6,6	Да
макс	8,5
В	мин	7,1	Да
макс	8,8
С	мин	7,2	Да
макс	8,8
D	эталон	6,1	Нет
Е	эталон	2,0	Нет

Материалы А, В и С имеют хромовый эквивалент, превышающий требуемое значение, составляющее 6,5, в то время как эталонные материалы D и Е имеют более низкие значения.

В отношении первых двух материалов прокатных стержней А, В, приведенных в табл. 1а и 1b, на фиг. 1 показано, какая твердость и глубина слоя азотирования были достигнуты в процессе азотирования. Очевидно, что требуемая минимальная твердость, составляющая 200 HV 0,5, легко достигается даже на глубину, превышающую 0,5 мм, начиная от поверхности прокатного стержня.

Ввиду того, что в процессе прокатки происходит значительный нагрев поверхности прокатных стержней, в целом, выше 500°С, и с целью обеспечения того, что данный нагрев не приведет к снижению прочности или повреждению, сталь для работы при высоких температурах также должна обладать дополнительно к вышеуказанному хромовому эквиваленту пределом текучести, составляющим по меньшей мере 450 МПа, и прочностью на разрыв, составляющей по меньшей мере 600 МПа при 500°С.

Смазка также должна соответствовать особым условиям. При нанесении смазок распылением на прокатный стержень смазки так или иначе содержат воду, которую необходимо выпарить по мере возможности до протяжки прокатного стержня в полую заготовку. С целью обеспечения полного испарения воды температура поверхности прокатного стержня должна предпочтительно составлять по меньшей мере 70°С до нанесения смазки.

Испытания также продемонстрировали необходимость того, чтобы поверхностная плотность оставшегося высохшего количества смазки на прокатном стержне составляла по меньшей мере 40 г/м² с целью обеспечения достаточного смазочного эффекта в процессе прокатки. Было продемонстрировано, что при прокатке сталей, имеющих относительное содержание хрома, превышающее 5 вес.%, было бы исключительно предпочтительным, чтобы поверхностная плотность высохшего количества смазки, нанесенной на прокатный стержень, была по меньшей мере в два раза выше, т.е. по меньшей мере 80 г/м². В этом случае количество наносимой смазки зависит от площади поверхности прокатного стержня.

Испытания также позволили продемонстрировать, что период времени после завершения нанесения смазки на прокатный стержень до начала протяжки прокатного стержня в полую заготовку должен составлять по меньшей мере 60 с с целью обеспечения практически полного высыхания смазки.

Кроме того, с целью увеличения срока службы прокатного стержня предпочтительно, чтобы нагрузка распределялась по всей его длине на максимально возможное расстояние. С другой стороны, рабочая часть прокатного стержня L_ST не должна быть слишком длинной, так как в противоположном случае это приведет к чрезмерному увеличению веса прокатного стержня. Было продемонстрировано, что было бы исключительно предпочтительным ограничить длину прокатного стержня максимально до 50% от максимально возможной длины прокатки на стержневом прокатном стане.

С этой целью применима следующая формула:

L_STmax = 0,5 х максимальная обрабатываемая длина трубы, последняя клеть многоклетевого прокатного стана (2).

В этом случае прокатный стержень состоит из рабочей части и хвостовика, при этом, по меньшей мере, на рабочей части имеется азотированный слой.

В то же время скорость прокатного стержня V_ST не должна превышать максимальное значение отношения длина стержня-время прокатки, поскольку в противоположном случае в процессе прокатки имеет место превышение площади рабочей зоны прокатного стержня. В этом случае время прокатки в последней клети стержневого прокатного стана определяется как время прокатки.

Тем не менее, в целях неукоснительного выполнения всех последовательных этапов процесса рекомендуется не в полной мере работать при режиме максимальной скорости и не превышать 90% верхний предел этого значения.

Применима следующая формула: V_STmax = 0,9 х длина стержня/время прокатки последней клети.

Более того, скорость перемещения прокатного стержня V_ST ни при каких обстоятельствах не должна превышать скорость V_M материала трубы в процессе прокатки на стержневом прокатном стане, так как в противоположном случае направление сил трения изменяется на обратное. В таком случае ограничение до 90% максимально допустимого значения минимальной скорости материала трубы V_Mmin также является целесообразным.

- 4 031146

Следовательно, применима следующая формула: V_STmax = 0,9 х Умтт

Два дополнительных переменных значения, которые оказывают существенное влияние на эффективное применения азотированных прокатных стержней, представляют собой разницу между внутренним диаметром полой заготовки и диаметром прокатного стержня, называемую зазором, и температуру полой заготовки в момент протяжки в нее прокатного стержня.

Во избежание возможного снятия смазки с прокатного стержня при его протяжке в полую заготовку, но при этом, тем не менее, обеспечивая надежную протяжку, этот зазор должен составлять по меньшей мере 10 мм, и средняя температура полой заготовки должна быть выше 1000°С.

Даже несмотря на то, что существенное увеличение срока службы прокатных стержней может быть достигнуто за счет использования прокатного стержня и способа прокатки, являющихся предметом предлагаемого изобретения, без необходимости дополнительного раскисления внутренней поверхности полой заготовки в случае использования материалов, трудно поддающихся формованию, было бы предпочтительным в определенных случаях проводить дополнительное раскисление, при этом поверхностная плотность раскислителя составляет в этом случае по меньшей мере 100 г/м², и время между завершением нанесения раскислителя и началом процесса прокатки на прокатном стержне должно составлять по меньшей мере 30 с. Количество наносимого раскислителя зависит от площади внутренней поверхности полой заготовки.

Результаты испытаний, относящиеся к фрикционным свойствам необработанных, хромированных и азотированных прокатных стержней в сочетании с различными смазками, проиллюстрированы на фиг. 2.

Очевидно, что хромированная и покрытая смазкой поверхность фактически имеет худшие значения показателя коэффициента трения, чем необработанная, покрытая смазкой поверхность (не показано на фиг. 2). Также можно отметить, что непокрытая смазкой азотированная поверхность обладает исключительно высокими характеристиками при режимах работы в экстремальных условиях. Даже после непродолжительного времени соответствующий показатель коэффициента трения намного ниже значений для покрытых смазкой хромированных поверхностей. Указанные закономерности в основном не зависимы от различных типов смазки 1 или 2.

Указанные свойства хорошо известны из практического опыта. Смазка недостаточно плотно прилипает к новому хромированному покрытию, нанесенному на поверхность прокатного стержня, поэтому в этом случае раскисление полой заготовки, которое создает дополнительную смазочную пленку, должно дополнять смазку. Более того, дополнительные меры, такие как двойная смазка или специальные смазки, зачастую используют для введения прокатного стержня в полую заготовку, что является исключительно сложным процессом, требующим дополнительных затрат.

В другом предпочтительном примере осуществления настоящего изобретения азотирование поверхности прокатного стержня, являющегося предметом предлагаемого изобретения, осуществляется таким образом, чтобы обеспечивалось образованию пор, которые открыты в направлении поверхности и которые действуют как карманы или источники для смазки и, таким образом, обеспечивалось бы увеличение срока службы прокатного стержня за счет улучшенной смазки.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Прокатный стержень, используемый в качестве внутреннего инструмента при изготовлении бесшовных металлических полых тел, в частности, при формовании вытяжкой металлических полых заготовок для формования бесшовных труб на многоклетевом прокатном стане, имеющих поверхность, включающую нитридный слой, отличающийся тем, что прокатный стержень состоит из жаропрочной стали, содержащей хромовый эквивалент Cr_eq., превышающий 6,5, рассчитанный по формуле Cr_eq. = % Cr + % Мо + 1,5 х % Si + 0,5 х % Nb + 2 х % Ti (1), имеющей минимальную твердость, составляющую 200 HV 0,5, при глубине измеренного отпечатка 0,5 мм ниже поверхности прокатного стержня, имеющей предел текучести, составляющий по меньшей мере 450 МПа при температуре 500°С, и имеющей прочность на разрыв по меньшей мере 600 МПа при 500°С, и что, начиная от поверхности, глубина слоя азотирования превышает 0,15 мм и твердость азотированного слоя превышает 950 HV 0,5.
2. Прокатный стержень по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере 60% минимальной твердости сохраняется в 50% диаметра прокатного стержня.
3. Прокатный стержень по п.1 или 2, отличающийся тем, что прокатный стержень имеет нитридный слой, который нанесен при температуре не более чем на 20% ниже температуры закалки стали.
4. Прокатный стержень по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что он содержит слой смазки, нанесенной на его поверхность в высушенном состоянии, имеющей поверхностную плотность по меньшей мере 40 г/м².
5. Прокатный стержень по п.4, отличающийся тем, что указанная плотность слоя смазки составляет по меньшей мере 80 г/м².
6. Прокатный стержень по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что прокатный стержень состоит из рабочей части и хвостовика и рабочая часть прокатного стержня L_ST имеет максимальную длину, рассчитанную по уравнению L_{ST max} = 0,5 х максимальная длина прохода трубы, последняя клеть многокле

- 5 031146 тевого прокатного стана (2).
7. Способ для изготовления бесшовно-горячекатаного, металлического полого тела, в частности стальной трубы, при котором предварительно изготовленную полую заготовку подвергают процессу формования вытяжкой на многоклетевом прокатном стане с использованием прокатного стержня по пп.1-6, который протягивают в полую заготовку, причем до начала процесса прокатки и до начала процесса протяжки прокатного стержня в полую заготовку на прокатный стержень наносят жидкую смазку, которую далее подвергают высушиванию, отличающийся тем, что протяжку прокатного стержня выполняют с зазором по отношению к внутреннему диаметру полой заготовки, составляющим по меньшей мере 10 мм, при этом непосредственно перед процессом протяжки прокатного стержня температура полой заготовки в среднем составляет по меньшей мере 1000°С и скорость прокатного стрежня V_ST в процессе прокатки на стержневом прокатном стане максимально соответствует следующим условиям:

V_STmax = 0,9 х длина стержня/время прокатки последней клети (3), ^VSTmax ⁰,^{9 х V}Mmin ⁽⁴⁾, где V_Mmin-s - минимальная скорость материала трубы во время прокатки на стержневом прокатном стане.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что длительность времени сушки между моментом завершения смазки прокатного стержня и до момента начала первого процесса прокатки составляет по меньшей мере 60 с.
9. Способ по пп.7 и 8, отличающийся тем, что жидкая смазка наносится на прокатный стержень при температуре поверхности прокатного стержня, составляющей по меньшей мере 70°С.
10. Способ по любому из пп.7-9, отличающийся тем, что количество наносимой жидкой смазки дозируется таким образом, чтобы после высушивания достигалась поверхностная плотность, составляющая по меньшей мере 40 г/м².
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что количество наносимой жидкой смазки для прокатки сталей, имеющих относительное содержание хрома, превышающее 5%, дозируется таким образом, чтобы после высушивания достигалась поверхностная плотность, составляющая по меньшей мере 80 г/м².
12. Способ по пп.7-11, отличающийся тем, что на внутреннюю часть полой заготовки перед протяжкой наносят раскислитель, причем количество раскислителя составляет по меньшей мере 100 г/м², а интервал времени между завершением нанесения раскислителя и началом процесса прокатки составляет по меньшей мере 30 с.

- 6 031146