RU2313412C2

RU2313412C2 - Large-diameter accurate tube of aluminum alloys producing method and tube formed by such method

Info

Publication number: RU2313412C2
Application number: RU2005131158/02A
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Игуменов (RU); Александр Александрович Игуменов; таев Александр Николаевич П (RU); Александр Николаевич Пятаев; Евгений Михайлович Макаров (RU); Евгений Михайлович Макаров
Original assignee: Открытое акционерное общество "Самарский металлургический завод"
Priority date: 2005-10-07
Filing date: 2005-10-07
Publication date: 2007-12-27
Also published as: RU2005131158A

Abstract

FIELD: production of large diameter tubes from high strength aluminum alloys of system such as Al-Zn-Mg and Al-Zn-Mg-Cu satisfying high accuracy demands of wall thickness and diameter and also of tube rectilinearity.

SUBSTANCE: method comprises steps of casting, homogenization, cutting and mechanically working, induction heating of ingots, hot extrusion of tubes, straightening them by tension, quenching and aging. Hot extrusion is realized with use of lock joint of needle and needle holder in order to provide possibility for self centering of needle relative to die. Before guiding ingots to container ingots are turned around lengthwise axis by 180° in order to level temperature field of extruded metal. Ingots are subjected to mechanical working at wall thickness difference in range 0.6 - 1.0 mm and skewing of ends 0.4 - 0.7 mm. Tensile straightening of tubes with very large diameters and cross section surface areas not suitable for straightening in quenched state is realized in hot extruded state at residual deformation degree 1 - 3% and at lowest value of limit yield.

EFFECT: possibility for providing high accuracy of wall thickness, diameter and rectilinearity of tubes.

5 cl, 3 dwg, 3 notes

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения труб большого диаметра с повышенными требованиями к точности по толщине стенки и диаметру и к прямолинейности из высокопрочных алюминиевых сплавов, используемых в изделиях ответственного назначения, в частности для изготовления райзеров, применяемых при морском глубоководном бурении нефтяных скважин.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to a method for producing large-diameter pipes with increased requirements for accuracy in wall thickness and diameter and straightness from high-strength aluminum alloys used in critical products, in particular for the manufacture of risers used in deep-sea oil drilling wells.

Известен способ получения труб, при котором в полость слитка вводят иглу и движением пресс-штемпеля с пресс-шайбой вперед распрессовывают слиток, а затем выдавливают его материал в кольцевой зазор, образованный иглой и калибрующим каналом матрицы [1].A known method of producing pipes in which a needle is inserted into the ingot cavity and the ingot is pressed forward by pressing the stamp with the press washer, and then its material is squeezed into the annular gap formed by the needle and the matrix gauge channel [1].

Однако этот способ не содержит мер, обеспечивающих центрирование иглы относительно канала матрицы для уменьшения разностенности прессуемых труб.However, this method does not contain measures to ensure the centering of the needle relative to the channel of the matrix to reduce the difference in the extruded pipes.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известный способ получения труб из алюминиевых сплавов, изложенный в работе [2], включающий операции:Closest to the proposed invention is a known method for producing pipes from aluminum alloys, described in [2], including the operation:

- отливка полого слитка,- casting a hollow ingot,

- гомогенизация слитка,- homogenization of the ingot,

- резка слитка на мерные длины,- cutting an ingot into measured lengths,

- механическая обработка слитка,- machining of the ingot,

- индукционный нагрев слитка,- induction heating of the ingot,

- горячее прессование труб,- hot pressing of pipes,

- закалка,- hardening,

- правка растяжением труб большого диаметра,- editing by stretching large diameter pipes,

- старение.- aging.

При этом предложены меры повышения точности труб. С целью уменьшения разностенности труб в процессе прессования иглу центруют относительно оси прессования в двух точках - пресс-шайбой и иглодержателем, причем иглодержатель центруется внутренней полостью пресс-штемпеля с помощью бронзовой втулки. Иглодержатель ввертывают в проставку, которая с помощью резьбы соединена со штангой прошивной системы. Иглу ввертывают в иглодержатель прошивной системы пресса. Для уменьшения разностенности на выходном конце труб в известном способе рекомендуется применять полые заготовки с минимальной разнотолщинностью и косиной реза, а для уменьшения продольной кривизны труб большого диаметра после закалки производят правку растяжением.At the same time, measures have been proposed to increase the accuracy of pipes. In order to reduce the difference in the pipes during the pressing process, the needle is centered with respect to the pressing axis at two points — the press washer and the needle holder, the needle holder being centered by the internal cavity of the press stamp using a bronze bushing. The needle holder is screwed into a spacer, which is connected to the bar of the piercing system by means of a thread. The needle is screwed into the needle holder of the press piercing system. To reduce the difference in the output end of the pipes in the known method, it is recommended to use hollow billets with a minimum thickness and a cut, and to reduce the longitudinal curvature of large diameter pipes after quenching, dressing is carried out by stretching.

К недостаткам этого способа можно отнести то, что жесткое резьбовое соединение иглы с иглодержателем препятствует самоцентровке иглы относительно матрицы, что приводит к значительному смещению оси иглы от оси матрицы даже при небольшой расцентровке узлов пресса, что практически всегда имеет место, и, как следствие, к повышенной разностенности труб. Этот недостаток усугубляется при производстве труб большого диаметра, прессуемых на прессах усилием 12000 тс и 20000 тс, из-за значительных размеров инструмента (длины иглы, пресс-штемпеля и контейнера).The disadvantages of this method include the fact that the rigid threaded connection of the needle with the needle holder prevents self-centering of the needle relative to the matrix, which leads to a significant displacement of the axis of the needle from the axis of the matrix even with a small alignment of the press nodes, which almost always takes place, and, as a result, increased pipe spacing. This disadvantage is exacerbated by the production of large diameter pipes pressed on presses with a force of 12,000 tf and 20,000 tf, due to the significant size of the tool (length of the needle, press stamp and container).

Схема положения осей инструмента при расцентровке узлов пресса в случае резьбового соединения иглы с иглодержателем представлена на фиг.1, где пресс-штемпель 1, иглодержатель 2, игла 3, пресс-шайба 4, контейнер 5, матрица 6. Не оговорены также конкретные требования к разнотолщинности и косине торцов полой заготовки.A diagram of the position of the tool axes when misaligning the press assemblies in the case of a threaded connection between the needle and the needle holder is shown in Fig. 1, where the stamp 1, needle holder 2, needle 3, press washer 4, container 5, matrix 6. Specific requirements for the thickness and kosin ends of the hollow billet.

Техническим результатом изобретения является разработка способа получения труб большого диаметра из высокопрочных алюминиевых сплавов систем Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu, отвечающих высоким требованиям к точности по толщине стенки и диаметру и к прямолинейности труб.The technical result of the invention is the development of a method for producing large-diameter pipes from high-strength aluminum alloys of Al-Zn-Mg and Al-Zn-Mg-Cu systems that meet high requirements for accuracy in wall thickness and diameter and straightness of pipes.

Для достижения технического результата предлагается способ, включающий следующие операции:To achieve a technical result, a method is proposed that includes the following operations:

- отливка полого слитка,- casting a hollow ingot,

- гомогенизация слитка,- homogenization of the ingot,

- горячее прессование труб,- hot pressing of pipes,

- правка труб растяжением,- straightening pipes by stretching,

- закалка,- hardening,

- старение.- aging.

Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в том, что горячее прессование труб осуществляют с применением замкового соединения иглы с иглодержателем для обеспечения возможности самоцентровки иглы относительно матрицы, перед задачей в контейнер слитки переворачивают вокруг продольной оси на 180°, механическую обработку слитков выполняют с обеспечением разнотолщинности 0,6-1,0 мм и косины торцов 0,4-0,7 мм, правку растяжением труб с диаметром и площадью сечения, которые не поддаются правке в закаленном состоянии, осуществляют в горячепрессованном состоянии со степенью остаточной деформации 1-3%.The difference between the proposed method and the prototype is that the hot pressing of the pipes is carried out using the lock connection of the needle with the needle holder to allow self-centering of the needle relative to the matrix, before the task, the ingots are turned around the longitudinal axis by 180 °, the machining of the ingots is performed with a thickness of 0 , 6-1.0 mm, and end faces 0.4-0.7 mm, dressing by stretching pipes with a diameter and cross-sectional area that cannot be edited in the hardened state is carried out in hot pressed state with a degree of permanent deformation of 1-3%.

Достижение технического результата - точность по толщине стенки и диаметру обеспечивается за счет того, что горячее прессование труб осуществляют с применением замкового соединения иглы с иглодержателем для обеспечения возможности самоцентровки иглы относительно матрицы. Высокая точность размеров и прямолинейность труб обеспечивается за счет того, что перед задачей в контейнер слитки переворачивают вокруг продольной оси на 180° для выравнивания температурного поля прессуемого металла, механическую обработку слитков выполняют с обеспечением разнотолщинности 0,6-1,0 мм и косины торцов 0,4-0,7 мм, а, правку растяжением труб с особо большим диаметром и площадью сечения, которые не поддаются правке в закаленном состоянии, осуществляют в горячепрессованном состоянии со степенью остаточной деформации 1-3%.Achievement of the technical result - accuracy in wall thickness and diameter is ensured due to the fact that the hot pressing of pipes is carried out using the lock connection of the needle with the needle holder to enable self-centering of the needle relative to the matrix. High dimensional accuracy and straightness of the pipes is ensured by the fact that before the task, the ingots are turned around the longitudinal axis by 180 ° in order to equalize the temperature field of the pressed metal, the mechanical processing of the ingots is carried out with a thickness of 0.6-1.0 mm and the end face 0 , 4-0.7 mm, and, straightening by stretching of pipes with a particularly large diameter and cross-sectional area, which cannot be edited in the hardened state, is carried out in a hot-pressed state with a degree of residual deformation of 1-3%.

Схема положения осей инструмента при расцентровке узлов пресса в случае замкового соединения иглы с иглодержателем с обеспечением условий самоцентровки приведена на фиг.2. Конструкция замкового соединения иглы с иглодержателем приведена на фиг.3, где иглодержатель 2, игла 3, фиксатор 7. Для обеспечения возможности самоцентровки иглы 3, формирующей внутреннюю поверхность труб, относительно матрицы 6, формирующей наружную поверхность труб, за счет сил, действующих на иглу 3 в очаге деформации, применяют замковое соединение иглы 3 с иглодержателем 2, позволяющее игле 3 свободно смещаться относительно матрицы 6. Люфты замкового соединения 1 мм вдоль оси и 1 мм по диаметру обеспечивают необходимое для самоцентровки смещение иглы 3 относительно матрицы 6.A diagram of the position of the axes of the tool when misaligning the nodes of the press in the case of the lock connection of the needle with the needle holder with the provision of self-centering is shown in figure 2. The design of the locking connection of the needle with the needle holder is shown in figure 3, where the needle holder 2, needle 3, retainer 7. To enable self-centering of the needle 3, forming the inner surface of the pipes, relative to the matrix 6, forming the outer surface of the pipes, due to the forces acting on the needle 3 in the deformation zone, use the lock connection of the needle 3 with the needle holder 2, allowing the needle 3 to move freely relative to the matrix 6. The backlash of the lock connection 1 mm along the axis and 1 mm in diameter provide the necessary for self-centering cm 3 schenie needle 6 relative to the die.

Для компенсации перепада температуры между верхом и низом слитка, возникающего при индукционном нагреве из-за циркуляции воздуха в полости слитка и конвективного теплообмена и составляющего 15-20°С, слиток переворачивают вокруг продольной оси на 180° перед задачей в контейнер 5, который имеет также перепад температуры между верхом и низом 15-20°С из-за большего отбора тепла более массивной нижней частью контейнеродержателя. При этом достигается получение равномерного температурного поля в процессе прессования, что является одним из условий самоцентровки инструмента.To compensate for the temperature difference between the top and bottom of the ingot, which occurs during induction heating due to air circulation in the cavity of the ingot and convective heat transfer of 15-20 ° C, the ingot is turned around the longitudinal axis by 180 ° before the task into a container 5, which also has the temperature difference between the top and bottom of 15-20 ° C due to greater heat removal by the more massive lower part of the container holder. At the same time, a uniform temperature field is obtained during the pressing process, which is one of the conditions for the tool to self-center.

Механическую обработку слитков выполняют с обеспечением разнотолщинности 0,6-1,0 мм, и косины торцов 0,4-0,7 мм. Правку труб растяжением производят в закаленном состоянии с остаточной степенью деформации 1-3%, а для труб с особо большим диаметром и площадью сечения, которые в закаленном состоянии не поддаются правке на существующих правильно-растяжных машинах, правку растяжением проводят в горячепрессованном состоянии с остаточной степенью деформации 1-3%.The mechanical processing of the ingots is performed to ensure a thickness difference of 0.6-1.0 mm, and a braid of the ends of 0.4-0.7 mm. Pipe straightening by stretching is carried out in a quenched state with a residual degree of deformation of 1-3%, and for pipes with a particularly large diameter and cross-sectional area which, in a quenched state, cannot be edited on existing correct stretching machines, tensile dressing is carried out in a hot-pressed state with a residual degree strain 1-3%.

Примеры осуществленияExamples of implementation

Пример 1. Труба с внутренним диаметром 499 мм, толщиной стенки 32,5 мм, длиной 11100 мм из сплава системы Al-Zn-Mg получена по следующей технологии: Отливка полого слитка с наружным диаметром 980 мм и внутренним диаметром 505 мм, гомогенизация слитка, резка и механическая обработка слитка на размеры: наружный диаметр 937 мм, внутренний диаметр 550 мм, длина 1850 мм с разнотолщинностью 0,8 мм и косиной торцов 0,6 мм; нагрев слитка в индукционной печи до температуры 400-420°С (верх 420°С, низ 400°С), переворачивание слитка вокруг продольной оси на 180°; прессование трубы с использованием иглы 3 с замковым соединением с иглодержателем 2 при температуре контейнера 380-400°С (верх 400°С, низ 380°С), правка растяжением с остаточной деформацией 1,8%; закалка; старение. Качество трубы по точности и прямолинейности значительно выше, чем по действующему отраслевому стандарту ОСТ 1-92048-90: размах размеров по внутреннему диаметру 4 мм, по толщине стенки 2 мм, отклонение от прямолинейности на 1 м длины в пределах 1,5 мм (при требованиях по ОСТ: предельные отклонения по диаметру ±3,5 мм, по толщине стенки ±2,5 мм и допустимое отклонение от прямолинейности на 1 метр длины - 5 мм).Example 1. A pipe with an inner diameter of 499 mm, a wall thickness of 32.5 mm, a length of 11100 mm from an alloy of the Al-Zn-Mg system was obtained by the following technology: Casting a hollow ingot with an outer diameter of 980 mm and an inner diameter of 505 mm, homogenization of the ingot, cutting and machining the ingot into dimensions: outer diameter 937 mm, inner diameter 550 mm, length 1850 mm with a thickness of 0.8 mm and a cut of end faces of 0.6 mm; heating the ingot in an induction furnace to a temperature of 400-420 ° C (top 420 ° C, bottom 400 ° C), turning the ingot 180 ° around its longitudinal axis; pipe pressing using a needle 3 with a lock connection with a needle holder 2 at a container temperature of 380-400 ° C (top 400 ° C, bottom 380 ° C), straightening by stretching with a permanent deformation of 1.8%; quenching; aging. The quality of the pipe in accuracy and straightness is significantly higher than in accordance with the current industry standard OST 1-92048-90: size range in terms of inner diameter 4 mm, wall thickness 2 mm, deviation from straightness by 1 m length within 1.5 mm (at requirements for OST: maximum deviations in diameter ± 3.5 mm, in wall thickness ± 2.5 mm and permissible deviation from straightness per 1 meter of length - 5 mm).

Пример 2. Труба с внутренним диаметром 492 мм, толщиной стенки 42,5 мм, длиной 11000 мм из сплава системы Al-Zn-Mg получена по следующей технологии:Example 2. A pipe with an inner diameter of 492 mm, a wall thickness of 42.5 mm, a length of 11000 mm from an alloy of the Al-Zn-Mg system was obtained by the following technology:

Отливка полого слитка с наружным диаметром 1120 мм и внутренним диаметром 505 мм, гомогенизация слитка, резка и механическая обработка слитка на размеры: наружный диаметр 1080 мм, внутренний диаметр 550 мм, длина 1660 мм с разнотолщинностью 0,6 мм и косиной торцов 0,5 мм; нагрев слитка в индукционной печи до температуры 420-440°С (верх 440°С, низ 420°С), переворачивание слитка вокруг продольной оси на 180°; прессование трубы с использованием иглы 3 с замковым соединением с иглодержателем 2 при температуре контейнера 390-410°С (верх 410°С, низ 390°С), правка растяжением с остаточной деформацией 1,6%; закалка; старение. Качество трубы по точности и прямолинейности значительно выше, чем по действующему отраслевому стандарту ОСТ 1-92048-90: размах размеров по внутреннему диаметру 5 мм, по толщине стенки 2,5 мм, отклонение от прямолинейности на 1 м длины в пределах 2 мм (при требованиях по ОСТ: предельные отклонения по диаметру ±3,5 мм, по толщине стенки ±2,5 мм и допустимое отклонение от прямолинейности на 1 метр длины - 5 мм).Casting a hollow ingot with an outer diameter of 1120 mm and an inner diameter of 505 mm, homogenizing the ingot, cutting and machining the ingot into dimensions: outer diameter 1080 mm, inner diameter 550 mm, length 1660 mm with a thickness of 0.6 mm and a cut length of 0.5 mm; heating the ingot in an induction furnace to a temperature of 420-440 ° C (top 440 ° C, bottom 420 ° C), turning the ingot 180 ° around its longitudinal axis; pipe pressing using a needle 3 with a lock connection with a needle holder 2 at a container temperature of 390-410 ° C (top 410 ° C, bottom 390 ° C), straightening by stretching with a residual deformation of 1.6%; quenching; aging. The quality of the pipe in accuracy and straightness is significantly higher than in accordance with the current industry standard OST 1-92048-90: size range in terms of internal diameter of 5 mm, wall thickness of 2.5 mm, deviation from straightness by 1 m of length within 2 mm (at requirements for OST: maximum deviations in diameter ± 3.5 mm, in wall thickness ± 2.5 mm and permissible deviation from straightness per 1 meter of length - 5 mm).

Пример 3. Труба с наружным диаметром 178,5 мм, толщиной стенки 32,25 мм, длиной 10680 мм из сплава системы Al-Zn-Mg-Cu получена по следующей технологии:Example 3. A pipe with an outer diameter of 178.5 mm, a wall thickness of 32.25 mm, a length of 10680 mm from an alloy of the Al-Zn-Mg-Cu system was obtained by the following technology:

Отливка полого слитка с наружным диаметром 690 мм и внутренним диаметром 120 мм, гомогенизация слитка, резка и механическая обработка слитка на размеры: наружный диаметр 640 мм, внутренний диаметр 150 мм, длина 900 мм с разнотолщинностью 0,7 мм и косиной торцов 0,4 мм; нагрев слитка в индукционной печи до температуры 430-450°С (верх 450°С, низ 430°С), переворачивание слитка вокруг продольной оси на 180°; прессование трубы с использованием иглы 3 с замковым соединением с иглодержателем 2 при температуре контейнера 380-400°С (верх 400°С, низ 380°С); закалка; правка растяжением с остаточной деформацией 1,5%; старение. Качество трубы по точности и прямолинейности значительно выше, чем по действующему отраслевому стандарту ОСТ 1-92048-90: размах размеров по наружному диаметру 2 мм, по толщине стенки 2 мм, отклонение от прямолинейности на 1 м длины в пределах 1 мм (при требованиях по ОСТ: предельные отклонения по диаметру ±3,4 мм, по толщине стенки ±2,5 мм и допустимое отклонение от прямолинейности на 1 метр длины - 5 мм).Casting a hollow ingot with an outer diameter of 690 mm and an inner diameter of 120 mm, homogenizing the ingot, cutting and machining the ingot into dimensions: outer diameter 640 mm, inner diameter 150 mm, length 900 mm with a thickness of 0.7 mm and a cut of 0.4 mm; heating the ingot in an induction furnace to a temperature of 430-450 ° C (top 450 ° C, bottom 430 ° C), turning the ingot 180 ° around its longitudinal axis; pipe pressing using a needle 3 with a lock connection with a needle holder 2 at a container temperature of 380-400 ° C (top 400 ° C, bottom 380 ° C); quenching; stretch dressing with a residual strain of 1.5%; aging. The quality of the pipe in accuracy and straightness is significantly higher than in accordance with the current industry standard OST 1-92048-90: the size range of the outer diameter of 2 mm, the wall thickness of 2 mm, the deviation from straightness by 1 m length within 1 mm (for requirements according to OST: limit deviations in diameter ± 3.4 mm, in wall thickness ± 2.5 mm and the permissible deviation from straightness per 1 meter of length is 5 mm).

Применение предлагаемого способа позволит изготавливать трубы большого сечения из алюминиевых сплавов, удовлетворяющие требованиям чертежей и технических условий, более жестким по точности и прямолинейности, чем по действующему отраслевому стандарту ОСТ 1-92048-90, что связано с особыми условиями использования этих труб, например, для изготовления райзеров, применяемых при морском глубоководном бурении нефтяных скважин.The application of the proposed method will make it possible to produce pipes of large cross section from aluminum alloys that meet the requirements of the drawings and technical specifications, are more stringent in accuracy and straightness than in accordance with the current industry standard OST 1-92048-90, which is associated with special conditions for the use of these pipes, for example, for manufacturing risers used in deep sea drilling of oil wells.

Источники информацииInformation sources

1. Жолобов В.В. и др. Прессование металлов. М.: Металлургия, 1971.1. Zholobov VV and others. Metal pressing. M .: Metallurgy, 1971.

2. Ерманок М.З., Каган Л.С., Головинов М.Ф. Прессование труб из алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1976. 248 с.2. Yermanok M.Z., Kagan L.S., Golovinov M.F. Extrusion of pipes made of aluminum alloys. M.: Metallurgy, 1976. 248 p.

Claims

1. Способ получения труб большого диаметра и большой площади сечения из алюминиевых сплавов систем Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu, включающий отливку, гомогенизацию, резку и механическую обработку, индукционный нагрев слитков, горячее прессование труб, правку растяжением, закалку, старение, отличающийся тем, что горячее прессование труб осуществляют с применением замкового соединения иглы с иглодержателем для обеспечения возможности самоцентровки иглы относительно матрицы.1. A method of producing pipes of large diameter and a large cross-sectional area from aluminum alloys of Al-Zn-Mg and Al-Zn-Mg-Cu systems, including casting, homogenization, cutting and machining, induction heating of ingots, hot pressing of pipes, straightening by stretching, hardening, aging, characterized in that the hot pressing of the pipes is carried out using the lock connection of the needle with the needle holder to enable self-centering of the needle relative to the matrix.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед задачей в контейнер слитки переворачивают вокруг продольной оси на 180°.2. The method according to claim 1, characterized in that before the task, the ingots are turned around the longitudinal axis 180 ° into the container.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическую обработку слитков выполняют с обеспечением разнотолщинности 0,6-1,0 мм и косины торцов 0,4-0,7 мм.3. The method according to claim 1, characterized in that the machining of the ingots is performed with a thickness difference of 0.6-1.0 mm and a cut of the ends of 0.4-0.7 mm.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что правку растяжением труб с диаметром и площадью сечения, которые не поддаются правке в закаленном состоянии, осуществляют в горячепрессованном состоянии со степенью остаточной деформации 1-3%.4. The method according to claim 1, characterized in that the straightening by stretching of pipes with a diameter and cross-sectional area that cannot be edited in a hardened state is carried out in a hot-pressed state with a degree of residual deformation of 1-3%.

5. Труба из алюминиевого сплава систем Al-Zn-Mg и Al-Zn-Mg-Cu, отличающееся тем, что оно получено способом по пп.1-45. Pipe made of aluminum alloy systems Al-Zn-Mg and Al-Zn-Mg-Cu, characterized in that it is obtained by the method according to claims 1 to 4