RU2710484C1

RU2710484C1 - Production method of seamless high-pressure cylinder from stainless steel

Info

Publication number: RU2710484C1
Application number: RU2018123526A
Authority: RU
Inventors: Павел КУЦЕРА; Петр ГОФРИК; Томаш ПИЯНОВСКИ
Original assignee: Витковице Цилиндерс А.С
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2019-12-26
Also published as: CN108348971A; WO2017092721A1; ES2731055T3; CZ306401B6; CN108348971B; CZ2015855A3; US20180304330A1; EP3365121A1; EP3365121B1

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to production of stainless steel seamless high-pressure cylinder from stainless steel. Method involves coating (2) of liquid glass with thickness of 20–150 mcm on a stainless steel workpiece (1), curing at temperature of 15–60 °C and heating in an induction furnace to temperature of 1180 to 1260 °C. Heated workpiece (1) without cooling by crushing scale is moved into extrusion press where it is pressed, wherein coating (2) is broken and largely removed. Then drawing is performed in horizontal drawing press and neck is formed. After the balloon is molded to the final shape, coating residues (2) are removed by jet treatment. Thin-wall seamless high-pressure cylinder made from stainless steel with volume from 5 to 260 liters is made.

EFFECT: technical result is higher strength of balloon.

8 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к области формовки материала, в частности, к способу производства баллона высокого давления из нержавеющей стали методом обратного горячего прессования, специфично решенного для возможности получения бесшовного баллона высокого давления, не имеющего водородной хрупкости и коррозии внутренней поверхности.The invention relates to the field of molding material, in particular, to a method for producing a high pressure stainless steel cylinder by the method of reverse hot pressing, specifically solved for the possibility of obtaining a seamless high pressure cylinder without hydrogen brittleness and corrosion of the inner surface.

Уровень техникиState of the art

Бесшовные баллоны высокого давления из стали в настоящее время производятся методом обратного прессования и вытяжки, с использованием процесса в соответствии с патентом CZ 243247.Seamless high-pressure steel cylinders are currently produced by back pressing and drawing using the process in accordance with patent CZ 243247.

В процессе в соответствии с патентом CZ 243247 сначала из болванок квадратного или круглого сечения нарезаются стальные заготовки. Стальные заготовки нагреваются в индукционной печи до выходной температуры 1000-1250⁰C, затем с помощью робота переносятся в устройство для удаления окалины, где с помощью высоконапорной струи с поверхности заготовок удаляется окалина. После этого каждая отдельная заготовка с помощью укладчика помещается в экструзионный пресс, где она уплотняется и подвергается обратному прессованию. Процесс обратного прессования проводится в два этапа. На первом этапе заготовка помещается в матрицу с вертикально перемещающимся поршнем, цилиндрическим вкладышем и прошивнем, снабженным пробивной головкой, где путем прессования из заготовки получается толстостенный полый полуфабрикат, который изнутри гладкий, без выступов или неровностей. В конце прессования в экструзионном прессе в полуфабрикате выпрессовывается дно, в принципе, финальной толщины, однако полуфабрикат имеет больший диаметр, чем финальное изделие. После завершения обратного прессования в экструзионном прессе полуфабрикат извлекается из экструзионного пресса с помощью робота, поворачивается на 90⁰ и в этом положении помещается в горизонтальный протяжной пресс, где происходит второй этап формовки, которым является обратная вытяжка. На этом втором этапе полуфабрикат устанавливается на протяжку уже конечного внутреннего диаметра баллона, а затем продавливается через маслосъемное кольцо и роликовые кассеты, снабженные обжимными валками. Полуфабрикат на протяжке вальцуется, причем происходит трансформация толщины стенки полуфабриката примерно на 25-85%, и полуфабрикат приобретает требуемый наружный и внутренний диаметр. Также происходит отпадание остатков окалины. После прохождения полуфабриката через маслосъемное кольцо и роликовые кассеты происходит вдавливание дна полуфабриката в калибровочный штамп, тем самым формируется финальная форма дна баллона. Затем, во время обратного движения протяжки, полуфабрикат с помощью съемных колодок снимается с протяжки. Стадия обработки полуфабриката путем вальцовки упоминается в полезной модели CZ U 20492. После завершения формовки путем вальцовки полые полуфабрикаты охлаждаются воздухом, а затем формируется горловина, т.е. они закрываются, с помощью ротационного формования, в результате чего образуется стальной баллон с типичной геометрией.In the process in accordance with patent CZ 243247, steel blanks are first cut from squares of circular or circular cross-section. Steel billets are heated in an induction furnace to an outlet temperature of 1000-1250 ⁰ C, then they are transferred using a robot to a descaling device, where a high-pressure jet removes scale from the surface of the billets. After that, each individual workpiece is placed with the help of a stacker in an extrusion press, where it is compacted and subjected to back pressing. The back pressing process is carried out in two stages. At the first stage, the workpiece is placed in a matrix with a vertically moving piston, a cylindrical liner and a piercing equipped with a punch head, where by pressing from the workpiece a thick-walled hollow semi-finished product is obtained, which is smooth from the inside, without protrusions or irregularities. At the end of pressing in the extrusion press, the bottom, in principle, of the final thickness, is pressed out in the semi-finished product, but the semi-finished product has a larger diameter than the final product. After the back pressing is completed in the extrusion press, the semi-finished product is removed from the extrusion press using a robot, rotated 90 ^° and in this position it is placed in a horizontal continuous press, where the second molding step, which is reverse drawing, takes place. At this second stage, the semi-finished product is installed on the broach of the final internal diameter of the cylinder, and then is pressed through the oil scraper ring and roller cassettes equipped with crimping rolls. The semi-finished product is rolled on a broach, and the wall thickness of the semi-finished product is transformed by about 25-85%, and the semi-finished product acquires the required outer and inner diameter. Decay residues also occur. After the semi-finished product passes through the oil scraper ring and roller cassettes, the bottom of the semi-finished product is pressed into the calibration stamp, thereby forming the final shape of the cylinder bottom. Then, during the reverse movement of the broach, the semi-finished product is removed from the broach using removable pads. The stage of processing the semi-finished product by rolling is mentioned in the utility model CZ U 20492. After molding by rolling, the hollow semi-finished products are cooled by air, and then a neck is formed, i.e. they are closed by rotational molding, resulting in the formation of a steel cylinder with a typical geometry.

Недостатком существующих процессов производства бесшовных баллонов высокого давления является то, что они не дают возможности производить методом обратного прессования и вытяжки баллоны из нержавеющей стали, поскольку нержавеющий материал при использовании обычного метода обратного прессования и вытяжки деградирует, и из него невозможно изготовить безопасный бесшовный баллон высокого давления.A drawback of existing processes for the production of seamless high-pressure cylinders is that they do not make it possible to produce stainless steel cylinders by the method of back-pressing and drawing, since the stainless material degrades using the usual method of back-pressing and drawing, and it is impossible to make a safe, seamless high-pressure cylinder from it .

В настоящее время существуют также методы, позволяющие производить баллоны высокого давления из нержавеющих труб. Это методы, при которых проводится сужение участка трубы с формированием горловины с обеих сторон. Этими методами, однако, можно производить в бесшовном исполнении только двухгорловые баллоны простой формы, так как они не позволяют проводить бесшовное закрытие дна. Такими методами можно также производить баллоны из различных типов сплавов, например, из хромомолибдена. Однако, поскольку для этих методов невозможно изготовить достаточно тонкостенные трубы в качестве исходных полуфабрикатов, все баллоны высокого давления, изготовленные методами производства на основе труб, имеют толстостенную конструкцию и, следовательно, имеют существенный недостаток, заключающийся в очень большой массе. Особенно при средних и больших объемах большой вес баллонов затрудняет обращение с ними, хранение и транспортировку. Существующие толстостенные баллоны имеют еще один недостаток, заключающийся в низкой прочности.Currently, there are also methods to produce high pressure cylinders from stainless pipes. These are methods in which a narrowing of the pipe section is carried out with the formation of a neck on both sides. By these methods, however, only two-necked cylinders of a simple form can be produced in a seamless design, since they do not allow seamless closure of the bottom. These methods can also produce cylinders from various types of alloys, for example, from chromomolybdenum. However, since it is impossible to produce sufficiently thin-walled pipes as initial semi-finished products for these methods, all high-pressure cylinders made by production methods based on pipes have a thick-walled construction and, therefore, have a significant drawback, which consists in a very large mass. Especially for medium and large volumes, the large weight of the cylinders makes it difficult to handle, store and transport. Existing thick-walled cylinders have another drawback, which consists in low strength.

В металлургической промышленности известно применение жидкого стекла в области литейного производства в целях защиты литейных форм от повреждений. В этой отрасли внутренняя поверхность литейной формы иногда покрывается слоем жидкого стекла с той целью, чтобы это покрытие предотвращало прямой контакт жидкого металла с поверхностью формы, тем самым увеличивая срок службы формы. Такое покрытие устойчиво к высоким температурам, применяемым в литейном производстве. В литейном производстве жидкое стекло используется также в качестве цементирующего компонента при изготовлении литейных форм из песка.In the metallurgical industry, the use of liquid glass in the field of foundry is known in order to protect the molds from damage. In this industry, the inner surface of the mold is sometimes coated with a layer of liquid glass so that this coating prevents direct contact of the molten metal with the surface of the mold, thereby increasing the life of the mold. Such a coating is resistant to high temperatures used in foundry. In foundry, liquid glass is also used as a cementing component in the manufacture of sand molds.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Приведенные выше недостатки устраняются настоящим изобретением. Предлагается новый способ производства бесшовного баллона высокого давления из нержавеющей стали, позволяющий реализовать производство тонкостенного бесшовного варианта исполнения из нержавеющей стали также для средних и высокообъемных баллонов высокого давления.The above disadvantages are eliminated by the present invention. A new method is proposed for the production of a seamless stainless steel high-pressure cylinder, which enables the production of a thin-walled seamless stainless steel embodiment also for medium and high-volume high-pressure cylinders.

Изобретение основано на существующем способе производства бесшовного баллона высокого давления. Исходная деталь в виде стальной заготовки нагревается в индукционной печи, после чего помещается в экструзионный пресс, где она уплотняется и подвергается обратному прессованию в два этапа. При этом на первом этапе заготовка помещается в матрицу с цилиндрическим вкладышем и вертикально перемещающимся пробивным штампом, здесь она путем выдавливания прессуется до тех пор, пока из нее не будет отпрессован толстостенный полый полуфабрикат с внутренней полостью, стенками и дном. Затем полуфабрикат извлекается из экструзионного пресса, поворачивается на 90⁰ и в этом положении устанавливается в горизонтальный протяжной пресс, где происходит второй этап формовки в виде обратной вытяжки. На этом втором этапе полуфабрикат устанавливается на протяжку диаметром, соответствующим требуемому финальному внутреннему диаметру изготавливаемого баллона, причем в этом протяжном прессе полуфабрикат продавливается через маслосъемное кольцо и роликовые кассеты, снабженные обжимными валками, с помощью которых он вальцуется на протяжке. Эта вальцовка выполняется до тех пор, пока полуфабрикат не приобретет требуемый наружный и внутренний диаметр, соответствующий требуемым финальным размерам изготавливаемого баллона. Затем путем вдавливания дна полуфабриката в калибровочный штамп формируется финальная форма дна баллона, а впоследствии, во время обратного движения протяжки, полуфабрикат с помощью съемных колодок снимается с протяжки и охлаждается. Наконец, у изготовленного таким образом полуфабриката формируется горловина, чем завершается формирование формы изготавливаемого баллона. Сущность нового решения в соответствии с изобретением состоит в том, что еще перед нагреванием в индукционной печи по меньшей мере 85% поверхности заготовки покрывается слоем материала на основе жидкого стекла толщиной 20-150 мкм, это покрытие отверждается путем сушки при температуре 15-60⁰ С и только после такого отверждения заготовка подвергается нагреванию в индукционной печи.The invention is based on the existing method for the production of a seamless high-pressure cylinder. The initial part in the form of a steel billet is heated in an induction furnace, after which it is placed in an extrusion press, where it is compacted and subjected to back pressing in two stages. In this case, at the first stage, the workpiece is placed in a matrix with a cylindrical liner and a vertically moving punch stamp, here it is extruded by extrusion until a thick-walled hollow semi-finished product with an internal cavity, walls and bottom is pressed out. Then the semi-finished product is removed from the extrusion press, rotated by 90 ⁰ and in this position it is installed in a horizontal broaching press, where the second molding step takes place in the form of reverse drawing. At this second stage, the semi-finished product is installed on a broach with a diameter corresponding to the desired final inner diameter of the container being made, and in this broaching press the semi-finished product is pressed through an oil scraper ring and roller cartridges equipped with crimping rollers, with which it is rolled on a broach. This rolling is carried out until the semi-finished product acquires the required outer and inner diameter corresponding to the required final dimensions of the container being manufactured. Then, by pressing the bottom of the semifinished product into the calibration stamp, the final shape of the bottom of the cylinder is formed, and subsequently, during the reverse movement of the broach, the semifinished product is removed from the broach using removable pads and cooled. Finally, a neck is formed in the semi-finished product thus manufactured, which completes the formation of the shape of the container being manufactured. The essence of the new solution in accordance with the invention is that even before heating in an induction furnace, at least 85% of the surface of the workpiece is covered with a layer of liquid glass-based material with a thickness of 20-150 μm, this coating is cured by drying at a temperature of 15-60 ⁰ С and only after such curing does the workpiece undergo heating in an induction furnace.

Материал на основе жидкого стекла наносится на заготовку, например путем распыления через сопла или кистью, в форме суспензии жидкого стекла. Под суспензией жидкого стекла здесь подразумевается суспензия, содержащая от 20 до 40% масс. силиката натрия, или силиката калия, или смеси этих силикатов и от 80 до 40% масс. воды, причем в случае содержания примесей, таких как боросиликаты и/или ингибиторы коррозии, эти примеси содержатся в количестве не более 20% масс.Liquid glass material is applied to the workpiece, for example by spraying through nozzles or with a brush, in the form of a liquid glass slurry. Under the suspension of liquid glass here refers to a suspension containing from 20 to 40% of the mass. sodium silicate, or potassium silicate, or a mixture of these silicates and from 80 to 40% of the mass. water, and in the case of impurities, such as borosilicates and / or corrosion inhibitors, these impurities are contained in an amount of not more than 20% of the mass.

Заготовка с покрытием из материала на основе жидкого стекла в индукционной печи нагревается до температуры от 1180° С до 1260° С.A blank coated with a liquid glass material in an induction furnace is heated to a temperature of 1180 ° C to 1260 ° C.

Технический результат достигается за счет того, что после того, как заготовка с покрытием нагреется в индукционной печи, она оттуда извлекается и при сохранении ее температуры не менее 1110° С заготовка с покрытием помещается в экструзионный пресс, без проведения сбива окалины между извлечением из индукционной печи и помещением в экструзионный пресс.The technical result is achieved due to the fact that after the coated preform is heated in an induction furnace, it is removed from there and, while maintaining its temperature of at least 1110 ° C, the coated preform is placed in an extrusion press, without scaling between extraction from the induction furnace and placed in an extrusion press.

Во время первого этапа формовки, в ходе прошивки, покрытие из материала на основе жидкого стекла разламывается при целенаправленном давлении пробивного штампа на заготовку, причем в ходе прессования в экструзионном прессе отламывается, пока не будет устранена по меньшей мере его большая часть, подразумевается - в пределах толщины слоя.During the first stage of molding, during flashing, the coating of liquid glass-based material breaks at a targeted pressure of the punch stamp on the workpiece, and during pressing in the extrusion press breaks off until at least most of it is removed, it is understood - within layer thickness.

Технический результат достигается за счет того, что после того, как полуфабрикат сформируется до финальной формы баллона, остатки покрытия на основе жидкого стекла устраняются с поверхности полуфабриката путем струйной обработки давлением его наружной и внутренней поверхности абразивным материалом.The technical result is achieved due to the fact that after the semi-finished product is formed to the final shape of the container, the remains of the coating based on liquid glass are removed from the surface of the semi-finished product by blasting the pressure of its outer and inner surfaces with abrasive material.

Технический результат достигается за счет того, что заготовка изготавливается из нержавеющей стали, причем финальный баллон изготавливается как бесшовный баллон объемом от 5 литров до 260 литров, для любого объема в пределах вышеуказанного диапазона в одногорловом или двухгорловом исполнении.The technical result is achieved due to the fact that the preform is made of stainless steel, and the final cylinder is made as a seamless cylinder with a volume of 5 liters to 260 liters, for any volume within the above range in a single-neck or two-necked design.

Технический результат достигается за счет того, что с помощью настоящего изобретения изготавливаются тонкостенные бесшовные баллоны высокого давления вышеуказанных объемов. На втором этапе формовки стенка полуфабриката выпрессовывается до толщины от 2 до 21,5 мм.The technical result is achieved due to the fact that using the present invention are made thin-walled seamless high-pressure cylinders of the above volumes. At the second stage of molding, the prefabricated wall is extruded to a thickness of 2 to 21.5 mm.

Изобретение может использоваться для производства бесшовных баллонов высокого давления. Позволяет производить такие баллоны из нержавеющей стали также в нержавеющем исполнении для баллонов средних и больших объемов от 5 до 260 литров. Изобретение дает возможность изготавливать такие баллоны в тонкостенном исполнении из гораздо более широкой шкалы высокопрочных нержавеющих сталей по сравнению с существующими способами. С помощью изобретения достигается существенное уменьшение веса баллонов высокого давления по сравнению с существующим уровнем техники и экономия материала для их производства. Бесшовный тонкостенный вариант исполнения при таких объемах до настоящего времени не представлялся возможным. Баллоны, изготовленные в соответствии с изобретением, имеют высокую механическую прочность и устойчивость к давлению. Они имеют относительно низкий вес, что по сравнению с существующим уровнем техники упрощает обращение с ними, хранение и транспортировку. По сравнению с выпускаемыми в настоящее время баллонами, например, для техники дыхания, калибровочных газов и т.д., баллоны в соответствии с изобретением на две трети легче. Возможность использования нержавеющей стали для производства позволяет их также использовать для сырого природного газа и для газов и смесей, которые у существующих баллонов из обычной хромомолибденовой стали вызывают водородную хрупкость и ускоренную коррозию при реакции с газом под высоким давлением.The invention can be used to produce seamless high-pressure cylinders. Allows to produce such stainless steel cylinders also in stainless version for medium and large cylinders from 5 to 260 liters. The invention makes it possible to produce such cylinders in a thin-walled design from a much wider scale of high-strength stainless steels in comparison with existing methods. With the help of the invention, a significant reduction in the weight of high-pressure cylinders is achieved in comparison with the existing prior art and material saving for their production. A seamless thin-walled embodiment with such volumes has not yet been possible. Cylinders made in accordance with the invention have high mechanical strength and pressure resistance. They have a relatively low weight, which, compared with the current level of technology, simplifies handling, storage and transportation. Compared with currently available cylinders, for example, for breathing techniques, calibration gases, etc., cylinders in accordance with the invention are two-thirds lighter. The possibility of using stainless steel for production also allows them to be used for raw natural gas and for gases and mixtures, which in existing cylinders made of ordinary chromium-molybdenum steel cause hydrogen brittleness and accelerated corrosion during reaction with gas under high pressure.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Суть изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 изображена заготовка с нанесенным покрытием из жидкого стекла в разрезе, на Фиг. 2 - фаза отверждения покрытия на заготовке, на Фиг. 3 - фаза перемещения заготовки из индукционной печи прямо в экструзионный пресс и на Фиг. 4 А, В - процесс прессования заготовки в экструзионном прессе, в том числе А - фаза выдавливания в заготовке полости будущего баллона, B - последующая фаза отламывания и отпадания покрытия с полуфабриката во время прессования.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 is a sectional view of a blank with a coating of liquid glass; FIG. 2 - phase of curing of the coating on the workpiece, FIG. 3 shows a phase of moving a workpiece from an induction furnace directly into an extrusion press, and FIG. 4 A, B - the process of pressing a workpiece in an extrusion press, including A - the phase of extrusion in the workpiece of the cavity of the future balloon, B - the subsequent phase of breaking off and falling off of the coating from the semi-finished product during pressing.

Примеры вариантов осуществления изобретенияExamples of embodiments of the invention

Примеры вариантов изобретения наглядно продемонстрированы с помощью Фиг. 1 - Фиг. 4 и нижеизложенного способа изготовления бесшовного баллона высокого давления из нержавеющей стали для хранения, транспортировки и использования природного газа.Examples of embodiments of the invention are clearly illustrated using FIG. 1 - FIG. 4 and the following method of manufacturing a seamless stainless steel high pressure cylinder for storing, transporting and using natural gas.

Сначала из болванок из нержавеющей стали квадратного или круглого сечения нарезаются элементы размером, необходимым для производства баллона изготавливаемого объема. На каждый отдельный элемент, то есть на исходную стальную заготовку 1, по меньшей мере на 85% поверхности наносится покрытие 2 из материала на основе жидкого стекла. Толщина нанесенного слоя составляет от 20 до 150 мкм. В качестве материала на основе жидкого стекла используется суспензия, для которой обычно используется название "жидкое стекло". Для целей изобретения под суспензией на основе жидкого стекла подразумевается суспензия, содержащая от 20 до 40% масс. силиката натрия, или силиката калия, или их смеси и от 80 до 40% масс. воды. Могут содержаться примеси боросиликатов и ингибиторов коррозии, такие как гексамин, фенилэтиламин, фосфаты и др. и/или любые другие примеси, если их содержание в суспензии не превысит 20% масс.First, elements of the size necessary for the production of a cylinder of the manufactured volume are cut from stainless steel blanks of square or circular cross-section. On each individual element, that is, on the original steel billet 1, at least 85% of the surface is coated 2 from a material based on liquid glass. The thickness of the applied layer is from 20 to 150 microns. As a material based on liquid glass, a suspension is used, for which the name "liquid glass" is usually used. For the purposes of the invention, a suspension based on liquid glass is understood to mean a suspension containing from 20 to 40% of the mass. sodium silicate, or potassium silicate, or mixtures thereof and from 80 to 40% of the mass. water. Impurities of borosilicates and corrosion inhibitors may be contained, such as hexamine, phenylethylamine, phosphates, etc. and / or any other impurities, if their content in the suspension does not exceed 20% of the mass.

Ниже приводятся примеры состава суспензии.The following are examples of the composition of the suspension.

Суспензия ISuspension I

вещество масс. % в суспензииsubstance mass. % in suspension

силикаты (натрия или калия или их смесь) 20silicates (sodium or potassium or a mixture thereof) 20

вода 80water 80

примеси 0impurities 0

Суспензия IISuspension II

силикаты (натрия или калия или их смесь) 40silicates (sodium or potassium or a mixture thereof) 40

вода 60water 60

примеси 0impurities 0

Суспензия IIISuspension III

силикаты (натрия или калия или их смесь) 30silicates (sodium or potassium or a mixture thereof) 30

вода 60water 60

примеси (боросиликаты и ингибиторы коррозии в количестве 1:1) 10impurities (borosilicates and corrosion inhibitors in an amount of 1: 1) 10

Суспензия IVSuspension IV

вода 40water 40

примеси (боросиликаты и неидентифицированные примеси) 20impurities (borosilicates and unidentified impurities) 20

Данное покрытие 2 может наноситься в виде обмазки или напыления. После нанесения покрытие 2 оставляется высохнуть при температуре 15-60⁰ C до отверждения. При отверждении при температуре ниже 15⁰ С не происходит достаточного отверждения, поэтому при последующем нагревании в индукционной печи может происходить нежелательное растрескивание и опадание слоя покрытия 2. При отверждении выше 60⁰ С происходит нежелательное растрескивание покрытия 2 уже во время сушки. При отверждении в пределах вышеуказанного диапазона происходит образование гомогенного слоя, который действует на поверхности заготовки 1 в качестве защитной оболочки. Для процесса сушки или после него заготовка 1 помещается в индукционную печь, где путем постепенного нагревания она нагревается до температуры от 1180° C до 1260° C. Во время нагревания не происходит ни высокотемпературного окисления поверхности заготовок 1, находящихся в индукционной печи, ни кузнечной сварки нескольких заготовок 1, которая грозит при нагревании без покрытия 2. Нагретая заготовка 1 с покрытием 2 извлекается из индукционной печи с помощью роботизированного подающего устройства 3 и без существенного охлаждения при сохранении температуры не менее 1110° С сразу же после извлечения из индукционной печи она помещается в матрицу 4 экструзионного пресса. This coating 2 can be applied in the form of a coating or spraying. After application, coating 2 is allowed to dry at a temperature of 15-60 ⁰ C until curing. When curing at temperatures below 15 ⁰ C, insufficient curing does not occur, therefore, upon subsequent heating in the induction furnace, unwanted cracking and falling of the coating layer 2 can occur. When curing above 60 ⁰ C, unwanted cracking of the coating 2 occurs already during drying. When cured within the above range, a homogeneous layer forms, which acts on the surface of the workpiece 1 as a protective sheath. For the drying process or after it, the workpiece 1 is placed in an induction furnace, where by gradually heating it is heated to a temperature of 1180 ° C to 1260 ° C. During heating, neither the high-temperature oxidation of the surface of the workpieces 1 in the induction furnace, nor forging several blanks 1, which threatens when heated without coating 2. The heated blank 1 with coating 2 is removed from the induction furnace using a robotic feed device 3 and without significant cooling while maintaining perature of at least 1110 ° C immediately after removing it from the induction furnace is placed in a matrix 4 of the extrusion press.

По сравнению с существующим процессом исключается этап удаления окалины путем сбива струей, который в рамках существующего процесса проводится всегда между извлечением из индукционной печи и помещением в экструзионный пресс. Исключение до сих пор необходимого этапа сбива окалины струей весьма существенно, так как предотвращается охлаждение более чем на 80° C, тем самым устраняется возникновение температурного градиента и колебаний температуры, типичных для очистки окалины, образовавшейся при высокотемпературном нагреве в результате удаления окалины струей воды под большим давлением. При исключении процесса удаления окалины также возникает возможность точно контролировать температуру заготовки 1.Compared to the existing process, the stage of descaling by knocking down with a jet is eliminated, which is always carried out between extraction from an induction furnace and placement in an extrusion press within the framework of the existing process. The elimination of the necessary stage of descaling by a jet so far is very important, since cooling by more than 80 ° C is prevented, thereby eliminating the occurrence of a temperature gradient and temperature fluctuations typical of descaling formed during high-temperature heating as a result of descaling with a large amount of water pressure. With the exclusion of the descaling process, it also becomes possible to precisely control the temperature of the workpiece 1.

В экструзионном прессе заготовка 1 и сформованный из нее впоследствии полуфабрикат 5 уплотняется и подвергается обратному прессованию в два этапа. При этом на первом этапе заготовка 1 помещается на дно 6 матрицы 4 экструзионного пресса и здесь прижимается вертикально перемещающимся поршнем, на конце которого находится прошивень, образующий пробивной штамп 7. Здесь путем выдавливания заготовка 1 прессуется до тех пор, пока из нее не будет отпрессован толстостенный полый полуфабрикат 5 с внутренней полостью, стенками и дном, как показано на Фиг. 4 A, B. Во время первого этапа формовки, в ходе прошивки, при давлении пробивного штампа 7 на заготовку 1 и на изготовленный из нее полуфабрикат 5 покрытие 2 из материала на основе жидкого стекла разламывается и при прессовании в экструзионном прессе отламывается, и почти все это покрытие 2 удаляется. Во время прессования примеси жидкого стекла из покрытия 2 попадают в поверхностный слой полуфабриката 5 максимально на глубину 10 мкм, эти остатки впоследствии удаляются путем струйной обработки. Вышеуказанное прессование происходит при сохранении температуры полуфабриката от 1100 до 1200° С. При более низкой температуре не происходит гомогенной выпрессовки первого полуфабриката 5, и появляются поперечные трещины на корпусе полуфабриката 5. Напротив, при увеличении температуры свыше 1200⁰ C происходит окисление первичных аустенитных зерен и так называемое сжигание материала и тем самым возникает его необратимая деградация. Без применения покрытия 2 полуфабрикат 5 не может прессоваться и вытягиваться до нужной формы или не может использоваться материал из нержавеющей стали и/или результат не может привести к изготовлению тонкостенного бесшовного баллона высокого давления с необходимой механической прочностью и устойчивостью к давлению.In the extrusion press, the preform 1 and the semi-finished product 5 formed therefrom are subsequently compacted and subjected to back pressing in two stages. In this case, at the first stage, the workpiece 1 is placed on the bottom 6 of the die 4 of the extrusion press and is pressed here by a vertically moving piston, at the end of which there is a piercing forming a punch stamp 7. Here, by extrusion, the workpiece 1 is pressed until a thick-walled one is pressed out hollow prefabricated 5 with an internal cavity, walls and bottom, as shown in FIG. 4 A, B. During the first stage of molding, during piercing, with the pressure of the punch 7 on the workpiece 1 and on the semi-finished product 5 made from it, the coating 2 of the material based on liquid glass breaks and when pressed in an extrusion press breaks, and almost all this cover 2 is removed. During pressing, the impurities of liquid glass from the coating 2 fall into the surface layer of the semi-finished product 5 to a maximum depth of 10 μm, these residues are subsequently removed by blasting. The above pressing occurs while maintaining the temperature of the semi-finished product from 1100 to 1200 ° C. At a lower temperature, the first semi-finished product 5 is not homogenously pressed out, and transverse cracks appear on the body of the semi-finished product 5. On the contrary, primary austenitic grains oxidize and increase in temperature above 1200 ⁰ C and the so-called burning of material and thereby its irreversible degradation occurs. Without the use of coating 2, the semifinished product 5 cannot be pressed and stretched to the desired shape or stainless steel material cannot be used and / or the result cannot lead to the manufacture of a thin-walled seamless high-pressure cylinder with the necessary mechanical strength and pressure resistance.

После завершения обработки в экструзионном прессе полуфабрикат 5 извлекается из экструзионного пресса, поворачивается на 90⁰ и в этом положении устанавливается в горизонтальный протяжной пресс, где происходит второй этап формовки в виде обратной вытяжки. На этом втором этапе полуфабрикат 5 устанавливается на протяжку диаметром, соответствующим требуемому финальному внутреннему диаметру изготавливаемого баллона, и в этом протяжном прессе полуфабрикат 5 продавливается через маслосъемное кольцо и роликовые кассеты, снабженные обжимными валками, с помощью которых он вальцуется на протяжке. Вальцовка выполняется до тех пор, пока полуфабрикат 5 не приобретет требуемый наружный и внутренний диаметр. Затем путем вдавливания дна полуфабриката 5 в калибровочный штамп формируется финальная форма дна баллона, а впоследствии, во время обратного движения протяжки, полуфабрикат 5 с помощью съемных колодок снимается с протяжки, охлаждается и затем уже известным способом посредством центробежной формовки или штамповки формируется горловина. На этом завершается формирование формы изготавливаемого баллона.After processing in the extrusion press, the semi-finished product 5 is removed from the extrusion press, rotated by 90 ⁰ and in this position it is installed in a horizontal broaching press, where the second molding step takes place in the form of back drawing. At this second stage, the semifinished product 5 is installed on a broach with a diameter corresponding to the desired final inner diameter of the container being manufactured, and in this broaching press, the semifinished product 5 is pressed through an oil scraper ring and roller cartridges equipped with crimping rollers, with which it is rolled on a broach. Rolling is performed until the semifinished product 5 acquires the required outer and inner diameter. Then, by pressing the bottom of the semifinished product 5 into the calibration stamp, the final shape of the bottom of the cylinder is formed, and subsequently, during the reverse movement of the broach, the semifinished product 5 is removed from the broach using removable pads, cooled, and then the neck is formed by a centrifugal molding or stamping. This completes the formation of the shape of the manufactured balloon.

Остатки покрытия 2 на основе жидкого стекла устраняются с поверхности полуфабриката 5 путем струйной обработки давлением его наружной и внутренней поверхности абразивным материалом, например, из стальной дроби и чугунной крошки.The remains of the coating 2 on the basis of liquid glass are eliminated from the surface of the semi-finished product 5 by blasting the pressure of its outer and inner surfaces with abrasive material, for example, from steel shot and cast iron chips.

С использованием процесса в соответствии с изобретением можно производить бесшовные баллоны высокого давления из нержавеющей стали объемом от 5 до 260 литров, для любого объема в пределах вышеуказанного диапазона в одногорловом или двухгорловом исполнении. Изобретение позволяет на втором этапе формовки отпрессовать стенку полуфабриката 5 до толщины тонкостенного баллона без ущерба качеству изготавливаемого баллона. Стенка полуфабриката 5 выпрессовывается до толщины от 2 до 21,5 мм. При этом выбирается конкретная толщина стенки баллона в пределах вышеуказанного диапазона, в соответствии с требуемым объемом баллона, давлением, для которого предназначен баллон, и требованиями к качественным свойствам и механической прочности баллона.Using the process in accordance with the invention, it is possible to produce seamless high-pressure stainless steel cylinders with a volume of 5 to 260 liters, for any volume within the above range, in one-neck or two-neck designs. The invention allows, at the second molding stage, to press the wall of the semi-finished product 5 to the thickness of a thin-walled balloon without compromising the quality of the manufactured balloon. The wall of the semi-finished product 5 is extruded to a thickness of 2 to 21.5 mm. In this case, a specific cylinder wall thickness is selected within the above range, in accordance with the required cylinder volume, the pressure for which the cylinder is intended, and the requirements for the quality properties and mechanical strength of the cylinder.

На Фиг. 1-4 изображены только этапы, непосредственно связанные с новыми этапами процесса производства баллона в соответствии с изобретением. Остальные этапы и процессы, которые уже известны в данной отрасли и описаны в разделе уровень техники, не требуется иллюстрировать чертежами.In FIG. 1-4 depict only the steps that are directly related to the new stages of the process of manufacturing a balloon in accordance with the invention. The remaining steps and processes that are already known in the industry and described in the prior art section are not required to be illustrated by drawings.

Claims

1. Способ производства бесшовного баллона высокого давления из нержавеющей стали, в котором исходную стальную заготовку (1) нагревают в индукционной печи и затем помещают в экструзионный пресс для ее уплотнения и обратного прессования в два этапа, из которых на первом этапе заготовку (1) помещают в матрицу (4) с вертикально перемещающимся пробивным штампом (7) и выдавливанием прессуют до тех пор, пока из нее не будет отпрессован толстостенный полый полуфабрикат (5) с внутренней полостью, стенками и дном, после чего этот полуфабрикат (5) извлекают из экструзионного пресса, поворачивают на 90° и в этом положении устанавливают в горизонтальный протяжной пресс, в котором проводят второй этап - формовку в виде обратной вытяжки, при этом на втором этапе полуфабрикат (5) устанавливают на протяжку диаметром, соответствующим требуемому финальному внутреннему диаметру изготавливаемого баллона, причем в этом протяжном прессе полуфабрикат (5) продавливают через маслосъемное кольцо и роликовые кассеты, снабженные обжимными валками, с помощью которых его вальцуют на протяжке, причем эту вальцовку выполняют до тех пор, пока полуфабрикат (5) не приобретет требуемый наружный и внутренний диаметр, после чего путем вдавливания дна полуфабриката (5) в калибровочном штампе формируют финальную форму дна баллона, а затем, во время обратного движения протяжки, полуфабрикат (5) с помощью съемных колодок снимают с протяжки, охлаждают и затем формируют горловину для завершения формирования формы изготавливаемого баллона, отличающийся тем, что перед нагреванием в индукционной печи по меньшей мере на 85% поверхности заготовки (1) наносят покрытие (2) из материала на основе жидкого стекла толщиной 20-150 мкм, которое отверждают путем сушки при температуре 15-60°C и после отверждения заготовку (1) подвергают нагреву в индукционной печи.1. A method of manufacturing a seamless stainless steel high-pressure cylinder, in which the initial steel billet (1) is heated in an induction furnace and then placed in an extrusion press for its compaction and back pressing in two stages, of which at the first stage the billet (1) is placed in the matrix (4) with a vertically moving punch punch (7) and extrusion, it is pressed until a thick-walled hollow semi-finished product (5) with an internal cavity, walls and bottom is pressed out of it, after which this semi-finished product (5) is removed from the extrusion press, rotate 90 ° and in this position is installed in a horizontal broaching press, in which the second stage is carried out - molding in the form of a reverse hood, while in the second stage the semi-finished product (5) is mounted on a broach with a diameter corresponding to the required final inner diameter of the manufactured a cylinder, moreover, in this lingering press, the semifinished product (5) is pressed through the oil scraper ring and roller cartridges equipped with crimping rollers, with the help of which it is rolled on a broach, and this roller the taste is performed until the semifinished product (5) acquires the required outer and inner diameter, after which, by pressing the bottom of the semifinished product (5) in the calibration stamp, the final shape of the bottom of the cylinder is formed, and then, during the reverse movement of the broach, the semifinished product (5) using removable pads removed from the broach, cooled and then form the neck to complete the formation of the shape of the manufactured balloon, characterized in that before heating in an induction furnace, at least 85% of the surface of the preform (1) is coated (2) with liquid glass-based material 20-150 μm thick, which is cured by drying at a temperature of 15-60 ° C and after curing the preform ( 1) subjected to heating in an induction furnace.

2. Способ производства бесшовного баллона высокого давления из нержавеющей стали по п.1, отличающийся тем, что материал, наносимый на заготовку (1), например, путем распыления или кистью, представляет собой суспензию, содержащую от 20 до 40 мас.% силиката натрия, или силиката калия, или смеси этих силикатов и от 40 до 80 мас.% воды, причем в случае содержания примесей, таких как боросиликаты и/или ингибиторы коррозии, эти примеси содержатся в количестве не более 20 мас.%.2. A method of manufacturing a seamless stainless steel high-pressure cylinder according to claim 1, characterized in that the material applied to the workpiece (1), for example, by spraying or with a brush, is a suspension containing from 20 to 40 wt.% Sodium silicate or potassium silicate, or a mixture of these silicates and from 40 to 80 wt.% water, and in the case of impurities such as borosilicates and / or corrosion inhibitors, these impurities are contained in an amount of not more than 20 wt.%.

3. Способ производства бесшовного баллона высокого давления из нержавеющей стали по п.1 или 2, отличающийся тем, что заготовку (1) с покрытием (2) из материала на основе жидкого стекла в индукционной печи нагревают до температуры от 1180 до 1260°С.3. A method of manufacturing a seamless stainless steel high-pressure cylinder according to claim 1 or 2, characterized in that the preform (1) with a coating (2) of liquid glass material in an induction furnace is heated to a temperature of 1180 to 1260 ° C.

4. Способ производства бесшовного баллона высокого давления из нержавеющей стали по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что после того, как заготовку (1) с покрытием (2) нагреют в индукционной печи, ее извлекают оттуда и при сохранении ее температуры не менее 1110°С заготовку (1) с покрытием (2) помещают в экструзионный пресс без проведения сбива окалины между извлечением из индукционной печи и помещением в экструзионный пресс.4. A method of manufacturing a seamless stainless steel high-pressure cylinder according to any one of claims 1 to 3, characterized in that after the preform (1) with a coating (2) is heated in an induction furnace, it is removed from there and while maintaining its temperature at least 1110 ° C, the preform (1) with the coating (2) is placed in an extrusion press without scaling between extraction from the induction furnace and placed in an extrusion press.

5. Способ производства бесшовного баллона высокого давления из нержавеющей стали по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что во время первого этапа формовки, в ходе прошивки, при давлении пробивного штампа (7) на заготовку (1) покрытие (2) из материала на основе жидкого стекла разламывают и в ходе прессования в экструзионном прессе отламывают, пока не будет устранена по меньшей мере его большая часть.5. A method of manufacturing a seamless stainless steel high-pressure cylinder according to any one of claims 1 to 4, characterized in that during the first molding step, during firmware, when the punch die (7) presses on the workpiece (1) coating (2) they are broken from a liquid-glass-based material and broken during extrusion in an extrusion press until at least a large part of it is removed.

6. Способ производства бесшовного баллона высокого давления из нержавеющей стали по п.5, отличающийся тем, что после того, как полуфабрикат (5) сформируют до финальной формы баллона, остатки покрытия (2) на основе жидкого стекла удаляют с поверхности полуфабриката (5) путем струйной обработки давлением его наружной и внутренней поверхности.6. A method of manufacturing a seamless stainless steel high-pressure cylinder according to claim 5, characterized in that after the semi-finished product (5) is formed to the final shape of the cylinder, the remaining coating (2) based on liquid glass is removed from the surface of the semi-finished product (5) by blasting the pressure of its outer and inner surfaces.

7. Способ производства бесшовного баллона высокого давления из нержавеющей стали по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что заготовку (1) выполняют из нержавеющей стали, причем финальный баллон изготавливают как бесшовный баллон объемом от 5 до 260 литров, для любого объема в пределах вышеуказанного диапазона в одногорловом или двухгорловом исполнении.7. A method of manufacturing a seamless stainless steel high-pressure cylinder according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the preform (1) is made of stainless steel, the final cylinder being made as a seamless cylinder with a volume of 5 to 260 liters, for any volume within the above range in a single-necked or two-necked version.

8. Способ производства бесшовного баллона высокого давления из нержавеющей стали по п.7, отличающийся тем, что на втором этапе формовки стенку полуфабриката (5) выпрессовывают до толщины от 2 до 21,5 мм.8. A method of manufacturing a seamless stainless steel high pressure cylinder according to claim 7, characterized in that that at the second stage of molding, the wall of the semi-finished product (5) is pressed out to a thickness of 2 to 21.5 mm.