UA66175C2 - Method of manufacture of cast-iron pipes - Google Patents

Abstract

The invention relates to ferrous metallurgy. A method of manufacture of cast-iron pipes includes centrifugal casting of hollow billet and its subsequent multi-pass rolling with total relative deformation of 50-90%. Moreover, the temperature of cast iron of billet in the area of deformation at first pass is equal to 0.8-0.4 of the cast iron liquidus temperature of the billet being deformed. At second and subsequent passes the temperature of cast iron of billet in the area of deformation is decreased by 20-60 DEGREE C for each 10% of relative deformation, which is recovered by billet at previouspass.

Description

Винахід відноситься до металургії і може бути використаний при обробці металів тиском, зокрема, при виготовленні чавунних труб широкого сортаменту.The invention relates to metallurgy and can be used in the processing of metals by pressure, in particular, in the production of cast iron pipes of a wide range.

Як відомо, чавун володіє високими корозійними властивостями, що дозволяють конкурувати з багатьма нержавіючими марками сталі і сплавами кольорових металів. Однак його застосування гальмується обмеженим сортаментом і низькою якістю труб, що виготовляються. В останні роки через високі ціни на легуючі матеріали в промисловості знову з'явився інтерес до виготовлення труб з чавуну.As you know, cast iron has high corrosion properties that allow it to compete with many stainless steel grades and non-ferrous metal alloys. However, its use is hindered by the limited range and low quality of the pipes produced. In recent years, due to high prices for alloying materials, interest in the production of cast iron pipes has reappeared in the industry.

Відомий спосіб виготовлення чавунних труб шляхом відцентрові відливки, що характеризується високою продуктивністю, простотою і дешевиною. Однак, труби, виготовлені таким способом мають поздовжню і поперечну різностінність, поздовжню конусність, при цьому їхня зовнішня і внутрішня поверхня характеризується високим ступенем шорсткості. Крім того, такі труби мають обмежену довжину (3-5м) і вузький сортамент (діаметр від б5мм до З0Омм) (а.с. СРСР Ме865504, кл. В822013/00, 1981р.|.There is a well-known method of manufacturing cast iron pipes by centrifugal casting, which is characterized by high productivity, simplicity and low cost. However, the pipes made in this way have longitudinal and transverse heterogeneity, longitudinal conicity, while their outer and inner surfaces are characterized by a high degree of roughness. In addition, such pipes have a limited length (3-5 m) and a narrow assortment (diameter from 5 mm to 30 mm) (a.s. of the USSR Me865504, class B822013/00, 1981).

Відомий також спосіб виготовлення чавунних труб, що включає відцентрову відливку порожнистої заготовки і наступну її обробку тиском, при цьому обробку тиском здійснюють пресуванням (а.с. СРСРThere is also a known method of manufacturing cast iron pipes, which includes centrifugal casting of a hollow blank and its subsequent pressure treatment, while the pressure treatment is carried out by pressing (a.s. of the USSR

Ме133039, кл. В22013/00, 1960р.І1.Me133039, cl. B22013/00, 1960 I1.

Однак, даний спосіб виготовлення чавунних труб не забезпечує високі механічні властивості труб (через недостатнє пророблення литої структури чавуну), точності їхніх розмірів і чистоти поверхні. При цьому отриманий сортамент цілком залежить від можливості виготовлення дорогого змінного устаткування й інструмента, тому що для пресування кожного типорозміру труб вимагаються нові контейнер, матриця і голка. Крім того, довжина отриманих труб обмежена фіксованою довжиною заготовки, що задається в прес.However, this method of manufacturing cast iron pipes does not ensure high mechanical properties of the pipes (due to insufficient development of the cast iron structure), accuracy of their dimensions and surface cleanliness. At the same time, the resulting assortment depends entirely on the possibility of manufacturing expensive replacement equipment and tools, because a new container, matrix and needle are required for pressing each standard size of pipes. In addition, the length of the resulting pipes is limited by the fixed length of the workpiece, which is set in the press.

В основі даного винаходу лежить рішення по удосконаленню способу виготовлення чавунних труб, у якому шляхом зміни виду обробки тиском чавунної відцентроволитої порожнистої заготовки, забезпечується підвищення механічних властивостей, точності розмірів і чистоти поверхні отриманих труб при одночасному розширенні технологічних можливостей способу.The basis of this invention is the decision to improve the method of manufacturing cast iron pipes, in which, by changing the type of pressure treatment of cast iron centrifugally cast hollow billets, an increase in the mechanical properties, dimensional accuracy and surface cleanliness of the obtained pipes is ensured while simultaneously expanding the technological capabilities of the method.

Поставлена задача вирішена тим, що в способі виготовлення чавунних труб, що включає відцентрову відливку порожнистої заготовки і наступну її обробку тиском, відповідно до винаходу, обробку тиском відлитої порожнистої заготовки роблять багатопрохідною прокаткою із сумарною відносною деформацією 50-9095 і температурою металу заготовки у зоні деформації при першому проході рівної 0,8-0,4 температури ліквідус деформуємого чавуну, при цьому на другому і наступному проходах температуру металу заготовки у зоні деформації зменшують на 20-60"С на кожні 1095 відносній деформації, отриманою заготовкою на попередньому проході.The problem is solved by the fact that in the method of manufacturing cast iron pipes, which includes centrifugal casting of a hollow billet and its subsequent pressure treatment, according to the invention, pressure treatment of the cast hollow billet is performed by multi-pass rolling with a total relative deformation of 50-9095 and the temperature of the metal of the billet in the deformation zone in the first pass, the temperature of the liquidus of malleable cast iron is equal to 0.8-0.4, while in the second and subsequent passes, the temperature of the workpiece metal in the deformation zone is reduced by 20-60"C for every 1095 relative deformation obtained by the workpiece in the previous pass.

Параметри, що заявляються, отримані дослідним шляхом.The declared parameters are obtained experimentally.

Відмінність пропонованого рішення від близького з аналогів полягає в тому, що обробку тиском віддентроволитої порожнистої заготовки роблять прокаткою з зазначеними параметрами її здійснення.The difference between the proposed solution and the close analogues is that the pressure treatment of the dendrocast hollow blank is done by rolling with the specified parameters of its implementation.

Технічним результатом від використання є підвищення механічних властивостей, точності розмірів і чистоти поверхні отриманих труб при одночасному розширенні технологічних можливостей способу.The technical result of the use is an increase in the mechanical properties, dimensional accuracy and surface cleanliness of the obtained pipes while simultaneously expanding the technological capabilities of the method.

Це досягається тим, що однопрохідне пресування відцентроволитої порожнистої заготовки з постійною температурою її нагрівання у зоні деформації, де обробка металу відбувається в умовах тертя-ковзання, замінена більш ефективною для досягнення повного пророблення литої структури богатопрохідною прокаткою з температурою, що знижується від проходу до проходу нагрівання заготовки у зоні деформації, де обробка металу відбувається вже в умовах тертя-катання і при більш низьких значеннях енергосилових параметрів і коефіцієнтах тертя. При цьому диференційоване зменшення від проходу до проходу температури заготовки у зоні деформації, відповідно до знайдених параметрів, забезпечує стабільне проведення процесу обробки металу литої заготовки і, отже, стабільність одержання підвищених механічних властивостей по довжині труб, що виготовляються, підвищення точності їхніх розмірів і зниження ступеня шорсткості їхньої поверхні, при одночасному збільшенні їхньої довжини в 3-5 разів.This is achieved by the fact that single-pass pressing of a centrifugally cast hollow billet with a constant temperature of its heating in the deformation zone, where metal processing takes place under friction-sliding conditions, is replaced by multi-pass rolling with a temperature that decreases from pass to pass of heating, which is more effective for achieving complete working of the cast structure workpieces in the deformation zone, where metal processing takes place already under friction-rolling conditions and at lower values of energy parameters and friction coefficients. At the same time, the differential reduction from pass to pass of the temperature of the workpiece in the deformation zone, in accordance with the parameters found, ensures the stable performance of the metal processing process of the cast workpiece and, therefore, the stability of obtaining increased mechanical properties along the length of the manufactured pipes, increasing the accuracy of their dimensions and reducing the degree roughness of their surface, while simultaneously increasing their length by 3-5 times.

Пропонований спосіб здійснюється наступним чином:The proposed method is carried out as follows:

На машинах відцентрового лиття відливаються порожнисті чавунні труби-заготовки, що потім передають на трубопрокатні стани. Тут для здійснення першого проходу при прокатці їх підігрівають в індукторі струмами високої частоти до забезпечення у зоні деформації температури металу рівної 0,8-0,4 температури ліквідус деформованого чавуну. Другий прохід прокатки здійснюється з урахуванням ступеня відносної деформації, отриманою заготовкою на першому проході, тому температуру металу заготовки у зоні деформації при проведенні другого проходу зменшують на 20-607"С на кожні 1095 ступені відносної деформації, отриманою заготовкою на першому проході. Третій прохід прокатки здійснюють таким чином: температуру металу заготовки у зоні деформації знижують знову на 20-60"С на кожні 1095 ступені відносної деформації, отриманої заготовкою на другому проході. | так продовжується до досягнення трубами необхідного розміру по діаметру і товщині стінки. При цьому сумарна відносна деформація не повинна виходити за межі, рівні 50-9095.Centrifugal casting machines cast hollow cast iron pipe blanks, which are then transferred to pipe rolling mills. Here, for the first pass during rolling, they are heated in an inductor with high-frequency currents until the metal temperature in the deformation zone is equal to 0.8-0.4 of the liquidus temperature of deformed cast iron. The second pass of rolling is carried out taking into account the degree of relative deformation obtained by the workpiece in the first pass, therefore, the temperature of the metal of the workpiece in the deformation zone during the second pass is reduced by 20-607"C for every 1095 degree of relative deformation obtained by the workpiece in the first pass. The third pass of rolling is carried out as follows: the temperature of the metal of the workpiece in the deformation zone is reduced again by 20-60"C for every 1095 degrees of relative deformation obtained by the workpiece in the second pass. | this continues until the pipes reach the required size in terms of diameter and wall thickness. At the same time, the total relative deformation should not exceed the limits of 50-9095.

Для експериментальної перевірки пропонованого винаходу була здійснена відцентрова відливка 2-х тонн чавунних труб-заготовок діаметром б5мм, товщиною стінки 5мм і довжиною З000мм. Чавун при цьому був наступного хімічного складу: С - 3,095, 5І - 2,895, Мп - 0,595, РИ - 0,195, 5 - 00395, Ма - 0,06бор.For the experimental verification of the proposed invention, centrifugal casting of 2 tons of cast iron pipe blanks with a diameter of 5 mm, a wall thickness of 5 mm, and a length of 3000 mm was carried out. At the same time, cast iron had the following chemical composition: C - 3.095, 5I - 2.895, Mn - 0.595, РИ - 0.195, 5 - 00395, Ma - 0.06bor.

Температура ліквідус чавуну з таким хімічним складом дорівнює 130020.The temperature of liquidus cast iron with this chemical composition is 130020.

Відлиті труби на станах ХПТ-90 за три проходи були прокатані в труби діаметром 32мм, товщиною стінки З,Омм і довжиною «10000мм. Температура металу заготовки на початку прокатки, тобто при першому проході складала 0,6хТл--780"С. Відносна деформація, отримана металом заготовки при першому проході, дорівнювала 3595. Розміри заготовки після першого проходу були наступні: діаметр - 48мм, товщина стінки - 4,5мм, довжина - 4500мм.The cast pipes were rolled into pipes with a diameter of 32 mm, a wall thickness of 3.0 mm and a length of 10,000 mm in three passes on the HPT-90 mills. The temperature of the metal of the workpiece at the beginning of rolling, that is, during the first pass, was 0.6xTl--780"C. The relative deformation obtained by the metal of the workpiece during the first pass was equal to 3595. The dimensions of the workpiece after the first pass were as follows: diameter - 48 mm, wall thickness - 4 ,5mm, length - 4500mm.

Другий прохід здійснювався таким чином: температуру металу заготовки у зоні деформації зменшили о, о,The second pass was carried out as follows: the temperature of the workpiece metal in the deformation zone was reduced by

Зех о с те С 140ес на о і вона дорівнювала 640"С. Отримана деформація склала 3095, а розміри заготовки після другого проходу були наступні: діаметр - Звмм, товщина стінки - 4мм, а довжина - 6500мм.Zeh o s te C 140es on o and it was equal to 640"C. The resulting deformation was 3095, and the dimensions of the workpiece after the second pass were as follows: diameter - Zvmm, wall thickness - 4 mm, and length - 6500 mm.

Третій прохід здійснювався таким чином: температуру металу заготовки зменшили на о, о,The third pass was carried out as follows: the temperature of the metal of the workpiece was reduced by o, o,

Зех о с те С 140ес о і вона дорівнювала 520"С. Отримана відносна деформація склала 3695, а розміри заготовки дорівнювали необхідним розмірам труби: діаметр - 32мм, товщина стінки - З,0мм, а довжина - -10000мм. Сумарна відносна деформація склала 70905.Zeh o s te C 140es o and it was equal to 520"C. The obtained relative deformation was 3695, and the dimensions of the workpiece were equal to the required dimensions of the pipe: diameter - 32 mm, wall thickness - 3.0 mm, and length - -10000 mm. The total relative deformation was 70905 .

Труби, виготовлені по пропонованому способу, мали такі механічні властивості: межа міцності 55,0- 65,Окг/мме; межа текучості 46,0-50,0кг/мм2 і відносне подовження 10,0-15,095. Граничні відхилення по діаметру склали 20,85 - 1,095, а по товщині стінки - 11,0 - 12,595. Чистота поверхні отриманих труб коливалася в межах 0,32-0,55мМкм.Pipes made by the proposed method had the following mechanical properties: strength limit 55.0-65.Okg/mm; yield strength 46.0-50.0 kg/mm2 and relative elongation 10.0-15.095. Limit deviations in diameter were 20.85 - 1.095, and in wall thickness - 11.0 - 12.595. The surface cleanliness of the obtained pipes ranged from 0.32 to 0.55 mm.

Були прокатані також труби і по способу, параметри якого виходили за заявлені межі.Pipes were also rolled according to the method, the parameters of which exceeded the declared limits.

Труби, прокатані із сумарною деформацією нижче 50956 мали погано пророблену структуру, а труби, прокатані із сумарною деформацією вище 9095 мали мікротріщини. | перші і другі дефекти неприпустимі, тому що вони приводять до зміни механічних властивостей і до руйнування металу в процесі експлуатації труб.Pipes rolled with a total strain below 50956 had a poorly developed structure, and pipes rolled with a total strain above 9095 had microcracks. | the first and second defects are unacceptable, because they lead to a change in mechanical properties and to the destruction of the metal during the operation of the pipes.

Труби, прокатані на першому проході при температурі металу заготовки нижче 0,4 температури ліквідус чавуну, руйнувалися через недостатню пластичність уже після першого проходу. Руйнувалися також і ті труби, температура металу заготовки яких на початку прокатки була вище 0,8 температури ліквідус чавуну, що деформується, але вже через оплавлення границь зерен металу.Pipes rolled in the first pass at a metal temperature of the workpiece below 0.4 of the liquidus temperature of cast iron were destroyed due to insufficient plasticity already after the first pass. Also those pipes, whose metal temperature at the beginning of rolling was higher than 0.8 of the liquidus temperature of deformable cast iron, but already due to melting of the boundaries of the metal grains, were also destroyed.

Труби, при прокатці яких зниження температури на кожні 1095 відносної деформації, отриманої на попередньому етапі, складало менше 20"С, мали погану якість як зовнішньої, так і внутрішньої поверхні через перегрів металу, а труби, при прокатці яких зниження температури на кожні 1095 відносної деформації, отриманої на попередньому етапі, складало більш 60"С, мали мікротріщини і не цілком пророблену структуру металу через переохолодження чавуну.Pipes in which the temperature drop for every 1095 of the relative strain obtained at the previous stage was less than 20"C during rolling had poor quality of both the external and internal surfaces due to overheating of the metal, and the pipes in which the temperature drop in every 1095 relative the deformation obtained at the previous stage was more than 60"C, had microcracks and an incomplete metal structure due to supercooling of the cast iron.

Для порівняння було виготовлено 1,5 тонни труб того ж хімічного складу і тих же розмірів (діаметр - 32,0мм, товщина стінки - 3З,0мм) по способу найбільш близькому з аналогів. Ця партія труб була виготовлена з відцентроволитої заготовки діаметром 71,0мм, товщиною стінки 15,5мм і довжиною 200,0Ммм попередньо розточених, обточених і розрізаних на мірні довжини труб. Потім нагріті до 9107С заготовки були пропрессовані на пресі з усиллям 1600т у труби довжиною 2000мм і з вищевказаними розмірами діаметра і товщини стінки.For comparison, 1.5 tons of pipes of the same chemical composition and the same dimensions (diameter - 32.0 mm, wall thickness - 33.0 mm) were manufactured using the method closest to analogues. This batch of pipes was made from a centrifugally cast billet with a diameter of 71.0 mm, a wall thickness of 15.5 mm and a length of 200.0 mm, pre-bored, turned and cut into measured pipe lengths. Then, heated to 9107С, the workpieces were pressed on a press with an effort of 1600t into pipes 2000mm long and with the above-mentioned dimensions of diameter and wall thickness.

Труби, виготовлені по цьому способі мали такі механічні властивості: межа міцності 35,0-40,Окг/мм; межа текучості 30,0-35,Окг/мм? і відносне подовження до 5,095. Граничні відхилення по діаметру складали 1,75 - 1,8595, а по товщині стінки - 521,5 - 25,095. Чистота поверхні знаходилася близько 40,0мкм.Pipes made by this method had the following mechanical properties: strength limit 35.0-40.Okg/mm; yield strength 30.0-35.Okg/mm? and relative elongation to 5.095. Limit deviations in diameter were 1.75 - 1.8595, and in wall thickness - 521.5 - 25.095. The surface cleanliness was about 40.0 μm.

Таким чином, пропонований спосіб виготовлення чавунних труб у порівнянні зі способом найбільш близьким з аналогів забезпечує підвищення механічних властивостей у 1,4-3,0 рази, точність розмірів у 1,85-2,0 рази, чистоту поверхні в десятки разів при одночасному розширенні технологічних можливостей шляхом розширення сортаменту труб одержаного на устаткуванні одного агрегату.Thus, the proposed method of manufacturing cast iron pipes, in comparison with the method closest to analogues, provides an increase in mechanical properties by 1.4-3.0 times, dimensional accuracy by 1.85-2.0 times, surface cleanliness by ten times with simultaneous expansion technological possibilities by expanding the range of pipes obtained on the equipment of one unit.

Claims (1)

Спосіб виготовлення чавунних труб, що включає віддентрове виливання порожнистої заготовки і наступну її обробку тиском, який відрізняється тим, що обробку тиском вилитої заготовки виконують багатопрохідною прокаткою із сумарною відносною деформацією 50 - 90 95, причому температура чавуну заготовки у зоні деформації при першому проході дорівнює 0,8 - 0,4 температури ліквідусу чавуну заготовки, що деформують, при цьому на другому і наступних проходах температуру чавуну заготовки у зоні деформації зменшують на 20 - 60 "С на кожні 10 95 відносної деформації, що засвоюється заготовкою на попередньому проході.The method of manufacturing cast iron pipes, which includes indentation casting of a hollow billet and its subsequent pressure treatment, which is characterized by the fact that the pressure treatment of the cast billet is performed by multi-pass rolling with a total relative deformation of 50 - 90 95, and the temperature of the billet iron in the deformation zone during the first pass is 0 .8 - 0.4 of the temperature of the liquidus of the cast iron workpiece being deformed, while on the second and subsequent passes the temperature of the cast iron workpiece in the deformation zone is reduced by 20 - 60 "C for every 10 95 of the relative deformation absorbed by the workpiece in the previous pass.