PL178838B1 - Sposób wytwarzania na gorąco rur bez szwu z wysokowęglowej, zwłaszcza nadeutektoidalnej stali - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania na goraco rur bez szwu z wysokoweglowej, zwlaszcza nadeutektoidalnej stali, w którym traktowana wstepnie i odgazowana oraz odtleniona ciekla stal odlewa sie ciagle, z dowolnym przekrojem poprzecznym i który po podzieleniu na dlugosci wsadowe, poddaje sie odksztalcaniu plastycznemu, znamienny tym, ze dlugosci wsadowe materialu odlewanego ciagle o wysokim stopniu czystosci, wytwarzanego z drobnym wydzielaniem weglika i wysoka drobnoziamistoscia, bezposrednio, w stanie odlanym i bez obróbki cieplnej ogrzewa sie do temperatury odksztalcania i doprowadza sie do urzadzenia do wytwarzania rur, zawierajacego korzystnie prase do dziurowania i prowadzi sie proces dziurowania, az do uzyskania w odksztalcalnej dlugosci wsadowej stanu naprezenia, który przy minimalnych naprezeniach scinajacych posiada mozliwie wysoka ujemna wartosc srednia naprezenia Sm . PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania rur bez szwu wykonywanych na gorąco, z wysodowęglowejl zwłaszcza na0eutedtoi0alnej stali, korzystnie jako materiału wyjściowego na pierścienie łożysk tocznych.

Materiał 177 Cr6 według oznaczenia DIN jak i stale, odpowiadające innym normom i zakładowym przepisom, z których w europejskim obszarze przeważnie są wytwarzane łożyska toczne, zalicza się z powodu wysokiej zawartości węgla do stali naOeutekteiOalnyśh. Do wytwarzania wykonywanych na gorąco rur bez szwu jako materiału wyjściowego do produkcji pojedynczych pierścieni łożysk tocznych, stosuje się obecnie następujące sposoby.

178 838

Począwszy od surówki, poprzez stalownie LD i piec panwiowy oraz odgazowywanie metalu w kadzi lub alternatywnie wychodząc od stalowni E, pieca panwiowego i odgazowywania metalu w kadzi i w szczególnych przypadkach poprzez stalownię do przetapiania jest odlewany wlewek, który w walcowni do kęsisk kwadratowych jest walcowany na rurowy pręt okrągły. Ten rurowy pręt okrągły jest przetwarzany za pomocą sposobu Assela w wykonywaną na gorąco rurę (Stahlrohr-Handbuch 10, Nakład Vulkan-Verlag, Essen 1986, strony 141-143). Walcownia Assel 'a zazwyczaj posiada piec karuzelowy jako urządzenie ogrzewające, w którym stosuje się urządzenie do dziurowania, ukształtowane jako walcarka dziurująca do wytwarzania elementów wydrążonych. Te elementy wydrążone są doprowadzane do walcowni Assel'a, składającej się z trzech walców dziurujących, rozdzielonych równomiernie na obwodzie, które są zaopatrzone w kalibrowane osadzenie. Po wyciągnięciu pręta, służącego jako narzędzie wewnętrzne, rura pośredniajest dogrzewana i poprzez wieloklatkowąwalcarkę redukcyjnąi przez dołączoną walcarkę kalibrującąjest wytwarzana na gorąco rura. Przy tym sposobie niekorzystne jest to, że używany rurowy pręt okrągły musi być wymiarowo zbliżony do wykonywanej na gorąco rury, dlatego też w celu pokrycia programu dostaw rur jest wymagane wiele walcowanego lub kutego rurowego pręta okrągłego.

Walcarka Assel'a jest wprawdzie uprzywilejowaną, instalacją techniczną do wytwarzania rur na łożyska toczne, ale mogą być stosowane także inne urządzenia do wytwarzania rur, jak ławy przepychowe lub walcarki ciągłe, które musząwykorz.ystywać kształtowany wstępnie i wyżarzany ujednorodniająco materiał wsadowy.

Znane jest także wytwarzanie zamiast wlewka, wlewka odlewanego ciągle, przeważnie w formacie prostokąta i jego przekształcanie przez proces walcowania lub kucia w rurowy pręt okrągły. Zamiast wlewka w postaci prostokąta można także stosować odlewany ciągle pręt okrągły, przy czym także ten wlewek jest po odcięciu walcowany lub kuty („La Revue de Metallurgie CIT”, kwiecień 1989, strony 344-350). Według stanu techniki stopień odkształcenia plastycznegojest tak dobrany, że osiąga się stopień przekucia lub walcowania I=5. Po wspomnianym procesie walcowania lub kucia odbywa się zawsze wyżarzanie ujednorodniające, aby w dalekim stopniu rozłożyć lub zmniejszyć segregację, wynikającą z odlewania i wytrącanie się węglików. Wszystkie wspomniane sposoby wytwarzania materiału wyjściowego są nakładcze, ponieważ wymagaj ą dużych kapitałowo instalacji technicznych do przetwarzania, a sam materiał wielokrotnie jest manipulowany. Ponieważ pręty przez wydłużenie muszą być zawsze ponownie dzielone istnieje także duża ilość odcinanego materiału odpadowego. Każdy dodatkowy krok roboczy i transportowy zwiększa ryzyko dla wytwarzania lub wzrostu ilości braków, których usuwanie zwiększa koszty produkcji.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania rur bez szwu wykonywanych na gorąco z wysokowęglowej, zwłaszcza nadeutektoidalnej stali, który w porównaniu do znanych sposobów jest korzystny w kosztach i za pomocą którego jest osiągalne większe wykorzystanie materiału oraz krótszy czas przebiegu materiału.

Zadanie to zostało rozwiązane dzięki temu, że długości wsadowe materiału odlewanego ciągle o wysokim stopniu czystości, wytwarzanego z drobnym wydzielaniem węglika i wysoką drobnoziamistością bezpośrednio w stanie odlanym i bez obróbki cieplnej ogrzewa się do temperatury odkształcania i doprowadza się do urządzenia do wytwarzania rur, zawierającego korzystnie prasę do dziurowania i prowadzi się proces dziurowania aż do uzyskania w odkształcalnej długości wsadowej stanu naprężenia, który przy minimalnych naprężeniach ścinających posiada możliwie wysoką ujemną wartość średnią naprężenia S_m.

Korzystnie przy procesie dziurowania stosuje się narzędzie o zamkniętej powierzchni płaszcza.

Według wynalazku stosuje się długość wsadową mającą do wyboru czworokątny lub nawet wielokątny, korzystnie okrągły przekrój poprzeczny.

Zgodnie z wynalazkiem przy procesie dziurowania stosuje się urządzenie o niezamkniętej komorze roboczej, zwłaszcza stożkową walcarkę ukośną przy czym długość wsadowa ma korzystnie okrągły przekrój poprzeczny.

178 838

Korzystnie długości wsadowe odlewa się w formacie □ za zakresie odl 70 mm do 450mm, z prędZościąodlewania w zakresie od 1,8 - 0,6 m/min, a dla zakresu wymiarowego 170 - 200 mm □ z prędkością 1,8 -1,2 m/min.

Według wynalazku, w przypadku stosowania nadeutektoidalnej stali z grupy materiałowej stali na łożyska toczne ciekłą stal najpierw częściowo utlenia się wyłącznie przez węgiel, krzem i mangan, a następnie przez węgiel całkowicie utlenia się w próżni, a w przypadku prowadzenia obróbki skrawającej stosuje się stal, w której zawartość siarki leży w zakresie 0,008 do 0,015 udziału masy w procentach, a przy, w dalekim stopniu bezwiórowej dalszej przeróbce, zawartość siarki maksymalnie wynosi 0,005 udziału masy w procentach.

Korzystnie stosuje się stal, w której stosunek chrom-węgiel dobiera się w zakresie pomiędzy 1,35 a 1,52, zwłaszcza 1,05.

Korzystnie stosuje się urządzenie do wytwarzania rur w postaci ławy przepychowej z prasą jako zespołem do dziurowania.

Istotą wynalazku jest zastosowanie nikodZrztałcenkgo pasma z odlewania ciągłego ze stali, zwłaszcza z grupy materiałów stali na łożyska toczne, o dowolnym przekroju poprzecznym, w urządzeniu do wytwarzania rur, przy pominięciu dotychczasowego procesu walcowania lub kucia oraz przy rezygnacji z wymaganego według stanu techniki wyżarzania ujednorodniającego. Pominięcie tych kroków roboczych oszczędza znacznie koszty i czas. Poza tym materiał wlewkajest lepiej wykorzystany, ponieważ nie jest on często dzielony i odcinany na końcach. Przy takim użyciu nikodZształconkgo i niewyżarzonego ujednorodniająco wlewka z odlewania ciągłego jest widoczne, że przy procesie dziurowania na długości wsadu jest rozbudowywany stan naprężenia, który przy minimalnych naprężeniach tnących, posiada możliwie wysoką ujemną wartość średnią naprężenia Sm, przez co unika się zrywania materiału.

Sposób według wynalazku jest stosowalny dla wszystkich rodzajów wytwarzania odlewania ciągłego, jak odlewanie ciągłe pionowe lub łukowe i niezależnie od przekroju poprzecznego, wlewka to znaczy czworokątnego, ośmiokątnego, wielokątnego lub okrągłego. Wytworzony wlewek po podzieleniu na długości wsadowe, bez odkształcania wstępnego, to znaczy w stanie odlanym jest ogrzewany do temperatury przetwarzania i doprowadzany do urządzenia do wytwarzania rur.

Jest wymagany wysoki stopień czystości wlewka, ponieważ niemetaliczne wtrącenia, nieuniknione przy wytwarzaniu stali, w swoich początkowych wielkościach cząsteczek i ilość na jednostkę masy zostają utrzymane, aż do zastosowania jako materiał wyjściowy na rury i przez kształtowanie nie sąwydłużane i zmieniane. Dotyczy to także średniej wielkości ziam. Redukcja wytrącanego grubego węglika jest związana z brakiem dotychczasowego wyżarzania ujednoredmąjącego, które przy tradycyjnych sposobach zapewniało wyrównanie koncentracji węgla i ujednorodnienie struktury.

Prędkość odlewania, w zakresie korzystnie od 1,8 do 1,2 m/min dla zakresu wymiarowego Π 770 - 000 mm, w ocląc^mu z ezkładnometlUurgikkadiO□wąż oc^rzyi^tnmn ks^st^tahwaaniem urządzenia rozdzielczego w odniesieniu do odcięcia dopływu powietrza, ogniotrwałego wyłożenia i przepływu stali oraz wylewu kadziowego zanurzeniowego i składu stali, dopasowanego w odniesieniu do lejności i stopnia czystości zwłaszcza składników Al, S i 02, zapewnia pożądany stopień czystości. Podany powyżej zakres prędkości odlewania ułatwiający wznoszenie pęcherzy i wtrąceń, dla wysokiego stopnia czystości, jest tak dobrany, że nie uszczupla żądanej drobnoziarnistości. Szybkie krzepnięcie przy względnie małych przekrojach poprzecznych wlewka prowadzi już wstanie odlewania do struktury o wysokiej drobnoziamistości i jednocześnie uniemożliwia wytrącanie dużych węglików. W odniesieniu do równomiernego rozłożenia chłodzenia, patrząc na przekrój poprzeczny i w odniesieniu do rozdziału segregacji pierwszeństwo posiada format okrągły. Zasadniczo jest także możliwe odlewanie w formacie czworokątnym, ośmiokątnym lub □ielokątnnm.

Dla szczególnego przypadku naZeutektoidalna stal, z grupy materiałowej stali na łożyska toczne, zalecanej przez wytwórców łożysk tocznych, jest o minimalnej zawartości siarki, aby móc bez trudności obrabiać skrawaniem wykonywanąna gorąco rurę, względnie oddzielone z niej

178 838 pierścienie na łożyska toczne. W celu dobrego stopnia czystości powinno być z jednej strony w stali, tak mało siarki, jak to jest możliwe, jednakże dla obróbki skrawaniem stal posiada minimalną zawartość siarki. Jako celowy okazał się zakres 0,008 - 0,015% wagowy siarki. Jeżeli jest przewidziana dalsza obróbka, w dalekim stopniu bezwiórowa, wtedy korzystna jest zawartość siarki maks. 0,05 udziału masy w procentach.

Dla obu rodzajów dalszej przeróbki, to znaczy wiórowej lub bezwiórowej jest zaletą stosunek chrom-węgiel w zakresie pomiędzy 1,35 do 1,52, korzystnie 1,45. Dzięki takiemu stosunkowi dodatnio wpływa się na niepożądaną pasemkowość węglików.

Dalej w celu utrzymania niewielkiej zawartości tlenu i drobnoziamistości materiału często jest wymagana minimalna zawartość aluminium. Ponieważ w zasadzie zwykła obróbka wapnem w celu tworzenia ciekłego glinianu wapniowego, dla polepszenia stopnia czystości dla stali na łożyska toczne, nie jest wymagana, dlatego zawartość aluminium musi być tak dobrana, żeby tworząca się ilość Al₂O₃ była nieznaczna. Z tych względów w sposobie według wynalazku można zrezygnować z dodatku aluminium, a więc bez uzyskania niepożądanej zawartości tlenu. Rezygnacja z dodatku Al nie oznacza, że w wytopie nie ma żadnych śladów Al, nieznaczna zawartość Al istnieje ze składników stopowych lub przez wymurówkę.

Przedmiot wynalazku jest wyjaśniony za pomocą przykładu, odnoszącego się do zastosowania nieodkształconego i nie wyżarzonego dyfuzyjnie wlewka z odlewania ciągłego, korzystnie z nadeutektoidalnej stali, służącego do wytwarzania rur bez szwu na łożyska toczne, w urządzeniu do wytwarzania rur, wyposażonego w prasę do dziurowania, w której przez dobór warunków plastycznych, przy dziurowaniu powstaje we wlewku stan naprężenia ściskającego i z którego j est wytwarzana, przykładowo wykonywana na gorąco rura o wymiarach 60,3 □, o ściance 8,0 mm ze stali na łożyska toczne 100Cr6. W surówce, wytworzonej w wielkim piecu, w pierwszym kroku odbywa się odsiarczanie, aż do zakresu mniejszego od 0,010% wagowych. W konwertorze LD o pojemności do 2501 surówka jest przedmuchiwana na stal. Przy pozbawionych żużlu spuście do kadzi odlewniczej zachodzi stapianie oraz kombinowane odtlenianie wyłącznie za pomocą węgla, krzemu i manganu.

Częsty, zwykły dodatek aluminium, stosowany dotychczas dla uspokojenia stali, z już wyjaśnionych względów, nie jest stosowany. W kadzi odlewniczej stal jest obrabiana dalej, to znaczy odbywa się dokładne stapianie dla dokładnego spełnienia ustalonej granicznej analizy, odgazowanie, łącznie z redukcją węgla w próżni i dodatkowo płukanie do stopnia czystości za pomocągazu obojętnego. Nastawianie temperatury pokojowej dla dotrzymania ustalonej temperatury odlewania jest zapewnione przez wysoki ciężar wytopu, o odpowiedniej zawartości ciepła.

Na wielotokowym urządzeniu z krystalizatorem łukowym do ciągłego odlewania odbywa się odlewanie na format okrągły do średnicy 220 mm. Prędkość odlewania wynosi około 1,4 m/min. Urządzenie rozdzielcze jest zaopatrzone w ściany pośrednie, w celu polepszenia kierowaniem przepływu, a wylew kadziowy zanurzeniowy ma korzystnie średnicę < 2 5 rmn z długim wlewem, który zawsze pozostaje napełniony. Cała przestrzeń odlewnicza jest uszczelniona argonem, a przy odlewaniu wytop nie jest spłukiwany argonem tak, że nie jest wymagany żaden przepuszczalny korek. Do utrzymania warunków płynięcia nadeutektoidalnej stali do odlewania stosuje się specjalne głowice rozruchowe. Po oddzieleniu na długie pręty są one cechowane, kontrolowane wizualnie i następnie transportowane do urządzenia z ławą przepychową. Na pile do cięcia na zimno długie pręty sądzielone na ustalone długości wsadowe i w piecu karuzelowym ogrzewane do 1140-1180°C. W prasie do dziurowania zachodzi pierwsze odkształcenie plastyczne ogrzanego wlewka z odlewania ciągłego w wydrążony korpus o wymiarach 223,0 x 51,0 mm. To odpowiada wydłużeniu 1,39. W walcarce wydłużającej tak uzyskany korpus jest dalej rozciągany do wymiaru 192,0 x 40,0 mm. To odpowiada wydłużeniu 1,43. Następnie wydłużony, wydrążony korpus mający dno jest układany na ławie przepychowej. Za pomocą wsuwanego trzpienia wydrążony korpus jest popychany przez szereg klatek walcowniczych i jego wymiary dochodzą do 127,5 x 8,25 mm. Wydłużenie wynosi 6,18. Trzpienie są wyciągane, a obszar z dnem oddzielany. Aż do tego kroku roboczego odkształcanie odbywa się

178 838 w cieple. Aby móc końcowe odkształcenie plastyczne przeprowadzać w redukującej walcowni wydłużającej ochłodzona rura pośrednia musi być ponownie ogrzana do temperatury obróbki plastycznej. W walcarce redukującej, bez narzędzia wewnętrznego, jest uzyskiwany końcowy wymiar wykańczający 60,3 □ x8,0 mm ścianki , z wydleżemem 2,3 O Ochłodzenie po powietrzu odbywa się w chłodni. Tak wytworzona, wykonywana na gorąco rura jest następnie po wyżarzaniu zmiękczającym obrabiana plastycznie na zimno, np. pielgrzymowana na zimno lub ciągniona na zimno. Z tak wykonanych na zimno rur w automacie tokarskim sąodcinaze pierścienie i obrabiany końcowy zarys łożyska tocznego.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zl.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania na gorąco rur bez szwu z wysokowęglowej, zwłaszcza nadeutektoidalnej stali, w którym traktowaną wstępnie i odgazo wanąoraz odtlenioną ciekłą stal odlewa się ciągle, z dowolnym przekrojem poprzecznym i który po podzieleniu na długości wsadowe, poddaje się odkształcaniu plastycznemu, znamienny tym, że długości wsadowe materiału odlewanego ciągle o wysokim stopniu czystości, wytwarzanego z drobnym wydzielaniem węglika i wysoką drobnoziamistościią bezpośrednio, w stanie odlanym i bez obróbki cieplnej ogrzewa się do temperatury odkształcania i doprowadza się do urządzenia do wytwarzania rur, zawierającego korzystnie prasę do dziurowania i prowadzi się proces dziurowania, aż do uzyskania w odkształcalnej długości wsadowej stanu naprężenia, który przy minimalnych naprężeniach ścinających posiada możliwie wysoką ujemną wartość średnią naprężenia S_m.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy procesie dziurowania stosuje się narzędzie o zamkniętej powierzchni płaszcza.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się długość wsadowa, mającą do wyboru czworokątny lub nawet wielkokątny, korzystnie okrągły przekrój poprzeczny.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przy procesie dziurowania stosuje się urządzenie o niezamkniętej komorze roboczej, zwłaszcza stożkową walcarkę ukośmy przy czym długość wsadowa ma korzystnie okrągły przekrój poprzeczny.
5. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że długości wsadowe odlewa się w formacie □ wz.ar.resi ed d 17 0rmndo55 Omm, zr>rędkościąodlewaniawaakreiieo d 1,8-0,6nmmi n a dla zakresu wymiarowego 177 - 247 mm □ z kroddością 1, 8 - 1,2 nmmin.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w przypadku stosowania nade^ektoiOzlnej stali z grupy materiałowej stali na łożyska toczne ciekłą stal najpierw częściowo utlenia się wyłącznie przez węgiel, krzem i mangan, a następnie przez węgiel całkowicie utlenia się w próżni.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że w przypadku prowadzenia obróbki skrawającej stosuje się stal, w której zawartość siarki leży w zakresie 7,778 do 7,715% wagowych, a przy w dalekim stopniu bezwiórowej dalszej przeróbce zawartość siarki maksymalnie wynosi 7,775% wagowych.
8. 8. Sposób według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że stosuje się stal, w której stosunek chrom-węgiel dobiera się w zakresie pomiędzy 1,35 z 1,52.
9. 9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że stosuje się stal, w której stosunek chromwęgiel korzystnie wynosi 1,45.

   17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się urządzenie do wytwarzania rur w postaci ławy przepychowej z prasąjako zespołem do dziurowama.