Титан и его сплавы

Более высокое качество холоднодеформированных труб обеспечивается при использовании  горячекатаных труб-заготовок, прошедших  механическую обработку, глубокое травление, осветление и строгий контроль состояния  наружной и внутренней поверхностей. Сравнение эксплуатационных показателей  труб, изготовленных из горячекатаных  и прессованных заготовок, также  свидетельствует о целесообразности использования горячекатаной заготовки, особенно для получения холоднодеформированных труб ответственного назначения.[6]

Вместе с тем для высокопрочных сплавов процесс прессования в ряде случаев может оказаться более приемлемым.

Заготовка для холодной прокатки труб должна удовлетворять техническим  условиям, которые определяют материал, размеры, допуски по размерам, внешний  вид, маркировку и условия поставки в цех холодной прокатки труб.

Например: размеры труб после  горячей прокатки 102×13 мм, после обточки 100×12 мм, после калибровки на стане  ХПТ и расточки 87×8,5-9,5 мм.

Механические свойства заготовки  должны удовлетворять требованиям  соответствующих технических условий  на поставку труб из сплавов соответствующих  марок в отожженном состоянии.[6]

 

Из рассмотренного выше было установлено, что в зависимости  от способа производства труб применяются  различные виды заготовок.

Для труб, изготавливаемых  методом горячей прокатки, используется сплошная цилиндрическая заготовка, получаемая ковкой, прессованием или прокаткой  слитка. Для изготовления холоднокатаных труб заготовкой служат горячекатаные  или горячепрессованные бесшовные  трубы.

Наибольшее внимание уделяется  качеству поверхности заготовки, т.к. имеющиеся на ней дефекты вследствие больших напряжений и деформаций могут служить очагом образования  разрывов и трещин. Поступающие в  производство заготовки подвергаются выборочному контролю.

 

 

 

 

2.2 Особенности технологии изготовления титановых труб

 

 

В мировой практике применяются  различные способы производства труб из титана и его сплавов: сварка, прессование, горячая и холодная прокатка, волочение.[6] Впервые трубы  из технически чистого титана были получены посредством сварки под  слоем флюса в атмосфере аргона и последующего холодного волочения  труб до заданного размера. Таким  способом в США изготовляют трубы  диаметром 12,7-89 мм. Для сварки используются одиннадцати- или двенадцатиклетьевые трубосварочные станы. Волочение осуществляется на цепном стане с роликовой волокой, а так же на волочильных барабанах.[6]

В США изготовляются так  же сварные калиброванные трубы  диаметром 12-21 мм с толщиной стенки 0,6-1,5 мм и длинной 3-8 м (по спецзаказам до 15 м).[6]

В России сварные трубы  из титана и его сплавов производят небольшими опытными партиями. За рубежом  этот способ до настоящего времени  не получил широкого распространения  в связи с существенными недостатками сварных труб в условиях эксплуатации, а так же трудностями их производства. Комплексная технология производства тонкостенных титановых труб, сочетающая сварку и последующую холодную или  теплую прокатку с достаточно большими деформациями по стенке, в ряде случаев  может быть весьма перспективной.

Рис. 3 Схема прессования со сваркой

1 – заготовка; 2 – пресс-штемпель;    3 – матрица; 4 – пресс-изделие

В США, Великобритании, Японии, Франции, Канада, ФРГ и Италии основным способом производства титановых товарных и передельных труб является прессование.[6] Этим способом изготовляют трубы  диаметром до 219мм. В зависимости  от сортамента труб используются трубопрессовые агрегаты с различным усилием. В качестве исходной заготовки для прессования применяются поковки, катаные прутки и слитки, подвергаемые обязательной обточке и сверлению. В некоторых случаях полые заготовки получают прошивкой на вертикальных прессах. Установлено, что для прессования оптимальная длина заготовки равна семи диаметрам отверстия.[6] Схема прессования титановых труб представлена на рисунке 3.

После прессования трубы, как правило, подвергают обточке  или шлифовке по наружной и внутренней поверхности. За рубежом на некоторых  заводах передельные прессованные трубы не подвергают механической обработке, ограничиваясь лишь их шлифовкой и травлением в растворе азотной и плавиковой кислот.

Все трубы подвергают тщательному  визуальному контролю, а также  перископированию, ультразвуковому контролю и гидравлическим испытаниям.

Прессованные трубы в  редких случаях используются как  товарная продукция. В большинстве  же случаев они являются передельными для последующей холодной прокатки или волочения на готовый размер.

Для производства труб из высоколегированных сплавов применяется теплое волочение. Холодная прокатка прессованных труб, холодное и теплое волочение характеризуются  маршрутами с небольшим числом проходов, малым редуцированием по диаметру и  интенсивным обжатием по стенке.

Большое значение при прессовании  труб имеет качество и стойкость  инструмента, а также смазка. Независимо от вида смазки титан нужно прессовать с максимальной скоростью. После прессования стекло и окалину удаляют пескоструйной обработкой, после чего трубы обрабатывают в расплаве щелочей и кислотной ванне.[6]

При производстве передельных  труб прессованием предусматривается  довольно короткий цикл производства, состоящий из прессования передельных  труб с размерами, близкими к размеру  готовых труб, 2-3 прохода на холодном переделе, отделки и сдачи.

Перед прессованием кованые  или катаные заготовки разрезают  на шашки, которые затем обтачивают, рассверливают, обезжиривают, покрывают  коллоидно-графитовым препаратом, высушивают и передают для нагрева.[6] Перед  началом прессования разогревают  также контейнер, иглы и матрицы  до 300-500°С. При применении такой технологии на наружной и внутренней поверхности  труб иногда образуются риски и задиры вследствие налипания титана на инструмент. Так как длина прессуемых труб небольшая, обрезь прессостатка и переднего конца трубы составляет значительную часть расходуемого металла. Расходный коэффициент металла с учетом одной расточки находится в пределах 1.5-2.0, что значительно выше, чем при горячей прокатке на агрегате с автомат-станом.

В России товарные и передельные трубы из титана и его сплавов изготовляют способом горячей прокатки и, главным образом, на трубопрокатных агрегатах с автомат-станом. Этот способ производства характеризуется высокой производительностью, низкими расходами по переделу, обеспечивает возможность изготовления труб широкого сортамента по размерам и маркам сплавов.

Применяющаяся на отечественных  заводах технология производства обеспечивает получение труб высокого качества по поверхности и свойствам, однако ее недостатком является невозможность  получения передельных труб диаметром  менее 76 мм, что при изготовлении холоднодеформированных труб малого диаметра обусловливает необходимость термической и химической обработки, способствует повышению расходных коэффициентов металла при производстве труб мелких размеров.[6]

Особенностью прокатки титановых  труб на ТПА с автомат-станом является интенсивное налипание металла на валок, приводящее к заполировке поверхности калибра и ухудшению захвата, а налипание на неподвижную оправку - образованию продольных задиров на внутренней поверхности труб. Поэтому на практике стремятся производить прокатку титановых труб без автомат-стана. Гильза с прошивного, минуя автомат-стан, передается на обкатной и затем на калибровочный стан. Возможность осуществления такой технологии особенно эффективна при прокатке труб со средними и толстыми стенками.

Правка титановых труб в холодном состоянии не обеспечивает исправления кривизны и овальности и получения заданной точности.[6]

В связи с этим она производится при температуре металла 150-350°С. С целью использования прокатного нагрева на заводах, производящих титановые  трубы, увеличена скорость их транспортировки  по охладительному столу от калибровочного к правильным станам. Правка производится за 3-4 прохода. Отбракованные по кривизне трубы подвергаются нагреву и повторной правке.

После правки производится контроль кривизны труб, и затем  обрезка концов. На трубоотрезном  станке с помощью широкого прорезного резца с напайкой ВК-4 прорезается  альфированный слой, толщина которого достигает 0,8 мм, после чего пластинчатым резцом из стали P-18 производится обрезка труб.

Расточные станки, на которых  производится обработка титановых  труб, оснащены специальными «плавающими» резцовыми головками, охлаждение инструмента  эмульсией.

После предварительной обдирки  со съемом 1мм, трубы передаются для  проверки качества на ультразвуковой дефектоскоп, и в случае обнаружения  дефектов, дефекты отмечают краской. По выходе из дефектоскопа они подвергаются ремонту или обрезке по обозначенным местам.

Следующая операция заключается  в обточке до заданного размера  и шлифовке (съем 0,2мм) наждачной  бумагой. Наружная и внутренняя поверхности  годных труб протирается гидролизным  спиртом для удаления остатков эмульсии и грязи. Затем трубы осветляются  в 10-12% азотнокислом растворе в течение 1,5-2 минут и тщательно промываются  водой. Осветленные трубы подвергаются осмотру и, если необходимо, ремонту  напильниками и пневмомашинами; производится запиловка торцов труб.

2.3 Дефекты труб  и их предупреждение. Отделочные  операции при производстве

 

Большое значение уделяется  качеству поверхности трубной заготовки, так как имеющиеся на ней дефекты  вследствие больших напряжений и  деформаций, могут служить очагом образования трудноудалимых впоследствии разрывов и трещин. Наружные дефекты  заготовки могут изменять свою форму  и значительно увеличиваться в процессе дальнейшей обработки. Поэтому на поверхности трубных заготовок не допускаются плены, закаты, трещины, раковины и подобные им дефекты. Если такие дефекты не удаляются при обточке трубных заготовок, они удаляются специальной местной зачисткой, при которой удаляются также остающиеся после обточки небольшие черновины (не удаленные участки газонасыщенного слоя). На поверхности заготовок допускаются только единичные вмятины и пологие уступы механического происхождения, а также следы от резца при обточке глубиной не более 1мм.[6] Для обеспечения высокого качества труб чистота обработки поверхности заготовки должна быть R_a = 20-40 мкм (ГОСТ 2709-73). Конечной операцией изготовления трубных заготовок является кратковременное кислотное травление для сглаживания рисок от резца и выявления скрытых дефектов. Торцы заготовок обрезаются под прямым углом.

Допускаемые отклонения по диаметру заготовок 90-300 мм составляют ±1,5 мм, для слитков и кованой заготовки большего диаметра (прокатка труб на ТПА с пилигримовым станом) ±10 мм, чистота обточки R_a = 20-40 мкм.[6]

Заготовки поставляются немерной и мерной длины: немерной длины –  не менее 1250 мм, мерной длины в пределах 1200-1800мм для диаметров 90-120мм и в пределах 1200-2600 мм для диаметров 130-300мм. Допуск на мерную длину установлен ±10мм. По геометрическим размерам и качеству поверхности трубные заготовки контролируются поштучно.

Поступающая трубная заготовка подвергается выборочному контролю. Прежде всего, производится осмотр поверхности заготовки, обмер по диаметру и длине, в случае необходимости - контроль химического состава с помощью химического анализа или спектрального метода, макро- и микроструктуры, механических свойств. Действующими на трубных заводах инструкциями при подготовке металла к прокатке допускается объединение заготовок различных плавок одного диаметра и марки сплава в одну партию. При этом объединение плавок одного и того же завода-поставщика разрешается производить по содержанию водорода в пределах 0,002 %.

Центровка заготовки производится для улучшения условий захвата ее валками прошивного стала и уменьшения разностенности передних концов гильз.

При производстве труб на трубопрокатных агрегатах с пилигримовым станом трубная заготовка помещается в  стальной муфель, внутри которого закреплены стержни из коррозионностойкой стали, предотвращающие непосредственный контакт титановой заготовки  с внутренней поверхностью муфеля.[6]

Таблица 2. Диаметр и глубина центровочного отверстия в зависимости от диаметра заготовки

Диаметр заготовки мм	Диаметр сверления мм	Глубина сверления мм
90-120	28-32	Не менее 20
140-180	38-45	Не менее 60
190 и более	45-50	Не менее 60

 

При производстве сравнительно небольших партий горячекатаных  труб на ТПА с автомат-станом нагрев титановых заготовок осуществляется в методических печах, предназначенных для нагрева стальных заготовок. При этом атмосфера печи поддерживается слегка окислительной, чтобы предотвратить наводороживание металла, пагубно влияющие на механические свойства труб. Для предотвращения контакта нагреваемой заготовки с окислами железа на подине печи выкладывается дорожка из чистого огнеупорного кирпича, производится тщательная очистка подины печи и желоба выдачи заготовки. Глубина газонасыщенного слоя, как правило, не превышает глубины залегания поверхностных дефектов на трубах, связанных с условиями горячей прокатки, и составляет примерно не более 1 мм.[6]