Фролов Ярослав Викторович
Холодная и теплая пильгерная прокатка труб
В соответствии со стандартами и техническими условиями холоднодеформированные трубы производятся из широкого спектра материалов, каждый из которых имеет собственный набор механических свойств, которые по-разному изменяются в процессе деформации. С другой стороны, возможности холодной пильгерной прокатки позволяют прокатывать трубы в широком диапазоне степеней деформации, что обусловлено особенностями технологии на конкретном производстве. Критерий оценки изменения механических свойств при холодной пильгерной прокатке является важнейшим элементом расчета режима деформации при холодной пильгерной прокатке, поэтому должен сохранять работоспособность во всем диапазоне марок материала и степеней деформации. Таким образом, возможно, сформулировать основные требования к показателю изменения механических свойств при холодной пильгерной прокатке:
• работоспособность в условиях значительной разницы степеней деформации;
• определенные границы изменения;
• наличие репрезентативного количества результатов экспериментов;
способность описывать поведение металла в очаге деформации и механические свойства труб.
Основой выбора показателя изменения механических свойств для холодной пильгерной прокатки, является способность удовлетворить все приведенные выше требования. В процессе анализа известных показателей изменения механических свойств было установлено, что показатели, базирующиеся на феноменологической теории разрушения, на сегодняшний день не имеют репрезентативного количества результатов экспериментов, кроме того не подтверждена их работоспособность в широком диапазоне степеней деформации - аддитивность. Это связано с тем, что для условий холодной прокатки труб отсутствует однозначная комбинация испытаний при простых схемах нагружения образцов на растяжение, сжатие, кручение в условиях различного гидростатического давления, при которой будет решена задача выбора ориентации оси образцов относительно материальных волокон и определения степени деформации сдвига после предварительной деформации.
Показатели изменения механических свойств, основанные на испытаниях на разрывных машинах, несмотря на многочисленную критику в литературе в значительной степени отвечают требованиям, изложенным выше. Они обладают значительным преимуществом – большим количеством результатов экспериментов, которые позволяют количественно оценить погрешность вычислений и прогнозов.
Спрейерное охлаждение
Интегрированные процессы обработки металлов, которые включают в себя деформацию в температурном интервале рекристаллизации или, например, для сталей, аустенитного состояния и незамедлительно следующую за деформацией термическую обработку, которая в основном заключается в охлаждении изделия с заданной скоростью. Такие процессы широко известны. Особенностью этих процессов является возможность достижения высоких степеней деформации при обработке давлением, что связано с хорошими пластическими свойствами металла в указанном интервале температур и малым сопротивлением деформации. Что же касается последующей термической обработки, то здесь важным является использование тепла, оставшегося в металле после его выхода из зоны деформации. Управление скоростью охлаждения металла, выходящего из зоны деформации «с прокатного нагрева» до комнатной температуры для сплавов, содержащих соответствующие легирующие добавки, позволяет изменять свойства деформированных изделий. Такое изменение происходит из-за формирования различных структур в металле. Наиболее часто это связано с тем, что при высоких скоростях охлаждения выделяются фазы, вызывающие искажения и дополнительные напряжения в кристаллической решетке. Это, в свою очередь, приводит к увеличению прочности металла. Однако упрочняющее внутреннее напряжение повышает опасность разрушения изделия. Обычно эти напряжения, помимо собственно изменения механических свойств металла, проявляют себя следующим образом: обеспечивают значительный уровень остаточных напряжений при измерении рентгеновским способом, приводят к самопроизвольной деформации изделия или образца, снижают показатели длительной и (или) усталостной прочности. Снижение скорости охлаждения приводит к уменьшению внутренних напряжений, но также снижает и прочностные показатели изделия. Сочетание в одном интегрированном процессе высокой и низкой скорости охлаждения позволяет реализовать схему «закалка – отпуск», которая позволяет получить высокую прочность и низкий уровень остаточных напряжений. Обеспечить такое сочетание скоростей охлаждения позволяет охлаждение поверхности металла с помощью водовоздушного спрейера. Водовоздушный спрейер обладает рядом преимуществ, которые позволяют говорить о перспективности его использования в интегрированных процессах. Помимо широких возможностей регулировки скорости охлаждения, о которой пойдет речь ниже, такой спрейер отличается экологичностью и низкой энерго- и ресурсоёмкостью, а также относительной простотой его инсталляции в технологический процесс. В Институте материаловедения ганноверского университета (ФРГ) на протяжении 2000-2011 годов разрабатывался проект SFB 489 «Prozesskette zur herstellung präzisionsgeschmiedeter hochleistungsbauteile», направленный на создание эффективной технологии производства деталей для машиностроения на основе интеграции прецизионной ковки и спрейерного охлаждении. При выполнении частей этого проекта, связанных со спрейерным охлаждением, авторы столкнулись с недостаточным количеством теоретических данных поведении изделий с различными геометрическими характеристиками в условиях спрейерного охлаждения. Недостаток такой информации привел к необходимости получения эмпирических зависимостей с достаточно узким диапазоном работоспособности. Также в процессе работы над проектом было установлено, что на скорость снижения температуры, как на охлаждаемой поверхности, так и в глубинных слоях металла оказывают совместное влияние такие факторы как: геометрические характеристики детали, удельный расход воды и воздуха, а также конструктивные характеристики оборудования.
Client oriented quality
Относительно длительный срок эксплуатации металлопродукции в сравнении с развитием металлургических технологий не даёт потребителю возможности накопить репрезентативную базу данных о влиянии регламентированных стандартом и(или) контрактом требований к качеству продукции на эффективность работы изделий.
Возможные недостатки, обусловленные металлургической технологией, компенсируются применением в расчетах изделий запаса прочности. Этот запас позволяет снизить вероятность аварии и уменьшить ответственность производителя.
Задачей программы «Client oriented quality» является снабжение покупателя объективной информацией о влиянии элементов металлургической технологии на удовлетворение требований клиента к качеству продукции и оптимизация затрат на продукцию.
Приведенные ниже материалы базируются на собственном опыте и иллюстрируют влияние основных элементов металлургической технологии на качество металла, а также на вероятность появления и обнаружения дефектов.
Статья в формате PDF (русский вариант - 3 Mb)
Client oriented quality
The relatively long lifetime of metals in comparison with the development of metallurgical technology does not give consumers the opportunity to accumulate a representative database on the impact of the regulated by standards and (or) contract quality requirements on the performance of products.
Possible disadvantages caused by metallurgical technology, offset by the use of the assurance factor in product design. It can reduce the probability of accidents and reduce product liability.
Aim of the program «Client oriented quality» is to supply the buyer objective information on the impact of metallurgical technologies to meet customer requirements for product quality and cost optimization.
The following material is based on the authors own experience and illustrate the impact of the major elements of metallurgical technology on the quality of the metal, as well as on the probability of occurrence and detection of defects.