Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ МЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 610×36, 53×3100-3300 мм ДЛЯ КОММУНИКАЦИЙ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ЗАВОДОВ С ПОВЫШЕННЫМИ ТРЕБОВАНИЯМИ ПО ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ РАЗМЕРАМ

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 610×36,53×3100-3300 мм из стали марки 15Х5М для коммуникаций нефтеперерабатывающих заводов с повышенными требованиями по геометрическим размерам, и может быть использовано при производстве передельных бесшовных горячедеформированных труб на трубопрокатной установке 8-16′′ ОАО "ЧТПЗ" с пилигримовыми станами с двойной прошивкой (прошивкой и раскаткой) в стане винтовой прокатки из заготовок размером 630×100×1630±50 мм.

ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами - единственная в России, на которой можно прокатывать трубы диаметром не более 550 мм в валках с калибром 562 мм и диаметром бочки 1045 мм. Для прокатки труб размером 610×36,53 мм необходим калибр диаметром 620-625 мм, который врезать в валки с идеальным диаметром 1070 мм не представляется возможным, т.к. они будут поломаны при прокатке первой трубы.

Известны способы прошивки слитков и заготовок в стане винтовой прокатки в гильзы с отношением D/S<13,5 для производства труб диаметром 530-550 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" из углеродистых и малолегированных марок стали, заключающиеся в том, что нагретые слитки и заготовки прошивают (деформируют) в прошивном стане в две прошивки (ТИ158-Тр.ТБ1-38-97 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб для паровых котлов и трубопроводов по ТУ14-3-460-75 и ТУ14-3-420-75", ТИ158-Тр.ТБ1-56-97 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали марки 20 для нефтеперерабатывающей промышленности по ТУ 14-3-587-77", ТИ158-Тр.ТБ 1-51-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали 15Х5М по ТУ 14-3Р-62-2002").

Недостатком данных способов является то, что двойная прошивка слитков и заготовок, при существующем составе оборудования, приводит к двойному нагреву, а следовательно, к повышенному расходу металла, снижению производительности пилигримовой установки и повышению стоимости их передела. Нагрев гильз под вторую прошивку (раскатку) приводит к неравномерному нагреву гильз из-за повышенной длины, кривизны и неравномерности их кантовки. Прошивка (раскатка) неравномерно нагретых гильз на оправках диаметром 425 мм и более с отношением D/S>6,0 приводит к неравномерному охлаждению их в прошивном стане и дополнительной кривизне, что в свою очередь приводит к повышенной разностенности труб на пилигримовом стане и, как следствие, к повышенному расходу металла при переделе заготовка-готовая труба. Другим недостатком является то, что при раскатке гильз в прошивной стан можно задать гильзу после первой прошивки не более 2350 мм, а выдать из прошивного стана гильзу диаметром не более 680 мм, а длиной не более 3700 мм. Допуск по диаметру труб по данным ТУ 14-3Р-62-2002 составляет +1,25/-1,0%, а по стенке +20/-5%. Поэтому трубы размеров 530×15 и 550×25 мм из малотехнологичной стали 15Х5М для коммуникаций нефтеперерабатывающих заводов с допуском по диаметру ±1,0%, а по стенке +15,07-5,0% на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами получить не представляется возможным.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 530-550 мм из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков ЭШП размером 610×1725±25 мм, механическую обработку - обточку слитков в заготовки диаметром 590±5,0 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев заготовок до температуры пластичности, в зависимости от марки стали и сплава, прошивку заготовок в гильзы-заготовки на оправке диаметром 260±10 мм с подъемом по диаметру не более 2,0% и длиной не более 2000 мм, повторный нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до температуры пластичности, прошивку-раскатку гильз-заготовок в гильзы на оправке диаметром 360±10 мм с подъемом или посадом по диаметру не более 5,0%, прокатку горячедеформированных передельных труб диаметром не более 450 мм с отношением D/S<10, при этом заготовки размером 590±5,0×100±5×1725±25 мм растачивают на размер 590±5,0×220±5,0×1725±25 мм, нагревают до температуры пластичности и прошивают в стане косой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×365×1950-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру δ=4,0-6,0%, гильзы-заготовки после повторного нагрева раскатывают в стане косой прокатки в гильзы размером 660×505-515×2950-3100 мм на оправке диаметром 490-500 мм с подъемом по диаметру δ=5,5-6,5%, которые прокатывают на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами в передельные трубы диаметром 530-550 мм с отношением D/S=13,5-15,0 с припуском по толщине стенки под механическую обработку - обточку и расточку. Приведены математические выражения для определения значений толщин снимаемых слоев металла при обточке и расточке (патент RU №2387501 С2, В21В 21/00, 27.04.2010).

Однако данный способ также имеет недостаток, а именно прокатка на ТПУ 8-16′′ передельных труб диаметром более 580 мм из слитков ЭШП размером 610×100×1240 мм не технологична. При прошивке не могут быть обеспечены подъемы по диаметру, необходимые для прокатки на пилигримовом стане труб с качественными поверхностью и геометрическими размерами.

Задачей предложенного способа производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 610×36,53×3100-3500 мм из стали 15Х5М для коммуникаций нефтеперерабатывающих заводов с повышенными требованиями по геометрическим размерам является разработка технологии производства передельных бесшовных горячедеформированных гильз-заготовок в стане винтовой прокатки трубопрокатной установки 8-16′′ с пилигримовыми станами для последующей механической обработки - обточки и расточки - их в товарные трубы, выбор размеров кованых заготовок, оптимального технологического процесса прокатки их в стане винтовой прокатки в передельные гильзы-заготовки максимальной длины и с наименьшей кривизной, снижение и разграничение припусков по толщине стенки при переработке передельных гильз в товарные механической обработкой трубы, правильного выбора припусков по стенке под механическую обработку передельных гильз, соотношений между припусками наружных и внутренних слоев, а следовательно, снижение расходного коэффициента металла и стоимости товарных труб из стали 15Х5М для коммуникаций нефтеперерабатывающих заводов. Бесшовные горячекатаные трубы данного размера не только в России, но и в мире на ТПА с пилигримовыми станами не производились.

Технический результат достигается тем, что осуществляют ковку слитков в поковки размером 650×1630±50 мм, обточку в заготовки размером 630×100×1630±50 мм, сверление сквозного центрального отверстия диаметром 100±5 мм заготовки, нагрев до температуры пластичности, прошивку в стане винтовой прокатки на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру 1,6-1,8% в гильзы размером 640×365вн.×2150-2280 мм с вытяжкой µ=1,35-1,40, охлаждение гильзы после прошивки на стеллажах склада заготовок до температуры окружающей среды с поворотом на угол 180° через 20-30 минут, ремонт, при необходимости, нагрев до температуры пластичности, прошивку-раскатку в стане винтовой прокатки на оправке диаметром 485 мм в передельные гильзы-заготовки размером 650×500вн.×3340-3540 мм с вытяжкой 1,55-1,56 и подъемом по диаметру не более 1,6%, охлаждение передельных гильз-заготовок на стеллажах склада заготовок до температуры окружающей среды с поворотом на угол 180° через 15-20 минут, термическую обработку - отпуск, отрезку утяжин с передних и задних концов, механическую обработку - расточку и обточку с чистотой поверхности Rz не более 40 мкм, отрезку колец для проведения механических испытаний, подрезку и торцовку концов, неразрушающий контроль, приемку с точностью по стенке +15,0/-5,0% и диаметру ±1,0%.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что осуществляют ковку слитков в поковки размером 650×1630±50 мм, обточку в заготовки размером 630×100×1630±50 мм, сверление сквозного центрального отверстия диаметром 100±5 мм заготовки, нагрев до температуры пластичности, прошивку в стане винтовой прокатки на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру 1,6-1,8% в гильзы размером 640×365вн.×2150-2280 мм с вытяжкой µ=1,35-1,40, охлаждение гильзы после прошивки на стеллажах склада заготовок до температуры окружающей среды с поворотом на угол 180° через 20-30 минут, ремонт, при необходимости, нагрев до температуры пластичности, прошивку-раскатку в стане винтовой прокатки на оправке диаметром 485 мм в передельные гильзы-заготовки размером 650×500вн.×3340-3540 мм с вытяжкой 1,55-1,56 и подъемом по диаметру не более 1,6%, охлаждение передельных гильз-заготовок на стеллажах склада заготовок до температуры окружающей среды с поворотом на угол 180° через 15-20 минут, термическую обработку - отпуск, отрезку утяжин с передних и задних концов, механическую обработку - расточку и обточку с чистотой поверхности Rz не более 40 мкм, отрезку колец для проведения механических испытаний, подрезку и торцовку концов, неразрушающий контроль, приемку с точностью по стенке +15,0/-5,0% и диаметру ±1,0%. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентоспособности "изобретательский уровень".

Способ производства передельных гильз-заготовок размером 650×599вн.×3340-3540 мм в соответствии с формулой изобретения опробован на трубопрокатной установке 8-16′′ с пилигримовыми станами, а механическая обработка - обточка и расточка их в товарные бесшовные горячедеформированные механически обработанные трубы размером 610×36,53×3100-3300 мм для коммуникаций нефтеперерабатывающих заводов с повышенными требованиями по геометрическим размерам в соответствии с ТУ 14-3Р-62-2002, произведена на участке обработки поковок и труб специального назначения ОАО "ЧТПЗ". Для прокатки передельных гильз-заготовок были использованы поковки стали марки 15Х5М размером 650×1630±50 мм поставки ОАО "Мечел". Поковки были обточены на диаметр 630 мм, а затем просверлены на диаметр 100±5,0 мм на ОАО "ЧТПЗ".

Данные по производству опытно-промышленной партии бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 610×36,53×3200-3500 мм по ТУ 14-3Р-62-2002 из стали марки 15Х5М для коммуникаций нефтеперерабатывающих заводов по предлагаемой технологии приведены в таблице. В таблице отсутствуют сравнительные данные, т.к. трубы данного размера не только на ТПУ 8-16′′, но и в мире данным способом не производились и не производятся. Из таблицы видно, что в производство было задано 6 заготовок: две заготовки размером 630×100×1680 мм, одна размером 630×100×1630, одна размером 630×100×1580, одна размером 630×100×1600 мм и одна заготовка размером 630×100×1650 мм. Заготовки были нагреты в методической печи до температуры пластичности, а именно до температуры 1285-1295°С, и прошиты на оправке диаметром 350 мм в стане винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 640×340вн.×2150-2280 мм с подъемом по диаметру 1,59%, которые охлаждались на стеллажах склада заготовок до температуры окружающей среды с поворотом на угол 180° через 20-30 минут. Гильзы-заготовки с холодного посада были нагреты в методической печи до температуры 1280-1290°С и прошиты-раскатаны на оправке диаметром 485 мм в передельные гильзы-заготовки размером 650×500вн.×3350-3540 мм с подъемом по диаметру 1,56%, которые для снижения их кривизны охлаждали на стеллажах склада заготовок до температуры окружающей среды с поворотом на угол 180° через 15-20 минут. Передельные гильзы-заготовки размером 650×500вн.×3280-3700 мм после охлаждения были осмотрены. Дефекты на передельных гильзах-заготовках отсутствовали. На передних концах передельных гильз-заготовок, соответствующих донным концам заготовок, величина утяжки составила от 140 до 150 мм, а на задних (усадочных) от 90 до 100 мм, которая была удалена на станке механическим способом (отрезана). После осмотра и приемки передельные гильзы-заготовки были термообработаны. После термической обработки передельные гильзы-заготовки были переданы на участок по обработке слитков, заготовок и труб спецназначения, где они были обточены и расточены в товарные трубы размером 610±3,5×36,53±3,75×3100-3300 мм. От труб с концевых участков были отобраны темплеты и переданы в испытательный центр для проведения контрольных испытаний. Испытания показали, что металл труб по всем параметрам соответствует требованиям ТУ 14-3Р-62-2002. Трубы прошли УЗК в соответствии с требованиями ТУ 14-3Р-62-2002. При УЗК дефектов на трубах обнаружено не было. Затем трубы были отторцованы, приняты ОТК в соответствии с ТУ и отправлены заказчику.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволило освоить на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами производство качественных бесшовных горячедеформированных передельных гильз-заготовок размером 650×500вн.×3350-3540 мм из заготовок стали марки 15Х5М размером 630×100×1630±50 мм, которые были расточены и обточены на размер 610×36,53×3100-3300 мм, сданы в полном соответствии с требованиями ТУ 14-3Р-62-2002 по механическим свойствам, с повышенными геометрическими размерами, качеством наружной и внутренней поверхностей. Использование технических решений, приведенных в формуле изобретения, позволило впервые в мировой практике произвести трубы данного сортамента на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". Расходный коэффициент металла по данной партии труб составил от 2,352 до 2,370 в зависимости от размеров заготовок. Трубы по механическим свойствам отвечают требованиям ТУ 14-3Р-62-2002, а по геометрическим размерам и качеству поверхности значительно превосходят.