Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 550×25 мм НА ТРУБОПРОКАТНОЙ УСТАНОВКЕ 8-16" С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ

Изобретение относится к способу производства бесшовных горячекатаных труб размером 550×25 мм с повышенной точностью по стенке и может быть использовано на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ» при производстве товарных труб в валках с диаметром бочки 1150 мм из слитков-заготовок электрошлакового переплава.

В практике трубопрокатного производства известен способ изготовления котельных труб на пилигримовой установке 8-16" диаметром 325, 351, 377, 426 и 465 мм из кованых заготовок сталей марок 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБЮ, 12Х11 В2МФ, 08Х16Н9М2. 12Х18Н12Т и 10Х13Г12ПС2Н2Д2 с заданными требованиями по механическим свойствам, включающий отливку слитков, ковку их в поковки (уплотнение структуры) с уковом ≥2,5, механическую обработку поковок в заготовки (обточку со съемом металла 10-15 мм на сторону), сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм для удаления центральной ликвационной пористости и неметаллических включений, нагрев заготовок до температуры пластичности, прошивку заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз в трубы диаметром 325 и 351 мм в валках с диаметром бочки 1025 мм, а труб диаметром 377, 426, 465, 530 и 550 мм в валках с диаметром бочки 1045 мм с допуском по диаметру +1,25/-1,0 и толщине стенки +20/-5% (ТУ 14-3Р-55-2001 «Трубы стальные бесшовные для паровых котлов и трубопроводов» и ТУ 14-3-420-75 «Трубы для паровых котлов и трубопроводов из стали 15ГС и 15Х1М1Ф»). Трубопрокатная установка 8-16″ с пилигримовыми станами единственная в России, на которой в данный момент производят трубы диаметром до 550 мм из гильз диаметром до 680 мм, т.е. с обжатием по диаметру в горячем состоянии от 125 до 145 мм. В существующую клеть пилигримового стана 8-16″ можно задать гильзу диаметром до 720 мм и длиной не более 3500 мм, а на прошивном стане прошить гильзу диаметром не более 690 мм. Поэтому для производства бесшовных горячекатаных труб диаметром 550 мм с толщиной стенки 25 мм необходимы гильзы размером 670-690×вн.530×3200-3300 или полые слитки-заготовки ЭШП размером 680-700×вн.520×3000-3300 мм.

Недостатком указанного способа является повышенная поперечная и продольная разностенность (бугристость) при прокатке труб размером 550×25 мм в валках диаметром 1045 мм.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных передельных горячедеформированных толстостенных труб размером 530×70×4000 мм из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2, предназначенных для последующей механической обработки, включающий отливку центробежно-литых заготовок размером 650×вн.410×2500 мм, нагрев их до температуры пластичности и прокатку на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ» в валках с диаметром бочки 1045 мм в калибре 538 мм на конусных дорнах диаметром 383/391 мм (ТУ 14-3-1564-88 «Трубы бесшовные горячедеформированные толстостенные из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н1612», ТИ 158-Тр.ТБ1-87-2004 «Изготовление труб из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н1612 по ТУ 14-3-1564-88»).

Недостатком данного способа является прокатка передельных труб диаметром 530 мм под механическую обработку, т.к. товарные трубы диаметром 530 мм для ответственного назначения с заданными геометрическими параметрами в валках с диаметром бочки 1045 мм с врезанным в них калибром диаметром 538 мм из данной марки стали прокатать не представляется возможным.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячедеформированных труб размером 530×16,530×25 и 550×25 мм из стали марки 15Х5М, предназначенных для коммуникаций нефтеперерабатывающих заводов, включающий механическую обработку поковок размером 670×1270 мм в заготовки размером 650×1270 мм, сверление центрального отверстия в заготовках размером 100±5 мм, нагрев заготовок размером 650×100×1270 мм до температуры пластичности, прошивку заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 325 мм в гильзы-заготовки размером 660×вн.340×1590 мм, нагрев гильз-заготовок с холодного посада до температуры пластичности, прошивку - раскатку гильз-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправках диаметром 490 и 500 мм в гильзы размером 670×вн.506×2550 и 670×вн.515×2680 мм, прокатку гильз на ТПУ 8-16″ в передельные трубы, соответственно, 550×32×6000, 550×42×4900 и 570×42×4700 мм, механическую обработку, расточку и обточку на размер, соответственно, 530×16×6000. 530×25×4900 и 550×25×4700 мм и приемку труб по ТУ 14-3Р-62-2002 (ТУ 14-3Р-62-2002 «Трубы стальные бесшовные из стали 15Х5М для нефтеперерабатывающей промышленности», ТИ 158-Тр.ТБ1-51-2007 «Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из стали марки 15Х5М по ТУ 14-3Р-62-2007» и ТЗ №11122 от 27.10.2010 г. на прокатку на ТПУ 8-16″ передельных труб размером 550×32, 550×42 и 570×42 мм для последующей механической обработки их в товарные размером 530×16, 530×25 и 550×25 мм по ТУ 14-3Р-62-2007).

Недостатками данного способа производства товарных труб по ТУ 14-3Р-62-2007 являются: операция по расточке и обточке передельных труб в товарные и повышенный расход металла, который составил при прокатке труб размером 530×16 мм - 2,890, а труб размером 530×25 и 550×25 мм, соответственно, 2,304 и 2,312.

В трубном производстве известен также способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 530×15 и 550×25 мм из стали марки 20 для трубопроводов судовых систем из передельных горячедеформированных труб размером 550×33 и 570×43 мм, прокатанных на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из заготовок размером 650×100×1240-1400 мм, включающий обточку поковок размером 680×1240-1400 мм в заготовки, сквозное сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев заготовок до температуры пластичности, прошивку заготовок в гильзы-заготовки в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 375 мм с вытяжкой µ=1,41 и подъемом по диаметру 1,5-1,6%, нагрев гильз-заготовок до температуры пластичности с холодного или горячего посада, прошивку - раскатку гильз-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки размер в размер по наружному диаметру на оправке диаметром 500 мм с вытяжкой µ=1,61, прокатку передельных труб на пилигримовом стане размером 550×33×6000-6200 мм в калибре 562 мм, передельных труб размером 570×43×5000-5200 мм в калибре 584 мм, механическую обработку - расточку и обточку передельных горячедеформированных труб в товарные размером, соответственно, 530×15×6000-6200 и 550×25×5000-5200 мм с допуском по диаметру ±3,0 мм и по стенке +2,5/-1,0 мм с удалением с наружной поверхности труб по 10 мм, а с внутренней по 8 мм (ТУ 14-3Р-53-2001 « Трубы стальные бесшовные механически обработанные для паропроводов». ТИ 158-Тр.ТБ1-5-99 «Изготовление бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб из стали марки 20 по ТУ 14-3Р-53-2001»).

Данный способ имеет те же недостатки, что и выше приведенные. Прокатка передельных труб размером 550×33 мм из заготовок 650×100×1240 мм не технологична. Короткие заготовки сложно кантовать по подине печи, сложно транспортировать по передаточным рольгангам и задавать в стан поперечно-винтовой прокатки.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 530-550 мм из коррозионностойких 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 слитки-заготовки диаметром 590±5,0 мм, сверление в слитках-заготовках центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, расточку слитков-заготовок на размер 590±5,0×220±5.0×1725±25 мм, нагрев до температуры пластичности в зависимости от марки стали и сплава, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×365×1950-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру δ=4,0-6,0%, нагрев гильз-заготовок до температуры пластичности, прошивку - раскатку гильз-заготовок в стане поперечно-винтовой 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%, прокатку гильз 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 - расточку и обточку, а значения толщин снимаемых слоев металла при расточке и обточке определяют из выражений: Δ=D/S×K, Δ₁=D/S×K₁, где Δ - толщина снимаемого слоя металла при обточке горячекатаных труб по наружной поверхности, мм; Δ₁ - толщина снимаемого слоя металла при расточке горячекатаных труб по внутренней поверхности, мм; D - наружный диаметр горячекатаных труб, мм; S - толщина стенки горячекатаных труб, мм; K=0,5-0,7 - коэффициент для определения толщины снимаемого слоя металла при обточке труб, большие значения которого относятся к трубам с более толстыми стенками: K₁=0,4-0,5 - коэффициент для определения толщины снимаемого слоя металла при расточке труб, большие значения которого относятся к трубам с более толстыми стенками (Патент РФ №2387501, кл. B21B 21/00, 27.04.2010 г., бюл. №12).

Недостатком данного способа, также как и приведенных выше аналогов, является то, что он направлен на прокатку передельных труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов с отношением D/S=13,5-15,0 с припуском по толщине стенки под механическую обработку - расточку и обточку их в товарные трубы размером 550×25 мм и не решает технологические вопросы прокатки труб данного размера на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами из углеродистых и малолегированных марок стали с относительно тонкими стенками без механической обработки, что приводит к повышенному расходу металла и повышению стоимости конечной продукции, а именно труб размером 550×25 мм.

Задачей предложенного способа является освоение производства товарных труб размером 550×25 мм на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами без механической обработки в валков с диаметром бочки 1150 мм, выбор размеров слитков-заготовок ЭШП, оптимального технологического процесса прошивки, прошивки - раскатки в стане поперечно-винтовой прокатки и прокатки их в товарные трубы на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами по ГОСТ или ТУ, исключение операции расточки слитков-заготовок, расточки и обточки передельных труб в товарные, снижение расходного коэффициента металла, а следовательно, и стоимости товарных труб.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячекатаных труб размером 550×25 мм на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами, включающем нагрев заготовок до температуры пластичности, прошивку заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм в гильзы-заготовки размером 620×вн.315×1960-2010 мм, нагрев гильз-заготовок с холодного посада до температуры пластичности, прошивку - раскатку на оправке диаметром 515 мм в гильзы размером 670×вн.530×3230-3300 мм и прокатку на пилигримовом стане в товарные трубы размером 550×25×7800-8050 мм, при этом прокатку товарных труб производят в валках с диаметром бочки 1150 мм, центральным углом бойка 90°, центральным углом полирующего участка 40° и углом продольного выпуска 40°, причем скорость вращения валков устанавливают равной 30 об/мин, среднюю величину отката подающего аппарата - 1180 мм, а среднюю подачу гильз в очаг деформации - 18,5 мм.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый способ производства бесшовных горячекатаных труб размером 550×25 мм на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами отличается тем, прокатку товарных труб производят в валках с диаметром бочки 1150 мм, центральным углом бойка 90°, центральным углом полирующего участка 40° и углом продольного выпуска 40°, причем скорость вращения валков устанавливают равной 30 об/мин. среднюю величину отката подающего аппарата - 1180 мм, а среднюю подачу гильз в очаг деформации - 18,5 мм. Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии 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 был опробован при прокатке труб размером 550×25 мм из стали марки 15Х5М для нефтеперерабатывающей промышленности по ТУ 14-3Р-62-2002. Данные по прокатке труб размером 550×25 мм по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице 1.

По существующей технологии в производство было задано 5 слитков ЭШП размером 610×1725±25 мм, общей массой 19,844 тонны. Слитки ЭШП были обточены в слитки-заготовки размером 590×1725±25 мм. В слитках-заготовках были просверлены сквозные центральные отверстия диаметром 100±5 мм, а затем слитки-заготовки были расточены на размер 590×вн.220×1725±25 мм. Слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры пластичности, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×вн.365×1920-1980 мм на оправке диаметром 350 мм с коэффициентом вытяжки µ=1,13 и подъемом по диаметру δ=5,09%. Гильзы-заготовки с холодного посада были нагреты до температуры пластичности, прошиты - раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 660×вн.515×2750-2830 мм на оправке диаметром 500 мм с вытяжкой µ=1,43 и подъемом по диаметру δ=6.45%. Прокатку гильз на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами производили в валках с диаметром бочки 1045 мм в калибре 584 мм в передельные трубы размером 570×45 мм с вытяжкой µ=1,8, обжатием по диаметру Δ=13,6%, подачами гильз в очаг деформации µ≤35 мм. Передельные трубы были расточены и обточены в товарные размером 550×25 мм. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-62-2002 пять труб размером 550×25×3100-3300 мм, общей массой 5,178 тонн. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 3.834. Средняя длина труб на сдаче составила 3.2 м.

Одновременно по предлагаемой технологии в производство было задано 5 слитков ЭШП размером 610×100×1725±25 мм общей массой 19,902 тонны. Слитки были обточены в слитки-заготовки размером 590×1725±25 мм. В слитках-заготовках были просверлены центральные отверстия диаметром 100±5 мм. Слитки-заготовки ЭШП размером 590×100×1725±25 мм были нагреты в методической печи до температуры пластичности и прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×вн.315×1960-2010 мм на оправке диаметром 300 мм с коэффициентом вытяжки µ=1,15 и подъемом по диаметру δ=5,09%. Гильзы-заготовки с холодного посада нагреты до температуры пластичности, прошиты - раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 670×вн.530×3230-3300 мм на оправке диаметром 515 мм с вытяжкой µ=1,65 и подъемом но диаметру δ=8,07%. Гильзы прокатаны на пилигримовом стане в товарные трубы размером 550×25×7300-7800 мм в валках с диаметром бочки 1150 мм в калибре 562 мм, с подачами гильз в очаг деформации m=16-20 мм, вытяжкой µ=3,2, обжатием по диаметру Δ=17,9%. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-62-2002 - 12,290 тонн труб. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,619. Средняя длина труб на сдаче составила 7,6 м.

Таким образом, использование предлагаемого способа производства бесшовных горячекатаных труб размером 550x25 мм на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами позволит увеличить длину товарных труб, значительно снизить расходного коэффициента металла, исключить операцию по расточке слитков-заготовок, расточке и обточке передельных труб в товарные.