Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ МЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 630×16 мм ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ ИЗ СТАЛИ МАРКИ 08Х18Н10Т ДЛЯ ОБЪЕКТОВ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Изобретение относится к трубопрокатному и металлургическому производствам, а именно к способу производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм повышенной точности из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики, и способу отливки полых слитков на установках электрошлакового переплава, механической обработки - расточки и обточки их в слитки-заготовки и может быть использовано при производстве слитков способом электрошлакового переплава, механической обработки - расточки и обточки их в слитки-заготовки, нагрева слитков-заготовок в методических печах до температуры пластичности, прокатки слитков-заготовок на пилигримовом стане в передельные трубы размером 650×36×6200-6500 мм для последующего передела механической обработкой - расточкой и обточкой в товарные трубы размером 630×16×6200-6500 мм с допуском по диаметру ±0,8% и стенке ±10,0%.

В трубной промышленности известен 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 слитки-заготовки размером 590±5,0×1725 мм, сверление в заготовках - заготовках центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, расточку слитков-заготовок на размер 590±5,0×вн.220±5,0×1750±25 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×вн.65×1950-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру δ=4,0-6,0%, нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до температуры пластичности, прошивку - раскатку 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, определение значений толщин снимаемых слоев металла при обточке и расточке 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 №2387501, опубликовано 27.07.2010 г., бюл. №12).

Недостатком данного способа является то, что он решает общие вопросы производства передельных бесшовных горячедеформированных труб из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов с отношением D/S=13,5-15,0 для последующей механической обработки - расточки и обточки их в товарные трубы диаметром 530-550 мм с толщиной стенки более 20 мм, длиной не более 4700 мм и не решает технологические вопросы производства предельных и механически обработанных труб размером 630×16 мм из стали марки 08Х18Н10Т повышенной точности по диаметру и стенке для объектов атомной энергетики.

В мировой практике на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами трубы размером 630×16 мм повышенной точности из стали марки 08Х18Н10Т не производились и не производятся.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 273-750 мм из углеродистой стали 20 и легированных сталей марок 15ГС, 15ГС-Ш, 16ГС, 16ГС-Ш, 12Х1МФ и 15X1 М1Ф для изготовления деталей и элементов трубопроводов ТЭС и АЭС методом трепанации цилиндрических поковок с последующей расточкой и обточкой на заданный размер с чистотой не ниже R_z 40 мкм (ТУ 1310-030-00212179-2007 «Трубы бесшовные горячедеформированные механически обработанные из углеродистой и легированных марок стали для трубопроводов ТЭС и АЭС»).

Недостатками данного способа являются большой расходный коэффициент металла (≈ от 5,0 и более), значение которого увеличивается с уменьшением толщины стенки товарных труб и увеличением диаметра, повышенная трудоемкость и энергоемкость, связанная с нагревом и ковкой слитков массой более 10 т в цилиндрические поковки длиной до 5,0 м, обрубкой концевой обрези, торцовкой и обточкой поковок на заданный наружный диаметр, трепанацией поковок-заготовок на уникальном оборудовании с последующей расточкой с чистотой поверхности не ниже R_z 40 мкм и, как следствие, повышенная стоимость котельных труб.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ производства бесшовных горячедеформированных длинномерных труб диаметром 500 мм и более на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара (Патент RU №2322315, кл. B21B 19/04, 27.11.2007 г.), включающий отливку полых слитков электрошлаковым переплавом с отношением диаметра к толщине стенки D/S=K₁, H=K₂D и H₁=K₃D, где D=680 - наружный диаметр полого слитка электрошлакового переплава, мм; S - толщина стенки полого слитка электрошлакового переплава, мм; K₁=(4,8-9,2) - коэффициент, большие значения которого принимают для полых слитков с меньшей толщиной стенки; H=(3000-3500) - высота полого слитка электрошлакового переплава для прокатки труб с отношением D/S≤20, мм; K₂=(4,4-5,2) - значения коэффициентов для прокатки труб с отношением D/S≤20; H₁=(2000-2100) - высота полого слитка электрошлакового переплава для прокатки труб с отношением D/S≤20, мм; K₃=(2,9-3,1) - значения коэффициентов для прокатки труб с отношением D/S≥20, мм, полые слитки электрошлакового переплава для прокатки котельных труб с отношением D/S≥20, отливают с внутренним диаметром D_вн.=D_д±5,0, где D_д - диаметр дорна, мм, слитки электрошлакового переплава для прокатки котельных труб обтачивают и растачивают в полые слитки-заготовки со съемом металла толщиной 8±2,0 мм для удаления сварочного шлака и дефектов литейного происхождения, полые слитки-заготовки электрошлакового переплава нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовом стане в трубы с отношением D/S≥20 с допуском по диаметру ±1,0% и толщине стенки +15,0/-10,0%, полые слитки электрошлакового переплава для прокатки котельных труб с отношением D/S≤20 отливают с внутренним диаметром 300±10 мм, которые обтачивают и растачивают в полые слитки-заготовки со съемом металла толщиной 8±2,0 мм для удаления сварочного шлака и дефектов литейного происхождения, полые слитки-заготовки электрошлакового переплава нагревают до температуры пластичности, прошивают - раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы на оправке диаметром больше диаметра дорна на 15-20 мм и прокатывают на пилигримовом стане в трубы с отношением D/S≤20 с допуском по диаметру ±1,0% и толщине стенки +15,0/-10,0%.

Одним из основных недостатков данного способа является то, что он направлен на производство котельных труб и не решает технологические вопросы производства труб размером 630×16 мм из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики.

Недостатками данного способа являются: размеры полых слитков ЭШП, что затрудняет определение геометрических размеров полых слитков-заготовок для прокатки труб требуемого размера; внутренние диаметры полых слитков-заготовок с учетом съема металла при расточке по 8 мм на сторону имеют заниженные результаты, что при прокатке толстостенных труб приводит к затяжкам дорнов; прокатка труб с толщиной стенки более 30 мм связана с дополнительной прошивкой - раскаткой полых слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки, что с большой вероятность может привести к повышенной кривизне и разностенности гильз, при неравномерном нагреве слитков-заготовок в методических печах, а следовательно, к разностенности труб.

Задачей предложенного способа является разработка и внедрение технологического процесса производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм повышенной точности по диаметру и толщине стенки из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики, снижение расхода металла при их производстве, а следовательно, снижение их стоимости.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм повышенной точности из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики, включающем отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 740×вн.490×2650±50 мм, расточку и обточку слитков в слитки-заготовки размером 720×вн.510×2650±50 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры 1260-1270°С, выдачу их на слитковую тележку, продувку сжатым воздухом или инертным газом и смазку слитков-заготовок внутри с двух концов смесью графита с поваренной солью 50/50 массой 1500-2000 г, подачу полых слитков-заготовок краном на входную сторону пилигримового стана, прокатку их на пилигримовом стане в калибре 660 мм, выполненного в валках с диаметром бочки 1150 мм, в передельные трубы размером 650×36×6200-6500 мм на конусных дорнах диаметром 581/587 мм с коэффициентом полировки K_n=6,0-6,5, коэффициентом вытяжки µ_n=2,86 и обжатием по диаметру Δ=9,7%, расточку и обточку передельных труб в товарные бесшовные горячедеформированные трубы размером 630×16×6200-6500 мм с допуском по диаметру ±0,8% и стенке ±10%.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм повышенной точности из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики отличается от известного тем, что слитки электрошлаковым переплавом отливают полыми размером 740×вн.490×2650±50 мм, растачивают и обтачивают в слитки-заготовки размером 720×вн.510×2650±50 мм, слитки-заготовки нагревают до температуры 1260-1270°C, выдают их на слитковую тележку, продувают сжатым воздухом или инертным газом, слитки-заготовки смазывают с двух концов смесью графита с поваренной солью 50/50 массой 1500-2000 г, полые слитки-заготовки краном подают на входную сторону пилигримового стана и прокатывают на пилигримовом стане в калибре 660 мм, выполненного в валках с диаметром бочки 1150 мм, в передельные трубы размером 650×36×6200-6500 мм на конусных дорнах диаметром 581/587 мм с коэффициентом полировки K_n=6,0-6,5, коэффициентом вытяжки µ_n=2,86 и обжатием по диаметру Δ=9,7%, передельные трубы растачивают и обтачивают в товарные бесшовные горячедеформированные трубы размером 630×16×6200-6500 мм с допуском по диаметру ±0,8% и стенке ±10%. Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм повышенной точности из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики по существующей технологии был осуществлен методом трепанации цилиндрических поковок с последующей расточкой и обточкой их на заданный размер с чистотой не ниже R_z 40 мкм на ЗАО «ЭНЕГРОМАШ - Белгород». В производство были заданы 3 слитка ЭШП размером 720×3500 мм общей массой 33,558 т, которые были нагреты до температуры 1260-1280°C и перекованы в цилиндрические поковки размером 650×4000 мм общей массой 31,240 т. Концы поковок были сторцованы, а затем обточены в заготовки размером 630×4000 мм. После обточки из заготовок методом трепанации были изготовлены 3 бесшовные горячедеформированные механически обработанные трубы размером 630×16×4000 мм с чистотой не ниже R_z 40 мкм и были приняты как товарные трубы в соответствии с ТУ 1310-030-00212179-2007. Масса принятых товарных труб составила 2,924 т. Суммарный расходный коэффициент металла от слитков ЭШП до труб размером 630×16×4000 мм составил 11,477.

Для прокатки труб данного размера по предлагаемой технологии в производство были заданы три полых слитка ЭШП размером 740×вн.490×2650 мм массой 15,16 т, которые были расточены и обточены на ОАО «ЗМЗ» в слитки-заготовки размером 720×вн.510×2650 мм. На ОАО «ЧТПЗ» слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры 1260-1270°C. При выдаче на слитковую тележку слитки-заготовки продувались сжатым воздухом, внутрь слитков-заготовок задавали смазку в виде смеси графита с поваренной солью 50/50 массой 1500-2000 г. Затем слитки-заготовки краном подавались на входную сторону пилигримового стана. Полые слитки-заготовки прокатывали на пилигримовом стане в калибре 660 мм, выполненного в валках с диаметром бочки 1150 мм, в передельные трубы размером 650×36×6380 мм на конусных дорнах диаметром 581/587 мм с коэффициентом полировки K_n=6,0-6,5, коэффициентом вытяжки µ_n=2,86 и обжатием по диаметру Δ=9,7%. Передельные трубы были расточены и обточены в товарные бесшовные горячедеформированные трубы размером 630×16×6380 мм с допуском по диаметру ±0,8% и стенке ±10%. Принято 19,14 м труб размером 630×16 мм с допуском по диаметру ±0,8% и толщине стенки ±10%, общей массой 4,665 тн. Суммарный расходный коэффициент металла от слитков ЭШП размером 740×вн.490×2650 мм до товарных труб размером 630×16×6380 мм по предлагаемой технологии составил 2,890.

Данные по производству бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 видно, что при производстве способом трепанации цилиндрических поковок с последующей расточкой и обточкой их на заданный размер с чистотой не ниже R_z 40 мкм получено 12 метров (2,924 тн) труб размером 630×16 мм. Суммарный расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 11,477. По предлагаемой технологии суммарный расходный коэффициент металла составил 2,890.

Таким образом, использование предложенного способа производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 630×16 мм повышенной точности для объектов атомной энергетики из полых слитков ЭШП размером 740×вн.490×2650±50 мм позволит снизить энергозатраты за счет исключения многократного нагрева слитков массой более 10 т под ковку и ковку слитков, исключить затраты на обточку, трепанацию и расточку горячедеформированных механически обработанных труб, снизить расходный коэффициент металла более чем в 3,9 раза при переделе полый слиток ЭШП размером 7400×вн.490×2650±50 мм - товарная труба размером 630×16×6200-6500 мм, а следовательно, снизить их стоимость.