Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 426×15-30 мм ДЛЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ, ПАРОПРОВОДОВ И КОЛЛЕКТОРОВ УСТАНОВОК С ВЫСОКИМИ И СВЕРХКРИТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ПАРА ИЗ СТАЛИ МАРКИ 10Х9МФБ-Ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных труб размером 426×15-30 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш, и может быть использовано на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами и стане ХПТ 450 при производстве труб размером 426×15-30 мм.

В практике трубопрокатного производства существует способ изготовления котельных труб большого и среднего диаметров из кованых заготовок сталей марок 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2 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 245-550 мм на пилигримовой установке 8-16″ с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и толщине стенки +25/-5% (ТУ 14-1-2560-78 «Заготовка трубная кованая для котельных труб», ТУ 14-3-460-2003 и 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 15X1 М1Ф»).

Недостатком указанного способа является высокая энергоемкость процесса, связанная с нагревом и деформацией (ковкой) слитков в поковки с последующей обточкой и сверлением центрального отверстия, нагревом заготовок до температуры пластичности, прошивкой и прокаткой их в трубы на пилигримовых станах с допуском по стенке +20/-5%, повышенный расходный коэффициент металла при переделе слиток - поковка - заготовка - труба и, как следствие, высокая стоимость труб, а также то, что данная марка стали, хотя и включена в ТУ 14-3Р-55-2001, но трубы из нее до настоящего времени не производились.

В трубном производстве известен способ изготовления газлифтных труб большого диаметра из слитков стали 09Г2С выплавки ЭШП и ВДП (Патент RU №2119395, кл. В21В 19/04), где деформацию слитков в прошивном стане ведут вдоль расположения кристаллов, задавая слитки в стан головной частью, и прошивают с посадом по диаметру на величину D=2S_Г(1-sinα)/S_c, где S_Г - толщина стенки гильзы, мм; S_C - толщина стенки сверленого слитка ЭШП, мм; α - угол наклона фронта кристаллизации к оси слитка, град.

Недостатком указанного способа изготовления труб большого диаметра из слитков ЭШП и ВДП стали 09Г2С является необходимость изготовления макротемплетов для определения угла наклона фронта кристаллизации к оси слитка, а прошивка слитков усадочной (головной) частью вперед приводит к образованию дефектов в виде внутренних плен на передних концах гильз.

В трубном производстве известен также способ производства котельных труб большого диаметра из слитков ЭШП (Патент RU №2180874, кл. В21В 19/04), обеспечивающий уменьшение энергозатрат, снижение расхода металла и, как следствие, снижение стоимости котельных труб за счет использования слитков большого диаметра и ведения процесса прошивки с посадом по диаметру, равным 8-16%.

Недостатками данного способа являются то, что из-за малой мощности привода стана поперечно-винтовой прокатки ОАО «ЧТПЗ» слитки ЭШП диаметром 565 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш прошить с посадом по диаметру 8-16% не представляется возможным.

В трубном производстве известен также способ производства горячекатаных передельных и товарных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами (Патент RU №2278750, кл. В21В 21/00), включающий обточку слитков ЭШП и кованых заготовок, сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку с последующей раскаткой в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы и прокатку гильз на пилигримовом стане в горячекатаные передельные или товарные трубы с относительно толстой стенкой, при этом первую прошивку слитков ЭШП и кованых заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки производят донным концом вперед, а вторую прошивку - раскатку усадочным концом вперед, прокатку труб на пилигримовом стане производят из гильз с отношением диаметра к толщине стенки D/S=6,5-8,0 с вытяжкой µ≤4,5.

Недостатком данного способа является то, что он включает нагрев слитков ЭШП и заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки, повторный нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до температуры пластичности, прошивку - раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы с последующей прокаткой их на пилигримовом стане в товарные или передельные трубы. Двойной нагрев приводит к двойному угару металла, а прошивка слитков ЭШП и заготовок в гильзы-заготовки с последующей раскаткой их в гильзы, приводит к потере производительности пилигримовой установке в 2 раза, а, следовательно, к повышению стоимости товарных и передельных труб. Распространяется данный способ на производство бесшовных горячедеформированных передельных и товарных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из труднодеформируемых марок стали и сплавов и не предусматривает производство котельных труб из сплошных и полых слитков ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава и непрерывно-литых заготовок (Патент RU №2322314, кл. В21В 19/04), предусматривающий прошивку слитков ЭШП и НЛЗ в станах поперечно-винтовой прокатки с посадом по диаметру в зависимости от марки стали и суммарной вытяжки при переделе слиток электрошлакового переплава - труба или непрерывно-литая заготовка-труба, при этом значения величин посада по диаметру слитков электрошлакового переплава при прошивке в станах поперечно-винтовой прокатки определяют из выражения Δ_i′эшп=k_i′эшпµ_iΣ, где Δ_i′эшп - значения величин посада по диаметру при прошивке в станах поперечно-винтовой прокатки слитков ЭШП i-й марки стали, %; µ_iΣ=µ_прµ_п - суммарный коэффициент вытяжки при прокатке труб i -го размера; k_i′эшп - коэффициент, учитывающий величину посада по диаметру при прошивке гильз из слитков ЭШП i-й марки стали, %; µ_пр - коэффициент вытяжки при прошивке гильз под прокатку труб i-го размера; µ_п - коэффициент вытяжки при прокатке труб j-го размера на пилигримовом стане, при этом коэффициенты k_i′эшп для разных марок стали варьируются от 24 до 40.

Недостатком данного способа является то, что он очень сложен для производства, так как под каждый размер труб необходимы свои размеры слитков ЭШП, распространяется данный способ на производство бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из углеродистых марок стали и не предусматривает производство котельных труб из слитков ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш. В настоящее время заводы России, например ОАО «ЗМЗ», оснащены установками электрошлакового переплава, позволяющими отливать полые слитки.

Котельные трубы диаметром 426 мм с разными толщинами стенок в России можно производить только на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами и на стане ХПТ 450.

Прокатка труб размером 426×15-30 мм на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами из стали 10Х9МФБ-Ш из-за низкой температуры под деформацию 1180-1200°C проблематична. Время прокатки трубы размером 426×15 мм из гильзы длиной 3200 мм с толщиной стенки 80 мм на пилигримовом стане составляет более 5,0 минут. За данный промежуток времени гильза-труба остывает ниже 800°C (при рекомендуемой не ниже 850°C в конце прокатки). Прокатка труб размером 426×15-30 мм и обкатка пилигримовых головок из стали марки 10Х9МФБ-Ш при температуре ниже 850°C приводит к повышенным нагрузкам на привод пилигримового стана и затяжкам дорнов, что, в свою очередь, приводит к поломкам предохранительных болтов и шпинделей пилигримового стана, снижению производительности за счет извлечения дорнов из-за затяжек, замены предохранительных болтов и шпинделей. Для исключения затяжек дорнов необходимо производить прокатку труб на дорнах с конусностью 5-6 мм вместо существующей конусности 1,0 мм, а это приведет к продольной разностенности, т.е. к повышенной отбраковке труб по толщине стенки. Поэтому трубы данного размера из труднодеформируемых марок сталей и сплавов производят методом механической обработки - обточки и расточки передельных толстостенных труб или на станах ХПТ перекаткой передельных труб в товарные.

Задачей предложенного способа (изобретения) является обеспечение производства бесшовных труб размером 426×15-30 мм стали марки 10Х9МФБ-Ш, снижение энергозатрат, расходных коэффициентов металла, повышение производительности ТПУ 8-16″ и снижение стоимости котельных труб.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных труб размером 426×15-30 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш, включающем выплавку полых слитков электрошлаковым переплавом, механическую обработку - расточку и обточку полых слитков в полые слитки-заготовки, нагрев полых слитков-заготовок до температуры пластичности, прокатку полых слитков-заготовок на пилигримовом стане в товарные или передельные трубы, термическую обработку, травление, правку, при необходимости ремонт, ультразвуковой контроль и приемку труб с допуском по диаметру и толщине стенки, трубы размером 426×15-20 мм производят из полых слитков-заготовок размером 640×вн.440×3200±50 мм, которые нагревают до температуры 1180-1200°C, прокатывают на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 465×22×14100-14600 и 465×25×12200-12600 мм с вытяжками µ=5,56 и µ=4,81, обжатием по диаметру 27,3%, с подачами полых слитков-заготовок в очаг деформации m=16-18 мм, отрезают технологические отходы пилой горячей резки, разрезают трубы на две трубы-крата равной длины, правят на шестивалковой правильной машине, термообрабатывают, ремонтируют при необходимости и принимают с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и толщине стенки±12,5%, при этом передельные трубы размером 465×22×7050-7300 мм прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные холоднокатаные трубы размером 426×15×10200-10500, 426×16×9500-9900 и 426×17×9000-9400 мм с вытяжками, соответственно, µ=1,50, µ=1,41 и µ=1,34, а передельные трубы размером 465×25×6100-6300 мм прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные холоднокатаные трубы размером 426×18×8350-8600, 426×19×7900-8200 и 426×20×7600-7800 мм с вытяжками, соответственно, µ=1,42, µ=1,35 и µ=1,29, производят термическую обработку, травление, правку, ультразвуковой контроль и приемку труб с допуском по диаметру ±1,0% и толщине стенки +15/-5%, а трубы диаметром 426 мм с толщинами стенок от 21 до 30 мм производят на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок размером 600×вн.400×3200±50 и 600×вн.380×3200±50 мм, которые нагревают до температуры 1170-1180°C, прокатывают на пилигримовом стане в товарные трубы размером 426×21×14300-14900-426×30×11200-11600 мм с вытяжками от µ=5,76 до µ=4,19, обжатием по диаметру 29,0% и с подачами полых слитков-заготовок в очаг деформации m=16-18 мм, производят отрезку пилой горячей резки технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок, термическую обработку труб, травление, правку, ремонт при необходимости, ультразвуковой контроль, при этом трубы размером 426×21-30 мм принимают с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и по стенке +20/-5%.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных труб размером 426×15-30 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш отличается тем, что трубы размером 426×15-20 мм производят из полых слитков-заготовок размером 640×вн.440×3200±50 мм, которые нагревают до температуры 1180-1200°C, прокатывают на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 465×22×14100-14600 и 465×25×12200-12600 мм с вытяжками µ=5,56 и µ=4,81, обжатием по диаметру 27,3%, с подачами полых слитков-заготовок в очаг деформации m=16-18 мм, отрезают технологические отходы пилой горячей резки, разрезают трубы на две трубы-крата равной длины, правят на шестивалковой правильной машине, термообрабатывают, ремонтируют при необходимости и принимают с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и толщине стенки ±12,5%, при этом передельные трубы размером 465×22×7050-7300 мм прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные холоднокатаные трубы размером 426×15×10200-10500, 426×16×9500-9900 и 426×17×9000-9400 мм с вытяжками, соответственно, µ=1,50, µ=1,41 и µ=1,34, а передельные трубы размером 465×25×6100-6300 мм прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные холоднокатаные трубы размером 426×18×8350-8600, 426×19×7900-8200 и 426×20×7600-7800 мм с вытяжками, соответственно, µ=1,42, µ=1,35 и µ=l,29, производят термическую обработку, травление, правку, ультразвуковой контроль и приемку труб с допуском по диаметру ±1,0% и толщине стенки +15/-5%, а трубы диаметром 426 мм с толщинами стенок от 21 до 30 мм производят на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок размером 600×вн.400×3200±50 и 600×вн.380×3200±50 мм, которые нагревают до температуры 1170-1180°C, прокатывают на пилигримовом стане в товарные трубы размером 426×21×14300-14900-426×30×11200-11600 мм с вытяжками от µ=5,76 до µ=4,19, обжатием по диаметру 29,0% и с подачами полых слитков-заготовок в очаг деформации m=16-18 мм, производят отрезку пилой горячей резки технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок, термическую обработку труб, травление, правку, ремонт при необходимости, ультразвуковой контроль, при этом трубы размером 426×21-30 мм принимают с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и по стенке +20/-5%.

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».

Предложенный способ производства бесшовных труб размером 426×15-30 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш осуществлен на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами при прокатке товарных труб размером 426×21 мм и передельных труб размером 465×22 мм в товарные трубы размером 426×15 мм на стане ХПТ 450 ОАО «ЧТПЗ».

Одновременно товарные трубы размером 426×21 и передельные трубы размером 445×34 мм для последующей механической обработки - расточки и обточки их в товарные размером 426×15 мм были прокатаны по существующей технологии.

По предлагаемому способу для труб 426×15 мм получено снижение расходного коэффициента металла на 2093 кг на каждой тонне труб или в 2,6 раза, для труб 426×21 мм получено снижение расходного коэффициента металла на 70 кг на каждой тонне труб. Одновременно за счет снижения вспомогательного времени, связанного с меньшей кривизной и большей массой полых слитков-заготовок, повысилась производительность ТПУ 8-16″ на 7,0-9,0%.

Таким образом, использование предложенного способа позволило впервые в России осуществить производство бесшовных труб размером 426×15-30 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш, снизить расходный коэффициент металла, повысить производительность ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами.