Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 325Х8-14 ММ ИЗ СТАЛИ МАРКИ 08Х18Н10Т-Ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных холоднокатаных труб размером 325×8-14 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш и может быть использовано на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами.

В трубном производстве известен способ производства товарных и передельных труб из труднодеформируемых марок стали, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм в заготовках и слитках-заготовках ЭШП диаметром 380-500 мм, выдержку их на колосниках методических печей при температуре 500-550°С в течение 70-90 минут в зависимости от диаметра, после чего нагрев до температуры 1120-1140 со скоростью 1,4-1,5 град./мин, прошивку заготовок и слитков-заготовок ЭШП в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размер в размер по диаметру при скорости вращения рабочих валков 25-40 об/мин на оправке диаметром, обеспечивающим редуцирование на пилигримовом стане не менее 25 мм (патент РФ №2175899, бюл. №32, 20.11.2001).

Недостатком данного способа является то, что он приемлем только для производства горячекатаных товарных и передельных труб среднего диаметра, а именно труб диаметром 219-325 мм, т.к. для прокатки труб диаметром более 325 мм необходима заготовка или слиток-заготовка ЭШП диаметром 540-620 мм, которые из-за малой мощности привода стана поперечно-винтовой прокатки прошить невозможно, а самое главное то, что данный способ не оговаривает припуск под механическую обработку - расточку и обточку передельных труб для изготовления товарных труб размером 245×19, 325×36 и 426×40 мм из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики.

В трубном производстве известен также способ производства товарных и передельных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ с пилигримовыми станами, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм в слитках-заготовках ЭШП и заготовках, нагрев их до температуры пластичности, первую прошивку слитков-заготовок ЭШП или заготовок диаметром 460-600 мм в стане поперечно-винтовой прокатки с вытяжкой μ=1,2-1,4 при скорости вращения рабочих валков 15-25 об/мин, а вторую и последующие при необходимости прошивки-раскатки с подъемом или посадом по диаметру не более 5,0% и вытяжкой μ=1,4-1,75 при скорости вращения валков 20-50 об/мин, с использованием холодного или горячего посада гильз-заготовок в печь, процесс прошивки от захвата слитков-заготовок ЭШП или заготовок до полного нахождения на оправку ведут с уменьшением числа оборотов рабочих валков с 25 до 15, установившийся процесс прошивки при 15-20 об/мин, а на выходе гильзы-заготовки их валков число оборотов увеличивают до 35-40 об/мин, процесс прошивки-раскатки (вторую прошивку) от захвата гильзы-заготовки до полного нахождения на оправку ведут с уменьшением числа оборотов рабочих валков с 50 до 20, установившийся процесс раскатки при 20-25 об/мин, а на выходе гильзы из валков число оборотов увеличивают до 45-50, а прокатку труб на пилигримовом стане ведут с вытяжкой μ=3,0-5,0 (патент РФ №2247612, бюл. №7, 10.03.2005).

Недостатком данного способа является то, что он направлен на производство товарных механически обработанных труб и также не оговаривает припуск под механическую обработку передельных труб для изготовления товарных механически обработанных труб повышенного качества размером 245×19, 351×36 и 426×40 мм из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики.

В трубном производстве известен также способ производства труб повышенного качества из коррозионно-стойкой марки 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики, включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом, обточку слитков в слитки-заготовки, сверление в слитках-заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на ТПУ с пилигримовыми станами в передельные горячекатаные трубы, отрезку технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов пилой горячей резки, правку труб, термическую обработку - аустенизацию, механическую обработку передельных горячекатаных труб - расточку и обточку, на станках со следящей системой, в передельные трубы-заготовки со съемом металла, величину которого определяют из выражений: ΔS_в.п.=KΔS_в.с., ΔS_н.п.=K₁ΔS_н.с., где ΔS_в.п. - величина снимаемого слоя металла при расточке под технологический перекат, мм; ΔS_в.с. - величина снимаемого слоя металла при расточке на готовый размер, мм; K=(0,5-0,6) - коэффициент снижения величины снимаемого слоя металла при расточке, большие значения которого относятся к трубам больших диаметров; ΔS_н.п. - величина снимаемого слоя металла при обточке под технологический перекат, мм; ΔS_н.c. - величина снимаемого слоя металла при обточке на готовый размер, мм; K₁=(0,4-0,5) - коэффициент снижения величины снимаемого слоя металла при обточке, большие значения которого относятся к трубам больших диаметров, удаление не выведенных дефектов на передельных трубах-заготовках абразивной зачисткой или шлифовкой, перекатку передельных труб-заготовок на станах ХПТ в товарные трубы с шероховатостью наружной и внутренней плоскостей не более R_a2,5 мкм (Патент №2387501, 27.07.2010, бюл. №12).

Недостатком данного способа является то, что он направлен на производство горячекатаных передельных труб под каждый размер товарных механически обработанных и холоднокатаных труб, что в свою очередь приводит к увеличению технологического инструмента при прокатке передельных горячекатаных труб на ТПУ с пилигримовыми станами (оправок станов поперечно-винтовой прокатки, валков и дорнов пилигримовых станов). Прокатка передельных горячекатаных труб под каждый размер товарных механически обработанных и холоднокатаных труб приводит к дополнительным перевалкам на ТПУ с пилигримовыми станами и снижению ее производительности.

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. В21В 19/04, 27.11.2007), 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; Н=(3000-3500) - высота полого слитка электрошлакового переплава для прокатки труб с отношением D/S≤20, мм; К₂=(4,4-5,2) - значения коэффициентов для прокатки труб с отношением D/S≤20; Н₁=(2000-2100) - высота полого слитка электрошлакового переплава для прокатки труб с отношением D/S≤20, мм; К₃=(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 донного способа является то, что он направлен на производство котельных труб диаметром до 550 мм и не решает технологические вопросы производства труб размером 325×8-14 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики.

Задачей предложенного способа является освоение производства бесшовных холоднокатаных труб повышенного качества размером 325×8-14 мм увеличенной длины из передельных труб-заготовок размером 474×20-26×3700-3950 мм, полученных механической обработкой-расточкой и обточкой горячекатаных труб размером 490×40×7400-7900 мм, прокатанных на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650×вн.320×2100×±50 мм, снижение расходного коэффициента металла при переделе полый слиток-заготовка ЭШП - товарная труба из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики и повышение производительности ТПУ 8-16ʺ при прокатке передельных труб.

Технический результат достигается за счет использования способа производства бесшовных труб размером 325×8-14 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш, включающего отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 670×вн.300×2100±50, обточку их в слитки-заготовки размером 650×вн.320×2100±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок из печи на слитковую тележку, смазку слитков-заготовок внутри с двух концов смесью графита с поваренной солью 50/50 массой ≈ по 1000-1250 г, прошивку-раскатку гильз-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 440 мм с вытяжкой μ=1,37 и подъемом по диаметру δ=1,54% в гильзы размером 660×вн.455×2800-2950 мм, прокатку гильз на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами на конусных дорнах диаметром 412/418 мм в калибре 498 мм, врезанном в валки с диаметром бочки 1150 мм, с подачами гильз в очаг деформации m=25-27 мм, в передельные трубы размером 490×40×7400-7900 мм с коэффициентом вытяжки μ=3,18 и обжатием по диаметру 25,76%, отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правку на шестивалковой правильной машине за 2-3 прохода до кривизны не более 5,0 мм на общую длину передельных труб, термическую обработку - аустенизацию, порезку труб на два крата равной длины, механическую обработку - расточку и обточку в передельные трубы-заготовки размером 474×26×3700-3950, 474×24×3700-3950, 474×22×3700-3950 и 474×20×3700-3950 мм, прокатку механически обработанных передельных труб на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршрутам: 474×20×3700-3950-426×16×4750-5100--377×12×6800-7300--325×8×11400-12300 и 325×9×10100-10900 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,38, 1,50, 1,73 и 1,54; 474×22×3700-3950--426×18×4650-5000-377×14×6400-6900--325×10×9950-10750 и 325×11×9050-9800 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,35, 1,45, 1,61 и 1,47; 474×24×3700-3950--426×20×4600-4900--377×16×6100-6550--325×12×9000-9700 и 325×13×8300-8950 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,33, 1,41, 1,54 и 1,42; 474×26×3700-3950--426×22×4500-4800--377×18×5900-6300--325×14×8400-9000 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,31, 1,37 и 1,48 и термическую обработку холоднокатаных труб и их приемку, а механическую обработку передельных горячекатаных труб размером 490×40×3500-3600 мм сначала производят на размер 474×26 мм, а затем на размеры 474×24, 474×22 и 474×20 мм.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что производят отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 670×вн.300×2100±50, обточку их в слитки-заготовки размером 650×вн.320×2100±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок из печи на слитковую тележку, смазку слитков-заготовок внутри с двух концов смесью графита с поваренной солью 50/50 массой » по 1000-1250 г, прошивку - раскатку гильз-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 440 мм с коэффициентом вытяжки μ=1,37 и подъемом по диаметру δ=1,54% в гильзы размером 660×вн.455×2800-2950 мм, прокатку гильз на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами на конусных дорнах диаметром 412/418 мм в калибре 498 мм, врезанном в валки с диаметром бочки 1150 мм, с подачами гильз в очаг деформации m=25-27 мм, в передельные трубы размером 490×40×7400-7900 мм, с подачей гильз в очаг деформации m=25-27 мм с коэффициентом вытяжки μ=3,18 и обжатием по диаметру 25,76%, отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правку на шестивалковой правильной машине за 2-3 прохода до кривизны не более 5,0 мм на общую длину передельных труб, термическую обработку - аустенизацию, порезку труб на две трубы равной длины, механическую обработку - расточку и обточку в передельные трубы-заготовки размером 474×26×3700-3950, 474×24×3700-3950, 474×22×3700-3950 и 474×20×3700-3950 мм, прокатку механически обработанных передельных труб на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршрутам: 474×20×3700-3950---426×16×4750-5100--377×12×6800-7300---325×8×11400-12300 и 325×9×10100-10900 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,38, 1,50, 1,73 и 1,54; 474×22×3700-3950--426×18×4650-5000---377×14×6400-6900--325×10×9950-10750 и 325×11×9050-9800 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,35, 1,45, 1,61 и 1,47; 474×24×3700-3950--426×20×4600-4900--377×16×6100-6550--325×12×9000-9700 и 325×13×8300-8950 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,33, 1,41, 1,54 и 1,42; 474×26×3700-3950--426×22×4500-4800--377×18×5900-6300--325×14×8400-9000 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,31, 1,37 и 1,48, термическую обработку холоднокатаных труб и их приемку, а механическую обработку передельных горячекатаных труб размером 490×40×3500-3600 мм сначала производят на размер 474×26 мм, а затем на размеры 474×24, 474×22 и 474×20 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 позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Способ опробован на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16ʺ при прокатке передельных труб размером 490×40×7650 мм из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650×вн.320×2200 мм стали марки 08Х18Н10Т-Ш с последующей расточкой и обточкой их в трубы-заготовки размером 474×22×3825 мм и перекаткой их на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршруту: 474×22×3825--426×18×4800--377×14×6600--325×10×10300 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,35,1,45 и 1,61 - предлагаемая технология. По существующей технологии слитки-заготовки ЭШП размером 500×100×1750 мм прошивались в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 520×вн.315×2400 мм, которые прокатывались на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 345×30×8800 мм. Передельные трубы разрезались на две трубы равной длины, растачивались и обтачивались в товарные трубы размером 325×10×4400 мм. Данные по технологическим параметрам производства товарных труб размером 325×10 мм из полых слитков-заготовок ЭШП стали марки 08Х18Н10Т-Ш (предлагаемая технология) и из слитков-заготовок ЭШП (существующая технология) приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что по существующей технологии в производство были заданы три слитка-заготовки ЭШП размером 500×100×1750 мм общей массой 8100 кг. Слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры 1250-1260°С, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с вытяжкой μ=1,37 и подъемом по диаметру δ=4,0% в гильзы размером 520×вн.315×2400 мм, которые были прокатаны на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 345×30×8800 мм. Передельные трубы были выправлены в шестивалковой правильной машине и термообработаны. Так как на существующем оборудовании ОАО «ЧТПЗ» можно растачивать и обтачивать передельные трубы длиной не более 6000 мм, то передельные трубы были порезаны на две трубы равной длины, расточены и обточены в товарные трубы размером 325×10×4400 мм. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-197-2001 шесть труб размером 325×10×4400 мм общей массой 2051 кг. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 3,949. По предлагаемой технологии в производство были заданы 3 полых слитка-заготовки ЭШП размером 650×вн.300×2100 мм общей массой 12908 кг, которые были нагреты в методической печи до температуры 1250-1260°С, прошиты - раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 660×вн.455×2880 мм на оправке диаметром 440 мм с вытяжкой μ=1,37 и подъемом по диаметру δ=1,54%. Гильзы прокатаны на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 490×40×76500 мм в калибре 498 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке α_п.вып.=25°, врезанного в валки с диаметром бочки 1150 мм, с вытяжкой μ=3,18, обжатием по диаметру Δ=25,76% и с подачами гильз в очаг деформации m=25-26 мм. Трубы выправлены на шестивалковой правильной машине за 2-3 прохода до кривизны не более 6,0 мм на общую длину труб. После термической обработки - аустенизации передельные трубы порезаны на два крата равной длины, расточены и обточены в передельные трубы-заготовки размером 474×22×3825 мм. Механически обработанные трубы-заготовки отправлены в цех №5 и перекатаны на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршрутам: 474×22×3825---426×18×4800---377×14×6600---325×10×10300 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,35, 1,45 и 1,61. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-197-2001 шесть труб размером 325×10×11700 мм общей массой 4801 кг. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 2,689.

Таким образом, при производстве труб размером 325×10 мм по предлагаемой технологии (способу) получено снижение расходного коэффициента дорогостоящего металла на каждой тонне труб на 1260 кг, увеличение длины в 2,34 раза и снижение шероховатости наружной и внутренней поверхностей труб.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных труб размером 325×8-14 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш позволит значительно снизить расход дорогостоящего металла, снизить шероховатость наружной и внутренней поверхностей труб, увеличить длину труб, а следовательно, снизить их стоимость.