Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 168,3Х10,6Х10,6Х5000-10000 ММ ИЗ КОРРОЗИОННО-СТОЙКОГО СПЛАВА МАРКИ ХН30МДБ

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных холоднодеформированных насосно-компрессорных труб размером 168,3×10,6×5000-10000 мм из коррозионно-стойкого сплава ХН30МДБ для добычи газа и газового конденсата в сероводородсодержащих средах, и может быть использовано при производстве передельных горячекатаных труб размером 325×45×7600-8000 мм на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами, для последующей механической обработки в передельные трубы-заготовки размером 310×30×3800-4000 мм и прокатки их на станах ХПТ 450 и ХПТ 250 в товарные холоднодеформированные насосно-компрессорные трубы размером 168,3×10,6×8600-9000 мм.

В трубопрокатном производстве известен способ производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из центробежно-литых полых заготовок нержавеющих марок стали 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 08Х10Н16Т2 и 08Х10Н20Т2 (ТУ 14-3-569-77 «Заготовки трубные центробежно-литые полые из стали марок 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 08Х10Н16Т2 и 08Х10Н20Т2 диаметром 530-650 мм», ТУ 14-3-1564-88 «Трубы бесшовные горячедеформированные из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем».

Недостатком данного способа является то, что трубы после прокатки имеют большое количество дефектов по наружной и внутренней поверхности в виде плен и рыхлости, требуют последующей механической обработки - расточки и обточки со съемом металла по 10-12 мм на сторону или 20-25 мм по стенке. Горячекатаные трубы размером 402×45 мм растачивают и обтачивают на размер 377×20 мм, т.е. в стружку уходит более 50% металла. Так как горячекатаные трубы катаются с толстыми стенками, т.е. с малыми вытяжками (μ=2,0-3,5), то в микроструктуре металла труб имеют место крупные зерна, а следовательно, металл труб имеет низкие механические свойства и не выдерживает испытания на межкристаллитную коррозию.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячекатаных передельных труб из слитков ЭШП коррозионно-стойких сталей диаметром 219-325 мм с толщинами стенок от 20 до 50 мм, предназначенных для холодного передела и товарных труб с механической обработкой и последующей шлифовкой с повышенным качеством поверхности из стали марки 08Х18Н10Т размером 219-325 мм с толщинами стенок от 10 до 25 мм (ТУ 14-3Р-197-2001 «Трубы бесшовные из коррозионно-стойких сталей с повышенным качеством поверхности», ТИ 15 8-Тр.ТБ1-53-2002 «Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из коррозионно-стойких марок стали с повышенным качеством поверхности по ТУ 14-3Р-197-2001»), а также способ производства бесшовных горячекатаных труб номинальным диаметром 289, 341, 393 и 418 мм с толщинами стенок от 25 до 40 мм из слитков ЭШП стали марок 08Х18Н10Т и 08Х18Н12Т по ТУ 14-134-334 из коррозионно-стойких марок стали для изготовления холоднодеформированных труб (ТУ 14-158-130-2002 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные из коррозионно-стойких марок стали для изготовления холоднодеформированных труб» и ТУ 14-158-129-2002 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные передельные из коррозионно-стойких марок стали для изготовления холоднодеформированных труб для АЭС»).

Недостатками данного способа производства бесшовных горячекатаных товарных и передельных труб из слитков ЭШП коррозионно-стойких сталей является то, что товарные и передельные горячекатаные трубы диаметром 219-325 мм на ТПУ 8-16ʺ прокатываются из слитков ЭШП размером 400-500×100×1750 мм за одну прошивку на максимальной оправке диаметром 250 мм. При прошивке сверленых слитков ЭШП данного размера стали марки 08Х18Н10Т двигатель прошивного стана работает на пределе. Нагрузка достигает 7,5 кА (предельная 7,0 кА). Трубы, прокатанные из гильз с одной прошивкой, как передельные, так и товарные, из-за наличия дефектов в виде плен и мелких рванин, требуют механической обработки (расточки и обточки). Расходный коэффициент металла превышает 2,0. Прокатка труб диаметром более 325 мм производится с использованием двойной прошивки, а именно товарные трубы размером 402×20 мм из стали 08Х18Н10Т производятся по технологии: слитки ЭШП с центральным сверлением на диаметр 100±5 мм размером 570-600×100×1650 мм нагревают до температуры пластичности и прошивают на оправке диаметром 250 мм в гильзы размером 570-600×265вн.×2040-1990 мм, которые сажают в печь горячими или после охлаждения и ремонта, нагревают до температуры пластичности, а затем прошивают - раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 375 мм в гильзы размером 570-600×вн.390×3000-2770 мм, которые подают на пилигримовый стан и прокатывают в передельные трубы размером 420×40 мм в калибре 432 мм за счет сведения валков на 6-8 мм, т.е. уменьшения зазора (шпронта) между валками. Нагрузка на привод валков прошивного стана превышает предельную, т.е. работа производится на грани остановки двигателя. Бывают случаи и отключения двигателя. В этом случае разводят валки прошивного стана и гильзу-ступу выдают из стана и переводят в разряд брака. Расходный коэффициент металла при прокатке передельных труб по данной технологии превышает 2,5. Из вышесказанного видно, что данная технология производства товарных и передельных труб из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов трудоемка, энергоемка и металлоемка.

Известным техническим решением является также способ производства горячекатаных передельных труб из стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш размером 325×40 мм для изготовления водоохлаждаемых печных роликов размером 295×22×2750 мм, включающий сверловку и расточку слитков ЭШП размером 480×1600 мм на диаметр 285+5/-0 мм, нагрев их до температуры пластичности, прокатку на пилигримовых станах в трубы размером 325×40 мм на дорнах с повышенной конусностью 238/246 мм с разностью (зазором) между внутренним диаметром расточенных слитков-гильз и максимальным диаметром дорнов, равным 40-45 мм, и коэффициентом вытяжки μ=3,4 (протокол №1031 согласования условий поставки труб из стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш от 14.12.2000 г. и письмо указание на опытно-промышленную прокатку горячекатаных передельных труб размером 325×40 мм из стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш).

Недостатком данного способа является использование расточенных слитков-гильз с внутренним диаметром больше диаметра дорна на 40-45 мм, т.к. при меньших зазорах на внутренней поверхности труб образуются дефекты в виде рванин и частые «затяжки» дорнов, даже с повышенной конусностью. Операция расточки слитков с диаметра 100 мм до 285-290 мм трудоемка и приводит к повышенному расходу металла, т.к. при расточке уходит в стружку от 30 до 45% металла. Количество стружки возрастает с ростом диаметра передельных труб, т.е. внутреннего диаметра слитков-гильз, а это в конечном итоге приводит к значительному повышению стоимости готового изделия. Данный способ направлен на изготовление водоохлаждаемых роликов из стали 20Х25Н25ТЮ-Ш и не решает технологические вопросы производства холоднодеформированных насосно-компрессорных труб размером 168,3×10,6×5000-10000 мм из сплава ХН30МДБ.

В трубной промышленности известен также способ производства горячекатаных передельных труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов на установках с пилигримовыми станами, включающий сверловку слитков ЭШП на диаметр 100±5 мм, нагрев их до температуры пластичности, экспандирование в полые заготовки с вытяжкой μ=1,2-1,8 без подъема по диаметру, обтачивание и растачивание их до удаления ковочных дефектов, нагрев до температуры пластичности и прокатку на пилигримовых станах с вытяжкой μ≤5,0 или экспандирование сверленых слитков ЭШП в полые заготовки с вытяжкой μ=0,9-1,5, с подъемом по диаметру от 1,05 до 1,4% и прокатку на пилигримовых станах с вытяжкой μ≤5,5 (патент РФ №2242302, кл. B21B 21/04, бюл. №35, 20.12.2004).

Недостатком данного способа является использование в качестве передельных заготовок сверленых слитков ЭШП, дополнительные операции по экспандированию и механической обработке передельных экспандированных трубных заготовок, повышенный расход дорогостоящего металла в стружку, что в конечном итоге приводит к значительному повышению стоимости готового изделия.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных холоднодеформированных насосно-компрессорных труб размером 168,3×10,6×5000-10000 мм и передельных труб размером 187,7×25 мм для изготовления муфт из коррозионно-стойкого сплава марки ХН30МДБ-Ш для добычи газа и газового конденсата в серо-водородсодержащих средах из кованых, сверленых, механически обработанных заготовок размером 310×30×3200 мм и 325×40×3000 мм и прокатки их на станах ХПТ в товарные трубы по маршрутам: 310×30---273×23---219×16---168,3×10,6 мм и 325×40---273×35---219×30---187,7×25 мм (ТУ 14-1-5483-2004 «Трубы бесшовные холоднодеформированные и муфтовые заготовки из коррозионно-стойкого сплава марки ХН30МДБ-Ш (ЭК77-Ш)», ТУ 14-1-5484-2009 «Трубы бесшовные насосно-компрессорные диаметром 89 и 114 мм и муфты к ним из коррозионно-стойкого сплава марки ЭК77-Ш», ТУ 14-1-4745-89 «Заготовка трубная из коррозионно-стойкого сплава марки ХН30МДБ (ЭК77)».

Недостатками данного способа являются дополнительные операции механической обработки - обточки слитков ЭШП размером 570×1200 мм в слитки-заготовки размером 550×1200 мм, нагрев до температуры пластичности слитков-заготовок ЭШП, ковка их в поковки размером 325×3200 мм с уковом не менее 2,5, обточка и торцовка поковок в заготовки размером 310×3000 мм, сверление в заготовках центрального отверстия с последующей расточкой на диаметр 250 мм, прокатка передельных труб-заготовок размером 310×30×3000 мм на станах ХПТ в товарные трубы размером 168,3×10,6×5000-10000 мм по маршрутам: 310×30---273×23---219×16---168,3×10,6 мм с относительными обжатиями по стенке, соответственно δ_1т=23,3%, δ_2т=30,4% и δ_3т=33,8%, а следовательно, повышенный расход дорогостоящего металла при прокатке насосно-компрессорных труб размером 168,3×10,6 мм.

Задачей предложенного способа является исключение из технологического процесса операций - нагрев слитков ЭШП под ковку, ковку слитков в поковки, механическую обработку - обточку поковок в заготовки, сверление в заготовках центрального отверстия с последующей расточкой на заданную толщину стенки, снижение расхода металла при переделе НЛЗ-товарная холоднокатаная труба, а следовательно, снижение стоимости насосно-компрессорных труб размером 168,3×10,6 мм.

Технический результат достигается за счет разработки нового способа производства бесшовных холоднодеформированных насосно-компрессорных труб размером 168,3×10,6×5000-10000 мм из коррозионно-стойкого сплава ХН30МДБ-Ш, включающем отливку центробежно-литых заготовок размером 500×125×2600±50 мм, расточку центро-бежно-литых заготовок в механически обработанные заготовки размером 500×115×2600±50 мм, нагрев заготовок до температуры пластичности, прокатку на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 235/241 мм в калибре 332 мм с коэффициентом вытяжки μ=3,44 в передельные горячекатаные трубы размером 325×45×7600-8000 мм, порезку на трубы-краты равной длины, расточку и обточку передельных горячекатаных труб в трубные заготовки размером 310×30×3800-4000 мм, прокатку механически обработанных трубных заготовок размером 310×30×3800-4000 мм на станах ХПТ 450 и ХПТ 250 по маршрутам: 310×30×3800-4000---273×23×5300-5500---219×16×9100-9500 мм, резку холоднокатаных труб размером 219×16×9100-9500 мм на две трубы-крата размером 219×16×4550-4750 мм и прокатку их на стане ХПТ 250 в товарные трубы размером 168,3×10,6×5000-10000 мм с относительными обжатиями по стенке, соответственно, δ_1m=23,3%, δ_2m=30,4%, и δ_3m=33,8% и коэффициентами вытяжки μ₁=1,46, μ₂=1,77 и δ_3m=1,94.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что производят отливку центробежно-литых заготовок размером 500×125×2600±50 мм, расточку центробежно-литых заготовок в механически обработанные заготовки размером 500×115×2600±50 мм, нагрев заготовок до температуры пластичности, прокатку на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 235/241 мм в калибре 332 мм с вытяжкой μ=3,44 в передельные горячекатаные трубы размером 325×45×7600-8000 мм, порезку на трубы-краты равной длины, расточку и обточку передельных горячекатаных труб в трубные заготовки размером 310×30×3800-4000 мм, прокатку механически обработанных трубных заготовок размером 310×30×3800-4000 мм на станах ХПТ 450 и ХПТ 250 по маршрутам: 310×30×3800-4000---273×23×5300-5500---219×16×9100-9500 мм, резку холоднокатаных труб размером 219×16×9100-9500 мм на две трубы-крата размером 219×16×4550-4750 мм и прокатку их на стане ХПТ 250 в товарные трубы размером 168,3×10,6×5000-10000 мм с относительными обжатиями по стенке, соответственно, δ_1m=23,3%, δ_2m=30,4%, и δ_3m=33,8% и коэффициентами вытяжки μ₁=1,46, μ₂=1,77 и μ₃=1,94. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».

Сравнение заявляемого решения (способа), не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии условию патентоспособности «новизна».

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16ʺ, станах ХПТ 450 и ХПТ 250 ОАО «Челябинский трубопрокатный завод». В производство были заданы 5 заготовок размером 310×30×3000 мм, полученные механической обработкой поковок размером 325×3000 мм (обточка поковок в заготовки размером 310×3000 мм с последующей сверловкой и расточкой на размер 325×30×3000 мм) - существующая технология и 10 передельных горячекатаных труб размером 310×30×3900 мм, полученных механической обработкой - обточкой и расточкой горячекатаных труб размером 325×45×3900 мм, прокатанных на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами из ЦЛЗ размером 500×115×2600 мм - предлагаемая технология. По предлагаемой технологии из десяти передельных труб размером 310×30×3900 мм на станах ХПТ 450 и ХПТ 250 прокатано 40 насосно-компрессорных труб размером 168,3×10,6×8800 мм общей массой 7251 кг. Суммарный расходный коэффициент металла по насосно-компрессорным трубам составил 1,992. По существующей технологии 5 заготовок размером 310×30×3000 мм были прокатаны на стане ХПТ 250 в товарные насосно-компрессорные трубы размером 168,3×10,6 мм. Получено 64,0 м труб общей массой 2637 кг. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 4,556 при средней длине труб 6400 мм. Данные по производству бесшовных холоднодеформированных насосно-компрессорных труб размером 168,3×10,6×5000-10000 мм из коррозионно-стойкого сплава ХН30МДБ из кованых заготовок размером 325×3000 мм (существующая технология) и центробежно-литых заготовок размером 500×115×2600 мм (предлагаемая технология) приведены в таблице №1.

Из таблицы видно, что при производстве труб по предлагаемому способу из центробежно-литых заготовок с прокаткой их на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами в передельные горячекатаные трубы для последующей механической обработки - расточки и обточки в передельные механически обработанные трубы и переката на станах ХПТ 450 и ХПТ 250 в товарные холоднодеформированные насосно-компрессорные трубы размером 168,3×10,6×8600 мм, по сравнению с существующей технологией по ТУ 14-1-5483-2004 и ТУ 14-1-5484-2009, получено снижение расхода металл на 2564 кг на тонну товарных насосно-компрессорных труб за счет исключения операции ковки слитков ЭШП в поковки, механической обработки поковок в заготовки и сверления центрального отверстия в заготовках с последующей расточкой под холодную прокатку.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных холоднодеформированных насосно-компрессорных труб размером 168,3×10,6×5000-10000 мм из коррозионно-стойкого сплава марки ХН30МДБ для добычи газа и газового конденсата в сероводородсодержащих средах позволит снизить расход металла за счет исключения операции ковки слитков ЭШП в поковки, механической обработки поковок в заготовки и сверления центрального отверстия в заготовках с последующей расточкой под холодную прокатку, а следовательно, снизить стоимость насосно-компрессорных труб данного сортамента.