Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТОВАРНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 325×13-15 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 товарных труб размером 325×13-15 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш и может быть использовано на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами при производстве передельных горячекатаных труб размером 377×20 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 540×вн.360×3200±50 мм, для последующего переката их на стане ХПТ 450 в бесшовные холоднокатаные товарные трубы размером 325×13-15 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 станах 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 15Х1М1Ф»).

Недостатком указанного способа является высокая энергоемкость процесса, связанная с нагревом и деформацией (ковкой) слитков в поковки с последующей обточкой поковок 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 из данной марки стали, хотя она и включена в ТУ14-3Р-55-2001, трубы до последнего момента не производились.

В трубном производстве известен способ производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП (патент RU №2180874, Кл. B21B 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 прошивного стана ОАО «ЧТПЗ» слитки ЭШП из данной марки стали прошить с посадом по диаметру 8-16% не представляется возможным.

В трубном производстве известен также 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. B21B 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_пр.µ_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 заводами России, а именно ОАО «ЗМЗ» и ОАО «Мечел» освоено производство слитков-заготовок ЭШП размером 490×1750±50 и полых слитков-заготовок ЭШП размером 540×вн.360×3200±50, 500×вн.320×3200±50, 500×вн.300×3200±50 и 500×вн.160×2100±50.

Наиболее близким техническим решением является способ подготовки заготовок для прокатки товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами (патент RU №2340417, Кл. B21B 21/00), включающий отливку полых слитков электрошлаковым переплавом, обточку и расточку их в полые слитки-заготовки со съемом металла, величину которого определяют из выражений Δ=K*D/S, Δ₁=K₁*D/S, где Δ - величина снимаемого слоя металла при обточке полых слитков ЭШП, мм; Δ₁ - величина снимаемого слоя металла при расточке полых слитков ЭШП, мм; D - наружный диаметр полых слитков, мм; S - толщина стенки полых слитков, мм; K=0,3-0,4 - коэффициент для определения величины снимаемого слоя металла при обточке полых слитков ЭШП, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов; K₁=0,4-0,5 - коэффициент для определения величины снимаемого слоя металла при расточке полых слитков, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов, а донную часть полых слитков ЭШП удаляют анодно-механической резкой, величину которой определяют из выражения L=K₂*D/S, где K₂=15-20 - коэффициент для определения величины удаляемой донной части слитков, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов.

Недостатком данного способа является то, что он направлен на технологию передела полых слитков ЭШП в полые слитки-заготовки для производства труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов и не решает технологические вопросы производства бесшовных товарных труб для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами из стали марки 10Х9МФБ-Ш диаметром 325 мм с толщинами стенок от 13 до 15 мм.

Трубы диаметром 325 мм в России можно производить только на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами и на стане ХПТ 450.

Прокатка труб размером 325×13-15 мм на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами проблематична из-за низкой температуры стали 10Х9МФБ-Ш под деформацию 1180-1200°C. Для прокатки труб размером 325×13-15 мм необходимы слитки-заготовки ЭШП размером 490×100×1750 мм, из которых на пилигримовом стане теоретически можно прокатать трубу 325×15 мм длиной до 22 метров. Время прокатки такой трубы из гильзы размером 500×вн.340×3020 мм с толщиной стенки 80,0 мм составляет более 4,0 минут. За данный промежуток времени гильза с толщиной стенки 80,0 мм остывает до 780-800°C (при рекомендуемой не ниже 850°C в конце прокатки). Прокатка труб 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, может привести и приводило к поломкам предохранительных болтов и шпинделей пилигримового стана, снижению производительности стана за счет извлечения дорнов из-за затяжек, замены предохранительных болтов и шпинделей. Для снижения количества затяжек необходимо прокатку труб из данной марки стали производить на дорнах с конусностью 4-5 мм, вместо конусности в 1,0 мм, что приведет к продольной разностенности и повышенной отбраковке труб по стенке. Таким образом, прокат бесшовных товарных труб размером 325×13-15 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш производить на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами нецелесообразно. Трубы данного размера в настоящее время производят из передельных труб размером 340×30 мм с последующей механической обработкой - обточкой и расточкой их на размер, соответственно, 325×13-15 мм.

Задачей предложенного способа (изобретения) является освоение на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами производства бесшовных передельных труб размером 377×20 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 540×вн.360×3200±50 мм для последующего переката их на стане ХПТ 450 в товарные размером 325×13-15 мм с повышенными требованиями по механическим свойствам, геометрическим размерам и качеству поверхности, снижение расхода металла при переделе полый слиток-заготовка - передельная горячекатаная труба размером 377×20 мм - бесшовная товарная холоднокатаная котельная труба размером 325×13-15 мм, повышение механических свойств металла труб за счет дробности деформации при прокатке на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами и прокатки (перекатки) передельных труб в товарные на стане ХПТ 450.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных товарных труб размером 325×13-15 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш, включающем выплавку полых слитков электрошлаковым переплавом, механическую обработку - расточку и обточку полых слитков в слитки-заготовки размером 540×вн.360×3200±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1170-1190°C, прокатку на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 377×20×15500-1600 мм с вытяжкой µ=5,56, обжатием по диаметру 29,6% и с подачами слитков-заготовок в очаг деформации m=17-20 мм, отрезку технологических отходов в виде затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, резку труб на две трубы равной длины, правку, термическую обработку, при необходимости ремонт, и приемку с допуском по диаметру +1,25/-1,0 и толщине стенки ±12,5%, прокатку передельных труб размером 377×20×7750-7900 мм на стане ХПТ 450 в товарные холоднокатаные трубы размером 325×13×12300-12600, 325×14×11700-12200 и 325×15×11000-11400 мм с вытяжками соответственно µ=1,76, µ=1,64 и µ=1,54, термическую обработку, правку, ультразвуковой контроль.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных товарных труб размером 325×13-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш отличается тем, что производят отливку полых слитков электрошлаковым переплавом, механическую обработку - расточку и обточку полых слитков в слитки-заготовки размером 540×вн.360×3200±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1170-1190°C, прокатку на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 377×20×15500-1600 мм с вытяжкой µ=5,56, обжатием по диаметру 29,6% и с подачами слитков-заготовок в очаг деформации m=17-20 мм, отрезку технологических отходов в виде затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, резку труб на две трубы равной длины, правку, термическую обработку, при необходимости ремонт, и приемку с допуском по диаметру +1,25/-1,0 и толщине стенки ±12,5%, прокатку передельных труб размером 377×20×7750-7900 мм на стане ХПТ 450 в товарные холоднокатаные трубы размером 325×13×12300-12600, 325×14×11700-12200 и 325×15×11000-11400 мм с вытяжками соответственно µ=1,76, µ=1,64 и µ=1,54, термическую обработку, правку, ультразвуковой контроль. 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».

По предлагаемому способу прокатку товарных труб размером 325×13 мм производили по технологии: полые слитки-заготовки ЭШП размером 540×вн.360×3200±50 мм нагревали в методической печи до температуры 1180-1190°C и прокатывали на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 377×20×15500-16000 мм с вытяжкой µ=5,56, обжатием по диаметру 29,6% и с подачами гильз в очаг деформации m=18-19 мм; от труб пилой горячей резки отрезали технологические отходы - затравочные концы и пилигримовые головки; трубы разрезали на две трубы-крата равной длины, трубы проходили правку, термическую обработку и принимались с допуском по диаметру +1,25/-1,0 и толщине стенки ±12,5%; передельные трубы размером 377×20×7750-8000 мм перекатывались на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 325×13×12300-12600 мм с вытяжкой µ=1,76 и обжатием по диаметру 13,8%; трубы правились, проходили термическую обработку, ультразвуковой контроль и приемку по диаметру ±1,0% и толщине стенки +15,0/-5,0% (п.1 формулы изобретения). В производство было задано 5 полых слитков-заготовок ЭШП общей массой 16,518 т. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-55-2001 десять труб размером 325×13×12900-13200 мм общей массой 13,502 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,223.

По существующему способу товарные трубы размером 325×13 мм производят механической обработкой - расточкой и обточкой передельных труб размером 340×30 мм. По существующей технологии в производство были заданы 5 слитков-заготовок размером 490×100×1700-1800 мм общей массой 12,415 т, которые были нагреты до температуры пластичности и прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм в гильзы размером 500×вн.315×2550-2700 мм с вытяжкой µ=1,5 и подъемом по диаметру δ=2,04%. Гильзы были прокатаны на пилигримовом стане в передельные трубы размером 340×30×8800-9400 мм. Передельные трубы были порезаны на два крата равной длины, а затем расточены и обточены в товарные трубы размером 325×13×4550-4700 мм. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-552001 десять труб размером 325×13×4200-4400 мм общей массой 4,61 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 2,693. Таким образом, при прокатке товарных труб размером 325×13 мм по предлагаемому способу получено снижение расходного коэффициента металла на 1470 кг на каждой тонне товарных труб.

Данные по прокатке передельных горячекатаных труб размером 340×30 мм на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами, механической обработки - расточки и обточки их в бесшовные товарные горячекатаные механически обработанные трубы размером 325×13 мм (существующая технология) и по прокатке передельных горячекатаных труб размером 377×20 мм и переката их на стане ХПТ 450 ОАО «ЧТПЗ» в бесшовные холоднокатаные товарные трубы размером 325×13 мм (предлагаемая технология) приведены в таблице 1.

Таким образом, использование предложенного способа позволит впервые в России осуществить производство бесшовных товарных холоднокатаных труб размером 325×13-15 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш на стане ХПТ 450 из передельных горячекатаных труб размером 377×20 мм, с механическими свойствами металла и геометрическими размерами труб, превышающими значения данных показателей, приведенных в ТУ 14-3Р-55-2001, что позволит значительно снизить расходный коэффициент металла при переделе полый слиток ЭШП - полый слиток-заготовка ЭШП - котельная труба, а следовательно, снизить стоимость котельных труб.