Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ РАЗМЕРОМ ВН.279×36 (351×36) мм ИЗ СТАЛЕЙ МАРОК 10ГН2МФА И 08Х18Н10Т С ВНУТРЕННИМ ПЛАКИРУЮЩИМ СЛОЕМ

Изобретение относится к трубопрокатному производству и производству слитков способом электрошлакового переплава, а именно к производству полых слитков из стали 10ГН2МФА и биметаллических заготовок из сталей марок 10ХН2МФА и 08Х18Н10Т, прокатки их в передельные горячекатаные биметаллические трубы размером 371×50,5 и 446×54 мм, для последующего изготовления из них механической обработкой - расточкой и обточкой товарных горячекатаных механически обработанных биметаллических труб размером вн.279×36 (351×36) и вн.346×40 (426×40) мм с внутренним плакирующим слоем толщиной 7±2 мм из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики и может быть использовано на установках ЭШП и на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами.

До 1991 г. трубы данного сортамента для трубопроводов Ду-350 первого контура АЭС с реакторами ВВЭР-1000 закупали в Японии. Трубы изготавливали методом наплавки нержавеющего слоя под флюсом на внутреннюю поверхность предварительно механически обработанной трубы из стали марки 10ГН2МФА с последующей расточкой наплавленного слоя до заданных размеров.

Недостатком данного способа производства биметаллических труб является то, что при изготовлении отводов наплавленный слой трещит, а следовательно, использовать биметаллические трубы для гнутых профилей объектов атомной энергетики не представляется возможным.

Наиболее близким техническим решением является способ производства биметаллических труб размером вн.279×36 (351×36) и вн.346×40 (426×40) мм для атомных электростанций из стали марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т с внутренним плакирующим слоем сталью 08Х18Н10Т толщиной 7±2 мм, включающий отливку слитков ЭШП из стали марки 10ГН2МФА размером 550×1600±50 и 580×1900±50 мм, сверление в слитках центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков ЭШП до температуры пластичности, прошивку слитков в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 550×вн.245×1810-1930 и 600×вн.255×1980-2090 мм на оправках диаметром 230 и 240 мм, расточку и обточку гильз в обечайки-заготовки размером 520+3,0/-5,0×вн.265±5,0×1550±50 и 570+3,0/-5,0×вн.255±5,0×1700±50 мм, заплавление обечаек-заготовок на установке ЭШП сталью 08Х18Н10Т, удаление донных частей биметаллических слитков анодно-механической резкой, сверление в биметаллических слитках размером 520+3,0/-5,0×гр.265±5,0×1450±50 и 570+3,0/-5,0×гр.255±5,0×1600±50 мм сквозного центрального отверстия диаметром 100±5 мм, расточка биметаллических слитков-заготовок размером 520+3,0/-5,0×гр.265±5,0×вн.100±5,0×1450±50 мм в слитки-заготовки размером 520+3,0/-5,0×гр.265±5,0×вн.160±5,0×1450±50 мм (гр. - граничный диаметр между сталями 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т), нагрев биметаллических слитков до температуры пластичности, прошивку биметаллических слитков в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 540×вн.300×1650-1770 и 600×вн.365×2090-2220 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибрах 383 и 464 мм на дорнах 271/272 и 337/338 в передельные трубы размером 371×50,5×4200-4500 и 446×54×4700-5100 мм, термическую обработку, правку, отбор образцов для проведения механических испытаний, механическую обработку - расточку и обточку передельных горячекатаных труб в товарные горячекатаные механически обработанные трубы размером вн.279×36×4200-4500 и вн.346×40×4600-5000 мм с толщиной плакирующего слоя 7±2 мм из стали 08Х18Н10Т, УЗК сплошности сцепления стали 10ГН2МФА со сталью 08Х18Н10Т, замер толщины плакирующего слоя по периметру и длине труб, приемку труб на соответствие требованиям ТУ 14-3-1593-88 (ТУ 14-3-1593-88 «Трубы бесшовные горячекатаные биметаллические для трубопроводов АЭС». ТИ 158-ТР.ТБ1-110-2012 «Изготовление бесшовных горячекатаных биметаллических труб из стали марок 10ГН2МФА+08Х18Н10Т-ДД»),

Недостатками данного способа являются, повышенные отклонения наружных, граничных и диаметров центрального сверления биметаллических заготовок, а также то, что при заплавлении рубашек из стали марки 10ГН2МФА сталью 08Х18Н10Т граничный диаметр сплавления сталей по высоте биметаллических слитков из-за повышения температуры рубашек от начала заплавления к концу, т.е. из-за увеличения внутреннего диаметра, увеличивается на 6-10 мм, что требует измерений граничных диаметров в нижних и верхних частях биметаллических слитков и передельных труб перед механической обработкой. Для расчета граничного диаметра принимают средний диаметр, что в свою очередь приводит к продольной разностенности плакирующего слоя и выпадам за пределы допускаемых значений 7±2 мм. К недостаткам данного способа следует отнести и то, что по ТУ 14-3-1593-88 допускается кривизна на горячекатаных трубах не более 5 мм на длину 5000 мм, а расточка труб с кривизной 5 мм с допуском толщины плакирующего слоя 7±2 мм проблематична.

Задачей предложенного способа является снижение отбраковки биметаллических горячекатаных механически обработанных труб по толщине плакирующего слоя, исключение из технологического процесса сверления центрального отверстия в слитках из стали марки 10ГН2МФА, нагрева слитков до температуры пластичности, прошивки их в стане поперечно-винтовой прокатки, механической обработки - расточки и обточки гильз в обечайки-заготовки и снижение расходного коэффициента сталей 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т при производстве биметаллических труб размером вн.279х36(351х36).

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства биметаллических труб для объектов атомной энергетики размером вн.279×36 (351×36) мм из сталей марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т с внутренним плакирующим слоем, включающем отливку полых слитков ЭШП из стали марки 10ГН2МФА размером 535×вн.250×3100+100 мм, анодно-механическую резку слитков на две равные по длине заготовки-обечайки, обточку заготовок-обечаек на диаметр 520±1,0 мм, расточку по внутреннему диаметру на конус, меньший диаметр которого составляет 257±1,0 мм, а больший 265±1,0 мм, заплавление заготовок-обечаек на установке ЭШП сталью 08Х18Н10Т, удаление донных частей биметаллических слитков анодно-механической резкой, сверление в биметаллических слитках размером 520±1,0×гр.265±1,0×1550±50 мм, сквозного центрального отверстия диаметром 100+1,0 мм, расточку биметаллических слитков размером 520±1,0×гр.265±1,0×100±1,0×1550±50 мм на размер 520+1,0×гр.265±1,0×160±1,0×1550±50 мм, нагрев слитков ЭШП до температуры пластичности, прошивку слитков в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 540×вн.305×1640-1770 мм на оправке диаметром 290 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибрах 383 мм на дорнах диаметром, соответственно, 271/272 мм с подкладными углеродистыми кольцами в передельные трубы размером 371×50,5×4600-4900 мм, термическую обработку, правку, отбор образцов для проведения механических испытаний, расточку и обточку передельных труб в товарные горячекатаные трубы размером вн.279×36×4000-4300 мм с толщиной плакирующего слоя 7±2 мм, ультразвуковой контроль сплошности сцепления стали 10ГН2МФА со сталью 08Х18Н10Т, замер толщины плакирующего слоя по периметру и длине труб, приемку труб на соответствие установленным требованиям, а заплавление заготовок-обечаек сталью 08Х18Н10Т производят от большего диаметра к меньшему.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что производят отливку полых слитков ЭШП из стали марки 10ГН2МФА размером 535×вн.250×3100+100 мм, анодно-механическую резку слитков на две равные по длине заготовки-обечайки, обточку заготовок-обечаек на диаметр 520±1,0 мм, расточку по внутреннему диаметру на конус, меньший диаметр которого составляет 257±1,0 мм, а больший 265±1,0 мм, заплавление заготовок-обечаек на установке ЭШП сталью 08Х18Н10Т, удаление донных частей биметаллических слитков анодно-механической резкой, сверление в биметаллических слитках размером 520±1,0×гр.265±1,0×1550+50 мм сквозного центрального отверстия диаметром 100±1,0 мм, расточку биметаллических слитков размером 520±1,0×гр.265±1,0×100±1,0×1550±50 мм на размер 520±1,0×гр.265±1,0×160±1,0×1550±50 мм, нагрев слитков ЭШП до температуры пластичности, прошивку слитков в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 540×вн.305×1640-1770 мм на оправке диаметром 290 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в калибрах 383 мм на дорнах диаметром 271/272 мм с подкладными углеродистыми кольцами в передельные трубы размером 371×50,5×4600-4900 мм, термическую обработку, правку, отбор образцов для проведения механических испытаний, расточку и обточку передельных труб в товарные горячекатаные трубы размером вн.279×36×4000-4300 мм с толщиной плакирующего слоя 7±2 мм, производят ультразвуковой контроль сплошности сцепления стали 10ГН2МФА со сталью 08Х18Н10Т, замер толщины плакирующего слоя по периметру и длине труб, приемку труб на соответствие установленным требованиям, а заплавление заготовок-обечаек сталью 08Х18Н10Т производят от большего диаметра к меньшему. 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».

Способ опробован на установке ЭШП ОАО «ЗМЗ» при отливке полых слитков, изготовлении из них обечаек-заготовок, передела их в биметаллические слитки, а на ТПУ с пилигримовыми станами 8-16′′ ОАО «ЧТПЗ» при прокатке биметаллических слитков в горячекатаные передельные биметаллические трубы для последующей механической обработки их расточкой и обточкой в товарные горячекатаные механически обработанные трубы размером вн.279×36 (351×36) мм с повышенными геометрическими размерами толщины плакирующего нержавеющего слоя.

По существующей технологии для изготовления обечаек размером 520+3,0/-5,0×вн.265±5,0×1550 мм в производство были заданы 5 слитков ЭШП размером 550×1600 мм общей массой 15027 кг. Слитки ЭШП были нагреты до температуры пластичности, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 550×вн.245×1810-1930 мм с вытяжкой , расточены и обточены в обечайки-заготовки размером 520+3,0/-5,0×вн.265±5,0×1550±50 мм.

На ОАО «ЗМЗ» обечайки на установке ЭШП были заплавлены сталью 08Х18Н10Т. Донные части биметаллических слитков были удалены анодно-механической резкой. На ОАО «ЧТПЗ» в биметаллических слитках размером 520+3,0,0×гр.265±5,0×1450±50 мм были просверлены сквозные центральные отверстия диаметром 100±5 мм. Биметаллические слитки-заготовки размером 520+3,0×гр.265±5,0×вн.100±5,0×1450±50 мм были расточены в слитки-заготовки размером 520+3,0/-5,0×гр.265×вн.160±5,0×1450±50 мм. Биметаллические слитки были нагреты до температуры пластичности, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в биметаллические гильзы размером 540×вн.300×1650-1770 мм, с вытяжкой . Прокатку гильз на пилигримовом стане производили в калибрах 383 мм на дорнах 271/272 в передельные трубы размером 371×50,5×4600-4900 с вытяжкой µ_п.пр.351=3,114. После термической обработки, правки и механических испытаний металла биметаллических труб количество выпадов по KCU при температуре испытания минус 10°C и толщине плакирующего слоя составило 40%. Расходный коэффициент металла при изготовлении обечаек размером 520×вн.265×1550 мм составил 1,572.

По предлагаемой технологии для изготовления обечаек размером 520±1,0×вн.265±1,0×1550 мм в производство были заданы 5 полых слитков ЭШП размером 535×вн.250×3100 мм общей массой по 21369 кг. Полые слитки ЭШП были порезаны анодно-механической резкой на два равных по длине крата-заготовки. Краты-заготовки были обточены на диаметры 520±1,0 и 570±1,0 мм и расточены на конус, меньший диаметр которых составили 257±1,0, а больший 265±1,0 мм. Процесс заплавления обечаек-заготовок на установке ЭШП сталью 08Х18Н10Т в биметаллические слитки производили от большего диаметра к меньшему диаметру. Донные части биметаллических слитков были удалены анодно-механической резкой. В биметаллических слитках размером 520±1,0×гр.265±1,0×1550±50 мм были просверлены сквозные центральные отверстия диаметром 100±1,0 мм, биметаллические слитки-заготовки размером 520±1,0×гр.265±1,0×100±1,0×1450±50 мм были расточены на размер 520±1,0×гр.265±1,0×160±1,0×1450±50 мм. Биметаллические слитки были нагреты до температуры 1250-1260°C, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправках 290 мм в гильзы размером 540×вн.305×1650-1770 мм. Гильзы прокатывали на пилигримовом стане в калибре 383 мм, на дорнах диаметром 271/272 мм с подкладными углеродистыми кольцами в передельные трубы размером 371×50,5×4600-4900 мм. Передельные трубы были термообработаны и выправлены. От труб отобраны образцы для механических испытаний, а затем они были расточены и обточены в товарные размером вн.279×36×4300 мм с толщиной плакирующего слоя 7±2 мм из стали 08Х18Н10Т.

Данные по изготовлению обечаек размером 520±1,0×вн.265±1,0×1550 из стали марки 10ГН2МФА по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице 1.

Данные по массе стали 08Х18Н10Т, пошедшей на изготовление биметаллических заготовок (заплавление обечаек) и ее расходные коэффициенты от наплавки до сдачи горячекатаных механически обработанных биметаллических труб, приведены в таблице 2.

В биметаллических слитках, отлитых по предлагаемой технологии, были определены границы сплавления металлов по высоте (граничные диаметры), т.е. начало заплавления и конец. Разница в диаметрах не превышала ±1,0 мм.

Таким образом, по предлагаемой технологии в производство были заданы по 5 биметаллических слитков-заготовок размером 520×гр.265×160±1,0×1550 и 570×гр.255×100±1,0×1700 мм, биметаллические слитки нагрели до температуры 1250-1260°C, прошили в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 290 мм с вытяжкой µ=1,196 в гильзы размером 540×вн.305×1730 мм, гильзы прокатаны на пилигримовом стане в калибрах 383 мм, на дорнах 271/272 мм с подкладными углеродистыми кольцами в передельные трубы размером 371×50,5×4500 мм. Передельные трубы были термообработаны и выправлены. Механические испытания показали, что металл труб полностью соответствует требованиям ТУ 14-3-1593-88. Затем передельные трубы были обточены и расточены в товарные размером вн.279×36×4300 мм. УЗК труб на сплошность сцепления сталей 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т показал, что расслой между ними отсутствует, а толщина плакирующего слоя по периметру и длине трубы колеблется от 6 до 9 мм, т.е. соответствует требованиям ТУ 14-3-1593-88.

Данные по прокатке биметаллических заготовок, изготовленных по существующей и предлагаемой технологиям, в биметаллические трубы размером вн.279×36 (351×36) мм, расходным коэффициентам металлов по прокату и сдаче приведены в таблице 3.

Из таблицы 3 видно, что расходный коэффициент стали марки 10ГН2МФА при изготовлении товарных механически обработанных труб размером 351×36 мм по существующей технологии составил 3,016. Расходный коэффициент стали марки 08Х18Н10Т при изготовлении товарных механически обработанных труб размером 351×36 мм по существующей технологии составил 4,815. Расходные коэффициенты металлов при производстве труб размером 351×36 мм по предлагаемой технологии составили - по стали 10ГН2МФА 1,809, а по стали 08Х18Н18 - 2,890. Суммарный расходный коэффициент металла при производстве товарных биметаллических труб размером вн.279×36 (351×36) мм по существующей технологии составил 3,333, а по предлагаемой технологии - 2,150. При прокатке товарных труб по существующей технологии на двух трубах размером вн.279×36 (351×36) мм толщина плакирующего слоя составила 7±4 мм вместо 7±2 мм по ТУ14-3-1593-88. При прокатке товарных труб по предлагаемой технологии толщина плакирующего слоя составила 7±2,0/-1,0 мм вместо 7±2 мм по ТУ.

Таким образом, использование предлагаемого способа производства биметаллических труб из биметаллических заготовок, изготовленных в соответствии с пп.1 и 2 формулы изобретения, исключает из технологического процесса сверление центрального отверстия в слитках из стали марки 10ГН2МФА, нагрев слитков до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки, механическую обработку - расточку и обточку гильз в обечайки-заготовки, снижает расходный коэффициент сталей 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т и брак труб по толщине плакирующего слоя.