Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШЕСТИГРАННЫХ ТРУБ-ЗАГОТОВОК РАЗМЕРОМ "ПОД КЛЮЧ" 252,6×5+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм ДЛЯ УПЛОТНЕННОГО ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ОТРАБОТАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к трубопрокатному и металлургическому производствам, в частности к способу производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 252,6±1,8×5+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива из низкопластичной стали с содержанием бора от 2,0 до 3,0%.

В трубной промышленности известен способ производства шестигранных труб-заготовок для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива, включающий изготовление передельных труб размером 290×12 мм из слитков электрошлакового переплава борсодержащей стали, обточку слитков по наружной поверхности до удаления дефектов литейного происхождения в слитки-заготовки, сверление в слитках-заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков-заготовок, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовом стане в передельные трубы-плети, порезку труб-плетей на трубы кратной длины, правку, расточку и обточку в цилиндрические трубы-заготовки и теплое профилированием в шестигранные трубы-заготовки размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм (RU 2317865, B21B 21/04, опубл. 27.02.2008).

Недостатком известного способа, который предназначен для производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм с содержанием бора 1,3-1,8%, является невозможность его использования для производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 252,6±1,8×5+1,5/-1,0×4300+807-30 мм из менее пластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%, поскольку известная последовательность технологических операций и режимы обработки не позволяют получить шестигранные трубы-заготовки требуемого качества.

Наиболее близким по технической сущности является способ производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива из передельных труб размером 290×12 мм, включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом из низкопластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш размером 510×1750±25 мм с содержанием бора от 2,0 до 3,0%, обточку слитков по наружной поверхности до удаления дефектов литейного происхождения в слитки-заготовки размером 485±5×1750±25 мм, сверление сквозного центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры 1040-1060°C, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 460×вн.295×2940-3000 мм с обжатием по диаметру Δ от 4,2 до 6,1% и вытяжкой µ от 1,73 до 1,81, прокатку гильз на пилигримовом стане в передельные трубы-плети размером 290×12×25500-27500 мм с вытяжкой µ=9,34 и обжатием по диаметру Δ=36,5%, порезку труб плетей на трубы длиной 10100-10250 мм и остаток, правку и теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм (патент RU №2470723, B21B 21/00, опубл. 27.12.2012).

Одним из основных недостатков данного прототипа, так же как и вышеприведенного аналога, является то, что данный способ распространяется на производство передельных труб размером 290×12 мм и не решает технологические вопросы нагрева, прошивки и прокатки передельных труб-плетей размером 284×11×25500-27500 мм из слитков-заготовок стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%.

Задачей предложенного способа является освоение технологического процесса производства нового размера передельных труб-плетей увеличенной длины из низкопластичной стали с содержанием бора от 2,0 до 3,0% на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок ЭШП, снижение массы шестигранных труб-заготовок, а следовательно, снижение их стоимости, снижение массы стеллажей при одновременном увеличении их вместимости, т.е. увеличение массы отработанного ядерного топлива, повышение надежности стеллажей для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива на вновь вводимых и реконструируемых объектах атомной энергетики.

Технический результат достигается тем, что способ производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 252,6±1,8×5+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива из передельных труб размером 284×11 мм, полученных из слитков электрошлакового переплава низкопластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%, включает отливку слитков электрошлаковым переплавом, обточку их наружной поверхности до удаления дефектов литейного происхождения в слитки-заготовки, сверление сквозного центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев слитков-заготовок, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовом стане в передельные трубы-плети, порезку труб плетей на трубы кратной длины, правку, механическую обработку-расточку и обточку в цилиндрические трубы-заготовки и теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером 252,6±1,8×5+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм, при этом слитки электрошлакового переплава отливают размером 480×1775±25 мм, обтачивают в слитки-заготовки размером 465±5×1775±25 мм, нагревают до температуры 1040-1050°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 450×вн.290×2890-3100 мм с обжатием по диаметру Δ от 2,17 до 4,26% и вытяжкой µ_пр от 1,65 до 1,73, гильзы прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы-плети размером 284×11×25500-27500 мм с вытяжкой µ_п=9,86 и обжатием по диаметру Δ=36,2%, трубы-плети разрезают пилой горячей резки на кратные трубы длиной 10250-11000 и остаток 5000-5500 мм, правят, разрезают на трубы-краты, растачивают и обтачивают в цилиндрические трубы-заготовки размером 278,5±1,8×5+1,5/-1,0×5000-5500 мм и производят теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки заданного размера, прокатку передельных труб-плетей производят партиями не более 30 штук при прокатке на одном пилигримовом стане и не более 60 штук при прокатке на двух станах на конусных дорнах диаметром 262/263 мм в валках с калибром 283 мм, прокатку передельных труб-плетей производят по технологии: затравку и прокатку передних концов труб длиной 1000-1200 мм производят с плавным увеличением подачи гильз в очаг деформации m от 0 до 12-15 мм, установившийся процесс прокатки с подачей m=12-15 мм, а докатку-обкатку пилигимовых головок на длине трубы, равной 1200-1500 мм, с плавным снижением величины подачи гильз-труб в очаг деформации m с 12-15 до 6-8 мм.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 252,6±1,8×5+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива из передельных труб размером 284×11 мм, полученных из слитков электрошлакового переплава низкопластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%, отличается от известного тем, что слитки электрошлакового переплава отливают размером 480×1775±25 мм, обтачивают в слитки-заготовки размером 465±5×1775±25 мм, нагревают до температуры 1040-1050°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 450×вн.290×2890-3100 мм с обжатием по диаметру Δ от 2,17 до 4,26% и вытяжкой µ_пр от 1,65 до 1,73, гильзы прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы-плети размером 284×11×25500-27500 мм с вытяжкой µ_п=9,86 и обжатием по диаметру Δ=36,2%, трубы-плети разрезают пилой горячей резки на кратные трубы длиной 10250-11000 и остаток 5000-5500 мм, правят, разрезают на трубы-краты, растачивают и обтачивают в цилиндрические трубы-заготовки размером 278,5±1,8×5+1,5/-1,0×5000-5500 мм и производят теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки заданного размера, прокатку передельных труб-плетей производят партиями не более 30 штук при прокатке на одном пилигримовом стане и не более 60 штук при прокатке на двух станах на конусных дорнах диаметром 262/263 мм в валках с калибром 283 мм, а прокатку передельных труб-плетей производят по технологии: затравку и прокатку передних концов труб длиной 1000-1200 мм производят с плавным увеличением подачи гильз в очаг деформации m от 0 до 12-15 мм, установившийся процесс прокатки с подачей m=12-15 мм, а докатку-обкатку пилигимовых головок на длине трубы, равной 1200-1500 мм, с плавным снижением величины подачи гильз-труб в очаг деформации m с 12-15 до 6-8 мм. 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".

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примером.

Для реализации способа по изобретению были использованы 10 слитков-заготовок (5 плавок) ЭШП стали 04Х12Р5Р2Ф-Ш поставки ОАО "ЗМЗ" с содержанием бора от 2,47 до 2,76%. Слитки-заготовки ЭШП были поделены на две части с равным содержанием бора. Пять слитков-заготовок размером 460-480×100×1650-1700 мм были изготовлены и прокатаны по существующей технологии. Пять слитков ЭШП общей массой 10,947 т были нагреты, прошиты в гильзы размером 480×вн.295×2350-2490 мм на оправке диаметром 280 мм с коэффициентом вытяжки µ от 1,44 до 1,51, а затем прокатаны на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 284×11-23600-25200 мм с коэффициентом вытяжки 11,81. Каждая труба-плеть была размечена на четыре трубы-крата длиной 5800-6300 мм. В процессе предварительной приемки четыре трубы-крата были забракованы по рванинам - дефекты проката: два крата со стороны затравочных концов, а два крата со стороны пилигримовых головок. В цех №5 на механическую обработку-обточку, расточку и профилирование было отгружено 16 кратов, из которых в процессе механической обработки были забракованы еще два крата: один по наружной плене и поперечным рванинам, а другой по внутренней плене. Спрофилированы и приняты годными 14 шестигранных труб-заготовок "под ключ" размером 252,6×5×4325 мм общей массой 2,052 т Средний расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 5,335.

Пять слитков ЭШП с содержанием бора от 2,47 до 2,76, общей массой 11,561 т были отлиты, обточены в слитки-заготовки, нагреты и прокатаны в передельные трубы размером 284×11×25500-26500 мм в соответствии с п.п.1-3 формулы изобретения. Каждая труба-плеть была размечена на пять труб-кратов длиной 5000-5450 мм. В процессе предварительной приемки две трубы-крата были забракованы: один по рванинам со стороны пилигримовой головки, а второй по рванинам с затравочного конца - дефекты проката. В цех №5 на механическую обработку-расточку и обточку было отгружено 23 крата, из которых в процессе механической обработки были забракованы два крата - один по наружной плене, а второй по внутренней плене. Спрофилированы и приняты годными 21 шестигранная труба-заготовка общей массой 3,079 т. Средний расходный коэффициент металла по шестигранным трубам данной партии составил 3,755.

Данные по прокатке и сдаче передельных труб размером 284×11 мм из слитков-заготовок электрошлакового переплава низкопластичной стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,47 до 2,76%, отлитых на ОАО "ЗМЗ" и прокатанных на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" по существующему и предлагаемому способам, производству из них шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 252,6±1,8Х5+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм приведены в таблице.

Из таблицы видно, что прокатку передельных труб размером 284×11 мм по существующей технологии производили из слитков-заготовок размером 460-480×100×1650-1700 мм, которые нагрели до температуры 1060-1080°C, прошили в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 480×вн.295×2380-2490 мм на оправке 280 мм с вытяжками µ от 1,38 до 1.51, с подъемом по диаметру δ от 0 до 4,3%. Прокатку передельных труб размером 284×11 мм при установившемся процессе производили с вытяжкой µ=11,94. Прокатку передних концов труб на длине, равной 1,0-1,2 пути отката подающего аппарата (1100-1320) мм, производили на стенку 13,5 мм, т.е. с вытяжкой µ=9,82 против µ=11,94 при установившемся процессе прокатки труб на пилигиримовом стане, что составляет 0,82 от установившегося процесса прокатки, а обкатку (докатку) пилигримовых головок на длине, равной 1,2-1,5 пути отката подающего аппарата (1320-1650) мм, производили с вытяжкой µ=12,48, т.е. на стенку 10,5 мм. В результате из 5 передельных труб-плетей размером 284×11×23600-25200 мм на 2-х с затравочных концов были продольные рванины длиной 1,3-1,9 м, а на 2-х со стороны пилигримовых головок рванины на длине 1200 и 1900 мм, что привело к потере 4 кратов по длине. В цех №5 было отгружено 16 кратов. В процессе передела (расточки и обточки) было забраковано 2 крата: из них 1 крат по наружным пленам и трещинам, а второй крат по внутренним пленам, выводящих толщину стенки за пределы минусового поля допуска 4,0 мм. Расходный коэффициент металла (отношение массы заданного металла в производство к массе сданные шестигранных труб-заготовок) по шестигранным трубам-заготовкам данной партии составил 5,335. По предлагаемой технологии в производство было задано 5 слитков-заготовок размером 460-470×100×1775-1800 мм, которые были нагреты до температуры 1040-1050°C, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 450×вн.290×3000-3100 мм на оправке диаметром 275 мм с посадом по диаметру Δ от 2,1 до 4,3%, вытяжкой µ от 1,67 до 1,75 (в соответствии с п.1 формулы изобретения). Нагрев слитков-заготовок под прошивку производили в соответствии с пп.1 и 2 формулы изобретения. Прокатку передельных труб размером 284×11×25500-26500 мм производили в соответствии с пп.1 и 3 формулы изобретения, а именно гильзы прокатывали в передельные трубы в калибре 290 мм на конусных дорнах размером 262/263 мм, разогретых до температуры 500-550°C, путем прокатки настроечных углеродистых гильз. В результате из 5-и передельных труб-плетей размером 287×11×25500-26500 мм было получено 25 труб-кратов длиной 5000-5450 мм, из которых на двух кратах: на одном со стороны пилигримовой головки были наружные плены и поперечные рванины на длине 0,8 и 1,9 м, а на втором с затравочного конца внутренние плены, что привело к потере-браку двух кратов по длине. В цех №5 было отгружено 23 крата. В процессе передела (расточки и обточки) было забраковано еще 2 крата: из них 1 крат по наружным пленам, а второй крат по внутренним пленам, выводящих толщину стенки за пределы минусового поля допуска 4,0 мм. Расходный коэффициент металла по шестигранным трубам-заготовкам данной партии составил 3,755. т.е. на каждой тонне шестигранных труб-заготовок получена экономия металла в количестве 1580 кг.

Таким образом, по предлагаемому способу при производстве опытно-промышленной партии передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из низкопластичной стали с содержанием бора от 2,47 до 2,76% получено снижение расходного коэффициента металла при переделе слиток-заготовка - передельная труба - шестигранная труба-заготовка на 1580 кг на каждой тонне шестигранных труб-заготовок.