Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ДЛИННОМЕРНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 325×46-60 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 длинномерных труб размером 325×46-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш из слитков-заготовок ЭШП и может быть использовано на трубопрокатной установке 8-16” с пилигримовыми станами.

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, 12Х11 В2МФ, 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 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 данная марка стали хотя и включена в ТУ 14 - 3Р - 55 - 2001, но трубы до последнего момента из нее не производились.

В трубном производстве известен способ изготовления газлифтных труб большого диаметра из слитков стали 09Г2С выплавки ЭШП и ВДП (патент RU № 2119395, кл. В21В 19/04), где деформацию слитков в прошивном стане ведут вдоль расположения кристаллов, задавая слитки в стан головной частью, и прошивают с посадом по диаметру на величину D=2S_Г(1-sinα)/S_C, где S_Г - толщина стенки гильзы, мм; S_C - толщина стенки сверленого слитка ЭШП, мм; α - угол наклона фронта кристаллизации к оси слитка, град.

Недостатком указанного способа изготовления труб большого диаметра из слитков ЭШП и ВДП стали марки 09Г2С является необходимость изготовления макротемплетов для определения угла наклона фронта кристаллизации к оси слитка, а прошивка слитков усадочной (головной) частью вперед приводит к образованию дефектов в виде внутренних плен на передних концах гильз.

В трубном производстве известен также способ производства котельных труб большого диаметра из слитков ЭШП (патент RU № 2180874, кл. В21В 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%.

Недостатком данного способа является 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 горячекатаных передельных и товарных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами (патент RU № 2278750, кл. В21В 21/00), включающий обточку слитков ЭШП и кованых заготовок, сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку с последующей раскаткой в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы и прокатку гильз на пилигримовом стане в горячекатаные передельные или товарные трубы с относительно толстой стенкой, при этом первую прошивку слитков ЭШП и кованых заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки производят донным концом вперед, а вторую прошивку-раскатку - усадочным концом вперед, прокатку труб на пилигримовом стане производят из гильз с отношением диаметра к толщине стенки D/S=6,5-8,0 с вытяжкой µ≤4,5.

Недостатком данного способа является то, что он включает нагрев слитков ЭШП и заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки, повторный нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до температуры пластичности, прошивку-раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы с последующей прокаткой их на пилигримовом стане в товарные или передельные трубы. Двойной нагрев приводит к двойному угару металла, а прошивка слитков ЭШП и заготовок в гильзы-заготовки с последующей раскаткой их в гильзы приводит к потере производительности пилигримовой установке ≈ в 2 раза, а следовательно, к повышению стоимости товарных и передельных труб. Распространяется данный способ на производство бесшовных горячедеформированных передельных и товарных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из труднодеформируемых марок стали и сплавов и не предусматривает производство котельных труб из сплошных слитков-заготовок ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш.

Наиболее близким техническим решением является 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. В 21 В 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_i∑, где Δ_i'эшп - значения величин посада по диаметру при прошивке в станах поперечно-винтовой прокатки слитков ЭШП i-й марки стали, %; µ_i∑=µ_прµ_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_п - коэффициент вытяжки при прошивке гильз под прокатку труб j-го размера; µ_п - коэффициент вытяжки при прокатке труб j-гo 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, 490×2000±50 мм.

Трубы размером 325×46-60 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш в России можно производить только на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами. Трубы данного размера из стали марки 10Х9МФБ-Ш до настоящего время в России не производились.

Задачей предложенного способа (изобретения) является освоение на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами производства бесшовных горячекатаных товарных длинномерных труб размером 325×46-60 мм из слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 490×100×2000±50 мм, труб с требованиями по механическим свойствам, геометрическим размерам и качеству поверхности, отвечающих требованиям ТУ 14-3Р-55-2001.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных длинномерных труб размером 325×46-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш, включающем выплавку слитков электрошлаковым переплавом, обточку слитков в слитки-заготовки размером 490×2000±50 мм, сверление в слитках - заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1160-1170°С, прошивку в стане поперечно - винтовой прокатки в гильзы размером 500хвн.265×2440-2560 мм или 500хвн.225×21800-2300 мм на оправках диаметром 250 и 210 мм с вытяжками µ=1,25 и µ=1,12 с подъемом по диаметру δ=2,04%, прокатку гильз на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в товарные трубы размером 325×46×6700-7100 - 325×60×5400-5700 мм с вытяжками от µ=3,32 до µ=2,98, обжатием по диаметру Δ=34,0% и с подачами гильз в очаг деформации m=22-26 мм, отрезку технологических отходов в виде затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правку, термическую обработку, при необходимости ремонт, ультразвуковой контроль и приемку труб с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и толщине стенки +20,0/-5,0%.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных длинномерных труб размером 325×46-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш, отличается тем, что товарные трубы размером 325×46-60 мм производят из слитков электрошлакового переплава, которые обтачивают в слитки-заготовки размером 490×2000±50 мм, в слитках-заготовках сверлят центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагревают слитки-заготовки в методической печи до температуры 1160-1170°С, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 500хвн.265×2440-2560 мм или 500хвн.225×2180-2300 мм на оправках диаметром 250 и 210 мм с вытяжками µ=1.25 и µ=1,12 с подъемом по диаметру δ=2,04%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в товарные трубы размером 325×46×6700-7100 - 325×60×5400-5700 мм с вытяжками от µ=3.32 до µ=2,98, обжатием по диаметру Δ=34,0% и с подачами гильз в очаг деформации m=22-26 мм, отрезают технологические отходы в виде затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, производят правку, термическую обработку, при необходимости ремонт, ультразвуковой контроль и приемку труб с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и толщине стенки +20,0/-5,0%. 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 осуществлен на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами при прокатке труб размером 325×50 мм. Сравнительная прокатка труб не производилась, т.к. трубы данного размера из стали марки 10Х9МФБ-Ш до настоящего момента в России не производились.

В производство были заданы 5 слитков-заготовок ЭШП размером 490×100×2000±50 мм общей массой 14,326 тонн. Слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры 1160-1165°С, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 225 мм в гильзы размером 500хвн.240×2260-2380 мм с вытяжкой µ=1,16 и подъемом по диаметру δ=2,04%. Прокатку гильз на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в товарные трубы размером 325×50×6300-6700 мм производили в валках толстостенной калибровки в калибре 332 мм с вытяжкой µ=3,31, обжатием по диаметру Δ=34,0% и с подачами гильз в очаг деформации m=23-25 мм. После отрезки технологических отходов в виде затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правки, термической обработки, ультразвукового контроля принято 5 труб размером 325×50×5900-6300 мм с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и толщине стенки +20,0/-5,0%. Масса сданных труб составила 10,919 тонн, а расходный коэффициент металла - 1,312.

Данные по прокатке товарных труб размером 325×50 мм из стали 10Х9МФБ-Ш на ПТУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок ЭШП размером 490×100×2000±50 мм приведены в таблице 1.

Таким образом, использование предложенного способа позволит впервые в России осуществить производство бесшовных длинномерных труб из стали марки 10Х9МФБ-Ш размером 325×46-60 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок ЭШП размером 490×100×2000±50 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара с механическими свойствами металла и геометрическими размерами труб, отвечающими требованиям ТУ 14-3Р-55-2001.