Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 325×16-25 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 труб размером 325×16-25 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 товарных труб размером 325×16-25 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава.

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 +20,0/-5,0% (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 +20,0/-5,0%, 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 производства котельных груб большого и среднего диаметров 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 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. В21В 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 эшп}µ_i∑, где Δ_{I эшп} - значения величин посада по диаметру при прошивке в станах поперечно-винтовой прокатки слитков ЭШП i-той марки стали, %; µ_i∑=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-той 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 размерами 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. В21В 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 труднодеформирумых марок стали и сплавов и не решает технологические вопросы производства бесшовных 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 16 до 25 мм.

Трубы размером 325×16-26 мм из стали 10Х9МФБ-Ш в России можно производить только на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами и на стане ХПТ 450.

Задачей предложенного способа (изобретения) является освоение на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами производства бесшовных труб из стали марки 10Х9МФБ-Ш размером 325×16-25 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 500×вн.320×3200±50 мм или 500×вн.300×3200±50 мм с механическим свойствам, геометрическим размерам и качеством поверхности отвечающими требованиям ТУ 14-3Р-55-2001 и ТУ 14-3-460-2003, снижение расхода металла при переделе полый слиток-заготовка - бесшовная горячекатаная котельная труба размером 325×16-25 мм.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных труб размером 325×16-25 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, расточку и обточку полых слитков в слитки-заготовки размером 500×вн.320×3200±50 мм или 500×вн.300×3200±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1170-1190°C, прокатку на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в товарные трубы размером 325×16×18200-18900-325×25×13400-13800 мм с вытяжками от µ=6,91 до µ=4,87, обжатием по диаметру Δ=34,0% и с подачами слитков-заготовок в очаг деформации m=18-22 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, ультразвуковой контроль и приемку труб с допуском по диаметру ±1,0% и толщине стенки +20,0/-5,0%.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных труб размером 325×16-25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш отличается тем, что производят выплавку полых слитков электрошлаковым переплавом, расточку и обточку полых слитков в слитки-заготовки размером 500×вн.320×3200±50 мм или 500×вн.300×3200±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1170-1190°C, прокатку на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в товарные трубы размером 325×16×18200-18900-325×25×13400-13800 мм с вытяжками от µ=6,91 до µ=4,87, обжатием по диаметру Δ=34,0% и с подачами слитков-заготовок в очаг деформации m=18-22 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, 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".

По существующему способу трубы размером 325×16 мм производят из слитков-заготовок ЭШП размером 490×100×1750±50 мм по технологии: слитки-заготовки нагревают до температуры пластичности и прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 500×вн.315×2550-2700 мм на оправке диаметром 300 мм с вытяжкой µ=1,50 и подъемом по диаметру δ=2,04%; гильзы прокатывают на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в товарные трубы размером, соответственно, 325×16×14800×-15500 мм. По данной технологии в производство задано 5 слитков-заготовок общей массой 12,345 тонн. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-55-2001 десять труб размером 325×16×6200-7350 мм общей массой 8,923 тонны. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,384. По предлагаемому способу в производство заданы 5 полых слитков-заготовок размером 500×вн.320×3200±50 мм обшей массой 14,562 тонны. Полые слитки-заготовки размером 500×вн.320×3200±50 мм были нагреты в методической печи до температуры 1170-1180°C и прокатаны на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в валках с калибром 332 мм в товарные трубы размером 325×16×18200-18900 мм с вытяжкой µ=6,91, обжатием по диаметру Δ=34,0% и с подачами полых слитков-заготовок в очаг деформации m=18-19 мм. От труб пилой горячей резки были удалены технологические отходы (пилигримовые головки и затравочные концы), а трубы - плети порезаны на два крата равной длины. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-55-2001 десять труб размером 325×16×8800-9300 мм общей массой 11,896 тонн. Расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 1,224. Таким образом, при прокатке труб размером 325×16 мм по предлагаемому способу получено снижение расходного коэффициента металла на 160 кг на каждой тонне труб, при одновременном повышении производительности ГПУ 8-16″ на 5-7% за счет снижения вспомогательного времени при прокатке полых гильз-заготовок с меньшей кривизной и большей массы по сравнению со слитками-заготовками.

Данные по прокатке товарных труб размером 325×16 мм из стали 10Х9МФБ-Ш на ПТУ 8-16″ с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок ЭШП размером 500×вн.320×3200±50 мм (предлагаемая технология) и из слитков-заготовок размером 490×100×1750 мм (существующая технология) приведены в таблице 1.

Таким образом, использование предложенного способа позволит производить бесшовных горячекатаных труб размером 325×16-25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из полых слитков-заготовок ЭШП с механическими свойствами металла и геометрическими размерами труб, отвечающими требованиям ТУ 14-3Р-55-2001, что позволит снизить энегозатраты за счет исключения процесса прошивки слитков-заготовок в гильзы, снизить расходный коэффициент металла при переделе полый слиток ЭШП - полый слиток-заготовка - котельная труба, повысить производительность ТПУ 8-16″ и снизить стоимость труб.

Данные по прокатке труб размером 325×16 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш на ПТУ 8-16″ с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок ЭШП размером 500×вн.300×3200±50 мм (предлагаемая технология) и из слитков-заготовок размером 490×100×1750±50 мм (существующая технология)