Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 132,1Х18 ММ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МУФТ ИЗ КОРРОЗИОННО-СТОЙКОГО СПЛАВА МАРКИ ХН30МДБ-Ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных холоднодеформированных передельных труб размером 132,1×18 мм из сплава ХН30МДБ-Ш для изготовления муфт для монтажа насосно-компрессорных труб размером 114,3×6,88×9000-10700 мм для добычи газа и газового конденсата в сероводородсодержащих средах и способа производства бесшовных горячекатаных передельных труб на ТПУ с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава.

В трубопрокатном производстве известен способ производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из центробежно-литых полых заготовок нержавеющих марок стали 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 08Х10Н16Т2 и 08Х10Н20Т2 (ТУ 14-3-569-77 "Заготовки трубные центробежно-литые полые из стали марок 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 08Х10Н16Т2 и 08Х10Н20Т2 диаметром 530-650 мм", ТУ 14-3-1564-88 "Трубы бесшовные горячедеформированные из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем", ТИ 158-Тр.ТБ1-6-94 "Изготовление труб из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 по ТУ 14-3-1564-88", ТУ 14-3-743-78 "Трубы бесшовные горячекатаные из стали марки 08Х18Н12Т", ТИ 158-Тр.ТБ1-63-98 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали марки 08Х18Н12Т для химического машиностроения и для рубашек гидроцилиндров форголлеров пильгерстана", ТУ 14-3-765-78 "Трубы бесшовные горячекатаные из нержавеющей стали", ТИ 158-Тр.ТБ1-69-98 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из стали марки 08Х18Н12Т для баллонов").

Недостатком данного способа является то, что трубы после прокатки имеют большое количество дефектов по наружной и внутренней поверхности в виде плен и рыхлости, требуют последующей механической обработки (обточки и расточки) со съемом металла по 10-12 мм на сторону или 20-25 мм по стенке. Горячекатаные трубы размером 402×45 мм обтачивают и растачивают на размер 377×20 мм, т.е. в стружку уходит более 50% металла. Так как горячекатаные трубы катаются с толстыми стенками, т.е. с малыми вытяжками (µ=2,0-3,5), то в микроструктуре металла труб имеют место крупные зерна, а следовательно, металл труб имеет низкие механические свойства и не выдерживает испытания на межкристаллитную коррозию (п. 2.8 ТУ 14-3-765-78 гласит, что макроструктура металла труб должна быть плотной, без следов усадочной рыхлости, расслоений, трещин, пустот), а результаты первичных испытаний для микро- и макроконтроля являются окончательными.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячекатаных передельных труб из слитков ЭШП коррозионно-стойких сталей диаметром 219-325 мм с толщинами стенок от 20 до 50 мм, предназначенных для холодного передела и товарных труб с механической обработкой и последующей шлифовкой с повышенным качеством поверхности из стали марки 08Х18Н10Т размером 219-325 мм с толщинами стенок от 10 до 25 мм (ТУ 14-3Р-197-2001 "Трубы бесшовные из коррозионно-стойких сталей с повышенным качеством поверхности", ТИ 158-Тр.ТБ1-53-2002 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из коррозионно-стойких марок стали с повышенным качеством поверхности по ТУ 14-3Р-197-2001"), а также способ производства бесшовных горячекатаных труб номинальным диаметром 289, 341, 393 и 418 мм с толщинами стенок от 25 до 40 мм из слитков-заготовок ЭШП стали марок 08Х18Н10Т и 08Х18Н12Т по ТУ 14-134-334 из коррозионно-стойких марок стали для изготовления холоднодеформированных труб (ТУ 14-158-130-2002 "Трубы стальные бесшовные горячедеформированные из коррозионно-стойких марок стали для изготовления холоднодеформированных труб" и ТУ 14-158-129-2002 "Трубы стальные бесшовные горячедеформированные передельные из коррозионно-стойких марок стали для изготовления холоднодеформированных труб для АЭС").

Недостатками данного способа производства бесшовных горячекатаных товарных и передельных труб из слитков-заготовок ЭШП коррозионно-стойких сталей является то, что товарные и передельные горячекатаные трубы диаметром 219-325 мм на ТПА 8-16″ прокатываются из слитков-заготовок ЭШП размером 400-500×100×1750 мм за одну прошивку на максимальной оправке диаметром 250 мм. При прошивке сверленых слитков-заготовок ЭШП данного размера стали марки 08Х18Н10Т двигатель прошивного стана работает на пределе. Нагрузка достигает 7,5 кА (предельная 7,0 кА). Трубы, прокатанные из гильз с одной прошивкой, как передельные так и товарные, из-за наличия дефектов в виде плен и мелких рванин, требуют механическую обработку (обточку и расточку). Расходный коэффициент металла превышает 2,0. Прокатка труб диаметром более 325 мм производится с использованием двойной прошивки, а именно товарные трубы размером 402×20 мм из стали 08Х18Н10Т производятся по технологии: сверленые слитки-заготовки ЭШП размером 570-600×100×1650 мм нагревают до температуры пластичности и прошивают на оправке диаметром 250 мм в гильзы размером 570-600×вн.265×2040-1990 мм, которые садят в печь горячими или после охлаждения и ремонта, нагревают до температуры пластичности, а затем прошивают - раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 375 мм в гильзы 570-600×вн.390×3000-2770 мм, которые подают на пилигримовый стан и прокатывают в передельные трубы размером 420×40 мм в калибре 432 мм за счет сведения валков на 6-8 мм, т.е. уменьшения зазора (шпронта) между валками. Нагрузка на привод валков прошивного стана превышает предельную, т.е. работа производится на гране остановки двигателя. Бывают случаи и отключения двигателя. В этом случае разводят валки прошивного стана и гильзу-ступу выдают из стана и переводят в разряд брака. Расходный коэффициент металла при прокатке передельных труб по данной технологии превышает 2,5. Из вышесказанного видно, что данная технология производства товарных и передельных труб из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов трудоемка, энергоемка и металлоемка.

Известным техническим решением является также способ производства горячекатаных передельных труб из стали сплава 20Х25Н25ТЮ-Ш размером 325×40 мм для изготовления водоохлаждаемых печных роликов размером 295×22×2750 мм, включающий сверловку и расточку слитков-заготовок ЭШП размером 480×1600 мм на диаметр 285+5/-0 мм, нагрев их до температуры пластичности, прокатку на пилигримовых станах в трубы размером 325×40 мм на дорнах с повышенной конусностью 246/238 мм с разностью (зазором) между внутренним диаметром расточенных слитков-гильз и максимальным диаметром дорнов, равным 40-45 мм, и коэффициентом вытяжки µ=3,4 (протокол №1031 согласования условий поставки труб из сплава марки 20Х25Н25ТЮ-Ш от 14.12.2000 г. и письмо-указание на опытно-промышленную прокатку горячекатаных передельных труб размером 325×40 мм из стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш).

Недостатком данного способа является использование расточенных слитков-гильз с внутренним диаметром больше диаметра дорна на 40-45 мм, т.к. при меньших зазорах на внутренней поверхности труб образуются дефекты в виде рванин и частые "затяжки" дорнов, даже с повышенной конусностью. Операция расточки слитков с диаметра 100 мм до 285-290 мм трудоемка и приводит к повышенному расходу металла, т.к. при расточке уходит в стружку от 30 до 45% металла. Количество стружки возрастает с ростом диаметра передельных труб, т.е. внутреннего диаметра слитков-гильз, а это в конечном итоге приводит к значительному повышению стоимости готового изделия. Данный способ направлен на изготовление водоохлаждаемых роликов из сплава 20Х25Н25ТЮ-Ш и не решает технологические вопросы производства труб для изготовления муфт размером 132,1×18 мм из сплава ХН30МДБ для монтажа насосно-компрессорных труб размером 114,3×6,88×9000-10700 мм для добычи газа и газового конденсата в сероводородсодержащих средах.

В трубной промышленности известен также способ производства горячекатаных передельных труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов на установках с пилигримовыми станами, включающий сверловку слитков-заготовок ЭШП на диаметр 100±5 мм, нагрев их до температуры пластичности, экспандирование в полые заготовки с вытяжкой µ=1,2-1,8 без подъема по диаметру, обтачивание и растачивание их до удаления ковочных дефектов, нагрев их до температуры пластичности и прокатку на пилигримовых станах с вытяжкой µ≤5,0 или экспандирование сверленых слитков-заготовок ЭШП в полые заготовки с вытяжкой µ=0,9-1,5 с подъемом по диаметру от 1,05 до 1,4 и прокатку на пилигримовых станах с вытяжкой µ≤5,5 (Патент РФ №2242302 от 20.12.2004, кл. B21B 21/04, бюл. №35).

Недостатками данного способа являются использование в качестве передельных заготовок сверленых слитков-заготовок ЭШП, дополнительные операции по экспандированию и механической обработке передельных экспандированных трубных заготовок, повышенный расход дорогостоящего металла в стружку, что в конечном итоге приводит к значительному повышению стоимости готового изделия.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных холоднодеформированных труб размером 132,1×18 мм для изготовления муфт из коррозионно-стойкого сплава марки ХН30МДБ-Ш для монтажа насосно-компрессорных труб размером 114,3×6,88×9000-10700 мм для добычи газа и газового конденсата в сероводородсодержащих средах из кованых, сверленых, механически обработанных заготовок размером 273×30×3000 мм по маршрутам 273×30-219×27-168×22-132,1×18 мм (ТУ 14-1-5483-2004 "Трубы бесшовные холоднодеформированные и муфтовые заготовки из коррозионно-стойкого сплава марки ХН30МДБ-Ш (ЭК77-Ш)", ТУ 14-1-4745-89 "Заготовка трубная из коррозионно-стойкого сплава марки ХН30МДБ (ЭК77)" и протокол №1558 от 29.06.2011 г. "Согласования условий поставки трубной заготовки из коррозионно-стойкого сплава марки ХН30МДБ-ИШ (ЭК 77-ИШ)".

Недостатками данного способа являются дополнительные операции механической обработки - обточки слитков ЭШП размером 480×1200 мм в слитки-заготовки размером 460×1200 мм, нагрев до температуры пластичности слитков-заготовок ЭШП, ковка их в поковки размером 290×3000 мм с уковом не менее 2,5, обточка поковок в заготовки размером 273×3000 мм, сверление в заготовках центрального отверстия с последующей расточкой на диаметр 213 мм, прокатка передельных труб-заготовок размером 273×30×3000 мм в передельные муфтовые заготовки размером 132,1×18 мм по маршрутам 273×30-219×27-168×22-132,1×18 мм с относительными обжатиями по стенке δ_1M=15,6%, δ_2M=18,5%, а δ_3M=18,2%, а следовательно, повышенный расход дорогостоящего металла при прокатке труб размером 132,1×18 мм для изготовления муфт - 3,508.

Задачей предложенного способа является исключение из технологического процесса операций - нагрева слитков ЭШП под ковку, ковки слитков в поковки, механической обработки - обточки поковок в заготовки, сверления в заготовках центрального отверстия с последующей расточкой на заданную толщину стенки; снижение относительных обжатий по стенке по проходам на станах ХПТ и снижение расхода металла за счет исключения операций ковки и механической обработки поковок в заготовки.

Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе производства передельных труб размером 132,1×18 мм для изготовления муфт из коррозионно-стойкого сплава марки ХН30МДБ-Ш трубы производят путем выплавки электрошлаковым переплавом полых слитков размером 470×110×2700 мм или 430×105×2700 мм, обточки и расточки слитков в полые слитки-заготовки размером соответственно 460×100×2700 мм и 420×95×2700 мм, нагрева слитков-заготовок до температуры пластичности, прокатки на пилигримовом стане на конусных дорнах в передельные горячекатаные трубы размером 290×35×9500 мм, или 260×30×8000 мм, или 310×40×7600 мм, или 288×45×6200 мм, обточки и расточки передельных горячекатаных труб в передельные трубы размером 300×30×3200 мм или 273×30×4600 мм и прокатки на стане ХПТ в передельные трубы размером 132,1×18 мм, причем прокатку на стане ХПТ передельных труб размером 300×30×3200 мм осуществляют по маршрутам 300×30-273×27-219×24-168×21-132,1×18 мм с относительными обжатиями по стенке δ_1M=10,0%, δ_2М=11,1%, δ_3M=12,5%, δ_4M=14,3%, а передельные трубы размером 273×30×4600 мм прокатывают на стане ХПТ по маршрутам 273×30-245×27-219×24-168×21-132,1×18 мм с относительными обжатиями по стенке δ_1M=10,0%, δ_2М=11,1%, δ_3M=12,5%, δ_4M=14,3%, полые слитки-заготовки размером 460×100×2700 и 420×95×2700 мм садят в один ряд на колосники методических печей при температуре 750-800°C, в течение 1,0-1,5 часов нагревают до температуры 450-500°C, а затем равномерно нагревают до температуры 1180-1200°C со скоростью 2,2-2,4°C и выдают из печи с температурой центра слитков-заготовок 1180-1200°C, после выдачи из печи полые слитки-заготовки на слитковой тележке продувают сжатым воздухом, вовнутрь подают смазку в виде смеси графита с поваренной солью массой ≈ 1,0-1,5 кг, а затем краном передают на приемную тележку пилигримового стана, передельные горячекатаные трубы размером 290×35×9500, 260×30×8000, 310×40×7600 и 288×45×4600 мм на пилигримовом стане производят в валках с калибрами соответственно 306, 280 и 315 мм с подачами m полых слитков-заготовок в очаг деформации соответственно 22-24, 20-22, 22-24 и 24-26 мм и вытяжками µ=3,95, µ=4,385, µ=2,767 и µ=3,267.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что трубы производят путем выплавки электрошлаковым переплавом полых слитков размером 470×110×2700 мм или 430×105×2700 мм, обточки и расточки слитков в полые слитки-заготовки размером соответственно 460×100×2700 мм и 420×95×2700 мм, нагрева слитков-заготовок до температуры пластичности, прокатки на пилигримовом стане на конусных дорнах в передельные горячекатаные трубы размером 290×35×9500 мм, или 260×30×8000 мм, или 310×40×7600 мм, или 288×45×6200 мм, обточки и расточки передельных горячекатаных труб в передельные трубы размером 300×30×3200 мм или 273×30×4600 мм и прокатки на стане ХПТ в передельные трубы размером 132,1×18 мм, причем прокатку на стане ХПТ передельных труб размером 300×30×3200 мм осуществляют по маршрутам 300×30-273×27-219×24-168×21-132,1×18 мм с относительными обжатиями по стенке δ_1M=10,0%, δ_2M=11,1%, δ_3M=12,5%, δ_4M=14,3%, а передельные трубы размером 273×30×4600 мм прокатывают на стане ХПТ по маршрутам 273×30-245×27-219×24-168×21-132,1×18 мм с относительными обжатиями по стенке δ_1M=10,0%, δ_2M=11,1%, δ_3M=12,5%, δ_4M=14,3%, полые слитки-заготовки размером 460×100×2700 и 420×95×2700 мм садят в один ряд на колосники методических печей при температуре 750-800°C, в течение 1,0-1,5 часов нагревают до температуры 450-500°C, а затем равномерно нагревают до температуры 1180-1200°C со скоростью 2,2-2,4°C и выдают из печи с температурой центра слитков-заготовок 1180-1200°C, после выдачи из печи полые слитки-заготовки на слитковой тележке продувают сжатым воздухом, вовнутрь подают смазку в виде смеси графита с поваренной солью массой ≈ 1,0-1,5 кг, а затем краном передают на приемную тележку пилигримового стана, передельные горячекатаные трубы размером 290×35×9500, 260×30×8000, 310×40×7600 и 288×45×4600 мм на пилигримовом стане производят в валках с калибрами соответственно 306, 280 и 315 мм с подачами m полых слитков-заготовок в очаг деформации соответственно 22-24, 20-22, 22-24 и 24-26 мм и вытяжками µ=3,95, µ=4,385, µ=2,767 и µ=3,267.

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16″ и стане ХПТ 250 ОАО "ЧТПЗ". В производство были заданы одна заготовка размером 273×32×3000 мм, полученная путем ковки слитка-заготовки размером 480×1200 мм в поковку размером 290×3000 мм, механической обработки поковки в заготовку размером 273×3000 мм с последующей сверловкой и расточкой на размер 273×30×3000 мм - существующая технология, и две трубы размером 300×30×3800 мм, полученные механической обработкой - обточкой и расточкой горячекатаной трубы размером 310×40×7600 мм, прокатанной на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами из полого слитка-заготовки ЭШП размером 460×100×2700 мм - предлагаемая технология. По предлагаемой технологии две передельные трубы размером 300×30×3800 мм прокатаны на стане ХПТ 250 по маршрутам 300×30×3800-273×27×4200-219×24×5600-168×21×8100-132,1×18×11800 мм. Получены две трубы размером 132,1×18×11800 мм общей массой 1232 кг. Суммарный расходный коэффициент металла по передельным трубам размером 132,1×18×23600 мм составил 1,945. По существующей технологии заготовка размером 273×30×3000 мм прокатана на стане ХПТ 250 по маршрутам 273×32-245×28×3400-219×21×4000-168×21×5700-132,1×18×8200 мм общей массой 428 кг. Суммарный расходный коэффициент металла от слитка ЭШП размером 480×1200 мм до муфтовой трубы размером 132,1×18×8200 мм составил 4,105. Данные по производству муфтовых размером 132,1×18 мм по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице №1.

Из таблицы №1 видно, что при производстве муфтовых труб размером 132,1×18 мм по предлагаемой технологии, по сравнению с существующим способом, получено снижение расходного коэффициента металла на 2160 кг на каждой тонне труб.

Таким образом, из таблицы видно, что при производстве муфтовых труб по предлагаемому способу из полых слитков-заготовок ЭШП с последующей прокаткой их на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в горячекатаные трубы, механической обработкой - обточкой и расточкой их в передельные трубы для последующего переката на стане ХПТ 250 в трубы размером 132,1×18 мм, по сравнению с существующей технологией по ТУ 14-1-5483-2004 и ТУ 14-1-5484-2009, получено снижение расхода металла на 2160 кг на тонну труб за счет исключения операции ковки слитков ЭШП в поковки, механической обработки поковок в заготовки и сверления центрального отверстия в заготовках с последующей расточкой под холодную прокатку.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных холоднодеформированных передельных труб размером 132,1×18 мм для изготовления муфт из коррозионно-стойкого сплава марки ХН30МДБ-Ш для монтажа насосно-компрессорных труб размером 114,3×6,88×9000-10700 мм для добычи газа и газового конденсата в сероводородсодержащих средах позволит снизить расход металла за счет исключения операции ковки слитков ЭШП в поковки, механической обработки поковок в заготовки и сверления центрального отверстия в заготовках с последующей расточкой под холодную прокатку и улучшить качество труб за счет снижения относительных обжатий по стенке по проходам.