Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ МЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 530Х8-12 ММ ИЗ СТАЛИ МАРКИ 08Х18Н10-Ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных горячекатаных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш, и может быть использовано на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами при производстве передельных горячекатаных труб размером 550×30×5900-6200 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 650×вн.300×1550±50 мм, для последующей механической обработки-расточки и обточки их в товарные трубы размером, соответственно, 530×8-12×5900-6200 мм.

В трубном производстве известен способ производства товарных и передельных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ с пилигримовыми станами, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм в слитках-заготовках ЭШП и заготовках, нагрев их до температуры пластичности, первую прошивку слитков-заготовок ЭШП или заготовок диаметром 460-600 мм в стане поперечно-винтовой прокатки с вытяжкой μ=1,2-1,4 при скорости вращения рабочих валков 15-25 об/мин, а вторую и последующие при необходимости прошивки - раскатки с подъемом или посадом по диаметру не более 5,0% и вытяжкой μ=1,4-1,75 при скорости вращения валков 20-50 об/мин, с использованием холодного или горячего посада гильз-заготовок в печь, процесс прошивки от захвата слитков-заготовок ЭШП или заготовок до полного нахождения на оправку ведут с уменьшением числа оборотов рабочих валков с 25 до 15, установившийся процесс прошивки при 15-20 об/мин, а на выходе гильзы-заготовки их валков число оборотов увеличивают до 35-40 об/мин, процесс прошивки - раскатки (вторую прошивку) от захвата гильзы-заготовки до полного нахождения на оправку ведут с уменьшением числа оборотов рабочих валков с 50 до 20, установившийся процесс раскатки при 20-25 об/мин, а на выходе гильзы из валков число оборотов увеличивают до 45-50, а прокатку труб на пилигримовом стане ведут с вытяжкой μ=3,0-5,0 (патент РФ №2247612, 10.03.2005, бюл. №7).

Недостатком данного способа является то, что он направлен на производство товарных механически обработанных труб и не оговаривает припуск под механическую обработку передельных труб для изготовления товарных механически обработанных труб повышенного качества из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10-Ш для объектов атомной энергетики.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 245×19, 351×36, 415×50, 426×40, 426×50 и 436×45 мм из слитков-заготовок ЭШП коррозионно-стойкой стали марки 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики с расточенной внутренней и обточенной наружной поверхностью с шероховатостью не более R_a 10 мкм по ГОСТ 2789 (ТУ 14-158-131-2002 "Трубы горячедеформированные из коррозионно-стойкой стали повышенного качества").

Недостатком данного способа является то, что он направлен на производство товарных механически обработанных труб с относительно толстыми стенками. При производстве труб данных размеров длиной не менее 4000 мм припуск под механическую обработку (расточку и обточку) должен быть не менее 10 мм на сторону. Таким образом, при механической обработке (расточке и обточке) с шероховатостью не более R_a 10 мкм в стружку на каждом погонном метре уходит от 111,5 до 227,1 кг дорогостоящего металла, т.е. от 35,0 до 55,0% (в зависимости от диаметра и толщины стенки).

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячеде-формированных механически обработанных труб диаметром 530-550 мм из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков ЭШП размером 610×1725±25 мм, механическую обработку - обточку слитков в слитки-заготовки размером 590±5,0×1725 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, расточку слитков-заготовок на размер 590±5,0×вн.220±5,0×1750±25 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×вн.365×1950-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру δ=4,0-6,0%, нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до температуры пластичности, прошивку - раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 660×505-515×2950-3100 мм на оправке диаметром 490-500 мм с подъемом по диаметру δ=5,5-6,5%, прокатку гильз на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами в передельные трубы диаметром 530-550 мм с отношением D/S=13,5-15,0 с припуском по толщине стенки под механическую обработку - расточку и обточку, определение значений толщин снимаемых слоев металла при обточке и расточке из выражений Δ=D/S⋅K, Δ₁=D/S⋅K₁, где Δ - толщина снимаемого слоя металла при обточке горячекатаных труб по наружной поверхности, мм; Δ₁ - толщина снимаемого слоя металла при расточке горячекатаных труб по внутренней поверхности, мм; D - наружный диаметр горячекатаных труб, мм; S - толщина стенки горячекатаных труб, мм; K=0,5-0,7 - коэффициент для определения толщины снимаемого слоя металла при обточке труб, большие значения которого относятся к трубам с более толстыми стенками; K₁=0,4-0,5 - коэффициент для определения толщины снимаемого слоя металла при расточке труб, большие значения которого относятся к трубам с более толстыми стенками (Патент №2387501, опубл. 27.07.2010, бюл. №12).

Недостатком данного способа является то, что он решает общие вопросы производства передельных бесшовных горячедеформированных труб из коррозионностойких труднодеформируемых марок стали и сплавов с отношением D/S=13,5-15,0 для последующей механической обработки - расточки и обточки их в товарные трубы диаметром 530-550 мм с толщиной стенки более 20 мм, длиной не более 4700 мм и не решает технологические вопросы производства товарных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм из стали марки 08Х18Н10Т повышенной точности по диаметру и стенке для объектов атомной энергетики.

В трубной промышленности известен также способ производства труб повышенного качества из коррозионно-стойкой марки 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики, включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом, обточку слитков в слитки-заготовки, сверление в слитках-заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на ТПУ с пилигримовыми станами в передельные горячекатаные трубы, отрезку технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов пилой горячей резки, правку труб, термическую обработку - аустенизацию, механическую обработку передельных горячекатаных труб - расточку и обточку, на станках со следящей системой, в передельные трубы-заготовки со съемом металла, величину которого определяют из выражений: , , где - величина снимаемого слоя металла при расточке под технологический перекат, мм; ΔS_в.с. - величина снимаемого слоя металла при расточке на готовый размер, мм; K=(0,5-0,6) - коэффициент снижения величины снимаемого слоя металла при расточке, большие значения которого относятся к трубам больших диаметров; - величина снимаемого слоя металла при обточке на готовый размер, мм; K₁=(0,4-0,5) - коэффициент снижения величины снимаемого слоя металла при обточке, большие значения которого относятся к трубам больших диаметров, удаление не выведенных дефектов на передельных трубах-заготовках абразивной зачисткой или шлифовкой, перекатку передельных труб-заготовок на станах ХПТ в товарные трубы с шероховатостью наружной и внутренней плоскостей не более R_a 2,5 мкм (патент РФ №2401169, кл. В21В 21/00, 10.10.2010, бюл. №28).

Недостатком данного способа является то, что он направлен на производство горячекатаных передельных труб под каждый размер товарных механически обработанных и холоднокатаных труб, что в свою очередь приводит к увеличению технологического инструмента при прокатке передельных горячекатаных труб на ТПУ с пилигримовыми станами (оправок станов поперечно-винтовой прокатки, валков и дорнов пилигримовых станов). Прокатка передельных горячекатаных труб под каждый размер товарных механически обработанных и холоднокатаных труб приводит к дополнительным перевалкам на ТПУ с пилигримовыми станами и снижению ее производительности.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ производства бесшовных горячедеформированных длинномерных труб диаметром 500 мм и более на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара (патент RU №2322315, кл. В21В 19/04, 27.11.2007), включающий отливку полых слитков электрошлаковым переплавом с отношением диаметра к толщине стенки D/S=K₁, H=K₂D и H₁=K₃D, где D=680 - наружный диаметр полого слитка электрошлакового переплава, мм; S - толщина стенки полого слитка электрошлакового переплава, мм; K₁=(4,8-9,2) - коэффициент, большие значения которого принимают для полых слитков с меньшей толщиной стенки; Н=(3000-3500) - высота полого слитка электрошлакового переплава для прокатки труб с отношением D/S≤20, мм; K₂=(4,4-5,2) - значения коэффициентов для прокатки труб с отношением D/S≤20; Н₁=(2000-2100) - высота полого слитка электрошлакового переплава для прокатки труб с отношением D/S≤20, мм; K₃=(2,9-3,1) - значения коэффициентов для прокатки трубе с отношением D/S≥20, мм, полые слитки электрошлакового переплава для прокатки котельных труб с отношением D/S≥20, отливают с внутренним диаметром D_вн=D_д±5,0, где D_д - диаметр дорна, мм, слитки электрошлакового переплава для прокатки котельных труб обтачивают и растачивают в полые слитки-заготовки со съемом металла толщиной 8±2,0 мм для удаления сварочного шлака и дефектов литейного происхождения, полые слитки-заготовки электрошлакового переплава нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовом стане в трубы с отношением D/S≥20 с допуском по диаметру ±1,0% и толщине стенки +15,0/-10,0%, полые слитки электрошлакового переплава для прокатки котельных труб с отношением D/S≤20 отливают с внутренним диаметром 300±10 мм, которые обтачивают и растачивают в полые слитки-заготовки со съемом металла толщиной 8±2,0 мм для удаления сварочного шлака и дефектов литейного происхождения, полые слитки-заготовки электрошлакового переплава нагревают до температуры пластичности, прошивают-раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы на оправке диаметром больше диаметра дорна на 15-20 мм и прокатывают на пилигримовом стане в трубы с отношением D/S≤20 с допуском по диаметру ±1,0% и толщине стенки +15,0/-10,0%.

Одним из основных недостатков донного способа является то, что он направлен на производство котельных труб диаметром до 550 мм и не решает технологические вопросы производства механически обработанных труб размером 530×8-12 мм из стали марки 08Х18Н10-Ш для объектов атомной энергетики.

Задачей предложенного способа является освоение производства бесшовных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш из передельных горячекатаных труб-заготовок размером 550х 30×5900-6200 мм, прокатанных на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок ЭШП размером, соответственно, 650×вн.300×1550±50 мм, снижение расходного коэффициента металла при переделе полый слиток-заготовка ЭШП - товарная труба из коррозионно-стойкой стали марки 08Х18Н10-Ш по ТУ 14-3P-197-2001 для объектов атомной энергетики, использование для производства передельных труб размером 530×8-12, а также размерами 530×13-18; 530×19-24; 530×25-28 мм из одного диаметра полых слитков-заготовок и повышение производительности ТПУ 8-16'' при прокатке передельных горячекатаных труб.

Технический результат достигается данным способом производства бесшовных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш, включающем отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 670×вн.280×1550±50 мм, расточку и обточку их в полые слитки-заготовки размером 650×вн.300×1550±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок из печи, подачу смазки с двух концов в слитки-заготовки из смеси графита с поваренной солью 50/50 массой = 1000-1250 г, прошивку - раскатку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 510, с коэффициентом вытяжки μ₁=1,75 и подъемом по диаметру δ=4,62% в гильзы размером 680×вн.525×2630-2800 мм, прокатку гильз на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами на конусных дорнах диаметром 493/499 мм в калибре 562 мм, врезанном в валки с диаметром бочки 1150 мм, с углом поперечного выпуска на полирующем участке , в передельные трубы размером 550×30×5900-6200 мм с коэффициентом вытяжки μ₁=2,99, обжатием по диаметру 19,12%, с подачей гильз в очаг деформации m=20-24 мм, отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правку в шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева за 2-3 прохода до кривизны не более 6,0 мм на общую длину труб, термообработку труб - аустенизацию, механическую обработку - расточку и обточку передельных горячекатаных труб размером труб 550×30×5900-6200 мм в товарные трубы размером 530×8-12×5900-6200 мм, а механическую обработку передельных горячекатаных труб размером 550×30×5900-6200 мм в товарные механически обработанные трубы производят сначала на размер 530×12 мм, а затем на размеры 530×11, 530×10, 530×9 и 530×8 мм.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что производят отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 670×вн.280×1550±50 мм, расточку и обточку их в полые слитки-заготовки размером 650×вн.300×1550±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок из печи, подачу смазки с двух концов в слитки-заготовки из смеси графита с поваренной солью 50/50 массой = 1000-1250 г, прошивку - раскатку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 510, с коэффициентом вытяжки μ₁=1,75, и подъемом по диаметру δ=4,62% в гильзы размером 680×вн.525×2630-2800 мм, прокатку гильз на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами на конусных дорнах диаметром 493/499 мм в калибре 562 мм, врезанном в валки с диаметром бочки 1150 мм, с углом поперечного выпуска на полирующем участке , в передельные трубы размером 550×30×5900-6200 мм с коэффициентом вытяжки μ₁=2,99, обжатием по диаметру 19,12%, с подачей гильз в очаг деформации m=20-24 мм, отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правку в шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева за 2-3 прохода до кривизны не более 6,0 мм на общую длину труб, термообработку труб - аустенизацию, механическую обработку - расточку и обточку передельных горячекатаных труб размером труб 550×30×5900-6200 мм в товарные трубы размером 530×8-12×5900-6200 мм, механическую обработку передельных горячекатаных труб размером 550×30×5900-6200 мм в товарные механически обработанные трубы производят сначала на размер 530×12 мм, а затем на размеры 530×11, 530×10, 530×9 и 530×8 мм.

Способ производства бесшовных горячекатаных механически обработанных труб размером 530×10 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш по предлагаемой технологии (способу) осуществлен на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16'' при прокатке передельных труб размером 550×30×6200 мм из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650×вн.300×1600 мм с последующей расточкой и обточкой их в товарные механически обработанные трубы размером 530×10×6200 мм. Так как трубы данного размера и сортамента до настоящего времени в России не производились, то сравнительная прокатка не приведена. Данные по технологическим параметрам производства бесшовных горячекатаных механически обработанных труб размером 530×10 мм из стали марки 08Х18Н10-Ш для АЭС приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что в производство были заданы 2 слитка-заготовки ЭШП размером 650×вн.300×1600 мм общей массой 7050 кг. Слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры 1250-1260°С, прошиты - раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 510 мм с вытяжкой μ=1,75 и подъемом по диаметру δ=4,62% в гильзы размером 680×вн.525х 2800 мм. Гильзы прокатаны на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами в калибре 562 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке , врезанного в валки с диаметром бочки 1150 мм, в передельные трубы размером 550×30×6200 мм на конусных дорнах диаметром 493/499 мм с вытяжкой μ=2,99, обжатием по диаметру 19,12%, с подачами гильз в очаг деформации m=22-24 мм. Отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок производили пилой горячей резки, а правку в шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева за 2-3 прохода до кривизны не более 6,0 мм на общую длину труб. Термическую обработку труб - аустенизацию, механическую обработку - расточку и обточку передельных горячекатаных труб размером труб 550×30×6200 мм производили в товарные трубы размером 530×10×6200 мм. Приемку труб производили на соответствие требованиям ТУ 14-3P-197-2001. В соответствии с ТУ 14-3P-197-2001 принято 12,4 метра труб размером 530×10 мм, общей массой 1590 кг. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 4,434.

Таким образом, использование предложенного способа позволило впервые в мировой практике осуществить производство передельных горячекатаных труб размером 550×30 мм на ТПУ 8-16'' из полых слитков-заготовок ЭШП стали марки 08Х18Н10-Ш размером 650×вн.300×1550±50 мм, для последующей механической обработки - расточки и обточки их в товарные трубы размером 530×8-12 мм для объектов атомной энергетики.