Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства бесшовных труб диаметром 377 мм и толщиной стенки 14-18 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных холоднокатаных труб диаметром 377 мм и толщиной стенки от 14 до 18 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш, которые могут быть использованы для объектов атомной энергетики, а способ производства может быть осуществлен на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами при производстве передельных горячекатаных труб размером 490×43×7300-7600 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 650хвн.450×3200±50 мм, для последующей механической обработки - расточки и обточки их в передельные трубы-заготовки размером 474×24×3650-3800 и 474×26×3650-3800 мм и переката их на стане ХПТ 450 в товарные трубы диаметром 377 мм и толщиной стенки 14-18 мм.

В трубном производстве известен способ производства товарных и передельных труб из труднодеформируемых марок стали, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм в заготовках и слитках-заготовках ЭШП диаметром 380-500 мм, выдержку их на колосниках методических печей при температуре 500-550°С в течение 70-90 минут в зависимости от диаметра, после чего нагрев до температуры 1120-1140°С со скоростью 1,4-1,5 град/мин, прошивку заготовок и слитков-заготовок ЭШП в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размер в размер по диаметру при скорости вращения рабочих валков 25-40 об/мин на оправке диаметром, обеспечивающим редуцирование на пилигримовом стане не менее 25 мм (патент РФ №2175899, бюл. №32, 20.11.2001).

Недостатком данного способа является то, что он приемлем только для производства горячекатаных товарных и передельных труб среднего диаметра, а именно труб диаметром 219-325 мм, т.к. для прокатки труб диаметром более 325 мм необходима заготовка или слиток-заготовка ЭШП диаметром 540-620 мм, которые из-за малой мощности привода стана поперечно-винтовой прокатки прошить невозможно, а самое главное то, что данный способ не оговаривает припуск под механическую обработку - расточку и обточку передельных труб для изготовления товарных труб размером 245×19, 325×36 и 426×40 мм из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики.

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, бюл. №7, 10.03.2005).

Недостатком данного способа является то, что он направлен на производство товарных механически обработанных труб и также не оговаривает припуск под механическую обработку передельных труб для изготовления товарных механически обработанных труб повышенного качества из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики.

В трубной промышленности известен также способ производства труб повышенного качества из коррозионно-стойкой сталимарки 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: ΔS_в.п.=KΔS_в.с., ΔS_н.п.=K₁ΔS_п.с., где ΔS_в.п. - 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; ΔS_н.п. - величина снимаемого слоя металла при обточке под технологический перекат, мм; ΔS_н.с. - 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_a2,5 мкм (патент РФ №2401169, опубл. 10.10.2010).

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. B21B 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; H=(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; H₁=(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 труб 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 данного способа является то, что он направлен на производство котельных труб диаметром до 550 мм и не решает технологические вопросы производства труб диаметром 377 мм и толщиной стенки 14-18 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики.

Задачей предложенного способа является освоение производства бесшовных холоднокатаных труб диаметром 377 мм и толщиной стенки 14-18 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш из передельных труб-заготовок размером 474×22×3650-3800 и 474×24×3650-3800 мм, полученных механической обработкой - расточкой и обточкой передельных горячекатаных труб размером 490×43×7300-7600 мм, прокатанных на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650хвн.450×3200±50 мм, снижение расходного коэффициента металла при переделе полый слиток-заготовка ЭШП - товарная труба из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики, использование для производства одного размера полого слитка-заготовки ЭШП и повышение производительности ТПУ 8-16ʺ при прокатке передельных труб.

Технический результат достигается за счет использования способа производства бесшовных труб диаметром 377 мм с толщиной стенки 14-18 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш, включающий отливку электрошлаковым переплавом полых слитков размером 670хвн.430×3200±50, расточку и обточку их в слитки-заготовки размером 650хвн.450×3200±50 мм, нагрев в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок на слитковую тележку, продувку их сжатым воздухом, смазку слитков-заготовок внутри с двух концов смесью графита с поваренной солью в пропорции 50/50 массой 2000-2500 г, прокатку их в передельные горячекатаные трубы размером 498×43×7300-7600 мм с коэффициентом вытяжки μ=2,80 и обжатием по диаметру 24,62% на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 406/412 мм (первый размер относится к диаметру переднего участка дорна, а второй - к диаметру его заднего участка), в калибре 498 мм, врезанного в валки с диаметром бочки 1150 мм, с углом поперечного выпуска на полирующем участке калибра α_п.вып.=24-26°, с подачей m слитков-заготовок в очаг деформации, равный 20-24 мм, отрезку технологических отходов, правку в шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева за 2-3 прохода до кривизны, не превышающей 6,0 мм на длину трубы, аустенизацию, порезку каждой трубы на две трубы равной длины, их механическую обработку в передельные трубы-заготовки размером 474×24×3650-3800 и 474×26×3650-3800 мм, прокатку механически обработанных труб-заготовок на стане ХПТ в товарные трубы по маршруту: 474×24×3650-3800 - 426×19×4800-5000 - 377×14×7000-7300, 377×15×6500-6800, 377×16×6100-6350 мм с коэффициентами вытяжки μ, соответственно, 1,40, 1,52, 1,42 и 1,34 и по маршруту: 474×26× 3650-3800 - 426×22×4700-4900 - 377×17×6500-6800 и 377×18×6100-6400 мм, с коэффициентами вытяжки μ, соответственно, 1,38, 1,45 и 1,38 и термическую обработку.

При необходимости трубы-заготовки размером 474×24×3650-3800 мм могут быть получены из передельных механически обработанных труб-заготовок размером 474×26×3650-3800 мм.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что производят отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 670хвн.430×3200±50, расточку и обточку их в слитки-заготовки размером 650хвн.450×3200±50 мм, нагрев в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок на слитковую тележку, продувку их сжатым воздухом, смазку слитков-заготовок внутри с двух концов смесью графита с поваренной солью 50/50 массой 2000-2500 г, прокатку их на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 406/412 мм в калибре 498 мм, врезанном в валки с диаметром бочки 1150 мм, с углом поперечного выпуска на полирующем участке α_п.вып.=24-26°, подачей слитков-заготовок в очаг деформации m=20-24 мм, в передельные горячекатаные трубы размером 498×43×7300-7600 мм с коэффициентом вытяжки μ=2,80 и обжатием по диаметру 24,62%, 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, аустенизацию, порезку труб на две равной длины, механическую обработку в передельные трубы-заготовки размером 474×24×3650-3800 и 474×26×3650-3800 мм, прокатку механически обработанных труб-заготовок на стане ХПТ в товарные трубы по маршруту: 474×24×3650-3800 - 426×19×4800-5000 - 377×14×7000-7300, 377×15×6500-6800, 377×16×6100-6350 мм с коэффициентами вытяжки μ, соответственно, 1,40, 1,52, 1,42 и 1,34; или по маршруту: 474×26×3650-3800 - 426×22×4700-4900 - 377×17×6500-6800 и 377×18×6100-6400 мм, с коэффициентами вытяжки μ, соответственно, 1,38, 1,45 и 1,38 и термическую обработку.

При необходимости трубы-заготовки размером 474×24×3650-3800 мм могут быть получены из передельных механически обработанных труб-заготовок размером 474×26×3650-3800 мм.

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Способ опробован в ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16ʺ при прокатке передельных труб размером 490×43×7450 мм из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650хвн.450×3200 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш с последующей расточкой и обточкой их в трубы-заготовки размером 474×24×3725 мм и перекаткой их на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршруту: 474×24×3725 - 426×19×4900 - 377×16×6250 мм с вытяжками μ, соответственно, 1,40 и 1,34 - предлагаемая технология. По существующей технологии слитки-заготовки ЭШП размером 540×100×1750 мм нагревались в методической печи до температуры пластичности и прошивались в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 250 мм с вытяжкой μ=1,25, размер в размер по наружному диаметру в гильзы-заготовки размером 540хвн.265×2180 мм, которые с холодного посада нагревались до температуры пластичности и прошивались - раскатывались в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 350 мм с вытяжкой μ=1,20 с подъемом по диаметру δ=4,0% в гильзы размером 560хвн.365×2620 мм. Гильзы прокатывались на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами в калибре 410 мм в передельные трубы размером 398×36×7600 мм с вытяжкой μ=3,46 и обжатием по диаметру Δ=28,93%. Передельные трубы разрезались на две трубы равной длины, растачивались и обтачивались в товарные трубы размером 377×16×3800 мм. Данные по технологическим параметрам производства товарных труб размером 377×16 мм из полых слитков-заготовок ЭШП стали марки 08Х18Н10Т-Ш размером 650хвн.450×3200 мм (предлагаемая технология) и из слитков-заготовок ЭШП размером 540×100×1750 мм (существующая технология) приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что по существующей технологии в производство были заданы 3 слитка-заготовки ЭШП размером 540×100×1750 мм общей массой 9115 кг. Слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры 1250-1260°С, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 250 мм с вытяжкой μ=1,25 и подъемом по диаметру δ=0 в гильзы-заготовки размером 540хвн.265×2180 мм, которые с холодного посада были нагреты до температуры 1250-1260°С и прошиты - раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 350 мм с вытяжкой μ=1,20 и подъемом по диаметру δ=4,0% в гильзы размером 560хвн.365×2620 мм. Гильзы прокатаны на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами в калибре 410 мм на дорнах диаметром 319/325 мм с вытяжкой μ=3,46 и обжатием по диаметру Δ=28,93% в передельные трубы размером 398×36×7600 мм. Передельные трубы были выправлены в шестивалковой правильной машине и термообработаны. Так как на существующем оборудовании можно растачивать и обтачивать передельные трубы длиной не более 6000 мм, то передельные трубы были порезаны на две трубы равной длины, расточены и обточены в товарные трубы размером 377×16×3800 мм. Принято шесть труб размером 377×12×3800 мм общей массой 3,246 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 2,808. По предлагаемой технологии в производство были заданы 3 полых слитка-заготовки ЭШП размером 650хвн.450×3200 мм общей массой 13015 кг, которые были нагреты в методической печи до температуры 1250-1260°С, выданы из печи на слитковую тележку, продуты сжатым воздухом, внутрь слитков-заготовок для смазки с двух концов подавалась смесь графита с поваренной солью 50/50 массой 2000-2500 г, полые слитки-заготовки краном подавались на входную сторону пилигимового стана, прокатку на пилигримовом стане проводили на конусных дорнах диаметром 406/412 мм в калибре 498 мм, врезанного в валки с диаметром бочки 1150 мм, с углом поперечного выпуска на полирующем участке α_п.вып.=24-26°, в передельные трубы размером 490×43×74500 мм с вытяжкой μ=2,80, обжатием по диаметру 24,62%, с подачами полых слитков-заготовок в очаг деформации m=20-24 мм. Технологические отходы - затравочные концы и пилигримовые головки удаляли пилой горячей резки. Трубы правили в шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева за 2-3 прохода до кривизны не более 6,0 мм на общую длину труб. После аустенизации трубы были порезаны на две трубы-заготовки равной длины, а затем расточены и обточены в передельные трубы-заготовки размером 474×24×3725 мм. Механически обработанные трубы-заготовки прокатывались на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршруту: 474×24×3725 - 426×19×4900 - 377×16×6250 мм с вытяжками μ, соответственно, 1,40 и 1,34. Принято 37,5 м труб размером 377×16×6250 мм общей массой 5,339 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 2,438. Таким образом, при производстве труб размером 377×16×6250 мм по предлагаемой технологии (способу) получено снижение расходного коэффициента дорогостоящего металла на каждой тонне труб на 370 кг, увеличение длины в 1,65 раза.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных труб диаметром 377 мм и толщиной стенки от 14 до 18 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш позволит снизить расход дорогостоящего металла, снизить шероховатость наружной и внутренней поверхностей, повысить производительность ТПУ 8-16ʺ, увеличить длину труб, а, следовательно, снизить их стоимость.