Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 426x8-10 мм ДЛЯ ОБЪЕКТОВ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ ИЗ СТАЛИ МАРКИ 08X18Н10-Ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных холоднокатаных труб размером 426×8-10 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 490×32×9400-10000 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 650×вн.300×2100±50 мм для последующей механической обработки - расточки и обточки их в передельные трубы-заготовки размером 474×13×4700-5000 мм и переката их на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 426×8-10 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 08Х18Н10-Ш для объектов атомной энергетики с расточенной внутренней и обточенной наружной поверхностями 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 горячедеформированных 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-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 коррозионно-стойких 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 предельных механически обработанных труб размером 474×16×4700-5000 мм для последующего переката их на стане ХПТ 450 в товарные холоднокатаные трубы размером 426×11-13 мм из стали марки 08Х18Н10-Ш повышенной точности по диаметру и стенке для объектов атомной энергетики.

В трубной промышленности известен также способ производства труб повышенного качества из коррозионно-стойкой марки 08Х18Н10-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_н.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 на готовый размер, мм; K=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. B21B 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. 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; 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 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 донного способа является то, что он направлен на производство котельных труб диаметром до 550 мм и не решает технологические вопросы производства труб размером 426×8-10 мм из стали марки 08X18H10-Ш для объектов атомной энергетики.

Задачей предложенного способа является освоение производства бесшовных холоднокатаных труб размером 426×8-10 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш из передельных труб-заготовок размером 474×13×4700-5000 мм, полученных механической обработкой - расточкой и обточкой передельных горячекатаных труб размером 490×32×9400-10000 мм, прокатанных на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650×вн.300×2100±50 мм, снижение расходного коэффициента металла при переделе полый слиток-заготовка ЭШП - товарная труба из коррозионно-стойкой стали марки 08Х18Н10-Ш по ТУ 14-3Р-197-2001 для объектов атомной энергетики, использование для производства передельных труб одного размера полых слитков-заготовок и повышение производительности ТПУ 8-16'' при прокатке передельных труб.

Технический результат достигается за счет освоения способа производства бесшовных труб размером 426×8-10 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш, включающего отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 670×вн.280×2100±50 мм, расточку и обточку их в полые слитки-заготовки размером 650×вн.300×2100±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок из печи, смазку с двух концов слитков-заготовок смесью графита с поваренной солью 50/50 массой ≈ 1000-1250 г, прошивку-раскатку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 450 мм с коэффициентом вытяжки μ=1,49 и подъемом по диаметру δ=1,54% в гильзы размером 660×вн.465×3060-3200 мм, прокатку гильз на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами на конусных дорнах диаметром 428/434 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°, в передельные горячекатаные трубы размером 490×32×9400-10000 мм с коэффициентом вытяжки μ=3,74, обжатием по диаметру 24,62%, 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, порезку труб на две трубы равной длины, механическую обработку - расточку и обточку в передельные трубы-заготовки размером 474×13×4700-5000 мм, прокатку механически обработанных труб-заготовок на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршрутам: 474×13×4700-5000 - 426×8×8100-8600, 474×13×4700-5000 - 426×9×7200-7700 и 474×13×4700-5000 - 426×10×6500-7000 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,79, 1,60 и 1,44, термическую обработку холоднокатаных труб и приемку их на соответствие требованиям ТУ 14-3Р-197-2001.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных труб размером 426×8-10 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш отличается от известного тем, что производят отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 670×вн.280×2100±50 мм, расточку и обточку их в полые слитки-заготовки размером 650×вн.300×2100±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок из печи, смазку с двух концов слитков-заготовок смесью графита с поваренной солью 50/50 массой ≈ 1000-1250 г, прошивку-раскатку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 450 мм с коэффициентом вытяжки μ=1,49 и подъемом по диаметру δ=1,54% в гильзы размером 660×вн.465×3060-3200 мм, прокатку гильз на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами на конусных дорнах диаметром 428/434 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°, в передельные горячекатаные трубы размером 490×32×9400-10000 мм с коэффициентом вытяжки μ=3,74, обжатием по диаметру 24,62%, 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, порезку труб на две трубы равной длины, механическую обработку - расточку и обточку в передельные трубы-заготовки размером 474×13×4700-5000 мм, прокатку механически обработанных труб-заготовок на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршрутам: 474×13×4700-5000 - 426×8×8100-8600, 474×13×4700-5000 - 426×9×7200-7700 и 474×13×4700-5000 - 426×10×6500-7000 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,79, 1,60 и 1,44, термическую обработку холоднокатаных труб и приемку их на соответствие требованиям ТУ 14-3Р-197-2001. 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 позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Способ производства бесшовных труб размером 426×8-10 мм для объектов атомной энергетики их стали марки 08Х18Н10-Ш осуществлен на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16'' при прокатке передельных труб размером 490×32×9700 мм из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650×вн.300×2100 мм с последующей расточкой и обточкой их в трубы-заготовки размером 474×13×4850 мм и перекаткой их на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршруту: 474×13×4850 - 426×10×6750 мм с вытяжкой μ=1,44 - предлагаемая технология. По существующей технологии слитки-заготовки ЭШП размером 600×100×1750 мм нагревались до температуры пластичности и прошивались в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 275 мм с вытяжкой μ=1,19 и подъемом по диаметру δ=1,67 в гильзы-заготовки размером 610×вн.290×2080 мм, которые с холодного посада нагревались до температуры пластичности и прошивались-раскатывались в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 410 мм с вытяжкой μ=1,39 и подъемом по диаметру δ=1,64% в гильзы размером 620×вн.425×2890 мм. Гильзы прокатывались на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами в калибре 464 мм в передельные трубы размером 448×32×9000 мм с вытяжкой μ=3,83 и обжатием по диаметру Δ=27,74%. Передельные трубы разрезались на два крата равной длины, растачивались и обтачивались в товарные трубы размером 426×10×4500 мм. Данные по технологическим параметрам и производству товарных труб размером 426×10 мм из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650×вн.300×2100 мм стали марки 08Х18Н10-Ш (предлагаемая технология) и из слитков-заготовок ЭШП размером 600×100×1750 мм (существующая технология) приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что по существующей технологии в производство были заданы 3 слитка-заготовки ЭШП размером 600×100×1750 мм общей массой 11330 кг. Слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры 1250-1260°С, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 275 мм с вытяжкой μ=1,19 и подъемом по диаметру δ=1,67 в гильзы-заготовки размером 610×вн.290×2080 мм, которые с холодного посада были нагреты до температуры 1250-1260°С и прошиты-раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 410 мм с вытяжкой μ=1,39 и подъемом по диаметру δ=1,64% в гильзы размером 620×вн.425×2890 мм. Гильзы прокатаны на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами в калибре 464 мм на дорнах диаметром 388/392 мм с вытяжкой μ=3,83 и обжатием по диаметру Δ=27,74% в передельные трубы размером 448×32×9000 мм. Передельные трубы были выправлены в шестивалковой правильной машине и термообработаны. Так как на существующем оборудовании ОАО «ЧТПЗ» можно растачивать и обтачивать трубы длиной не более 6000 мм, то передельные трубы были порезаны на две трубы равной длины, расточены и обточены в товарные трубы размером 426×10×4500 мм. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-197-2001 шесть труб размером 426×10×4500 мм общей массой 2769 кг. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 4,092. По предлагаемой технологии в производство были заданы 3 полых слитка-заготовки ЭШП размером 650×вн.300×2100 мм общей массой 12908 кг, которые были нагреты в методической печи до температуры 1250-1260°С. После выдачи из печи в слитки-заготовки для смазки с двух концов подавалась смесь графита с поваренной солью 50/50 массой ≈ по 1000-1250 г. Слитки-заготовки прошивали-раскатывали в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 450 мм с вытяжкой μ=1,49 и подъемом по диаметру δ=1,54% в гильзы размером 660×вн.465×3130 мм. Гильзы прокатывались на пилигримовом стане в калибре 498 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке α_п.вып.=25°, врезанным в валки с диаметром бочки 1150 мм, в передельные трубы размером 490×32×9700 мм на конусных дорнах диаметром 428/434 мм с вытяжкой μ₁=3,74, обжатием по диаметру 24,62% и с подачей гильз в очаг деформации m=20-24 мм. Отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок - производили пилой горячей резки. Правку передельных труб производили в шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева за 2-3 прохода до кривизны не более 6,0 мм на общую длину труб (кривизна труб определялась визуально). После охлаждения кривизна труб составила от 4,0 до 5,5 мм. После термической обработки трубы были порезаны на две трубы равной длины. Механическую обработку - расточку и обточку производили на размер 474×13×4850 мм. Передельные механически обработанные трубы размером 474×13×4850 мм были переданы на перекатку на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 426×10×6800 мм с вытяжкой μ=1,44. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-197-2001 шесть труб размером 426×10×6750 мм (40,5 м) общей массой 4,153 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 3,108. Таким образом, при производстве труб размером 426×10 мм по предлагаемой технологии (способу) получено снижение расходного коэффициента дорогостоящего металла на каждой тонне труб на 994 кг, увеличение длины в 1,5 раза и снижение шероховатости наружной и внутренней поверхностей труб.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных труб размером 426×8-10 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш позволит снизить расход дорогостоящего металла, снизить шероховатость наружной и внутренней поверхностей, повысить производительность ТПУ 8-16'', увеличить длину труб, а следовательно, снизить их стоимость.