Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 325Х8-14 ММ ИЗ СТАЛИ МАРКИ 08Х18Н10Т-Ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных холоднокатаных труб размером 325×8-14 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш, и может быть использовано на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами при производстве передельных труб размером 490×40×8350-8650 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 650×вн.440×3200±50 мм, для последующей механической обработки - расточки и обточки - их в передельные трубы размером 474×20, 474×22, 474×24, 474×26 мм и переката их на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 325×8-14 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, которую 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 также 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 размером 245×19, 351×36 и 426×40 мм из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики.

В трубном производстве 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: 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 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_a 2,5 мкм.

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 РФ №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 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 размером 325×8-14 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики.

Задачей предложенного способа является освоение производства бесшовных холоднокатаных труб повышенного качества размером 325×8-14 мм увеличенной длины из передельных труб-заготовок размером 474×20-26×4175-4325 мм, полученных механической обработкой - расточкой и обточкой горячекатаных труб размером 490×40×8350-8650 мм, прокатанных на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650×вн.440×3200×±50 мм, снижение расходного коэффициента металла при переделе полый слиток-заготовка ЭШП-товарная труба из коррозионно-стойкой стали 08Х18Н10Т-Ш по ТУ 14-3Р-197-2001 для объектов атомной энергетики и повышение производительности ТПУ 8-16ʺ при прокатке передельных труб.

Технический результат достигается за счет использования способа производства бесшовных труб размером 325×8-14 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш, включающего отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 670×вн.420×3200±50, обточку их в слитки-заготовки размером 650×вн.440×3200±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок из печи на слитковую тележку, продувку слитков-заготовок сжатым воздухом, подачу внутрь слитков-заготовок с двух концов по 2000-2500 г смазки в виде графита с поваренной солью в соотношении 50/50 массой, подачу полых слитков-заготовок краном на входную сторону пилигримового стана, прокатку их на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 412/418 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 трубы размером 490×40×8350-8650 мм с коэффициентом вытяжки μ_п=3,12 и обжатием по диаметру Δ=24,62%, с подачей полых слитков-заготовок в очаг деформации m=25-27 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 длину передельной трубы, аустенизацию, порезку труб на две трубы равной длины, механическую обработку - расточку и обточку в передельные трубы-заготовки размером 474×26×4175-4325, 474×24×4175-4325, 474×22×4175-4325 и 474×20×4175-4325 мм, прокатку механически обработанных передельных труб-заготовок на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршрутам: 474×20×4175-4325 - 426×16×5400-5650 - 377×12×7750-8100 - 325×8×13000-13700 и 325×9×11600-12100 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,38, 1,50, 1,73 и 1,54; 474×22×4175-4325 - 426×18×5300-5500 - 377×14×7300-7600 - 325×10×11400-11900 и 325×11×10400-10800 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,35, 1,45, 1,61 и 1,47; 474×24×4175-4325 - 426×20×5200-5400 - 377×16×7000-7300 - 325×12×10400-10900 и 325×13×9600-10000 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,33, 1,41, 1,54 и 1,42; 474×26×4175-4325 - 426×22×5100-5350 - 377×18×6600-7000 - 325×14×9400-10000 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,31, 137 и 1,48.

При этом смысловое значение признаков, характеризующих диаметр конусных дорнов 412/418 мм, следует понимать как первый из указанных значений диаметра относится к переднему участку дорна, а второй - диаметр его заднего участка.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что производят отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 670×вн.420×3200±50, обточку их в слитки-заготовки размером 650×вн.440×3200±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок из печи на слитковую тележку, продувку слитков-заготовок сжатым воздухом, подачу внутрь слитков-заготовок с двух концов по 2000-2500 г смазки в виде графита с поваренной солью в соотношении 50/50 массой, подачу полых слитков-заготовок на входную сторону пилигримового стана, прокатку их на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 412/418 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 трубы размером 490×40×8350-8650 мм с коэффициентом вытяжки μ_п=3,12 и обжатием по диаметру Δ=24,62%, с подачей полых слитков-заготовок в очаг деформации m=25-27 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 длину передельной трубы, аустенизацию, порезку труб на две трубы равной длины, механическую обработку - расточку и обточку в передельные трубы-заготовки размером 474×26×4175-4325, 474×24×4175-4325, 474×22×4175-4325 и 474×20×4175-4325 мм, прокатку механически обработанных передельных труб на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршрутам: 474×20×4175-4325 - 426×16×5400-5650 - 377×12×7750-8100 - 325×8×13000-13700 и 325×9×11600-12100 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,38, 1,50, 1,73 и 1,54; 474×22×4175-4325 - 426×18×5300-5500 - 377×14×7300-7600 - 325×10×11400-11900 и 325×11×10400-10800 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,35, 1,45, 1,61 и 1,47; 474×24×4175-4325 - 426×20×5200-5400 - 377×16×7000-7300 - 325×12×10400-10900 и 325×13×9600-10000 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,33, 1,41, 1,54 и 1,42; 474×26×4175-4325 - 426×22×5100-5350 - 377×18×6600-7000 - 325×14×9400-10000 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,31, 137 и 1,48.

Механическую обработку передельных горячекатаных труб размером 490×40×4175-4325 мм производят сначала в передельные механически обработанные трубы размером 474×26 мм, а затем в трубы размером 474×24, 474×22 и 474×20 мм. 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 заявляемый способ от прототипа, что соответствует критерию патентоспособности «новизна».

Способ опробован на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16ʺ при прокатке передельных труб размером 490×40×8500 мм из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650×вн.440×3200 мм стали марки 08Х18Н10Т-Ш с последующей расточкой и обточкой их в трубы-заготовки размером 474×22×4250 мм и перекаткой их на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршруту: 474×22×4250 - 426×18×5400 - 377×14×7500 - 325×10×11700 мм с коэффициентом вытяжки μ соответственно 1,35, 1,45 и 1,61 - предлагаемая технология. По существующей технологии слитки-заготовки ЭШП размером 500×100×1750 мм прошивались в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 520×вн.315×2400 мм, которые прокатывались на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 346×32×8000 мм. Передельные трубы разрезались на две трубы равной длины, растачивались и обтачивались в товарные трубы размером 325×10×4000 мм. Данные по технологическим параметрам производства товарных труб размером 325×10 мм из полых слитков-заготовок ЭШП стали марки 08Х18Н10Т-Ш размером 650×вн.440×3200 мм (предлагаемая технология) и из слитков-заготовок ЭШП размером 500×100×1750 мм (существующая технология) приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что по существующей технологии в производство были заданы три слитка-заготовки ЭШП размером 500×100×1750 мм общей массой 8100 кг. Слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры 1250-1260°С, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с вытяжкой μ=1,37 и подъемом по диаметру δ=4,00% в гильзы размером 520×вн.315×2400 мм, которые были прокатаны на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 346×32×8000 мм. Передельные трубы были выправлены в шестивалковой правильной машине и термообработаны. Так как на существующем оборудовании ОАО «ЧТПЗ» 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 325×10×4000 мм. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-197-2001 шесть труб размером 325×10×4000 мм общей массой 1863 кг. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 4,348. По предлагаемой технологии в производство были заданы три полых слитка-заготовки ЭШП размером 650×вн.440×3200 мм общей массой 13541 кг, которые были нагреты в методической печи до температуры 1250-1260°С и прокатаны на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 490×40×8500 мм в калибре 498 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке α_п.вып=25°, врезанного в валки с диаметром бочки 1150 мм, с коэффициентом вытяжки μ=3,12, обжатием по диаметру δ=24,62% и с подачами полых слитков-заготовок в очаг деформации m=25-26 мм. Трубы выправлены на шестивалковой правильной машине за 2-3 прохода до кривизны не более 6,0 мм на общую длину труб. После термической обработки – аустенизации - передельные трубы порезаны на две трубы равной длины, расточены и обточены в передельные трубы-заготовки размером 474×22×4250 мм. Механически обработанные трубы-заготовки перекатаны на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршрутам: 474×22×4250 - 426×18×5400 - 377×14×7500 - 325×10×11700 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,35, 1,45 и 1,61. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-197-2001 шесть труб размером 325×10×11700 мм общей массой 5453 кг. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 2,4833. Таким образом, при производстве труб размером 325×10 мм по предлагаемой технологии (способу) получено снижение расходного коэффициента дорогостоящего металла на каждой тонне труб на 1865 кг, увеличение длины в 2,9 раза и шероховатости наружной и внутренней поверхностей труб.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных труб размером 325×8-14 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш позволит значительно снизить расход дорогостоящего металла, снизить шероховатость наружной и внутренней поверхностей, повысить производительность ТПУ 8-16'' за счет исключения из технологического процесса прошивки слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, увеличить длину труб, а следовательно, снизить стоимость труб.