Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 377х8-18 мм ИЗ СТАЛИ МАРКИ 08Х18Н10Т-Ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных холоднокатаных труб размером 377×8-18 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш.

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°C в течение 70-90 мин в зависимости от диаметра, после чего нагрев до температуры 1120-1140°C со скоростью 1,4-1,5°C/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 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 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 также как и выше приведенных аналогов, 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 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 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; К₁=(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 377×8-18 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики.

Задачей предложенного способа является освоение производства бесшовных холоднокатаных труб размером 377×8-18 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш из передельных труб-заготовок размером 474×18×3550-3750, 474×20×3550-3750, и 474×24×3100-3300 и 474×26×3100-3300 мм, полученных механической обработкой - расточкой и обточкой передельных горячекатаных труб размером 490×38×7100-7500 и 498×43×6200-6600 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 08Х18Н10Т-Ш по ТУ 14-3Р-197-2001 для объектов атомной энергетики, использование для производства одного размера полого слитка-заготовки ЭШП и повышение производительности ТПУ 8-16" при прокатке передельных труб.

Технический результат достигается за счет использования способа производства бесшовных труб размером 377×8-18 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш, включающий отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 650×вн.300×2100±50, расточку и обточку их в слитки-заготовки размером 630×вн.320×2100±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок из печи, продувку сжатым воздухом, подачу внутрь слитков-заготовок с двух концов по 1000-1250 г смазки в виде смеси графита с поваренной солью в соотношении 50/50, прошивку-раскатку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 440 мм с коэффициентом вытяжки μ=1,34 и подъемом по диаметру δ=3,18% в гильзы размером 650×вн.455×2750-2880 мм, прокатку гильз на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами на конусных дорнах в калибре 498 мм, врезанном в валки с диаметром бочки 1150 мм, с углом поперечного выпуска на полирующем участке α_п.вып=24-26°, с подачей гильз в очаг деформации m=20-24 мм, в передельные трубы размером 490×38×7100-7500 и 498×43×6200-6600 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 474×18×3550-3750, 474×20×3550-3750 и 474×24×3100-3300, 474×26×3100-3300 мм, прокатку механически обработанных передельных труб-заготовок на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршрутам: 474×18×3550-3750 - 426×13×5100-5400 - 377×8×8900-9500, 377×9×7900-8400 и 377×10×7100-7500 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,53 1,82, 1,62 и 1,46; 474×20×3550-3750 - 426×16×4600-4800 - 377×11×7200-7500, 377×12×6600-6900 и 377×13×6000-6300 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,38, 1,63, 1,50 и 1,39; 474×24×3100-3300 - 426×19×4000-4300 - 377×14×5700-6200, 377×15×5300-5800 и 377×16×5000-5400 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,40, 1,52, 1,42 и 1,34; 474×26×3100-3300 - 426×22×3700-4000 - 377×17×5000-5500 и 377×18×4800-5200 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,31, 1,45 и 1,38 и термическую обработку.

Передельные горячекатаные трубы размером 490×38×7100-7500 и 498×43×6200-6600 мм прокатывают на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 416/422 и 406/412 мм соответственно с коэффициентами вытяжки μ соответственно 3,14 и 2,80 и обжатием по диаметру 24,62%, а расточку и обточку передельных горячекатаных порезанных труб размером 490×38×3550-3750 мм производят сначала в передельные механически обработанные трубы-заготовки размером 474×20×3550-3750 мм, затем в трубы-заготовки размером 474×18×3550-3750 мм, а расточку и обточку труб размером 498×43×3100-3300 мм соответственно в трубы-заготовки размером 474×26×3100-3300 и 474×24×3100-3300 мм. При этом смысловое значение признаков, характеризующих диаметры конусных дорнов 416/422 и 406/412 мм, следует понимать как первый из указанных значений диаметра относится к переднему участку дорна, а второй - к его заднему участку.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что производят отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 650×вн.300×2100±50, расточку и обточку их в слитки-заготовки размером 630×вн.320×2100±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методической печи до температуры 1250-1260°С, выдачу слитков-заготовок из печи, продувку сжатым воздухом, подачу внутрь слитков-заготовок с двух концов по 1000-1250 г смазки в виде смеси графита с поваренной солью в соотношении 50/50, прошивку-раскатку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 440 мм с коэффициентом вытяжки μ=1,34 и подъемом по диаметру δ=3,18% в гильзы размером 650×вн.455×2750-2880 мм, прокатку гильз на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами на конусных дорнах в калибре 498 мм, врезанном в валки с диаметром бочки 1150 мм, с углом поперечного выпуска на полирующем участке α_п.вып=24-26°, с подачей гильз в очаг деформации m=20-24 мм, в передельные трубы размером 490×38×7100-7500 и 498×43×6200-6600 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 474×18×3550-3750, 474×20×3550-3750 и 474×24×3100-3300, 474×26×3100-3300 мм, прокатку механически обработанных передельных труб-заготовок на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршрутам: 474×18×3550-3750 - 426×13×5100-5400 - 377×8×8900-9500, 377×9×7900-8400 и 377×10×7100-7500 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,53 1,82, 1,62 и 1,46; 474×20×3550-3750 - 426×16×4600-4800 - 377×11×7200-7500, 377×12×6600-6900 и 377×13×6000-6300 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,38, 1,63, 1,50 и 1,39; 474×24×3100-3300 - 426×19×4000-4300 - 377×14×5700-6200, 377×15×5300-5800 и 377×16×5000-5400 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,40, 1,52, 1,42 и 1,34; 474×26×3100-3300 - 426×22×3700-4000 - 377×17×5000-5500 и 377×18×4800-5200 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 1,31, 1,45 и 1,38 и термическую обработку и приемку их на соответствие требованиям ТУ 14-3Р-197-2001, причем передельные горячекатаные трубы размером 490×38×7100-7500 и 498×43×6200-6600 мм прокатывают на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром соответственно 416/422 и 406/412 мм с коэффициентами вытяжки μ соответственно 3,14 и 2,80 и обжатием по диаметру 24,62%, а расточку и обточку передельных горячекатаных порезанных труб размером 490×38×3550-3750 мм производят сначала в передельные механически обработанные трубы-заготовки размером 474×20×3550-3750 мм, затем в трубы-заготовки размером 474×18×3550-3750 мм, а расточку и обточку труб размером 498×43×3100-3300 мм соответственно в трубы-заготовки размером 474×26×3100-3300 и 474×24×3100-3300 мм.

Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Способ опробован на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" при прокатке передельных труб размером 490×38×7300 мм из полых слитков-заготовок ЭШП размером 650×вн.300×2100 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш с последующей расточкой и обточкой их в трубы-заготовки размером 474×20×3550 мм и перекаткой их на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршруту: 474×20×3550 - 426×16×4600 - 377×11×7200 мм с вытяжками μ соответственно 1,38 и 1,50 - 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 коэффициентом вытяжки μ=1,25, размер в размер по наружному диаметру в гильзы-заготовки размером 540×вн.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 коэффициентом вытяжки μ=1,20 с подъемом по диаметру δ=4,0% в гильзы размером 560×вн.365×2620 мм. Гильзы прокатывались на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в калибре 410 мм в передельные трубы размером 398×32×8500 мм с вытяжкой μ=3,85 и обжатием по диаметру Δ=28,93%. Передельные трубы разрезались на два крата равной длины, растачивались и обтачивались в товарные трубы размером 377×12×4500 мм. Данные по технологическим параметрам производства товарных труб размером 377×12 мм из полых слитков-заготовок ЭШП из стали марки 08Х18Н10Т-Ш размером 650×вн.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 540×вн.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 коэффициентом вытяжки μ=1,20 и подъемом по диаметру δ=4,0% в гильзы размером 560×вн.365×2620 мм. Гильзы прокатаны на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в калибре 410 мм на дорнах диаметром 335/341 мм с коэффициентом вытяжки μ=3,85 и обжатием по диаметру Δ=28,93% в передельные трубы размером 398×32×8500 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 377×12×4500 мм. Принято в соответствии с ТУ 14-3Р-197-2001 шесть труб размером 377×12×4500 мм общей массой 2917 кг. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 3,125. По предлагаемой технологии в производство были заданы 3 полых слитка-заготовки ЭШП размером 650×вн.300×2100 мм общей массой 11433 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 416/422 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 490×38×8500 мм с коэффициентом вытяжки μ=3,14, обжатием по диаметру 24,62%, с подачей полых слитков-заготовок в очаг деформации m=20-22 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 длину передельной трубы. После термообработки труб - аустенизации трубы были порезаны на две трубы-заготовки равной длины, а затем расточены и обточены в передельные трубы-заготовки размером 474×20×3650 мм. Механически обработанные трубы-заготовки прокатывались на стане ХПТ 450 в товарные трубы по маршруту: 474×20×3650 - 426×16×5250 - 377×11×7300 мм с вытяжками μ соответственно 1,38 и 1,50. Принято в соответствие требованиям ТУ 14-3Р-197-2001 - 43,2 м труб размером 377×11 мм общей массой 3,91 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 2,924. Таким образом, при производстве труб размером 377×11 мм по предлагаемой технологии (способу) получено снижение расходного коэффициента дорогостоящего металла на каждой тонне труб на 292 кг, увеличение длины в 1,6 раза.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных труб размером 377×8-18 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш позволит значительно снизить расход дорогостоящего металла, снизить шероховатость наружной и внутренней поверхностей труб, повысить производительность ТПУ 8-16", увеличить длину труб, а, следовательно, снизить их стоимость.