Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ МЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 610Х21-27 ММ ИЗ СТАЛИ МАРКИ 08Х18Н10Т-Ш

Изобретение относится к трубопрокатному и металлургическому производствам, а именно к способу производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 610×21-27 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш повышенной точности для объектов атомной энергетики.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 530-550 мм из коррозионностойких 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 РФ №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 предельных и механически обработанных труб размером 610×21-27 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш повышенной точности по диаметру и стенке для объектов атомной энергетики.

В мировой практике на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами трубы размером 610×21-27 мм повышенной точности из стали марки 08Х18Н10Т-Ш не производились и не производятся.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 273-550 мм из углеродистой стали 20 и легированных сталей марок 15ГС, 15ГС-Ш, 16ГС, 16ГС-Ш, 12Х1МФ и 15Х1М1Ф для изготовления деталей и элементов трубопроводов ТЭС и АЭС методом трепанации цилиндрических поковок с последующей расточкой и обточкой на заданный размер с чистотой не ниже Rz 40 мкм (ТУ 1310-030-00212179-2007. «Трубы бесшовные горячедеформированные механически обработанные из углеродистой и легированных марок стали для трубопроводов ТЭС и АЭС»).

Недостатками данного способа являются большой расходный коэффициент металла (≈ от 5,4 до 16,5), значение которого увеличивается с уменьшением толщины стенки товарных труб и увеличением диаметра, повышенная трудоемкость и энергоемкость, связанная с нагревом и ковкой слитков массой более 12 тонн в цилиндрические поковки длиной до 5,0 м, обрубкой концевой обрези, торцовкой и обточкой поковок на заданный наружный диаметр, трепанацией поковок-заготовок на уникальном оборудовании с последующей расточкой с чистотой поверхности не ниже Rz 40 мкм и, как следствие, повышенная стоимость котельных труб.

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; 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; 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 Dвн.=Dд±5,0, где Dд - 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 610×21-27 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики.

Недостатками данного способа также являются: размеры полых слитков ЭШП, что затрудняет определение геометрических размеров полых слитков-заготовок для прокатки труб требуемого размера; внутренние диаметры полых слитков-заготовок с учетом съема металла при расточке по 8 мм на сторону имеют заниженные результаты, что при прокатке толстостенных труб приводит к затяжкам дорнов; прокатка труб с толщиной стенки более 30 мм связана с дополнительной прошивкой - раскаткой полых слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки, что с большой вероятность может привести к повышенной кривизне и разностенности гильз, при неравномерном нагреве слитков-заготовок в методических печах, а следовательно, к разностенности труб.

Задачей предложенного способа является разработка и осуществление технологического процесса производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 610×21-27 мм повышенной точности по диаметру и толщине стенки, с допуском по диаметру ±0,8% и стенке ±10,0%, из стали марки 08Х18Н10Т-Ш для объектов атомной энергетики, снижение расхода металла при их производстве, а следовательно, снижение их стоимости.

Технический результат достигается тем, что способ производства бесшовных механически обработанных труб размером 610×21-27 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш включает: отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 740×вн.560×3250±50 мм, расточку и обточку их в слитки-заготовки размером 720×вн.580×3250±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методических печах до температуры 1260-1270°С, выдачу их на слитковую тележку, продувку сжатым воздухом или инертным газом, смазку слитков-заготовок внутри с двух концов путем задачи смеси графита с поваренной солью в соотношении 50/50 массой 2000-2500 г, подачу полых слитков-заготовок краном на входную сторону пилигримового стана, прокатку их на пилигримовом стане в калибре 640 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке 24-26°, врезанного в валки с диаметром бочки 1150 мм, в передельные трубы размером 630×42×4300-4500 мм на конусных дорнах диаметром 551/557 мм с коэффициентом вытяжки μ 1,81, обжатием по диаметру Δ=12,5% с подачей слитков-заготовок в очаг деформации m=22-24 мм, отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правку на шестивалковой правильной машине за 2-3 прохода до кривизны не более 5,0 мм на длину передельной трубы, термическую обработку - аустенизацию, механическую обработку - расточку и обточку передельных труб размером 630×42×4300-4500 мм в товарные размером 610×21-27×4300-4500 мм и приемку их на соответствие требованиям ТУ 14-3Р-197-2001.

Механическую обработку передельных горячекатаных труб размером 630×42×4300-4500 мм в товарные механически обработанные трубы производят сначала на размер 610×27 мм, затем на размер 610×26, 610×25, 610×24, 610×23 и 610×21 мм.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных механически обработанных труб размером 610×21-27 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш отличается от известного тем, что производят отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 740×вн.560×3250±50 мм, расточку и обточку их в слитки-заготовки размером 720×вн.580×3250±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методических печах до температуры 1260-1270°С, выдачу их на слитковую тележку, продувку сжатым воздухом или инертным газом, смазку слитков-заготовок внутри с двух концов смесью графита с поваренной солью в соотношении 50/50 массой 2000-2500 г, прокатку их на пилигримовом стане в калибре 640 мм, врезанном в валки с диаметром бочки 1150 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке 24-26°, подачей слитков-заготовок в очаг деформации m=22-24 мм, в передельные горячекатаные трубы размером 630×42×4300-4500 мм с обжатием по диаметру Δ=12,5%, отрезку технологических отходов пилой горячей резки, правку на шестивалковой правильной машине за 2-3 прохода до кривизны не более 5,0 мм на длину передельной трубы, аустенизацию, расточку и обточку передельных труб размером 630×42×4300-4500 мм в товарные размером 610×21-27×4300-4500 мм, передельные горячекатаные трубы размером 630×42×4300-4500 мм прокатывают на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 551/557 мм с коэффициентом вытяжки μ 1,81, а механическую обработку передельных горячекатаных труб размером 630×42×4300-4500 мм производят сначала на трубы размером 610×27, затем на трубы размером 610×26, 610×25, 610×24, 610×23, 610×22 и 610×21 мм.

При этом смысловое значение признака, характеризующего диаметр конусных дорнов 551/557 мм, следует понимать как первый из указанных значений диаметра относится к переднему участку дорна, а второй - к его заднему участку.

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

Впервые в мировой практике способ производства бесшовных механически обработанных труб размером 610×21-27 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10Т-Ш был осуществлен по предлагаемой технологии при производстве труб размером 610×24×4300 мм механической обработкой - расточкой и обточкой передельных горячекатаных труб размером 630×42×4300 мм, прокатанных на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» из полых слитков-заготовок ЭШП размером 720×вн.580×3200 мм. Так как трубы данного сортамента на ТПУ с пилигримовыми станами не производились, то сравнительные прокатки не проводились.

В производство были заданы два полых слитка-заготовки ЭШП размером 720×вн.580×3200 мм массой 7,18 т, которые были нагреты в методической печи до температуры 1260-1270°С. После выдачи их на слитковую тележку слитки-заготовки продували сжатым воздухом. Смазку слитков-заготовок производили путем задачи смеси графита с поваренной солью в соотношении 50/50 массой по 1000-1250 г на каждый конец. Затем слитки-заготовки краном подавались на входную сторону пилигримового стана. Прокатку на пилигримовом стане производили в калибре 640 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке 25°, врезанного в валки с диаметром бочки 1150 мм, в передельные трубы размером 630×42×4300 мм на конусных дорнах диаметром 551/557 мм с коэффициентом вытяжки μ, 1,81, обжатием по диаметру Δ=12,5% и подачами слитков-заготовок в очаг деформации m = 23-24 мм. После отрезки технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок, правку на шестивалковой правильной машине производили за 2-3 прохода с использованием температуры труб с прокатного нагрева. Кривизну труб после правильной машины определяли на глаз. После охлаждения труб максимальная кривизна труб составила от 3,5 до 5,0 мм. После термической обработки - аустенизации трубы были расточены, обточены и приняты по ТУ 14-3 Р-197-2001. Данные по производству бесшовных механически обработанных труб размером 610×24×4300 из стали марки 08Х18Н10Т-Ш по предлагаемой технологии приведены в таблице 1.

Данные по производству бесшовных механически обработанных труб размером 610×24 мм из стали 08Х18Н10Т-Ш для АЭС.

Из таблицы 1 видно, что расходный коэффициент металла при производстве труб размером 610×24×4300 мм из полых слитков-заготовок размером 720×вн.580×3200 мм составил 2,409.

Таким образом, использование предложенного способа позволит впервые в мировой практике на ТПУ 8-16'' осуществить производство из полых слитков-заготовок размером 720×вн.580×3250 мм передельные трубы размером 630×42 мм для последующей механической обработки - расточки и обточки их в товарные бесшовные механически обработанные трубы диаметром 610 мм с толщинами стенок от 21 до 27 мм для объектов атомной энергетики. Трубы по геометрическим размерам и качеству поверхности полностью отвечают требованиям ТУ 14-3Р-197-2001.