Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СЛИТКОВ-ЗАГОТОВОК ЭЛЕКТРОШЛАКОВЫМ ПЕРЕПЛАВОМ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАРОК СТАЛИ И СПЛАВОВ И ПРОКАТКИ ИЗ НИХ ТОВАРНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ И ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩЕГО ПЕРЕКАТА НА СТАНАХ ХПТ

Изобретение относится к металлургическому и трубному производствам, в частности к способу производства слитков-заготовок электрошлаковым переплавом из труднодеформируемых марок стали и сплавов и прокатки из них товарных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами и передельных труб для последующего переката на станах ХПТ, и может быть использовано при производстве слитков-заготовок способом электрошлакового переплава и прокатки из них товарных по ГОСТ 9940 и передельных труб по ГОСТ 9941 на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами и на станах ХПТ.

В трубопрокатном производстве известен способ производства слитков-заготовок электрошлаковым переплавом из легированных марок стали, прокатки из них товарных и передельных труб диаметром 273-325 мм по ГОСТ 9940 на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом из нержавеющих марок стали типа 08-12Х18Н10Т и 12Х18Н12Т размером 420-520×1750 мм, механическую обработку слитков в слитки-заготовки (обточку) размером 400-500×1750 мм, сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку слитков-заготовок в стане косой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовом стане в товарные или передельные трубы по ГОСТ 9940 с подкладными углеродистыми кольцами (патент РФ №2175899, кл. 7 В21В 21/00, бюл. №32, 2001 и авт. свидетельства СССР №732043, кл. В21В 21/00, 1980).

Однако такой способ производства товарных и передельных труб по ГОСТ 9940 из слитков ЭШП имеет следующие недостатки: из-за повышенных нагрузок за одну прошивку в станах косой прокатки можно прошивать слитки диаметром не более 500 мм, из которых на пилигримовых станах прокатывать трубы диаметром до 325 мм и только из нержавеющих марок стали типа 08-12Х18Н10Т и 08-12Х18Н12Т, а трубы из труднодеформируемых марок стали и сплавов типа 06ХН28МДТ, ХН65МВУ и 20Х25Н25ТЮ-Ш производить по данной технологии невозможно.

В трубном производстве, с целью снижения нагрузок на станах косой прокатки при производстве горячедеформированных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПА с пилигримовыми станами, используется способ двойной прошивки слитков-заготовок, включающий первую прошивку слитков ЭШП диаметром 400-600 мм в прошивном стане с вытяжкой μ=1,2-1,4 при скорости вращения рабочих 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 рабочих валков 25-50 об/мин, холодные гильзы после первой прошивки диаметром 400-600 мм с отношением D/S=3,0-4,5 выдерживают на колосниках при температуре 400-500°С в течение 50-70 мин в зависимости от диаметра и толщины стенки, затем нагревают до температуры пластичности 1100-1260°С со скоростью 1,6-1,8°/мин в зависимости от марки стали, а гильзы после прошивного стана с температурой 600-800°С равномерно нагревают до температуры пластичности со скоростью 1,7-2,0°/мин, перед выдачей из печи гильзы выдерживают в течение 45-60 мин при температуре пластичности с кантовкой через 10-15 мин на угол ≈180°, процесс прошивки от захвата слитков ЭШП или заготовок до полного нахождения на оправку ведут с уменьшением числа оборотов рабочих валков с 25 до 15, установившийся процесс прошивки ведут при 15-20 об/мин, на выходе гильзы из валков число оборотов увеличивают до 35-40, процесс прошивки-раскатки от захвата гильзы до полного нахождения на оправку ведут с уменьшением числа оборотов рабочих валков с 50 до 20, установившийся процесс раскатки - при 20-25 об/мин, на выходе из валков число оборотов увеличивают до 45-50, а прокатку труб на пилигримовом стане ведут с вытяжкой μ=3,0-5,0 и выведением пилигримовой головки на подкладное углеродистое кольцо (патент РФ №2247612, кл. В21В 21/00, бюл. №7, 2005 и патент РФ №2207199, кл.7 В21В 21/00, бюл. №18, 2003).

Использование данных способов хотя и позволяет производить товарные и передельные трубы большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами без пилигримовых головок, снизить вероятность застревания (затяжек) дорнов в трубах, снизить расходный коэффициент дорогостоящего металла, а следовательно, и стоимость труб, но имеет недостатки, связанные с двойным нагревом (слитков ЭШП и гильз первой прошивки), двойной прошивкой (прошивка слитков ЭШП и раскатка гильз на оправках большего диаметра), которые приводят к снижению производительности пилигримовых станов из-за потери времени на первую прошивку гильз и повторную их раскатку (в данный момент простаивают оба пилигримовых стана), а также при повторной прошивке (раскатке) из-за относительно тонкостенных гильз получаем гильзы с повышенной кривизной, что приводит к затруднению одевания их на дорн, а при прокатке гильз с повышенной кривизной на пилигримовом стане к повышенной поперечной и продольной разностенности труб, а следовательно, к снижению производительности станов, к повышенному расходу металла и повышению стоимости труб.

В трубопрокатном производстве известен также способ прокатки передельных труб на установках с пилигримовыми станами из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов типа 20Х25Н25ТЮ-Ш размером 325×40 мм для изготовления водоохлаждаемых печных роликов размером 295×22×2750 мм и жаростойких труб размером 325×25 мм по ГОСТ 9940 из стали марки 06ХН28МДТ (ЭИ-943), включающий сверловку и расточку слитков размером 460×1600 мм в гильзы-заготовки с внутренним диаметром 275 и 325±5,0 мм, нагрев их до температуры пластичности, прокатку в пилигримовом стане в трубы размером 325×40 и 325×25 мм с подкладными углеродистыми кольцами с последующей обточкой и расточкой на трубы с заданными геометрическими параметрами (протокол №1031 согласования условий поставки труб из сталей марок 20Х25Н25ТЮ-Ш и 06ХН28МДТ от 14.12.2000 г. и письмо указание на опытно-промышленные прокатки передельных труб размером 325×40 и 325×25 мм).

Недостатком данного способа являются использование расточенных гильз-заготовок с внутренним диаметром больше диаметра дорна на 25-35 мм, т.к. при меньшем зазоре на внутренней поверхности труб образуются дефекты в виде рванин, затяжек дорнов, даже с повышенной конусностью, а это, в свою очередь, приводит к повышенному расходу дорогостоящего металла, что, в свою очередь, приводит к повышению стоимости труб.

Наиболее близким техническим решением является способ производства горячекатаных передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев до температуры пластичности сверленых слитков ЭШП, которые экспандируют в полые гильзы-заготовки с вытяжкой μ=1,2-1,8 без подъема по диаметру, обтачивают и растачивают их до удаления ковочных дефектов, нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах с вытяжкой μ≤5,0 или сверленые слитки ЭШП экспандируют в полые гильзы-заготовки с вытяжкой μ=0,9-1,5, с подъемом по диаметру от 1,05 до 1,4, а затем обтачивают и растачивают их в гильзы-заготовки до удаления ковочных дефектов, нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах с вытяжкой μ≤5,5 и с выведеним пилигримовых головок на подкладные углеродистые кольца (патент РФ №2242302, кл. 7 В21В 21/04, бюл. №35, 2004).

Использование данного способа производства горячекатаных передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами хотя и позволяет повысить производительность пилигримовых станов за счет исключения двойного нагрева, прошивки слитков ЭШП в гильзы и раскатки гильз на оправке большего диаметра, снизить расход дорогостоящего металла, а следовательно, и стоимость труб, но имеет недостатки, связанные с дополнительной операцией экспандирования слитков ЭШП в полые гильзы-заготовки, что повышает их стоимость, а следовательно, и стоимость труб.

Задачей предложенного способа является освоение нового технологического процесса производства слитков-заготовок электрошлаковым переплавом из труднодеформируемых марок стали и сплавов и прокатки из них товарных труб большого и среднего диаметров по ГОСТ 9940 на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами и передельных труб для последующего переката на станах ХПТ в трубы по ГОСТ 9941 и ТУ 14-3-197-2001, повышение производительности пилигримовых станов, снижение расходных коэффициентов металла, а следовательно, снижение стоимости товарных и передельных труб из легированных труднодеформируемых марок стали и сплавов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства слитков-заготовок электрошлаковым переплавом из труднодеформируемых марок стали и сплавов и прокатки из них товарных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами и передельных труб для последующего переката на станах ХПТ, включающем отливку слитков электрошлаковым переплавом размером 420-620×1750±50 мм, механическую обработку-обточку их в слитки-заготовки размером 400-600×1750±50 мм, сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев до температуры пластичности сверленых слитков-заготовок и экспандирование их на радиально-ковочных машинах в гильзы-заготовки с последующей обточкой и расточкой до удаления ковочных дефектов, а также расточку внутреннего диаметра сверленых слитков-заготовок в гильзы-заготовки с внутренним диаметром на 30-35 мм больше диаметра дорна, нагрев слитков-заготовок и гильз-заготовок до температуры пластичности, прошивку сверленых слитков-заготовок диаметром 400-500 мм в стане косой прокатки в гильзы, прокатку гильз, экспандированных и расточенных гильз-заготовок на пилигримовом стане с подкладными углеродистыми кольцами в товарные или передельные трубы диаметром 219-426 мм по ГОСТ 9940, первую прошивку сверленых слитков-заготовок диаметром 540-600 мм в гильзы без подъема по диаметру на оправке диаметром 250-275 мм, повторный нагрев гильз с горячего или холодного посада до температуры пластичности, повторную прошивку-раскатку в стане косой прокатки на оправке диаметром больше диаметра дорна на 20-25 мм, прокатку гильз в товарные или передельные трубы диаметром 351-450 мм по на пилигримовом стане с подкладными углеродистыми кольцами, слитки электрошлакового переплава отливают полыми с отношением диаметра к толщине стенки D/S=K₁ и высотой Н=К₂·D, где D - наружный диаметр полого слитка электрошлакового переплава, мм; S - толщина стенки полого слитка электрошлакового переплава, мм; Н=2500-3000 - высота полого слитка электрошлакового переплава, мм; K₁=(4,0-6,0) - коэффициент, большие значения которого принимают для полых слитков большего диаметра; K₂=(4,0-7,0) - коэффициент, большие значения которого принимают для полых слитков меньшего диаметра, полые слитки электрошлакового переплава растачивают и обтачивают в слитки-заготовки до удаления флюса и дефектов литейного происхождения с чистотой внутренней поверхности Rz≤40 мкм, а наружной Rz≤60 мкм, полые слитки-заготовки нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовом стане в товарные трубы диаметром 219-426 мм с вытяжкой μ≤6,0, а в передельные - диаметром 273-450 мм с вытяжкой μ≤4,0.

Сущность способа заключается в том, слитки электрошлакового переплава отливают полыми с отношением диаметра к толщине стенки D/S=К₁ и высотой Н=К₂·D, где D - наружный диаметр полого слитка электрошлакового переплава, мм; S - толщина стенки полого слитка электрошлакового переплава, мм; Н=2500-3000 - высота полого слитка электрошлакового переплава, мм; K₁=(4,0-6,0) - коэффициент, большие значения которого принимают для полых слитков большего диаметра; К₂=(4,0-7,0) - коэффициент, большие значения которого принимают для полых слитков меньшего диаметра, полые слитки электрошлакового переплава растачивают и обтачивают в слитки-заготовки до удаления флюса и дефектов литейного происхождения с чистотой внутренней поверхности Rz≤40 мкм, а наружной Rz≤60 мкм, полые слитки-заготовки нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовом стане в товарные трубы по ГОСТ 9940 диаметром 219-426 мм с вытяжкой μ≤6,0, а в передельные - диаметром 273-450 мм с вытяжкой μ≤4,0.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что при производстве слитков-заготовок электрошлаковым переплавом из труднодеформируемых марок стали и сплавов и прокатки из них товарных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами и передельных труб для последующего переката на станах ХПТ слитки электрошлакового переплава отливают полыми, с отношением диаметра к толщине стенки D/S=K₁ и высотой Н=К₂·D, где D - наружный диаметр полого слитка электрошлакового переплава, мм; S - толщина стенки полого слитка электрошлакового переплава, мм; Н=2500-3000 - высота полого слитка электрошлакового переплава, мм; K₁=(4,0-6,0) - коэффициент, большие значения которого принимают для полых слитков большего диаметра; К₂=(4,0-7,0) - коэффициент, большие значения которого принимают для полых слитков меньшего диаметра, полые слитки электрошлакового переплава растачивают и обтачивают в слитки-заготовки до удаления флюса и дефектов литейного происхождения с чистотой внутренней поверхности Rz≤40 мкм, а наружной Rz≤60 мкм, полые слитки-заготовки нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовом стане в товарные трубы по ГОСТ 9940 диаметром 219-426 мм с вытяжкой μ≤6,0, а в передельные - диаметром 273-450 мм с вытяжкой μ≤4,0. 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 не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что соответствует патентноспособности "изобретательский уровень".

Способ был осуществлен на ОАО "ЗМЗ" при производстве сплошных слитков размером 540×1750 мм, полых слитков размером 540×340×2800 и 540×310×2800 мм электрошлаковым переплавом из стали марки 10Х17Н13М2Т (10 слитков и по 5 полых слитков каждого размера). Сплошные слитки на ОАО "ЧТПЗ" были просверлены на диаметр 100±5,0 мм и отправлены на ОАО "Камасталь", где были на радиально-ковочной машине проэкспандированы в гильзы размером 550×330×2500 и 550×300×2300 мм, которые затем были обточены, расточены и подрезаны в полые гильзы-заготовки размером 520×360×2300 и 520×330×2100 мм. Полые слитки ЭШП на ОАО "ЗМЗ" были обточены и расточены в полые слитки-заготовки до удаления флюса и дефектов литейного происхождения с чистотой внутренней поверхности Rz≤40 мкм, а наружной Rz≤40 мкм размером 520×360×2800 и 520×330×2800 мм и отгружены на ОАО "ЧТПЗ". Полые экспандированные гильзы-заготовки и полые слитки-заготовки были посажены в печь №2 в следующей последовательности: 5 экспандированных гильз-заготовок размером 520×360×2300 мм, затем 5 полых слитков-заготовок размером 520×360×2800 мм, 5 экспандированных гильз-заготовок размером 5 20×330×2100 мм и 5 полых слитков - заготовок размером 520×330×2800 мм, нагреты до температуры пластичности и прокатаны на пилигримовом стане №2 соответственно в товарные трубы размером 377×20 мм по ГОСТ 9940 и в передельные трубы размером 377×35 мм. Данные по прокатке товарных труб размером 377×20 мм по ГОСТ 9940 и передельных труб размером 377×35 мм на ТПА 8-16′′ с пилигримовыми станами из слитков ЭШП стали марки 10Х17Н13М2Т по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что по существующей технологии при прокатке товарных труб размером 377×20 мм в производство было задано 15,724 тонны стали марки 10Х17Н13М2Т. Сдано в соответствии с НТД 50,5 м труб общим весом 8,944 тонны. Расходный коэффициент металла составил 1,758. По предлагаемой технологии при прокатке труб данного размера в производство было задано 15,281 тонна металла. Сдано в соответствии с НТД 63,0 метра труб общим весом 11,214 тонн. Расходный коэффициент металла составил 1,363. Аналогичная картина и при прокатке передельных труб размером 377×35 мм. По существующей технологии в производство было задано 15,724 тонны металла марки 10Х17Н13М2Т. Сдано в соответствии с НТД 30,4 метра труб общим весом 9,027 тонн. Расходный коэффициент металла составил 1,742. По предлагаемой технологии при прокатке труб данного размера в производство было задано 15,862 тонны металла. Сдано в соответствии с НТД 42,25 метра труб общим весом 12,545 тонн. Расходный коэффициент металла составил 1,265. При прокатке товарных труб размером 377×20 мм по предлагаемой технологии получено снижение расходного коэффициента металла с 1,758 до 1,363, т.е. на 395 кг на каждой тонне труб, а при прокатке передельных труб размером 377×35 мм с 1,742 до 1,265, т.е. получено снижение расхода металла на 477 кг на каждой тонне труб.

Таким образом, по результатам производства опытно-промышленных партий товарных и передельных труб размером 377×20 и 377×35 мм стали марки 10Х17Н13М2Т из слитков ЭШП, отлитых на ОАО "ЗМЗ", проэкспандированных на ОАО "Камасталь" и прокатанных на ТПА 8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" по существующей и предлагаемой технологиям, видно, что расходный коэффициент металла при переделе слиток ЭШП - товарная труба снижен на 395 кг, а при переделе слиток ЭШП - передельная труба на 477 кг на тонну труб, при одновременном снижении стоимости слитков-заготовок, по сравнению со стоимостью гильз-заготовок после экспандирования, в 1,5 раза.

Использование предлагаемого способа производства слитков-заготовок электрошлаковым переплавом из труднодеформируемых марок стали и сплавов и прокатки из них товарных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами и передельных труб для последующего переката на станах ХПТ позволит значительно снизить расход дорогостоящего металла из легированных труднодеформируемых марок стали и сплавов, снизить их стоимость за счет исключения операции сверления и экспандирования слитков ЭШП под геометрические размеры дорнов, а следовательно, снизить стоимость товарных и передельных труб данного сортамента.