Результат интеллектуальной деятельности: 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

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу 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, и может быть использовано при производстве их на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами с последующей механической обработкой - обточкой и расточкой.

В практике трубного производства известен способ изготовления труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из сталей марок 08Х18Н12Т, 08Х10Н20Т2, включающий нагрев полой (центробежно-литой) заготовки и ее прокатку на пилигримовом стане (ТИ 158-Тр.ТБ1-63-98. ”Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали марки 08Х18Н12Т для химического машиностроения по ТУ14-3-743-78”. ТИ 158 Тр.ТБ1-6-94. ”Изготовление труб из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем по ТУ 14-3-1564-88”).

Недостатком указанного способа является использование полой центробежно-литой заготовки низкого качества ввиду отсутствия технологии прошивки на станах поперечно-винтовой прокатки заготовок диаметром более 460 мм с высоким содержанием Сr и Ni, а также из-за малой мощности привода прошивного стана.

При прошивке заготовок диаметром более 460 мм из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов из-за повышенных деформаций под воздействием растягивающих напряжений возникают трещины и разрывы на гильзах, что приводит к браку и не дает возможности дальнейшего их передела, а также из-за повышенных нагрузок при прошивке к остановке двигателя прошивного стана и прекращению процесса.

В трубопрокатном производстве известен 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 325×12 мм по ГОСТ из стали марки 06ХН28МДТ (ЭИ-943), включающий сверловку и расточку слитков размером 460×1600 мм на диаметр 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 последующей обточкой и расточкой на трубы с заданными геометрическими размерами (Протокол №1031 согласования условий поставки труб из сталей марок 06ХН28МДТ и 20Х25Н25ТЮ-Ш от 14.12.2000 г. и письмо указание на опытно-промышленные прокатки передельных труб размером 325×40 и 335×25 мм).

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

Наиболее близким техническим решением является способ производства горячедеформированных и передельных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ с пилигримовыми станами (Патент №2247612 по заявке №2003113394 от 06.05.2003 г.), включающий сверловку слитков ЭШП или заготовок диаметром 380-500 мм, выдержку на колосниках при температуре 500-550°С в течение 70-95 минут в зависимости от диаметра, нагрев до температуры пластичности 1120-1140°C со скоростью 1,4-1,5 град./мин, прошивку заготовок в гильзы размер в размер по диаметру при скорости вращения валков 25-40 оборотов в минуту на оправке диаметром, обеспечивающим редуцирование на пилигримовом стане не менее 25 мм, первую прошивку слитков ЭШП (заготовок) диаметром 460-600 мм в прошивном стане ведут с вытяжкой 1,2-1,4 при скорости вращения рабочих валков 15-25 оборотов в минуту, а вторую и последующие (при необходимости) прошивки (раскатки) с подъемом или посадом по диаметру не более 5,0% и вытяжкой 1,5-1,75 при скорости вращения валков 25-50 оборотов в минуту, холодные гильзы после первой прошивки диаметром 460-600 мм с отношением D/S=3,0-4,5 выдерживают на колосниках при температуре 400-500°С в течение 50-70 минут в зависимости от диаметра и толщины стенки, затем нагревают до температуры пластичности 1100-12600°С со скоростью 1,6-1,8 градуса в минуту в зависимости от марки стали, а гильзы после прошивного стана с температурой 600-800°С равномерно нагревают до температуры пластичности 1100-1260°С со скоростью 1,7-2,0 градуса в минуту, перед выдачей из печи гильзы выдерживают в течении 45-60 минут при температуре пластичности с кантовкой через 10-15 минут на угол ≈180°, процесс прошивки, от захвата слитков ЭШП (заготовок) до полного нахождения на оправку, ведут с уменьшением числа оборотов рабочих валков с 25 до 15, установившийся процесс прошивки ведут при 15-20 оборотах в минуту, а 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 оборотах в минуту, а на выходе гильзы из валков число оборотов увеличивают до 45-50, прокатку труб на пилигримовом стане ведут с вытяжкой µ=3,0-5,0.

Недостатком данного способа является невозможность производства товарных и передельных горячекатаных труб диаметром более 450 мм на ТПУ 8-16” с пилигримовыми станами.

Задачей предложенного способа 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 является получение качественных труб диаметром 530-550 мм, в частности труб размером 530×20 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш по ТУ 14-3Р-197-2001 с повышенным качеством поверхности с отметкой ”для АЭС” и приемкой инспекцией Госатомнадзора РФ.

Технический результат достигается тем, что в известном способе 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, включающем отливку слитков ЭШП размером 610×1725±25 мм, механическую обработку-обточку слитков в заготовки диаметром 590±5,0 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев заготовок до температуры пластичности, в зависимости от марки стали и сплава, прошивку заготовок в гильзы-заготовки на оправке диаметром 26±10 мм с подъемом по диаметру не более 2,0% и длиной не более 2000 мм, повторный нагрев гильз-заготовок, с холодного или горячего посада, до температуры пластичности, прошивку-раскатку гильз-заготовок в гильзы на оправке диаметром 360±10 мм с подъемом или посадом по диаметру не более 5,0%, прокатку горячедеформированных передельных труб диаметром не более 450 мм с отношеним D/S≤10, заготовки размером 590±5,0×100±5×1725±25 мм растачивают на размер 590±5,0×220±5,0×1725±25 мм, нагревают до температуры пластичности и прошивают в стане косой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×365×1950-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру δ=4,0-6,0%, гильзы-заготовки после повторного нагрева раскатывают в стане косой 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%, которые прокатывают 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-обточку и расточку, а значения толщин снимаемых слоев металла при обточке и расточке определяют 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; К=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.

Сущность способа заключается в том, что для производства труб размером 530×20×5000-5500 мм по ТУ 14-3Р-197-2001 необходимы передельные горячедеформированные трубы размером 545-550×35-40×5000-5500 мм с отношением D/S-13,5-15,0, а для получения гильз под вторую прошивку - раскатку длиной не более 2000 мм, заготовки размером 590±5,0×100±5×1725±25 мм растачивают на размер 590±5,0×220±5,0×1725±25 мм, нагревают до температуры пластичности и прошивают в стане косой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×365×1950-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру δ=4,0-6,0%, гильзы-заготовки после повторного нагрева раскатывают в стане косой 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%, которые прокатывают 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-обточку и расточку, а значения толщин снимаемых слоев металла при обточке и расточке определяют из выражений Δ=D/S*К, 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; К=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.

Перераспределение деформационных параметров за счет двойной прошивки слитков ЭШП из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов и расточки слитков под первую прошивку на размер 590±5,0×220±5,0×1725±25 мм в сочетании с технологическими параметрами прошивки (прошивка и раскатка с подъемом и посадом по диаметру) позволило снизить нагрузки на привод прошивного стана и получить гильзы, необходимые для прокатки передельных труб под механическую обработку диаметром 530-550 мм с отношением D/S=13,5-15,0. Использование предложенных геометрических размеров слитков ЭШП под первую прошивку и технологических параметров прошивки и раскатки позволили получить качественные гильзы необходимого размера для дальнейшей прокатки из них труб на пилигримовом стане, а перераспределение деформационных параметров между прошивным и пилигримовым станами получить качественные передельные трубы диаметром 530-550 мм (без дефектов в виде плен и рванин) на пилигримовом стане с отношением D/S=13,5-15,0 с необходимым припуском под механическую обработку для получения труб большого диаметра по ТУ 14-3Р-197-2001 для АЭС.

Сравнительный анализ с прототипом показал, что заявляемый 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 отличается тем, что заготовки размером 590±5,0×100±5×1725±25 мм растачивают на размер 590±5,0×220±5,0×1725125 мм, нагревают до температуры пластичности и прошивают в стане косой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×365×1950-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру δ=4,0-6,0%, гильзы-заготовки после повторного нагрева раскатывают в стане косой 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%, которые прокатывают 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-обточку и расточку, значения толщин снимаемых слоев металла при обточке и расточке определяют 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; К=0,5-0,7 - коэффициент для определения толщины снимаемого слоя металла при обточке труб, большие значения которого относятся к трубам с более толстыми стенками; К₁=0,4-0,5 - коэффициент для определения толщины снимаемого слоя металла при расточке труб, большие значения которого относятся к трубам с более толстыми стенками. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию ”изобретательский уровень”.

Сравнение заявляемого решения (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 позволяет сделать вывод о соответствии условию патентоспособности ”существенные отличия”.

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16” ОАО ”ЧТПЗ” при прокатке передельных труб размером 550×37 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш под механическую обработку для получения труб размером 530×20-5000-5500 мм по ТУ 14-3Р-197-2001 для АЭС.

Данные по расточке, прошивке слитков ЭШП, раскатке гильз и прокатке передельных труб размером 550×37×5000-5500 мм из стали марки 08Х18Н10Т-Ш на ТПА 8-16” ОАО ”ЧТПЗ” с последующей механической обработкой (обточкой и расточкой) в трубы размером 530×20×5000-5500 мм по ТУ 14-3Р-197-2001 для АЭС приведены в таблице. В таблице отсутствуют сравнительные данные, т.к. трубы данного размера на ТПУ 8-16” не производились. Из таблицы видно, что процесс прошивки на прошивном стане, мощность двигателя которого составляет 2570 квт, по существующей технологии возможен только при прошивке слитков ЭШП диаметром до 460 мм на оправке диаметром не более 250 мм. Процесс прошивки слитков ЭШП диаметром более 460 мм на оправке диаметром более 250 мм невозможен из-за превышения допустимых нагрузок на привод прошивного стана, что приводит к его остановке и прекращению процесса, т.е. к закатке оправок в гильзах и окончательному браку.

Слитки ЭШП размером 585×1730-1750 мм были просверлены, а затем расточены на диаметр 215 и 220 мм. Слитки были нагреты до температуры 1260°С и прошиты в стане косой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×365×1990-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру 5,98%. Нагрузка на двигатель прошивного стана была на верхнем пределе 7,5 КА при допустимой не более 8,0 КА. Гильзы-заготовки с горячего посада были нагреты до температуры 1260°С и раскатаны в стане косой прокатки в гильзы размером 660×77,5×2700-2715 мм на оправке диаметром 490 мм с подъемом по диаметру 6.45%. Нагрузка на двигатель прошивного стана составила 7,5-7,7 КА. Гильзы, в соответствии с п.2 формулы изобретения, были прокатаны на пилигримовом стане в трубы размером 540×37×5400 мм. После проката передельные трубы были обточены и расточены в товарные трубы размером 530×20×5400 мм. Трубы по всем показателям отвечали требованиям ТУ 14-3Р-197-2001 и были приняты ГАН РФ.

Использование предлагаемого способа позволило освоить на ТПУ 8 - 16” с пилигримовыми станами производство качественных горячедеформированных передельных труб размером 550×37×5400 мм из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов при переделе слиток ЭШП - горячекатаная труба с последующей механической обработкой на размер 530×20×5400 мм в соответствии с ТУ 14-3Р-197-2001 по механическим свойствам, геометрическим размерам и качеству поверхности.