СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТОВАРНЫХ И ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАРОК СТАЛИ И СПЛАВОВ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ Российский патент 2007 года по МПК B21B21/00 B21B21/04 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов, и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами при производстве труб из сталей и сплавов марок 08Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 08Х17Н15М3Т, 10Х23Н18, 08Х20Н15С2, 10Х17Н13М2Т, 09Х14Н13Б2СР, 17Х18Н9, 08Х22Н6Т, 08Х10Н16Т2, 08Х10Н20Т2, ХН32, ХН78Т, 06ХН28МДТ, ХН60ВТ, ХН30МДБ, 15Х1М1Ф, 15Х5М и др.

В трубопрокатном производстве известен способ производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из центробежнолитых полых заготовок нержавеющих марок стали 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 (ТУ 14-3-569-77 "Заготовки трубные центробежнолитые полые из стали марок 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 диаметром 530-650 мм", ТУ 14-3-1564-88 "Трубы бесшовные горячедеформированные из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем", ТИ 158-Тр.ТБ1-6-94 "Изготовление труб из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 по ТУ 14-3-1564-88", ТУ 14-3-743-78 "Трубы бесшовные горячекатаные из стали марки 08Х18Н12Т", ТИ 158-Тр.ТБ1-63-98 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали марки 08Х18Н12Т для химического машиностроения и для рубашек гидроцилиндров форголлеров пильгерстана", ТУ 14-3-765-78 "Трубы бесшовные горячекатаные из нержавеющей стали", ТИ 158-Тр.ТБ1-69-98 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из стали марки 08X18Н12Т для баллонов").

Недостатком данного способа является то, что трубы после прокатки имеют большое количество дефектов по наружной и внутренней поверхности в виде плен и рыхлости, требуют последующую механическую обработку (обточку и расточку) со съемом металла по 10-12 мм на сторону или 20-25 мм по стенке. Горячекатаные трубы размером 402×45 мм обтачивают и растачивают на размер 377×20 мм, т.е. в стружку уходит более 50% металла. Так как горячекатаные трубы катаются с толстыми стенками, т.е. с маленькими вытяжками (μ=2,0-3,5), то в микроструктуре металла труб имеют место крупные зерна, а следовательно, металл труб имеет низкие механические свойства и не выдерживает испытания на межкристаллитную коррозию (п.2.8 ТУ 14-3-765-78 гласит, что макроструктура металла труб должна быть плотной, без следов усадочной рыхлости, расслоений, трещин, пустот), а результаты первичных испытаний для микро- и макроконтроля являются окончательными.

В трубопрокатном производстве известен способ прокатки труб на пилигримовых станах, где внутренний диаметр гильз-заготовок определяется по степени введения дорна в заготовки-гильзы, т.е. чтобы зазор между внутренним диаметром заготовок-гильз и диаметром дорна был бы минимальным и достаточным для его введения. Этот зазор составляет 10-25 мм. Большие величины относятся к большим диаметрам труб (Ф.А.Данилов и др. Горячая прокатка труб. Металлургиздат, 1962, с.294).

Недостатком данного способа прокатки заготовок-гильз из труднодеформируемых марок стали и сплавов является образование дефектов в виде рванин и посадка заготовок-гильз на дорны (затяжка дорнов в заготовках-гильзах) из-за малых величин зазора между внутренним диаметром заготовок-гильз и дорнов. При малом зазоре, во время деформации, образуется большая контактная поверхность на границе металл - дорн, течение металла по дорну затрудняется с ростом сил трения, в результате более пластичные поверхностные слои металла разрывают слои металла на внутренней поверхности трубы, что также усугубляется и естественным отбором тепла дорном. Кроме того, малое редуцирование по диаметру создает малую овализацию, что приводит к посадке гильз-труб на дорнах по мере их прокатки и остывания (затяжке дорнов), т.е. к прекращению процесса прокатки и, как следствие, к повышенному браку и расходу металла.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячекатаных передельных труб из слитков ЭШП коррозионно-стойких сталей диаметром 219-325 мм с толщинами стенок от 27 до 32 мм, предназначенных для холодного передела и товарных труб с механической обработкой с последующей шлифовкой с повышенным качеством поверхности из стали марки 08Х18Н10Т размером 219-325 мм с толщинами стенок от 10 до 25 мм (ТУ 14-3Р-197-2001 "Трубы бесшовные из коррозионно-стойких сталей с повышенным качеством поверхности", ТИ 158-Тр.ТБ1-53-2002 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из коррозионно-стойких марок стали с повышенным качеством поверхности по ТУ 14-ЗР-197-2001"), а также способ производства бесшовных горячекатаных труб номинальным диаметром 289, 341, 393 и 418 мм с толщинами стенок от 25 до 40 мм из слитков ЭШП стали марок 08X18Н10Т и 08Х18Н12Т по ТУ 14-134-334 коррозионно-стойких марок стали для изготовления холоднодеформированных труб (ТУ 14-158-130-2002 "Трубы стальные бесшовные горячедеформированные из коррози-онно-стойких марок стали для изготовления холодно деформированных труб" и ТУ 14-158-129-2002 "Трубы стальные бесшовные горячедеформированные передельные из коррозионно-стойких марок стали для изготовления холоднодеформированных труб для АЭС".

Товарные и передельные горячекатаные трубы диаметром 219-325 мм на ТПА 8-16" прокатываются из сверленых слитков ЭШП размером 400-500×100×1750 мм за одну прошивку на максимальной оправке диаметром 250 мм. При прошивке сверленых слитков ЭШП данного размера стали марки 08Х18Н10Т двигатель прошивного стана работает на пределе. Нагрузка достигает 7,5 кА (предельная 7,0 кА). Трубы, прокатанные из гильз с одной прошивкой, как передельные, так и товарные, из-за наличия дефектов в виде плен и мелких рванин требуют механическую обработку (обточку и расточку). Расходный коэффициент металла превышает 2,0. Прокатка труб диаметром более 325 мм производится с использованием двойной прошивки, а именно товарные трубы размером 402×20 мм из стали 08Х18Н10Т производятся по технологии: сверленые слитки ЭШП размером 570-600×100×1650 мм нагревают до температуры пластичности и прошивают на оправке диаметром 250 мм в гильзы размером 570-600×265вн.×2040-1990 мм, которые садят в печь горячими или после охлаждения и ремонта и нагревают до температуры пластичности, а затем прошивают (раскатывают) в прошивном стане на оправке диаметром 375 мм в гильзы размером 570-600×390вн.×3000-2770 мм, которые подают на пилигримовый стан и прокатывают в передельные трубы размером 420×40 мм в калибре 432 мм за счет сведения валков на 6-8 мм, т.е. уменьшения зазора (шпронта) между валками. Нагрузка на привод валков прошивного стана превышает предельную, т.е. работа производится на грани остановки двигателя. Бывают случаи и отключения двигателя. В этом случае разводят валки прошивного стана и гильзу-ступу выдают из стана и переводят в разряд брака. Расходный коэффициент металла при прокатке передельных труб по данной технологии превышает 2,5. Из вышесказанного видно, что данная технология производства товарных и передельных труб из нержавеющих марок стали трудоемка, энергоемка и металлоемка.

Известным техническим решением является также способ производства горячекатаных передельных труб из стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш размером 325×40 мм для изготовления водоохлаждаемых печных роликов размером 295×22×2750 мм, включающий сверловку и расточку слитков ЭШП размером 480×1600 мм на диаметр 285+5/-0 мм, нагрев их до температуры пластичности, прокатку на пилигримовых станах в трубы размером 325×40 мм на дорнах с повышенной конусностью 246/238 мм с разностью (зазором) между внутренним диаметром расточенных слитков-гильз и максимальным диаметром дорнов, равным 40-45 мм, и коэффициентом вытяжки μ=3,4 (протокол №1031 согласования условий поставки труб из стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш от 14.12.2000 г. и письмо-указание на опытно-промышленную прокатку горячекатаных передельных труб размером 325×40 мм из стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш).

Недостатком данного способа является использование расточенных слитков-гильз с внутренним диаметром больше диаметра дорна на 40-50 мм, т.к. при меньших зазорах на внутренней поверхности труб образуются дефекты в виде рванин и частые "затяжки" дорнов, даже с повышенной конусностью. Операция расточки слитков с диаметра 100 мм до 285-290 мм трудоемка и приводит к повышенному расходу металла, т.к. при расточке уходит в стружку от 30 до 45% металла. Количество стружки возрастает с ростом диаметра передельных труб, т.е. внутреннего диаметра слитков-гильз, а это в конечном итоге приводит к значительному повышению стоимости готового изделия.

Наиболее близким техническим решением является способ производства горячекатаных передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на установках с пилигримовыми станами, включающий сверление слитков ЭШП на диаметр 100±5 мм, нагрев их до температуры пластичности, экспандирование в полые заготовки с вытяжкой μ=1,2-1,8 без подъема по диаметру, обтачивание и растачивание их до удаления ковочных дефектов, нагрев их до температуры пластичности и прокатку на пилигримовых станах с вытяжкой μ≤5,0 или экспандирование сверленых слитков ЭШП в полые заготовки с вытяжкой μ=0,9-1,5 с подъемом по диаметру от 1,05 до 1,4 и прокатку на пилигримовых станах с вытяжкой μ≤5,5 (Патент РФ №2242302 от 20.12.2004, Кл. 7 В21В 21/04, Бюл. №35).

Недостатком данного способа являются дополнительные операции по сверлению слитков ЭШП, нагреву их до температуры пластичности и экспандирование в полые гильзы-заготовки на радиально-ковочных машинах или на прессах с последующим удалением ковочных или прессовых дефектов путем обточки и расточки, что в конечном итоге приводит к значительному повышению стоимости готового изделия.

Задачей предложенного способа является исключение дорогостоящей операции нагрева сверленых слитков, экспандирования сверленых слитков ЭШП в полые гильзы-заготовки, а самое главное - это снижение расхода металла при сверлении слитков и переделе их в полые гильзы-заготовки, а следовательно, снижение стоимости горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства горячекатаных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем отливку слитков электрошлаковым переплавом, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в гильзы, прокатку труб среднего диаметра на пилигримовых станах, на установках электрошлакового переплава отливают полые слитки-гильзы с отношением D/S=6,0-7,0, обтачивают их до удаления окалины и дефектов и растачивают в полые заготовки с последующим нагревом и прокаткой, при этом для изготовления труб большого диаметра осуществляют повторный нагрев гильз, с использованием холодного или горячего посада, до температуры пластичности, раскатку в стане косой прокатки в гильзы с утонением стенки и прокатку их в товарные или передельные трубы большого диаметра на пилигримовых станах, в зависимости от марки стали, или осуществляют экспандирование слитков электрошлакового переплава в полые заготовки-гильзы, с подъемом или без подъема по диаметру, обточку до удаления ковочных дефектов и расточку их в заготовки с последующим нагревом до температуры пластичности и прокаткой на пилигримовых станах в горячекатаные товарные или передельные трубы, трубы, прокатанные на пилигримовых станах из полых заготовок электрошлакового переплава с коэффициентами вытяжек μ≥5,0, используют как товарные, а с коэффициентами вытяжек μ<5,0 как передельные, а прокатку труб на пилигримовом стане из полых заготовок электрошлакового переплава ведут донным концом вперед, а из усадочной части формируют пилигримовую головку.

Полые слитки-гильзы обтачивают и растачивают в заготовки с удалением литейной окалины и микротрещин на глубину 1,8-2,8 и 2,4-3,2 мм, в зависимости от размеров слитков-гильз и содержания легирующих элементов. Готовые заготовки нагревают до температуры пластичности (в зависимости от марки стали) и подают на пилигримовые станы для прокатки. Трубы, прокатанные на пилигримовых станах из полых заготовок с коэффициентом вытяжки μ≥5,0, т.е. имеющие более мелкую кристаллическую структуру, используют как передельные и товарные по ГОСТ 9940, а трубы с коэффициентом вытяжки μ<5,0 можно использовать как передельные для перекатки на станах ХПТ по ГОСТ 9941. Прокат труб на пилигримовом стане производят донным концом вперед, а из усадочной части формируют пилигримовую головку.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что на установках электрошлакового переплава отливают полые слитки-гильзы с отношением D/S=6,0-7,0, обтачивают их до удаления окалины и дефектов и растачивают в полые заготовки с последующим нагревом и прокаткой, при этом для изготовления труб большого диаметра осуществляют повторный нагрев гильз, с использованием холодного или горячего посада, до температуры пластичности, раскатку в стане косой прокатки в гильзы с утонением стенки и прокатку их в товарные или передельные трубы большого диаметра на пилигримовых станах, в зависимости от марки стали, или осуществляют экспандирование слитков электрошлакового переплава в полые заготовки-гильзы, с подъемом или без подъема по диаметру, обточку до удаления ковочных дефектов и расточку их в заготовки с последующим нагревом до температуры пластичности и прокаткой на пилигримовых станах в горячекатаные товарные или передельные трубы, трубы, прокатанные на пилигримовых станах из полых заготовок электрошлакового переплава с коэффициентами вытяжек μ≥5,0, используют как товарные, а с коэффициентами вытяжек μ<5,0 как передельные, а прокатку труб на пилигримовом стане из полых заготовок электрошлакового переплава ведут донным концом вперед, а из усадочной части формируют пилигримовую головку. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии 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 соответствует патентоспособности "изобретательский уровень".

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ". В производство было задано 4 слитка-гильзы ЭШП размером 540×80×2500 мм стали марки 06ХН28МДТ, отлитых на опытной установке ЭШП ОАО "ЗМЗ" (Златоустовский металлургический завод), и 4 слитка данной марки стали размером 540×1750 мм. Данные по прокатке товарных (ГОСТ 9940) и передельных (ГОСТ 9941) труб размером 377×15 и 377×40 мм на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами из стали марки 06ХН28МДТ по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что по существующей технологии два слитка размером 540×1750 мм просверлили на диаметр 100 мм, а затем на радиально-ковочной машине раскатали (расковали) в полые заготовки-гильзы размером 540×100×2800 мм. Гильзы-заготовки обтачивались и растачивались с удалением концевых участков в полые заготовки размером 520x80x2600 мм. Заготовки нагревались в методических печах до температуры пластичности и прокатывались на пилигримовом стане в передельные трубы размером 377×40 мм с коэффициентом вытяжки 2,61. Расходный коэффициент металла по данной технологии (слиток ЭШП - заготовка-гильза - заготовка - передельная труба) составил 1,844. Два слитка размером 540х 1750 мм были просверлены на диаметр 100 мм, а затем расточены до диаметра 380 мм. Расточенные слитки-заготовки нагревались в методических печах до температуры пластичности и прокатывались на пилигримовом стане в передельные трубы размером 377×40 мм с коэффициентом вытяжки 2,73. Расходный коэффициент металла по данной технологии (слиток - полая заготовка - передельная труба) составил 2,828. По предлагаемой технологии полые слитки-гильзы ЭШП размером 540×80×2500 мм растачивали и обтачивали в полые заготовки размером 536×75×2400 мм (Δ=2,0, a Δ₁=3,0 мм). Две полые заготовки были нагреты до температуры пластичности и прокатаны на пилигримовом стане в передельные трубы размером 377×40 мм донным концом вперед с коэффициентом вытяжки 2,57, а из усадочной части сформировали пилигримовую головку. Расходный коэффициент металла по данным трубам (полый слиток - полая заготовка - передельная труба) составил 1,378. Две другие полые заготовки были нагреты до температуры пластичности и прокатаны на пилигримовом стане в товарные трубы (ГОСТ 9940) размером 377×15 мм донным концом вперед с коэффициентом вытяжки 6,37. Расходный коэффициент металла по данным трубам (полый слиток - полая заготовка - товарная труба) составил 1,291.

Таким образом, из таблицы видно, что по предлагаемому способу производства горячекатаных передельных (ГОСТ 9941) размером 377×40 мм и товарных (ГОСТ 9940) труб размером 377×15 мм из стали марки 06ХН28МДТ на трубопрокатной установке 8-16" ОАО "ЧТПЗ" из полых слитков-гильз, с последующей механической обработкой в заготовки, получено снижение расхода металла с 2,828 (1,844) до 1,378 (или ≈ в 1,3 и 2,0 раза) при производстве передельных труб и до 1,291 при производстве товарных труб.

Использование предлагаемого способа производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами позволит значительно снизить расход металла за счет исключения операции расточки слитков ЭШП в слитки-гильзы или исключения операции экспандирования с последующей обточкой и расточкой в полые заготовки, снизить вероятность образования дефектов в виде плен и рванин за счет механической обработки полых слитков-гильз ЭШП в полые заготовки, снизить нагрузки на привод пилигримовых станов за счет оптимальных деформационных параметров, а следовательно, значительно снизить стоимость производства труб из дорогостоящих труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПА с пилигримовыми станами.

Таблица
Данные по прокатке товарных (ГОСТ 9940) и передельных (ГОСТ 9941) труб размером 377×15 и 377×40 мм на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами из стали марки 06ХН28МДТ по существующей и предлагаемой технологиямВид технологииВид трубМарка сталиКолич. полых загот.-гильз и слитков-гильзРазмер исходных слитков и слитков-гильз ЭШПВес исходных слитков и слитков-гильз ЭШПРазмеры полых заготовокЗначения величин Δ, Δ₁ и LРазмер трубКоэфф. вытяжки на пилигр. станеСдано трубРасход, коэфф. металлашт.Ммкгммммммμм/кг-СушествующаяПередельные 2540×17506290520×80×2600Δ=10
Δ₁=10
L=L₁=100377×402,6110,2 34111,84406ХН28МДТ2540×17506290540×80×1750-377×402,736,65 22242,828ПредлагаемаяПередельные 2540×80×25004564536×75×2400Δ=2,0
Δ₁=3,0
L=100377×402,579,9 33111,378Товарные 2540×80×25004564536×75×2400Δ=2,0
Δ₁=3,0
L=100377×156,3728,4 35351,291

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов, и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами при производстве труб из сталей и сплавов. Способ производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами включает отливку слитков электрошлаковым переплавом, сверловку центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в гильзы, прокатку труб среднего диаметра на пилигримовых станах в товарные или передельные трубы, повторный нагрев гильз с использованием холодного или горячего посада до температуры пластичности, раскатку в стане косой прокатки в гильзы с утонением стенки и прокат товарных или передельных труб большого и среднего диаметров на пилигримовых станах в зависимости от марки стали или сверловку и расточку слитков электрошлакового переплава в полые слитки - гильзы, внутренний диаметр которых на 40-50 мм больше диаметра дорна, нагрев их до температуры пластичности и прокатку на пилигримовых станах в горячекатаные товарные или передельные трубы, трубы, прокатанные на пилигримовых станах из полых заготовок электрошлакового переплава с коэффициентами вытяжек μ≥5,0, используют как товарные, а с коэффициентами вытяжек μ<5,0 как передельные, а прокатку труб на пилигримовом стане из полых заготовок электрошлакового переплава ведут донным концом вперед, а из усадочной части формируют пилигримовую головку. Изобретение обеспечивает снижение расхода металла, образование дефектов в виде плен и рванин, снижение нагрузки на привод пилигримовых станов за счет оптимальных деформационных параметров, исключает поломки шпинделей и валков, а следовательно, значительно снижает стоимость производства труб из дорогостоящих труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПА с пилигримовыми станами. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства горячекатаных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в гильзы, прокатку труб среднего диаметра на пилигримовых станах, отличающийся тем, что на установках электрошлакового переплава отливают полые слитки-гильзы с отношением D/S=6,0-7,0, обтачивают их до удаления окалины и дефектов и растачивают в полые заготовки с последующим нагревом и прокаткой, при этом для изготовления труб большего диаметра осуществляют повторный нагрев гильз с использованием холодного или горячего посада до температуры пластичности, раскатку в стане косой прокатки в гильзы с утонением стенки и прокатку их в товарные или передельные трубы большого диаметра на пилигримовых станах в зависимости от марки стали, или осуществляют экспандирование слитков электрошлакового переплава в полые заготовки-гильзы с подъемом или без подъема по диаметру, обточку до удаления ковочных дефектов и расточку их в заготовки с последующим нагревом до температуры пластичности и прокаткой на пилигримовых станах в горячекатаные товарные или передельные трубы.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубы, прокатанные на пилигримовых станах из полых заготовок электрошлакового переплава с коэффициентами вытяжек μ≥5,0, используют как товарные, а с коэффициентами вытяжек μ<5,0 как передельные.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку труб на пилигримовом стане из полых заготовок электрошлакового переплава ведут донным концом вперед, а из усадочной части формируют пилигримовую головку.