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 

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, 08Х17Н15МЗТ, 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 центробежно-литых полых заготовок нержавеющих марок стали 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 (ТУ 14-3-561-77 "Заготовки трубные центробежно-литые 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 15 8-Тр.ТБ 1-69-98 "Изготовление бесшовных горячедеформированных труб из стали марки 08Х18Н12Т 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 и требуют последующей механической обработки (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 производства труб из труднодеформируемых марок стали, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм в заготовках и слитках ЭШП диаметром 380-500 мм, выдержку их на колосниках методических печей при температуре 500-550°С в течение 70-95 минут в зависимости от диаметра, после чего нагрев до температуры 1120-1140°С со скоростью 1,4-1,5 град./мин, прошивку заготовок и слитков ЭШП 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 диаметром 540-620 мм, которую из-за малой мощности привода стана косой прокатки прошить невозможно.

В трубопрокатном производстве известен также способ производства горячедеформированных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПА с пилигримовыми станами, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм в слитках ЭШП и заготовках, нагрев их до температуры пластичности, первую прошивку слитков ЭШП или заготовок диаметром 460-600 мм в прошивном стане с вытяжкой 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 1,4-1,75 при скорости вращения валков 20-50 об/мин, с использованием холодного или горячего посада гильз в печь, 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 при 15-20 об/мин, а на выходе гильзы из валков число оборотов увеличивают до 35-40 об/мин, процесс прошивки-раскатки (вторую прошивку) 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, 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 при прокатке труб диаметром более 325 мм необходима двойная прошивка и двойной нагрев с использованием холодного или горячего посада, а это влечет за собой снижение производительности ТПА с пилигримовыми станами ≈ в два и более раз, повышение расходного коэффициента металла из-за двойного угара и, как следствие, повышение стоимости готовой продукции.

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 дорна (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 этого малое редуцирование по диаметру создает малую овализацию, что приводит к посадке гильз-труб на дорнах по мере их прокатки и остывания (затяжке дорен), т.е. к прекращению процесса прокатки и, как следствие, к повышенному браку и расходу металла.

Известным техническим решением является способ производства горячекатаных передельных труб из стали марки 20Х25Н25ТЮ-Ш размером 325×0 мм для изготовления водоохлаждаемых печных роликов размером 295×22×2750 мм, включающий сверление 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 доронов, 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 центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм в слитках ЭШП, нагрев до температуры пластичности, экспандирование их в полые заготовки с вытяжкой μ=1,2-1,8 без подьема 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 сверление слитков ЭШП с последующим экспандированием 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, Бюл. №35, 20.12.2004).

Недостатком данного способа является 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 увеличению расходного коэффициента и значительному повышению стоимости готового изделия.

Задачей предложенного способа является исключение дорогостоящей операции экспандирования сверленых слитков ЭШП в полые гильзы-заготовки, дополнительного нагрева сверленых слитков ЭШП перед экспандированием, а самое главное - это снижение расхода металла при сверловке слитков и переделе их в полые гильзы-заготовки, и, 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 товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков на установках электрошлакового переплава, которые обтачивают и растачивают, нагревают и прокатывают на пилигримовых станах, слитки электрошлакового переплава отливают полыми высотой 2000-3200 мм, обтачивают и растачивают до удаления окалины и микротрещин на диаметр 400-620 мм с отношением диаметра к толщине стенки D/S=4,5-7,0, большие значения которых соответствуют слиткам - гильзам меньшего диаметра, нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах, нагретые до температуры пластичности полые слитки - гильзы с отношением D/S=5,0 - 7,0 и высотой 2000-2750 мм прокатывают на пилигримовом стане в товарные и передельные трубы с толщиной стенки до 30 мм, а слитки - гильзы с отношением D/S=4,5-5,5 и высотой 2750-3200 мм прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы с толщиной стенки более 30 мм.

Отлитые на установках ЭШП полые слитки-гильзы обтачивают и растачивают до удаления окалины и микротрещин на диаметр 400-620 мм с отношениями диаметра к толщине стенки D/S=4,5-7,0, большие значения которых относятся к слиткам-гильзам меньшего диаметра, и высотой 2000-3200 мм, нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах в товарные и передельные трубы. Слитки-гильзы с отношением D/S=5,0-7,0, т.е. более тонкостенные, высотой 2000-2750 мм прокатывают на пилигримовом стане в товарные и передельные трубы с толщиной стенки до 30 мм, а слитки-гильзы с отношением D/S=4,5-5,5 и высотой 2750-3200 мм прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы с толщиной стенки более 30 мм, т.к. при прокатке труб с более толстой стенкой величина подачи на пилигримовом стане выше и температура гильзы к концу прокатки не опускается ниже 750°С, что дает возможность вести процесс прокатки из более длинных гильз, а следовательно, снизить расходный коэффициент металла за счет относительного снижения доли технологических отходов (веса пилигриовых головок и затравочных концов).

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что слитки электрошлакового переплавана отливают полыми высотой 2000-3200 мм, обтачивают и растачивают до удаления окалины и микротрещин на диаметр 400-620 мм с отношением диаметра к толщине стенки D/S=4,5-7,0, большие значения которых соответствуют слиткам - гильзам меньшего диаметра, нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах, а нагретые до температуры пластичности полые слитки - гильзы с отношением D/S=5,0-7,0 и высотой 2000-2750 мм прокатывают на пилигримовом стане в товарные и передельные трубы с толщиной стенки до 30 мм, а слитки - гильзы с отношением D/S=4,5-5,5 и высотой 2750-3200 мм прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы с толщиной стенки более 30 мм. 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 заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентноспособности "изобретательский уровень".

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ" при прокатке товарных труб размером 377×25 мм и передельных размером 377×45 мм из сплошных и полых слитков ЭШП стали марки 10Х17Н13М2Т, отлитых на опытной установке ЭШП ОАО "ЗМЗ". В производство было задано 10 сплошных слитков ЭШП размером 540×1650 мм, 5 полых слитков ЭШП размером 540×90×2750 мм с отношением D/S=6,0 и 5 полых слитков ЭШП размером 540×110×3200 мм с отношением D/S=4,9, что согласуется с п.2 формулы изобретения. В сплошных слитках ЭШП в условиях ОАО "ЧТПЗ" было просверлено центральное отверстие диаметром 100±5,0 мм. Прокатка товарных труб размером 377×25 мм из сплошных слитков ЭШП производилась в две прошивки, т.к. прошивка слитков ЭШП из стали марки 10Х17Н13М2Т за одну прошивку невозможна из-за превышения нагрузки на привод прошивного стана. Первая прошивка производилась на оправке диаметром 250 мм в гильзы размером 540×138×2100 мм. Длина гильзы ограничена входной стороной прошивного стана, т.к. при второй прошивке-раскатке гильзу длиннее 2100 мм в стан задать невозможно. Перед первой прошивкой слитки ЭШП грелись в печи в течение 9,0 часов до температуры пластичности (1250-1260)°С. Посад гильз под вторую прошивку производили с использованием горячего посада, т.е. при температуре 600-700°С. Время нагрева под вторую прошивку составило 6,5 часа. Вторую прошивку для прокатки товарных труб производили на оправке диаметром 350 мм. Размер гильз составил 540×88×2950 мм. Гильзы были прокатаны на пилигримовом стане в товарные трубы размером 377×25 мм. Средняя длина труб на сдаче составила 9,95 м, общая 49,75 м. Сдано в соответствии с НТД 10,796 тонн труб. Расходный коэффициент металла по данной партии составил 1,374.

Прокатка передельных труб размером 377×45 мм из сплошных слитков ЭШП по существующей технологии производилась также в две прошивки. Первая прошивка производилась на оправке диаметром 250 мм в гильзы размером 540×138×2100 мм. Перед первой прошивкой слитки ЭШП грелись в печи в течение 9,0 часов до температуры пластичности (1250-1260)°С. Посад гильз под вторую прошивку производили с использованием горячего посада, т.е. при температуре 600-700°С. Время нагрева под вторую прошивку составило 6,5 часа. Вторую прошивку для прокатки передельных труб производили на оправке диаметром 325 мм. Размер гильз составил 540×100×2650 мм. Гильзы были прокатаны на пилигримовом стане в передельные трубы размером 377×45 мм. Средняя длина труб на сдаче составила 5,85 м, а общая 29,25 м. Сдано в соответствии с НТД 10,794 тонн труб. Расходный коэффициент металла по данной партии составил 1,374.

По предлагаемой технологии прокатку товарных труб размером 377×25 мм производили из полых слитков ЭШП размером 540×90×2750 мм, которые нагревались в методической печи до температуры пластичности (1240-1250)°С. Среднее время нагрева полых слитков составило 7,0 часов. Нагретые до температуры пластичности полые слитки подавались краном на пилигримовый стан и прокатывались в трубы размером 377×25 мм. Средняя длина труб на прокате составила 9,65 м, а общая 48,25 м. Сдано в соответствии с НТД 10,471 тонна труб. Расходный коэффициент металла составил 1,311.

Передельные трубы размером 377×45 мм по предлагаемой технологии производили из полых слитков ЭШП размером 540×110×3200 мм, которые нагревались в методической печи до температуры пластичности (1240-1260)°С. Среднее время нагрева полых слитков составило 7,5 часов. Нагретые до температуры пластичности полые слитки подавались краном на пилигримовый стан и прокатывались в трубы размером 377×45 мм. Средняя длина труб на прокате составила 8,55 м, а общая 41,75 м. Сдано в соответствии с НТД 15,406 тонны труб. Расходный коэффициент металла по данной партии составил 1,211. Данные по прокатке и сдаче товарных труб размером 377×25 мм и передельных труб размером 377х45 мм из стали 10Х17Н13М2Т по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице.

Таким образом, из таблицы видно, что по предлагаемому способу производства горячекатаных товарных труб (ГОСТ 9940) размером 377×25 мм получено снижение расходного коэффициента металла на 63 кг на тонне труб (с 1,374 до 1,311), общее время нагрева слитков ЭШП снижено с 15,5 часа до 7,0 часов, т.е. более чем в 2,0 раза, исключен процесс прошивки слитков ЭШП и раскатки гильз в стане косой прокатки, а следовательно, получено повышение производительности пилигримовой установки соответственно более чем в 2,0 раза. При прокатке передельных труб размером 377х45 мм по предлагаемой технологии получено снижение расходного коэффициента металла на 163 кг на тонне труб (с 1,374 до 1,211), общее время нагрева слитков ЭШП снижено с 15,5 часа до 7,5 часов, т.е. больше чем в 2,0 раза, исключен процесс прошивки слитков ЭШП и раскатки гильз в стане косой прокатки, а следовательно, получено повышение производительности пилигримовой установки более чем в 2,0 раза. По предлагаемой технологии за счет использования полых слитков ЭШП большей массы получено увеличение средней длины трубы с 5,85 до 8,35 м, т.е. 1,43 раза.

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, снизить вероятность образования дефектов в виде плен и рванин при прошивке и раскатке гильз в станах косой прокатки, исключить из технологического процесса двойной нагрев и двойную прошивку (прошивку и раскатку) за счет чего повысить производительность пилигримовой установки при прокатке труб данного сортамента более чем в два раза и значительно увеличить длину передельных и товарных труб с отношением D/S=4,4-5,5, т.е. труб с более толстыми стенками.

Таблица
Данные по прокатке и сдаче товарных труб размером 377×25 мм и передельных размером 377×45 мм из стали марки 10Х17Н13М2Т по существующей и предлагаемой технологиямВид технолог.Размер трубВид и размеры заготовокзадан. металла в произ.Продолжит. нагреваРазмеры гильзПрокатка труб на пилигримовом станеРасход. коэфф. металлаСлиток ЭШППолый слиток ЭШППервая прош.Вторая прош.Первая прош.Вторая прош.Сред. длинаОбщ. длинаВес трубммммммшт.тоннчасчасммммммтонн-Существ.377×25540×1650-514,8259,07,5540×138×2100540×88 ×29509,9549,7510,7961,374377×45540×1650-514,8259,07,5540×138×2100540×100×26505,8529,2510,7941,374Предлаг.377×25-540×90×2750513,723-7,0--9,6548,2510,4711,311377×45-540×110×3200518,656-7.5--8,3541,7515,4061,211

Изобретение относится к трубопрокатному производству, и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами при производстве труб. Способ включает отливку полых слитков высотой 2000-3200 мм на установках электрошлакового переплава. Слитки обтачивают и растачивают до удаления окалины и микротрещин на диаметр 400-620 мм с отношением диаметра к толщине стенки D/S=4,5-7,0, большие значения которых соответствуют слиткам-гильзам меньшего диаметра. Нагретые до температуры пластичности полые слитки - гильзы с отношением D/S=5,0-7,0 и высотой 2000-2750 мм прокатывают на пилигримовом стане в товарные и передельные трубы с толщиной стенки до 30 мм. Слитки - гильзы с отношением D/S=4,5-5,5 и высотой 2750-3200 мм прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы с толщиной стенки более 30 мм. Изобретение обеспечивает снижение расхода металла, исключение из технологического процесса одного нагрева и прошивки сверленых слитков в гильзы, повышение производительности, увеличение длины передельных и товарных труб с отношением D/S=4,5-5,5, т.е. с более толстыми стенками. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков на установках электрошлакового переплава, которые обтачивают и растачивают, нагревают и прокатывают на пилигримовых станах, отличающийся тем, что слитки электрошлакового переплава отливают полыми высотой 2000-3200 мм, обтачивают и растачивают до удаления окалины и микротрещин на диаметр 400-620 мм с отношением диаметра к толщине стенки D/S=4,5-7,0, большие значения которых соответствуют слиткам - гильзам меньшего диаметра, нагревают до температуры пластичности, и прокатывают на пилигримовых станах.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагретые до температуры пластичности полые слитки - гильзы с отношением D/S=5,0-7,0 и высотой 2000-2750 мм прокатывают на пилигримовом стане в товарные и передельные трубы с толщиной стенки до 30 мм, а слитки - гильзы с отношением D/S=4,5-5,5 и высотой 2750-3200 мм прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы с толщиной стенки более 30 мм.