СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТОВАРНЫХ И ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ ИЗ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАРОК СТАЛИ И СПЛАВОВ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ Российский патент 2008 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 коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов, и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами при прокатке труб из сталей и сплавов марок 08Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 10Х23Н18, 08Х17Н15М3Т, 08Х20Н15С2, 10Х17Н13М2Т, 17Х18Н9, 08Х22Н6Т, 08Х10Н16Т2, 08Х10Н20Т2, 20Х25Н25ТЮ-Ш, 09Х14Н13Б2СР, ХН32Т, ХН78Т, ХН60ВТ, 06ХН28МДТ, ХН30МДБ и др.

В трубопрокатном производстве известен способ производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из центробежно-литых полых заготовок нержавеющих марок стали 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 08Х10Н16Т2 м 08Х10Н20Т2 (ТУ 14-3-569-77 "Заготовки трубные центробежно-литые полые из стали марок 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 08Х10Н16Т2 и 08Х10Н20Т2 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 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, 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 малыми 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 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.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячекатаных передельных труб из слитков ЭШП коррозионно-стойких сталей диаметром 219-325 мм с толщиной стенки от 20 до 50 мм, предназначенных для холодного передела и товарных труб с механической обработкой и 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 14-3Р-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 08Х18Н10Т 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 коррозионно-стойких марок стали для изготовления холоднодеформированных труб" и ТУ 14-158-129-2002 "Трубы стальные бесшовные горячедеформированные передельные из коррозионно-стойких марок стали для изготовления холоднодеформированных труб для АЭС".

Недостатками данного способа производства бесшовных горячекатаных товарных и передельных труб из слитков ЭШП коррозионно-стойких сталей является то, что товарные и передельные горячекатаные трубы диаметром 219-325 мм на ТПА 8-16" прокатываются из 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 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 товарые трубы размером 402х20 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, нагревают до температуры пластичности, а затем прошивают (раскатывают) в прошивном стане на оправке диаметром 375 мм в гильзы 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 гране 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 коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов 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 сверловку 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 является использование в качестве передельных заготовок слитков ЭШП, которые по стоимости значительно дороже центробежно-литых заготовок, дополнительная операция по сверлению центрального отверстия в слитках и дополнительный расход дорогостоящего металла в стружку, что в конечном итоге приводит к значительному повышению стоимости готового изделия.

Задачей предложенного способа является использование центробежно-литых заготовок в качестве передельных вместо слитков ЭШП, исключение дорогостоящей операции сверления центрального отверстия в слитках ЭШП, снижение деформационных параметров при ковке на радиально-ковочных машинах полых центробежно-литых заготовок вместо сверленых слитков ЭШП, снижение количества дефектов (плен и рванин) ковочного характера за счет снижения деформации по толщине стенки центробежно-литых заготовок, и следовательно, снижение стоимости горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем отливку полых центробежно-литых заготовок, обточку и расточку их до удаления окалины и дефектов литейного происхождения, нагрев до температуры пластичности и прокатку их в горячекатаные товарные или передельные трубы на пилигримовых станах, полые центробежно-литые заготовки нагревают до температуры пластичности и деформируют на радиально-ковочных машинах с уковом по стенке 20-50%, обтачивают и растачивают до удаления рябизны и ковочных дефектов, нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах в горячекатаные товарные или передельные трубы, прокатку горячекатаных товарных труб на пилигримовых станах производят с вытяжкой μ≤2,5, а передельных с вытяжкой μ≥1,5, а деформацию на радиально-ковочных машинах производят с посадом по диаметру ≤25,0%, с подъемом по диаметру ≤20,0% или размер в размер.

Центробежно-литые заготовки из труднодеформируемых марок стали и сплавов нагревают до температуры пластичности (в зависимости от марки стали и сплава) и деформируют на радиально-ковочных машинах с уковом по стенке на 20-50% за счет дробности деформации в качественные полые гильзы-заготовки, которые обтачивают и растачивают в полые заготовки с удалением рябизны и ковочных дефектов на глубину 2,0-5,0 мм в зависимости от геометрических размеров и содержания легирующих элементов. Деформацию центробежно-литых заготовок на радиально-ковочных машинах производят с посадом по диаметру до 25%, с подъемом по диаметру до 20% или размер в размер. Готовые полые заготовки нагревают до температуры пластичности (в зависимости от марки стали и сплава) и подают на пилигримовые станы для прокатки. Трубы, прокатанные на пилигримовых станах из полых заготовок с коэффициентом вытяжки μ≥2,5, т.е. имеющие более мелкую кристаллическую структуру, используют как передельные и товарные по ГОСТ 9940, а трубы с коэффициентом вытяжки μ≥1,5 можно использовать как передельные для последующей перекатки на станах ХПТ по ГОСТ 9941.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, производство горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами производят из полых центробежно-литых заготовок, которые нагревают до температуры пластичности и деформируют на радиально-ковочных машинах с уковом по стенке на 20-50%, обтачивают и растачивают до удаления рябизны и ковочных дефектов, нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах в горячекатаные товарные или передельные трубы, прокатку горячекатаных товарных труб на пилигримовых станах производят с вытяжкой μ≥2,5, а передельных с вытяжкой μ≥1,5, деформацию на радиально-ковочных машинах производят с посадом по диаметру ≤25,0%, с подъемом по диаметру ≤20,0% или размер в размер. 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 патентноспособности "изобретательский уровень".

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ" и радиально-ковочной машине ОАО "Камасталь". В производство было задано 10 центробежно-литых заготовок размером 426×85×1300 мм и четыре слитка ЭШП размером 400×1750 мм стали марки 06ХН28МДТ. Два слитка ЭШП были прокатаны в передельные трубы размером 219×25 мм по существующей технологии: сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм с последующей расточкой в условиях ОАО "ЧТПЗ" на диаметр размером 225 мм, нагрев до температуры пластичности и прокатка заготовок на пилигримовом стане в передельные трубы размером 219×25 мм с вытяжкой 5,8. Два слитка ЭШП были прокатаны в трубы по существующей технологии в соответствии с патентом №2242302, а именно: сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков ЭШП до температуры пластичности с последующим экспандированием (ковкой) на радиально-ковочной машине в условиях ОАО "Камасталь" в гильзы размером 410×97,5×2160 мм, обточка и расточка гильз в полые заготовки с подрезкой концов на размер 400×87,5×2060 мм в условиях ОАО "ЧТПЗ", нагрев полых заготовок до температуры пластичности и прокатка их на пилигримовом стане в передельные трубы размером 219×25 мм с вытяжкой 5,8, а общая вытяжка с учетом укова на радиально-ковочной машине 7,13. В первом случае из двух слитков ЭШП получено 15,7 метров труб общим весом 1849 кг. Расходный коэффициент металла поданной партии труб составил 1,866. При производстве передельных труб в соответствии с патентом №2242302 получено 19,4 м труб общим весом 2270 кг. Расходный коэффициент металла по данной технологии составил 1,520, что на 346 кг меньше, чем по существующей технологии с учетом расточки слитков ЭШП больше диаметра дорна на 40-45 мм. По предлагаемой технологии в производство было задано 10 центробежно-литых заготовки размером 426×85×1300 мм поставки ОАО "БУММАШ". Центробежно-литые заготовки в условиях ОАО "Камасталь" были нагреты до температуры пластичности и прокованы на радиально-ковочной машине в гильзы-заготовки размером 335×67,5×2080 мм. Полые центробежно-литые заготовки были продеформированы на радиально-ковочной машине по стенке на 20,6% с посадом по диаметру 21,4%. Затем в условиях ОАО "ЧТПЗ" были обточены и расточены с подрезкой концов в полые заготовки размером 325×57,5×1980 мм. Заготовки были нагреты до температуры пластичности и прокатаны на пилигримовом стане в передельные трубы размером 219×25 мм с вытяжкой на пилигримовом стане 3,17. Суммарная вытяжка с учетом укова на радиально-ковочной машине составила 5,11. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,503, что меньше, чем по патенту №2242302 на 17 кг, за счет снижения отходов металла в стружку при сверлении центрального отверстия в слитках ЭШП.

Таким образом, из таблицы видно, что при производстве труб по предлагаемому способу из центробежно-литой заготовки с последующим экспандированием на радиально-ковочных машинах, по сравнению с существующей технологией по патенту №2242302, получено снижение расхода металла на 17 кг на тонну за счет исключения операции сверления центрального отверстия в слитках ЭШП.

Использование предлагаемого способа производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами позволит снизить расход металла за счет исключения операции сверления центрального отверстия в слитках ЭШП и снизить стоимость передельных и товарных труб из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов за счет использования более дешевых центробежно-литых заготовок вместо слитков ЭШП.

Данные по прокатке передельных (ГОСТ 9941) труб размером 219×25 мм на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами из стали марки 06ХН28МДТ по существующей и предлагаемой технологиямТаблицаВид технологииМарка сталиВид и размеры трубКолич. полых загот. - гильз и ЦЛЗРазмер исходных слитков ЭШП и ЦЛЗВес исходных слитков ЭШП и ЦЛЗРазмеры полых заготовокЗначения величин Δ, Δ₁ и LКоэфф. вытяжки на пилигр. станеСдано трубРасход. коэфф. металламмшт.ммкгммммμм/кг-Существующая  2400×17503451400×87,5
×1750Δ=0
Δ₁=0
L=05,81,866Существующая по Патенту №224230206ХН28МДТТрубы передельные размером 219×252400×17503451400×100
×1750
410×97,5
×2160
400×87,5
×2060Δ=0
Δ₁=0
L=0
Δ=5,0
Δ₁=5,0
L=1005,8
∑_μ=
5,8×1,23=
7,131,520Предлагаемая10426×85
×13009269335×67,5
×2080
325×57,5
×1980Δ=0
Δ₁=0
L=0
Δ5,0
Δ₁=5,0
L=1003,17
Σ_μ=
3,17×1,61=
5,111,503

Изобретение относится к способу производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами при прокатке труб из сталей и сплавов марок 08Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 10Х23Н18, 08Х17Н15М3Т, 08Х20Н15С2, 10Х17Н13М2Т, 17Х18Н9, 08Х22Н6Т, 08Х10Н16Т2, 08Х10Н20Т2, 20Х25Н25ТЮ-Ш, 09Х14Н13Б2СР, ХН32Т, ХН78Т, ХН60ВТ, 06ХН28МДТ, ХН30МДБ и др. Способ включает отливку полых центробежно-литых заготовок, обточку и расточку их до удаления окалины и дефектов литейного происхождения, нагрев до температуры пластичности и прокатку их в горячекатаные товарные или передельные трубы на пилигримовых станах, при этом полые центробежно-литые заготовки нагревают до температуры пластичности и деформируют на радиально-ковочных машинах с уковом по стенке 20-50%, обтачивают и растачивают до удаления рябизны и ковочных дефектов, нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах в горячекатаные товарные или передельные трубы, прокатку горячекатаных товарных труб на пилигримовых станах производят с вытяжкой μ≥2,5, а передельных с вытяжкой μ≥1,5, деформацию на радиально-ковочных машинах производят с посадом по диаметру ≤25,0%, с подъемом по диаметру ≤20,0% или размер в размер. Изобретение обеспечивает снижение расхода металла за счет исключения операции сверления центрального отверстия в слитках ЭШП, а также снижение стоимости передельных и товарных труб из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов за счет использования более дешевых центробежно-литых заготовок вместо слитков ЭШП. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий отливку полых центробежно-литых заготовок, обточку и расточку их до удаления окалины и дефектов литейного происхождения, нагрев до температуры пластичности и прокатку их в горячекатаные товарные или передельные трубы, отличающийся тем, что после удаления окалины и дефектов литейного происхождения полые центробежно-литые заготовки нагревают до температуры пластичности, проковывают в гильзы-заготовки и деформируют их на радиально-ковочных машинах с уковом по стенке 20-50%, обтачивают и растачивают до удаления рябизны и ковочных дефектов с последующими нагревом до температуры пластичности и прокаткой в горячекатаные товарные или передельные трубы.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку горячекатаных товарных труб на пилигримовых станах производят с вытяжкой μ>2,5, а передельных с вытяжкой μ≥1,5.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформацию на радиально-ковочных машинах производят с посадом по диаметру ≤25,0%, с подъемом по диаметру ≤20,0% или размер в размер.