СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ ИЗ НИЗКОПЛАСТИЧНОЙ СТАЛИ С СОДЕРЖАНИЕМ БОРА 1,3-1,8% Российский патент 2008 года по МПК B21B21/00 

Изобретение относится к трубному производству, в частности к способу производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (ЧС 82), и может быть использовано при производстве бесшовных горячекатаных передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

В трубном производстве известен способ производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (ЧС 82), предусматривающий выплавку стали вакуумно-дуговым (ВД), вакуумно-индукционным (ВИ), вакуумно-индукционным с последующим вакуумно-дуговым переплавом (ИД) и плазменным переплавом (П) в слитки диаметром 460 мм с последующей ковкой их в прутки (заготовки) диаметром 225-230 мм и механической обработкой (обточкой) на размер 215×1850-1950 мм, нагрев до температуры пластичности, прошивку в прошивном стане на ТПА-350 с автоматическим станом в гильзы размером 220×45×2700-2850 мм, охлаждение, ремонт, прошивку на первом прошивном стане в гильзы размером 250×28×3400-3600 мм, прошивку на втором стане в гильзы размером 292×13×5600-5950 мм, прокатку в автоматическом стане в три прохода с обжатиями, соответственно, 14,3%, 8,3%, 0,5% и калибровку в калибровочном стане в трубы размером 288×11 мм при температуре 850-950°С (Отчет по НИР "Освоение технологии производства горячекатаных труб большого диаметра из стали ЧС 82 в условиях ТПА-350 "ЮТЗ", Днепропетровск 1988 г.).

Недостатками данного способа являются межгосударственные перевозки (Челябинск - Никополь - Челябинск), трудоемкая операция ковки слитков диаметром 460 мм в прутки (заготовки) диаметром 225-230 мм с последующей механической обработкой (обточкой) и порезкой на размер 215×1850-1950 мм, большой расходный коэффициент металла при переделе слиток-шестигранная заготовка, равный 6,53 и, как следствие, высокая стоимость передельных труб и готовой продукции (шестигранных заготовок).

В трубном производстве известен также способ производства трубных заготовок для изготовления шестигранных чехловых труб из низкопластичной безникелевой стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100 мм в слитках ЭШП размером 460-480×1600-1750 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в прошивном стане ТПА8-16" ОАО "ЧТПЗ" в гильзы размером 460×110×2100-2300 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в трубы-заготовки размером 377×88,5×3200-3600 мм, охлаждение заготовок и их ремонт (при необходимости), порезку труб-заготовок на два крата - заготовки размером 377×88,5×1575-1750 мм, повторный нагрев их до температуры пластичности, прошивку (раскатку) в прошивном стане в гильзы размером 400×50×2300-2550 мм, а затем прокатку на пилигримовом стане в передельные трубы размером 290×12×11000-12000 мм и правку на правильной машине при температуре не ниже 100°С, с использованием температуры прокатного нагрева (Патент РФ №2226133, бюл. №9, 2004).

Известный способ имеет следующие недостатки. Технологический процесс производства передельных труб из стали ЧС 82, включающий два нагрева, две прошивки, две прокатки на пилигримовом стане и порезку на станках труб-заготовок на два равных крата-заготовки, трудоемок, требует больших затрат, что приводит к росту цены передельных труб и, как следствие, к росту цены шестигранных чехловых труб. Прокатка двух кратов-заготовок размером 377×88,5×1600-1800 мм, полученных из одного слитка, на пилигримовом стане в передельные трубы размером 290×12×11500-12500 мм приводит к увеличению технологических отходов в виде двух затравочных концов и двух пилигримовых головок. При неустановившимся процессе прокатки, т.е. при затравке и докатке (обкатке) пилигримовых головок, из-за малой пластичности стали образуются концевые дефекты в виде продольных трещин и рванин на длине 0,5-0,8 метра. Это приводит к увеличению расходного коэффициента металла при переделе слиток ЭШП - передельная труба. Прокатка на пилигримовом стане труб размером 290×12×11500-12500 мм из гильз размером 400×50×2300-2550 мм в течение 3,0-3,2 минут приводит к снижению температуры гильзы до 750°С, т.е. прокатка концов труб происходит при температуре 750-800°С, а это значительно ниже нижнего предела интервала пластичности данной марки стали (800-850°С), что приводит к образованию рванин под пилигримовую головку на длине 2,0-3,0 метров, а это в свою очередь приводит к браку одного крата, т.к. минимальная длина трубы для профилирования (передела в шестигранник) должна быть 5250 мм.

Наиболее близким техническим решением является способ производства передельных труб из низкопластисной стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающий сверление слитков ЭШП диаметром 460-480 мм с донного конца на длину L=Н-В, где Н - высота слитка, мм; В - не досверленная часть слитка, равная 100-120 мм, выдерживание слитков при температуре 450-500°С на колосниках методических печей без кантовки в течение 90-120 мин, нагрев их до температуры 800-850°С со скоростью 1,8-2,0°С в минуту, затем нагрев до температуры пластичности 1060-1090°С со скоростью 2,1-2,2°С в минуту с кантовкой через 15-20 мин и выдерживание при данной температуре в течение 70-80 мин с кантовкой на угол ≈180° через 10-15 мин, подачу внутрь слитков смазки в виде смеси графита с поваренной солью (50/50) % массой 300-500 г, прошивку слитков сверленым концом вперед с вытяжкой 1,6-1,75 без подъема по диаметру, ведение установившегося процесса прошивки со скоростью вращения валков 40-45 оборотов в минуту при заполнении очага деформации, снижение скорости вращения валков, от захвата заготовки валками до полного нахождения гильзы на оправку, на 20-25%-20-35 оборотов в минуту, а на выходе заготовки из очага деформации снижение скорости на 30-35%-25-30 оборотов в минуту, прокатку гильз размером 460×80×2650 мм на пилигримовом стане в передельные трубы с вытяжкой μ=9,0-10,5 и обжатием по диаметру 35-40%, затравку и докатку - обкатку пилигримовых головок с вытяжкой μ=7,5-8,5, равной 0,8-0,85 величины вытяжки установившегося процесс прокатки, снижение вытяжки при затравке на длине 1,0 -1,1, а при докатке пилигримовых головок на длине 0,3-0,5 пути отката подающего аппарата за счет разведения валков пилигримового стана.

Использование гильз размером 460×80×2650 мм вместо 400×50×2300-2550 мм при прокатке передельных труб на пилигримовых станах размером 290×12 мм из стали ЧС 82 наряду с преимуществами имеет также и недостатки, т.к. приводит к увеличению коэффициента вытяжки с 5,2 до 9,1, т.е. в 1,75 раза. Увеличение вытяжки при производстве передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% приводит к образованию дефектов в виде рванин, особенно в неустановившемся процессе прокатки, а именно при затравке. Снижение вытяжек при затравке с 9,1 до 7,5 не дает положительного эффекта и не технологично для вальцовщиков пилигримовых станов, т.к. они процесс прокатки ведут по толщине стенки, которую на новых подающих аппаратах задают по программе, а на старых (существующих в России и странах СНГ) устанавливают по делениям на барабане нажимного устройства и последующим сравнением с фактическими замерами толщин стенок контролерами ОТК. Затравка гильз размером 460×80×2650 мм с вытяжкой μ=7,5-8,5 приводит к образованию рванин на передних концах труб (не установившийся процесс прокатки) на длине от 1500 до 2000 мм или на длине, равной 1,3-1,75 L_отк подающего аппарата. Увеличение толщины стенки с 50 до 80 мм дает возможность заканчивать процесс прокатки (обкатки пилигримовых головок) при температуре выше 800°С, а это значит, что данный температурный интервал соответствует интервалу пластичности данной марки стали. Т.к. процесс прокатки передельных труб из стали ЧС 82 ведут с подкладными углеродистыми кольцами, то при докатке - обкатке пилигримовых головок появляется возможность утонения стенки.

Задачей предложенного способа является освоение нового технологического процесса производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами, снижение доли технологических отходов (затравочных концов и пилигримовых головок), количества брака по рванинам на затравочных концах, утонение стенки вместо утолщения при докатке - обкатке пилигримовых головок, снижение расходного коэффициента металла при переделе слиток ЭШП - передельная трубная заготовка, а следовательно, снижение стоимости конечной продукции - шестигранных труб из стали ЧС 82.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающем отливку слитков электрошлаковым переплавом, обточку и сверление центрального отверстия в слитках, нагрев слитков до температуры пластичности, прошивку в прошивном стане в гильзы, прокатку гильз на пилигримовом стане в передельные трубы размером 290×12×23000-24000 мм, затравку - прокатку передних концов передельных труб на длине, равной (1,0-1,2) L_отк, производят с толщиной стенки S_з=S_у+К, а прокатку - докатку задних концов труб - под пилигримовую головку на длине, равной (1,2-1,5) L_отк, производят с толщиной стенки S_г=S_у-K₁, где L_отк=1100-1150 - величина пути отката подающего аппарата при прокатке труб диаметром 290 мм, в валках с диаметром бочки 980 мм, мм; S_з - толщина стенки передних - затравочных концов труб, мм; S_у=12 - номинальная толщина стенки передельных труб при установившемся процессе прокатки, мм; S_г - толщина стенки задних концов труб - под пилигримовую головку, мм; К=(2-3) - коэффициент увеличения толщины стенки труб при затравке - прокатке передних концов труб, мм; K₁=(0,5-0,8) - коэффициент утонения толщины стенки труб при прокатке - докатке задних концов, мм.

Сущность способа заключается в том, что для снижения или полного исключения рванин на затравочных концах труб прокатку передних концов передельных труб на длине, равной (1,0-1,2) L_отк, производят с толщиной стенки 14-15 мм вместо стенки 12 мм, а прокатку - докатку задних концов труб - под пилигримовую головку на длине, равной (1,2-1,5) L_отк, производят с толщиной стенки 11,2-11,5 вместо 13,0-14 мм по существующему способу, что позволило значительно снизить брак по рванинам передних - затравочных концов труб, снизить толщину стенки при прокатке - обкатке задних концов труб, снизить расходный коэффициент металла при переделе слиток ЭШП - передельная труба, а, следовательно, стоимость передельных труб и товарных шестигранных заготовок.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% отличается от известного тем, что затравку - прокатку передних концов передельных труб на длине, равной (1,0-1,2) L_отк, производят с толщиной стенки S_з=S_у+К, а прокатку - докатку задних концов труб - под пилигримовую головку на длине, равной (1,2-1,5) L_отк, производят с толщиной стенки S_г=S_у-K₁, где L_отк=1100-1150 - величина пути отката подающего аппарата при прокатке труб диаметром 290 мм, в валках с диаметром бочки 980 мм, мм; S_з - толщина стенки передних - затравочных концов труб, мм; S_у=12 - номинальная толщина стенки передельных труб при установившемся процессе прокатки, мм; S_г - толщина стенки задних концов труб - под пилигримовую головку, мм; К=(2-3) - коэффициент увеличения толщины стенки труб при затравке - прокатке передних концов труб, мм; K₁=(0,5-0,8) - коэффициент утонения толщины стенки труб при прокатке - докатке задних концов, 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 патентоспособности "изобретательский уровен".

Способ был опробован и внедрен на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". По данному способу впервые в 2006 г. получены качественные передельные трубы размером 290×12×23000-24000 мм для изготовления шестигранных чехловых труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (ЧС 82).

В производство было задано 40 слитков ЭШП стали марки ЧС 82 поставки ОАО "ЗМЗ", из них: 20 слитков размером 460×100×1750 мм (20 передельных труб размером 290×12×22000-23000 мм, которые пилой горячей резки были порезаны на две относительно равные части) прокатано по существующей технологии, а 20 слитков прокатано в передельные трубы по предлагаемой технологии. Данные по прокатке и сдаче передельных труб из стали ЧС 82 размером 290×12×22000-23000 мм из слитков ЭШП, прокатанных на ТПА 8-16" ОАО "ЧТПЗ" по существующему и предлагаемому способам приведены в таблице.

Из таблицы видно, что при прокатке передельных труб по существующей технологии, процесс затравки на длине, равной 1,05 пути отката подающего аппарата (1210 мм), производился с вытяжкой μ=7,37, против μ=9,1 при установившемся процессе прокатки труб на пилигиримовом стане, что составляло 0,81 от установившегося процесса прокатки, а обкатку (докатку) пилигримовых головок на длине, равной 0,4 пути отката подающего аппарата (460 мм), производили с вытяжкой μ=7,3, т.е. с более толстой стенкой. В результате из 20 передельных труб - плетей размером 290×12×22000-23000 мм на 8 с затравочного конца были продольные рванины длиной 1,5 м и более, что привело к потере 8 кратов по длине (длина кратов была менее 5,2 метров, вместо 6,0 по ТИ). Расходный коэффициент металла по передельным трубам данной партии (отношение веса заданного металла к весу отгруженных труб для дальнейшего передела в цех №5) составил 1,438. По предлагаемой технологии процесс производства до прокатки передельных труб на пилигримовом стане аналогичен существующему. По предлагаемой технологии затравку (прокатку передних концов труб) на длине, равной (1,0-1,2) пути отката подающего аппарата (1150-1350) мм, производили с толщиной стенки 14,0-14,5 мм, которую вальцовщик устанавливает по делениям барабана нажимного устройства, т.е. может контролировать в процессе прокатки. При обкатке (докатке) пилигримовых головок при температуре выше 850°С, которая находится в интервале пластичности для данной марки стали, и с использованием подкладных углеродистых колец, толщину стенки передельных труб относительно номинала, снижали до (11,2-11,5) мм на длине, равной (1,2-1,5) пути отката подающего аппарата (1240-1725) мм. По предлагаемой технологии на всех 20 передельных труб - плетей размером 290×12×22000-23000 мм величина отрезаемых затравок не превышала 600 мм. Все трубы - плети были порезаны пилой горячей резки на две равные части, т.е. 40 труб, которые в цехе №5 были порезаны на 80 труб - кратов размером 290×12×5500-5750 мм. Расходный коэффициент металла по передельным трубам данной партии составил 1,295, т.е. на каждой тонне передельных труб получена экономия металла в количестве 143 кг.

Таким образом, по предлагаемому способу производства передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%, получено снижение расхода металла при горячей прокатке на 143 кг.

Использование предлагаемого способа производства передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% позволит значительно снизить расход металла за счет снижения количества концевых дефектов на затравочных концах в виде трещин и рванин, снизить толщину стенки труб под пилигримовую головку, а следовательно, снизить стоимость товарных шестигранных труб из стали ЧС 82.

ТаблицаДанные по прокатке и сдаче передельных труб из стали ЧС 82 размером 290×12×22000-23000 мм из слитков ЭШП, прокатанных на ТПА 8-16" ОАО "ЧТПЗ" по существующему и предлагаемому способамСпособ прокат.
перед. трубПрокатано слитков (шт.)Размер слитков (мм)Нагрев слитков ЭШП под прошивку и прокаткуПараметры прошивки слитков ЭШПЗамечания при прошивкеПрокатка передельных труб на пилигримовом станеРасходный коэффициент металла при переделе слиток ЭШП-передельная трубаПараметры нагреваТемперат. Выдачи слитков из печи (°C)Температ. начала и конца прокатки (°С)Параметры прокаткиЗамечания при прокатке1234567891011Сущест.
способ20460×100×17501. Выдержка при температуре 450-500°С на колосниках печи в течение 100-110 минут.
2. Нагрев до температуры 800-850°С со скоростью 1,8-2,0°С в минуту.
3. Нагрев до температуры 1050 -1090°С со скоростью нагрева 2,1-2,2°С в минуту.
4. Выдержка при температуре 1050-1090°С в течение 70-80 минут.
5. Кантовка при температуре выдержки через 10-15 мин на угол ≈180°.
6. Общее время нагрева 8,25-9,0 час.1050-10901. Подача смазки внутрь не досверленного слитка массой 300-500 г.
2.Прошивка слитков донным концом вперед.
3.Размер гильз 460×80×2650 мм.
4.Коэффициент вытяжки μ=1,66.
5. Число оборотов валков, об/мин.
- на входе-35;
- уст. процесс-40;
- на выходе - 30.Замечаний нет. Гильзы ровные и без дефектов1080-8701. Размер труб 290×12×22000-23000 мм.
2. Коэффициент вытяжки μ=9,1.
3. Коэффициент вытяжки при затравке на длине 1,05 пути отката
подающего аппарарата (1210 мм) μ=6,37.
4. Коэффициент вытяжки при обкатке пилигримовых головок на длине 0,4 пути отката подающего аппарата (460 мм) μ=7,3Затравочные концы на длине от 0,6 до 1,5 м имели продольные рванины из-за чего вместо 80 кратов годными было принято 721,438Предлаг. способ20460×100×17501. Выдержка при температуре 450-500°С на колосниках печи в течение 90-100 минут.
2. Нагрев до температуры 800-850°С со скоростью 1,8-2,0°С в минуту.
3. Нагрев до температуры 1050-1090°С со скоростью нагрева 2,1-2,2°С в минуту.
4. Выдержка при температуре 1050-1090°С в течение 70-80 минут.
5. Кантовка при температуре выдержки через 10-15 мин
на угод ≈180°.
6. Общее время нагрева 8,45-9,5 час.1045-10901. Подача смазки внутрь не досверленного слитка массой 300-500 г.
2.Прошивка слитков донным концом вперед.
3.Размер гильз 460×80×2650 мм.
4.Коэффициент вытяжки μ=1,66.
5. Число оборотов валков, об/мин:
- на входе-35;
- уст.процесс-40;
- на выходе- 30.Замечаний нет. Гильзы ровные и без дефектов1090-8801. Размер труб 290×12×22000-23000 мм
2. Коэффициент вытяжки μ=9,1.
3 Толщина стенки при затравке на длине (1,0-1,2) пути отката подающего аппарата (1150 -1350 мм) Sз=14,0 -14,5 мм.
4. Толщина стенки при обкатке пилигримовых головок на длине (1,2 - 1,5) пути отката
подающего аппарата (1240-1725 мм) Sг=(11,2 -11,5) ммПродольные рванины на затравочных концах труб отсутствоавали. Отрезалась технологическая обрезь длиной 500-600 мм. Из 80 кратов по прокату годными приняты все 80 кратов1395

Изобретение относится к трубному производству, в частности к способу производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (ЧС 82), и может быть использовано при производстве бесшовных горячекатаных передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами. Способ включает отливку слитков электрошлаковым переплавом. Обточку и сверление центрального отверстия в слитках. Нагрев слитков до температуры пластичности. Прошивку в прошивном стане в гильзы. Прокатку гильз на пилигримовом стане в передельные трубы размером 290×12×23000-24000 мм. Прокатку передних концов на длине (1,0-1,2)L_отк производят с толщиной стенки S_з=S_у+K, а прокатку задних концов на длине (1,2-1,5)L_отк производят с толщиной стенки S_г=S_у-K₁, где L_отк=100-1150 - величина пути отката подающего аппарата при прокатке труб диаметром 290 мм, в валках с диаметром бочки 980 мм, мм; S_з - толщина стенки передних концов труб, мм; S_у=12 - номинальная толщина стенки передельных труб при установившемся процессе прокатки, мм; S_г - толщина стенки задних концов труб, мм; K=(2-3) - коэффициент увеличения толщины стенки труб при прокатке передних концов, мм; K₁=(0,5-0,8) - коэффициент утонения толщины стенки труб при прокатке задних концов, мм. Изобретение обеспечивает снижение расхода металла за счет снижения количества концевых дефектов на затравочных концах в виде трещин и рванин, снижения толщины стенки труб под пилигримовую головку, а следовательно, снижение стоимости товарных шестигранных труб из стали ЧС 82. 1 табл.

Способ производства передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом, обточку и сверление центрального отверстия в слитках, нагрев слитков до температуры пластичности, прошивку в прошивном стане в гильзы, прокатку гильз на пилигримовом стане в передельные трубы размером 290×12×23000-24000 мм, отличающийся тем, что прокатку передних концов труб на длине, равной (1,0-1,2)L_отк, производят с толщиной стенки

S_з=S_у+K,

а прокатку задних концов труб - под пилигримовую головку на длине, равной (1,2-1,5)L_отк, производят с толщиной стенки

S_г=S_у-K₁,

где L_отк=1100-1150 - величина пути отката подающего аппарата при прокатке труб диаметром 290 мм, в валках с диаметром бочки 980 мм, мм;

S_з - толщина стенки передних концов труб, мм;

Sу=12 - номинальная толщина стенки труб при установившемся процессе прокатки, мм;

S_г - толщина стенки задних концов труб - под пилигримовую головку, мм;

K=(2-3) - коэффициент утолщения стенки труб при прокатке передних концов труб, мм;

K₁=(0,5-0,8) - коэффициент утонения стенки труб при прокатке задних концов, мм.