СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ПРОКАТКИ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТОВАРНЫХ И ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ ИЗ 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 подготовки заготовок для прокатки горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, и может быть использовано при подготовке заготовок из слитков-гильз электрошлакового переплава из сталей и сплавов марок 08Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 08Х17Н15М3Т, 10Х23Н18, 08Х20Н15С2, 10Х17Н13М2Т, ХН32, 09Х14Н13Б2СР, 17Х18Н9, 08Х22Н6Т, 08Х10Н16Т2, 08Х10Н20Т2, ХН78Т, 06ХН28МДТ, ХН60ВТ, ХН30МДБ, 15Х1М1Ф, 15Х5М и др.

В трубопрокатном производстве известен способ подготовки центробежно-литых полых заготовок (обточка и расточка) для производства горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из нержавеющих марок стали 08Х18Н12Т, 08Х18Н10Т, 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 (ТУ 14-3-569-77 "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 15 8-Тр.ТБ 1-6-94 "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".

Недостатком данного способа является то, что центробежно-литые заготовки обтачиваются и растачиваются независимо от их геометрических размеров с допуском по наружному и внутреннему диаметру ±3,0 мм с шероховатостью поверхности R_z не более 80 мкм. Трубы после прокатки из данных заготовок имеют большое количество дефектов по наружной и внутренней поверхности в виде плен, рыхлости и 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.

Известен способ подготовки центробежно-литых заготовок из стали марок 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т, включающий механическую обработку по наружной и внутренней поверхности с шероховатостью не более 80 мкм по ГОСТ 2789-73 с последующим травлением (ТУ 14-3-561-77 "Заготовки трубные центробежно-литые полые из стали марок 08Х18Н10Т и 08Х18Н12Т" для изготовления труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами по ТУ 14-3-765-78 "Трубы бесшовные горячекатаные из нержавеющей стали", по ТУ 14-3-1556-88 "Трубы бесшовные горячекатаные из стали марок 08Х18Н12Т и 08Х18Н10Т для криогенной техники". После обточки и расточки на наружной и внутренней поверхностях не должно быть трещин, раковин, песочин, резких переходов и глубоких рисок, а также темных пятен повышенной травимости с резко выраженными границами. Указанные пороки должны быть удалены местным ремонтом на глубину не более 8,0 мм с плавным переходом по границам места зачистки. Места вырубки или зачистки дефектов должны подвергаться повторному травлению с последующим осмотром (контролем). Макроструктура обточенных и расточенных заготовок не должна содержать трещин, песочин, шлаковых включений, газовых пузырей, спаев и усадочной рыхлости.

Недостатком данного способа является то, что все размеры центробежно-литых заготовок, независимо от диаметра и толщины стенок, обтачивают и растачивают со съемом металла одной величины. После травления дефекты на наружной поверхности удаляют местным ремонтом, а при большом количестве дефектов повторной обточкой. На внутренней поверхности дефекты контролируют на концевых макротемплетах шириной 10-15 мм, которые отбирают от задних концов заготовок (со стороны заливки металла). Макроструктура заготовок оценивается осмотром темплетов невооруженным глазом. В случае получения неудовлетворительных результатов, со стороны задних концов заготовок, отрезают повторные кольца. Повторная оценка является окончательной.

Данный вид контроля является необъективным, т.к. дефекты на внутренней поверхности заготовок могут быть в любом месте, что может привести к задаче в производство заготовок с дефектами на внутренней поверхности и, как следствие, к браку горячекатаных труб, а также к браку заготовок, которые можно спасти за счет дополнительной расточки. Гарантированный (повышенный) съем металла при расточке приводит к повышенному расходу металла и дополнительной трудоемкости при расточке, т.е. к нерациональному использованию металла и станочного оборудования, а следовательно, к повышенной стоимости горячекатаных труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов при переделе центробежно-литая заготовка - горячекатаная труба.

Известным техническим решением является способ подготовки заготовок из слитков ЭШП для прокатки 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 сверление на диаметр 100 мм с последующей расточкой слитков ЭШП в слитки-гильзы 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 подготовки заготовок для прокатки горячекатаных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий сверловку слитков ЭШП, нагрев до температуры пластичности с последующим экспандированием в полые заготовки-гильзы с вытяжкой μ=1,2-1,8 без подъема по диаметру, обточку и расточку их до удаления ковочных дефектов или сверленые слитки ЭШП экспандируют в полые заготовки-гильзы с вытяжкой μ=0,9-1,5 с подъемом по диаметру от 1,05 до 1,4, затем обтачивают и растачивают их до удаления ковочных дефектов, которые используют в качестве заготовок для производства товарных и передельных труб на ТПА с пилигримовыми станами (патент РФ №2242302, кл.7 В21В 21/04, 2004, бюл. №35).

Недостатками данного способа являются дополнительные операции по сверлению слитков ЭШП, нагрев 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 расходу металла и повышению стоимости готового изделия.

Задачей предложенного способа подготовки заготовок для прокатки горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является исключение дорогостоящей операции экспандирования сверленых слитков ЭШП в полые гильзы-заготовки с последующей механической обработкой (обточкой и расточкой) в полые гильзы-заготовки, снижение расхода металла при сверловке слитков и переделе их в полые гильзы-заготовки путем экспандирования с последующей обточкой и расточкой в полые 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 подготовки заготовок для прокатки горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем отливку слитков электрошлаковым переплавом (ЭШП), обработку поверхности до удаления ковочных дефектов, на установках ЭШП отливают полые слитки-гильзы, которые обтачивают и растачивают в полые заготовки со съемом металла, а величину съема металла определяют из выражений Δ=К·D/S, Δ₁=K₁·D/S, где Δ - величина снимаемого слоя металла при обточке полых слитков-гильз, мм; Δ₁ - величина снимаемого слоя металла при расточке полых слитков-гильз, мм; D - наружный диаметр полых слитков - гильз, мм; S - толщина стенки полых слитков - гильз, мм; К=0,3-0,4 - коэффициент для определения величины снимаемого слоя металла при обточке слитков гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов; K₁=0,4-0,5 - коэффициент для определения величины снимаемого слоя металла при расточке слитков-гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов, а донную часть полых слитков-гильз электрошлакового переплава удаляют анодно-механической резкой, величину которой определяют из выражения L=K₂·D/S, где К₂=15-20 - коэффициент для определения величины удаляемой донной части слитков-гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов, а на концах полых заготовок, соответствующих донным концам слитков-гильз, выполняют с наружной поверхности конус на длине L₁=2S_з с притуплением h>2S_т, где S_з - толщина стенки полых заготовок электрошлакового переплава, мм; S_т - толщина стенки товарных труб, мм.

С донного конца полых слитков-гильз ЭШП с отношением D/S=6,0-7,0 длиной 2500-2700 мм (например 540×80×2550 мм) удаляют анодно-механической резкой прибыльную часть длиной 100-120 мм (большие значения относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов), а затем они обтачиваются и растачиваются с удалением 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. После расточки и обточки на донном конце слитков-гильз, для улучшения условий затравки и снижения затравочной обрези, с наружной поверхности механической обработкой выполняют конус на длине 130-210 мм с притуплением, равным или более двух толщин стенок товарных труб. Готовые заготовки нагревают до температуры пластичности (в зависимости от марки стали) и подают на пилигримовые станы для прокатки.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что на установках ЭШП отливают полые слитки-гильзы, которые обтачивают и растачивают в полые заготовки со съемом металла, а величину съема металла определяют из выражений Δ=К·D/S, Δ₁=K₁·D/S, где Δ - величина снимаемого слоя металла при обточке полых слитков-гильз, мм; Δ₁ - величина снимаемого слоя металла при расточке полых слитков-гильз, мм; D - наружный диаметр полых слитков-гильз, мм; S - толщина стенки полых слитков-гильз, мм; К=0,3-0,4 - коэффициент для определения величины снимаемого слоя металла при обточке слитков-гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов; K₁=0,4-0,5 - коэффициент для определения величины снимаемого слоя металла при расточке слитков-гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов, а донную часть полых слитков-гильз электрошлакового переплава удаляют анодно-механической резкой, величину которой определяют из выражения L=K₂·D/S, где К₂=15-20 - коэффициент для определения величины удаляемой донной части слитков-гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов, а на концах полых заготовок, соответствующих донным концам слитков-гильз, выполняют с наружной поверхности конус на длине L₁=2S_з с притуплением h≥2S_т, где S_з - толщина стенки полых заготовок электрошлакового переплава, мм; S_т - толщина стенки товарных труб, 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 уровень".

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ" и опытной установке ЭШП ОАО "ЗМЗ" (Златоустовский металлургический завод). В производство было задано 4 слитка-гильзы ЭШП размером 540×80×2500 мм стали марки 06ХН28МДТ, которые были подготовлены (механически обработаны) в соответствии с формулой изобретения в полые заготовки, и две полые заготовки-гильзы размером 520×80×2600 мм, экспандированные на РКМ из слитков ЭШП размером 540×100×1750 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 слитки размером 540×1750 мм сверлили на диаметр 100 мм, а затем на радиально-ковочной машине раскатывали (расковывали) в полые заготовки-гильзы размером 540×100×2800 мм. Гильзы-заготовки обтачивались и растачивались с удалением концевых участков в заготовки размером 520×80×2600 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. По предлагаемой технологии полые слитки-гильзы ЭШП размером 540×80×2500 мм с донного конца обрезали на длину (L=100 мм), а затем растачивали и обтачивали в заготовки размером 536×75×2400 мм (Δ=2,0, a Δ₁=3,0 мм). С донного конца на длине, равной 28 (двум толщинам стенки слитков-гильз (160 мм), выполнен конус с притуплением h≥2S_т (в нашем случае h=40 мм). Две полые заготовки были нагреты до температуры пластичности и прокатаны на пилигримовом стане в передельные трубы размером 377×40 мм донным (профилированным) концом вперед с коэффициентом вытяжки 2,57. Расходный коэффициент металла по данным трубам (полый слиток-гильза - 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 - гильза - заготовка - товарная труба) составил 1,291.

Таким образом, из таблицы видно, что по предлагаемому способу подготовки заготовок для прокатки горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов были подготовлены в соответствии с формулой изобретения 4 заготовки размером 540×80×2500 мм, которые были прокатаны на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами в передельных (ГОСТ 9941) размером 377×40 мм и товарных (ГОСТ 9940) труб размером 377×15 мм из стали марки 06ХН28МДТ. 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 сверления слитков ЭШП, обточки и расточки полых гильз-заготовок в 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, исключить поломки шпинделей и валков, а следовательно, значительно снизить стоимость производства труб из дорогостоящих труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПА с пилигримовыми станами.

ТаблицаДанные 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 ЭШПВесисходных слитков и слитков-гильз ЭШПРазмеры полых заготовокЗначения величин Δ, Δ₁ и LРазмер трубКоэфф. вытяжки на пилигр. станеСдано трубРасход. коэфф. металлашт.ммкгммммммμм/кг-СуществующаяПередельные06ХН28МДТ2540×17506290520×80×
2600Δ=10
Δ₁=10
L=L₁=100377×402,61 1,844ПредлагаемаяПередельные2540×80×
25004564536×75×
2400Δ=2,0
Δ₁=3,0
L-100377×402,57 1,378Товарные2540×80×
25004564536×75×
2400Δ=2,0
Δ₁=3,0
L=100377×156,37 1,291

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу подготовки заготовок для прокатки горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами. Способ включает отливку полых слитков электрошлаковым переплавом, сверловку центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев их до температуры пластичности, экспандирование в полые заготовки-гильзы с последующей обточкой и расточкой их в заготовки со съемом металла до удаления ковочных дефектов со съемом металла, а величину съема металла определяют из выражений Δ=K·D/S, Δ₁=K₁·D/S, где Δ - величина снимаемого слоя металла при обточке полых слитков-гильз, мм; Δ₁ - величина снимаемого слоя металла при расточке полых слитков-гильз, мм; D - наружный диаметр полых слитков-гильз, мм; S - толщина стенки полых слитков-гильз, мм; К=0,3-0,4 - коэффициент для определения величины снимаемого слоя металла при обточке слитков гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов; K₁=0,4-0,5 - коэффициент для определения величины снимаемого слоя металла при расточке слитков-гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов; донную часть полых слитков-гильз электрошлакового переплава удаляют анодно-механической резкой, величину которой определяют из выражения L=K₂·D/S, где К₂=15-20 - коэффициент для определения величины удаляемой донной части слитков-гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов. Обеспечивается расширение сортамента труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПА с пилигримовыми станами, снижение расхода металла, вероятности образования дефектов в виде плен и рванин, нагрузок на привод пилигримовых станов, исключение поломок шпинделей и валков, снижение стоимости производства труб из дорогостоящих труднодеформируемых марок стали и сплавов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ подготовки заготовок для прокатки горячекатаных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом (ЭШП), обработку поверхности до удаления ковочных дефектов, отличающийся тем, что на установках ЭШП отливают полые слитки-гильзы, которые обтачивают и растачивают в полые заготовки со съемом металла, а величину съема металла определяют из выражений

Δ=K·D/S,

Δ₁=K₁·D/S,

где Δ - величина снимаемого слоя металла при обточке полых слитков-гильз, мм;

Δ₁ - величина снимаемого слоя металла при расточке полых слитков-гильз, мм;

D - наружный диаметр полых слитков-гильз, мм;

S - толщина стенки полых слитков-гильз, мм;

K=0,3-0,4 - коэффициент для определения величины снимаемого слоя металла при обточке слитков гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов;

K₁=0,4-0,5 - коэффициент для определения величины снимаемого слоя металла при расточке слитков-гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов,

а донную часть полых слитков-гильз электрошлакового переплава удаляют анодно-механической резкой, величину которой определяют из выражения

L=K₂·D/S,

где K₂=15-20 - коэффициент для определения величины удаляемой донной части слитков-гильз, большие значения которого относятся к сталям с большим содержанием легирующих элементов.

S_т - толщина стенки товарных труб, мм.