СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШЕСТИГРАННЫХ ТРУБ -ЗАГОТОВОК РАЗМЕРОМ 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм ДЛЯ УПЛОТНЕННОГО ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ОТРАБОТАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2012 года по МПК B21B21/00 

Изобретение относится к трубному и металлургическому производствам, в частности к способу производства шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива из низкопластичной стали с содержанием бора от 2,0 до 3,0%.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства шестигранных труб-заготовок для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива, из полых слитков-заготовок, полученных электрошлаковым переплавом из низкопластичной борсодержащей стали, причем донную и усадочную части полых слитков электрошлакового переплава, образующих при прокатке передельных труб пилигримовую головку и затравочный конец, отливают из пластичных углеродистых марок стали, полые слитки растачивают и обтачивают с усадочной стороны в полые заготовки до границ сплавления двух металлов в донной части слитков или со смещением в сторону пластичной углеродистой стали, составные полые слитки-заготовки нагревают до температуры пластичности 1040-1060°C, после удаления технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов, из пластичных углеродистых марок стали со стороны пилигримовых головок и затравочных концов оставляют участки труб из пластичных углеродистых марок стали длиной 500-700 мм, после порезки труб-плетей на две трубы равной длины или кратные длине передельной заготовке на последующую теплую правку трубы задают в шестивалковую правильную машину концами из пластичных углеродистых марок стали, сверление отверстий для тянущей цепи под теплое профилирование на трубах-заготовках с углеродистыми пластичными концами производят на участках труб-заготовок из пластичных углеродистых марок стали, а концы труб-заготовок из пластичных углеродистых марок стали удаляют перед термической обработкой с выполнением всех последующих операций по технологическому процессу.

(RU 2317865, B21B 21/04, опубликовано 27.02.2008).

Одним из основных недостатков известного способа является то, что повышенные концевые отходы (затравочные концы и пилигримовые головки) приводят к повышенному расходному коэффициенту дорогой борсодержащей стали. Кроме того, известный способ нельзя использовать для изготовления шестигранных труб-заготовок из стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%.

Задачей и техническим результатом изобретения является способ изготовления шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива из низкопластичной стали с содержанием бора от 2,0 до 3,0%, обеспечивающий снижение доли технологических отходов (затравочных концов, пилигримовых головок и дефектных участков передельных труб-плетей), исключение брака по рванинам на затравочных концах и пилигримовых головках.

Технический результат достигается тем, что способ производства шестигранных труб-заготовок размером 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива, из полых слитков-заготовок, полученных электрошлаковым переплавом из низкопластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%, прокаткой из них на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами передельных труб размером 290×12 мм, механической обработкой - обточкой и расточкой их в трубы размером 284,75×6,0+2,0/-1,0 мм и теплым профилированием в шестигранные трубы-заготовки, ведут отливкой полых слитков с донной и усадочной частями, образующими при прокатке передельных труб пилигримовые головки и затравочные концы, из пластичных углеродистых марок стали, расточкой и обточкой полых слитков в полые слитки-заготовки, их нагревом и прокаткой в передельные трубы в виде плетей, удалением технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов, с оставлением участков труб из пластичных углеродистых марок стали длиной 500-700 мм, порезкой труб-плетей, теплой правкой передельных труб в шестивалковой правильной машине, с задачей концами из пластичных углеродистых марок стали, сверлением отверстий для тянущей цепи под теплое профилирование на участках труб-заготовок из пластичных углеродистых марок стали и удалением концов труб-заготовок из стали пластичных углеродистых марок перед термической обработкой, при этом слитки электрошлакового переплава отливают полыми размером 470±5×вн.270±5×3050±50 мм, донные и усадочные части которых, выполненные из пластичных углеродистых марок стали, имеют высоту, соответственно, от 0,04 до 0,05 и от 0,09 до 0,10 от общей высоты полых слитков, обтачивают и растачивают с донной стороны в полые слитки-заготовки размером 455±5,0×вн.280±5,0×3050±50 мм, нагревают до температуры 1030-1050°C и прокатывают в передельные трубы-плети размером 290×12×26000-27000 мм на дорнах диаметром 264/265 мм с вытяжкой µ от 9,32 до 10,0 и обжатием по диаметру Δ от 35,1 до 36,5%, после удаления технологических отходов трубы-плети разрезают пилой горячей резки на передельные трубы длиной 10800±200, 10200±100 и остаток, первую и третью передельные трубы задают на теплую правку концами из пластичных углеродистых марок стали, первую передельную трубу разрезают со стороны углеродистой стали на краты-заготовки длиной 5500±200 мм и остаток, вторую разрезают на два крата-заготовки равной длины, растачивают и обтачивают в трубы-заготовки размером 284,75×6,0+2,0/-1,0 мм и профилируют в шестигранные товарные трубы-заготовки.

Способ может быть проиллюстрирован следующим примером осуществления, который был реализован на установке ЭШП ОАО "ЗМЗ" и на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ".

В производство было задано 10 полых слитков-заготовок (5 плавок) ЭШП стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,64 до 2,85, донные и усадочные части которых выполнены из пластичных углеродистых марок стали (сталь 10). Полые слитки-заготовки ЭШП были поделены на две части с равным содержанием бора.

Пять слитков-заготовок размером 470×вн.280×2400-2500 мм были изготовлены и прокатаны по известной технологии. Высота (длина L_д) приплавленного углеродистого металла к донной части слитков-заготовок составила от 300 до 350 мм, высота (длина L_у) приплавленного углеродистого металла к усадочной части составила от 120 до 150 мм. Пять полых слитков-заготовок ЭШП общей массой 8,768 т металла стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш были нагреты до температуры 1050-1060°С и прокатаны на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 290×12-22100-22600 мм с коэффициентом вытяжки µ=10,47 и обжатием по диаметру 38,1%. Каждая передельная труба-плеть была размечена на четыре трубы-крата длиной 5200-6000 мм. Со стороны затравочных концов и пилигримовых головок были оставлены углеродистые концы длиной от 600 до 700 мм в зависимости от общей длины передельных труб-кратов. В процессе предварительной приемки три трубы-крата были забракованы по рванинам - дефекты проката: один крат со стороны затравочного конца, второй крат со стороны пилигримовой головки, а третий на середине крата-трубы с содержанием бора 2,85%. На механическую обработку-обточку, расточку и теплое профилирование было отгружено 17 кратов, из которых в процессе механической обработки были забракованы еще три крата - один по наружной плене, а два по внутренней плене и мелким рванинам. Спрофилированы и приняты годными 14 шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм общей массой 2,590 т. Средний расходный коэффициент металла по стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш по шестигранным трубам-заготовкам данной партии составил 3,385.

Пять полых слитков ЭШП с содержанием бора от 2,64 до 2,85, общей массой стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш - 10,117 т, были отлиты, обточены и расточены в полые слитки-заготовки, нагреты и прокатаны на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 290×12×25900-26900 мм в соответствии со способом по изобретению. Полученные передельные трубы механически обрабатывали - обтачивали и растачивали в трубы размером 284,75×6,0+2,0/-1,0 мм с последующим теплым профилированием в шестигранные трубы-заготовки. При этом вели отливку полых слитков с донной и усадочной частями, образующими при прокатке передельных труб пилигримовые головки и затравочные концы, из пластичных углеродистых марок стали, расточку и обточку полых слитков в полые слитки-заготовки, их нагрев и прокатку в передельные трубы в виде плетей. Удаляли технологические отходы - пилигримовые головки и затравочные концы, с оставлением участков труб из пластичных углеродистых марок стали длиной 500-700 мм. Вели порезку труб-плетей, теплую правку передельных труб в шестивалковой правильной машине, с задачей концами из пластичных углеродистых марок стали, сверление отверстий для тянущей цепи под теплое профилирование на участках труб-заготовок из пластичных углеродистых марок стали и удаление концов труб-заготовок из стали пластичных углеродистых марок перед термической обработкой. При этом слитки электрошлакового переплава отливали полыми размером 470±5×вн.270±5×3050±50 мм, донные и усадочные части которых, выполненные из пластичных углеродистых марок стали, имели высоту, соответственно, от 0,04 до 0,05 и от 0,09 до 0,10 от общей высоты полых слитков, обтачивали и растачивали с донной стороны в полые слитки-заготовки размером 455±5,0×вн.280±5,0×3050±50 мм, нагревали до температуры 1030-1050°С и прокатывали в передельные трубы-плети размером 290×12×26000-27000 мм на дорнах диаметром 264/265 мм с вытяжкой µ от 9,32 до 10,0 и обжатием по диаметру Δ от 35,1 до 36,5%, а после удаления технологических отходов трубы-плети разрезали пилой горячей резки на передельные трубы длиной 10800±200, 10200±100 и остаток, первую и третью передельные трубы задавали на теплую правку концами из пластичных углеродистых марок стали, первую передельную трубу разрезали со стороны углеродистой стали на краты-заготовки длиной 5500±200 мм и остаток, вторую разрезали на два крата-заготовки равной длины, растачивали и обтачивали в трубы-заготовки размером 284,75×6,0+2,0/-1,0 мм и профилировали в шестигранные товарные трубы-заготовки.

При этом каждая передельная труба-плеть была размечена на пять труб-кратов длиной 5100-5800 мм. Со стороны затравочных концов и пилигримовых головок были оставлены углеродистые концы длиной от 600 до 800 мм в зависимости от общей длины передельных труб-кратов. В процессе предварительной приемки одна труба-крат была забракована по рванинам в средней части трубы-крата - дефект проката. На механическую обработку - обточку, расточку и теплое профилирование были отгружены 24 крата, из которых в процессе механической обработки были забракованы три крата - два по наружной плене, а один - по внутренней плене. Спрофилированы и приняты годными 21 шестигранная труба-заготовка размером "под ключ" 257+2.0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм, общей массой 3,885 тонн. Средний расходный коэффициент металла по стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш на шестигранных трубах-заготовках данной партии составил 2,604.

Данные по прокатке и сдаче передельных труб размером 290×12 мм из полых слитков-заготовок стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора 2,54-2,85%, донные и усадочные части которых выполнены (отлиты) из стали марки 10, и прокатанных на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" и производству из них шестигранных труб-заготовок "под ключ" размером 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм приведены в таблице.

Из таблицы видно, что прокатку передельных труб размером 290×12 мм по существующей технологии производили из полых слитков-заготовок размером 470×вн.280×2400-2500 мм, отлитых с приплавлением мягкого железа (сталь 10) к донным концам от 300 до 350 мм, а к усадочным - от 120 до 150 мм, которые были нагреты до температуры 1050-1060°С. Прокатку передельных труб размером 290×12 мм производили с вытяжкой µ=10,47 и обжатием по диаметру 37,9%. Удаление технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов производили, оставляя участки труб из пластичных углеродистых марок стали длиной 600-700 мм, производили порезку труб-плетей на две трубы равной длины или кратные длине передельной заготовки, теплую правку передельных труб в шестивалковой правильной машине концами из пластичных углеродистых марок стали, сверление отверстий для тянущей цепи под теплое профилирование на участках труб-заготовок из пластичных углеродистых марок стали, а удаление концов труб-заготовок из пластичных углеродистых марок стали производили перед термической обработкой с выполнением всех последующих операций по технологическому процессу. В результате из 5 передельных труб-плетей размером 290×12×21600-22600 мм на одной с затравочного конца были продольные рванины длиной 1400-1600 мм, на одной со стороны пилигримовой головки рванины на длине 1300 и 1700 мм, а на одной трубе-плети с содержанием бора 2,85% поперечные рванины были на средней части на длине 700 мм, что привело к потере 3 кратов по длине. Для передела было отгружено 17 кратов. В процессе передела (расточки и обточки) было забраковано 3 крата: из них 1 крат по наружным пленам и мелким трещинам, а 2 крата - по внутренним пленам, выводящим толщину стенки за пределы минусового поля допуска 5,0 мм. Расходный коэффициент металла по стали 04Х14Т5Р3Ф-Ш (отношение массы заданного металла в производство к массе сданные шестигранных труб-заготовок) по передельным трубам данной партии составил 3,385. По предлагаемой технологии в производство были заданы 5 полых слитков-заготовок размером 450-460×вн.275-280×3000-3100 мм, с приплавлением мягкого железа к донной части полых слитков-заготовок размером 120-140 мм, к усадочной части размером 300-310 мм, которые были нагреты до температуры 1030-1040°С и прокатаны донными концами вперед в передельные трубы размером 290×12×25900-26900 мм. Прокатку передельных труб производили в соответствии с формулой изобретения. В результате из 5-ти передельных труб-плетей размером 290×12×25900-26900 мм было получено 25 труб-кратов длиной 5100-5800 мм, большие длины которых были со стороны пилигримовых головок и затравочных концов, т.е. с углеродистыми концами. Из 25 труб-кратов на одном в средней части крата-заготовки были поперечные рванины на длине 800 мм, что привело к потере-браку одного крата по длине. Для последующего передела было отгружено 24 крата. В процессе передела (расточки и обточки) было забраковано 3 крата: из них 2 крата по наружным пленам и 1 крат по внутренним пленам, выводящим толщину стенки за пределы минусового поля допуска 5,0 мм. Расходный коэффициент металла по стали марки 04Х14Т5Р3Ф-Ш при изготовлении шестигранных труб-заготовок данной партии составил 2,604, т.е. на каждой тонне шестигранных труб-заготовок получена экономия металла в количестве 781 кг.

Таким образом, по предлагаемому способу при производстве опытно-промышленной партии передельных труб размером 290×12 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из слитков-заготовок размером 450-460×вн.275-280×3000-3100 мм из низкокопластичной стали с содержанием бора от 2,64 до 2,85% (04Х14Т5Р2Ф-Ш), получено снижение расходного коэффициента металла по стали 04Х14Т5Р3Ф-Ш при переделе полый слиток-заготовка - передельная труба-заготовка - шестигранная труба-заготовка на 781 кг на каждой тонне шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм.

Изобретение предназначено для повышения качества изделий и снижения расхода металла при их изготовлении. Снижение доли технологических отходов и исключение брака по рванинам обеспечивается за счет того, что способ включает отливку электрошлаковым переплавом полых слитков размером 470±5×вн.270±5×3050±50 мм из низкопластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0% с донной и усадочной частями, высота которых регламентирована, образующими при прокатке передельных труб пилигримовые головки и затравочные концы, из стали пластичных углеродистых марок, обточку и расточку слитков с донной стороны в полые слитки-заготовки и прокатку в передельные трубы-плети, удаление технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов, с оставлением участков труб из стали пластичных углеродистых марок, после чего трубы-плети разрезают на пиле горячей резки на передельные трубы, растачивают и обтачивают в трубы-заготовки, производят сверление отверстий для тянущей цепи под теплое профилирование на участках из стали пластичных углеродистых марок, профилируют в шестигранные товарные трубы-заготовки с удалением концов из стали пластичных углеродистых марок перед термической обработкой, при этом размеры заготовок и режимы обработки на всех этапах регламентированы. 1 табл.

Способ производства шестигранных труб-заготовок размером 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива, включающий отливку электрошлаковым переплавом полых слитков размером 470±5×вн.270±5×3050±50 мм из низкопластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0% с донной и усадочной частями из стали пластичных углеродистых марок, высота которых соответственно от 0,04 до 0,05 и от 0,09 до 0,10 от общей высоты полых слитков, образующими при прокатке передельных труб пилигримовые головки и затравочные концы, обточку и расточку слитков с донной стороны в полые слитки-заготовки размером 455±5,0×вн.280±5,0×3050±50 мм, их нагрев до температуры 1030-1050°C и прокатку в передельные трубы-плети размером 290×12×25900-27000 мм на дорнах диаметром 264/265 мм с вытяжкой µ от 9,32 до 10,00 и обжатием по диаметру Δ от 35,1 до 36,5%, удаление технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов с оставлением участков труб из стали пластичных углеродистых марок длиной 500-700 мм, после чего трубы-плети разрезают на пиле горячей резки на передельные трубы длиной 10800±200, 10200±100 мм и остаток, первую и третью передельные трубы задают на теплую правку концами из стали пластичных углеродистых марок, первую передельную трубу разрезают со стороны углеродистой стали на краты-заготовки длиной 5500±200 мм и остаток, вторую разрезают на два крата-заготовки равной длины, растачивают и обтачивают в трубы-заготовки размером 284,75×6,0+2,0/-1,0 мм, производят сверление отверстий для тянущей цепи под теплое профилирование на участках из стали пластичных углеродистых марок, профилируют в шестигранные товарные трубы-заготовки с удалением концов из стали пластичных углеродистых марок перед термической обработкой.