СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОВ 550×25-60 мм ДЛЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ, ПАРОПРОВОДОВ И КОЛЛЕКТОРОВ УСТАНОВОК С ВЫСОКИМИ И СВЕРХКРИТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ПАРА ИЗ СЛИТКОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА СТАЛИ МАРКИ 10Х9МФБ-Ш Российский патент 2014 года по МПК B21B19/00 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных труб размером 550×25-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш и может быть использовано на трубопрокатной установке 8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ» при производстве товарных труб размером 550×31-60 мм и передельных труб размером 570×45 и 570×48 мм для последующей механической обработки - расточки и обточки их в товарные трубы размером 530×25-30 мм.

В практике трубопрокатного производства существует способ изготовления котельных труб большого и среднего диаметров из кованых заготовок сталей марок 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11 В2МФ, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2 с заданными требованиями по механическим свойствам, включающий отливку слитков, ковку их в поковки (уплотнение структуры) с уковом ≥2,5, механическую обработку поковок в заготовки (обточку со съемом металла 10-15 мм на сторону), сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм для удаления центральной ликвационной пористости и неметаллических включений, нагрев заготовок до температуры пластичности, прошивку заготовок в станах поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз в трубы диаметром 245-550 мм на пилигримовой установке 8-16′′ с допуском по диаметру +1,25/-1,0 и толщине стенки +25/-5% (ТУ 14-1-2560-78 "Заготовка трубная кованая для котельных труб", ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-3Р-55-2001 «Трубы стальные бесшовные для паровых котлов и трубопроводов» и ТУ 14-3-420-75 «Трубы для паровых котлов и трубопроводов из стали 15ГС и 15Х1М1Ф»).

Недостатком указанного способа является высокая энергоемкость процесса, связанная с нагревом и деформацией (ковкой) слитков в поковки с последующей обточкой и сверлением центрального отверстия, нагревом заготовок до температуры пластичности, прошивкой и прокаткой их в трубы на пилигримовых станах с допуском по стенке +20/-5%, повышенный расходный коэффициент металла при переделе слиток - поковка - заготовка - труба и, как следствие, высокая стоимость труб, а также то, что данная марка стали хотя и включена в ТУ14-3Р-55-2001, но трубы из нее не производились.

В трубном производстве известен способ изготовления газлифтных труб большого диаметра из слитков стали 09Г2С выплавки ЭШП и ВДП (патент RU №2119395, кл. B21B 19/04), где деформацию слитков в прошивном стане ведут вдоль расположения кристаллов, задавая слитки в стан головной частью, и прошивают с посадом по диаметру на величину

D=2S_г(1-sinα)/S_c,

где S_г - толщина стенки гильзы, мм;

S_c - толщина стенки сверленого слитка ЭШП, мм;

α - угол наклона фронта кристаллизации к оси слитка, град.

Недостатком указанного способа изготовления труб большого диаметра из слитков ЭШП и ВДП стали марки 09Г2С является необходимость изготовления макротемплетов для определения угла наклона фронта кристаллизации к оси слитка, а прошивка слитков усадочной (головной) частью вперед приводит к образованию дефектов в виде внутренних плен на передних концах гильз.

В трубной производстве известен также способ изготовления котельных труб большого диаметра из слитков ЭШП (патент RU №2180874, B21B 19/04), обеспечивающий уменьшение энергозатрат, снижение расхода металла и, как следствие, снижение стоимости котельных труб за счет использования слитков большого диаметра и ведения процесса прошивки с посадом по диаметру, равным 8-16%.

Недостатками данного способа являются то, что из-за малой мощности привода прошивного стана ОАО «ЧТПЗ» слитки ЭШП диаметром более 400 мм из данной марки стали прошить с посадом по диаметру 8-16% не представляется возможным.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава и непрерывно-литых заготовок (патент RU №2322314, кл. B21B 19/04), предусматривающий прошивку слитков ЭШП и НЛЗ в станах поперечно-винтовой прокатки с посадом по диаметру в зависимости от марки стали и суммарной вытяжки при переделе слиток электрошлакового переплава - труба или непрерывно-литая заготовка - труба, при этом значения величин посада по диаметру слитков электрошлакового переплава при прошивке в станах поперечно-винтовой прокатки определяют из выражения

Δ_i'эшп=k_i'эшпµ_iΣ,

где Δ_i'эшп - значения величин посада по диаметру при прошивке в станах поперечно-винтовой прокатки слитков ЭШП i-той марки стали, %;

µ_iΣ=µ_пр.µ_п. - суммарный коэффициент вытяжки при прокатке труб i-гo размера;

k_i'эшп - коэффициент, учитывающий величину посада по диаметру при прошивке гильз из слитков ЭШП i-той марки стали, %;

µ_пр. - коэффициент вытяжки при прошивке гильз под прокатку труб i-гo размера;

µ_п. - коэффициент вытяжки при прокатке труб j-гo размера на пилигримовом стане, при этом коэффициенты k_i'эшп для разных марок варьируются от 24 до 40.

Недостатком данного способа является то, что он очень сложен для производства, так как под каждый размер труб необходимы свои размеры слитков ЭШП, распространяется данный способ на производство бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из углеродистых марок сталей и не предусматривает производство котельных труб из слитков ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш. В настоящее время заводами России, а именно ОАО «ЗМЗ» и ОАО «Мечел» освоено производство слитков ЭШП размером 430×1750±50, 470×1750±50, 490×1750±50, 565×1750±50 и 620×1750±50 мм. Для производства других диаметров нужны кристаллизаторы, производство которых требует больших инвестиций, да и нет целесообразности, т.к. геометрические размеры кристаллизаторов можно унифицировать.

Бесшовные трубы диаметром 550 мм в России можно производить только на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ».

Прокатка труб размером 550×25-30 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами невозможна из-за низкой температуры стали 10Х9МФБ-Ш под деформацию 1200-1220°C и малых подач гильзы в очаг деформации. Для прокатки труб размером 550×25-30 мм необходимы слитки-заготовки ЭШП размером 620×100×1750±50 мм, из которых на стане поперечно-винтовой прокатки за прошивку и раскатку получаем тонкостенные гильзы размером 680хвн.515×3100-3300 мм. На существующем прошивном стане ОАО «ЧТПЗ» данный слиток прошить за одну прошивку с подъемом по диаметру 9,7% невозможно. Прокатка труб размером 550×25-30 мм и докатка пилигримовых головок из стали марки 10Х9МФБ-Ш при температуре ниже 850°C приводит к повышенным нагрузкам на привод пилигримового стана и затяжкам дорнов, что в свою очередь приводит к поломкам предохранительных болтов и шпинделей пилигримового стана, снижению производительности за счет извлечения дорнов из-за затяжек, замены предохранительных болтов и шпинделей. Для исключения затяжек дорнов необходимо производить прокат труб на дорнах с конусностью 6-8 мм вместо существующей конусности 1,0 мм, а это при прокатке труб с толщиной стеки 25-30 мм приведет к повышенной продольной разностенности, т.е. к отбраковке труб по толщине стенки.

Задачей предложенного способа (изобретения) является освоение производства бесшовных труб диаметром 550 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара, с толщинами стенок всего размерного ряда ТУ 14-3Р-55-2001, т.е. от 25 до 60 мм, из слитков электрошлакового переплава размером 620×100×1750±50 мм стали марки 10Х9МФБ-Ш в условиях ОАО «ЧТПЗ», а именно производство товарных труб размером 550×31-60 мм и передельных труб размером 570×45 и 570×48 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами для последующего передела их механической обработкой - обточкой и расточкой в товарные трубы размером 550×25-30 мм с повышенными требованиями по геометрическим размерам и качеству поверхности.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных труб размером 550×25-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш, включающем выплавку слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 620×100×1750±50 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры 1190-1210°C, прошивку их в станах поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовых станах в товарные трубы, отрезку пилой горячей резки технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок, термическую обработку труб, травление, ремонт, ультразвуковой контроль, приемку труб размером 550×25-30 мм с допуском по диаметру ±1,0% по толщине стенки +15/-5,0%, а труб размером 550×31-60 мм с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и по стенке +20/-5,0%, при этом при производстве труб с толщиной стенки от 25 до 30 мм слитки-заготовки прошивают в гильзы-заготовки размером 650хвн.340×2030-2050 мм на оправке диаметром 325 мм с вытяжкой µ=1,20 и подъемом по диаметру 4,7-4,9%, гильзы-заготовки охлаждают, ремонтируют при необходимости, гильзы-заготовки с холодного посада повторно нагревают до температуры 1200-1210°C, гильзы-заготовки прошивают-раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 680хвн.515×3100-3300 мм на оправке диаметром 500 мм с вытяжкой µ=1,53 и подъемом по диаметру 4,5-4,7%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 570×45×5100-5500 и 570×48×4600-5000 мм с вытяжками, соответственно, µ=2,09 и µ=1,97, обжатием по диаметру 16,2%, с подачами гильз в очаг деформации при прокатке труб размером 570×45 мм m=13-15 мм, а при прокатке труб размером 570×48 мм m=14-16 мм, отрезают технологические отходы пилой горячей резки, правят на шестивалковой правильной машине, термообрабатывают, ремонтируют при необходимости и повторно правят на шестивалковой машине с замером кривизны не более 5,0 мм на длину труб, трубы передают на участок по обработке поковок и труб специального назначения, передельные трубы размером 570×45×5100-5500 мм растачивают и обтачивают в товарные трубы размером 550×25-28×5100-5500 мм, а передельные трубы размером 580×48×4600-5000 мм в товарные трубы размером 550×28-30×4600-5000 мм, при производстве труб с толщинами стенок от 31 до 45 мм слитки-заготовки прошивают в гильзы-заготовки размером 650хвн.340×2030-2160 мм с подъемом по диаметру 4,7-4,9% на оправке диаметром 325 мм и вытяжкой µ=1,20, гильзы-заготовки охлаждают, ремонтируют, при необходимости, гильзы-заготовки с холодного посада повторно нагревают до температуры 1200-1210°C, гильзы-заготовки прошивают - раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 680хвн.515×3100-3300-680×490×2740-2900 мм с подъемом по диаметру 4,5-4,7% на оправках, соответственно, 500 и 475 мм, с вытяжками µ=1,53 и µ=1,35, прокатку гильз в товарные трубы размером 550×31×6000-6500-550×45×5100-5500 мм производят на ТПУ 8-16′′ с пилигримовых станах с вытяжками от µ=2,88 до µ=2,31, посадом по диаметру 19,1%, при производстве труб с толщиной стенки от 46 до 60 мм слитки-заготовки прошивают в гильзы-заготовки размером 650хвн.340×2030-2160 и 650хвн.315×1930-2050 мм с подъемом по диаметру 4,7-4,9% на оправках диаметром 325 и 300 мм с вытяжками µ=1,20 и µ=1,14, гильзы-заготовки охлаждают, ремонтируют при необходимости, гильзы-заготовки с холодного посада повторно нагревают до температуры 1200-1210°C, гильзы-заготовки прошивают - раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 680хвн.490×2740-2900-680хвн.465×2480-2640 мм с подъемом по диаметру 4,5-4,7% на оправках, соответственно, 475 и 450 мм, с вытяжками µ=1,35 и µ=1,29, прокатку гильз в товарные трубы размером 550×46×5000-5400-550×60×4000-4200 мм производят на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами с вытяжками от µ=2,26 до µ=1,98 и посадом по диаметру 19,1%. Прокатку товарных труб размером 550×31-60 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами производят с подачей гильз в очаг деформации m=15-18 мм, большие значения которой относятся к трубам с большими толщинами стенок, слитки-заготовки при нагреве помещают партиями не более 6 штук в два ряда в хвост методической печи с интервалом 1,0-1,25 часа, нагревают до температуры 400-450°C в течение 1,5-2,0 часов без кантовки при температуре III - зоны печи 800-850°C, затем равномерно нагревают до температуры 1190-1210°C в течение 7,0-7,5 часов со скоростью 1,8-2,0°C в минуту с равномерной кантовкой вдоль печи через 22-27 минут на угол ≈220-230°, затем выдерживают при температуре 1190-1210°C в течение 0,45-1,0 часа с равномерной кантовкой через 12-15 минут и выдают из печи с температурой центра слитков-заготовок 1190-1210°C, гильзы-заготовки с холодного посада помещают партиями не более 6 штук по центру в конец печи в один ряд с интервалом 1,0-1,25 часа и нагревают до температуры 500-550°C в течение 1,0-1,5 часов без кантовки при температуре III - зоны печи 800-850°C, затем равномерно нагревают до температуры 1200-1210°C в течение 6,0-6,5 часов со скоростью 1,8-2,0°C в минуту с равномерной кантовкой вдоль печи через 20-25 минут на угол ≈220-230°, затем выдерживают при температуре 1200-1210°C в течение 0,5-0,75 часа с равномерной кантовкой через 10-12 минут и выдают из печи с температурой центра гильз-заготовок 1200-1210°C, производят механическую обработку - расточку и обточку передельных труб размером 570×45 и 570×48 мм в товарные трубы, начиная с получением товарных труб с толщиной стенок от 28 до 30 мм, а при необходимости производят механическую обработку для получения товарных труб с более тонкими стенками, количество и толщину которых определяют из выражения , где - толщина стенки передельных труб j-гo размера, мм; n - количество передельных труб j-гo размера, шт.; - максимальная толщина стенки товарных труб, которую можно получить при механической обработке передельных труб j-гo размера, мм; - минимальная толщина стенки товарных труб, которую можно получить при механической обработке передельных труб j-гo размера, мм; - промежуточная толщина стенки товарных труб при механической обработке передельных труб j-гo размера, мм; n₁ - количество труб в заказе j-гo размера на максимальную толщину стенки, шт.; n₂ - количество труб в заказе j-гo размера на промежуточные толщины стенок, шт.; n₃ - количество труб в заказе j-гo размера на минимальную толщину стенки, шт.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных труб размером 530×25-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш отличается тем, что при производстве труб с толщиной стенки от 25 до 30 мм слитки-заготовки прошивают в гильзы-заготовки размером 650хвн.340×2030-2050 мм на оправке диаметром 325 мм с вытяжкой µ=1,20 и подъемом по диаметру 4,7-4,9%, гильзы-заготовки охлаждают, ремонтируют при необходимости, гильзы-заготовки с холодного посада повторно нагревают до температуры 1200-1210°С, гильзы-заготовки прошивают - раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 680хвн.515×3100-3300 мм на оправке диаметром 500 мм с вытяжкой µ=1,53 и подъемом по диаметру 4,5-4,7%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 570×45×5100-5500 и 570×48×4600-5000 мм с вытяжками, соответственно, µ=2,09 и µ=1,97, обжатием по диаметру 16,2%, с подачами гильз в очаг деформации при прокатке труб размером 570×45 мм m=13-15 мм, а при прокатке труб размером 570×48 мм m=14-16 мм, отрезают технологические отходы пилой горячей резки, правят на шестивалковой правильной машине, термообрабатывают, ремонтируют при необходимости и повторно правят на шестивалковой машине с замером кривизны не более 5,0 мм на длину труб, трубы передают на участок по обработке поковок и труб специального назначения, передельные трубы размером 570×45×5100-5500 мм растачивают и обтачивают в товарные трубы размером 550×25-28×5100-5500 мм, а передельные трубы размером 580×48×4600-5000 мм в товарные трубы размером 550×28-30×4600-5000 мм, при производстве труб с толщинами стенок от 31 до 45 мм слитки-заготовки прошивают в гильзы-заготовки размером 650хвн.340×2030-2160 мм с подъемом по диаметру 4,7-4,9% на оправке диаметром 325 мм и вытяжкой µ=1,20, гильзы-заготовки охлаждают, ремонтируют, при необходимости, гильзы-заготовки с холодного посада повторно нагревают до температуры 1200-1210°C, гильзы-заготовки прошивают - раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 680хвн.515×3100-3300-680×490×2740-2900 мм с подъемом по диаметру 4,5-4,7% на оправках, соответственно, 500 и 475 мм, с вытяжками µ=1,53 и µ=1,35, прокатку гильз в товарные трубы размером 550×31×6000-6500-550×45×5100-5500 мм производят на ТПУ 8-16′′ с пилигримовых станах с вытяжками от µ=2,88 до µ=2,31, посадом по диаметру 19,1%, при производстве труб с толщиной стенки от 46 до 60 мм слитки-заготовки прошивают в гильзы-заготовки размером 650хвн.340×2030-2160 и 650хвн.315×1930-2050 мм с подъемом по диаметру 4,7-4,9% на оправках диаметром 325 и 300 мм с вытяжками µ=1,20 и µ=1,14, гильзы-заготовки охлаждают, ремонтируют при необходимости, гильзы-заготовки с холодного посада повторно нагревают до температуры 1200-1210°C, гильзы-заготовки прошивают - раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 680хвн.490×2740-2900-680хвн.465×2480-2640 мм с подъемом по диаметру 4,5-4,7% на оправках, соответственно, 475 и 450 мм, с вытяжками µ=1,35 и µ=1,29, прокатку гильз в товарные трубы размером 550×46×5000-5400-550×60×4000-4200 мм производят на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами с вытяжками от µ=2,26 до µ=1,98 и посадом по диаметру 19,1%. Прокатку товарных труб размером 550×31-60 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами производят с подачей гильз в очаг деформации m=15-18 мм, большие значения которой относятся к трубам с большими толщинами стенок, слитки-заготовки при нагреве помещают партиями не более 6 штук в два ряда в хвост методической печи с интервалом 1,0-1,25 часа, нагревают до температуры 400-450°C в течение 1,5-2,0 часов без кантовки при температуре III - зоны печи 800-850°C, затем равномерно нагревают до температуры 1190-1210°C в течение 7,0-7,5 часов со скоростью 1,8-2,0°C в минуту с равномерной кантовкой вдоль печи через 22-27 минут на угол ≈220-230°, затем выдерживают при температуре 1190-1210°C в течение 0,45-1,0 часа с равномерной кантовкой через 12-15 минут и выдают из печи с температурой центра слитков-заготовок 1190-1210°C, гильзы-заготовки с холодного посада помещают партиями не более 6 штук по центру в конец печи в один ряд с интервалом 1,0-1,25 часа и нагревают до температуры 500-550°C в течение 1,0-1,5 часов без кантовки при температуре III - зоны печи 800-850°C, затем равномерно нагревают до температуры 1200-1210°C в течение 6,0-6,5 часов со скоростью 1,8-2,0°C в минуту с равномерной кантовкой вдоль печи через 20-25 минут на угол ≈220-230°, затем выдерживают при температуре 1200-1210°C в течение 0,5-0,75 часа с равномерной кантовкой через 10-12 минут и выдают из печи с температурой центра гильз-заготовок 1200-1210°C, производят механическую обработку - расточку и обточку передельных труб размером 570×45 и 570×48 мм в товарные трубы, начиная с получением товарных труб с толщиной стенок от 28 до 30 мм, а при необходимости производят механическую обработку для получения товарных труб с более тонкими стенками, количество и толщину которых определяют из выражения , где - толщина стенки передельных труб j-гo размера, мм; n - количество передельных труб j-гo размера, шт.; - максимальная толщина стенки товарных труб, которую можно получить при механической обработке передельных труб j-гo размера, мм; - минимальная толщина стенки товарных труб, которую можно получить при механической обработке передельных труб j-гo размера, мм; - промежуточная толщина стенки товарных труб при механической обработке передельных труб j-гo размера, мм; n₁ - количество труб в заказе j-гo размера на максимальную толщину стенки, шт.; n₂ - количество труб в заказе j-гo размера на промежуточные толщины стенок, шт.; n₃ - количество труб в заказе j-гo размера на минимальную толщину стенки, шт. 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».

Прокатки товарных труб размером 550×45 и передельных размером 570×45 мм из стали 10Х9МФБ-Ш производились на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами из слитков ЭШП размером 620×100×1750±50 мм. Механическая обработка передельных горячекатаных труб размером 570×45 мм в товарные трубы размером 550×25-28 мм производилась на участке обработки заготовок и труб специального назначения ОАО «ЧТПЗ». Данные по прокатке передельных труб размером 570×45 мм и товарных труб размером 550×45 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами и механической обработке - обточке и расточке передельных труб размером 570×45 мм в товарные трубы размером 550×25-28 мм и результатам сдачи приведены в таблице 1. Из таблицы 1 видно, что в производство было задано 10 слитков-заготовок ЭШП размером 620×100×1750±50 поставки ОАО «Мечел». Пять слитков-заготовок ЭШП размером 620×100×1750±50 мм были прокатаны на ТПУ 8-16′′ в передельные трубы размером 570×45 мм, а пять слитков в товарные трубы размером 550×45 мм. Слитки для прокатки передельных труб были посажены в методическую печь и нагреты в соответствии с пп.1 и 3 формулы изобретения до температуры 1190-1210°C. Пять слитков, общей массой 20,137 т, были прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 325 мм в гильзы-заготовки размером 650хвн.×340×2040-2160 мм с вытяжкой µ=1,20 и подъемом по диаметру δ=4,8% (в соответствии с п.1 формулы изобретения). Затем гильзы-заготовки были охлаждены до температуры окружающей среды, осмотрены и повторно были нагреты с холодного посада до температуры 1200-1210°C, гильзы-заготовки были прошиты - раскатаны в гильзы размером 680хвн.515×3120-3300 мм на оправке диаметром 500 мм с вытяжкой µ=1,53 и подъемом по диаметру δ=4,6%, а затем гильзы были прокатаны на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 570×45×5100-5500 мм (в соответствии с пп.1, 2 и 4 формулы изобретения). Передельные горячекатаные трубы были термообработаны, выправлены и отправлены на участок обработки поковок и труб специального назначения цеха №1. Передельные горячекатаные трубы размером 570×45 мм были обточены и расточены в товарные трубы размером 550×26-28 мм (в соответствии с п.5 формулы изобретения). В результате было получено и принято в соответствии с ТУ 14-3Р-55-2001 пять труб размером: 550×28×5300, 550×28×5300, 550×27×5500, 550×26×5100 и 550×27×5200 мм общей массой 9,895 т. Средний расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 2,035. Сравнения по данной прокатке не производили, т.к. трубы данного сортамента из стали 10Х9МФБ-Ш в России не производились ввиду отсутствия технологии и оборудования для их производства.

Одновременно в производство было задано 5 слитков ЭШП размером 620×100×1750±50 мм, общей массой 20,194 тонн, которые были нагреты в соответствии с п.1 формулы изобретения, прошиты в гильзы размером 650×340×2040-2160 мм на оправке диаметром 325 мм с вытяжкой µ=1,20 с подъемом по диаметру δ=4,8%. Гильзы были охлаждены до температуры окружающей среды, осмотрены и повторно были нагреты с холодного посада до температуры 1200-1210°C, гильзы-заготовки были прошиты - раскатаны в гильзы размером 680хвн.490×2750-2920 мм на оправке диаметром 475 мм с вытяжкой µ=1,35 и подъемом по диаметру δ=4,6%, а затем гильзы были прокатаны на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами в товарные трубы размером 550×45×5150-5500 мм с коэффициентом вытяжки µ=2,31 и обжатием по диаметру Δ=19,1% (в соответствии с пп.1-4 формулы изобретения). Трубы были приняты в соответствии с ТУ14-3Р-55-2001 - 26,4 м общей массой 15,679 тонн. Средний расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,288. Трубы размером 550×27-28×5150-5500 мм приняты с допуском по диаметру ±1,0%, а по стенке +15/-5%, вместо +1,25/-1,0% по диаметру и +20/-5% по стенке по ТУ 14-3Р-55-2001. Так как качество металла слитков ЭШП значительно лучше, то основной критерий котельных труб - длительная прочность будет значительно выше.

Таким образом, использование предложенного способа позволит впервые в России осуществить производство бесшовных труб размером 550×25-60 мм из слитков ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара с геометрическими размерами, превышающими значения данных показателей, приведенных в ТУ 14-3Р-55-2001, что позволит значительно снизить энергозатраты за счет исключения нагрева слитков под ковку и ковку слитков в поковки, снизить нагрузки при прошивке слитков ЭШП с дифференцированными обжатиями по диаметру и производить качественные товарные и передельные трубы на ТПУ8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ» для последующего передела передельных труб в товарные механической обработкой - обточкой и расточкой в соответствии с заказами потребителя.

Таблица 1 Данные по прокатке передельных труб размером 570×45 мм и товарных труб размером 550×45 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами и механической обработке - обточке и расточке передельных труб размером 570×45 мм в товарные трубы размером 550×25×28 мм №№ п/п Размер слитков ЭШП (мм) Вес слитков (кг) Прошивка гильз Прокатка товарных и передельных труб на пилигримовом стане Механическая обработка-обточка и расточка передельных труб в товарные Расход, коэфф. металла Размер гильз-заготовок/размер гильз (мм) Диаметр оправки (мм) Коэфф. вытяжки (µ) Подъем или посад по диаметру (δ или Δ) (%) Размер труб (мм) Коэфф. вытяжки (µ) Обжатие по диаметру (Δ, %) Размер предельных туб (мм) Размер сданных тварных туб (мм) Вес труб (кг)   1 620×100×1750 4039 - 2,09 Δ=16,2         570×45×5300 570×45×5300 550×28×5300 2038,0 2 620×100×1750 4039 -       570×45×5300 570×45×5300 550×28×5300 2038,0 3 620×100×1800 4154         570×45×5500 570×45×5500 550×27×5500 2048,3 4 620×100×1700 3924         570×45×5100 570×45×5100 550×26×5100 1834,4 5 620×100×1725 3981         570×45×5200 570×45×5200 550×27×5200 1936,6 Итого: 20137 - - - - - - - - - 9895,3 2,035 1 620×100×1800 4154 - 2,31 Δ=19,1 - - 3266,7   550x45x5500 2 620×100×1750 4039 - - - 3177,4 550x45x5350 3 620×100×1775 4096 - - - 3058,6 550x45x5150 4 620×100×1700 3924 - - - 3058,6 550x45x5150 5 620×100×1725 3981 - - - 3118,0 550x45x5250 Итого: 20194 - - - - - - - - - 15679,3 1,288

Изобретение предназначено для снижения энергозатрат на производство и повышения качества бесшовных труб размером 550×25-60 мм. Способ включает выплавку слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 620×100×1750±50 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры 1190-1210°C, прошивку их в станах поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовых станах в товарные трубы, отрезку пилой горячей резки технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок, термическую обработку труб, травление, ремонт, ультразвуковой контроль, приемку труб размером 550×25-30 мм с допуском по диаметру ±1,0% и по толщине стенки +15/-5,0%, а труб размером 550×31-60 мм с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и по толщине стенки +20/-5,0%. Возможность использования для производства труб с разной толщиной стенки слитков ЭШП одного размера, снижение нагрузок на оборудование при прошивке слитков-заготовок в гильзы-заготовки и при прошивке - раскатке гильз-заготовок в гильзы, а также при прокатке на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами обеспечивается за счет того, что при производстве труб с толщиной стенок от 25 до 30 мм, от 31 до 45 мм и от 46 до 60 мм режимы прошивки слитков-заготовок, нагрева и термообработки, раскатки, прокатки на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами строго регламентированы в зависимости от толщины стенки производимых труб. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства бесшовных труб размером 550×25-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш, включающий выплавку слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 620×100×1750±50 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры 1190-1210°C, прошивку их в станах поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовых станах в товарные трубы, отрезку пилой горячей резки технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок, термическую обработку труб, травление, ремонт, ультразвуковой контроль, приемку труб размером 550×25-30 мм с допуском по диаметру ±1,0% и по толщине стенки +15/-5,0%, а труб размером 550×31-60 мм с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и по толщине стенки +20/-5,0%, при этом при производстве труб с толщиной стенок от 25 до 30 мм слитки-заготовки прошивают в гильзы-заготовки размером 650×вн.340×2030-2050 мм на оправке диаметром 325 мм с вытяжкой µ=1,20 и подъемом по диаметру 4,7-4,9%, гильзы-заготовки охлаждают, ремонтируют при необходимости, гильзы-заготовки с холодного посада повторно нагревают до температуры 1200-1210°C, гильзы-заготовки прошивают-раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 680×вн.515×3100-3300 мм на оправке диаметром 500 мм с вытяжкой µ=1,53 и подъемом по диаметру 4,5-4,7%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 570×45×5100-5500 и 570×48×4600-5000 мм с вытяжками, соответственно, µ=2,09 и µ=1,97, обжатием по диаметру 16,2%, с подачами гильз в очаг деформации при прокатке труб размером 570×45 мм m=13-15 мм, а при прокатке труб размером 570×48 мм - m=14-16мм, отрезают технологические отходы пилой горячей резки, правят на шестивалковой правильной машине, термообрабатывают, ремонтируют, при необходимости, и повторно правят на шестивалковой машине с замером кривизы не более 5,0 мм на длину труб, трубы передают на участок по обработке поковок и труб специального назначения, перередельные трубы размером 570×45×5100-5500 мм обтачивают и растачивают в товарные трубы размером 550×25-28×5100-5500 мм, а передельные трубы размером 570×48×4600-5000 мм в товарные трубы размером 550×29-30×4600-5000 мм, при этом при производстве труб с толщиной стенок от 31 до 45 мм слитки-заготовки прошивают в гильзы-заготовки размером 650×вн.340×2030-2160 мм с подъемом по диаметру 4,7-4,9% на оправке диаметром 325 мм и вытяжкой µ=1,20, гильзы-заготовки охлаждают, ремонтируют, при необходимости, гильзы-заготовки с холодного посада повторно нагревают до температуры 1200-1210°C, гильзы-заготовки прошивают-раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 680×вн.515×3100-3300 - 680×490×2740-2900 мм с подъемом по диаметру 4,5-4,7% на оправках, соответственно, 500 и 475 мм, с вытяжками µ=1,53 и µ=1,35, прокатку гильз в товарные трубы размером 550×31×6000-6500 - 550×45×5100-5500 мм производят на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами с вытяжками от µ=2,88 до µ=2,31, посадом по диаметру 19,1%, при производстве труб с толщиной стенок от 46 до 60 мм слитки-заготовки прошивают в гильзы-заготовки размером 650×вн.340×2030-2160 и 650×вн.315×1930-2050 мм с подъемом по диаметру 4,7-4,9% на оправках 325 и 300 мм с вытяжками µ=1,20 и µ=1,14, гильзы-заготовки охлаждают, ремонтируют при необходимости, гильзы-заготовки с холодного посада повторно нагревают до температуры 1200-1210°C, прошивают-раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 680×вн.×490×2740-2900 - 680×вн×465×2480-2640 мм с подъемом по диаметру 4,5-4,7% на оправках, соответственно, 475 и 450 мм, с вытяжками 1,35 и 1,29, причем прокатку гильз в товарные трубы размером 550×46×5000-5400 - 550×60×4000-4200 мм производят на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами с вытяжками от µ=2,26 до µ=1,98 и посадом по диаметру 19,1%.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку товарных труб размером 550×31-60 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами производят с подачей гильз в очаг деформации m=15-18 мм, большие значения которой относятся к трубам с большими толщинами стенок.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что слитки-заготовки при нагреве помещают партиями не более 6 штук в два ряда в конец методической печи с интервалом 1,0-1,25 часа, нагревают до температуры 400-450°C в течение 1,5-2,0 часов без кантовки при температуре III-зоны печи 800-850°C, затем равномерно нагревают до температуры 1190-1210°C в течение 7,0-7,5 часов со скоростью 1,8-2,0°C в минуту с равномерной кантовкой вдоль печи через 22-27 минут на угол 220-230°, затем выдерживают при температуре 1190-1210°C в течение 0,45-1,0 часа с равномерной кантовкой через 12-15 минут и выдают из печи с температурой центра слитков-заготовок 1190-1210°C.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что гильзы-заготовки при повторном нагреве с холодного посада помещают партиями не более 6 штук по центру в конец печи в один ряд с интервалом 1,0-1,25 часа и нагревают до температуры 500-550°C в течение 1,0-1,5 часов без кантовки при температуре III-зоны печи 800-850°C, затем равномерно нагревают до температуры 1200-1210°C в течение 6,0-6,5 часов со скоростью 1,8-2,0°C в минуту с равномерной кантовкой вдоль печи через 20-25 минут на угол 220-230°, затем выдерживают при температуре 1200-1210°C в течение 0,5-0,75 часа с равномерной кантовкой через 10-12 минут и выдают из печи с температурой центра гильз-заготовок 1200-1210°C.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят механическую обработку - обточку и расточку передельных труб размером 570×45, и 570×48 мм в товарные трубы, начиная с получения товарных труб с толщиной стенок от 28 до 30 мм, а при необходимости производят механическую обработку для получения товарных труб с более тонкими стенками, количество и толщину стенок которых определяют из выражения
nS_jП=n₁S_Tmax+n₂S_Ti+n₃S_Tmin,
где S_jП - толщина стенки передельных труб J-го размера, мм;
n - количество передельных труб J-го размера, шт.;
S_Tmax - максимальная толщина стенки товарных труб, которую можно получить при механической обработке передельных труб j-го размера, мм;
S_Tmin - минимальная толщина стенки товарных труб, которую можно получить при механической обработке передельных труб j-го размера, мм;
S_Ti - промежуточная толщина стенки товарных труб при механической обработке передельных труб j-го размера, мм;
n₁ - количество труб в заказе j-го размера на максимальную толщину стенки, шт.;
n₂ - количество труб в заказе j-го размера на промежуточные толщины стенок, шт.;
n₃ - количество труб в заказе j-го размера на минимальную толщину стенки, шт.