СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 245×10-15 мм ДЛЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ, ПАРОПРОВОДОВ И КОЛЛЕКТОРОВ УСТАНОВОК С ВЫСОКИМИ И СВЕРХКРИТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ПАРА ИЗ СЛИТКОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА - ЭШП СТАЛИ МАРКИ 10Х9МБФ-Ш Российский патент 2014 года по МПК B21B19/04 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных труб размером 245×10-15 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 трубопрокатных установках с пилигримовыми станами и на станах ХПТ 250 при производстве котельных труб.

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, 12Х11В2МФ, 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″, прокатку гильз на пилигримовых установках или автоматических станах в трубы диаметром 219 мм с толщинами стенок от 8 до 50 мм (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″).

Недостатками указанного способа являются высокая энергоемкость процесса, связанная с нагревом и деформацией (ковкой) слитков в поковки, и повышенный расходный коэффициент металла при прокатке тонкостенных труб из высоколегированных марок стали на пилигримовом стане. Прокатка труб размером 245×10-15 мм из стали марки 10Х9МФБ на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами затрудняется низкой температурой деформации, так, температура гильзы при прошивке должна быть не более 1200°С. Время прокатки труб 245×10-15 мм на пилигримовом стане составляет более 4 минут. За данный промежуток времени гильза-труба остывает до 800-820°С (при рекомендуемой не ниже 850°С в конце прокатки). Прокатка труб при температуре ниже 850°С приводит к повышенным нагрузкам на привод пилигримового стана и затяжкам дорнов, что в свою очередь приводит к повышенным потерям металла и увеличивает вероятность поломок оборудования пилигримового стана. Для исключения затяжек дорнов применяется прокатка труб с использованием дорнов с увеличенной до 4-8 мм конусностью вместо существующей конусности 1-2 мм, а это приводит к продольной разностенности и увеличению отбраковки труб по толщине стенки.

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. В21В 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-й марки стали, %; µ_iΣ=µ_прµ_п - суммарный коэффициент вытяжки при прокатке труб i-го размера; k_i'эшп - коэффициент, учитывающий величину посада по диаметру при прошивке гильз из слитков ЭШП i-й марки стали, %; µ_пр - коэффициент вытяжки при прошивке гильз под прокатку труб i-го размера; µ_п - коэффициент вытяжки при прокатке труб j-го размера на пилигримовом стане, при этом коэффициенты k_i'эшп для разных марок варьируются от 24 до 40.

Недостатком данного способа является то, что прошивка с посадом по диаметру приводит к повышенным нагрузкам на привод прошивного стана и увеличивает количество поломок.

Задачей предложенного способа (изобретения) является освоение производства бесшовных труб размером 245×10-15 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш, снижение расхода металла и нагрузок на привод прошивного стана.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных труб размером 245×10-15 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава (ЭШП) стали марки 10Х9МФБ-Ш трубы производят из слитков-заготовок ЭШП размером 430×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры 1180-1190°С, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 460×вн.265×2060-2180 мм на оправке диаметром 250 мм с вытяжкой µ=1,21 и подъемом по диаметру 6,9-7,1%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 273×16×14200-15200 и 273×19×11600-12500 мм с подачами m=16-18 мм, с вытяжками соответственно µ=8,60 и µ=7,32 и обжатием по диаметру δ=40,7%, трубы разрезают на трубы-краты равной длины, трубы размером 273×16×7100-7600 мм прокатывают на стане ХПТ 250 в товарные трубы размером 245×10×12100-13000, 245×11×11000-11800 и 245×12×10100-10800 мм с вытяжками соответственно µ=1,75, µ=1,60 и µ=1,47, трубы размером 273×19×5800-6250 мм прокатывают на стане ХПТ 250 в товарные трубы размером 245×13×8500-9300, 245×14×8000-8600 и 245×15×7800-8400 мм с вытяжками µ=1,53, µ=1,43 и µ=1,40, товарные трубы разрезают на длины в соответствии с заказом, термообрабатывают, травят, правят и принимают по диаметру ±1,0% и стенке +15,0/-5,0%.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что трубы размером 245×10-15 мм производят из слитков-заготовок ЭШП размером 430×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры 1180-1190°С, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 460×вн.265×2060-2180 мм на оправке диаметром 250 мм с вытяжкой µ=1,21 и подъемом по диаметру 6,9-7,1%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 273×16×14200-15200 и 273×19×11600-12500 мм с подачами m=16-18 мм, с вытяжками соответственно µ=8,60 и µ=7,32 и обжатием по диаметру δ=40,7%, трубы разрезают на трубы-краты равной длины, трубы размером 273×16×7100-7600 мм прокатывают на стане ХПТ 250 в товарные трубы размером 245×10×12100-13000, 245×11×11000-11800 и 245×12×10100-10800 мм с вытяжками соответственно µ=1,75, µ=1,60 и µ=1,47, трубы размером 273×19×5800-6250 мм прокатывают на стане ХПТ 250 в товарные трубы размером 245×13×8500-9300, 245×14×8000-8600 и 245×15×7800-8400 мм с вытяжками µ=1,53, µ=1,43 и µ=1,40, товарные трубы разрезают на длины в соответствии с заказом, термообрабатывают, травят, правят и принимают по диаметру ±1,0% и стенке +15,0/-5,0%. 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 осуществлен при прокатке на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами передельных труб размером 273×16 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш для последующего переката их на стане ХПТ 250 в товарные трубы размером 245×10 мм.

Данные по прокатке передельных труб размером 273×16 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами и прокатке передельных труб размером 273×16 в товарные трубы размером 245×10 мм на стане ХПТ 250 ОАО ″ЧТПЗ″, результатам сдачи, механическим свойствам и геометрическим размерам труб приведены в таблицах 1 и 2. В производство было задано 5 слитков ЭШП размером 430×100×1700-1750 мм поставки ОАО ″Мечел″. Слитки для прокатки передельных труб были посажены в методическую печь и нагреты до температуры 1180-1190°С. Слитки общей массой 9,266 тонн были прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке 250 мм в гильзы размером 465×вн.265×2060-2120 мм с вытяжкой 1,21 и подъемом по диаметру 7,0%. Затем гильзы были прокатаны на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 273×16×14200-14700 мм. Передельные горячекатаные трубы были порезаны на две трубы-крата равной длины и отправлены в цех №5 на холодный передел. В цехе №5 передельные горячекатаные трубы размером 273×16 мм были перекатаны на стане ХПТ 250 в товарные холоднокатаные размером 245×10 мм. В результате было прокатано и принято в соответствии с ТУ 14-3Р-55-2001 десять труб размером 245×10×12000-12350 мм общей массой 7,070 тонн. Средний расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 1,311. 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.

В таблице 2 приведены данные по механическим свойствам металла и геометрические размеры труб. Из таблицы 2 видно, что механические свойства металла и геометрические размеры труб, прокатанных из слитков ЭШП по предлагаемой технологии, выше чем по ТУ 14-3Р-55-2001, что в свою очередь дает гарантированную возможность снизить плюсовое поле допуска по толщине стенки и установить допуск +15/-10% вместо существующего +20/-5%. А так как качество металла слитков ЭШП значительно лучше, то основной критерий котельных труб - длительная прочность будет значительно выше.

Таким образом, использование предложенного способа позволило впервые в России осуществить производство бесшовных труб размером 245×10-15 мм непосредственно из слитков ЭШП для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара с механическими свойствами металла и геометрическими размерами труб, превышающими значения данных показателей, приведенных в ТУ 14-3Р-55-2001, что позволит снизить энергозатраты за счет исключения нагрева слитков под ковку и ковку слитков в поковки, производить качественные передельные трубы на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами ОАО ″ЧТПЗ″ для последующего передела их в товарные в соответствии с заказами потребителя.

Данные по прокатке передельных труб размером 273×16 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами и прокатке передельных труб размером 273×16 мм в товарные трубы размером 245×10 мм на стане ХПТ 250 ОАО ″ЧТПЗ″

Таблица 1 №№п/п Размер слитков ЭШП (мм) Вес слитков (кг) Прошивка гильз Прокатка товарных и передельных труб на пилигримовом стане Прокатка передельных и товарных труб на ХПТ 250 Расход. коэфф. металла 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) Коэфф. втяжки (µ) Размер сданных товарных труб (мм) Коэфф. втяжки (µ) Вес труб (кг) 1 430×100×1700 1833 460×265×2060       273×16×14200     273×16×7100   245×10×12100   700,9   273×16×7100 245×10×12000 695,2 2 430×100×1725 1860 460×265×2090 273×16×14500 273×16×7250 245×10×12100 701,0 273×16×7250 245×10×12300 712,0 3 430×100×1750 1886 460×265×2120 250 1,21 δ=7,0 273×16×14700 8,6 Δ=41,7 273×16×7350 1,521 245×10×12400 1,75 718,3 273×16×7350 245×10×12550 727,0 4 430×100×1700 1833 460×265×2060       273×16×14200     273×16×7100   245×10×12000   695,2 273×16×7100 245×10×12050 698,1 5 430×100×1720 1854 460×265×2080 273×16×14400 273×16×7200 245×10×12200 706,7 273×16×7200 245×10×12350 715,4 Итого: 9266 - - - - - - - - - - - 7069,3 1,311

Данные по механическим свойствам металла труб при комнатной температуре и геометрическим размерам

Изобретение предназначено для снижения себестоимости бесшовных труб размером 245×10-15 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава (ЭШП) стали марки 10Х9МФБ-Ш. Трубы производят из слитков-заготовок ЭШП. Уменьшение расхода металла и поломок оборудования за счет снижения нагрузок на привод прокатного стана обеспечивается за счет того, что используют слитки размером 430×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры 1180-1190°С, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 460хвн.265×2060-2180 мм на оправке диаметром 250 мм с вытяжкой µ=1,21 и подъемом по диаметру 6,9-7,1%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 273×16×14200-15200 и 273×19×11600-12500 мм с подачами m=16-18 мм, с вытяжками соответственно µ=8,60 и µ=7,32 и обжатием по диаметру δ=40,7%, трубы разрезают на трубы-краты равной длины, трубы размером 273×16×7100-7600 мм прокатывают на станах ХПТ 250 в товарные трубы размером 245×10×12100-1300, 245×11×11000-11800 мм и 245×12×10100-10800 мм с вытяжками соответственно µ=1,75, µ=1,60 и µ=1,47, трубы размером 273×19×5800-6250 мм прокатывают на станах ХПТ 250 в товарные трубы размером 245×13×8500-9300, 245×14×8000-8600 и 245×15×7800-8400 мм с вытяжками µ=1,53, µ=1,43 и µ=1,40, товарные трубы разрезают на длины в соответствии с заказом, термообрабатывают, травят, правят и принимают с допуском по диаметру ±1,0% и стенке +15/-5,0. 2 табл.

Способ производства бесшовных труб размером 245×10-15мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава (ЭШП) стали 10Х9МФБ-Ш, характеризующийся тем, что трубы производят из слитков-заготовок ЭШП размером 430×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры 1180-1190°С, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 460хвн.265×2060-2180 мм на оправке диаметром 250 мм с вытяжкой µ=1,21 и подъемом по диаметру 6,9-7,1%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 273×16×14200-15200 и 273×19×11600-12500 мм с подачами m=16-18 мм, с вытяжками соответственно µ=8,60 и µ=7,32 и обжатием по диаметру δ=40,7%, трубы разрезают на трубы-краты равной длины, при этом трубы размером 273×16×7100-7600 мм прокатывают на станах ХПТ 250 в товарные трубы размером 245×10×12100-1300, 245×11×11000-11800 мм и 245×12×10100-10800 мм с вытяжками соответственно µ=1,75, µ=1,60 и µ=1,47, а трубы размером 273×19×5800-6250 мм прокатывают на станах ХПТ 250 в товарные трубы размером 245×13×8500-9300, 245×14×8000-8600 и 245×15×7800-8400 мм с вытяжками µ=1,53, µ=1,43 и µ=1,40, причем товарные трубы разрезают на длины в соответствии с заказом, термообрабатывают, травят, правят и принимают с допуском по диаметру ±1,0% и стенке +15/-5,0.