БИМЕТАЛЛИЧЕСКАЯ ЗАГОТОВКА ИЗ СТАЛЕЙ МАРОК 10ГН2МФА И 08Х18Н10Т ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ГОРЯЧЕКАТАНЫХ, МЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ, БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ РАЗМЕРОМ ВН.279Х36 ММ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ Российский патент 2015 года по МПК B21B1/00 

Изобретение относится к производству биметаллических заготовок из сталей марок 10ХН2МФА и 08Х18Н10Т для прокатки передельных горячекатаных биметаллических труб размером 371×50,5 мм, для последующего изготовления из них механической обработкой-расточкой и обточкой товарных, механически обработанных, биметаллических труб размером вн.279×36 (351×36) мм с внутренним плакирующим слоем толщиной 7±2 мм из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики и может быть использовано на установках ЭШП, при отливке слитков-заготовок из стали 10ГН2МФА для изготовления рубашек и слитков-заготовок из стали марки 08Х18Н10Т для изготовления цилиндрических вставок, на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами при прокатке передельных горячекатаных труб из сталей марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т, механической обработке-расточке и обточке их в рубашки и цилиндрические вставки, сборке рубашек с цилиндрическими вставками и торцевыми кольцами в биметаллические заготовки размером 520±1,0хгр.265+1,0/-0×160±1,0×1575±25 мм, нагреве биметаллических заготовок до температуры пластичности, прошивке-раскатке биметаллических заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 540хвн.300×1650-1770 мм, прокатке гильз на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 371×50,5×4600-4800 мм, термической обработке, правке и механической обработке-расточке и обточке передельных труб в товарные размером вн.279×36×4600-4800 мм с толщиной плакирующего слоя 7±2 мм из стали 08Х18Н10Т.

ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами единственная в России, на которой можно прокатывать передельные горячекатаные биметаллические трубы из сталей 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т размером 371×50,5 мм для последующей механической обработки их в товарные биметаллические трубы размером вн.279×36 (351×36) мм с внутренним плакирующим слоем из стали марки 08Х18Н10Т толщиной 7±2 мм.

До 1991 года трубы данного сортамента для трубопроводов Ду-350 первого контура АЭС с реакторами ВВЭР-1000 закупали в Японии. Трубы изготавливали методом наплавки плакирующего слоя под флюсом на внутреннюю поверхность, предварительно механически обработанных труб из стали марки 10ГН2МФА, с последующей расточкой наплавленного слоя до заданных размеров.

Недостатком данного способа производства биметаллических труб является то, что при изготовлении отводов наплавленный слой трещит (разрушается), т.е. данные трубы переходят в разряд брака и использовать их для гнутых профилей объектов атомной энергетики не представляется возможным.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 530-550 мм из коррозионно-стойких трудно деформируемых марок стали и сплавов на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков ЭШП размером 610×1725±25 мм, механическую обработку-обточку слитков в слитки-заготовки диаметром 590±5 мм, сверление в слитках-заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм, расточку слитков-заготовок размером 590±5,0×100±5,0×1725±25 мм на размер 590±5,0×220±5,0×1725±25 мм, нагрев до температуры пластичности и прошивку - раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 620хвн.365×1950-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру δ=4,0-6,0%, повторный нагрев гильз-заготовок до температуры пластичности, прошивку-раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 600хвн.505-515×2950-3100 мм на оправке диаметром 490-500 мм с подъемом по диаметру δ=5,5-6,5% и прокатку гильз на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы диаметром 530-550 мм с отношением D/S=13,5-15,0 с припуском по толщине стенки под механическую обработку-расточку и обточку, а толщину снимаемых слоев металла при обточке и расточке определяют из выражений Δ=D/S·K, Δ₁=D/S/K₁, где Δ - толщина снимаемого слоя металла при обточке горячекатаных труб по наружной поверхности, мм; Δ₁ - толщина снимаемого слоя металла при расточке горячекатаных труб по внутренней поверхности, мм; D - наружный диаметр горячекатаных труб, мм; S - толщина стенки горячекатаных труб, мм; K=0,5-0,7 - коэффициент для определения толщины снимаемого слоя металла при обточке труб, большие значения которого относятся к трубам с более толстыми стенками; K₁=0,4-0,5 - коэффициент для определения толщины снимаемого слоя металла при расточке труб, большие значения которого относятся к трубам с более толстыми стенками (патент RU №2387501, В21В 21/00, опубл. 27.04.2010 г.).

Недостатком данного способа является то, что он распространяется на способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 530-550 мм из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами и не решает технологические вопросы производства биметаллических заготовок из сталей марок 10ХН2МФА и 08Х18Н10Т, производства из них на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами передельных горячекатаных биметаллических труб размером 371×50,5 мм для последующего передела их механической обработкой-расточкой и обточкой в товарные биметаллические трубы размером вн.279×36 мм с внутренним плакирующим слоем из стали марки 08Х18Н10Т толщиной 7±2 мм для объектов атомной энергетики.

В трубной промышленности известна заготовка, имеющая форму цилиндра размером 520+3,0/-5,0хгр.265±5,0×160±5,0×1450±50 мм с граничным диаметром между сталями 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т размером 265±5,0 мм и осевым сверлением диаметром 160±5,0 мм и способ ее изготовления для производства биметаллических труб размером вн.279×36 мм из стали марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т с внутренним плакирующим слоем сталью 08Х18Н10Т толщиной 7±2 мм для объектов атомной энергетики, включающая отливку слитков ЭШП из стали марки 10ГН2МФА размером 565×1600±50 мм, обточку слитков в слитки-заготовки размером 550×1600±50 мм, сверление в слитках-заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков-заготовок ЭШП до температуры пластичности, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 550хвн.245×1810-1930 мм с вытяжкой µ=1,17, расточку и обточку гильз в обечайки-заготовки размером 520хвн.265×1550±50 мм (ТУ14-136-322-88 «Слитки биметаллические из стали 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т-ДД». ТУ 14-3-1593-88 «Трубы бесшовные горячекатаные биметаллические для трубопроводов АЭС». ТИ 158-ТР.ТБ1-110-2012 «Изготовление бесшовных горячекатаных биметаллических труб из стали марок 10ГН2МФА и08Х18Н10Т-ДД»).

Недостатком данной заготовки и способа ее изготовления является то, что при заплавлении рубашек из стали марки 10ГН2МФА сталью 08Х18Н10Т граничный диаметр -сплавление сталей по высоте биметаллических слитков, из-за повышения температуры рубашек от начала плавления к концу, т.е. из-за увеличения внутреннего диаметра, увеличивается на 6-10 мм, что требует измерений граничных диаметров в нижних и верхних частях биметаллических слитков. Для расчета граничного диаметра принимали средний диаметр, что в свою очередь приводит к продольной разностенности плакирующего слоя и выпадам за пределы допускаемых значений 7±2 мм. Недостатком данного способа также является то, что из-за малых суммарных коэффициентов вытяжек, равных Σµ=µ¹ _пр.351∙µ² _пр.351∙µ_п.пр351=4,3 (прошивка слитков ЭШП стали марки 10ГН2МФА размером 550×100×1600±50 мм в гильзы размером 550хвн.245×1810-1930 мм для последующей механической обработки их в обечайки размером 520хвн.265×1550±50 мм, прошивка биметаллических слитков размером 520хгр.265×160×1450±50 мм в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 540хвн.300×1650-1770 мм и прокатка гильз на пилигримовом стане в передельные трубы размером 371×50,5×4600-4900 мм), что приводило к выпадам около 50% металла труб по ударной вязкости при температуре испытания минус 10°C, к отбраковке биметаллических труб по толщине плакирующего слоя и повышенному расходу сталей 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления горячекатаных биметаллических труб, включающий нагрев двухслойной заготовки, состоящей из прутка и трубы с подготовленными контактными поверхностями, прошивку тремя валками, установленными на угол подачи, равный 12-22° с обжатием перед носком оправки 20-60% и вытяжкой µ=5-10 (патент SU №704691, В21В 19/04, 25.12.1979 г.).

Недостатком данного способа является то, что он направлен на снижение вероятности расслоения между слоями металлов при поперечно-винтовой прокатке и не решает технологические и геометрические вопросы производства биметаллических труб из сталей марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т размером вн.279×36 (351×36) мм с внутренним плакирующем слоем сталью 08Х18Н10Т толщиной 7±2 мм.

Задачей предложенной биметаллической заготовки из сталей марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т для производства горячекатаных, механически обработанных, биметаллических труб размером вн.279×36 мм для объектов атомной энергетики является снижение количества выпадов металла труб при температуре испытания минус 10°C, снижение брака труб из-за несоответствия значений толщины плакирующего слоя 7±2 мм из стали 08Х18Н10Т, снижение расхода стали 08Х18Н10Т при за плавлении обечаек и стали 10ГН2МФА для изготовления стаканов, использование для их производства слитков-заготовок ЭШП диаметром 640 мм вместо слитков-заготовок размером 550×1600±50 мм.

Технический результат достигается тем, что в известной биметаллической заготовке из сталей марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т для производства горячекатаных, механически обработанных, биметаллических труб размером вн.279×36 мм для объектов атомной энергетики, рубашка из стали марки 10ГН2МФА выполнена в форме цилиндра размером 520±1,0хвн.265+1,0/-0×1300 мм, торцевое кольцо из углеродистой марки стали, приварено сплошным швом к одному из торцов рубашки, а цилиндрическая вставка из стали марки 08Х18Н10Т, выполнена в форме цилиндра размером 265+0/-1,0хвн.160±1,0×1300 мм и соединена сварным монтажным швом с рубашкой и торцевым кольцом.

Сопоставительный анализ заявляемой биметаллической заготовки с прототипом показал, что заявляемая биметаллическая заготовка из сталей 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т для производства горячекатаных, механически обработанных, биметаллических труб размером вн.279×36 мм для объектов атомной энергетики, содержит рубашку из стали марки 10ГН2МФА, выполненную в форме цилиндра размером 520±1,0хвн.265+1,0/-0×1300 мм,

торцевое кольцо из углеродистой марки стали, приваренное сплошным швом к одному из торцов рубашки, и цилиндрическую вставку из стали марки 08Х18Н10Т, выполненную в форме цилиндра размером 265+0/-1,0хвн.160±1,0×1300 мм, соединенную сварным монтажным швом с рубашкой и торцевым кольцом. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

При изучении других известных технических решений в данной области техники, признаки, отличающие заявляемые решения от прототипа, не были выявлены, и по этому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие «изобретательский уровень».

Геометрические размеры биметаллической заготовки из сталей марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т для производства из них на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами передельных горячекатаных биметаллических труб размером 371×50,5×4750 мм и последующей механической обработки-расточки и обточки их в товарные биметаллические горячекатаные, механически обработанные трубы размером вн.279×36 (361×36) мм с внутренним плакирующим слоем толщиной 7±2 мм из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики приведены на фиг. 1.

Биметаллическая заготовка из сталей марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т содержит: торцевое кольцо из углеродистой марки стали - 1, наружный диаметр которого равен 520±1,0 мм, внутренний 166±2,0 мм, а длина 275±25 мм; рубашку из стали марки 10ГН2МФА - 2, наружный диаметр которой равен 520±1,0 мм, внутренний 265+0/-1,0 мм, а длина 1300±5; стакан из стали марки 08Х18Н10Т-3, наружный диаметр которой равен 265+1,0/-0 мм, внутренний 160±1,0 мм, а длина 1300±5 мм; сварной монтажный шов для соединения стакана с нержавеющей вставкой для исключения окисления контактируемых плоскостей металлов 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т при нагреве и предохранения от разъединения при прошивке-раскатке в стане поперечно-винтовой прокатки - 4 и сварные швы для приварки углеродистого кольца с рубашкой и цилиндрической вставкой - 5.

Способ опробован на ОАО «ЗМЗ» при отливке слитков-заготовок ЭШП размером 640×1850±25 мм из стали 10ГН2МФА и слитков-заготовок размером 430×1750±25 мм из стали марки 08Х18Н10Т и при прокатке на ТПУ 8-16" ОАО «ЧТПЗ» передельных биметаллических труб размером 371×50,5×4750 мм для последующего передела их механической обработкой-расточкой и обточкой в товарные трубы размером вн.279×36×4700 мм для объектов атомной энергетики из стали марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т с внутренним плакирующим слоем сталью 08Х18Н10Т толщиной 7±2 мм.

По существующей технологии для изготовления обечаек размером 520хвн.265×1550 мм из стали 10ГН2МФА в производство были заданы 5 слитков-заготовок ЭШП размером 550×1600 мм общей массой 15027 кг. На ОАО «ЧТПЗ» в слитках были просверлены сквозные осевые отверстия диаметром 100±5 мм. Слитков ЭШП были нагреты до температуры пластичности, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 550хвн.245×1870 мм, которые были расточены и обточены в обечайки-заготовки размером 520хвн.265×1550 мм. На ОАО «ЗМЗ» обечайки на установке ЭШП были заплавлены сталью марки 08Х18Н10Т. Донные части биметаллических слитков были удалены анодно-механической резкой. На ОАО «ЧТПЗ» в биметаллических слитках размером 520хгр.265×1450 мм были просверлены сквозные центральные отверстия диаметром 100±5 мм. Биметаллические слитки-заготовки размером 520хгр.265хвн.100×1450 мм были расточены в слитки-заготовки размером 520хгр.265хвн.160×1450 мм. Биметаллические слитки-заготовки были нагреты до температуры пластичности, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 540хвн.300×1650 мм. Прокатку гильз на пилигримовом стане производили в калибре 383 мм на дорнах диаметром 271/272 мм в передельные трубы размером 371×50,5×4300 мм. После термической обработки, правки и механических испытаний металла биметаллических труб количество выпадов по KCU при температуре испытания минус 10°C составило 40,0%. Расходный коэффициент металла при изготовлении обечаек размером 520хвн.265×1550 мм составил 1,572. Расходный коэффициент металла при прокатке биметаллических заготовок в передельные горячекатаные трубы размером 371×50,5 мм и последующей механической обработки их в товарные размером 351×36×4300 мм (по прокату) по стали марки 10ГН2МФА составил 1,807, а по стали марки 08Х18Н10Т-2,952. В процессе приемки две трубы были забракованы по несоответствию толщины плакирующего слоя требованиям ТУ 14-3-1593-88 (7±2 мм) и выпадам основного металла 10ГН2МФА биметаллических труб по KCU при минус 10°C (не менее 49 Дж/см²). Расходный коэффициент металла при прокатке биметаллических заготовок в товарные трубы размером 351×36 мм по сдаче составил 3,350 (по стали 10ГН2МФА-3,012, а по стали 08Х18Н10Т-5,024).

По предлагаемой технологии для изготовления рубашек размером 520±1,0хвн.265+1,0/-0×1300 мм в производство были заданы 5 слитков-заготовок ЭШП размером 640×1850 мм общей массой 23356 кг из стали 10ГН2МФА. В слитках были просверлены сквозные осевые отверстия диаметром 100±5 мм. Слитки ЭШП были нагреты до температуры 1230-1250°C, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 260 мм в гильзы размером 660хвн.275×1995 мм. Гильзы прокатаны на пилигримовом стане с подкладными углеродистыми кольцами в калибре 538 мм в передельные трубы-заготовки размером 535хвн.245×2700 мм на дорнах 250/251 мм. От передельных труб на станках были удалены технологические отходы (пилигримовые головки и затравочные концы). Передельные трубы размером 535хвн.250×2600 мм разрезались на два крата-заготовки равной длины. Краты-заготовки обтачивались и растачивались в рубашки размером 520±1,0хвн.265+1,0/-0×1300 мм.

В слитках ЭШП размером 430×1750 мм из стали марки 08Х18Н10Т на ОАО «ЧТПЗ» были просверлены сквозные сверления диаметром 100±5 мм. Слитки были нагреты до температуры 1250-1260°C, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 150 мм в гильзы размером 450хвн.165×1715 мм. Гильзы прокатаны на пилигримовом стане в передельные трубы размером 280×77×4000 мм. Передельные трубы размером 280×77×4000 мм разрезаны на три заготовки-крата длиной 1300 мм. Заготовки-краты были сторцованы, обточены и расточены в цилиндрические вставки размером 265+0/-1,0×52,5×1300 мм.

Торцевые кольца изготавливали на ОАО «ЧТПЗ» из НЛЗ углеродистых марок сталей диаметром 530 мм, которые обтачивали на диаметр 520 мм. В НЛЗ диаметром 520 мм сверлили сквозное отверстие диаметром 166±2 мм, а затем разрезали на кольца длиной 275±25 мм.

Торцевые кольца приваривали сплошным швом к одной из сторон цилиндрических рубашек. Внутреннюю поверхность рубашек и наружную поверхность стаканов обезжиривали протиркой ветошью, смоченной в ацетоне. В стаканы вставляли цилиндрические вставки, которые с обоих концов соединяли сваркой с рубашкой и торцевым кольцом. Биметаллические заготовки размером 520±1,0хгр.265+0/-1,0×160±1,0×1550 в количестве 5 штук общей массой металлов 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т-9805 кг были нагреты до температуры 1250-1260°C, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 540хвн.300×1830 мм. Прокатку гильз на пилигримовом стане производили в калибре 383 на дорнах диаметром 271/272 мм в передельные трубы размером 371×50,5×4700 мм. После термической обработки, правки и механических испытаний металла биметаллических труб (сталь 10ГН2МФА) выпады по KCU при температуре испытания минус 10°C отсутствовали. Расходный коэффициент металла при изготовлении рубашек размером 520хвн.265×1300 мм составил 1,457. Расходный коэффициент металла при прокатке биметаллических заготовок в передельные горячекатаные трубы размером 371×50,5 мм и последующей механической обработки их в товарные размером 351×36 мм (по прокату) по стали марки 10ГН2МФА составил 1,483, а по стали 08Х18Н10Т-1,541. Расходный коэффициент металла при прокатке биметаллических заготовок в товарные трубы размером 351×36 мм по сдаче составил 1,493 (по стали 10ГН2МФА-1,483, а по стали 08Х18Н10Т-1,541).

Данные по технологии изготовления обечаек и рубашек для производства биметаллических заготовок по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице 1, а данные по за плавлению обечаек из стали марки 10ГН2МФА сталью 08Х18Н10Т, прокатке передельных труб для изготовления вставок из стали 08Х18Н10Т для производства биметаллических заготовок по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице 2.

Данные по прокатке биметаллических заготовок, изготовленных по существующей и предлагаемой технологиям, прокатке из них биметаллических передельных труб размером 371×50,5 мм, механической обработке - расточке и обточке передельных труб в товарные трубы размером 351×36 мм, сдаче товарных биметаллических труб и расходным коэффициентам металла по прокату и окончательной сдаче труб приведены в таблице 3.

Из таблиц видно, что расходные коэффициенты сталей марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т при изготовлении рубашек, цилиндрических вставок по существующей и предлагаемой технологиям находятся примерно на одном уровне, а при прокатке биметаллических труб из биметаллических заготовок по предлагаемой технологии значительно ниже, чем по существующей. Выпады основного металла (10ГН2МФА) биметаллических труб размером 351×36 мм по KCU при минус 10°C отсутствуют, т.е. количество выпадов при первом предъявлении снизилось до нуля.

Таким образом, использование предлагаемой биметаллической заготовки из сталей марок 10ГН2МФА+08Х18Н10Т и способ ее изготовления для производства горячекатаных механически обработанных товарных труб размером вн.279×36 (351×36) мм с внутренним плакирующим слоем толщиной 7±2 мм из стали марки 08Х18Н10Т для объектов атомной энергетики позволит снизить расходный коэффициент по стали 10ГН2МФА с 3,012 до 1,483, по стали 08Х18Н10Т от 5,024 до 1,541, а суммарный расходный коэффициент снизить с 3,350 до 1,493, снизить или полностью исключить отбраковку труб по толщине плакирующего слоя и количество выпадов основного металла 10ГН2МФА по KCU при минус 10°C, увеличить длину товарных труб размером 351×36 мм на 7,0%.

Данные по прокатке биметаллических заготовок, изготовленных по существующей и предлагаемой технологиям, прокатке из них биметаллических передельных труб размером 371×50,5, механммической обработке-расточке и обточке передельных труб в товарные размером 351×36 мм, сдаче товарных биметаллических труб и расходным коэффициентам металла по прокату и окончательной сдаче труб на соответствие требованиям ТУ 14-3-1593-88.

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Биметаллическая заготовка содержит рубашку из стали марки 10ГН2МФА, торцевое кольцо из углеродистой марки стали и цилиндрическую вставку из стали марки 08Х18Н10Т. Рубашка выполнена в форме цилиндра размером 520±1,0хвн.265+1,0/-0×1300 мм. Торцевое кольцо приварено сплошным швом к одному из торцов рубашки. Цилиндрическая вставка выполнена в форме цилиндра размером 265+0/-1,0хвн.160±1,0×1300 мм и соединена сварным монтажным швом с рубашкой и торцевым кольцом. Обеспечивается снижение расходных коэффициентов сталей. 3 табл., 1 ил.

Биметаллическая заготовка из сталей марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т для производства горячекатаных, механически обработанных, биметаллических труб размером вн.279×36 мм для объектов атомной энергетики, содержащая рубашку из стали марки 10ГН2МФА, выполненную в форме цилиндра размером 520±1,0хвн.265+1,0/-0×1300 мм, торцевое кольцо из углеродистой марки стали, приваренное сплошным швом к одному из торцов рубашки, и цилиндрическую вставку из стали марки 08Х18Н10Т, выполненную в форме цилиндра размером 265+0/-1,0хвн.160±1,0×1300 мм, соединенную сварным монтажным швом с рубашкой и торцевым кольцом.