СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ МЕХАНИЧЕСКИ ОБРАБОТАННЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 530х8-12 мм ИЗ СТАЛИ МАРКИ 08Х18Н10-Ш Российский патент 2017 года по МПК B21B19/06 

Изобретение относится к трубопрокатному и металлургическому производствам, а именно к способу производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш повышенной точности.

В трубной промышленности известен 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, включающий отливку слитков ЭШП размером 610×1725±25 мм, механическую обработку - обточку слитков в слитки-заготовки размером 590±5,0×1725 мм, сверление в слитках-заготовках центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, расточку слитков-заготовок на размер 590±5,0×вн.220±5,0×1750±25 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×вн.365×1950-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру δ=4,0-6,0%, нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до температуры пластичности, прошивку-раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 660×505-515×2950-3100 мм на оправке диаметром 490-500 мм с подъемом по диаметру δ=5,5-6,5%, 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, определение значений толщин снимаемых слоев металла при обточке и расточке 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 №2387501, 27.07.2010, бюл. №12).

Недостатком данного способа является то, что он решает общие вопросы производства передельных бесшовных горячедеформированных труб из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов с отношением D/S=13,5-15,0 для последующей механической обработки-расточки и обточки их в товарные трубы диаметром 530-550 мм с толщиной стенки более 20 мм, длиной не более 4700 мм и не решает технологические вопросы производства предельных и механически обработанных труб размером 530×8-12 мм из стали марки 08Х18Н10-Ш повышенной точности по диаметру и стенке для объектов атомной энергетики.

В мировой практике на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами трубы размером 530×8-12 мм повышенной точности из стали марки 08Х18Н10-Ш не производились и не производятся.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 273-550 мм из углеродистой стали 20, легированных сталей 15ГС, 15ГС-Ш, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 16ГС и 16ГС-Ш, для изготовления деталей и элементов трубопроводов ТЭС и АЭС методом трепанации цилиндрических поковок с последующей расточкой и обточкой на заданный размер с чистотой не ниже R_z 40 мкм (ТУ 1310-030-00212179-2007 «Трубы бесшовные горячедеформированные механически обработанные из углеродистой и легированных марок стали для трубопроводов ТЭС и АЭС»).

Недостатками данного способа являются большой расходный коэффициент металла (≈ от 5,4 до 16,5), значение которого увеличивается с уменьшением толщины стенки товарных труб и увеличением диаметра, повышенная трудоемкость и энергоемкость, связанная с нагревом и ковкой слитков массой более 12 тонн в цилиндрические поковки длиной до 5,0 м, обрубкой концевой обрези, торцовкой и обточкой поковок на заданный наружный диаметр, трепанацией поковок-заготовок на уникальном оборудовании с последующей расточкой с чистотой поверхности не ниже R_z 40 мкм и, как следствие, повышенная стоимость котельных труб.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ производства бесшовных горячедеформированных длинномерных труб диаметром 500 мм и более на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара (патент RU №2322315, кл. В21В 19/04, 27.11.2007), включающий отливку полых слитков электрошлаковым переплавом с отношением диаметра к толщине стенки D/S=K₁, H=K₂D и Н₁=K₃D, где D=680 - наружный диаметр полого слитка электрошлакового переплава, мм; S - толщина стенки полого слитка электрошлакового переплава, мм; K₁=(4,8-9,2) - коэффициент, большие значения которого принимают для полых слитков с меньшей толщиной стенки; Н=(3000-3500) - высота полого слитка электрошлакового переплава для прокатки труб с отношением D/S≤20, мм; К₂=(4,4-5,2) - значения коэффициентов для прокатки труб с отношением D/S≤20; Н₁=(2000-2100) - высота полого слитка электрошлакового переплава для прокатки труб с отношением D/S≤20, мм; K₃=(2,9-3,1) - значения коэффициентов для прокатки труб с отношением D/S≥20, мм, полые слитки электрошлакового переплава для прокатки котельных труб с отношением D/S≥20, отливают с внутренним диаметром D_вн.=D_д±5,0, где D_д - диаметр дорна, мм, слитки электрошлакового переплава для прокатки котельных труб обтачивают и растачивают в полые слитки-заготовки со съемом металла толщиной 8±2,0 мм для удаления сварочного шлака и дефектов литейного происхождения, полые слитки-заготовки электрошлакового переплава нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовом стане в трубы с отношением D/S≥20 с допуском по диаметру ±1,0% и толщине стенки +15,0/-10,0%, полые слитки электрошлакового переплава для прокатки котельных труб с отношением D/S≤20 отливают с внутренним диаметром 300±10 мм, которые обтачивают и растачивают в полые слитки-заготовки со съемом металла толщиной 8±2,0 мм для удаления сварочного шлака и дефектов литейного происхождения, полые слитки-заготовки электрошлакового переплава нагревают до температуры пластичности, прошивают-раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы на оправке диаметром больше диаметра дорна на 15-20 мм и прокатывают на пилигримовом стане в трубы с отношением D/S≤20 с допуском по диаметру ±1,0% и толщине стенки +15,0/-10,0%.

Одним из основных недостатков донного способа является то, что он направлен на производство котельных труб диаметром до 550 мм и не решает технологические вопросы производства труб размером 530×8-12 мм из стали марки 08X18Н10-Ш для объектов атомной энергетики.

Недостатками данного способа также являются размеры полых слитков ЭШП, которые затрудняют определение геометрических размеров полых слитков-заготовок для прокатки труб требуемого размера; внутренние диаметры полых слитков-заготовок с учетом съема металла при расточке по 8 мм на сторону имеют заниженные результаты, что при прокатке толстостенных труб приводит к затяжкам дорнов; прокатка труб с толщиной стенки более 30 мм связана с дополнительной прошивкой-раскаткой полых слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки, что с большой вероятностью может привести к повышенной кривизне и разностенности гильз, при неравномерном нагреве слитков-заготовок в методических печах, а следовательно, к разностенности труб.

Задачей настоящего изобретения является разработка и внедрение технологического процесса производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм с допуском по диаметру ±0,8% и стенке ±10,0% на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» (сокращенно ЧТПЗ).

Технический результат достигается тем, что способ производства бесшовных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш включает отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 740×вн.500×3200±50 мм, расточку и обточку в слитки-заготовки размером 720×вн.520×3200±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методических печах до температуры 1260-1270°С, выдачу их на слитковую тележку, продувку сжатым воздухом или инертным газом, подачу внутрь слитков-заготовок с двух концов 2000-2500 г смеси графита с поваренной солью в соотношении 50/50, транспортировку полых слитков-заготовок на входную сторону пилигримового стана, прокатку на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 493/499 мм в калибре 562 мм, врезанном в валки с диаметром бочки 1150 мм, с углом поперечного выпуска на полирующем участке 24-26°, в передельные трубы размером 550×30×10300-10700 мм с коэффициентом вытяжки μ=3,90, обжатием по диаметру Δ=21,43% и подачей слитков-заготовок в очаг деформации m=20-22 мм, отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правку на шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева за 2-3 прохода до кривизны не более 6,0 мм на длину передельной трубы, аустенизацию, резку передельной трубы на две трубы равной длины, механическую обработку - расточку и обточку горячекатаных передельных труб размером 550×30×5150-5350 мм в товарные трубы размером 530×8-12×5150-5350 мм и приемку их на соответствие требованиям ТУ 14-3Р-197-2001, механическую обработку передельных горячекатаных труб размером 550×30×5150-5350 мм в товарные механически обработанные трубы производят сначала на размер 530×12 мм, затем на размер 530×11, 530×10, 530×9 и 530×8 мм.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш отличается от известного тем, что производят отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 740×вн.500×3200±50 мм, расточку и обточку в слитки-заготовки размером 720×вн.520×3200±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методических печах до температуры 1260-1270°С, выдачу их на слитковую тележку, продувку сжатым воздухом или инертным газом, подачу внутрь слитков-заготовок с двух концов 2000-2500 г смеси графита с поваренной солью в соотношении 50/50, транспортировку полых слитков-заготовок на входную сторону пилигримового стана, прокатку на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 493/499 мм в калибре 562 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке 24-26°, врезанного в валки с диаметром бочки 1150 мм, в передельные трубы размером 550×30×10300-10700 мм с вытяжкой μ=3,90, обжатием по диаметру Δ=21,43% и подачей слитков-заготовок в очаг деформации m=20-22 мм, отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правку на шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева за 2-3 прохода до кривизны не более 6,0 мм на длину передельной трубы, аустенизацию, резку передельной трубы на две трубы равной длины, механическую обработку - расточку и обточку горячекатаных передельных труб размером 550×30×5150-5350 мм в товарные трубы размером 530×8-12×5150-5350 мм и приемку их на соответствие требованиям ТУ 14-3Р-197-2001. При этом механическую обработку передельных горячекатаных труб размером 550×30×5150-5350 мм в товарные механически обработанные трубы производят сначала на размер 530×12 мм, затем на размер 530×11, 530×10, 530×9 и 530×8 мм. Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Впервые в мировой практике способ производства бесшовных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм для объектов атомной энергетики из стали марки 08Х18Н10-Ш был осуществлен по предлагаемой технологии при производстве труб размером 530×12×5250 мм механической обработкой-расточкой и обточкой передельных горячекатаных труб размером 550×30×5250 мм, прокатанных на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами на ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» из полых слитков-заготовок ЭШП размером 720×вн.520×3200 мм. Так как трубы данного сортамента на ТПУ с пилигримовыми станами не производились, то сравнительные прокатки не проводились.

В производство были заданы два полых слитка-заготовки ЭШП размером 720×вн.520×3200 мм общей массой 9,780 т, которые были нагреты в методической печи до температуры 1260-1270°С. После выдачи их на слитковую тележку слитки-заготовки продували сжатым воздухом. Смазку слитков-заготовок производили путем подачи смеси графита с поваренной солью в соотношении 50/50 по 1000-1250 г внутрь с каждого конца. Затем слитки-заготовки краном подавались на входную сторону пилигримового стана. Прокатку на пилигримовом стане производили в калибре 562 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке 25°, врезанного в валки с диаметром бочки 1150 мм, в передельные трубы размером 550×30×10500 мм на конусных дорнах диаметром 493/499 мм с коэффициентом вытяжки μ=3,90, обжатием по диаметру Δ=21,43% и подачей слитков-заготовок в очаг деформации m=20-22 мм. После отрезки технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок, правку на шестивалковой правильной машине производили за 2-3 прохода с использованием температуры труб с прокатного нагрева. Кривизну труб после правильной машины определяли на глаз. После охлаждения труб максимальная кривизна труб составила от 4,0 до 5,0 мм. После термической обработки - аустенизации трубы размером 550×30×10500 мм были перерезаны на две трубы равной длины. Передельные горячекатаные трубы были расточены, обточены и приняты по ТУ 14-3Р-197-2001. Данные по производству бесшовных механически обработанных труб размером 530×12×5250 мм из стали марки 08Х18Н10-Ш по предлагаемой технологии приведены в таблице 1.

Из таблицы видно, что расходный коэффициент металла при производстве труб размером 530×12×5250 мм из полых слитков-заготовок размером 720×вн.520×3200 мм составил 3,039.

Таким образом, использование предложенного способа позволило впервые в мировой практике на ТПУ 8-16" осуществить производство передельных труб размером 550×30×10300-10700 мм из полых слитков-заготовок размером 720×вн.520×3200±50 мм с последующей механической обработкой - расточкой и обточкой их в товарные бесшовные механически обработанные трубы диаметром 530 мм с толщинами стенок от 8 до 12 мм для объектов атомной энергетики. Трубы по геометрическим размерам и качеству поверхности полностью отвечают требованиям ТУ 14-3Р-197-2001.

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм из стали марки 08Х18Н10-Ш. Способ включает отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 740×вн.500×3200±50 мм, расточку и обточку в слитки-заготовки размером 720×вн.520×3200±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методических печах до температуры 1260-1270°С, выдачу их на слитковую тележку, продувку сжатым воздухом или инертным газом, подачу внутрь слитков-заготовок с двух концов смазки массой 2000-2500 г в виде смеси графита с поваренной солью в соотношении 50/50, транспортировку полых слитков-заготовок на входную сторону пилигримового стана, прокатку на пилигримовом стане в передельные трубы размером 550×30×10300-10700 мм, отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правку на шестивалковой правильной машине до кривизны не более 6,0 мм на длину передельной трубы, аустенизацию, резку передельной трубы на две трубы равной длины, механическую обработку - расточку и обточку горячекатаных передельных труб размером 550×30×5150-5350 мм в товарные трубы размером 530×8-12×5150-5350 мм. Обеспечивается снижение расхода металла при производстве труб. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства бесшовных механически обработанных труб размером 530×8-12 мм из стали марки 08Х18Н10-Ш, включающий отливку полых слитков электрошлаковым переплавом размером 740×вн.500×3200±50 мм, расточку и обточку в слитки-заготовки размером 720×вн.520×3200±50 мм, нагрев слитков-заготовок в методических печах до температуры 1260-1270°С, выдачу их на слитковую тележку, продувку сжатым воздухом или инертным газом, подачу внутрь слитков-заготовок с двух концов смазки массой 2000-2500 г в виде смеси графита с поваренной солью в соотношении 50/50, транспортировку полых слитков-заготовок на входную сторону пилигримового стана, прокатку на пилигримовом стане на конусных дорнах диаметром 493/499 мм в калибре 562 мм, врезанном в валки с диаметром бочки 1150 мм, с углом поперечного выпуска на полирующем участке 24-26° в передельные трубы размером 550×30×10300-10700 мм с коэффициентом вытяжки μ=3,90, обжатием по диаметру Δ=21,43% и подачей слитков-заготовок в очаг деформации m=20-22 мм, отрезку технологических отходов - затравочных концов и пилигримовых головок пилой горячей резки, правку на шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева за 2-3 прохода до кривизны не более 6,0 мм на длину передельной трубы, аустенизацию, резку передельной трубы на две трубы равной длины, механическую обработку - расточку и обточку горячекатаных передельных труб размером 550×30×5150-5350 мм в товарные трубы размером 530×8-12×5150-5350 мм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что механическую обработку передельных горячекатаных труб размером 550×30×5150-5350 мм в товарные механически обработанные трубы производят сначала на размер 530×12 мм, затем на размер 530×11, 530×10, 530×9 и 530×8 мм.