Способ производства шестигранных труб-заготовок размером 257+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0х4300+80/-20 мм из низкопластичной стали марки 04Х14Т3Р1Ф с содержанием бора от 1,3 до 1,8 % для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива Российский патент 2025 года по МПК B23P15/00 B22D13/02 B21C37/15 

Изобретение относится к способу производства передельных труб-заготовок размером 288х12х5000 мм способом центробежного литья из низко-пластичной стали марки 04X14ТЗР1Ф с содержанием бора от 1,3 до 1,8% для изготовления шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 257+2,0/-3,0х6,0+2,0/-1,0х4300+ 80/-20 мм для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива, и может быть использовано при производстве тонкостенных бесшовных передельных труб-заготовок на машинах центробежного литья для последующего передела их в шестигранные трубы-заготовки.

В трубном производстве известен способ производства передельных труб из низко-пластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (ЧС 82), предусматривающий выплавку стали вакуумно-дуговым (ВД), вакуумно-индукционным (ВИ), вакуумно-индукционным с последующим вакуумно-дуговым переплавом (ИД) и плазменным переплавом (П) в слитки диаметром 460 мм с последующей ковкой их в прутки (заготовки) диаметром 225-230 мм и механической обработкой (обточкой) на размер 215х1850-1950 мм, нагрев до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки на ТПА-350 с автоматическим станом в гильзы размером 220х45х2700-2850 мм, охлаждение, ремонт, прошивку на первом прошивном стане в гильзы размером 250х28х3400-3600 мм, прошивку на втором стане в гильзы размером 292х13х5600-5950 мм, прокатку в автоматическом стане в три прохода с обжатиями, соответственно, 14,3%, 8,3%, 0,5% и калибровку в калибровочном стане в трубы размером 288х11 мм при температуре 850-950°C (Отчет по НИР «Освоение технологии производства горячекатаных труб большого диаметра из стали ЧС 82 в условиях ТПА-350 «ЮТЗ», Днепропетровск, 1988 г.).

Недостатками данного способа являются межгосударственные перевозки (Челябинск-Никополь-Челябинск), трудоемкая операция ковки слитков диаметром 460 мм в прутки (заготовки) диаметром 225-230 мм с последующей механической обработкой (обточкой) и порезкой на размер 215х1850-1950 мм, большой расходный коэффициент металла при переделе слиток-заготовка-шестигранная заготовка, равный 6,53 и, как следствие, высокая стоимость передельных труб и готовой продукции (шестигранных труб-заготовок).

В трубном производстве известен способ производства передельных трубных заготовок для изготовления шестигранных чехловых труб из низкопластичной безникелевой стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм в слитках-заготовках ЭШП размером 460-480х1600-1750 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 460хвн.240х2100-2300 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в трубы-заготовки размером 377х88,5х3200-3600 мм, охлаждение труб-заготовок и их ремонт (при необходимости), порезку труб-заготовок на два крата-заготовки размером 377х88,5х1575-1750 мм, повторный нагрев их до температуры пластичности, прошивку (раскатку) в прошивном стане в гильзы размером 400х50х2300-2550 мм, а затем прокатку на пилигримовом стане в передельные трубы размером 290х12х11000-12000 мм и правку на правильной машине при температуре не ниже 100°C, с использованием температуры прокатного нагрева (патент РФ №2226133, опубл. 27.03.2004, Бюл. №9).

Известный способ имеет следующие недостатки. Технологический процесс производства передельных труб из стали 04Х14ТЗР1Ф-Ш, включающий два нагрева, две прошивки, две прокатки на пилигримовом стане и порезку на станках труб-заготовок на два равных крата-заготовки трудоемок, требует больших затрат, что приводит к росту цены передельных труб и, как следствие, к росту цены шестигранных труб-заготовок. Прокатка двух кратов-заготовок размером 377х88,5х1600-1800 мм, полученных из одного слитка, на пилигримовом стане, в передельные трубы размером 290х12х11500-12500 мм приводит к увеличению технологических отходов в виде двух затравочных концов и двух пилигримовых головок. При неустановившимся процессе прокатки, т.е. при затравке и докатке (обкатке) пилигримовых головок, из-за малой пластичности стали образуются концевые дефекты в виде продольных трещин и рванин на длине 0,5-0,8 метра. Это приводит к увеличению расходного коэффициента металла при переделе слиток ЭШП - передельная труба. Прокатка на пилигримовом стане труб размером 290х12х11500-12500 мм из гильз размером 400х50х2300-2550 мм в течение 3,0-3,5 минут приводит к снижению температуры гильзы до 750°C, т.е. прокатка концов труб происходит при температуре ниже 800°C, а это значительно ниже нижнего предела интервала пластичности данной марки стали (800-850°C), что приводит к образованию рванин под пилигримовую головку на длине 2,0-3,0 м, а это в свою очередь приводит к браку одного крата, т.к. минимальная длина трубы для профилирования в шестигранник должна быть не короче 5000 мм.

В трубном производстве известен способ производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (04Х14ТЗР1Ф-Ш), включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом размером 480х1750±70 или 500х1675±70 мм, обточку наружной поверхности до удаления дефектов литейного происхождения в слитки-заготовки размером 460±10х1750±70 или 480±10х1675±70 мм, сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры 1060-1090°C, выдержку при температуре 450-500°C на колосниках методических печей без кантовки в течение 90-120 минут, нагрев до температуры 800-850°C со скоростью 1,8-2,0°C в минуту, затем нагрев до температуры пластичности 1050-1090°C со скоростью 2,1-2,2°C в минуту с кантовкой через 15-20 минут, выдержку при данной температуре в течение 70-80 минут с кантовкой на угол 180° через 10-15 минут (патент РФ №2255820, опубл. 10.07.2005, Бюл. №19), прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 470хвн.295х2370-2800 и 480хвн.295х 2310-2710 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане с подкладными углеродистыми кольцами размером 480х вн.295х250-300 мм, для частичного выведения пилигримовых головок, в передельные трубы-плети размером, соответственно, 290х12х21000-24000 и 290х12х21000-25000 мм с вытяжками, соответственно, µ=10,03 и µ=10,74 и обжатием по диаметру Δ=38,3 и Δ=39,6%, прокатку передних концов труб на длине, равной 1,0-1,2 пути отката подающего аппарата с толщиной стенки больше номинальной на 2-3 мм, прокатку задних концов труб-под пилигримовую головку на длине равной 1,2-1,5 пути отката подающего аппарата с толщиной стенки меньше номинальной на 0,5-0,8 мм, за счет разведения и сведения валков пилигримового стана (патент РФ №2334571, опубл. 27.09.2008, Бюл. №27), отрезку пилой горячей резки технологических отходов (пилигримовых головок и затравочных концов), порезку труб-плетей на две трубы равной длины, правку труб на шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева, порезку труб на две заготовки-крата длиной не менее 5000 мм, расточку и обточку их на размер 284,75+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0 мм и теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером «под ключ» 257+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0х4300+80/-20 мм (ТИ 158-Тр.ТБ 1-49-2007 «Изготовление бесшовных горячедеформированных передельных труб из стали марки 04Х14ТЗР1Ф-Ш»).

Одним из основных недостатков данного способа, так же, как и выше приведенных аналогов, является то, что из слитков-заготовок массой до 2185 кг получаем четыре трубы-заготовки размером 290х12х5100-5250 мм, что приводит к повышенному расходному коэффициенту дорогой борсодержащей стали.

В трубном производстве известен способ, включающий отливку ЭШП слитков размером 450х3400-3500 мм, порезку их на два слитка размером 450х1725-1750 мм, обточку в слитки-заготовки размером 440х1725-1750 мм, сверление сквозного отверстия диаметром 100 мм, нагрев в методической печи до температуры 1060-1090 °С, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 280 мм в гильзы размером 440хвн.295х2870-2950 мм с вытяжкой µ = 1,69 и размер в размер по диаметру (Δ = 0), прокатку на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами в передельные горячекатаные трубы-плети размером 290х12х21000-22000 мм с докаткой (обкаткой) пилигримовых головок с подкладными углеродистыми кольцами, порезку труб-плетей на трубы кратной длины 10500-11000 мм, правку труб на шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева, порезку кратных труб на две заготовки длиной не менее 5000 мм, расточку и обточку их на размер 284,75+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0 мм и теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером «под ключ» 257+2,0/-3,0х6,0+2,0/-1,0х4300+80/-20 мм (ТИ 158-Тр.ТБ 1-49-2007 «Изготовление бесшовных горячедеформированных передельных труб из стали марки 04Х14ТЗР1Ф-Ш»).

Недостатком данного способа является то, что он направлен на производство горячекатаных труб размером 290х12х21000-22000 мм для изготовления четырех шестигранных труб-заготовок размером 257+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0х4300+80/-20 мм при достаточно высоком расходном коэффициенте.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ производства шестигранных труб-заготовок размером 257+2,0/-3,0х6+ 2,0/-1,0х4300+80/-20 мм из слитков-заготовок электрошлакового переплава низкопластичной стали марки 04Х14Т3Р1Ф-Ш с содержанием бора от 1,3 до 1,8 % для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива, включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом (ЭШП) размером 500х1750±50 мм, обточку слитков в слитки-заготовки размером 485±5х1750±50 мм, сверление в слитках-заготовках центрального отверстия диаметром 100 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры 1060-1090 °С, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 280 мм в гильзы размером 470хвн.295х2740-3020 мм с посадом по диаметру Δ от 2,08 до 4,08% и вытяжкой µ от 1,61 до 1,68, прокатку гильз на ТПУ с пилигримовыми станами с подкладными углеродистыми кольцами для выведения пилигримовых головок на углеродистый металл в передельные трубы размером 289х11,5х26000-27000 мм в валках с калибром 295 мм, на дорнах диаметром 264/265, разогретых до температуры 500-550°C прокаткой настроечных углеродистых гильз, удаление пилой горячей резки технологических отходов (затравочных концов и пилигримовых головок), порезку труб-плетей на трубы кратной длины 10400-10800 мм и остатки длиной 5200-5400 мм, правку труб на шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева, порезку кратных труб на две заготовки длиной не менее 5000 мм, расточку и обточку их на размер 284,75+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0 мм и теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером «под ключ» 257+2,0/-3,0х6,0+2,0/-1,0х4300+ 80/-20 мм (патент РФ №2530085, опубл.27.06.2014, Бюл. №18).

Недостатком данного способа является то, что процесс прошивки слитков-заготовок ЭШП в стане поперечно-винтовой прокатки производят с посадом (обжатием) по диаметру, приводящим к образованию на наружной поверхности гильз дефектов в виде сетки рванин глубиной до 1,0-1,5, которые при прокатке передельных горячекатаных труб на ТП 8-16ʺ увеличиваются, а при механической обработке труб размером 289х11,5х5200-5500 мм в трубы размером 284,75+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0 мм приводят к дефектам, выводящим толщину стенки за пределы минусового поля допуска.

Задачей предложенного способа является освоение нового инновационного технологического процесса производства передельных бесшовных труб-заготовок размером 288х12х5500 мм способом центробежного литья из низко-пластичной стали 04Х14ТЗР1Ф с содержанием бора от 1,3 до 1,8% для изготовления шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-20 мм для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива, исключение из технологического процесса дефектообразующих технологических операций - прошивки слитков-заготовок ЭШП в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы и прокатки гильз на пилигримовом стане в передельные бесшовные трубы размером 290х12х21000-22000 мм, повышение точности геометрических размеров ЦБЛ тонкостенных труб-заготовок размером 288х12х5500 мм, снижение доли технологических отходов, снижение расходного коэффициента металла при переделе ЦБЛ тонкостенная труба - шестигранная труба-заготовка, повышение производительности производства шестигранных труб-заготовок, а, следовательно, снижение их стоимости.

Технический результат достигается тем, что способ производства шестигранных труб-заготовок размером “под ключ” 257+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0х4300+80/-20 мм из низко-пластичной стали марки 04Х14Т3Р1Ф с содержанием бора от 1,3 до 1,8 % для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива, включает производство тонкостенных труб-заготовок размером 288х12х5500 мм способом центробежного литья , удаление концевой обрези для получения труб-заготовок размером 288х12х5000 мм, расточку и обточку их на станках со следящей системой в цилиндрические трубы-заготовки размером 284,75+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0х5000 мм и теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером “под ключ” 257+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0х4300+80/-20 мм.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства передельных центробежно-литых тонкостенных труб-заготовок размером 288х12,0х5500 мм из низко-пластичной стали марки 04Х14ТЗР1Ф-Ш с содержанием бора от 1,3 до 1,8% для изготовления шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-20 мм для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива, отличается от известного тем, что тонкостенные трубы-заготовки размером 288х12х5500 мм изготавливают центробежно-литым способом, удаляют концевую обрезь с образованием труб-заготовок размером 288х12х5000 мм, производят расточку и обточку на станках со следящей системой в цилиндрические трубы-заготовки размер 284,75+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0х5000 мм и теплое профилирование их в шестигранные трубы-заготовки размером «под ключ» 257+2,0/-3,0х6,0+2,0/-1,0х4300+80/-20 мм. 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, позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентоспособности «изобретательский уровень».

Способ был опробован на АО “НПО “АХТУБА” и АО «ЧТПЗ». По данному способу впервые получены качественные тонкостенные передельные центробежно-литые труб-заготовки размером 288х12,0х5000 мм из стали 04Х14Т3Р1Ф с содержанием бора 1,78% для изготовления шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 257+2,0/-3,0х6,0+2,0/-1,0х4300+80/-20 мм.

На АО “ЧТПЗ” в производство были заданы 10 слитков-заготовок ЭШП размером 475х100х1725 мм стали марки 04Х14Т3Р1Ф-Ш поставки ОАО «ЗМЗ», 10 слитков-заготовок размером 440х100х1725 мм поставки АО “Кулебаки” (существующие технологии), 10 слитков-заготовок размером 480х100х1800 мм поставки ОАО «ЗМЗ» (патент №2530085) и 10 тонкостенных центробежно-литых труб-заготовок размером 288х12х 5000 мм поставки АО “НПО “АХТУБА” (предлагаемая технология).

Технологические параметры производства передельных горячекатаных труб размером 290х12х23700 мм из слитков-заготовок стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш размером 475х100х1725 мм, передельных труб размером 290х12х22000 мм из заготовок размером 440х100х1750 мм (существующие технологии), труб размером 289х11,5х27500 мм из слитков-заготовок размером 480х100х1800 мм (патент № 2530085) и тонкостенных ЦБЛ труб-заготовок размером 288х12,0х5000 мм (предлагаемая технология) приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Вид
технолог. Размер
слитков-
загот.
(мм) Колич.
слитк.-
загот.
(шт) Масса
слит.
загот
(т) Прошивка гильз Прокатка труб а ТПУ 8-16ʺ Размер
гильз
(мм) Диам.
оправ.
(мм) Коэф.
вытяж.
(µ) Размер
труб
(мм) Коэф.
вытяж.
(µ) Замечания при
прокатке Существ. 475х100
х1725 10 21,899 480хвн.295
х2530 280 1,47 290х12
х23700 10,75 Забракованы 4 крата но нажным пленам 440х100
х1750 10 18,917 440хвн.295
х2950 280 1,69 290х12
х22000 7,99 Забракованы два крата по наружным пленам Патент
№2530085 480х100
х1800 10 23,357 470хвн.295
х2900 280 1,61 289х11,5
х27500 10,49 Забракованы два крата
по наружным пленам Предлаг. 288х12
х5500 10 4,290 - - - 288х12
х5500 - -

Продолжение таблицы 1.

Отгруж.
в цех
№5 Передел в цее №5 Расходн.
коэфф.
метвлла Расшифровка брака (шт) Сдано загот. Нар.
плены Внутр.
плены Стенка (шт.) (т) 36 2 4 2 28 5,180 4,227 38 4 3 2 29 5,365 3,526 48 2 3 4 39 7,215 3,327 10 - - - 10 1,850 2,320

Из таблицы видно, что средний расходный коэффициент металла (основной экономический показатель производства шестигранных труб) составил от 2,320 до 4,227. Лучшие показатели по расходному коэффициенту стали 04Х14Т3Р1Ф (ЧС 82) получены при переделе центробежно-литых труб-заготовок размером 288х12х5000 мм (предлагаемая технология), снижение которого относительно патента №2530085) составило 1007 кг на каждой тонне товарных шестигранных труб.

Таким образом, по предлагаемому способу при производстве опытно-промышленных партий тонкостенных центробежно-литых труб-заготовок размером 288х12х5000 мм из низкопластичной стали 04Х14Т3Р1Ф с содержанием бора от 1,3 до 1,8% для последующей механической обработки (расточки и обточки) в трубы-заготовки размером размер 284,75+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0х5000 мм и теплого профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером «под ключ» 257+2,0/-3,0х6,0+2,0/-1,0х4300+80/-20 мм, получено снижение расходного коэффициента металла относительно патента №2530085 на 1007 кг, а относительно существующей технологии при прокатке труб размером 290х12х22000 мм из слитков-заготовок ЭШП размером 440х100х1750±25 мм на 1026 кг на каждой тонне шестигранных труб-заготовок.

Использование предлагаемого способа производства передельных центробежно-литых тонкостенных труб-заготовок размером 288х12,0х5000 мм вместо горячекатаных труб размером 290х12х5200-5500 мм, прокатанных на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" из слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 440х100х1750 мм из низко-пластичной стали 04Х14ТЗР1Ф-Ш с содержанием бора от 1,3 до 1,8% для изготовления шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 257+2,0/-3,0х6+2,0/-1,0х4300+80/-20 мм для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива, позволит исключить из технологического процесса металлоемкие и энергоемкие технологические операции: отливку слитков ЭШП, нагрев слитков-заготовок в методических печах, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы и прокатку гильз на ТПУ 8-16ʺ с пилигримовыми станами в горячекатаные трубы размером 290х12-10800-11000 мм, повысить производительность производства шестигранных труб-заготовок из ЦБЛ тонкостенных труб-заготовок размером 288х12х5000 мм, а, следовательно, снизить стоимость товарных шестигранных труб-заготовок из стали 04Х14ТЗР1Ф (ЧС 82).

Изобретение относится к способу производства шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-20 мм из низкопластичной стали марки 04Х14Т3Р1Ф с содержанием бора от 1,3 до 1,8 % для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива. Производят тонкостенные трубы-заготовки размером 288×12×5500 мм способом центробежного литья. Удаляют концевую обрезь для получения труб-заготовок размером 288×12×5000 мм. Производят расточку и обточку на станках со следящей системой в цилиндрические трубы-заготовки размером 284,75+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×5000 мм. Осуществляют теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером «под ключ» 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-20 мм. В результате обеспечивается повышение производительности и снижение расходного коэффициента борсодержащей стали. 1 табл.

Cпособ производства шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-20 мм из низкопластичной стали марки 04Х14Т3Р1Ф с содержанием бора от 1,3 до 1,8 % для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива, отличающийся тем, что производят тонкостенные трубы-заготовки размером 288×12×5500 мм способом центробежного литья, удаляют концевую обрезь для получения труб-заготовок размером 288×12×5000 мм, производят расточку и обточку на станках со следящей системой в цилиндрические трубы-заготовки размером 284,75+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×5000 мм и осуществляют теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером «под ключ» 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-20 мм.