СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 292×12 мм НА ТПУ 8-16" С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ ИЗ СЛИТКОВ-ЗАГОТОВОК ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА НИЗКОПЛАСТИЧНЫХ СТАЛЕЙ МАРОК 04Х14ТЗР1Ф-Ш И 04Х14Т5Р2Ф-Ш С СОДЕРЖАНИЕМ БОРА ОТ 1,3 ДО 3,5 % ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШЕСТИГРАННЫХ ТРУБ-ЗАГОТОВОК РАЗМЕРОМ "ПОД КЛЮЧ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм ДЛЯ УПЛОТНЕННОГО ХРАНЕНИЯ В БАССЕЙНАХ ВЫДЕРЖКИ АЭС И ТРАНСПОРТИРОВКИ ОТРАБОТАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
PRODUCTION OF REROLLED 292×12 mm PIPES AT PRU 8-16" WITH PILGER MILLS FROM ESR INGOTS-BILLETS OF LOW-DUCTILITY "04Х14ТЗР1Ф-Ш"- AND "04Х14Т5Р2Ф-Ш"-GRADE STEELS WITH BORON CONTENT OF 1,3-3,5% FOR FABRICATION OF HEXAGONAL TURNKEY PIPE BILLETS SIZED TO 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 mm FOR STORAGE AT RACKS OF NUCLEAR POWER STATION USED FUEL COOLING POND AND ITS TRANSPORTATION

Изобретение относится к трубному производству, в частности к способу производства передельных труб размером 292×12×21000-22500 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 470±5×100±5×1675±25 мм низкопластичных сталей марок 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 1,3 до 3,5% для изготовления шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива, и может быть использовано при производстве слитков-заготовок на установках ЭШП и бесшовных горячекатаных передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами с оптимальными геометрическими размерами и смещенным полем допуска передельных труб под механическую обработку-расточку и обточку для последующей переработки их в шестигранные трубы-заготовки.
В трубном производстве известен способ производства передельных труб из низкопластичной 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 215×1850-1950 мм, нагрев до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки на ТПА-350 с автоматическим станом в гильзы размером 220×45×2700-2850 мм, охлаждение, ремонт, прошивку на первом прошивном стане в гильзы размером 250×28×3400-3600 мм, прошивку на втором стане в гильзы размером 292×13×5600-5950 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 288×11 мм при температуре 850-950°С (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 215×1850-1950 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 также 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 460-480×1600-1750 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 460×вн.240×2100-23 00 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в трубы-заготовки размером 377×88,5×3200-3600 мм, охлаждение труб-заготовок и их ремонт (при необходимости), порезку труб-заготовок на два крата-заготовки размером 377×88,5×1575-1750 мм, повторный нагрев их до температуры пластичности, прошивку (раскатку) в прошивном стане в гильзы размером 400×50×2300-2550 мм, а затем прокатку на пилигримовом стане в передельные трубы размером 290×12×11000-12000 мм и правку на правильной машине при температуре не ниже 100°С, с использованием температуры прокатного нагрева (Патент РФ №2226133, Кл. В21В 21/00. 2004).
Известный способ имеет следующие недостатки. Технологический процесс производства передельных труб из стали 04Х14Т3Р1Ф-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 377×88,5×1600-1800 мм, полученных из одного слитка, на пилигримовом стане в передельные трубы размером 290×12×11500-12500 мм приводит к увеличению технологических отходов в виде двух затравочных концов и двух пилигримовых головок. При неустановившемся 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 290×12×11500-12500 мм из гильз размером 400×50×2300-2550 мм в течение 3,0-3,5 минут приводит к снижению температуры гильзы до 750°С, т.е. прокатка концов труб происходит при температуре ниже 800°С, а это значительно ниже нижнего предела интервала пластичности данной марки стали (800-850°С), 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 (передела в шестигранник) должна быть не короче 5000 мм.
Наиболее близким техническим решением является способ производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (04Х14Т3Р1Ф-Ш), включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом размером 480×1750±70 или 500×1675±70 мм, обточку наружной поверхности до удаления дефектов литейного происхождения в слитки-заготовки размером 460±10×1750±70 или 480±10×1675±70 мм, сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры 1060-1090°С, выдержку при температуре 450-500°С на колосниках методических печей без кантовки в течение 90-120 минут, нагрев до температуры 800-850°С со скоростью 1,8-2,0°С в минуту, затем нагрев до температуры пластичности 1050-1090°С со скоростью 2,1-2,2°С 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 RU №2255820, Кл. В21В 21/00, В21В 21/04. 27.12.2004), прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 470×вн.295×2370-2800 и 480×вн.295×2310-2710 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане с подкладными углеродистыми кольцами размером 480×вн.295×250-300 мм, для частичного выведения пилигримовых головок, в передельные трубы-плети размером, соответственно, 290×12×21000-24000 и 290×12×21000-25000 мм с вытяжками, соответственно, µ=10,0 и µ=10,1 и обжатием по диаметру Δ=38,2 и Δ=38,3%, 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 RU №2334571, Кл. В21В 21/00. 27.09.2008), 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+2.0/-3,0×6+2,0/-1,0 мм со съемом металла при расточке внутренней поверхности от 2,5 до 3,25 мм, обточке наружной поверхности от 1,8 до 4,1 мм и теплое профилирование в шестигранные трубы - заготовки размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм (ТИ 158-Тр.ТБ1-49-2007 "Изготовление бесшовных горячедеформированных передельных труб из стали марки ЧС82-04Х14Т3Р1Ф-Ш").
Одним из основных недостатков данного прототипа, также как и вышеприведенных аналогов, является то, что при механической обработке передельных горячекатаных труб размером 290×12 мм из низкопластичных борсодержащих сталей 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш в круглые передельные трубы размером 284,8+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0 мм более 15% шестигранных труб-заготовок бракуются по дефектам наружной поверхности - наружные плены и мелкие рванины, выводящие толщину стенки за пределы минусового поля допуска (данные за 2011-2012 г.г.). Глубина залегания дефектов не превышает 0,6 мм. Рванины образуются на гильзах в процессе прошивки и при прокатке горячекатаных передельных труб в выпусках калибров пилигримовых валков при повышенных подачах гильз в очаг деформации. Плены образуются на пилигримовом стане из-за налипания металла на реборды бойковой части валков.
Задачей предложенного способа является освоение нового технологического процесса, производства передельных труб размером 292×12×21000-22500 на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок электрошлакового переплава оптимальных размеров, технологии прошивки их в гильзы, технологии прокатки гильз на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы, технологии механической обработки-расточки и обточки передельных горячекатаных труб в круглые передельные трубы за счет увеличения припуска под обточку и снижения припуска под расточку, снижение доли технологических отходов по некратности, снижение брака при механической обработке передельных горячекатаных труб в передельные механически обработанные круглые трубы-заготовки размером 284,8+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0 мм, снижение расходного коэффициента металла при переделе слиток-заготовка ЭШП - передельная трубная заготовка - шестигранная труба-заготовка, а следовательно, снижение стоимости конечной продукции шестигранных труб-заготовок из борсодержащих марок сталей.
Технический результат достигается тем, что в известном способе производства передельных труб размером 292×12 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок электрошлакового переплава низкопластичных сталей марок 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 1,3 до 3,5% для изготовления шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива, включающем отливку слитков электрошлаковым переплавом размером 480×1750±70 или 500×1675±70 мм, обточку слитков по наружной поверхности до удаления дефектов литейного происхождения в слитки-заготовки размером 460±10×1750±70 или 480±10×1675±70 мм, сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 470×вн.295×2370-2800 и 480×вн.295×2310-2710 мм с вытяжками µ от 1,41 до 1,57, подъемом по диаметру δ от 0 до 4,5% и посадом Δ от 0 до 2,4%, соответственно, прокатку гильз на пилигримовом стане с подкладными углеродистыми кольцами размером 480×вн.295×250-300 мм, для частичного выведения пилигримовых головок на углеродистый металл, в калибре 295 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке 20° на дорнах диаметром 264/265 мм в передельные трубы-плети размером 290×12×21000-24000 и 290×12×21500-25000 мм с вытяжкой µ=10,0-10,7 и обжатием по диаметру Δ=37,7-39,0%, 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 284,8+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0 мм со съемом металла при расточке внутренней поверхности от 2,5 до 3,25 мм и обточке наружной поверхности от 1,8 до 4,1 мм, теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм, слитки электрошлакового переплава отливают размером 480×1675±25 мм, обтачивают в слитки-заготовки размером 470±5×1675±25 мм, сверлят сквозное центральное отверстие диаметром 100±5 мм, слитки-заготовки нагревают до температуры 1060-1090°С, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 460×вн.295×2710-2850 мм с подъемом по диаметру Δ от 1,1 до 3,2% и вытяжкой µ от 1,6 до 1,7, гильзы размером 460×вн.295×2710-2850 мм прокатывают на пилигримовом стане в трубы-плети размером 292×12×21000-22500 мм с вытяжкой µ=9,2-9,3 и обжатием по диаметру Δ=35,9%, от труб-плетей пилой горячей резки удаляют затравочные концы и не полностью обкатанные пилигимовые головки, трубы-плети разрезают на две трубы длиной 10500-11250 мм, прокатку передельных труб на пилигримовом стане производят в валках с калибром 295 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке 26-28° на дорнах диаметром 266/267 мм с подачей гильз в очаг деформации при установившемся процессе прокатки m=12-14 мм, расточку и обточку передельных труб размером 292×12 мм производят на размер 284,8+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0 мм со съемом металла на сторону при расточке внутренней поверхности от 1,5 до 2,25 и при обточке наружной поверхности от 2,6 до 5,1, а затем производят теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства передельных труб 292×12 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок электрошлакового переплава низкопластичных сталей марок 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 1,3 до 3,5% для изготовления шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива отличается тем, что слитки электрошлакового переплава отливают размером 480×1675±25 мм, обтачивают в слитки-заготовки размером 470±5×1675±25 мм, сверлят сквозное центральное отверстие диаметром 100±5 мм, слитки-заготовки нагревают до температуры 1060-1090°С, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 460×вн.295×2710-2850 мм с подъемом по диаметру Δ от 1,1 до 3,2% и вытяжкой µ от 1,6 до 1,7, гильзы размером 460×вн.295×2710-2850 мм прокатывают на пилигримовом стане в трубы-плети размером 292×12×21000-22500 мм с вытяжкой µ=9,2-9,3 и обжатием по диаметру Δ=35,9%, от труб-плетей пилой горячей резки удаляют затравочные концы и не полностью обкатанные пилигимовые головки, трубы-плети разрезают на две трубы длиной 10500-11250 мм, прокатку передельных труб на пилигримовом стане производят в валках с калибром 295 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке 26-28° на дорнах диаметром 266/267 мм с подачей гильз в очаг деформации при установившемся процессе прокатки m=12-14 мм, а расточку и обточку передельных труб размером 292×12 мм производят на размер 284,8+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0 мм со съемом металла на сторону при расточке внутренней поверхности от 1,5 до 2,25 и при обточке наружной поверхности от 2,6 до 5,1, а затем производят теплое профилирование в шестигранные трубы-заготовки размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 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 не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентоспособности "изобретательский уровень".
Способ был опробован на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" при прокатке передельных труб размером 292×12 мм из слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 470±5×100×1675±25 мм стали марки 04Х14Т3Р1Ф-Ш поставки ОАО "ЗМЗ" (предлагаемая технология) и труб размером 290×12 мм из слитков-заготовок размером 460±10×1750±70 и 480±10×100×1675±70 мм (существующая технология).
По существующей технологии в производство были заданы 5 слитков-заготовок ЭШП размером 470-490×100×1675-1700 мм общей массой 10818 кг. Слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры 1070-1080°С, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 280 мм в гильзы размером 470-480×вн.295×2430×2680 мм с вытяжками µ от 1,43 до 1,57. Слиток-заготовка размером 470×100×1700 мм был прошит в гильзу с подъемом по диаметру δ=2,1%, а слиток-заготовка размером 490×100×1675 мм - в гильзу с посадом по диаметру Δ=2,04%. Остальные слитки-заготовки были прошиты в гильзы размер в размер по диаметру. Гильзы были прокатаны в передельные трубы размером 290×12×21500-24200 мм в калибре 295 мм на дорнах диаметром 264/265 мм с посадом по диаметру 37,7 и 39,0%. 10 труб размером 290×12×10750-12100 мм были приняты по СТП 158-31 и отправлены в цех №5 на механическую обработку-расточку и обточку в передельные круглые трубы размером 284,8+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0 для последующего передела их в шестигранные трубы-заготовки. В процессе приемки 3 шестигранных трубы-заготовки были забракованы по дефектам проката, выводящим толщину стенки за пределы минусового поля допуска, а именно толщина стенки по после выведения дефектов в виде надрывов на двух трубах-заготовках составила 4,5 и 4,6 мм, а на одной после выведения наружной плены - 4,7 мм. Средняя толщина снимаемого слоя с внутренней поверхности круглых труб-заготовок составила 2,88 мм, а с наружной поверхности - 2,72 мм. Сдано 17 шестигранных труб-заготовок общей массой 3157 кг. Расходный коэффициент металла слиток-заготовка ЭШП - шестигранная труба-заготовка по данной партии составил 3,427.
По предлагаемой технологии в производство были заданы 5 слитков-заготовок ЭШП размером 465-475×100×1650-1675 мм общей массой 10103 кг. Слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры 1070-1080С°, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 280 мм в гильзы размером 460×вн.295×2700-2810 мм с вытяжками µ от 1,61 до 1,68. Слитки-заготовки размером 465-475×100×1650-1675 мм были прошиты в гильзы с посадом по диаметру Δ от 1,08 до 3,16%. Гильзы прокатаны в передельные трубы размером 292×12×21100-22100 мм в калибре 295 мм с углом поперечного выпуска на полирующем участке 26°, на дорнах диаметром 266/267 мм с посадом по диаметру 35,9%. 10 труб размером 292×12×10550-11050 мм были приняты по СТП 158-31 и отправлены в цех №5 на механическую обработку - расточку и обточку в передельные круглые трубы размером 284,8+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0 для последующего передела их в шестигранные трубы-заготовки. В процессе приемки одна шестигранная труба-заготовка была забракована по дефектам проката, выводящим толщину стенки за пределы минусового поля допуска, а именно толщина стенки по после выведения дефектов в виде надрывов составила 4,9 мм. Средняя толщина снимаемого слоя с внутренней поверхности круглых труб-заготовок составила 2,05 мм, а с наружной поверхности - 3,55 мм. Сдано 19 шестигранных труб-заготовок общей массой 3533 кг. Расходный коэффициент металла слиток-заготовка ЭШП - шестигранная труба-заготовка по данной партии составил 2,860.
Данные по прокатке передельных труб из слитков-заготовок ЭШП стали марки ЧС 82 с содержанием бора 1,3-1,8% и передела их в шестигранные трубы-заготовки по существующей и предлагаемой технологиям (способам) приведены в таблице 1.
Из таблицы видно, что при прокатке передельных горячекатаных труб и передела их в шестигранные трубы-заготовки по предлагаемому способу получено снижение расходного коэффициента металла на 567 кг на каждой тонне товарных шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм.
Таким образом, по предлагаемому способу при производстве опытно-промышленных партий передельных труб размером 292×12 мм на ТПУ 8-16"с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" из низкопластичной стали 04Х14Т3Р1Ф-Ш (ЧС 82) получено снижение расходного коэффициента металла при переделе слиток-заготовка - передельная труба - шестигранная труба-заготовка на 567 кг на каждой тонне товарных шестигранных труб-заготовок размером "под ключ" 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм.
Использование предлагаемого способа производства передельных труб размером 292×12 мм из слитков ЭШП размером 470±5×100±5×1675±25 мм позволит, за счет использования оптимальных размеров слитков-заготовок, технологии прошивки их в гильзы, технологии прокатки гильз на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы, технологии механической обработки - расточки и обточки передельных горячекатаных труб в круглые передельные трубы за счет увеличения припуска под обточку и снижения припуска под расточку, снизить долю технологических отходов по некратности, брак при механической обработке передельных горячекатаных труб в передельные механически обработанные круглые трубы размером 284,8+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0 мм, снизить расходный коэффициента металла при переделе слиток-заготовка ЭШП - передельная трубная заготовка - шестигранная труба-заготовка ≈ на 500-600 кг, а следовательно, снизить стоимость товарных шестигранных труб-заготовок из борсодержащих марок сталей.