СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОКАТАНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАРОК СТАЛИ И СПЛАВОВ С ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТЬЮ ПО СТЕНКЕ
METHOD FOR PRODUCTION OF COLD-ROLLED PIPES OF LARGE AND MEDIUM DIAMETRES OF HARDLY-DEFORMED GRADES OF STEELS AND ALLOYS WITH HIGH ACCURACY BY WALL

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов из сварных прямошовных передельных трубных заготовок, и может быть использовано при производстве холоднокатаных труб большого и среднего диаметров повышенной точности по стенке на станах ХПТ 250 и ХПТ 450.
3
3
1
В практике трубного производства известен способ производства сварных прямошовных труб большого диаметра, включающий производство листовой заготовки, строжку листа по ширине, подготовку кромок листа к сварке, сварку продольных кромок трубных заготовок на медном башмаке под слоем флюса с одним или двумя продольными швами с усилением наружного и внутреннего швов, нагрев сварного соединения до температуры АС+(120-200)°С, деформацию сварного соединения до полной раскатки шва, нагрев раскатанного сварного соединения и зоны термического влияния в индукторе до температуры АС+(80-100)°С, закалку в водяном спрейере со скоростью охлаждения (70-100)°С в секунду и отпуск при температуре AC-(30-80)°С (патент РФ №2221057, 2004 г.).
Недостаток известного способа заключается в том, что он применяется при производстве товарных труб из углеродистых и малолегированных марок стали с усилениями наружных швов в пределах 0,5-3,0 мм и внутренних не менее 0,5 мм (ТУ 14-3-1689-2000 "Трубы стальные электросварные прямошовные диаметром 1020 и 1220 мм для газонефтепроводов"), наружных швов в пределах 0,5-5,0 мм и внутренних не менее 0,5 мм (ГОСТ 10706 "Трубы стальные электросварные прямошовные") при средней ширине швов 20-30 мм (наружных не более 35 мм, а внутренних не более 40 мм).
В трубопрокатном производстве известен способ производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из горячекатаных передельных трубных заготовок диаметром 273-325 мм по ГОСТ 9940, включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом из нержавеющих марок стали типа 08 - I2XI8HIOT и 12Х18Н12Т размером 400-520×1750 мм, механическую обработку слитков в слитки-заготовки (обточку) размером 400-500×1750 мм, сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку слитков-заготовок в стане косой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовом стане в товарные или передельные трубы по ГОСТ 9940 с подкладными углеродистыми кольцами (патент РФ №2175899, №32, 2001 и авт. св. СССР №732043, 1980).
Однако такой способ производства товарных и передельных труб по ГОСТ 9940 из слитков ЭШП имеет следующие недостатки: из-за повышенных нагрузок за одну прошивку в станах косой прокатки можно прошивать слитки диаметром не более 500 мм, из которых на пилигримовых станах прокатывать трубы диаметром до 325 мм и только из нержавеющих марок стали типа 08-I2XI8HIOT и 08-12Х18Н12Т, а трубы из труднодеформируемых марок стали и сплавов типа 06ХН28МДТ, ХН65МВУ и 20Х25Н25ТЮ-Ш производить по данной технологии невозможно. Передельные трубы имеют продольную разностенность, т.к. процесс прокатки ведут на дорнах с конусностью 5-8 мм, большое количество дефектов в виде плен и требуют механическую обработку по наружной и внутренней поверхности (обточку и расточку) со съемом металла по 6-8 мм на сторону.
В трубном производстве, с целью снижения нагрузок на станах косой прокатки при производстве горячедеформированных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ с пилигримовыми станами, используется способ двойной прошивки слитков-заготовок, включающий первую прошивку слитков ЭШП диаметром 540-600 мм в прошивном стане с вытяжкой µ=1,2-1,4, а вторую и последующие при необходимости прошивки-раскатки с подъемом или посадом по диаметру не более 5,0% и вытяжкой µ=1,4-1,75 (патент РФ №2247612, №7, 2005 и патент РФ №2207199, №18, 2003).
Использование данных способов хотя и позволяет производить товарные и передельные трубы большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, снизить вероятность застревания (затяжек) дорнов в трубах, снизить расходный коэффициент дорогостоящего металла, а следовательно, и стоимость труб, но имеет недостатки, связанные с двойным нагревом (слитков ЭШП и гильз первой прошивки), двойной прошивкой (прошивка слитков ЭШП и раскатка гильз на оправках большего диаметра), которые приводят к снижению производительности пилигримовых станов, а также к повышенной поперечной и продольной разностенности труб, а следовательно, к повышенному расходу металла и повышенной стоимости передельных или товарных труб.
В трубопрокатном производстве известен также способ производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из горячекатаных передельных труб труднодеформируемых марок стали и сплавов, прокатываемых на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев до температуры пластичности сверленых слитков ЭШП, экспандирование их в полые гильзы-заготовки с вытяжкой µ=1,2-1,8 без подъема по диаметру, механическую обработку (обточку и расточку) до удаления ковочных дефектов, нагрев до температуры пластичности и прокатку на пилигримовых станах с вытяжкой µ≤5,0 или экспандирование сверленых слитков ЭШП в полые гильзы-заготовки с вытяжкой µ=0,9-1,5, с подъемом по диаметру от 1,05 до 1,4, а затем обточку и расточку их в гильзы-заготовки до удаления ковочных дефектов, нагрев до температуры пластичности и прокатку товарных или передельных труб на пилигримовых станах с вытяжкой µ≤5,5 и с выведением пилигримовых головок на подкладные углеродистые кольца (патент РФ №2242302, №35, 2004).
Использование данного способа производства горячекатаных передельных труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами хотя и позволяет повысить производительность пилигримовых станов за счет исключения двойного нагрева, прошивки слитков ЭШП в гильзы и раскатки гильз на оправке большего диаметра, снизить расход дорогостоящего металла, а следовательно, и стоимость труб, но имеет недостатки, связанные с дополнительной операцией экспандирования слитков ЭШП в полые гильзы-заготовки, что повышает их стоимость, а следовательно, и стоимость труб.
Наиболее близким техническим решением является способ производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенной точностью по стенке из передельной трубной заготовки, включающий формовку листовой заготовки на вальцах в трубную передельную заготовку для прокатки товарных или передельных труб большего диаметра, сварку под слоем флюса, термическую обработку передельной прямошовной заготовки и прокатку на оправке в калибрах с переменным радиусом (ТУ 1380-001-08629133 05 "Трубы электросварные для технических трубопроводов из углеродистых, низколегированных, высоколегированных коррозионно-стойких, жаростойких сталей") и Н.Г.Дановский, Б.С.Литвак, АВ.Сафьянов и др. Кузнечно-штамповочное производство: перспективы и развитие, с.729-731, Екатеринбург, 2005).
Использование данного способа производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенной точностью по стенке хотя и исключает процесс производства передельной трубной заготовки на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, значительно снижает расход дорогостоящего металла, а следовательно, и стоимость труб, но имеет недостатки, связанные с отсутствием теоретически обоснованных технологических и геометрических параметров прокатки сварных прямошовных передельных заготовок из труднодеформируемых марок стали и сплавов на станах ХПТ 250 и ХПТ 450 в товарные трубы в соответствии с ТУ 14-158-135-2003 "Трубы холоднодеформированные коррозионно-стойкие для технических трубопроводов".
Задачей предложенного способа является освоение нового технологического процесса производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов из сварных прямошовных передельных трубных заготовок на станах ХПТ 250 и ХПТ 450, которые по механическим свойствам полностью отвечают требованиям ГОСТ 9941 и ТУ 14-158-135-2003, а по геометрическим размерам (толщине стенки) превышают требования ГОСТ 9941, значительное снижение расходных коэффициентов металла, а следовательно, снижение стоимости труб из легированных труднодеформируемых марок стали и сплавов.
Технический результат достигается тем, что в известном способе производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенной точностью по стенке, включающем формовку листовой заготовки на вальцах в трубную передельную заготовку для прокатки товарных или передельных труб большего диаметра, сварку продольных кромок расходуемым электродом под слоем флюса, термическую обработку передельной прямошовной трубной заготовки и прокатку ее на оправке в товарную холоднокатаную трубу максимального диаметра, передельную трубную заготовку прокатывают в калибрах с переменным радиусом в товарную холоднокатаную трубу максимального диаметра с вытяжкой 1,4-1,7 и обжатием по стенке не менее 25%, при этом при последующих перекатах вытяжку плавно увеличивают на 0,05-0,10 до 1,7-2,0, большие значения вытяжек и обжатий по стенке принимают для сталей с большим суммарным содержанием хрома и никеля, а передельную трубную заготовку прокатывают в товарную или передельную холоднокатаную трубу максимального диаметра с отношением диаметра к толщине стенки трубы D/S=40-50, которую при последующем перекате прокатывают в трубы меньшего диаметра с увеличением отношения D/S от 2 до 10, а последний перекат производят с отношением D/S=50-75.
Сущность способа заключается в том, что передельную трубную заготовку прокатывают в калибрах с переменным радиусом в товарную холоднокатаную трубу максимального диаметра с вытяжкой 1,4-1,7 и обжатием по стенке не менее 25%, при этом при последующих перекатах вытяжку плавно увеличивают на 0,05-0,10 до 1,7-2,0, а большие значения вытяжек и обжатий по стенке принимают для сталей с большим суммарным содержанием хрома и никеля, передельную трубную заготовку прокатывают в товарную или передельную холоднокатаную трубу максимального диаметра с отношением диаметра к толщине стенки трубы D/S=40-50, которую при последующем перекате прокатывают в трубы меньшего диаметра с увеличением отношения D/S от 2 до 10, а последний перекат производят с отношением D/S=50-75. 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 опробован и осуществлен на ЗАО "Завод ПСК" при изготовлении передельных трубных заготовок размером 377×10×4000 мм из сталей 06ХН28МДТ, 10ХI7Н13М2Т, ХН30МДБ и передельных трубных заготовок размером 426×12×4000 мм из стали ХН30МДБ и прокатки их на станах ХПТ 250 и ХПТ 450 ОАО "ЧТПЗ" в передельные и товарные трубы размером 325×7, 273×5, 219×4,5 и 159×4 мм из стали 06ХН28МДТ, труб размером 325×7, 273×5 и 219×4 мм из стали 10ХI7Н13М2Т и труб размером 377×8, 325×7, 325×5, 273×4, 219×4 и 159×3 мм из марки ХН30МДБ. Данные по прокатке промышленных партий холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из данных марок стали приведены в таблице. В производство было задано 182 передельные заготовки (65,9 т) стали марки 06ХН28МДТ размером 377×10×4000 мм, из которых 74 заготовки (26,8 т) прокатаны по существующему способу, а 108 заготовок (39,1 т) по предлагаемому, т.е. в соответствии с формулой изобретения. При перекате труб-заготовок размером 377×10×4000 мм по существующему способу на стане ХПТ 450 в трубы размером 325х8 мм получено 21,8 т товарных труб, из которых 7,6 т принято в соответствии с ТУ, а остальные (14,2 т) были использованы как передельные при прокатке труб размером 273×6 мм. Расходный коэффициент металла при переделе трубных заготовок размером 377×10 мм в трубы размером 325×8 мм составил 1,230. При перекате труб размером 325×8 мм получено 12,7 т труб размером 273×6 мм, из которых 5,2 т принято в соответствии с ТУ, а остальные (7,5 т) были использованы как передельные при прокатке труб размером на 219×5 мм. Расходный коэффициент металла при переделе трубных заготовок размером 325×8 мм в трубы размером 273×6 мм составил 1,119. При перекате труб размером 273×6 мм в трубы размером 219×5 мм получено 6,8 т, из которых 3,4 т труб принято в соответствии с ТУ, а остальные 3,4 т перекатанных в трубы размером 159×4 мм. Расходный коэффициент металла при переделе 273×6 мм в трубы 219×5 мм составил 1,103, а при переделе 219×5 мм в трубы 159×4 мм составил 1,097. Общий средний расходный коэффициент металла при переделе передельных трубных заготовок размером 377×10 мм в товарные трубы размером 325×8, 273×6, 219×5 и 159×4 мм составил 1,389. Расходный коэффициент металла по переделам составил 1,230, 1,119, 1,103 и 1,097.
Сто восемь передельных труб-заготовок размером 377×10×4000 мм стали марки 06ХН28МДТ (39,1 т) были последовательно перекатаны в трубы размером 325×7, 273×5, 219×4 и 159×3 мм по предлагаемой технологии, т.е. в соответствии с формулой изобретения. При перекате (переделе) трубных заготовок размером 377×10 мм принято по ТУ 14-158-135-2003 - 35,6 т труб размером 325×7 мм. Расходный коэффициент металла при переделе составил 1,099. Из данной партии 8,4 т труб размером 325×7 мм были приняты по ТУ 14-158-135-2003, а остальные 27,2 т были перекатаны в трубы размером 273×5 мм. Расходный коэффициент металла составил 1,063. Принято 25,6 т труб размером 273×5 мм, из которых в соответствии с ТУ принято 9,9 т, а остальные 15,7 т как передельные были перекатаны в трубы размером 219×4 мм. Расходный коэффициент металла составил 1,047. Девять и одна десятая тонны труб размером 219×4 мм были приняты по ТУ, а остальные 5,9 т были перекатаны в трубы размером 159×3 мм. Принято в соответствии с ТУ 14-158-135-2003 - 5,6 т. Расходный коэффициент металла составил 1,054. Общий средний расходный коэффициент металла при переделе передельных трубных заготовок размером 377×10 мм в товарные трубы размером 325×7, 273×5, 219×4 и 159×3 мм составил 1,185. Расходный коэффициент металла по переделам составил, соответственно, 1,099, 1,063, 1,047 и 1,1054. Общее среднее снижение расходного коэффициента металла при переделе прямошовных сварных заготовок стали марки 06ХН28МДТ по предлагаемому способу, по сравнению с существующим, составило 0,204, т.е. на 204 кг на каждой тонне товарных труб.
Семьдесят три передельные трубы-заготовки размером 377×10×4000 мм стали марки 10ХI7Н13М2Т (26,4 т) были последовательно перекатаны по существующему способу в трубы размером 325×8, 273×6 и 219×4 мм. В соответствии с ТУ 14-158-135-2003 было принято 7,1 т труб размером 325×8 мм, 5,75 т труб размером 273×6 мм и 6,1 т труб размером 219×4 мм. Расходный коэффициент металла по переделам составил, соответственно, 1,240, 1,127 и 1,115, а общий средний расходный коэффициент металла при переделе передельных трубных заготовок размером 377×10×4000 мм в товарные трубы размером 325×7, 273×5, 219×4 и 159×3 мм составил 1,394. По предлагаемой технологии в производство было задано 52 (18,62 т) передельные заготовки размером 377×10×4000 мм, которые прокатаны в трубы размером 325×7 мм - 3,8 т, 273×5 мм - 6,9 т и 219×4 мм - 3,4 т. Расходный коэффициент металла по переделам, соответственно, составил 1,101, 1,058 и 1,059, а общий средний расходный коэффициент металла при переделе передельных трубных заготовок размером 377×10×4000 мм в товарные трубы размером 325×7, 273×5 и 219×4 мм составил 1,157. Общее среднее снижение расходного коэффициента металла при переделе прямошовных сварных заготовок стали марки 10ХI7НIЗМ2Т по предлагаемому способу, по сравнению с существующим, составило 0,237, т.е. на 237 кг на каждой тонне товарных труб.
Аналогичная картина наблюдается и при прокатке труб из передельных сварных заготовок стали ХН30МДБ. В производство было задано 42 передельные сварные заготовки (20,7 т) размером 426×12×4000 мм, которые по существующей технологии были перекатаны в трубы размером 377×9 мм. Принято в соответствии с ТУ 14-158-135-2003 - 16,3 т. Расходный коэффициент металла при переделе составил 1,270. Из данных труб для выполнения заказов принято по ТУ - 4,7 т, а остальные 11,6 т были перекатаны в трубы размером 325×7 мм. Принято по ТУ 10 т. Расходный коэффициент металла составил 1,160. Из данной партии сдано по ТУ - 5,3 т, а остальные 4,7 т были перекатаны в трубы размером 273×4 мм в количестве 4,2 т. Расходный коэффициент металла составил 1,122. Расходный коэффициент металла по переделам составил, соответственно, 1,270, 1,160 и 1,093, а общий расходный коэффициент металла от передельной заготовки при прокатке труб по ТУ 14-158-135-2003 размером 377×8, 325×5 и 273×4 мм составил 1,448. По предлагаемой технологии в производство было задано 14 передельных сварных заготовок (6,7 т) размером 426×12×4000 мм, которые были перекатаны в трубы размером 377×8 мм. Принято в соответствии с ТУ - 6,1 т. Расходный коэффициент металла при переделе составил 1,099. Из данных труб для выполнения заказов принято по ТУ - 2,4 т, а 3,7 т были перекатаны в трубы размером 325×5 мм. Принято по ТУ - 3,5 т. Расходный коэффициент металла составил 1,058. Из данной партии для выполнения заказа принято по ТУ - 1,6 т, а остальные 1,9 т были перекатаны в трубы размером 273х4 мм в количестве 1,8 т. Расходный коэффициент металла составил 1,056. Расходный коэффициент металла по переделам составил, соответственно, 1,099, 1,058 и 1,056, а общий расходный коэффициент составил 1,152. Общее среднее снижение расходного коэффициента металла при переделе прямошовных сварных заготовок стали марки ХН30МДБ по предлагаемому способу, по сравнению с существующим, составило 0,296, т.е. на 296 кг на каждой тонне товарных труб.
В производство также было задано 44 передельные сварные заготовки (15,8 т) размером 377×10×4000 мм сплава ХН30МДБ, которые были перекатаны по существующей технологии в трубы размером 325×8 мм. Принято в соответствии с ТУ - 13,0 т. Расходный коэффициент металла при переделе составил 1,216. Из данных труб для выполнения заказов принято по ТУ - 4,8 т, а остальные 8,2 т были перекатаны в трубы размером 273×6 мм. Принято по ТУ - 7,4 т. Расходный коэффициент металла составил 1,109. Из данной партии для выполнения заказов по ТУ принято 4,4 т, а остальные 3,0 т были перекатаны в трубы размером 219×4 мм в количестве 2,7 т. Расходный коэффициент металла составил 1,112. Расходный коэффициент металла по переделам составил, соответственно, 1,216, 1,109 и 1,112, а общий расходный коэффициент металла от передельной заготовки при прокатке труб по ТУ 14-158-135-2003 размером 325×7, 273×5 и 219×4 мм составил 1,394. По предлагаемой технологии в производство было задано 34 передельные сварные заготовки (12,3 т) размером 377×10×4000 мм, которые были перекатаны в трубы размером 325×7 мм. Принято в соответствии с ТУ - 11,2 т. Расходный коэффициент металла при переделе составил 1,099. Из данных труб для выполнения заказов принято по ТУ - 2,8 т, а 8,4 т были перекатаны в трубы размером 273×5 мм. Принято по ТУ - 7,9 т. Расходный коэффициент металла составил 1,064. Из данной партии по ТУ принято 2,5 т, а остальные 5,4 т были перекатаны в трубы размером 219×4 мм в количестве 5,1 т. Расходный коэффициент металла составил 1,059. Из данной партии 3,1 т труб приняты по ГОСТ 9941, а 2,0 т были перекатаны в трубы размером 159×3 мм в количестве 1,9 т. Расходный коэффициент металла при переделе составил 1,053. Расходный коэффициент металла по переделам составил, соответственно, 1,099, 1,064, 1,059 и 1,053, а общий расходный коэффициент составил 1,192. Общее среднее снижение расходного коэффициента металла при переделе прямошовных сварных заготовок стали марки ХН30МДБ по предлагаемому способу, по сравнению с существующим, составило 0,170, т.е. на 170 кг на каждой тонне товарных труб.
Из таблицы видно, что при прокатке труб из передельных сварных заготовок в соответствии с формулой изобретения общий средний расходный коэффициент металла снижается, по сравнению с существующим способом, в зависимости от марки стали и размеров исходной заготовки, на 170-296 кг на каждой тонне труб. Основная доля снижения расходного коэффициента металла от 31,2% до 64,2% приходится на первый перекат передельных заготовок в товарные или передельные холоднокатаные трубы. Эти данные подтверждают правильность формулы изобретения. Из таблицы также видно, что относительная разностенность труб значительно ниже, чем по ГОСТ 9941, которая снижается от количества перекатов передельных трубных заготовок в товарные трубы.
Таким образом, использование предложенного способа производства холоднокатаных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенной точностью по стенке позволит производить качественные трубы в соответствии с ТУ 14-15-135-2003 и ГОСТ 9941 из сварных передельных трубных заготовок вместо бесшовных, снизить допуск по стенке и значительно снизить расходный коэффициент металла при переделе: передельная прямошовная трубная заготовка - холоднокатаная труба, а следовательно, значительно снизить стоимость холоднокатаных труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов.