СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ ИЗ ТРУДНОДЕФОРМИРУЕМЫХ МАРОК СТАЛИ И СПЛАВОВ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ
FABRICATION METHOD OF SEAMLESS HOT-DEFORMED TUBES OF LARGE AND MEAN DIAMETRES FROM DIFFICULT-TO-FORM GRADES OF STEEL AND ALLOYS ON TUBE-FORMING INSTALLATION WITH PILGER MILLS

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, и может быть использовано при производстве труб диаметром 219-550 мм на ТПУ с пилигримовыми станами, имеющими в технологической линии два стана косой прокатки, установленных параллельно со смещением входных и выходных сторон.
Известны способы прошивки слитков и заготовок в станах косой прокатки в гильзы с отношением D/S≥13,5 для производства труб диаметром 530-550 мм на ТПА8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" из углеродистых и малолегированных марок стали и труб диаметром 351 мм и более из слитков ЭШП труднодеформируемых марок стали и сплавов, заключающиеся в том, что нагретые слитки и заготовки прошивают (деформируют) в прошивном стане в две прошивки (ТИ158-Тр.ТБ1-38-97 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб для паровых котлов и трубопроводов по ТУ14-3-460-75 и ТУ14-3-420-75", ТИ158-Тр.ТБ1-56-97 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали марки 20 для нефтеперерабатывающей промышленности по ТУ14-3-587-77", ТИ158-Тр.ТБ1-51-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали 15Х5М по ТУ14-3Р-62-2002" и ТИ158-Тр.ТБ1-53-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из коррозионно-стойких марок стали с повышенным качеством поверхности по ТУ14-3Р-197-2001").
Недостатком данных способов является то, что двойная прошивка слитков и заготовок приводит к двойному нагреву, а следовательно, к повышенному угару металла, снижению производительности пилигримовой установки и повышению стоимости их передела. Прокатка труб диаметром 351 мм и более из труднодеформируемых марок стали и сплавов из сверленых заготовок и слитков ЭШП за одну прошивку вообще невозможна из-за малой мощности привода прошивного стана при повышенных нагрузках.
Известен способ производства бесшовных горячедеформированных труб, заключающийся в нагреве слитков и заготовок до температуры пластичности, прошивке их в полые толстостенные гильзы в одном стане косой прокатки с последующей раскаткой в тонкостенные гильзы во втором стане косой прокатки и прокаткой их в трубы на установке с автоматическим станом (производство бесшовных горячекатаных труб диаметром до 325 мм из коррозионно-стойких сталей по ГОСТ 9940 на ТПА "350" Никопольского Южнотрубного завода, Украина).
Однако известный способ также имеет недостатки. Станы косой прокатки установлены последовательно. Данный способ прокатки приемлем для массового производства труб на ТПУ с автоматическими станами. На ТПА "350", даже при наличии двух станов косой прокатки, производят трубы из труднодеформируемых марок стали (нержавеющие по ГОСТ 9940), максимальный диаметр которых не превышает 325 мм. Для производства труб малыми партиями (до одной трубы) на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами данный способ не приемлем, т.к. он приводит к потере производительности ТПУ с пилигримовыми станами из-за простоев второго стана при прокатке труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром более 325 мм, т.е. труб диаметром 351-550 мм, требующих двойную прошивку.
Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформируемых труб большого диаметра на ТПУ с пилигримовыми станами, заключающийся в том, что прошивку слитков ЭШП и заготовок из труднодеформируемых марок стали и сплавов в толстостенные гильзы производят в первом прошивном стане, рабочие валки которого вращают в одну сторону, а раскатку в тонкостенные гильзы - во втором стане, рабочие валки которого вращают в противоположную сторону (патент РФ №2243837, 2005, бюл. №1).
Данный способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра направлен на улучшение геометрических размеров горячедеформированных труб из углеродистых и легированных марок стали, снижение расходного коэффициента металла, но не решает главной задачи, а именно, повышение производительности ТПУ с пилигримовыми станами при прокатке труб диаметром 351-550 мм из труднодеформируемых марок стали и сплавов и труб диаметром 273-450 мм малыми партиями по ГОСТ и ТУ любого назначения.
Задачей предложенного способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является возможность производства качественных труб диаметром до 325 мм с одной прошивкой и диаметром более 325 мм с двумя прошивками, снижение расходного коэффициента металла за счет исключения двойного нагрева и повышение производительности ТПУ с пилигримовыми станами за счет установки станов косой прокатки параллельно со смещением входных и выходных сторон, что дает возможность при прокатке труб диаметром 273-450 мм малыми партиями производить на первом стане косой прокатки прошивку заготовок в гильзы одного диаметра, а на втором стане косой прокатки в гильзы другого диаметра, для прокатки труб разных диаметров на пилигримовых станах.
Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем сверление в заготовках и слитках электрошлакового переплава центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев заготовок и слитков электрошлакового переплава до температуры пластичности, прошивку и раскатку их в полые толстостенные и тонкостенные гильзы на станах косой прокатки, прошивку и раскатку сверленых заготовок и слитков электрошлакового переплава производят на станах косой прокатки, установленных параллельно друг другу со смещением входных и выходных сторон, при этом прошивку сверленых заготовок и слитков электрошлакового переплава из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром до 500 мм производят с вытяжкой µ=1,2-1,5 и подъемом по диаметру 3,0-5,0%, а прошивку сверленых заготовок и слитков электрошлакового переплава диаметром более 500 мм производят в толстостенные гильзы в первом стане косой прокатки с вытяжкой µ=1,1-1,15 и подъемом по диаметру 2,0-3,5%, а раскатку в тонкостенные гильзы во втором стане косой прокатки с вытяжкой µ=1,1-1,25 и подъемом по диаметру 3,0-4,5%.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что прошивку и раскатку их в полые толстостенные и тонкостенные гильзы на станах косой прокатки, прошивку и раскатку сверленых заготовок и слитков электрошлакового переплава производят на станах косой прокатки, установленных параллельно друг другу со смещением входных и выходных сторон, при этом прошивку сверленых заготовок и слитков электрошлакового переплава из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром до 500 мм производят с вытяжкой µ=1,2-1,5 и подъемом по диаметру 3,0-5,0%, а прошивку сверленых заготовок и слитков электрошлакового переплава диаметром более 500 мм производят в толстостенные гильзы в первом стане косой прокатки с вытяжкой µ=1,1-1,15 и подъемом по диаметру 2,0-3,5%, а раскатку в тонкостенные гильзы во втором стане косой прокатки с вытяжкой µ=1,1-1,25 и подъемом по диаметру 3,0-4,5%. Таким образом, заявляемый способ соответствует 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".
В связи с отсутствием в России на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами в технологической линии двух прошивных станов, предлагаемый способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов осуществить не представляется возможным.
Таким образом, подтверждены только теоретические обоснования способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ с пилигримовыми станами, имеющими в своем составе два стана косой прокатки, установленных параллельно относительно друг друга в технологической линии со смещением входных и выходных сторон.
В таблице приведены фактические и теоретические данные по прокатке передельных труб размером 426×30 мм из стали марки 10Х17Н13М2Т из слитков ЭШП по существующей (двойной нагрев с прошивкой и раскаткой в стане косой прокатки) и предлагаемой технологии (один нагрев с последующей прошивкой и раскаткой в станах косой прокатки, установленных в технологической линии ТПУ параллельно, выходная сторона первого стана косой прокатки расположена против входной стороны второго стана).
Из таблицы видно, что по существующей технологии для прокатки передельных труб размером 426×30 мм, в производство было задано 5 слитков ЭШП размером 600×100×1700 мм общей массой 18,34 т. Время нагрева под первую прошивку составило 11,25 часа. Слитки были прошиты на оправке диаметром 275 мм в гильзы размером 600×290вн.×2090 мм, т.е. размер в размер по диаметру. Вытяжка составила µ=1,23. Нагрузка на привод прошивного стана достигала 8 КА, т.е. находилась на верхнем пределе. Гильзы были переданы на склад слитков и заготовок, где после охлаждения были осмотрены и при необходимости отремонтированы (дефекты в виде мелких наружных плен были удалены пологой абразивной зачисткой). Затем гильзы были посажены в печь и повторно нагреты до температуры пластичности и раскатаны в стане косой прокатки на оправке диаметром 390 мм в гильзы размером 620×405вн.×2540 мм с вытяжкой µ=1,21 и подъемом по диаметру δ=3,3%. Нагрузка на привод прошивного стана составила 7,5 КА. Гильзы после раскатки имели повышенную кривизну, что приводило к затрудненному введению дорна в гильзы. Кривизна гильз при раскатке образуется из-за неравномерного нагрева их по длине и сечению, т.к. гильзы после первой прошивки имеют кривизну по сравнению со сверлеными и обточенными слитками ЭШП. При кантовке гильз вдоль печи из-за кривизны они кантуются значительно хуже, т.е. угол кантовки имеет значительный разбег, вместо угла α=180±15°. Прокатка гильз с повышенной кривизной на пилигримовом стане приводит к повышенной поперечной разностенности, особенно затравочных концов. Гильзы были прокатаны на пилигримовом стане в передельные трубы размером 426×30 мм. Сдано в соответствии с ГОСТ 9940-41,08 м труб или 12,03 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,525. Время первой прошивки 5 слитков ЭШП составило 0,75 часа, а время раскатки и прокатки труб на пилигримовом стане составило 1,2 часа, из-за длительности введения дорнов в гильзы и повышенного времени на затравку. Во время прошивки слитков ЭШП в гильзы, раскатки гильз и прокатки труб второй стан пилигримовой установки 8-16'' простаивал. По предлагаемой технологии при наличии в технологической линии ТПУ двух прошивных станов, установленных параллельно со смещением входных и выходных сторон, слитки размером 580×100×1750 мм должны быть нагреты до температуры пластичности в течение 10,5 часа, затем прошиты в первом прошивном стане на оправке диаметром 275 мм в гильзы размером 600×290вн.×2000 мм с вытяжкой µ=1,15 и подъемом по диаметру δ=3,4%. После прошивки гильзы должны быть переданы на входную сторону второго стана косой прокатки и раскатаны на оправке диаметром 390 мм в гильзы размером 620×405вн.×2500 мм с вытяжкой µ=1,25 и подъемом по диаметру 3,3% (в соответствии с формулой изобретения), а затем прокатаны на любом из двух пилигримовых станов в передельные трубы размером 426×30 мм. Общее время прошивки, раскатки и прокатки 5 передельных труб не должно превышать 0,5 часа, т.к. при прошивке и последующей раскатке температура по сечению и длине гильз выравнивается, а следовательно, гильзы должны иметь наименьшую кривизну и хорошо одеваться на дорн. Прокатка труб из прямолинейных гильз приводит к снижению поперечной разностенности, особенно при затравке гильз, что в свою очередь приводит с снижению концевой (затравочной) обрези. Теоретическая сдача труб должна быть не менее 43,75 м или массой 12,81 т. Расходный коэффициент металла должен быть не более 1,375.
Таким образом, подтверждены фактические и теоретические обоснования целесообразности использования предложенного способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ с пилигримовыми станами из сверленых заготовок и слитков ЭШП, при котором прошивку и раскатку сверленых заготовок и слитков электрошлакового переплава производят на станах косой прокатки, установленных параллельно друг другу со смещением входных и выходных сторон, при этом прошивку сверленых заготовок и слитков электрошлакового переплава из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром до 500 мм производят с вытяжкой µ=1,2-1,5 и подъемом по диаметру 3,0-5,0%, а прошивку сверленых заготовок и слитков электрошлакового переплава диаметром более 500 мм производят в толстостенные гильзы в первом стане косой прокатки с вытяжкой µ=1,1-1,15 и подъемом по диаметру 2,0-3,5%, а раскатку в тонкостенные гильзы во втором стане косой прокатки с вытяжкой µ=1,1-1,25 и подъемом по диаметру 3,0-4,5%.
Использование предлагаемого способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметра из труднодеформируемых марок стали и сплавов позволит исключить из технологического цикла повторный нагрев толстостенных гильз под раскатку во втором стане косой прокатки, исключить простои второго пилигримового стана, снизить расходный коэффициент металла, а установка двух станов косой прокатки в технологической линии параллельно со смещением входных и выходных сторон позволит производить формирование портфеля заказов трубами малыми партиями без потери производительности пилигримовых станов, а следовательно, повысить их производительность и снизить себестоимость трубной продукции.