СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 465×15-25 мм ДЛЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ, ПАРОПРОВОДОВ И КОЛЛЕКТОРОВ УСТАНОВОК С ВЫСОКИМИ И СВЕРХКРИТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ПАРА ИЗ СЛИТКОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА СТАЛИ МАРКИ 10Х9МФБ-Ш
MANUFACTURING METHOD OF SEAMLESS TUBES WITH SIZE OF 465×15-25 mm FOR STEAM BOILERS, STEAM LINES AND HEADERS OF PLANTS WITH HIGH AND SUPERCRITICAL STEAM PARAMETERS FROM INGOTS OF ELECTROSLAG REMELTING OF STEEL GRADE "10Х9МФБ-Ш"

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных труб размером 465×15-25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш и может быть использовано на трубопрокатной установке 8-16′′ с пилигримовыми станами.
В трубном производстве известны способы производства котельных труб большого диаметра из слитков ЭШП (патент RU №2180874, кл. B21B 19/04 и патент RU 2322314 кл. В21В 19/04), обеспечивающие уменьшение энергозатрат, снижение расхода металла и, как следствие, снижение стоимости котельных труб за счет использования слитков большого диаметра и ведения процесса прошивки с посадом по диаметру.
Недостатками данных способов является то, что прошивка с посадом по диаметру вызывает повышенную нагрузку при прошивке.
В трубном производстве известен также способ производства горячекатаных передельных и товарных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами (патент RU №2278750, кл. В21B 21/00), включающий обточку слитков ЭШП и кованых заготовок, сверловку центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку с последующей раскаткой в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы и прокатку гильз на пилигримовом стане в горячекатаные передельные или товарные трубы с относительно толстой стенкой, при этом первую прошивку слитков ЭШП и кованых заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки производят донным концом вперед, а вторую прошивку-раскатку усадочным концом вперед, прокатку труб на пилигримовом стане производят из гильз с отношением диаметра к толщине стенки D/S=6,5-8,0 с вытяжкой µ≤4,5.
Недостатком данного способа является то, что он включает нагрев слитков ЭШП и заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки, повторный нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до температуры пластичности, прошивку-раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы с последующей прокаткой на пилигримовом стане в товарные или передельные трубы. Двойной нагрев приводит к двойному угару металла, а прошивка слитков ЭШП и заготовок в гильзы-заготовки с последующей раскаткой их в гильзы приводит к потере производительности пилигримовой установки в 2 раза, а, следовательно, к повышению стоимости товарных и передельных труб. Распространяется данный способ на производство бесшовных горячедеформированных передельных и товарных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из труднодеформируемых марок стали и сплавов и не предусматривает производство котельных труб из сплошных и полых слитков ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш.
Наиболее близким техническим решением является способ подготовки заготовок для прокатки товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами (патент RU №2340417, кл. B21B 21/00), включающий отливку полых слитков-гильз электрошлаковым переплавом, обточку и расточку их в полые заготовки со съемом металла, рассчитанным по предложенной формуле в зависимости от степени легирования стали.
Недостатком данного способа является то, что он направлен на технологию передела полых слитков ЭШП в полые слитки-заготовки для производства труб из труднодеформирумых марок стали и сплавов и не решает технологические вопросы производства бесшовных труб для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами из стали марки 10Х9МФБ-Ш диаметром 465 мм с толщинами стенок от 15 до 25 мм.
Котельные трубы диаметром 465 мм с разными толщинами стенок в России можно производить только на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами. Прокатка труб размером 465×15-25 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами из-за низкой температуры стали 10Х9МФБ-Ш под деформацию 1180-1200°C проблематична. Для прокатки труб размером 465×15-25 мм необходимы слитки-заготовки ЭШП размером 620×100×1750±50 мм, из которых на стане поперечно-винтовой прокатки за прошивку и раскатку получаем гильзы размером 620×вн.465×3700-3900 мм или полые гильзы-заготовки размером 640×вн.440×3200±50 и 640×вн.420×3200±50, мм. На существующем прошивном стане ОАО "ЧТПЗ" можно получить гильзу не длиннее 3600 мм, а задать в пилигримовый стан гильзу не длиннее 3500 мм. Время прокатки трубы размером 465×15 мм из гильзы длиной 3500 мм с толщиной стенки 77,5 мм на пилигримовом стане составляет более 4,0 минут. За данный промежуток времени гильза-труба остывает ниже 800°C (при рекомендуемой не ниже 850°C в конце прокатки). Прокатка труб размером 465×15-25 мм и докатка пилигримовых головок из стали марки 10Х9МФБ-Ш при температуре ниже 850°C приводит к повышенным нагрузкам на привод пилигримового стана и затяжкам дорнов, что в свою очередь приводит к поломкам предохранительных болтов и шпинделей пилигримового стана, снижению производительности за счет извлечения дорнов из-за затяжек, замены предохранительных болтов и шпинделей. Для исключения затяжек дорнов необходимо производить прокат труб на дорнах с конусностью 5-6 мм вместо существующей конусности 1,0 мм, а это приведет к продольной разностенности, т.е. к повышенной отбраковке труб по толщине стенки.
Задачей предложенного способа (изобретения) является освоение производства бесшовных труб диаметром 465 мм с толщинами стенок от 15 до 25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара, из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава из стали марки 10Х9МФБ-Ш, с повышенными показателями точности геометрических размеров и качеству поверхности.
Технический результат достигается тем, что в способе производства бесшовных труб размером 465×15-25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш, включающем выплавку электрошлаковым переплавом полых слитков с соотношением диаметра и толщины стенки от 5,0 до 5,5, обточку и расточку их в полые слитки-заготовки с соотношением диаметра и толщины стенки от 5,8 до 6,6, нагрев до температуры 1190-1200°C, прокатку ведут на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами в передельные трубы размерами 480×30×10300-10700 мм и 480×35×8700-9000 мм с подачами в очаг деформации m=14-16 мм и с вытяжками µ=3,92 и µ=3,40 соответственно и в передельные трубы размерами 480×38×8300-8650 мм и 480×40×8200-8500 мм с подачами в очаг деформации m=15-17 мм и с вытяжками µ=3,28 и µ=3,25 соответственно, затем отрезают технологические отходы пилой горячей резки, правят на шестивалковой правильной машине, термообрабатывают, обтачивают и растачивают их в товарные трубы, проводят ультразвуковой контроль и приемку.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленный способ производства бесшовных труб размером 465×15-25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш отличается тем, что выполняют выплавку электрошлаковым переплавом полых слитков с соотношением диаметра и толщины стенки от 5,0 до 5,5, обточку и расточку их в полые слитки-заготовки с соотношением диаметра и толщины стенки от 5,8 до 6,6, которые нагревают до температуры 1190-1200°C, прокатку ведут на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами в передельные трубы размерами 480×30×10300-10700 мм и 480×35×8700-9000 мм с подачами в очаг деформации m=14-16 мм(большие значения для большей толщины стенки) и с вытяжками µ=3,92 и µ=3,40 соответственно и в передельные трубы размерами 480×38×8300-8650 мм и 480×40×8200-8500 мм с подачами в очаг деформации m=15-17 мм(большие значения для большей толщины стенки) и с вытяжками µ=3,28 и µ=3,25 соответственно, затем отрезают технологические отходы пилой горячей резки, правят на шестивалковой правильной машине, термообрабатывают, обтачивают и растачивают их в товарные трубы, проводят ультразвуковой контроль и приемку. 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 условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Предложенный способ производства бесшовных труб размером 465×15-25 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш был реализован при производстве на ОАО ЧТПЗ труб размером 465×18-21 мм.
Трубы размером 465×15-25 мм производят из полых слитков электрошлакового переплава, полые слитки обтачивают и растачивают в полые слитки-заготовки размером 640×вн.440×3200±50, 640×вн.430×3200±50 и 640×вн.420×3200±50 мм, которые нагревают до температуры 1190-1200°C. Полые слитки-заготовки размером 640×вн.440×3200±50 прокатывают на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 480×30×10300-10700 и 480×35×8700-9000, полые слитки-заготовки размером 640×вн.430×3200±50 мм прокатывают в передельные трубы размером 480×38×8300-8650, а полые слитки-заготовки размером 640×вн.420×3200±50 мм - в передельные трубы размером 480×40×8200-8500 мм с вытяжками соответственно µ=3,92, µ=3,40, µ=3,28 и µ=3,25, обжатием по диаметру 25,0%. Подачи гильз в очаг деформации при прокатке труб размером 480×30-35 мм составляют m=14-16 мм, а при прокатке труб размером 480×38-40 мм - m=15-17 мм. Отрезают технологические отходы пилой горячей резки, правят на шестивалковой правильной машине, термообрабатывают, ремонтируют при необходимости и повторно правят на шестивалковой правильной машине с замером общей кривизы труб не более 5,0 мм. Затем трубы передают на участок по обработке поковок и труб специального назначения и разрезают на две трубы-крата равной длины. Передельные трубы размером 480×30×5150-5350 мм обтачивают и растачивают в товарные грубы размером 465×15-18×5150-5350 мм, передельные трубы размером 480×35×4350-4500 мм обтачивают и растачивают в товарные трубы размером 465×18-21×6000-6500 мм, передельные трубы размером 480×38×4150-4325 мм обтачивают и растачивают в товарные размером 465×21-23×4150-4325, а передельные трубы размером 480×40×4100-4250 мм обтачивают и растачивают в товарные трубы размером 465×23-25×4100-4250 мм.
Трубы были приняты в соответствии с ТУ 14-3Р-55-2001 «Трубы стальные бесшовные для паровых котлов и трубопроводов» с допуском +20/-5%, с допуском по диаметру ±1,0%, а по толщине стенки +15/-5,0%.
Таким образом, использование предложенного способа позволит впервые в России осуществить производство бесшовных труб размером 465×15-25 мм из полых слитков ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара с геометрическими размерами труб, превышающими значения данных показателей, приведенных в ТУ 14-3Р-55-2001, а также позволит значительно снизить энегозатраты за счет исключения нагрева слитков-заготовок ЭШП под прошивку, исключения из технологического процесса прошивки слитков-заготовок в гильзы-заготовки, прошивки-раскатки гильз-заготовок в гильзы, стабилизировать величину подачи полых слитков-заготовок в очаг деформации пилигримового стана за счет их меньшей кривизны, а следовательно, снизить стоимость котельных труб из стали марки 10Х9МФБ-Ш.