СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ РАЗМЕРОМ ВН.279×36 (351×36) И ВН.346×40 (426×40) мм ДЛЯ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ ИЗ СТАЛИ МАРОК 10ГН2МФА И 08Х18Н10Т С ВНУТРЕННИМ ПЛАКИРУЮЩИМ СЛОЕМ ТОЛЩИНОЙ 7 мм
PRODUCTION OF "вн.279×36 (351×36)" AND "вн. 346×40" (426×40) mm PIPES FOR NUCLEAR POWER STATIONS FROM "10ГН2МФА" AND "08Х18Н10Т" GRADE STEELS WITH 7 mm INNER CLAD PLY

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства биметаллических труб размером вн.279×36 (351×36) и вн.346×40 (426×40) мм для атомных электростанций из стали марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т с внутренним плакирующим слоем толщиной 7±2 мм, и может быть использовано при прокатке предельных труб-заготовок размером 426×40×8000 и 470×45×6300 мм на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами из биметаллических заготовок, состоящих из рубашек стали 10ГН2МФА, втулок стали 08Х18Н10Т и торцевых колец из углеродистых марок стали, и последующего переката их на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером вн.279×36×10300 и вн.346×40×7500 мм.
До 1991 г. трубы данного сортамента для трубопроводов Ду-350 первого контура АЭС с реакторами ВВЭР-1000 закупали в Японии. Трубы изготавливали методом наплавки плакирующего слоя под флюсом на внутреннюю поверхность предварительно механически обработанной трубы стали марки 10ГН2МФА с последующей расточкой наплавленного слоя до заданных размеров.
Недостатком данного способа производства биметаллических труб является то, что при изготовлении отводов наплавленный слой трещит и использовать их для гнутых профилей объектов атомной энергетики не представляется возможным.
1
1
1
1
В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 530-550 мм из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков ЭШП размером 610×1725±25 мм, механическую обработку - обточку и расточку слитков в заготовки диаметром 590±5 мм, сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев заготовок до температуры пластичности в зависимости от марки стали и сплава, прошивку заготовок в гильзы-заготовки на оправке диаметром 260±10 мм с подъемом по диаметру не более 2,0% и длиной не более 2000 мм, повторный нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до температуры пластичности, прошивку - раскатку гильз-заготовок в гильзы на оправке диаметром 360±10 мм с подъемом или посадом по диаметру не более 5,0%, прокатку горячедеформированных передельных труб диаметром не более 450 мм с отношением D/S<10, при этом заготовки размером 590±5,0×100±5,0×1725±25 мм растачивают на размер 590±5,0×220±5,0×1725±25 мм, нагревают до температуры пластичности и прошивают - раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки размером 620×вн.365×1950-2000 мм на оправке диаметром 350 мм с подъемом по диаметру δ=4,0-6,0%, гильзы-заготовки после повторного нагрева прошивают - раскатывают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 600×вн.505-515×2950-3100 мм на оправке диаметром 490-500 мм с подъемом по диаметру δ=5,5-6,5%, которые затем прокатывают на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в передельные трубы диаметром 530-550 мм с отношением D/S-13,5-15,0 с припуском по толщине стенки под механическую обработку - обточку и расточку, а толщину снимаемых слоев металла при обточке и расточке определяют из выражений: Δ=D/S*K и Δ=D/S*K, где Δ - толщина снимаемого слоя металла при обточке горячекатаных труб по наружной поверхности, мм; Δ - толщина снимаемого слоя металла при расточке горячекатаных труб по внутренней поверхности, мм; D - наружный диаметр горячекатаных труб, мм; S - толщина стенки горячекатаных труб, мм; K=0,5-0,7 - коэффициент для определения толщины снимаемого слоя металла при обточке труб, большие значения которого относятся к трубам с более толстыми стенками; K=0,4-0,5 - коэффициент для определения толщины снимаемого слоя металла при расточке труб, большие значения которого относятся к трубам с более толстыми стенками (Патент РФ №2387501 «Способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 530-550 мм из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами», 27.06.2009 г. ).
Недостатком данного способа является то, что он распространяется на способ производства бесшовных горячедеформированных механически обработанных труб диаметром 530-550 мм из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами и не решает технологические вопросы производства биметаллических заготовок из сталей марок (10ХН2МФА+08Х18Н10Т) и производства из них на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами передельных биметаллических труб размером 426×40 и 470×45 мм для последующего передела их на стане ХПТ 450 в товарные биметаллические трубы размером вн.279×36 и вн.346×40 мм с внутренним плакирующим слоем из стали марки 08Х18Н10Т толщиной 7±2 мм для объектов атомной энергетики.
Наиболее близким техническим решением является способ изготовления горячекатаных биметаллических труб, включающий нагрев двухслойной заготовки, состоящей из прутка и трубы с подготовленными контактными поверхностями, и поперечно-винтовую прошивку ее валками на оправке, с целью повышения качества труб путем улучшения свариваемости слоев, прошивку осуществляют тремя валками, установленными на угол подачи, равный 12-22°, с обжатием перед носком оправки 20-60% и вытяжкой µ=5-10.
Недостатком данного способа является то, что он направлен на производство биметаллических труб для использования их в народном хозяйстве с целью экономии сталей из легирующих марок и не решает технологические вопросы производства биметаллических труб размером вн.279×36 (351×36) и вн.346×40 (426×40) мм с заданными геометрическими параметрами для атомных электростанций из стали марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т с внутренним плакирующим слоем толщиной 7±2 мм.
Задачей предложенного способа является снижение отбраковки труб по толщине плакирующего слоя и выпадам металла труб по ударной вязкости при температуре испытания минус 10°C, снижение расхода сталей 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т и использование для их производства одного диаметра слитков ЭШП вместо двух.
Технический результат достигается тем, что в известном способе производства биметаллических труб размером вн.279×36 (351×36) и вн.346×40 (426×40) мм для атомных электростанций из стали марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т с внутренним плакирующим слоем толщиной 7±2 мм, включающем изготовление рубашек из слитков-заготовок ЭШП стали марки 10ГН2МФА размером 640×1750 мм путем сверления в слитках-заготовках сквозного отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев до температуры 1220-1250°C, прошивки в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 260 мм в гильзы размером 660×вн.275×1880 мм с вытяжкой µ=1,077 и подъемом по диаметру Δ=3,1%, прокатки гильз на пилигримовом стане в передельные трубы размером 580×вн.245×2450 и 580×вн.240×2430 мм в калибре 564 мм на дорнах 250/252 и 244/246 мм с посадом по диаметру δ=12,5%, вытяжками µ=1,303 и µ=1,291, расточки и обточки передельных труб в рубашки размером 570×вн.260×1750 и 570×вн.265×1750 мм, изготовление втулок размером 260×80×1750 и 256×78×1750 из слитков ЭШП стали марки 08Х18Н10Т размером 270×1750 мм путем обточки слитков на диаметр 260 и 256 и сверления в слитках-заготовках сквозного центрального отверстия диаметром 100±1,0 мм, изготовление торцевых углеродистых колец из непрерывно-литых углеродистых стальных заготовок диаметром 600 мм путем обточки на диаметр 570 мм, сверления в них сквозного отверстия диаметром 100+5/-0 мм и резки на мерные длины 250±10 мм, при этом внутреннюю поверхность рубашек и наружную поверхность втулок обезжиривают, втулки вставляют в рубашки, к одному из торцов рубашки приваривают сплошным швом торцевые углеродистые кольца, а другой торец обваривают сплошным монтажным швом, полученные биметаллические заготовки размером 570×вн.260×100×1750 и 570×вн.256×100×1750 мм нагревают до температуры 1230-1260°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в биметаллические гильзы размером 580×вн.390×3300 и 580×вн.415×3600 мм на оправках диаметром 275 и 400 мм, которые прокатывают на пилигримовом стане в горячекатаные передельные трубы размером 426×40×8000 и 470××45×6300 мм в калибрах 432 и 472 мм на дорнах диаметром 349/351 и 383/385 мм с вытяжками µ=2,984 и µ=2,150, с посадом по диаметру δ=25,26 и δ=17,54% соответственно, а горячекатаные передельные биметаллические трубы прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные холоднокатаные трубы размером 351×36×10300 и 426×40×7500 мм.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что изготовление рубашек производят из слитков-заготовок ЭШП стали марки 10ГН2МФА размером 640×1750 мм путем сверления в слитках-заготовках сквозного отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев до температуры 1220-1250°C, прошивки в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 260 мм в гильзы размером 660×вн.275×1880 мм с вытяжкой µ=1,077 и подъемом по диаметру Δ=3,1%, прокатки гильз на пилигримовом стане в передельные трубы размером 580×вн.245×2450 и 580×вн.240×2430 мм в калибре 564 мм на дорнах 250/252 и 244/246 мм с посадом по диаметру δ=12,5%, вытяжками µ=1,303 и µ=1,291, расточки и обточки передельных труб в рубашки размером 570×вн.260×1750 и 570×вн.265×1750 мм, изготовление втулок размером 260×80×1750 и 256×78×1750 производят из слитков ЭШП стали марки 08Х18Н10Т размером 270×1750 мм путем обточки слитков на диаметр 260 и 256 и сверления в слитках-заготовках сквозного центрального отверстия диаметром 100±1,0 мм, а изготовление торцевых углеродистых колец из непрерывно-литых углеродистых стальных заготовок диаметром 600 мм, путем обточки на диаметр 570 мм, сверления в них сквозного отверстия диаметром 100+5/-0 мм и резки на мерные длины 250±10 мм, при этом внутреннюю поверхность рубашек и наружную поверхность втулок обезжиривают, втулки вставляют в рубашки, к одному из торцов рубашки приваривают сплошным швом торцевые углеродистые кольца, а другой торец обваривают сплошным монтажным швом, полученные биметаллические заготовки размером 570×вн.260×100×1750 и 570×вн.256×100×1750 мм нагревают до температуры 1230-1260°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в биметаллические гильзы размером 580×вн.390×3300 и 580×вн.415×3600 мм на оправках диаметром 275 и 400 мм, которые прокатывают на пилигримовом стане в горячекатаные передельные трубы размером 426×40×8000 и 470×45× 6300 мм в калибрах 432 и 472 мм на дорнах диаметром 349/351 и 383/385 мм с вытяжками µ=2,984 и µ=2,150, с посадом по диаметру δ=25,26 и δ=17,54% соответственно, а горячекатаные передельные биметаллические трубы прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные холоднокатаные трубы размером 351×36×10300 и 426×40×7500 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 опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16″ ОАО «ЧТПЗ» при прокатке передельных биметаллических горячекатаных труб размером 426×40 и 470×45 мм для последующего переката их на стане ХПТ 450 в товарные холоднокатаные трубы размером 351×36 и 426×40 мм с повышенными геометрическими размерами толщины плакирующего слоя.
1
2
2
пр.351
пр.426
пр.351
пр.426
Σпр.351
Σпр.426
По существующей технологии для изготовления обечаек размером 520×вн.265×1550 и 570×вн.255×1700 мм в производство были заданы 5 слитков-заготовок ЭШП размером 550×1600 мм общей массой 15027 кг и 5 слитков-заготовок ЭШП размером 580×1900 мм общей массой 19775 кг. Слитки-заготовки ЭШП поставлены на ОАО «ЗМЗ». На ОАО «ЧТПЗ» в слитках-заготовках были просверлены сквозные осевые отверстия диаметром 100±5 мм. Слитки-заготовки ЭШП были нагреты до температуры пластичности, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 550× вн.245×1810-1930 и 600×вн.235×1920-2030 мм с вытяжками, соответственно, µ =1,17 и µ =1,04, расточены и обточены в обечайки-заготовки размером 520×вн.265×1550±50 и 570×вн.255×1700±50 мм. На ОАО «ЗМЗ» обечайки на установке ЭШП были заплавлены сталью 08Х18Н10Т. Донные части биметаллических слитков-заготовок были удалены анодно-механической резкой. На ОАО «ЧТПЗ» в биметаллических слитках-заготовках размером 520×вн.265×1450±50 и 570×вн.255×1600±50 мм были просверлены сквозные центральные отверстия диаметром 100±5 мм. Биметаллические слитки-заготовки размером 520×вн.265×вн.100×1450±50 мм были расточены в слитки-заготовки размером 520×ве.265×вн.160×1450±50 мм. Биметаллические слитки-заготовки были нагреты до температуры пластичности, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки в биметаллические гильзы размером 540×вн.300×1650-1770 и 600×вн.365×2090-2220 мм, с вытяжками соответственно µ =1,18 и µ =1,347. Суммарный коэффициент вытяжки при прошивке составил соответственно µ=1,381 и µ=1,401. Прокатку гильз на пилигримовом стане производили в калибрах 383 и 464 мм на дорнах 271/272 и 341/342 в
п.пр.351
п.пр.426
Σ351
Σ426
передельные трубы размером 371×50,5×4600-4900 и 446×54×5000-5300 мм с вытяжками соответственно µ=3,114 и µ=2,678. Суммарный коэффициент вытяжки при прокатке передельных биметаллических труб размером 371×50,5 мм составил µ=4,3, а передельных труб размером 446×54 мм - µ=3,33. После термической обработки, правки и механических испытаний металла биметаллических труб количество выпадов по KCU при температуре испытания минус 10°C и толщине плакирующего слоя составило 40%. Расходный коэффициент металла при изготовлении обечаек размером 520×вн.265×1550 мм составил 1,561, а при изготовлении обечаек размером 570×вн.255×1700 мм - 1,448.
По предлагаемой технологии для изготовления рубашек размером 570×вн.260×1750 и 570×вн.256×1750 мм в производство были заданы по 5 слитков-заготовок ЭШП размером 640×1750 мм общей массой по 22094 кг. В слитках-заготовках были просверлены сквозные осевые отверстия диаметром 100±5 мм. Слитки-заготовки ЭШП были нагреты до температуры 1220-1250°C, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке 225 мм в гильзы размером 660×вн.275×1880 мм с вытяжкой µ=1,077 и подъемом по диаметру Δ=3,1%, гильзы прокатаны на пилигримовом стане в передельные трубы размером 580×вн.245×2450 и 580×вн.240×2430 мм в калибре 584 мм на дорнах диаметром 250/252 и 244/246 мм с посадом по диаметруδ=12,5%, вытяжками µ=1,303 и µ=1,291, которые были обточены и расточены в рубашки размером 570×вн.260×1750 и 570×вн.256×1750 мм. Масса рубашек составила 13874 и 13985 кг. Расходный коэффициент металла при изготовлении рубашек размером 570×вн.260×1750 мм составил 1,593, а рубашек размером 570×вн.256×1750 мм - 1,580.
Данные по изготовлению обечаек размером 520×вн.265×1550 и 570×вн.255×1700 мм и рубашек размером 570×260×1750 и 570×256×1750 мм из стали марки 10ГН2МФА по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице №1.
По предлагаемой технологии для изготовления втулок из стали марки 08Х18Н10Т размером 260×80×1750 и 260×78×1750 мм в производство были заданы 10 слитков-заготовок ЭШП размером 270×1750 мм общей массой по 7856 кг, которые были обточены на диаметры 260 и 256 мм и просверлены на диаметр 100±1,0 мм.
Данные по заплавлению обечаек из стали марки 10ГН2МФА сталью 08Х18Н10Т и изготовлению втулок размером 260×80×1750 и 256×78×1750 мм из стали 08Х18Н10Т по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице №2.
По предлагаемой технологии для изготовления торцевых колец были использованы две непрерывно-литые заготовки диаметром 600 мм из стали марки 20, которые были обточены на диаметр 570 мм. В заготовках были просверлены сквозные осевые сверления диаметром 100+5/-0 мм и разрезаны на мерные длины 250±10 мм. Затем внутренняя поверхность рубашек и наружная поверхность втулок были обезжирены - протерты ветошью, смоченной в ацетоне. Втулки были вставлены в рубашки, к одному из торцов рубашки были приварены сплошным швом торцевые углеродистые кольца, а с другого торца стали 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т обварены сплошным монтажным швом.
Таким образом, по предлагаемой технологии в производство были заданы по 5 биметаллических заготовок размером 570×вн.260×100×1750 и 570×вн.256×100×1750 мм, которые нагревают до температуры 1230-1260°C, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки вперед концом, противоположными торцевым углеродистым кольцам, в биметаллические гильзы размером 580×вн.390×3300 и 580×вн.415×3600 мм на оправках диаметром 260 и 400 мм, которые затем были прокатаны на пилигримовом стане в горячекатаные передельные трубы размером 426×40×8000 и 470×45×6300 мм в калибрах 432 и 472 мм на дорнах диаметром 349/351 и 383/385 мм с вытяжками µ=2,984 и µ=2,150, с посадом по диаметру δ=25,26% и δ=17,54% соответственно и выведением пилигримовых головок на углеродистые торцевые кольца. Передельные трубы были приняты по СТП 158 и направлены в цех №5 для последующего передела. В цехе №5 передельные горячекатаные трубы были перекатаны на стане ХПТ 450 в товарные биметаллические трубы размером 351×36×10300 и 426×40×7500 мм.
Данные по прокатке биметаллических заготовок в передельные горячекатаные биметаллические трубы размером 371×50,5×4400×4500 и 446×54×4100×4200 мм и механической обработке их в товарные трубы размером 351×36×4300 и 426×40×3900 мм (существующая технология), прокатке биметаллических сборных заготовок в передельные горячекатаные трубы размером 426×40×8000 и 470×45×6300 мм и перекатке их на стане ХПТ 450 в товарные биметаллические трубы размером 351×36×10300 и 426×40×7500 мм (предлагаемая технология), расходным коэффициентам металлов по переделам и окончательной сдаче труб приведены в таблице №3. Из таблицы №3 видно, что расходный коэффициент стали марки 10ГН2МФА при изготовлении товарных механически обработанных труб размером 351×36 мм по существующей технологии составил 3,016, а труб размером 426×40 мм - 3,429. Расходный коэффициент стали марки 08Х18Н10Т при изготовлении товарных механически обработанных труб размером 351×36 мм по предлагаемой технологии составил 4,815, а труб размером 426×40 мм - 3,488. Расходные коэффициенты металлов по предлагаемой технологии составили соответственно по стали 10ГН2МФА - 1,170 и 1,167, а по стали 08Х18Н18 - 1,222 и 1,311. При прокатке товарных труб по существующей технологии забракованы две трубы размером 351×36 и две трубы размером 426×40 мм по пределу текучести и не соответствию толщины плакирующего слоя. При прокатке товарных труб по предлагаемой технологии все 10 труб соответствуют требованиям ТУ 14-3-1593-88. Толщина плакирующего слоя по длине и периметру труб, прокатанных по существующей технологии, находилась в пределах от 4,0 до 10,0 мм, т.е. 7±3 мм, а труб, прокатанных по предлагаемой технологии, в пределах 5,5-8,75, т.е. 7+1,75/-1,5 мм.
Таким образом, использование предлагаемого способа производства биметаллических передельных труб размером 426×40 и 470×45 мм на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ» для последующего переката их в товарные биметаллические трубы размером вн.279×36 (351×36) и вн.346×40 (426×40) мм из стали марок 10ГН2МФА и 08Х18Н10Т на стане ХПТ 450 с внутренним плакирующим слоем сталью 08Х18Н10Т толщиной 7±2 мм для объектов атомной энергетики позволит значительно снизить расходный коэффициент металлов, повысить точность плакирующего слоя, исключить из технологического процесса один комплект кристаллизатора и исключить выпады основного металла (10ГН2МФА) по KCU при минус 10°C.