СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 299×10-13 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 PIPES WITH DIMENSIONS OF 299×10-13 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 299×10-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков-заготовок электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами при производстве товарных труб размером 299×16-60 мм, передельных труб размером 377×22 и 325×20 мм для последующего переката их на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 299×10-15 мм.
В практике трубопрокатного производства существует способ изготовления котельных труб большого и среднего диаметров из кованых заготовок сталей марок 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2 с заданными требованиями по механическим свойствам, включающий отливку слитков, ковку их в поковки (уплотнение структуры) с уковом ≥2,5, механическую обработку поковок в заготовки (обточку со съемом металла 10-15 мм на сторону), сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм для удаления центральной ликвационной пористости и неметаллических включений, нагрев заготовок до температуры пластичности, прошивку заготовок в станах поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз в трубы диаметром 245-550 мм на пилигримовой установке 8-16" с допуском по диаметру +1,25/-1,0 и толщине стенки +25/-5% (ТУ 14-1-2560-78 "Заготовка трубная кованая для котельных труб", ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-3Р-55-2001 "Трубы стальные бесшовные для паровых котлов и трубопроводов" и ТУ 14-3-420-75 "Трубы для паровых котлов и трубопроводов из стали 15ГС и 15Х1М1Ф").
Недостатком указанного способа является высокая энергоемкость процесса, связанная с нагревом и деформацией (ковкой) слитков в поковки с последующей обточкой и сверлением центрального отверстия, нагревом заготовок до температуры пластичности, прошивкой и прокаткой их в трубы на пилигримовых станах с допуском по стенке +20/-5%, повышенный расходный коэффициент металла при переделе слиток - поковка - заготовка - труба и, как следствие, высокая стоимость труб, а также то, что данная марка стали хотя и включена в ТУ 14-3Р-55-2001, но трубы до последнего момента из нее не производились.
В трубном производстве известен способ изготовления газлифтных труб большого диаметра из слитков стали 09Г2С выплавки ЭШП и ВДП (Патент RU №2119395, кл. B21B 19/04), где деформацию слитков в прошивном стане ведут вдоль расположения кристаллов, задавая слитки в стан головной частью, и прошивают с посадом по диаметру на величину
Г
C
D=2S(1-sinα)/S,
Г
где S - толщина стенки гильзы, мм;
C
S - толщина стенки сверленого слитка ЭШП, мм;
α - угол наклона фронта кристаллизации к оси слитка, град.
Недостатком указанного способа изготовления труб большого диаметра из слитков ЭШП и ВДП стали марки 09Г2С является необходимость изготовления макротемплетов для определения угла наклона фронта кристаллизации к оси слитка, а прошивка слитков усадочной (головной) частью вперед приводит к образованию дефектов в виде внутренних плен на передних концах гильз.
В трубном производстве известен также способ производства котельных труб большого диаметра из слитков ЭШП (патент RU №2180874, кл. B21B 19/04), обеспечивающий 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, равным 8-16%.
Недостатком данного способа является то, что из-за малой мощности привода прошивного стана ОАО "ЧТПЗ" слитки ЭШП из данной марки стали прошить с посадом по диаметру 8-16% не представляется возможным.
Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава и непрерывно-литых заготовок (патент RU №2322314, кл. B21B 19/04), предусматривающий прошивку слитков ЭШП и НЛЗ в станах поперечно-винтовой прокатки с посадом по диаметру в зависимости от марки стали и суммарной вытяжки при переделе слиток электрошлакового переплава - труба или непрерывно-литая заготовка - труба, при этом значения величин посада по диаметру слитков электрошлакового переплава при прошивке в станах поперечно-винтовой прокатки определяют из выражения
<mrow><msub><mi>Δ</mi><mrow><msubsup><mi>i</mi><mrow><mi>э</mi><mi>ш</mi><mi>п</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>k</mi><mrow><msubsup><mi>i</mi><mrow><mi>э</mi><mi>ш</mi><mi>п</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow></msub><msub><mi>μ</mi><mi>i</mi></msub><mi>Σ</mi></mrow>
,
<mrow><msub><mi>Δ</mi><mrow><msubsup><mi>i</mi><mrow><mi>э</mi><mi>ш</mi><mi>п</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow></msub></mrow>
где
- значения величин посада по диаметру при прошивке в станах поперечно-винтовой прокатки слитков ЭШП i-той марки стали, %;
i
пр.
п.
µΣ=µµ - суммарный коэффициент вытяжки при прокатке труб i-го размера;
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><msubsup><mi>i</mi><mrow><mi>э</mi><mi>ш</mi><mi>п</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow></msub></mrow>
- коэффициент, учитывающий величину посада по диаметру при прошивке гильз из слитков ЭШП i-той марки стали, %;
пр.
µ - коэффициент вытяжки при прошивке гильз под прокатку труб i-го размера;
п.
<mrow><msub><mi>k</mi><mrow><msubsup><mi>i</mi><mrow><mi>э</mi><mi>ш</mi><mi>п</mi></mrow><mo>'</mo></msubsup></mrow></msub></mrow>
µ - коэффициент вытяжки при прокатке труб j-го размера на пилигримовом стане, при этом коэффициенты
для разных марок варьируются от 24 до 40.
Недостатком данного способа является то, что он очень сложен для производства, так как под каждый размер труб необходимы свои размеры слитков ЭШП, распространяется данный способ на производство бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из углеродистых марок стали и не предусматривает производство котельных труб из слитков ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш. В настоящее время заводами России, а именно ОАО "ЗМЗ" и ОАО "Мечел" освоено производство слитков ЭШП размером 430×1750±50, 470×1750±50, 490×1750±50, 565×1750±50 и 620×1750±50 мм. Для производства других диаметров нужны кристаллизаторы, производство которых требует больших инвестиций, да и нет целесообразности, т.к. геометрические размеры кристаллизаторов можно унифицировать.
Трубы диаметром 299 мм можно производить на ТПУ 350 с автоматическим станом, но данные установки в России отсутствуют.
Прокатка труб размером 299×10-15 мм на средних трубопрокатных установках с пилигримовыми станами проблематична из-за низкой температуры стали 10Х9МФБ-Ш под деформацию 1180-1200°C. Из слитков ЭШП размером 490×100×1750±50 мм на пилигримовом стане получают трубу 299×10 мм длиной до 32 метров. Время прокатки такой трубы 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 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 может привести к поломкам предохранительных болтов и шпинделей пилигримового стана и снижению производительности за счет извлечения дорнов из-за затяжек. Для исключения затяжек необходимо производить прокатку труб из данной марки стали на дорнах с конусностью 4-5 мм, что ведет к продольной разностенности и повышенному браку труб по стенке. Прокатка труб размером 299×10-15 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами с допуском по толщине стенки +20/-5% приводит к дополнительному расходу металла.
Задачей предложенного способа (изобретения) является освоение производства бесшовных труб размером 299×10-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава размером 470×100×1750±50 и 490×100×1750±50 мм стали марки 10Х9МФБ-Ш вместо кованой заготовки в условиях ОАО "ЧТПЗ", а именно производство товарных труб размером 299×16-60 мм, передельных труб размером 325×20 и 377×22 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами и последующего передела (переката) передельных труб на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 299×10-15 мм с повышенными требованиями по механическим свойствам, геометрическим размерам и качеству поверхности, снижение расхода металла при переделе слиток ЭШП - котельная труба за счет снижения плюсового допуска по толщине стенки и повышения механических свойств металла труб, за счет дробности деформации при прокатке на ТПУ с пилигимовыми станами и прокатки (перекатки) передельных труб на станах ХПТ.
д
ном.
i
ном.
i
вн.
д
i
д
16
i
<mrow><msub><mi>m</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>m</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>μ</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных труб размером 299×10-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш, включающем выплавку слитков электрошлаковым переплавом, механическую обработку-обточку слитков в слитки-заготовки, сверление в слитках-заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку их в станах поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовых станах в товарные трубы размером 299×16-60 мм, термическую обработку, травление, правку, ультразвуковой контроль и приемку труб с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и толщине стенки +20/-5,0%, трубы размером 299×10-13 мм производят из слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 490×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры 1170-1190°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 500 × вн. 315 × 2540-2700 мм на оправке диаметром 300 мм с вытяжкой µ=1,5 и подъемом по диаметру 1,9-2,1%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 377×22×9000-10000 мм с вытяжкой µ=4,83 и обжатием по диаметру 24,6%, передельные горячекатаные трубы размером 377×22×9000-1000 мм термообрабатывают и прокатывают на стане ХПТ 450 в передельные холоднокатаные трубы размером 325×15×14800-16500, 325×16×13900-15700 и 325×17×13000-14600 мм с вытяжками соответственно µ=1,68, µ=1,58 и µ=1,49, холоднокатаные передельные трубы разрезают на трубы-краты равной длины, термообрабатывают, передельные холоднокатаные трубы размером 325×15×7400-8250 мм прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 299×10×11600-12900 мм, передельные холоднокатаные трубы размером 325×16×6950-7850 мм прокатывают в товарные трубы размером 299×11×10500-11900 мм, а передельные холоднокатаные трубы размером 325×17×6500-7300 мм в товарные холоднокатаные трубы размером 299×12×9500-10700 мм и 299×13×8800-9900 мм с вытяжками соответственно µ=1,61, µ=1,56, µ=1,52 и µ=1,41, трубы размером 299×14-15 мм производят из слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 490×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры 1170-1180°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 500 × вн. 315 × 2540-2700 мм на оправке диаметром 300 мм с вытяжкой µ=1,50 и подъемом по диаметру 1,9-2,1%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 325×20×12200-13100 мм с вытяжкой µ=6,17 и обжатием по диаметру 35,0%, передельные горячекатаные трубы размером 325×20 мм термообрабатывают, разрезают на трубы-краты равной длины, передельные трубы размером 325×20×6100-6550 мм прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 299×14×9000-9700 и 299×15×8400-9000 мм с вытяжками µ=1,53, µ=1,43, товарные трубы диаметром 299 мм с толщинами стенок от 16 до 30 мм производят на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок ЭШП размером 470×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры пластичности, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 470 × вн. 290 × 2570-2720 и 470 × вн. 265 × 2330-2470 мм на оправках диаметром 275 и 250 размер в размер по диаметру с вытяжками µ=1,51 и µ=1,37, гильзы размером 470 × вн. 290 × 2570-2700 - 470 × вн. 265×2330-2470 мм прокатывают на пилигримовом стане в товарные трубы размером 299×16×14800-15800 - 299×30×7100-7700 мм с вытяжками от µ=7,13 до µ=4,10 и обжатием по диаметру 36,4%, товарные трубы диаметром 299 мм с толщинами стенок от 31 до 60 мм производят на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок ЭШП размером 470×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры пластичности, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 470 × вн. 265×2330-2470 и 470 × вн. 205×1960-2090 мм на оправках диаметром 250 и 190 мм размер в размер по диаметру с вытяжками µ=1,37 и µ=1,16, гильзы размером 470 × вн. 265×2330-2470 - 470 вн. 205×1960-2090 мм прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в товарные трубы размером 299×31×7100-7600 - 299×60×4800-5200 мм с вытяжками от µ=4,0 до µ=2,97 и обжатием по диаметру 36,54%, трубы разрезают на длины в соответствии с заказом, трубы размером 299×10-15 мм принимают с допуском по диаметру ±1,0% и стенке +15/-5%, а трубы размером 299×16-60 мм принимают с допуском по диаметру +1,25/-1.0% и стенке +20/-5,0%, товарные трубы размером 299×16-60 мм производят на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков ЭШП, которые нагревают до оптимальной температуры деформации при прокатке труб на заданную стенку, значение которой определяют из выражения t=t+(D/S)t, где t=1180 - номинальная температура нагрева слитков диаметром 470 мм под прошивку, °C; D - диаметр прокатываемой трубы, мм; S - толщина стенки прокатываемой трубы, мм; t - коэффициент, °C, прошивку слитков ЭШП в гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки производят с формированием внутреннего диаметра гильз больше диаметра дорна пилилигримового стана, значение которого определяют из выражения d=d+Δ+(D/S)К≤30, где d - средний диаметр дорна, мм; Δ=20 - разность между диаметром дорна и внутренним диаметром гильзы при прокатке труб на ТПУ 8-16" из углеродистых марок стали, мм; К - коэффициент, мм, прокатку товарных труб размером 299×16-60 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами производят с подачей гильз в очаг деформации, значение которой определяют из выражения
, где m - 18-20 - величина подачи гильзы диаметром 470 мм в очаг деформации пилигримового стана при прокатке труб размером 299×16 мм в валках с калибром 306 мм, мм; µ - величина вытяжки при прокатке труб диаметром 299 мм с i - толщиной стенки.
д
ном.
i
ном.
i
вн.
д
i
д
16
i
<mrow><msub><mi>m</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>m</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>μ</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных труб размером 299×10-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш, отличается тем, что трубы размером 299×10-13 мм производят из слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 490×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры 1170-1190°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 500 × вн. 315×2540-2700 мм на оправке диаметром 300 мм с вытяжкой µ=1,5 и подъемом по диаметру 1,9-2,1%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 377×22×9000-10000 мм с вытяжкой µ=4,83 и обжатием по диаметру 24,6%, передельные горячекатаные трубы размером 377×22×9000-1000 мм термообрабатывают и прокатывают на стане ХПТ 450 в передельные холоднокатаные трубы размером 325×15×14800-16500, 325×16×13900-15700 и 325×17×13000-14600 мм с вытяжками соответственно µ=1,68, µ=1,58 и µ=1,49, холоднокатаные передельные трубы разрезают на трубы-краты равной длины, термообрабатывают, передельные холоднокатаные трубы размером 325×15×7400-8250 мм прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 299×10×11600-12900 мм, передельные холоднокатаные трубы размером 325×16×6950-7850 мм прокатывают в товарные трубы размером 299×11×10500-11900 мм, а передельные холоднокатаные трубы размером 325×17×6500-7300 мм в товарные холоднокатаные трубы размером 299×12×9500-10700 мм и 299×13×8800-9900 мм с вытяжками соответственно µ=1,61, µ=1,56, µ=1,52 и µ=1,41, трубы размером 299×14-15 мм производят из слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 490×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры 1170-1180°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 500 × вн. 315×2540-2700 мм на оправке диаметром 300 мм с вытяжкой µ=1,50 и подъемом по диаметру 1,9-2,1%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 325×20×12200-13100 мм с вытяжкой µ=6,17 и обжатием по диаметру 35,0%, передельные горячекатаные трубы размером 325×20 мм термообрабатывают, разрезают на трубы-краты равной длины, передельные трубы размером 325×20×6100-6550 мм прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 299×14×9000-9700 и 299×15×8400-9000 мм с вытяжками µ=1,53, µ=1,43, товарные трубы диаметром 299 мм с толщинами стенок от 16 до 30 мм производят на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок ЭШП размером 470×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры пластичности, прошивают в стане поперечно винтовой прокатки в гильзы размером 470 × вн. 290×2570-2720 и 470 × вн. 265×2330-2470 мм на оправках диаметром 275 и 250 размер в размер по диаметру с вытяжками µ=1,51 и µ=1,37, гильзы размером 470 × вн. 290×2570-2700 - 470 × вн. 265×2330-2470 мм прокатывают на пилигримовом стане в товарные трубы размером 299×16×14800-15800 - 299×30×7100-7700 мм с вытяжками от µ=7,13 до µ=4,10 и обжатием по диаметру 36,4%, товарные трубы диаметром 299 мм с толщинами стенок от 31 до 60 мм производят на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок ЭШП размером 470×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры пластичности, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 470 × вн. 265×2330-2470 и 470 × вн. 205×1960-2090 мм на оправках диаметром 250 и 190 мм размер в размер по диаметру с вытяжками µ=1,37 и µ=1,16, гильзы размером 470 × вн. 265×2330-2470 - 470 вн. 205×1960-2090 мм прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в товарные трубы размером 299×31×7100-7600 - 299×60×4800-5200 мм с вытяжками от µ=4,0 до µ=2,97 и обжатием по диаметру 36,54%, трубы разрезают на длины в соответствии с заказом, трубы размером 299×10-15 мм принимают с допуском по диаметру ±1,0% и стенке +15/-5%, а трубы размером 299×16-60 мм принимают с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и стенке +20/-5.0%, товарные трубы размером 299×16-60 мм производят на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков ЭШП, которые нагревают до оптимальной температуры деформации при прокатке труб на заданную стенку, значение которой определяют из выражения t=t+(D/S)t, где t=1180 - номинальная температура нагрева слитков диаметром 470 мм под прошивку, °C; D - диаметр прокатываемой трубы, мм; S - толщина стенки прокатываемой трубы, мм; t - коэффициент, °C, прошивку слитков ЭШП в гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки производят с формированием внутреннего диаметра гильз больше диаметра дорна пилилигримового стана, значение которого определяют из выражения d=d+Δ+(D/S)К≤30, где d - средний диаметр дорна, мм; Δ=20 - разность между диаметром дорна и внутренним диаметром гильзы при прокатке труб на ТПУ 8-16" из углеродистых марок стали, мм; К - коэффициент, мм, прокатку товарных труб размером 299×16-60 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами производят с подачей гильзы в очаг деформации, значение которой определяют из выражения
, где m - 17-18 - величина подачи гильзы диаметром 470 мм в очаг деформации пилигримового стана при прокатке труб размером 299×16 мм в валках с калибром 306, мм; µ - величина вытяжки при прокатке труб диаметром 299 мм с i - толщиной стенки. 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".
д
ном.
i
ном.
i
вн.
д
i
д
16
i
<mrow><msub><mi>m</mi><mi>j</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>m</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mrow><mn>16</mn></mrow></msub></mrow><mrow><msub><mi>μ</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
Предложенный способ производства бесшовных труб размером 299×10-60 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш заключается в том, что трубы размером 299×10-13 мм производят из слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 490×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры 1170-1190°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 500 × вн. 315×2540-2700 мм на оправке диаметром 300 мм с вытяжкой µ=1,5 и подъемом по диаметру 1,9-2,1%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 377×22×9000-10000 мм с вытяжкой µ=4,83 и обжатием по диаметру 24,6%, передельные горячекатаные трубы размером 377×22×9000-10000 мм термообрабатывают и прокатывают на стане ХПТ 450 в передельные холоднокатаные трубы размером 325×15×14800-16500, 325×16×13900-15700 и 325×17×13000-14600 мм с вытяжками соответственно µ=1,68, µ=1,58 и µ=1,49, холоднокатаные передельные трубы разрезают на трубы-краты равной длины, термообрабатывают, передельные холоднокатаные трубы размером 325×15×7400-8250 мм прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 299×10×11600-12900 мм, передельные холоднокатаные трубы размером 325×16×6950-7850 мм прокатывают в товарные трубы размером 299×11×10500-11900 мм, а передельные холоднокатаные трубы размером 325×17×6500-7300 мм в товарные холоднокатаные трубы размером 299×12×9500-10700 мм и 299×13×8800-9900 мм с вытяжками соответственно µ=1,61, µ=1,56, µ=1,52 и µ=1,41, трубы размером 299×14-15 мм производят из слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 490×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры 1170-1190°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 500 × вн. 315×2540-2700 мм на оправке диаметром 300 мм с вытяжкой µ=1,50 и подъемом по диаметру 1,9-2,1%, гильзы прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 325×20×12200-13100 мм с вытяжкой µ=6,17 и обжатием по диаметру 35,0%. передельные горячекатаные трубы размером 325×20 мм термообрабатывают, разрезают на трубы-краты равной длины, передельные трубы размером 325×20×6100-6550 мм прокатывают на стане ХПТ 450 в товарные трубы размером 299×14×9000-9700 и 299×15×8400-9000 мм с вытяжками µ=1,53, µ=1,43, товарные трубы диаметром 299 мм с толщинами стенок от 16 до 30 мм производят на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок ЭШП размером 470×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры пластичности, прошивают в стане поперечно винтовой прокатки в гильзы размером 470 × вн. 290×2570-2720 и 470 × вн. 265×2330-2470 мм на оправках диаметром 275 и 250 размер в размер по диаметру с вытяжками µ=1,51 и µ=1,37, гильзы размером 470 × вн. 290×2570-2700 - 470 × вн. 265×2330-2470 мм прокатывают на пилигримовом стане в товарные трубы размером 299×16×14800-15800 - 299×30×7100-7700 мм с вытяжками от µ=7,13 до µ=4,10 и обжатием по диаметру 36,4%, товарные трубы диаметром 299 мм с толщинами стенок от 31 до 60 мм производят на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок ЭШП размером 470×100×1750±50 мм, которые нагревают до температуры пластичности, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 470 × вн. 265×2330-2470 и 470 × вн. 205×1960-2090 мм на оправках диаметром 250 и 190 мм размер в размер по диаметру с вытяжками µ=1,37 и µ=1,16, гильзы размером 470 × вн. 265×2330-2470 - 470 × вн. 205×1960-2090 мм прокатывают на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в товарные трубы размером 299×31×7100-7600 - 299×60×4800-5200 мм с вытяжками от µ=4,0 до µ=2,97 и обжатием по диаметру 36,54%, трубы разрезают на длины в соответствии с заказом, трубы размером 299×10-15 мм принимают с допуском по диаметру ±1,0% и стенке +15/-5%, а трубы размером 299×16-60 мм принимают с допуском по диаметру +1,25/-1,0% и стенке +20/-5,0%, товарные трубы размером 299×16-60 мм производят на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков ЭШП, которые нагревают до оптимальной температуры деформации при прокатке труб на заданную стенку, значение которой определяют из выражения t=t+(D/S)t, где t=1180 - номинальная температура нагрева слитков диаметром 470 мм под прошивку, °C; D - диаметр прокатываемой трубы, мм; S - толщина стенки прокатываемой трубы, мм; t - коэффициент, °C, прошивку слитков ЭШП в гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки производят с формированием внутреннего диаметра гильз больше диаметра дорна пилилигримового стана, значение которого определяют из выражения d=d+Δ+(D/S)К≤30, где d - средний диаметр дорна, мм; Δ=20 - разность между диаметром дорна и внутренним диаметром гильзы при прокатке труб на ТПУ 8-16" из углеродистых марок стали, мм; К - коэффициент, мм, прокатку товарных труб размером 299×16-60 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами производят с подачей гильз в очаг деформации, значение которой определяют из выражения
, где m - 18-20 - величина подачи гильзы диаметром 470 мм в очаг деформации пилигримового стана при прокатке труб размером 299×16 мм в валках с калибром 306 мм, мм; µ - величина вытяжки при прокатке труб диаметром 299 мм с i - толщиной стенки.
Прокатка товарных труб размером 299×25 из стали 10Х9МФБ-Ш производилась на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков ЭШП размером 470×100×1750±50 мм, а передельных труб размером 377×22 мм из слитков ЭШП размером 490×100×1750±50 мм. Прокатка передельных горячекатаных труб размером 377×22 мм в передельные холоднокатаные трубы размером 325×17 мм и последующий перекат их в товарные размером 299×12 мм производились на стане ХПТ 450 ОАО "ЧТПЗ". Данные по прокатке передельных труб размером 377×22 мм и товарных труб размером 299×25 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами и прокатке передельных труб размером 377×22 мм в товарные трубы размером 299×12 мм на стане ХПТ 450 ОАО "ЧТПЗ", результатам сдачи, механическим свойствам и геометрическим размерам труб приведены в таблицах 1 и 2. Из таблицы 1 видно, что в производство было задано 5 слитков ЭШП размером 490×100×1750±50 мм и 5 слитков ЭШП размером 470×100×1750±50 мм, поставки ОАО "Мечел". Пять слитков ЭШП размером 490×100×1750±50 мм были прокатаны на ТПУ 8-16" в передельные трубы размером 377×22 мм, а пять слитков размером 478×100×1750±50 мм в товарные трубы размером 299×25 мм. Слитки для прокатки передельных труб были посажены в методическую печь и нагреты в соответствии с п.1 формулы изобретения до температуры 1170-1180°C. Пять слитков, общей массой 12,196 т, были прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм в гильзы размером 500 × вн. 315×2550-2620 мм с вытяжкой µ=1,50 и подъемом по диаметру 2,0% (в соответствии с п.1 формулы изобретения). Затем гильзы были прокатаны на ТПУ 8-16" с пилигимовыми станами в передельные трубы размером 377×22×9100-9400 мм (в соответствии с п.п.1 и 3 формулы изобретения). Передельные горячекатаные трубы были отправлены в цех №5 на холодный передел. В цехе №5 передельные горячекатаные трубы размером 377×22 мм были перекатаны на стане ХПТ 450 в передельные холоднокатаные размером 325×17 мм, а затем они были порезаны на трубы-краты равной длины и перекатаны в товарные трубы размером 299×12 мм (в соответствии с п.1 формулы изобретения). В результате было прокатано и принято в соответствии с ТУ 14-3Р-55-2001 десять труб размером 299×12×9700-10200 мм общей массой 8,431 т. Средний расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 1,447. Сравнения по данной прокатке не производили, т.к. трубы данного сортамента из стали 10Х9МФБ-Ш в России не производились в виду отсутствия технологии и оборудования для их производства.
Одновременно в производство было задано 5 слитков ЭШП размером 470×100×1750±50 мм, общей массой 11,376 т, которые были нагреты в соответствии с п.2 формулы изобретения, прошиты в гильзы размером 470×265×2330-2450 мм на оправке диаметром 250 мм с вытяжкой µ=1,37 и размер в размер по диаметру, т.е. Δ=0, а затем прокатаны на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в товарные трубы размером 299×25×10300-10900 мм с коэффициентом вытяжки µ=5,50 и обжатием по диаметру Δ=40,7% (в соответствии с п.п.1-4 формулы изобретения). Трубы были приняты в соответствии с ТУ 14-3Р-55-2001 - 53,1 м труб общей массой 8,966 т. Средний расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,269.
В таблице 2 приведены данные по механическим свойствам металла и геометрические размеры труб. Из таблицы видно, что механические свойства металла и геометрические размеры труб, прокатанных из слитков ЭШП по предлагаемой технологии, выше чем по ТУ 14-3Р-55-2001, что в свою очередь дает гарантированную возможность снизить плюсовое поле допуска по толщине стенки и установить допуск +15/-10 вместо существующего +20/-5,0%. А так как качество металла слитков ЭШП значительно лучше, то основной критерий котельных труб длительная прочность будет значительно выше.
Таким образом, использование предложенного способа позволит впервые в России осуществить производство бесшовных труб размером 299×10-60 мм непосредственно из слитков ЭШП для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара с механическими свойствами металла и геометрическими размерами, превышающими значения данных показателей, приведенных в ТУ 14-3Р-55-2001, что позволит значительно снизить энегозатраты за счет исключения нагрева слитков под ковку и ковку слитков в поковки, снижения нагрузок при прошивке слитков ЭШП с дифференцированными обжатиями по диаметру и производить качественные товарные и передельные трубы на ТПУ8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" для последующего передела передельных труб в товарные на станах ХПТ 450 в соответствии с заказами потребителя, снизить расходный коэффициент металла при переделе слиток ЭШП - котельная труба, а следовательно, снизить стоимость котельных труб из данной марки стали.
Таблица 1
Данные по прокатке передельных труб размером 377×22 и товарных труб размером 299×25 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш на ПТУ 8-16" с пилигримовыми станами и прокатке передельных труб размером 377×22 мм в товарные трубы размером 299×12 мм на стане ХПТ 450 ОАО "ЧТПЗ"
№№ п/п
Размер слитков ЭШП (мм)
Вес слитков (кг)
Прошивка гильз
Прокатка товарных и передельных труб на пилигримовом стане
Прокатка передельных и товарных труб на ХПТ 250
Расход, коэфф. металла
Размер гильз (мм)
Диаметр оправки (мм)
Коэфф. вытяжки (µ)
Подьем или посад по диаметру (δ или Δ) (%)
Размер труб (мм)
Коэфф. вытяжки (µ)
Обжатие по диаметру (Δ, %)
Размер передель-ных труб (мм)
Коэфф. вытяжки (µ)
Размер сданных тварных труб (мм)
Коэфф. вытяжки (µ)
Вес труб (кг)
1
490×100×1700
2412
500 × вн. 315×2550
377×22×9100
325×17×6600
299×12×9800
832,0
325×17×6600
299×12×9700
823,5
2
490×100×1725
2448
500 × вн. 315×2580
377×22×9200
325×17×6700
299×12×10000
849,0
325×17×6700
299×12×9900
840,5
3
490×100×1750
2483
500 × вн. 315×2620
300
1,5
δ=2,0
377×22×9400
4,83
Δ=24,6
325×17×6850
1,492
299×12×10200
1,52
866.0
325×17×6850
299×12×10100
857,5
4
490×100×1700
2412
500 × вн. 315×2550
377×22×9100
325×17×6600
299×12×9800
832,0
325×17×6600
299×12×9900
840,5
5
490×100×1720
2441
500 × вн. 315×2580
377×22×9200
325×17×6700
299×12×10000
849,0
325x17x6700
299x12x9900
840,5
Итого:
12196
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
8430,5
1,447
1
470×100×1800
2340
470 × вн. 265×2450
299×25×10900
-
-
1840,5
2
470×100×1750
2275
470 × вн. 265×2400
299×25×10700
-
1806,7
3
470×100×1775
2308
470 × вн. 265×2430
250
1,37
Δ=0
299×25×10800
5,50
Δ=40,7
-
-
-
-
1823,5
4
470×100×1700
2210
470 × вн. 265×2330
299×25×10300
-
-
1739,2
5
470×100×1725
2243
470 × вн. 265×2350
299×25×10400
-
-
1756,0
Итого:
11376
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
8965,9
1,269
Таблица 2
Данные по механическим свойствам металла труб размером 299×12 и 299×25 мм из стали 10Х9МФБ-Ш при комнатной температуре и геометрическим размерам
Вид испытания
Продольные образцы
Твердость по Бриннелю НВ
Поперечные образцы
Геомет. размеры
Времен. сопрот. σ<sub>в</sub> (H/мм<sup>2</sup>)
Предел текучести σ<sub>0,2</sub> (H/мм<sup>2</sup>)
Относит. удлинение δ<sub>5</sub> (%)
Относит. сужение ψ (%)
Ударная вязкость KCU (Дж/см<sup>2</sup>)
Времен. сопрот. σ<sub>в</sub> (Н/мм<sup>2</sup>)
Предел текучести σ<sub>0,2</sub> (Н/мм<sup>2</sup>)
Относит. удлинение δ<sub>5</sub> (%)
Относит. сужение ψ (%)
Ударная вязкость KCU (Дж/см<sup>2</sup>)
Допуск по диаметру (%)
Допуск по стенке (%)
Не менее
Не более
Не менее
По ТУ 14-3Р-55-2001
Не менее 600
400
19
55
78
255
Не менее 600
400
17
50
59
±1,0
+20/-5
Трубы 299×12 мм
745-855
585-715
20,5-21,5
65-75
100-115
220-240
720-765
580-650
18,5-21,5
56-64
70-78
±1,0
+12,5/-5
Трубы 299×25 мм
675-715
525-590
19,5-22,5
62-75
95-105
185-200
655-715
490-510
19,5-20,5
60-65
65-75
+1,25/-1,0
+20/-5