СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ
METHOD OF PRODUCING SEAMLESS HOT-DEFORMED LARGE- AND MEDIUM-DIAMETRE PIPES AT PIPE ROLLING UNITS WITH STEP-ROLLED MILLS

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу производства бесшовных горячедеформированных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, и может быть использовано при производстве бесшовных горячедеформированных труб диаметром 273-550 мм.
Известен способ производства труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для производства труб диаметром 219-550 мм из слитков мартеновского производства и НЛЗ, заключающийся в том, что слитки и НЛЗ нагревают в печах до температуры пластичности, прошивают в стане косой прокатки в гильзы, которые прокатывают на пилигримовых станах в трубы по ГОСТ и ТУ в соответствии с заказами (ТИ 158-Тр.ТБ1-23-2005 "Подготовка, нагрев, прошивка слитков и заготовок, пилигримовая прокатка и калибровка труб в цехе №1 ОАО "ЧТПЗ"").
Недостатком данного способа является то, что слитки мартеновского производства имеют литую структуру, при прошивке которых в стане косой прокатки, по сравнению с кованой и НЛЗ, образуются дефекты в виде наружных и внутренних плен, что в конечном результате приводит к повышенному браку и, как следствие, к повышенному расходу металла.
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 (ТИ 158-Тр.ТБ1-38-97 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб для паровых котлов и трубопроводов по ТУ 14-3-460-75 и ТУ 14-3-420-75", ТИ 158-Тр.ТБ1-56-97 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали марки 20 для нефтеперерабатывающей промышленности по ТУ14-3-587-77", ТИ158-Тр.ТБ 1-51-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали 15Х5М по ТУ 14-3Р-62-2002" и ТИ 158-Тр.ТБ1-53-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из коррозионно-стойких марок стали с повышенным качеством поверхности по ТУ 14-3Р-197-2001").
Недостатком данных способов является то, что двойная прошивка слитков и заготовок приводит к двойному нагреву, а следовательно, к снижению производительности пилигримовой установки и повышению стоимости их передела. Прошивка гильз на оправках диаметром 450 мм и более с отношением D/S≥8 приводит к неравномерному охлаждению их в прошивном стане и повышенной кривизне, что в свою очередь приводит к повышенной разностенности труб на пилигримовом стане и, как следствие, к повышенному расходу металла при переделе: слиток - заготовка - готовая труба. Прокатка труб размером 351 мм и более из труднодеформируемых марок стали и сплавов 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, прошивку 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 труб из коррозионно-стойких сталей по ГОСТ 9940 на ТПА "350" Никопольского Южнотрубного завода, Украина).
Однако известный способ также имеет недостатки, а именно станы косой прокатки установлены последовательно. Данный способ прокатки приемлем для массового производства труб на ТПУ с автоматическими станами. 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 малых партий труб диаметром 273-450 мм и труб большого диаметра 465-550 мм.
Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформируемых труб большого диаметра, заключающийся в том, что прошивку слитков и заготовок 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 малолегированных марок стали, снижение расходного коэффициента металла, но не решает главной задачи, а именно - уплотнение структуры мартеновского слитка и НЛЗ, повышение производительности ТПУ с пилигримовыми станами при прокатке труб диаметром 465-550 мм и труб размером 273-450 мм малыми партиями.
Задачей предложенного способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является улучшение структуры мартеновского слитка и НЛЗ, снижение брака гильз и труб из-за дефектов металлургического происхождения, снижение расходного коэффициента металла и повышение производительности трубопрокатных установок с пилигримовыми станами за счет установки станов косой прокатки параллельно, что кроме улучшения структуры мартеновского слитка и НЛЗ больших диаметров 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 горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем нагрев слитков мартеновского производства и непрерывнолитых заготовок до температуры пластичности, прокатку их в полые толстостенные гильзы в двух станах косой прокатки, установленных последовательно, с последующей прокаткой в трубы на пилигримовом стане, на первом стане косой прокатки производят прокатку без оправки с уплотнением слитков мартеновского производства с обжатием по диаметру 7,0-10,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитых заготовок с обжатием по диаметру 4,0-6,0%, большее значение которого относится к заготовкам большего диаметра, а на втором стане косой прокатки прошивают слитки мартеновского производства с подъемом по диаметру 8,0-12,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитые заготовки с подъемом по диаметру 6,0-10,0%, большее значение которого относится к непрерывнолитым заготовкам меньшего диаметра.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что на первом стане косой прокатки производят прокатку без оправки с уплотнением слитков мартеновского производства с обжатием по диаметру 7,0-10,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитых заготовок с обжатием по диаметру 4,0-6,0%, большее значение которого относится к заготовкам большего диаметра, а на втором стане косой прокатки прошивают слитки мартеновского производства с подъемом по диаметру 8,0-12,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитые заготовки с подъемом по диаметру 6,0-10,0%, большее значение которого относится к непрерывнолитым заготовкам меньшего диаметра. 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".
Для прокатки труб по ГОСТ 8732 размером 426×10 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" необходимы гильзы размером 620×440вн.×2720 мм (ТИ 158-Тр.ТБ1-23-2005), которые получают на стане косой прокатки из слитков мартеновского производства размером 585/570×1700 мм за счет прошивки их на оправке диаметром 425 мм с подъемом по диаметру на 7,35%. В процессе прошивки на гильзах образуются наружные и внутренние плены металлургического и прокатного происхождения, величина которых на отдельных плавках достигает до 20-30%, что в свою очередь приводит к повышенным дефектам на трубах и, как следствие, к повышенному расходному коэффициенту металла (для труб данного сортамента р/к=1,275).
Поэтому с целью улучшения (уплотнения) структуры мартеновского слитка, снижения количества наружных и внутренних пленки, а следовательно, снижения брака труб по дефектам металлургического происхождения и снижения расходного коэффициента металла необходимо на первом стане косой прокатки производить обжатие слитков и непрерывнолитых заготовок без оправки - уплотнение с последующей прошивкой в гильзы во втором стане косой прокатки, установленном в технологической линии параллельно первому, слитки мартеновского производства в первом стане косой прокатки прокатывают без оправки с обжатием по диаметру 7,0-10,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, непрерывнолитые заготовки в первом стане косой прокатки прокатывают без оправки с обжатием по диаметру 4,0-6,0%, большее значение которого относится к заготовкам большего диаметра, слитки мартеновского производства прошивают во втором стане косой прокатки с подъемом по диаметру 8,0-12,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, а непрерывнолитые заготовки прошивают во втором стане косой прокатки с подъемом по диаметру 6,0-10%, большее значение которого относится к непрерывнолитым заготовкам меньшего диаметра. Одновременно при прокатке труб из кованых заготовок (ТУ 14-3Р-55-2001, ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-3-190-2004) параллельное расположение станов косой прокатки дает возможность производить прошивку на первом стане косой прокатки заготовок в гильзы одного диаметра, а на втором стане косой прокатки в гильзы другого диаметра для прокатки труб разных диаметров на установках с пилигримовыми станами, т.е. исключить простой второго пилигримового стана при прокатке труб диаметром 273-450 мм мелкими партиями, повысить производительность ТПУ, а также при прокатке труб диаметром 465-550 мм, требующих двойную прошивку (прошивку на одном стане косой прокатки с последующей раскаткой на втором стане косой прокатки).
В связи с отсутствием в России на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами в технологической линии двух прошивных станов предлагаемый способ поточного производства горячедеформированных труб большого и среднего диаметров осуществить не представляется возможным.
Для осуществления предложенной технологии производили прокатку труб размером 377×9 и 426×10 мм по предлагаемой технологии путем обжатия слитков в стане косой прокатки в соответствии с формулой изобретения, повторным нагревом обжатых слитков (слитков-заготовок) до температуры пластичности и прошивкой их в стане косой прокатки в гильзы, т.е. с потерей производительности ТПУ в два раза.
Данные по прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм по ГОСТ 8732 на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что по существующей технологии в производство были заданы 30 слитков размером 555/505×1700 мм общей массой 89,0 тонн для прокатки труб размером 377×9 мм и 30 слитков размером 585×540×1700 мм общей массой 99,0 тонн для прокатки труб размером 426×10 мм. Прошивку слитков размером 555/505×1700 мм производили на оправке диаметром 375 мм в гильзы размером 570×390×2580 мм с подъемом диаметра по дине слитка от 2,7 до 12,9% (средним подъемом по диаметру 7,5%). Гильзы были прокатаны на пилигримовом стане в трубы размером 377x9 мм. Сдано в соответствии с ГОСТ 8732 - 68,99 тонн труб. Расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 1,290. Слитки размером 585/540×1700 мм прошивались в стане косой прокатки на оправке диаметром 425 мм в гильзы размером 620×440×2730 мм со средним подъемом по диаметру 10,3%. Из 30 слитков общей массой 99,0 тонн прокатано и сдано в соответствии с ГОСТ 8732 - 76,45 тонн труб. Расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 1,295.
По предлагаемой технологии 30 слитков размером 585/540×1700 мм общей массой 99,0 тонн были нагреты до температуры пластичности и обжаты в стане косой прокатки без оправки в слитки-заготовки размером 520×1950 мм с обжатием по диаметру 7,6%. Затем слитки после обжатия были посажены в печь, нагреты до температуры пластичности, прошиты на оправке диаметром 375 мм в гильзы размером 570×390×2930 мм с подъемом по диаметру 9,6%. Гильзы были прокатаны на ТПУ 8-16′′ в трубы размером 377×9 мм. Принято в соответствии с ГОСТ 8732 - 80,16 тонн труб. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,235. При прокатке труб по данной технологии из-за отсутствия второго стана косой прокатки пришлось производить повторный нагрев слитков-заготовок, т.е. в данном случае мы имеем двойной угар металла в печи. При наличии в технологической линии ТПУ с пилигримовыми станами параллельно двух станов косой прокатки расходный коэффициент металла составил бы ≈1,200. Аналогичная картина получена и при прокатке труб размером 426×10 мм. По предлагаемой технологии в производство было задано 30 слитков размером 615/600×1700 мм, общей массой 107,4 тонны. Слитки были обжаты в стане косой прокатки в слитки-заготовки размером 550×2090 мм с обжатием по диаметру 9,5%. Затем слитки-заготовки повторно были нагреты в методической печи до температуры пластичности и прошиты в стане косой прокатки на оправке диаметром 425 мм в гильзы размером 610×440×3430 мм с подъемом по диаметру 10,9%, которые были прокатаны на пилигримовых станах в трубы размером 426×10 мм. Принято в соответствии с ГОСТ 8732 - 86,16 тонн труб. Расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 1,243, а с учетом снижения угара металла за счет установки двух станов косой прокатки составил бы ≈1,206. Процесс производства труб из НЛЗ по существующей и предлагаемой технологиям осуществить не представилось возможным, т.к. в настоящее время в России данным способом производятся слитки максимального диаметра 430 мм. На предприятиях "Группы ЧТПЗ" в настоящее время ведется строительство металлургического комплекса с установкой линии для производства НЛЗ диаметром до 600 мм.
Таким образом, подтверждены фактические и теоретические обоснования целесообразности использования предложенного способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на ТПУ с пилигримовыми станами из мартеновских слитков и НЛЗ, на первом стане косой прокатки производят обжатие слитков и непрерывнолитых заготовок без оправки - уплотнение с последующей прошивкой в гильзы во втором стане косой прокатки, установленном в технологической линии параллельно первому, слитки мартеновского производства в первом стане косой прокатки прокатывают без оправки с обжатием по диаметру 7,0-10,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, непрерывнолитые заготовки в первом стане косой прокатки прокатывают без оправки с обжатием по диаметру 4-6%, большее значение которого относится к заготовкам большего диаметра, слитки мартеновского производства прошивают во втором стане косой прокатки с подъемом по диаметру 8,0-12,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, а непрерывнолитые заготовки прошивают во втором стане косой прокатки с подъемом по диаметру 6,0-10%, большее значение которого относится к непрерывнолитым заготовкам меньшего диаметра.
Использование предлагаемого способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметра из углеродистых и малолегированных марок стали из слитков мартеновского производства и НЛЗ позволит улучшить структуру слитков и НЛЗ, значительно снизить количество дефектов металлургического происхождения (внутренних и наружных плен), снизить расходный коэффициент металла и себестоимость труб, а установка двух станов косой прокатки в технологической линии параллельно производить формирование портфеля заказов трубами меньшими партиями без потери производительности пилигримовых станов, а следовательно, повысить их производительность и снизить себестоимость трубной продукции.