Способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра
Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу прошивки слитков и заготовок при производстве бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра. Способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра включает нагрев 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 прокатку в трубы большого диаметра на установках с автоматическими или пилигримовыми станами, при этом 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. Изобретение обеспечивает улучшение геометрических размеров труб, снижение расходного коэффициента металла и повышение производительности трубопрокатных установок. 1 табл.
Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу прошивки слитков и заготовок, и может быть использовано при производстве бесшовных горячедеформированных труб диаметром 465-550 мм с отношением D/S≥ 13,5 на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из углеродистых и малолегированных сталей и труб диаметром 273-426 мм и более на трубопрокатных установках с автоматическими и пилигримовыми станами из труднодеформируемых марок стали и сплавов.
Известны способы прошивки слитков и заготовок в станах косой прокатки при производстве труб диаметром 530-550 мм с отношением D/S≥ 13,5 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 ТУ 14-3-460-75 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", ТИ 158-Тр.ТБ 1-51-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали 15Х5М по ТУ14-3Р-62-2002" и ТИ158-Тр.ТБ1-53-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из коррозионностойких 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 475 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.
Наиболее близким техническим решением является 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 большого диаметра на установках с автоматическим станом (производство бесшовных труб из коррозионностойких сталей по ГОСТ 9940-81 на ТПА "350" Никопольского Южнотрубного завода, Украина). При этом рабочие валки прошивных станов вращаются в одну сторону (по часовой стрелке).
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика эксплуатации станов косой прокатки показывает, что при прошивке слитков и заготовок с неравномерным нагревом получаем толстостенные гильзы с повышенной кривизной, раскатка которых в тонкостенные гильзы во втором стане приводит к увеличению исходной кривизны и, как следствие, к повышенной поперечной и продольной разностенности труб при прокатке их на ТПА с автоматическими станами, к повышенной поперечной разностенности при прокатке их в трубы на установках с пилигримовыми станами или вообще к браку из-за невозможности введения внутрь гильз длинной оправки (дорна).
Целью предложенного способа является улучшение геометрических размеров горячедеформированных труб большого диаметра из улеродистых и малолегированных марок стали и труб среднего и большого диаметра из нержавеющих и труднодеформируемых сталей и сплавов, снижение расходного коэффициента металла и повышение производительности трубопрокатных установок с автоматическими и пилигримовыми станами за счет значительного снижения кривизны тонкостенных гильз.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра, заключающемся 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 прокатке их в трубы большого диаметра на установках с автоматическими и пилигримовыми станами, производят прошивку слитков и заготовок в толстостенные гильзы 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. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что прошивку слитков и заготовок в толстостенные гильзы производят в первом прошивном стане, рабочие валки которого вращают в одну сторону, раскатку в тонкостенные гильзы во втором стане, рабочие валки которого вращают в противоположную сторону. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна". 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 позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".
Для прокатки труб размером 530-550× 15-20× L мм на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" с допусками по стенке ±12,5% необходимы гильзы размером 650-670× 50-60× 3000-3500 мм. Прошивка гильз такого размера из заготовок диаметром 650 мм за одну прошивку приводит к перегрузке двигателя прошивного стана и искривлению гильз, а прокатка труб из гильз с повышенной кривизной в валках с калибрами 538-558 мм с вытяжками 3,5-4,0 приводит к образованию поперечной разностенности более ±12,5%. Поэтому трубы данного сортамента на ТПА 8-16" производят за две прошивки, а именно 650× 100× 1200 → 650× 365× 1720 → 670× 550× 3400 → 550× 20× 9500 мм. Нагретые до температуры пластичности заготовки размером 650× 100× 1200 мм прошивают в толстостенные гильзы размером 650× 365вн×1720 мм на оправке диаметром 350 мм, охлаждают, ремонтируют (при необходимости), нагревают до температуры пластичности, прошивают (раскатывают) в тонкостенные гильзы размером 670× 60× 3400 мм на оправке диаметром 525 мм и прокатывают на пилигримовом стане в трубы размером 550× 20× 9500 мм с вытяжкой μ =3,45. Если гильзы имеют кривизну более 30-40 мм, то в такие гильзы очень сложно или вообще невозможно ввести дорн, а при прокатке их в трубы с вытяжками 3,5-5,0 и малым коэффициентом полировки (с увеличением калибра валков при идеальном диаметре Dj=950 мм уменьшается рабочая длина дуги пилигримового валка, что приводит к снижению коэффициента полировки) прокатать такие гильзы в качественные трубы не представляется возможным. Поэтому с целью исключения разностенности труб большого диаметра с отношением D/S≥ 25 прокатку труб на пилигримовых станах ведут с двойной прошивкой. Прокатку труб размером 351-425× 20-30× L мм из слитков ЭШП нержавеющих марок стали из-за повышенных нагрузок на привод прошивного стана на ТПА 8-16" также производят в две прошивки, а именно 540× 100× 1600 → 540× 265× 2050 → 540× 365× 2870, т.е. слиток ЭШП диаметром 500-540 мм прошиваем на пробке диаметром 250 мм, а затем на пробке большего диаметра в зависимости от диаметра труб и толщины стенки, т.е. в зависимости от диаметра дорна. При прокатке труб из нержавеющих марок стали кривизна гильз имеет еще большее значение. При производстве труб среднего диаметра из труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПА 350 с автоматическими станами прошивку гильз ведут в двух последовательно расположенных станах косой прокатки. В первом стане прошивают заготовки в толстостенные гильзы, которые без подогрева раскатывают в тонкостенные гильзы во втором прошивном стане, а затем прокатывают в автоматическом, раскатном и калибровочном станах. При неравномерном нагреве заготовок гильзы после первой прошивки имеют кривизну, которая еще более увеличивается при раскатке в тонкостенные гильзы во втором стане, рабочие валки которого вращаются в ту же сторону, что и у первого прошивного стана, т.е. скручивание гильз после первого стана увеличивается во втором стане, что приводит к увеличению исходной кривизны гильз. Прокатка таких гильз приводит к повышенной разностенности труб. Поэтому с целью снижения разностенности труб прошивку слитков и заготовок при прокатке труб большого диаметра (530-550 мм) из углеродистых и малолегированных марок стали и труб среднего и большого диаметра (351-426 мм) из нержавеющих и труднодеформируемых марок стали и сплавов в толстостенные гильзы необходимо производить в первом прошивном стане, рабочие валки которого вращаются в одну сторону, а раскатку в тонкостенные гильзы во втором стане, рабочие валки которого вращаются в противоположную сторону.
В связи с отсутствием в России на трубопрокатных установках в одной линии двух прошивных станов предлагаемый способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра был имитирован и опробован на трубопрокатной установке 140 с автоматическим станом ОАО "ЧТПЗ", имеющей трехвалковый обкатной стан, рабочие валки которого вращаются в противоположную сторону относительно прошивного стана. По данному способу впервые в 2003 г. получены качественные трубы размером 159× 8 мм из стали марки 12Х18Н10Т по ГОСТ 9940. Данные по технологическим параметрам процесса прошивки, раскатки, калибровки, геометрическим размерам и расходному коэффициенту металла при прокатке труб размером 159х8 мм на ТПА 140 с автоматическим станом ОАО "ЧТПЗ" по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что в производство было задано 20 заготовок стали марки 12Х18Н10Т: 10 заготовок размером 150× 3000 и 10 заготовок размером 150× 2100 мм. Десять заготовок размером 150× 3000 мм были прокатаны с двойной прошивкой, а именно заготовки размером 150× 3000 мм были нагреты до температуры пластичности, прошиты в прошивном стане в гильзы размером 160× 20,5× 5900 мм, которые после охлаждения были порезаны на равные части, повторно нагреты до температуры пластичности и прошиты (раскатаны) в тонкостенные гильзы размером 170× 8× 6500 мм. После повторной прошивки трубы прокалибровали на калибровочном стане на размер 159× 8× 6600 мм. Трубы были обмерены, предъявлены ОТК, разбракованы и сданы по ГОСТ 9940. Средняя поперечная разностенность труб по первичным замерам составила 32,7% при норме по ГОСТ 25,0%, а расходный коэффициент металла 1,259. По предлагаемой технологии 10 заготовок размером 150× 2100 мм были нагреты до температуры пластичности, прошиты в гильзы размером 160× 13× 6200 мм, затем, минуя автоматический стан, прошиты (раскатаны) в обкатном стане в трубы размером 170× 8× 9140 мм, рабочие валки которого вращаются в противоположную сторону вращения рабочих валков прошивного стана, а затем прокалиброваны в калибровочном стане в трубы размером 159× 8× 9300 мм. Трубы были обмерены, предъявлены ОТК, разбракованы и сданы по ГОСТ 9940. Средняя поперечная разностенность труб по первичным замерам составила 24,5%, а расходный коэффициент металла 1,168.
Таким образом, по результатам проведенного эксперимента подтверждены теоретические обоснования способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра из углеродистых и малолегированных марок стали и труб среднего и большого диаметра из нержавеющих и труднодеформируемых марок стали и сплавов за счет установки в линии трубопрокатных агрегатов двух прошивных станов, рабочие валки которых вращаются в разные стороны. Из таблицы видно, что трубы, прокатанные по предлагаемой технологии (способу), имеют наименьшую поперечную разностенность и меньший расходный коэффициент металла. Основным показателем снижения расходного коэффициента металла являются снижение отходов (обрези) по толщине стенки и прокатка труб с более жесткими допусками по стенке.
Использование предлагаемого способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра из углеродистых и малолегированных марок стали и труб среднего и большого диаметра из нержавеющих и труднодеформируемых марок стали и сплавов позволит значительно снизить расход металла за счет снижения отходов по разностенности и прокатки труб с более жесткими допусками по стенке, а следовательно, снизить стоимость товарных труб данного сортамента.
| Данные по технологическим параметрам процесса прошивки, раскатки, калибровки, геометрическим размерам и расходному коэффициенту металла при прокатке труб размером 159× 8 мм на ТПА 140 с автоматическим станом ОАО "ЧТПЗ" по существующей и предлагаемой технолигиям | |||||||||||||
| Размер труб (мм ) | Размер заготовки (мм) | Марка стали | Колич. труб (шт) | Существующая технология прокатки | Предлагаемая технология прокатки | ||||||||
| Размер гильз после первой прошивки (мм) | Размер гильз после второй прошивки (мм) | Размер труб после калибров. стана (мм) | Средняя попереч. разностей труб (%) | Расход. коэффиц. металла | Размер гильз после прошивки (мм ) | Размер гильз после пршивки (раскатки)в обкатном стане (мм ) | Размер труб после калибров. стана ( мм ) | Средняя попереч. разностен. труб (%) | Расход. коэфф. металла | ||||
| 159× 8 | 150× 3000 | 12Х18Н10Т | 10 | 160× 20,5× 5900 | 170× 8× 6500 | 159× 8× 6600 | 32,7 | 1,259 | - | - | - | - | - |
| 159× 8 | 150× 2100 | 12Х18Н10Т | 10 | - | - | - | - | - | 160× 13× 6200 | 170× 8× 9140 | 159× 8× 9300 | 24,5 | 1,168 |
Способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра, включающий нагрев 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 прокатку в трубы большого диаметра на установках с автоматическими или пилигримовыми станами, отличающийся тем, 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.
