Способ производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%

Изобретение относится к способу производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%. Способ производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% включает сверловку слитков электрошлакового переплава (ЭШП), нагрев их до температуры пластичности, прошивку в прошивном стане в гильзы, прокатку на пилигримовом стане в трубы заготовки, охлаждение, ремонт, порезку труб-заготовок на два крата-заготовки, нагрев кратов-заготовок до температуры пластичности, прошивку-раскатку в прошивном стане и прокатку передельных труб на пилигримовом стане, при этом слитки ЭШП диаметром 460-480 мм сверлят с донного конца на длину L=Н-В, где Н - высота слитка, мм; В - недосверленная часть слитка, равная 100-120 мм, выдерживают при температуре 450-500°С на колосниках методической печи без кантовки в течение 90-120 минут, нагревают до температуры 800-850°С со скоростью 1,8-2,0°С в минуту, затем нагревают до температуры пластичности 1050-1090°С со скоростью 2,1-2,2°С в минуту с кантовкой через 15-20 минут и выдерживают при данной температуре в течение 70-80 минут с кантовкой на угол ≈180° через 10-15 минут. Изобретение обеспечивает совершенствование нового технологического процесса производства передельных труб, снижение доли технологических отходов, повышение качества, снижение стоимости конечной продукции. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к трубному производству, в частности к способу производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (ЧС 82), и может быть использовано при производстве бесшовных горячекатаных передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

В трубном производстве известен способ производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (ЧС 82), предусматривающий выплавку стали вакуумно-дуговым (ВД), вакуумно-индукционным (ВИ), вакуумно-индукционным с последующим вакуумно-дуговым переплавом (ИД) и плазменным переплавом (П) в слитки диаметром 460 мм с последующей ковкой их в прутки (заготовки) диаметром 225-230 мм и механической обработкой (обточкой) на размер 215×1850-1950 мм, нагрев до температуры пластичности, прошивку в прошивном стане на ТПА-350 с автоматическим станом в гильзы размером 220×45×2700-2850 мм, охлаждение, ремонт, прошивку на первом прошивном стане в гильзы размером 250×28×3400-3600 мм, прошивку на втором стане в гильзы размером 292×13×5600-5950 мм, прокатку в автоматическом стане в три прохода с обжатиями соответственно 14,3%, 8,3%, 0,5% и калибровку в калибровочном стане в трубы размером 288×11 мм при температуре 850-950°С (Отчет по НИР "Освоение технологии производства горячекатаных труб большого диаметра из стали ЧС 82 в условиях ТПА-350 "ЮТЗ", Днепропетровск, 1988 г.).

Недостатком данного способа являются межгосударственные перевозки (Челябинск- Никополь-Челябинск), трудоемкая операция ковки слитков диаметром 460 мм в прутки (заготовки) диаметром 225-230 мм с последующей механической обработкой (обточкой) и порезкой на размер 215×1850-1950 мм, большой расходный коэффициент металла при переделе слиток-шестигранная заготовка, равный 6,53, и, как следствие, высокая стоимость передельных труб и готовой продукции (шестигранных заготовок).

Наиболее близким техническим решением является способ производства трубных заготовок для изготовления шестигранных чехловых труб из низкопластичной безникелевой стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100 мм в слитках ЭШП размером 460-480×1600-1750 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в прошивном стане "ТПА 8-16" ОАО "ЧТПЗ" в гильзы размером 440-480×95-130×2000-2700 мм, прокатку гильз на пилигримовом стане в трубы-заготовки размером 377×88,5×3200-3600 мм, порезку труб-заготовок на два крата-заготовки размером 377×88,5×1600-1800 мм, повторный нагрев их до температуры пластичности, прошивку (раскатку) в прошивном стане в гильзы размером 400-440×50-70×1800-2650 мм, а затем прокатку на пилигримовом стане в передельные трубы размером 290×12×11500-12500 мм и правку на правильной машине при температуре не ниже 100°С, используя температуру прокатного нагрева (А.В.Сафьянов, А.А.Федоров, В.П.Борисов и др. Разработка и освоение новой технологии производства шестигранных чехловых труб из низколегированной нейтронопоглащающей безникелевой стали с содержанием бора 1,3-1,8%. Труды четвертого конгресса прокатчиков, Магнитогорск, 16-19 октября 2001 г., Москва, 2002, стр.44-47).

Известный способ имеет следующие недостатки. Технологический процесс производства передельных труб из стали ЧС 82, включающий два нагрева, две прошивки, две прокатки на пилигримовом стане и порезку на станках труб-заготовок на два равных крата-заготовки, трудоемок, требует больших затрат, что приводит к росту цены передельных труб и, как следствие, к росту цены шестигранных чехловых труб. Прокатка двух кратов-заготовок размером 377×88,5×1600-1800 мм, полученных из одного слитка, на пилигримовом стане в трубы размером 290×12×11500-12500 мм приводит к увеличению технологических отходов в виде двух затравочных концов и двух пилигримовых головок. При неустановившемся процессе прокатки, т.е. при затравке и докатке (обкатке) пилигримовых головок из-за малой пластичности стали, образуются концевые дефекты в виде продольных трещин и рванин на длине 0,6-0,8 метра. Это приводит к увеличению расходного коэффициента при переделе слиток ЭШП - передельная труба. Прокатка на пилигримовом стане труб размером 290×12×11500-12500 мм из гильз размером 400-440×50-70×2000-2700 мм в течение 3,0-3,2 минут приводит к снижению температуры гильзы до 750°С, т.е. конец прокатки труб происходит при температуре 750-800°С, а это ниже нижнего предела интервала пластичности данной марки стали 800-850°С, что приводит к образованию рванин под пилигримовую головку на длине 2,0-3,0 метра, а это в свою очередь приводит к браку одного крата, т.к. минимальная длина трубы для профилирования (передела в шестигранник) должна быть не менее 5250 мм.

Целью предложенного способа является освоение нового технологического процесса производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% на "ТПА 8-16" с пилигримовыми станами, снижение доли технологических отходов (затравочных концов и пилигримовых головок), количества брака по рванинам на одной четвертой длины трубы под пилигримовую головку и концевых дефектов в виде трещин и рванин, снижение расходного коэффициента металла при переделе слиток ЭШП - передельная трубная заготовка, а следовательно, снижение стоимости конечной продукции - шестигранных труб из стали ЧС 82.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающем сверловку слитков ЭШП, нагрев их до температуры пластичности, прошивку в прошивном стане в гильзы, прокатку на пилигримовом стане в трубы-заготовки, охлаждение, ремонт, порезку труб-заготовок на два крата-заготовки, нагрев кратов-заготовок до температуры пластичности, прошивку (раскатку) в прошивном стане и прокатку передельных труб на пилигримовом стане, слитки ЭШП диаметром 460-480 мм сверлят с донного конца на длину

L=Н-В,

где Н - высота слитка, мм;

В - недосверленная часть слитка, равная 100-120 мм, слитки садят в печь и выдерживают при температуре 450-500°С на колосниках методической печи без кантовки в течение 90-120 минут, нагревают до температуры 800-850°С со скоростью 1,8-2,0°С в минуту, затем нагревают до температуры пластичности 1050-1090°С со скоростью 2,1-2,2°С в минуту с кантовкой через 10-15 минут и выдерживают при данной температуре в течение 70-80 минут с кантовкой на угол ≈180° через 10-15 минут, перед прошивкой внутрь слитков подают смазку в виде смеси графита с поваренной солью (50/50)% массой 300-500 граммов, прошивку производят сверленым концом вперед с вытяжкой 1,6-1,75 без подъема по диаметру, установившийся процесс прошивки ведут со скоростью вращения валков 40-45 оборотов в минуту, при заполнении очага деформации (от захвата заготовки валками до полного нахождения гильзы на оправку) скорость вращения валков снижают на 20-25% (30-35 оборотов в минуту), а на выходе заготовки из очага деформации скорость снижают на 30-35% (25-30 оборотов в минуту), гильзы прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы с вытяжкой 9,0-10,5 и обжатием по диаметру 35-40%, затравку и докатку (обкатку) пилигримовой головки на пилигримовом стане производят с вытяжкой, равной 0,8-0,85 от величины вытяжки установившегося процесса прокатки, вытяжку снижают при затравке на длине 1,0-1,1, а при докатке пилигримовой головки на длине 0,3-0,5 пути отката подающего аппарата за счет разведения валков пилигримового стана.

Сущность способа заключается в том, что совершенствование технологии смазки внутренней поверхности слитков-гильз при прошивке, правильно выбранные (теоретически обоснованные) режимы нагрева слитков ЭШП под прошивку и прокатку, деформационные режимы прошивки и прокатки передельных труб на пилигримовом стане позволили заменить сложный технологический процесс производства передельных труб размером 290×12×11500-12500 мм из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (два нагрева - две прошивки - две прокатки на пилигримовом стане с порезкой труб-заготовок на два крата-заготовки) на классическую схему, т.е. с одной прошивкой и прокаткой на пилигримовом стане труб размером 290×12×22000-23000 мм, что позволило снизить стоимость передела более чем в два раза, значительно снизить брак и расходный коэффициент металла при переделе слиток ЭШП - передельная труба, а следовательно, снизить стоимость передельных труб.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% отличается тем, что слитки ЭШП диаметром 460-480 мм сверлят с донного конца на длину

L=Н-В,

где Н - высота слитка, мм;

В - недосверленная часть слитка, равная 100-120 мм, слитки садят в печь и выдерживают при температуре 450-500°С на колосниках методической печи без кантовки в течение 90-120 минут, нагревают до температуры 800-850°С со скоростью 1,8-2,0°С в минуту, затем нагревают до температуры пластичности 1050-1090°С со скоростью 2,1-2,2°С в минуту с кантовкой через 15-20 минут и выдерживают при данной температуре в течение 70-80 минут с кантовкой на угол ≈180° через 10-15 минут, перед прошивкой внутрь слитков подают смазку в виде смеси графита с поваренной солью (50/50)% массой 300-500 граммов, прошивку производят сверленым концом вперед с вытяжкой 1,6-1,75 без подъема по диаметру, установившийся процесс прошивки ведут со скоростью вращения валков 40-45 оборотов в минуту, при заполнении очага деформации (от захвата заготовки валками до полного нахождения гильзы на оправку) скорость вращения валков снижают на 20-25% (30-35 оборотов в минуту), а на выходе заготовки из очага деформации скорость снижают на 30-35% (25-30 оборотов в минуту), гильзы прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы с вытяжкой 9,0-10,5 и обжатием по диаметру 35-40%, затравку и докатку (обкатку) пилигримовой головки на пилигримовом стане производят с вытяжкой μ=7,5-8,5, равной 0,8-0,85 от величины вытяжки установившегося процесса прокатки, вытяжку снижают при затравке на длине 1,0-1,1, а при докатке пилигримовой головки на длине 0,3-0,5 пути отката подающего аппарата за счет разведения валков пилигримового стана. 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".

Способ был опробован и внедрен на трубопрокатной установке "8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". По данному способу впервые в 2003 г. получены качественные передельные трубы размером 290×12×22000-23000 мм для изготовления шестигранных чехловых труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% (ЧС 82).

В производство было задано 40 слитков ЭШП стали марки ЧС 82 поставки завода "Мечел". 20 слитков размером 460×1750 по существующей технологии и 20 слитков размером 460×1600 мм по предлагаемой технологии. Данные по технологическим параметрам процесса прокатки и сдаче труб, прокатанных по существующему и предлагаемому способам, приведены в таблице. Из таблицы видно, что процесс прокатки труб по существующему способу включает следующие операции: осмотр и приемку слитков ЭШП внешней приемкой ОТК, сквозную сверловку слитков, равномерный нагрев слитков ЭШП в методической печи до температуры 1040-1090°С со скоростью нагрева 2,1-2,2°С в минуту в течение 8,0-8,15 часов, подачу смазки массой 300-500 грамм в осевое сверление слитков, прошивку слитков в гильзы размером 470×115×2170 мм (D×S×L) на оправке диаметром 225 мм с вытяжкой μ=1,24 при скорости вращения валков прошивного стана 60 об/мин. После прошивки на задних концах гильз были продольные трещины на длине 50-100 мм. Гильзы прокатывали на пилигримовом стане в трубы-заготовки размером 377×88×3550 мм. Температура начала прокатки была от 1050 до 1070°С, а конца не менее 850°С. На концах труб-заготовок были концевые трещины не более 50 мм с затравочного конца и не более 150 мм под пилигримовую головку. Трубы-заготовки охлаждали и отправляли на участок обработки поковок и заготовок и перерезали на две равные части (краты-заготовки). Краты-заготовки садили в печь и равномерно нагревали до температуры 1050-1100°С со скоростью 2,6-2,8°С в минуту. Время нагрева от 6,5 до 7,1 часов. После нагрева краты-заготовки подавали к прошивному стану. Во время транспортировки по рольгангу внутрь подавали смазку в виде смеси графита с поваренной солью (50/50)% массой 800-1000 граммов. Краты-заготовки прошивали (раскатывали) в гильзы размером 400×50×2580 мм с вытяжкой μ=1,45 и числом оборотов валков прошивного стана 60 об/мин. Каждая вторая гильза, прошитая из крата-заготовки с пилигримовой головкой, с заднего конца, соответствующего усадочной части слитка ЭШП, имела продольные трещины длиной от 0,2 до 0,5 метра. Гильзы продували сжатым воздухом и прокатывали на пилигримовом стане в трубы размером 290×12×11500-12500 мм. Температура начала прокатки составила 1060-1070, а конца прокатки не ниже 750°С. Число оборотов валков пилигримового стана 42 об/мин. Время прокатки труб составило от 3,0 до 3,3 минут. Средняя величина подачи по гильзе составила 19,8 мм, а по трубе 104,2 мм при вытяжке μ=5,25. На каждой 8-10 трубе с температурой конца прокатки ниже 800°С наблюдались рванины под пилигримовую головку на длине от 2,0 до 3,0 метров, что приводило к браку одного крата, т.к. из трубы длиной 11500-12500 мм получали два крата-заготовки для профилирования шестигранника. На затравочных концах каждой трубы были рванины и трещины длиной от 0,6 до 0,8 метра. Общий расходный коэффициент металла по данной партии, при переделе слиток ЭШП-передельная труба (крат), составил 1,637.

По предлагаемому способу слитки размером 460×1600 мм сверлили на глубину 1500+0/-20 мм. Нагрев слитков производили с выдержкой при температуре 450-500°С на колосниках печи в течение 100-110 минут. Нагрев до температуры 800-850°С проводили со скоростью 1,8-2,0°С в минуту, а нагрев до температуры пластичности 1050-1090°С со скоростью 2,1-2,2°С в минуту с кантовкой вдоль печи через 15-20 минут. При температуре 1050-1090°С проводили выдержку в течение 70-80 минут с кантовкой через 10-15 минут на угол ≈180°. За счет выдержки и равномерности кантовки получили равномерный нагрев по сечению и длине слитков ЭШП, что при прошивке дало возможность получить ровные гильзы. Общее время нагрева слитков составило 8,25-9,0 часов, т.е. продолжительность нагрева увеличилась по сравнению с существующим способом на 3,2-3,7%. Так как смазку подавали в отверстие, имеющее форму стакана, то при прошивке смазка постепенно перемещалась по оси слитков и равномерно смазывала внутреннюю поверхность гильз. Прошивку производили донным концом вперед на оправке диаметром 285 мм. Размер гильз составил 460×80×2650 мм, а коэффициент вытяжки μ=1,66. Скорость вращения валков, от захвата заготовки валками до полного нахождения гильзы на оправку (на входе), составила 35 об/мин, при установившемся процессе скорость оборотов валков 40 об/мин, а на выходе гильзы из очага деформации скорость валков снизили до 30 об/мин, т.е. в два раза относительно существующей технологии прокатки. На гильзах с задних концов наблюдались продольные трещины на длине 50-100 мм. Гильзы размером 460×80×2650 мм продували сжатым воздухом и прокатывали на пилигримовом стане в трубы размером 290×12×22000-23000 мм при числе оборотов валков пилигримового стана 42 об/мин. Общее время прокатки составило 4,1-4,15 минут при величине подачи по гильзе 16,5 мм, а по трубе 141,05 мм с коэффициентом вытяжки 9,1. Коэффициент вытяжки при затравке, на длине 1,05 пути отката подающего аппарата, уменьшали до 6,37 за счет разведения валков пилигримового стана, а при докатке пилигримовых головок на длине пути отката подающего аппарата 0,4, до 7,3. За счет снижения вытяжки при затравке и докатке пилигримовых головок получили снижение концевой обрези по продольным рванинам и трещинам в 2,0 раза, т.е. на затравочных концах были трещины на длине 0,3-0,4 метра вместо 0,6-0,8 метра по существующей технологии.

За счет увеличения подачи по трубе с 104,2 до 141,5 мм (35,8%) и снижения вспомогательного времени на прокатку четырехкратных труб (290×12×22000-23000 мм) вместо двукратных (290×12×11500-12500 мм ) общее среднее машинное время сократилось на 35,65% при одновременном снижении технологической обрези в два раза в виде затравочных концов и пилигримовых головок. Прокатка гильз со стенкой 80 мм вместо 50 по существующей технологии дала возможность снизить потери тепла при прокатке за счет более медленного их охлаждения, что позволило заканчивать процесс прокатки (докатки) при температуре не ниже 800°С (нижний интервал пластичности стали ЧС82), а это в свою очередь привело к снижению рванин под пилигримовую головку и исключило потери кратов по рванинам. Общий расходный коэффициент металла по прокату по данной партии, т.е. при переделе слиток ЭШП - передельная труба, составил 1,238.

Таким образом, по результатам прокатки передельных труб из стали ЧС82 по существующей и предлагаемой технологиям видно, что расходный коэффициент металла на прокате при переделе слиток ЭШП - передельная горячекатаная труба, по предлагаемому способу сократился на 399 кг на тонну или на 24,4% при одновременном сокращении трудоемкости более чем в два раза за счет замены двойного нагрева, прошивки, раскатки, двойной пилигримовой прокатки и порезки труб-заготовок на краты-заготовки на классическую схему (нагрев-прошивка и прокатка передельных труб увеличенной длины на пилигримовом стане). Это дало возможность сократить технологические отходы в виде дополнительных затравочных концов и пилигримовых головок, снизить длину отрезаемых затравочных концов из-за концевых рванин и трещин, снизить вероятность образования рванин под пилигримовые головки.

Использование предлагаемого способа производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% позволит значительно снизить расход металла за счет снижения технологических отходов (затравочных концов и пилигримовых головок), за счет снижения концевых дефектов в виде трещин и рванин, а также рванин по телу труб под пилигримовую головку и снизить более чем в два раза трудоемкость передела слитков ЭШП - передельные трубы, а следовательно, снизить стоимость товарных шестигранных труб.

1. Способ производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающий сверловку слитков электрошлакового переплава (ЭШП), нагрев их до температуры пластичности, прошивку в прошивном стане в гильзы, прокатку на пилигримовом стане в трубы-заготовки, охлаждение, ремонт, порезку труб-заготовок на два крата-заготовки, нагрев кратов-заготовок до температуры пластичности, прошивку-раскатку в прошивном стане и прокатку передельных труб на пилигримовом стане, отличающийся тем, что слитки ЭШП диаметром 460-480 мм сверлят с донного конца на длину L=H-B, где Н - высота слитка, мм; В - недосверленная часть слитка, равная 100-120 мм, выдерживают при температуре 450-500°С на колосниках методической печи без кантовки в течение 90-120 мин, нагревают до температуры 800-850°С со скоростью 1,8-2,0°С в минуту, затем нагревают до температуры пластичности 1050-1090°С со скоростью 2,1-2,2°С в минуту с кантовкой через 15-20 мин и выдерживают при данной температуре в течение 70-80 мин с кантовкой на угол ≈180° через 10-15 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед прошивкой внутрь слитков подают смазку в виде смеси графита с поваренной солью (50/50)% массой 300-500 г, прошивку производят сверленым концом вперед с вытяжкой 1,6-1,75 без подъема по диаметру.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что установившийся процесс прошивки ведут со скоростью вращения валков 40-45 оборотов в минуту при заполнении очага деформации, от захвата заготовки валками до полного нахождения гильзы на оправку скорость вращения валков снижают на 20-25% - 30-35 оборотов в минуту, а на выходе заготовки из очага деформации скорость снижают на 30-35% - 25-30 оборотов в минуту.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что гильзы прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы с вытяжкой μ=9,0-10,5 и обжатием по диаметру 35-40%, затравку и докатку-обкатку пилигримовой головки производят с вытяжкой μ=7,5-8,5, равной 0,8-0,85 величины вытяжки установившегося процесса прокатки.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что вытяжку снижают при затравке на длине 1,0-1,1, а при докатке пилигримовой головки на длине 0,3-0,5 пути отката подающего аппарата за счет разведения валков пилигримового стана.