Патент на изобретение №2297891
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) 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 ЭШП И НЛЗ
(57) Реферат:
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных горячедеформированных котельных труб большого и среднего диаметров для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава, и непрерывно-литой заготовки, и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, имеющих в своем составе станы поперечно-винтовой прокатки. Способ включает выплавку слитков в электрических и мартеновских печах на основе прямого восстановления, а также с применением обработки жидким синтетическим шлаком в ковше, ковку слитков с уковом от 2,0 до 3,0 в зависимости от марки стали, обточку и сверление центральной части трубных заготовок, непрерывную разливку стали марок 20 и 15ГС, обработанных синтетическим шлаком, непрерывную разливку стали марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 15ХМ из вакуумированного или невакуумированного металла, обработанного синтетическим шлаком, с последующей ковкой их в заготовки с уковом не менее 1,5, выплавку слитков данных марок стали ЭШП, сверление центральной части слитков ЭШП и НЛЗ, нагрев заготовок и слитков до температуры пластичности в зависимости от марки стали, прошивку их в станах косой прокатки на оправках, диаметр которых зависит от геометрических размеров гильз, прошивку слитков ЭШП с деформацией металла в прошивном стане с посадом по диаметру, равным 8-16%, прокатку на пилигримовых станах с вытяжками, в зависимости от диаметра и толщины стенки, калибровку и правку труб, при этом слитки ЭШП и НЛЗ сталей 20, 15ГС, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 15ХМ нагревают до температуры пластичности без сверления центрального отверстия, прошивают в прошивных станах в гильзы и прокатывают на пилигримовых станах в трубы, донную часть слитков ЭШП удаляют анодно-дуговой резкой, слитки ЭШП в прошивной стан задают донным концом вперед, прокат труб на пилигримовом стане из гильз, прошитых из слитков ЭШП, ведут донным концом вперед, из усадочной части слитков формируют пилигримовую головку, а коэффициенты вытяжек на прошивном стане при прошивке слитков ЭШП и НЛЗ определяют из выражений
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных горячедеформированных котельных труб большого и среднего диаметров для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава (ЭШП), и непрерывно-литой заготовки (НЛЗ), и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, имеющих в своем составе станы поперечно-винтовой прокатки. В практике трубопрокатного производства существует способ изготовления 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 кованых заготовок сталей марок 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11 В2МФ, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2 с заданными требованиями по механическим свойствам, включающий отливку слитков в электрических и мартеновских печах, их ковку (уплотнение структуры) с уковом от 2,0 до 3,0, в зависимости от марки стали, а также непрерывную разливку стали марок 20, 15ГС, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 15ХМ с последующей ковкой их в поковки с уковом не менее 1,5, механическую обработку (обточку со съемом металла 10-15 мм на сторону и сверловку центрального отверстия диаметром 100±5 мм для удаления центральной ликвационной пористости и неметаллических включений), нагрев до температуры пластичности, прошивку заготовок в станах косой прокатки в гильзы и прокатку их в трубы на пилигримовом стане с допуском по стенке +20/-5% (ТУ 14-1-2560-78 “Заготовка трубная кованая для котельных труб”, ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-ЗР-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 и НЛЗ 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 расход металла (расходный коэффициент металла) при переделе слиток или НЛ3-поковка – заготовка – труба и, как следствие, высокая стоимость труб. Известны в трубопрокатном производстве способы прошивки слитков (заготовок) на подьем (расширение – 3-7%), размер в размер и посад (осаживание – 2-5%), где с изменением схемы напряженно-деформированного состояния меняется и деформация, выраженная величиной вытяжки (Ф.А.Данилов и др. Горячая прокатка труб. Москва, Металлургиздат, 1982, с.300, табл.34). Недостатком указанных способов прошивки является невозможность обеспечить необходимую деформацию слитка, позволяющую получить механические свойства, структуру и плотность металла труб, которые получаются при производстве их из кованой заготовки. В трубопрокатном производстве известен также способ изготовления газлифтных труб большого диаметра из слитков стали 09Г2С выплавки ЭШП и ВДП (Патент РФ №2119395, кл. В21В 19/04), где деформацию слитков в прошивном стане ведут вдоль расположения кристаллов, задавая слитки в стан головной частью (усадочной) и прошивают с посадом по диаметру на величину D=2Sr(1-sin где Sr – толщина стенки гильзы, мм; Sc – толщина стенки сверленого слитка ЭШП, мм;
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. Наиболее близким техническим решением является способ производства котельных труб большого диаметра из слитков ЭШП (патент RU №2180874, кл. В21В 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%. Недостатками данного способа являются постоянные величины снимаемых слоев металла при механической обработке (обточке) слитков, постоянная величина сверления центрального отверстия 100±5 мм и постоянные величины обжатия слитков при прошивке, которые не зависят от их геометрических размеров (диаметров), что приводит к дополнительному расходу металла и энергозатратам при механической обработке (обточке, сверления центрального отверстия и прошивке слитков на посад). Задачей предложенного способа (изобретения) является уменьшение энегозатрат за счет исключения из технологического процесса нагрева слитков под ковку, ковку их в поковки, с последующей обточкой поковок в заготовки по наружной поверхности, а также при прошивке, за счет оптимизации величины обжатия, в зависимости от геометрических размеров (диаметра) слитков ЭШП и НЛЗ, снижение расхода металла при переделе слиток ЭШП и НЛ3-котельная труба за счет снижения толщины снимаемого слоя металла при обточке по сравнению с кованой заготовкой и прокатки труб из более качественного и пластичного металла, не имеющего центральной ликвационной пористости и неметаллических включений. Технический результат достигается тем, что в известном способе 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 ЭШП и НЛЗ, включающим выплавку слитков в электрических и мартеновских печах, на основе прямого восстановления, обработку жидким синтетическим шлаком в ковше, ковку слитков с уковом от 2,0 до 3,0, в зависимости от марки стали, обточку слитков в трубные заготовки, или непрерывную разливку стали марок 20 и 15ГС, обработанных синтетическим шлаком, в непрерывно – литые заготовки, или непрерывную разливку стали марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 15ХМ из вакуумированного или невакуумированного металла, обработанного синтетическим шлаком, с последующей ковкой их в заготовки с уковом не менее 1,5, или выплавку слитков данных марок стали электрошлаковым переплавом, нагрев заготовок и слитков до температуры пластичности в зависимости от марки стали, прошивку их в гильзы в станах косой прокатки на оправках, диаметр которых зависит от геометрических размеров гильз, прошивку слитков электрошлакового переплава с деформацией металла в прошивном стане с посадом по диаметру, равным 8-16%, прокатку на пилигримовых станах с вытяжками, в зависимости от диаметра и толщины стенки, калибровку и правку труб, при этом слитки электрошлакового переплава в прошивной стан задают донным концом вперед, прокатку труб на пилигримовом стане из гильз, прошитых из слитков электрошлакового переплава, ведут донным концом вперед, а из усадочной части слитков формируют пилигримовую головку, коэффициенты вытяжек на прошивном стане при прошивке слитков электрошлакового переплава и непрерывно – литых заготовок определяют из выражений Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый 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 ЭШП и НЛЗ отличается тем, что слитки электрошлакового переплава в прошивной стан задают донным концом вперед, прокатку труб на пилигримовом стане из гильз, прошитых из слитков электрошлакового переплава, ведут донным концом вперед, а из усадочной части слитков формируют пилигримовую головку, коэффициенты вытяжек на прошивном стане при прошивке слитков электрошлакового переплава и непрерывнолитых заготовок определяют из выражений 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 патентноспособности “изобретательский уровень”. Предложенный способ производства котельных 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 ЭШП и НЛЗ заключается в том, что слитки электрошлакового переплава в прошивной стан задают донным концом вперед, прокатку труб на пилигримовом стане из гильз, прошитых из слитков электрошлакового переплава, ведут донным концом вперед, а из усадочной части слитков формируют пилигримовую головку, коэффициенты вытяжек на прошивном стане при прошивке слитков электрошлакового переплава и непрерывно-литых заготовок определяют из выражений 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 кованых заготовок, слитков ЭШП и НЛЗ опробован при прокатке труб размером 325×40, 377×45 и 273×30 мм из стали марки 12Х1МФ на ТПА 8-16″ с пилигримовыми станами ОАО “ЧТПЗ”. В производство было задано 15 поковок размером 570×1750, 630×1750 и 460×1750 мм (по 5 поковок каждого размера), 10 слитков ЭШП размером 550×1750 и 610×1750 мм (по 5 слитков каждого размера) и 5 НЛЗ размером 430×1750 мм стали марки 12Х1МФ. Поковки были обточены и просверлены в заготовки размером соответственно 540×100×1750, 600×100×1750 и 540×100×1750 мм. Слитки ЭШП обточены и просверлены на размер 540×100×1750 и 600×100×1750 мм. Т.к. в России в настоящее время на установках непрерывной разливки стали отливают заготовки с максимальным диаметром 430 мм, то для проведения эксперимента были заданы 5 НЛЗ размером 430×1750 мм. НЛЗ механической обработке (обточке) и сверлению центрального отверстия не подвергались. 5 заготовок размером 540×100×1750 мм и 5 слитков ЭШП были одновременно посажены в печь, нагреты до температуры 1270-1280°С, прошиты в гильзы и прокатаны в трубы размером 325×40 мм по ТУ 14-3-55Р-2001. Заготовки прошивались по существующей технологии в гильзы с вытяжкой В таблице 2 приведены данные по механическим свойствам металла труб из стали марки 12Х1МФ, прокатанных из кованой заготовки, слитков ЭШП и НЛЗ по существующей и предлагаемой технологиям. Из таблицы видно, что средние значения механических свойств металла труб, прокатанных из слитков ЭШП по предлагаемой технологии, выше чем из кованой заготовки на 5,0-7.5%, что, в свою очередь, дает гарантированную возможность снизить плюсовое поле допуска по толщине стенки на 5,0% или установить допуск по стенке +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. Средние значения механические свойств металла труб, прокатанных из НЛЗ, находятся на одном уровне с металлом труб, прокатанных по существующей технологии из кованых заготовок. Таким образом, использование предложенного способа производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП и НЛЗ позволит значительно снизить энергозатраты за счет исключения нагрева слитков под ковку и ковку слитков в поковки, снизить расходный коэффициент металла при механических свойствах металла труб на уровне или выше, по сравнению с кованой заготовкой, при переделе слиток ЭШП и НЛ3-котельная труба, а следовательно, снизить стоимость котельных труб.
Формула изобретения
1. 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, включающий выплавку слитков в электрических и мартеновских печах на основе прямого восстановления, обработку жидким синтетическим шлаком в ковше, ковку слитков с уковом от 2,0 до 3,0 в зависимости от марки стали, обточку слитков в трубные заготовки, или непрерывную разливку стали марок 20 и 15ГС, обработанных синтетическим шлаком, в непрерывно-литые заготовки, или непрерывную разливку стали марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 15ХМ из вакуумированного или невакуумированного металла, обработанного синтетическим шлаком, с последующей ковкой их в поковки с уковом не менее 1,5, или выплавку слитков данных марок стали электрошлаковым переплавом, нагрев заготовок и слитков до температуры пластичности в зависимости от марки стали, прошивку их в гильзы в станах косой прокатки на оправках, диаметр которых зависит от геометрических размеров гильз, прошивку слитков электрошлакового переплава с деформацией металла в прошивном стане с посадом по диаметру, равным 8-16%, прокатку на пилигримовых станах с вытяжками, в зависимости от диаметра и толщины стенки, калибровку и правку труб, при этом слитки электрошлакового переплава в прошивной стан задают донным концом вперед, прокатку труб на пилигримовом стане из гильз, прошитых из слитков электрошлакового переплава, ведут донным концом вперед, а из усадочной части слитков формируют пилигримовую головку, и коэффициенты вытяжек на прошивном стане при прошивке слитков электрошлакового переплава и непрерывно-литых заготовок определяют из выражений
где dг эшп – текущее значение диаметров слитков электрошлакового переплава, мм; do эшп – диаметр слитка электрошлакового переплава, равный 500 мм; dг нлз – текущее значение диаметров непрерывно-литых заготовок; do нлз – диаметр непрерывно-литой заготовки, равный 400 мм. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что донную часть слитков электрошлакового переплава удаляют анодно-механической резкой.
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||

эшп=1,1
)Sc,
в (Н/мм2)
5, (%)
, (%)