способ производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков эшп
Классы МПК: | B21B21/00 Ступенчатая прокатка труб |
Автор(ы): | Сафьянов А.В. (RU), Борисов В.П. (RU), Фёдоров А.А. (RU), Тазетдинов В.И. (RU), Вольберг И.И. (RU), Лапин Л.И. (RU), Романцов И.А. (RU), Красильщиков В.Б. (RU), Ненахов С.В. (RU), Головинов В.А. (RU), Плясунов В.А. (RU), Климов Н.П. (RU), Логовиков В.А. (RU) |
Патентообладатель(и): | ОАО "Челябинский трубопрокатный завод" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-12-30 публикация патента:
10.10.2005 |
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП. Способ включает выплавку слитков с последующей обточкой и сверлением центрального отверстия, нагрев слитков до температуры пластичности, прошивку в станах косой прокатки в гильзы с посадом по диаметру 8-16% и прокатку их на пилигримовых станах с допуском по стенке +20/-15%, при этом величину снимаемого слоя металла при механической обработке-обточке слитков увеличивают с увеличением диаметра, значение которого определяют из выражения S=0,0125·D, где D - диаметр слитка, мм, причем величину диаметра центрального сверления слитков ЭШП определяют из выражения dcb=d 0+(D Т-D0), где d0=100 мм - величина центрального сверления слитков диаметром 500 мм; =0,075 - коэффициент, учитывающий размеры наружного диаметра слитков; DT - текущее значение наружного диаметра слитков; D0 - слиток диаметром 500 мм; величину обжатия слитков при прошивке уменьшают с увеличением диаметра и определяют из выражения T= 0- t(dT-d0), где 0 - обжатие слитков диаметром 400 мм, равное 16%; t - коэффициент =0,03%/мм; dT - текущий диаметр слитков, мм; d0 - диаметр слитка 400 мм, и прокатку труб на пилигримовом стане ведут с допуском по толщине стенки +15/-10%. Изобретение обеспечивает уменьшение энергозатрат при прошивке, снижение расхода металла при переделе слиток ЭШП - котельная труба, повышение механических свойств металла труб. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.
Формула изобретения
1. Способ производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП, включающий выплавку слитков с последующей обточкой и сверлением центрального отверстия, нагрев слитков до температуры пластичности, прошивку в станах косой прокатки в гильзы с посадом по диаметру 8-16% и прокатку их на пилигримовых станах с допуском по стенке +20/-15%, отличающийся тем, что величину снимаемого слоя металла при механической обработке-обточке слитков увеличивают с увеличением диаметра, значение которого определяют из выражения
S=0,0125·D,
где D - диаметр слитка, мм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину диаметра центрального сверления слитков ЭШП определяют из выражения
dcb=d0+(D T-D0),
где d0=100 мм - величина центрального сверления слитков диаметром 500 мм;
=0,075 - коэффициент, учитывающий размеры наружного диаметра слитков;
DT - текущее значение наружного диаметра слитков;
D0 - слиток диаметром 500 мм.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину обжатия слитков при прошивке уменьшают с увеличением диаметра и определяют из выражения
T= 0- t(dT-d0),
где 0 - обжатие слитков диаметром 400 мм, равное 16%;
t - коэффициент, равный 0,03%/мм;
dT - текущий диаметр слитков, мм;
d0 - диаметр слитка 400 мм.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку труб на пилигримовом стане ведут с допуском по толщине стенки +15/-10%.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП (электрошлакового переплава), 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 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, их ковку (уплотнение структуры) с уковом 2,5, 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 +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%, повышенным расходным коэффициентом металла при переделе слиток-поковка-заготовка-труба и, как следствие, высокая стоимость труб.
Известны в трубопрокатном производстве способы прошивки слитков (заготовок) на подъем (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.
Наиболее близким техническим решением является способ производства котельных труб большого диаметра из слитков ЭШП (патент RU №2180874, кл. В 21 В 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, равньм 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, центрального сверления и прошивке слитков на посад), а также к дополнительному расходу металла при прокатке труб с допуском по толщине стенки +20/-15%.
Целью предложенного способа (изобретения) является уменьшение энегозатрат при прошивке за счет оптимизации величины обжатия в зависимости от геометрических размеров (диаметра) слитков ЭШП, снижение расхода металла при переделе слиток ЭШП-котельная труба за счет снижения толщины снимаемого слоя металла при обточке и сверления центрального отверстия слитков, а также снижения плюсового допуска по толщине стенки за счет повышения механических свойств металла труб, прокатываемых из более качественного и пластичного металла слитков ЭШП.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП, включающем выплавку слитков с последующей обточкой и сверлением центрального отверстия, нагрев слитков до температуры пластичности, прошивку в станах косой прокатки в гильзы с посадом по диаметру 8-16% и прокатку их на пилигримовых станах с допуском по стенке +20/-15%, величину снимаемого слоя металла при механической обработке (обточке) слитков увеличивают с увеличением диаметра, значение которого определяют из выражения
S=0,0125·D,
где D - диаметр слитка, мм, величину (диаметр) центрального сверления слитков ЭШП определяют из выражения
dсв =d0+(D т-D0),
где d0=100 мм - величина центрального сверления слитков ЭШП диаметром 500 мм;
=0,075 - коэффициент, учитывающий размеры наружного диаметра слитков;
Dт - текущее значение наружного диаметра слитков, мм;
D0 - слиток диаметром 500 мм, величину обжатия слитков при прошивке уменьшают с увеличением диаметра и определяют из выражения
т= o- t(dт-do),
где o - обжатие слитков диаметром 400 мм, равное 16%;
t - коэффициент =0,03%/мм;
dт - текущий диаметр слитков, мм;
d0 - диаметр слитка 400 мм,
а прокатку труб на пилигримовом стане ведут с допуском по толщине стенки +15/-10%.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП сталей марок 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2 отличается тем, что величину снимаемого слоя металла при механической обработке (обточке) слитков увеличивают с увеличением диаметра и определяют из выражения S=0,0125·D, величину (диаметр) центрального сверления определяют из выражения dсв=d0+(D т-D0), величину обжатия слитков при прошивке уменьшают с уменьшением диаметра и определяют по формуле T= o- T(dT-d0), а прокатку труб на пилигримовом стане ведут с допуском по толщине стенки +15/-10%.
Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".
При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".
Предложенный способ производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП заключается в том, что величину снимаемого слоя металла при механической обработке (обточке), диаметр центрального сверления и величину обжатия при прошивке варьируют в зависимости от геометрических размеров (диаметров) слитков ЭШП, а прокатку труб на пилигримовых станах ведут с меньшим допуском по толщине стенки +15/-10% вместо +20/-5% по ТУ 14-3-460-2003, ТУ 14-ЗР-55-2001 и ТУ 14-3-420-75.
Способ производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП опробован при прокатке труб размером 325×40 и 377×45 мм из стали марки 15Х1М1Ф на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" из слитков ЭШП размером 540×1750 и 600×1750 мм поставки ОАО "ЗМЗ" и заготовок размером 500×1750 и 540×1750 мм поставки ОАО "Мечел" по существующему и предлагаемому способам. Данные по прокатке, результатам сдачи и механическим испытаниям приведены в таблицах 1 и 2.
В производство было задано по 10 слитков ЭШП размером 540×1750 и 600×1750 мм и по 5 заготовок (поковок) размером 500×1750 и 540×1750 мм (530×1750 и 570×1750 мм).
Данные по прокатке, сдаче и расходному коэффициенту металла труб с учетом технологических отходов на прокате (пилигримовые головки и затравочные концы), прокатанных из кованых заготовок и слитков ЭШП стали марки 15Х1М1Ф по существующей и предлагаемой технологиям, приведены в таблице 1. Поковки диаметром 530 и 570 мм обтачивались на участке обработки заготовок ОАО "ЧТПЗ" в соответствии с ТУ 14-1-2560-78 "Заготовка трубная кованая для котельных труб" на размер соответственно 500×1750 и 540×1750 мм, а затем производилась сверловка центрального отверстия диаметром 100 ± 5 мм. Слитки отливались на ОАО "ЗМЗ" размером 560×1750 и 620×1750 мм, которые обтачивались по диаметру на размер 540 и 600 мм (по 5 штук) и 546 и 604,5 мм (по 5 штук) и поставлялись на ОАО "ЧТПЗ". На ОАО "ЧТПЗ" слитки диаметром 540 и 600 мм сверлились на диаметр 100±5 мм, а слитки диаметром 546 и 604,5 мм на диаметр соответственно 104,5 и 109±5 мм. Слитки и заготовки нагревались до температуры пластичности (1280±10°С), прошивались в прошивном стане в гильзы и прокатывались в трубы размером 325×40 и 377×45 мм. Таким образом, было прокатано по 5 труб размером 325×40 и 377×45 мм из заготовок и слитков ЭШП по существующей и предлагаемой технологиям (способам). Расходный коэффициент металла с учетом технологических отходов на прокате (вес пилигримовых головок и затравочных концов) определяли из расчета веса поковок и слитков ЭШП до механической обработки и сверловки. Из таблицы видно, что расходный коэффициент металла при прокатке труб из слитков ЭШП по существующей технологии ниже, чем при прокатке котельных труб из кованой заготовки, а именно на 183-194 кг на каждой тонне труб (в зависимости от размера). При прокатке труб из слитков ЭШП по предлагаемой технологии (относительно существующей) получили дополнительное снижение расходного коэффициента металла в зависимости от размера труб на 76-93 кг на тонну.
В таблице 2 приведены данные по механическим свойствам металла труб из стали марки 15Х1М1Ф, прокатанных из кованой заготовки и слитков ЭШП по существующей и предлагаемой технологиям. Из таблицы видно, что среднее значение 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.
Таким образом, использование предложенного способа производства котельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП позволит значительно снизить энергозатраты за счет исключения нагрева слитков под ковку и ковку слитков в поковки за счет снижения нагрузок при прошивке слитков ЭШП с дифференцированными обжатиями по диаметру, снизить расходный коэффициент металла при переделе слиток ЭШП - котельная труба, а следовательно, уменьшить стоимость котельных труб.
Данные по прокатке, геометрическим размерам труб и расходному коэффициенту металла с учётом технологических отходов на прокате (пилигримовые головки и затравочные концы), прокатанных из кованых заготовок и слитков ЭШП стали марки 15Х1М1Ф по существующей и предлагаемой технологиям, представлены в табл. 1.
Данные по механическим свойствам металла труб стали марки 15Х1М1Ф, прокатанных из кованой заготовки и слитков ЭШП по существующей и предлагаемой технологиям, представлены в табл. 2.
Класс B21B21/00 Ступенчатая прокатка труб