способ производства длинномерных передельных труб большого и среднего диаметров из центробежно-литых полых заготовок и слитков электрошлакового переплава стали марок 08х10н20т2 и 08х10н16t2 для выдвижных систем (перископов подводных лодок) с обеспечением ударной вязкости kcu более 100 дж/см²

Формула изобретения

1. Способ производства длинномерных передельных труб большого и среднего диаметров из центробежно-литых полых заготовок и слитков электрошлакового переплава стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем-перископов подводных лодок с обеспечением значений ударной вязкости KCU более 100 Дж/см², включающий отливку центробежнолитых заготовок, нагрев их до температуры пластичности, прокатку на пилигримовом стане в толстостенные трубы с припуском под механическую обработку и термическую обработку, отличающийся тем, что на пилигримовом стане передельные горячекатаные трубы катают диаметром с учетом последующих 1-3 перекатов на станах холодной прокатки в зависимости от вида заготовки и размеров готовых изделий - длины, диаметра и толщины стенки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что прокатку передельных горячекатаных труб на промежуточный и готовый размеры на станах холодной прокатки производят с вытяжкой =1,2-1,55.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве трубной заготовки используют сверленые слитки ЭШП.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что центробежно-литые полые заготовки и сверленые слитки электрошлакового переплава выдерживают на колосниках методической печи без кантовки при температуре 950-1000°С в течение 180-300 мин гомогенизации в зависимости от диаметра и толщины стенки, а затем производят равномерный нагрев центробежно-литых заготовок до температуры 1150-1200°С со скоростью нагрева 2,3-2,5°С в минуту с кантовкой через каждые 15-20 мин и общим временем нагрева 8-11 ч, а слитков ЭШП до температуры 1200-1250°С со скоростью нагрева 1,8-2,0°С в мин с кантовкой через 20-25 мин и общим временем нагрева 9,5-12,5 ч, при этом большая продолжительность нагрева относится к заготовкам и слиткам больших размеров.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что центробежно-литые полые заготовки прокатывают на пилигримовом стане в передельные горячекатаные трубы диаметром с учетом последующих 2-3 перекатов на станах холодной прокатки, а гильзы, прошитые из слитков электрошлакового переплава, прокатывают на пилигримовом стане в передельные горячекатаные трубы диаметром с учетом последующих 1-2 перекатов на станах холодной прокатки.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что слитки электрошлакового переплава диаметром до 500 мм включительно прошивают в стане косой прокатки в гильзы за одну прошивку с вытяжкой =1,2-1,4, а слитки диаметром 540 мм и более за две прошивки с вытяжками соответственно ₁=1,2-1,4 и ₂=1,1-1,3.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что передельные длинномерные трубы холодной прокатки после промежуточного размера подвергают аустенизации по режиму: температура печного пространства в момент посада 1000-1100°С, нагрев по мощности печи до температуры 1050±15°С с выдержкой при данной температуре 1 мин на 1 мм толщины стенки трубы и охлаждением на воздухе.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что передельные длинномерные трубы холодной прокатки готового размера после прокатки и аустенизации подвергают термообработке-отпуску по режиму: посад при температуре 700-730°С, нагрев по мощности печи, выдержка при данной температуре 685±15°С, время выдержки 5-5,5 ч и охлаждение на воздухе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства длинномерных передельных труб большого и среднего диаметров из центробежно-литых полых заготовок и слитков электрошлакового переплава труднодеформируемых марок стали 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем (перископов подводных лодок) с обеспечением значений ударной вязкости KCU более 100 Дж/см ², и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами с перекаткой на станах холодной прокатки с последующей аустенизацией и термической обработкой.

В трубопрокатном производстве известен способ производства бесшовных горячедеформированных передельных толстостенных труб большого и среднего диаметров из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем, включающий отливку центробежно-литых полых заготовок, механическую обработку их на размер D_нар ±3 мм× d_ВН±3,0 мм× L+50 мм (D _нар - наружный диаметр от 365 до 650 мм, d_вн - внутренний диаметр от 185 до 445 мм, а L - длина центробежно-литой заготовки от 2500 до 3500 мм) общим весом не более 4500 кг, равномерный нагрев полых центробежно-литых заготовок до температуры пластичности (температура внутренней поверхности при выдаче из печи 1160-1190° С), прокатку их на пилигримовом стане в толстостенные трубы с толщиной стенки от 32,5 до 72,0 мм и длиной от 4000 до 9000 мм, в зависимости от размеров труб, механические испытания металла труб на термообработанных продольных образцах с ударной вязкостью KCU не менее 68,6 Дж/см² по режиму: закалка при температуре 950±15° С с выдержкой 1,5-2,0 часа, охлаждение на воздухе, отпуск при температуре 670±15° С с выдержкой 5,0 часов и охлаждением на воздухе (ТУ 14-3-1564-88 "Трубы бесшовные горячедеформированные толстостенные из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2", ТУ 14-3-388-75 "Трубы бесшовные горячекатаные из стали марки 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2", ТУ 14-3-569-77 "Заготовки трубные центробежно-литые механически обработанные из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2" и ТИ 158-Тр.ТБ1-6-94 "Изготовление труб из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2".

Недостатком данного способа является использование полой центробежно-литой заготовки (ЦЛЗ) из-за отсутствия технологии прошивки слитков электрошлакового переплава (ЭШП) диаметром 400-600 мм из данных марок стали, а также общим весом не более 4500 кг, т.к. существующие машины центробежной разливки не могут отлить заготовку весом более 4500 кг и длиной более 3500 мм. Использование ЦЛЗ приводит к образованию дефектов на трубах, повышенному расходу металла из-за увеличения припуска под механическую обработку, а следовательно, не дает возможности производить трубы длиной 12000-14000 мм, в результате чего приходится производить их путем сварки двух-трех кратов (труб), что приводит к снижению экслуатационной надежности и увеличению толщины стенки готового изделия, снижению механических свойств, что также приводит к увеличению толщины стенки готового изделия, т.е. его веса (выдвижные системы, работающие в морской воде). Так как изделие работает в морской воде на больших глубинах и при движении аппарата испытывает ударно-колебательные нагрузки, то основным показателем механических свойств металла труб является ударная вязкость (KCU), которая при производстве труб по данной технологии не превышает 68,6-80 Дж/см² . Требования, которые могут быть выполнены при прокатке труб по данному способу, - это магнитная проницаемость и отсутствие склонности к межкристаллитной коррозии, которые гарантируются не технологией производства труб, а химическими свойствами стали и в трубах не контролируются. Получать трубы с высокими механическими свойствами и мелкозернистой структурой из ЦЛЗ по существующему способу невозможно из-за малой степени деформации. Необходимы кованая заготовка или слиток ЭШП, при прокатке которых деформация (проработка) металла значительно выше, чем при использовании полой ЦЛЗ. Механические свойства металла труб из ЦЛЗ можно также улучшить (повысить) за счет дополнительной деформации горячекатаной передельной заготовки на станах холодной прокатки за 2-3 переката. Использование холоднокатаной передельной заготовки вместо горячекатаной позволит значительно повысить точность геометрических размеров труб по диаметру и стенке, снизить количество дефектов и их размеры на трубах, а следовательно, даст возможность производить передельные трубы с более тонкими стенками, т.е. уменьшить допуск под механическую обработку, и увеличить их длину в 1,5-2,0 раза даже при использовании НЛЗ.

В трубопрокатном производстве известны способы прокатки труб на пилигримовых станах, где в качестве заготовки используются слитки ЭШП (Сафьянов А.В., Лапин Л.И., Карпенко Н.П. и др. Патент РФ № 2119395 "Способ изготовления газлифтных труб большого диаметра из стали 09Г2С выплавки ЭШП и ВДП"; Сафьянов А.В., Лапин Л.И., Карпенко Н.П. и др. Патент РФ № 2180874 "Способ производства котельных труб большого диаметра из слитков ЭШП". Недостатками указанных способов является то, что они распространяются на производство труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из слитков ЭШП углеродистых и малолегированных марок стали.

Наиболее близким техническим решением является способ производства труб из труднодеформируемых марок стали с содержанием хрома и никеля до 30% каждого, включающий нагрев слитков ЭШП диаметром 380-500 мм с выдержкой при температуре 500-550° С в течение 70-95 минут в зависимости от диаметра, после чего нагревают до температуры 1120-1140° С со скоростью 1,4-1,5 град/мин, а прошивку заготовок в гильзы ведут размер в размер по диаметру при скорости вращения валков 25-40 оборотов в минуту на оправке диаметром, обеспечивающим редуцирование на пилигримовом стане не менее 25 мм (А.А.Федоров, Л.И.Лапин, А.В.Сафьянов и др. Патент РФ №2175899 "Способ производства труб из труднодеформируемых марок стали".

Недостатком данного способа прокатки является невозможность производства горячекатаных длинномерных передельных труб большого и среднего диаметров для выдвижных систем с ужесточенными геометрическими размерами по диаметру и толщине стенки из полых центробежно-литых заготовок и слитков ЭШП стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 с обеспечением значений ударной вязкости KCU более 100 Дж/см², а это в свою очередь приводит к повышенному расходу металла, производству длинномерных труб путем сварки двух или нескольких труб (кратов) в зависимости от геометрических размеров труб (диаметра и толщины стенки), что в свою очередь ведет к увеличению толщины стенки и снижению эксплуатационной надежности готового изделия.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе производства длинномерных передельных труб большого и среднего диаметров из центробежно-литых полых заготовок и слитков электрошлакового переплава стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем (перископов подводных лодок) с обеспечением значений ударной вязкости KCU более 100 Дж/см², включающий отливку центробежно-литых заготовок, нагрев их до температуры пластичности, прокатку на пилигримовом стане в толстостенные трубы с припуском под механическую обработку и термическую обработку, на пилигримовом стане передельные горячекатаные трубы катают большего диаметра с учетом 1-3 перекатов на станах холодной прокатки в зависимости от вида заготовки и размеров готовых изделий (длины, диаметра и толщины стенки), прокатку передельных горячекатаных труб на промежуточный и готовый размеры на станах холодной прокатки производят с вытяжкой =1,2-1,55, в качестве трубной заготовки используют сверленые слитки ЭШП, центробежно-литые полые заготовки и сверленые слитки электрошлакового переплава выдерживают на колосниках методической печи без кантовки при температуре 950-1000° С в течение 180-300 минут (гомогенизация) в зависимости от диаметра и толщины стенки, затем производят равномерный нагрев центробежно-литых заготовок до температуры 1150-1200° С со скоростью нагрева 2,3-2,5° С в минуту с кантовкой через каждые 15-20 минут и общим временем нагрева 8-11 часов, а слитков ЭШП до температуры 1200-1250° С со скоростью нагрева 1,8-2,0° С в минуту с кантовкой через 20-25 минут и общим временем нагрева 9,5-12,5 часов (большая продолжительность нагрева относится к заготовкам и слиткам больших размеров), центробежно-литые заготовки прокатывают на пилигримовом стане в передельные горячекатаные трубы большего диаметра с учетом 2-3 перекатов на станах холодной прокатки, а гильзы, прошитые из слитков ЭШП, прокатывают на пилигримовом стане в передельные горячекатаные трубы с учетом 1-2 перекатов на станах холодной прокатки, слитки ЭШП диаметром до 500 мм, включительно, прошивают в стане косой прокатки в гильзы за одну прошивку с вытяжкой =1,2-1,4, а слитки диаметром 540 мм и более за две прошивки с вытяжками, соответственно, ₁=1,2-1,4 и ₂=1,1-1,3, передельные длинномерные трубы холодной прокатки после промежуточного размера подвергают аустенизации по режиму: температура печного пространства в момент посада 1000-1100 С° , нагрев по мощности печи до температуры 1050±15° С с выдержкой при данной температуре 1 мин на 1 мм толщины стенки трубы и охлаждением на воздухе, а длинномерные трубы готового размера после холодной прокатки и аустенизации подвергают термообработке (отпуску) по режиму: посад при температуре 700-730° С; нагрев по мощности печи; выдержка при температуре 685±10° С; время выдержки 5-5,5 часов и охлаждение на воздухе.

Использование данного способа производства длинномерных передельных труб большого и среднего диаметров из центробежно-литых полых заготовок стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 большего диаметра с последующей 2-3-кратной перекаткой их на станах холодной прокатки дает возможность снизить количество и глубину дефектов прокатного происхождения (наружных и внутренних плён) за счет изменения режимов нагрева центробежно-литых заготовок перед прокаткой их на установках с пилигримовыми станами, увеличить длину труб в 2,0 раза, за счет чего исключить стыковку (сварку) труб для изготовления готового изделия, повысить механические свойства металла труб с обеспечением значений ударной вязкости KCU более 100 Дж/см² за счет получения мелкозернистой структуры металла после прокаток их на станах холодной прокатки и режимов термической обработки после промежуточных и готовых размеров передельных труб, снизить расходный коэффициент металла при переделе НЛЗ - передельная холоднокатаная труба на 20-22 кг на тонну передельных труб, а следовательно, значительно повысить эксплуатационную надежность готовых изделий.

Использование данного способа производства длинномерных передельных труб большого и среднего диаметров из слитков ЭШП стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 с последующей 1-2-кратной перекаткой их на станах холодной прокатки дает возможность также снизить количество дефектов прокатного происхождения (наружных и внутренних плён) за счет улучшения качества металла ЭШП и изменения режимов нагрева слитков ЭШП перед прокаткой их на установках с пилигримовыми станами, увеличить длину труб в 1,35-1,4 раза, в зависимости от размеров передельных труб, уменьшить толщину стенки передельных труб за счет снижения допускаемых отклонений по стенке и диаметру, исключить стыковку (сварку) труб для изготовления готового изделия, повысить механические свойства металла труб с обеспечением значений ударной вязкости KCU более 100 Дж/см² за счет получения мелкозернистой структуры металла после прокаток их на станах холодной прокатки и режимов термической обработки после промежуточных и готовых размеров передельных труб, снизить количество перекатов на станах ХПТ и снизить расходный коэффициент металла при переделе слиток ЭШП - передельная холоднокатаная труба на 37-68 кг на тонну передельных труб, а следовательно, значительно повысить эксплуатационную надежность труб. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения (способа) не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" и на стане холодной прокатки ХПТ-450 ОАО "ЧТПЗ". Проведены сравнительные прокатки передельных горячекатаных труб размером 219× 45× 9000 и 285× 45× 9000 мм из центробежно-литых заготовок размером 365х90х3500 и 425× 105× 3600 мм по существующей технологии и труб размером 209× 40× 1470 и 275× 40× 15500 мм из ЦЛЗ размером 460× 120× 3000 и 585× 120× 3200 мм по предлагаемому способу, а именно: прокатка ЦЛЗ на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами в трубы размером, соответственно, 325× 50× 7700 и 426× 55× 7600 мм с последующей перекаткой их за два и три переката на стане ХПТ-450 в трубы размером 209× 40× 14700 и 275× 40× 15500 мм с вытяжками, соответственно, ₁=1,34, ₂=1,52 и ₁=1,25, ₂=1,30 и ₃=1,34. Одновременно передельные горячекатаные трубы размером 273× 45× 8300 и 377× 50× 7700 мм прокатывались по предлагаемой технологии из из слитков ЭШП размером 460× 100× 1900 и 560× 100× 1900 мм, которые перекатывались на стане ХПТ-450 в один и два прохода в трубы размером 209× 40× 12200 и 275× 40× 12700 мм с вытяжками, соответственно, ₁=1,52 и ₁=1,30, ₂=1,34. В производство было задано на каждый размер и способ изготовления труб по две НЛЗ и по два слитка ЭШП. Нагрев НЛЗ и слитков ЭШП по предлагаемому способу под горячий передел производили по режиму: гомогенизация при температуре 950-1000° С в течение 180-260 минут, а затем равномерно нагревали до температуры 1150-1200° С со скоростью нагрева 2,3-2,5° С в минуту с кантовкой через каждые 15-20 минут и общим временем нагрева от 7,0 до 10,0 часов, а слитки ЭШП до температуры 1200-1250° С со скоростью нагрева 1,8-2,0° С в минуту с кантовкой через 20-25 минут и общим временем нагрева от 8,0 до 11,0 часов (большая продолжительность нагрева относится к заготовкам и слиткам больших размеров). Передельные длинномерные трубы холодной прокатки по предлагаемому способу после промежуточного размера подвергали аустенизации по режиму: температура печного пространства в момент посада 1000-1100° С, нагрев по мощности печи до температуры 1050±15° С с выдержкой при данной температуре 1 мин на 1 мм толщины стенки трубы и охлаждением на воздухе, а трубы готового размера после холодной прокатки подвергали аустенизации с последующим отпуском по режиму: посад при температуре 700-730° С; нагрев по мощности печи; выдержка при температуре 685±10° С; время выдержки 5,0-5,5 часов и охлаждение на воздухе. Данные по технологическим параметрам прокаток, геометрическим размерам и видам заготовок, геометрическим размерам передельных труб, прокатанных по существующей и предлагаемой технологиям, для выдвижных систем из стали марки 08Х10Н20Т2 приведены в таблице 1. В таблице 2 приведены данные по механическим свойствам и расходному коэффициенту металла передельных труб из стали марки 08Х10Н20Т2, прокатанных по существующей и предлагаемой технологиям, для выдвижных систем. Из таблицы 2 видно, что лучшие результаты по механическим свойствам и расходному коэффициенту металла при переделе НЛЗ - передельная труба, получены при прокатке труб по предлагаемой технологии, а именно значения механических свойств металла труб выше, ударная вязкость увеличилась более чем в 1,5 раза, а расходный коэффициент металла сократился на 20-22 кг на тонну передельных труб. Аналогичная картина получена и при прокатке труб по предлагаемой технологии из слитков ЭШП.

Таким образом, лучшие результаты по механическим свойствам и расходному коэффициенту металла получены при производстве длинномерных передельных труб из НЛЗ и слитков ЭШП, прокатанных по предлагаемому способу.

Использование предлагаемого способа производства длинномерных передельных труб большого и среднего диаметров из центробежно-литых полых заготовок и слитков ЭШП стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем (перископов подводных лодок) позволит производить длинномерные трубы необходимой длины (исключить стыковую сварку двух и более труб - кратов) с гарантированным обеспечением значений ударной вязкости KCU более 100 Дж/см² и повышенными механическими свойствами, а следовательно, повысить эксплуатационную надежность готовых изделий (выдвижных систем) и снизить расход дорогостоящего металла при переделе НЛЗ (слиток ЭШП) - выдвижная система и, как следствие, снизить стоимость выдвижных систем и повысить ресурс их эксплуатации.