Способ производства чехловых шестигранных труб-заготовок из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% для уплотненного хранения отработанного ядерного топлива

Способ производства чехловых шестигранных труб-заготовок из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% для уплотненного хранения отработанного ядерного топлива

Реферат

Изобретение относится к трубному производству, в частности к способу производства чехловых шестигранных труб-заготовок из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% для уплотненного хранения отработанного ядерного топлива, и может быть использовано при производстве шестигранных труб-заготовок "под ключ" размером 257±2×6^+l,75/-1,0×4300^+80/-20 мм из передельных горячекатаных труб размером 290×12×11000-11500 мм, прокатанных на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, и исправлении (восстановлении) отбракованных шестигранных заготовок после расточки, обточки и ремонта наружной поверхности по наружным дефектам прокатного происхождения, с фактическими толщинами стенок в местах ремонта не менее 3,3 мм, путем электродуговой наплавки под слоем флюса или в защитной среде аргона электродом из бористой стали с последующей шлифовкой ремонтных участков до заданной толщины стенки, плавного сопряжения с плоскостями шестигранной заготовки, проведением термической обработки и выполнением всех последующих операций по технологическому процессу.

В трубном производстве известен способ производства чехловых шестигранных труб-заготовок из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% для уплотненного хранения отработанного ядерного топлива, предусматривающий выплавку стали вакуумно-дуговым (ВД) способом 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, прокатку на ТПА-350 с автоматическим станом передельных труб размером 288×11×6000±100 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.), поставку передельных труб на ОАО "ЧТПЗ", приемку, механическую обработку труб-заготовок на станках со следящей системой (обточку и расточку), обезжиривание, индукционную термообработку, УЗК, сверление отверстий для тянущей цепи при профилировании, покрытие труб солевой смазкой, теплое профилирование, обезжиривание, термообработку труб, контроль размера "под ключ", контроль стрелы прогиба, разметку и порезку труб на мерную длину, отбор темплетов для изготовления образцов на механические испытания из спрофилированной части трубы, правку на прессе труб-заготовок с кривизной, превышающей допустимую, контроль геометрических размеров шестигранников, окончательную приемку, маркировку и упаковку шестигранных труб.

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, из-за большой отбраковки заготовок по дефектам прокатного происхождения на наружной поверхности и выхода толщины стенки за пределы минусового допуска при их ремонте и, как следствие, высокая стоимость передельных труб и готовой продукции (шестигранных труб-заготовок).

Известен также способ производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающий отливку слитков ЭШП размером 460×1600-1750 мм (ОАО "Мечел" г.Челябинск), сверление центрального отверстия диаметром 100 мм в слитках ЭШП с донного конца на длину L=Н-В, где Н - высота слитка, мм; В - недосверленная часть слитка, равная 100-120 мм, нагрев их до температуры пластичности, подачу внутрь слитков смазки в виде смеси графита с поваренной солью (50/50) %, прошивку слитков в стане косой прокатки со скоростью вращения рабочих валков 40-45 оборотов в минуту при заполнении очага деформации, от захвата слитков валками до полного нахождения гильзы на оправку скорость вращения валков снижают на 20-25% - 30-35 оборотов в минуту, а на выходе гильзы из очага деформации скорость вращения валков снижают на 30-35% - 25-30 оборотов в минуту, гильзы прокатывают на пилигримовом стане в передельные трубы с вытяжкой μ=9,0-10,5 и обжатием по диаметру 35-40% с последующим переделом их в шестигранные трубы-заготовки по существующему технологическому переделу (Патент РФ №2255820 "Способ производства передельных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%". Бюл. №10 от 10.07.2004).

Недостатком данного способа также является большой расходный коэффициент металла при переделе слиток - шестигранная труба-заготовка, равный 4,52, из-за большой отбраковки заготовок по дефектам прокатного происхождения на наружной поверхности и выхода толщины стенки за пределы минусового допуска при их ремонте и, как следствие, высокая стоимость передельных труб и готовой продукции (шестигранных труб-заготовок).

Наиболее близким техническим решением является способ производства чехловых шестигранных труб-заготовок из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%, включающий прокатку передельных труб-плетей на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, порезку их на трубы 2-кратной длины, механическую обработку (расточку и обточку) кратов на станках со следящей системой, обезжиривание, индукционную термообработку, УЗК, сверление отверстий для тянущей цепи при профилировании, покрытие труб солевой смазкой и теплое профилирование труб-заготовок, производят двукратной длины, величину которой определяют из выражения

L_тр.=2L_кр.+L_пер.+L_o+L_к.о,

где L_кр.- длина шестигранной трубы-заготовки, мм; L_пер. - длина переходного участка от цилиндра к шестиграннику, мм; L_o - длина цилиндрической части трубы-заготовки для сверления осевого отверстия под шкворень тянущей цепи, мм; L_к.o. - длина концевой обрези, мм,

а порезку труб на мерные длины, отбор темплетов для изготовления образцов на механические испытания и удаление концевой обрези после контроля геометрических размеров и разметки шестигранных труб-плетей, отбор темплетов для изготовления образцов на механические испытания производят из переходной зоны от круга к шестиграннику со стороны, примыкающей к шестигранному профилю (Патент РФ №2246363 "Способ производства чехловых шестигранных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8%". Бюл. №5 от 20.02.2005).

Известный способ также имеет недостатки. Выход годного по данной технологии составляет 80-82%. Из 18-20% забракованных труб-заготовок брак по дефектам наружной поверхности, выводящим толщину стенки за минусовое поле допуска (менее 5,0 мм), составляет от 9,5 до 11,2%. Общий расходный коэффициент при производстве шестигранных труб-заготовок по данной технологии (слиток ЭШП - передельная горячекатаная труба - шестигранная труба-заготовка) составляет 4,15-4,35, что также является высоким.

Задачей предложенного способа является освоение нового технологического процесса производства чехловых шестигранных труб-заготовок из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% для уплотненного хранения отработанного ядерного топлива, снижение или полное исключение брака труб-заготовок по дефектам прокатного происхождения, а именно по дефектам наружной поверхности труб-заготовок и исключения перевода их в разряд брака, снижение расходного коэффициента металла при переделе слиток ЭШП - шестигранная труба-заготовка, а следовательно, снижение стоимости конечной продукции - шестигранных труб-заготовок из стали ЧС 82.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства чехловых шестигранных труб-заготовок из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% для уплотненного хранения отработанного ядерного топлива, включающем прокатку передельных труб-плетей размером 290×12×22000-23000 мм, порезку труб, плетей пилой горячей резки на трубы, разметку труб для порезки на заготовки, маркировку заготовок для порезки, порезку труб на заготовки, измерение геометрических размеров заготовок и правку заготовок с общей кривизной по длине более 3,0 мм, расточку заготовок с последующим контролем качества внутренней поверхности и контролем внутреннего диаметра, маркировку номера заготовок внутри краской, выполнение наружной и внутренней фасок, обточку заготовок на станке со следящей системой, технологический контроль толщины стенки заготовок, осмотр и исправление дефектных участков наружной поверхности, измерение толщины стенки, исправление участков наружной поверхности, имеющих дефекты и толщину стенки, выходящую за плюсовые предельные размеры, повторную обточку при необходимости, перенос номера заготовки клеймами на наружную поверхность заготовок, обезжиривание заготовок, индукционную термическую обработку, ультразвуковую дефектоскопию и стилоскопический контроль, сверление отверстий для тянущей цепи под профилирование на маркированных концах заготовок, покрытие заготовок солевой смазкой, теплое профилирование с получением шестигранных заготовок, контроль геометрических размеров шестигранных заготовок, обезжиривание, термообработку шестигранных заготовок, контроль размера "под ключ" 257±2×6^+1,75/-1,0 мм, исправление участков, имеющих размеры, выходящие за плюсовое поле допуска, контроль общей кривизны граней по длине шестигранных заготовок, разметку и порезку шестигранных заготовок на мерную длину 4300^+80/-20 мм, отбор темплетов для изготовления образцов на механические испытания, перенос маркировки, снятие заусенцев, зачистку и продувку шестигранных заготовок, правку на прессе шестигранных заготовок с кривизной более 3,0 мм, контроль после правки кривизны размера "под ключ", контроль шестигранных заготовок на проходимость калибром, правку при необходимости, контроль геометрических размеров шестигранных заготовок, зачистку участков шестигранных заготовок, имеющих размеры, выходящие за плюсовые предельные размеры по толщине стенки и размеру "под ключ", с последующей приемкой, осветление, испытания темплетов металла шестигранных заготовок на механические свойства с последующей приемкой, маркировку и упаковку шестигранных труб-заготовок, при этом заготовки после расточки, обточки и исправления дефектов наружной поверхности с толщинами стенок в местах исправления менее 5,0 мм задают на следующие операции технологического процесса включительно до операции обезжиривание заготовок, а затем производят исправление дефектных мест электродуговой наплавкой под слоем флюса или в защитной среде аргона, электродом из бористой стали с последующей шлифовкой ремонтных участков до заданной толщины стенки, плавного сопряжения с плоскостями шестигранника и производят термическую обработку с выполнением всех последующих операций по технологическому процессу, в качестве электрода при исправлении дефектных мест электродуговой наплавкой в среде аргона используют проволоку с массовой долей содержания бора, превышающей содержание в шестигранной заготовке, на величину выгорания его при сварке, а при электродуговой наплавке используют флюс или электродную обмазку с введением в них ферробора, а исправление дефектных мест способом наплавки производят на глубину

Δ≤0,45·S_ном.,

где S_ном. - номинальная толщина стенки шестигранной заготовки, мм.

Сущность способа заключается в том, что заготовки после расточки, обточки и ремонта дефектов на наружной поверхности с толщинами стенок в местах ремонта менее 5,0 мм, которые ранее отбраковывались, предложено задавать на последующие операции технологического процесса включительно до операции обезжиривания заготовок, а затем производить исправление дефектных мест способом электродуговой наплавки под слоем флюса или в защитной среде аргона электродом из бористой стали с последующей шлифовкой ремонтных участков до заданной толщины стенки, плавного сопряжения с плоскостями шестигранника и производить термическую обработку с выполнением всех последующих операций по технологическому процессу, в качестве электрода, при ремонте дефектных мест электродуговой наплавкой в среде аргона, используют проволоку с массовой долей содержания бора, превышающей его содержание в шестигранной заготовке, на величину выгорания при сварке, а при электродуговой наплавке под слоем флюса используют флюс или электродную обмазку с введением в них ферробора, ремонт дефектных мест способом наплавки производят на глубину Δ≤0,45·S_ном., где S_ном. - номинальная толщина стенки шестигранной заготовки, мм.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства чехловых шестигранных труб из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% для уплотненного хранения отработанного ядерного топлива отличается тем, что заготовки после расточки, обточки и ремонта дефектов наружной поверхности с толщинами стенок в местах ремонта менее 5,0 мм задают на последующие операции технологического процесса включительно до операции обезжиривание заготовок, а затем производят исправление дефектных мест способом электродуговой наплавки под слоем флюса или в защитной среде аргона электродом из бористой стали с последующей шлифовкой ремонтных участков до заданной толщины стенки, плавного сопряжения с плоскостями шестигранника и производят термическую обработку с выполнением всех последующих операций по технологическому процессу, в качестве электрода, при ремонте дефектных мест электродуговой наплавкой в среде аргона, используют проволоку с массовой долей содержания бора, превышающей его содержание в шестигранной заготовке, на величину выгорания при сварке, а при электродуговой наплавке под слоем флюса используют флюс или электродную обмазку с введением в них ферробора, ремонт дефектных мест способом наплавки производят на глубину Δ≤0,45·S ном., где S_ном. - номинальная толщина стенки шестигранной заготовки, мм. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

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 условию патентноспособности "изобретательский уровень".

Способ был осуществлен при прокатке передельных труб размером 290×12×22000-23000 мм на ТПА 8-16 с пилигримовыми станами цеха №1 и переделе их в шестигранные трубы-заготовки в цехе №5 ОАО "ЧТПЗ".

В производство было задано по 40 слитков ЭШП стали марки ЧС 82 поставки завода ОАО "Мечел". Двадцать слитков размером 460×100×1700-1750 мм были прокатаны на ТПА 8-16 с пилигримовыми станами в трубы размером 290×12×22000-23000 мм, которые были порезаны пилой на трубы длиной 11000-11500 мм и отправлены в цех №5 для переделки в шестигранные трубы-заготовки по существующей технологии. Вторая партия в количестве 20 слитков (40 труб размером 11000-11500 мм) была отправлена в цех №5 для переделки в шестигранные трубы-заготовки по предлагаемой технологии. В цехе №5 трубы были порезаны на трубы-краты длиной 5500-5750 мм и заданы в производство для изготовления шестигранных труб-заготовок по существующей и предлагаемой технологиям. Данные по прокатке передельных труб размером 290×12×22000-23000 мм из слитков ЭШП размером 460×100×1700-1750 мм и по переделу их в шестигранные трубы-заготовки "под ключ" размером 257±2×6^+1,75/-1,0×4300^+80/-20 мм по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что по существующей технологии из 40 труб (80 кратов) по вине цеха №1 (по рванинам) забраковано 4 крата, а по предлагаемой технологии 5 кратов или соответственно 5,0 и 6,25%. При переделе труб (расточке и обточке) в цехе №5 по тонкой стенке по местам ремонта (удаления наружных плен и надрывав) по существующей технологии забраковано 8, а по предлагаемой технологии 9 труб-заготовок. В первом случае трубы-заготовки были переведены в брак, а во втором (по предлагаемой технологии) по местам ремонта (с фактической толщиной стенки от 3,5 до 4,7 мм), после операции обезжиривания труб-заготовок был выполнено исправление (ремонт) дефектных мест способом электродуговой наплавки в защитной среде аргона электродом с массовой долей содержания бора на верхнем пределе, а именно 1,8%. После ремонта (наплавки) была произведена шлифовка ремонтных участков до заданной толщины стенки, т.е. плавного сопряжения с плоскостями шестигранника. После предварительной приемки данные шестигранные трубы-заготовки прошли термическую обработку с выполнением всех последужщих операций по технологическому процессу. Шестигранные трубы-заготовки были приняты как "условно годные" и отправлены заказчику на электронную просветку. Все девять труб-заготовок выдержали испытание и включены в сдачу "годная продукция". Общий расходный коэффициент металла при производстве опытно-промышленной партии шестигранных труб-заготовок по существующей технологии составил 4,052, а по предлагаемой 3,575, т.е. получено снижение расхода металла на 477 кг на каждой тонне шестигранных труб-заготовок.

Таким образом, по результатам производства опытно-промышленных партий шестигранных труб по существующему и предлагаемому способам видно, что расходный коэффициент металла при переделе слиток ЭШП- шестигранная труба-заготовка по предлагаемому способу снизился на 477 кг.

Использование предлагаемого способа производства чехловых шестигранных труб-заготовок из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% для уплотненного хранения отработанного ядерного топлива позволит значительно снизить расход металла за счет снижения или полного исключения технологических отходов по дефектам проката (наружным пленам и надрывам) с фактической толщиной стенки в местах ремонта не мене 0,45·S_ном. или ≥3,3 мм, а следовательно, снизить стоимость товарных шестигранных труб-заготовок.

Таблица
Данные по прокатке передельных труб размером 290×12×22000-23000 мм из слитков ЭШП размером 460×100×1700-1750 мм и по переделу их в шестигранные трубы-заготовки "под ключ" размером 257×6×4300 мм по существующей и предлагаемой технологиям
Вид технологии	Производство передельных труб в цехе №1	Производство шестигранных труб-заготовок в цехе №5
Задано слитков (шт./т)	Прокатано труб (шт./т)	Отгружено в цех №5 (шт./т)	Задано в произвол. (шт./т)	Забраков. по стенке (шт./т)	Забраков. по другим дефектам (шт./т)	Сдано годных загот.(шт./т)	Общий расход. коэф. металла
Сущест.	20	40	76	76	8	7	61	4,052
45,720	35,178.	33,419	34,320	3,520	3,080	11,285
Предлаг.	20	40	75	75	9	6	69	3,575
45,630	35,375	33,164	34,442	3.980	2,653	12,765

1. Способ производства чехловых шестигранных труб-заготовок из низкопластичной стали с содержанием бора 1,3-1,8% для уплотненного хранения отработанного ядерного топлива, включающий прокатку передельных труб-плетей размером 290×12×22000-23000 мм, порезку труб-плетей пилой горячей резки на трубы, разметку труб для порезки на заготовки, маркировку заготовок для порезки, порезку труб на заготовки, измерение геометрических размеров заготовок и правку заготовок с общей кривизной по длине более 3,0 мм, расточку заготовок с последующим контролем качества внутренней поверхности и контролем внутреннего диаметра, маркировку номера заготовок внутри краской, выполнение наружной и внутренней фасок, обточку заготовок на станке со следящей системой, технологический контроль толщины стенки заготовок, осмотр и исправление дефектных участков наружной поверхности, измерение толщины стенки, исправление участков наружной поверхности, имеющих дефекты и толщину стенки, выходящую за плюсовые предельные размеры, повторную обточку при необходимости, перенос номера заготовки клеймами на наружную поверхность заготовок, обезжиривание заготовок, индукционную термическую обработку, ультразвуковую дефектоскопию и стилоскопический контроль, сверление отверстий для тянущей цепи под профилирование на маркированных концах заготовок, покрытие заготовок солевой смазкой, теплое профилирование с получением шестигранных заготовок, контроль геометрических размеров шестигранных заготовок, обезжиривание, термообработку шестигранных заготовок, контроль размера "под ключ" 257±2×6^+1,75/-1,0 мм, исправление участков, имеющих размеры, выходящие за плюсовое поле допуска, контроль общей кривизны граней по длине шестигранных заготовок, разметку и порезку шестигранных заготовок на мерную длину 4300^+80/-20 мм, отбор темплетов для изготовления образцов на механические испытания, перенос маркировки, снятие заусенцев, зачистку и продувку шестигранных заготовок, правку на прессе шестигранных заготовок с кривизной более 3,0 мм, контроль после правки кривизны размера "под ключ", контроль шестигранных заготовок на проходимость калибром, правку при необходимости, контроль геометрических размеров шестигранных заготовок, зачистку участков шестигранных заготовок, имеющих размеры выходящие за плюсовые предельные размеры по толщине стенки и размеру "под ключ" с последующей приемкой, осветление, испытания темплетов металла шестигранных заготовок на механические свойства с последующей приемкой, маркировку и упаковку шестигранных труб-заготовок, при этом заготовки после расточки, обточки и исправления дефектов наружной поверхности с толщинами стенок в местах исправления менее 5,0 мм задают на следующие операции технологического процесса включительно до операции обезжиривания заготовок, а затем производят исправление дефектных мест электродуговой наплавкой под слоем флюса или в защитной среде аргона электродом из бористой стали с последующей шлифовкой ремонтных участков до заданной толщины стенки, плавного сопряжения с плоскостями шестигранника и производят термическую обработку с выполнением всех последующих операций по технологическому процессу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электрода при исправлении дефектных мест электродуговой наплавкой в среде аргона используют проволоку с массовой долей содержания бора, превышающей содержание в шестигранной заготовке на величину выгорания его при сварке, а

при электродуговой наплавке используют флюс или электродную обмазку с введением в них ферробора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что исправление дефектных мест наплавкой производят на глубину

Δ≤0,45*S_ном.,

где S_ном. - номинальная толщина стенки шестигранной заготовки, мм.