Способ производства судовых длинномерных полых валов большого и среднего диаметров из маломагнитных коррозионно-стойких сталей

Способ производства судовых длинномерных полых валов большого и среднего диаметров из маломагнитных коррозионно-стойких сталей

Реферат

Изобретение относится к металлургическому, трубному и механически обрабатывающему производствам, в частности к способу производства слитков-заготовок из маломагнитных коррозионно-стойких сталей, прокатки из них передельных цилиндрических толстостенных труб-заготовок с последующей перекаткой их на станах ХПТ в цилиндрические трубы-заготовки необходимой длины, нагрева концевых участков цилиндрических труб-заготовок в одновитковом перемещающемся индукторе, высадки-утолщения одного или двух концов и может быть использовано при производстве слитков-заготовок способом электрошлакового переплава или свободной ковкой слитков в заготовки, прокатки из них передельных толстостенных труб на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами для последующего переката их на станах ХПТ 450 или ХПТ 250 в длинномерные толстостенные цилиндрические трубы-заготовки, нагрева концевых участков цилиндрических труб-заготовок в индукторе до температуры пластичности, высадки-утолщения одного или двух концов на высадочной машине и механическую обработку утолщенных концов и тела валов с последующей шлифовкой их на заданные геометрические размеры.

В настоящее время в России судовые длинномерные полые валы длиной до 12000 мм большого и среднего диаметров из маломагнитных коррозионно-стойких сталей типа 17Х18Н10Т производят способом свободной ковки слитков на прессах в длинномерные черновые заготовки с утолщенными, одним или двумя концами, с последующей механической обработкой по наружной поверхности, сверлением, расточкой центрального отверстия и шлифовкой на заданные геометрические размеры.

Недостатком данного способа является трудоемкость нагрева слитков массой более 5 т, трудоемкость ковки данных слитков в длинномерные заготовки с многократным их подогревом, сверловка, расточка и механическая обработка по наружной поверхности, требующие уникального станочного оборудования, повышенный расходный коэффициент металла, достигающий 5.0 и более, а следовательно, высокая их стоимость.

В трубопрокатном производстве известен способ производства слитков-заготовок электрошлаковым переплавом из легированных марок стали, прокатки из них товарных и передельных труб диаметром 273-325 мм по ГОСТ 9940 на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий отливку слитков электрошлаковым переплавом из нержавеющих марок стали типа 08-12Х18Н10Т и 12Х18Н12Т размером 420-520×1750 мм, наружную механическую обработку (обточку) слитков в слитки-заготовки размером 400-500×1750 мм, сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку слитков-заготовок в стане косой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовом стане в товарные или передельные трубы по ГОСТ 9940 с подкладными углеродистыми кольцами (патент РФ №2175899, кл. 7 B21B 21/00, бюл. №32, 2001 и авт. св. СССР №732043, кл. B21B 21/00, 1980).

Такой способ производства товарных и передельных труб по ГОСТ 9940 из слитков ЭШП имеет следующие недостатки: из-за повышенных нагрузок за одну прошивку в станах косой прокатки можно прошивать слитки диаметром не более 500 мм, из которых на пилигримовых станах прокатывать трубы диаметром до 325 мм длиной не более 6000 мм и только из нержавеющих марок стали типа 08-12Х18Н10Т и 08-12Х18Н12Т, а трубы из труднодеформируемых марок стали и сплавов типа 06ХН28МДТ, ХН65МВУ и 20Х25Н25ТЮ-Ш производить по данной технологии не представляется возможным.

В трубном производстве с целью снижения нагрузок на станах косой прокатки при производстве горячедеформированных товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПА с пилигримовыми станами используется способ двойной прошивки слитков-заготовок, а прокатку труб на пилигримовом стане ведут с вытяжкой µ=3,0-5,0 и выведением пилигримовой головки на подкладное углеродистое кольцо (патент РФ №2247612, кл. B21B 21/00, бюл. №7, 2005 и патент РФ №2207199, кл.7 B21B 21/00, бюл. №18, 2003).

Использование данного способа позволяет производить товарные и передельные трубы большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами без пилигримовых головок длиной не более 6,0 м, снизить вероятность застревания (затяжек) дорнов в трубах, снизить расходный коэффициент дорогостоящего металла, а следовательно, и стоимость труб, но имеет недостатки, связанные с двойным нагревом (слитков ЭШП и гильз первой прошивки), двойной прошивкой (прошивкой слитков ЭШП и раскаткой гильз на оправках большего диаметра), которые приводят к снижению производительности пилигримовых станов из-за потери времени на первую прошивку гильз и повторную их раскатку (в этот момент простаивает пилигримовый стан), а также при повторной прошивке (раскатке) относительно тонкостенных гильз получаем гильзы с повышенной кривизной, что приводит к затруднению надевания их на дорна, а прокатка гильз с повышенной кривизной на пилигримовом стане приводит к повышенной поперечной и продольной разностенности труб, а следовательно, к снижению производительности станов, к повышенному расходу металла и повышению стоимости труб.

В трубной промышленности известен способ высадки одного конца горячекатаных труб размером 273×24 мм из стали марки 40ХН2МАШ по чертежу ЭЛ 90-29-02 на прессе ПО-540 с использованием нагревательного устройства-индуктора (ТИ 158-Тр.ТБ5-14-2006 "Высадка труб из стали 40ХН2МАШ по чертежу ЭЛ-90-20-02").

Недостатком данного способа высадки является то, что технологический процесс высадки рассчитан на цилиндрические горячекатаные трубы размером 273×24 мм из стали 40ХН2МАШ с длиной стабильного утолщения 220-240 мм.

Наиболее близким техническим решением является 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 с обеспечением ударной вязкости KCU не менее 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, прокатку на пилигримовом стане передельных горячекатаных труб большего диаметра под 1-3 переката на станах холодной прокатки, в зависимости от вида заготовки и типоразмеров готовых изделий (длины, диаметра, толщины стенки и механических свойств), прокатку передельных горячекатаных труб на промежуточный и готовый размеры на станах холодной прокатки с вытяжкой µ=1,2-1,55. Используемые в качестве трубной заготовки сверленые слитки ЭШП и центробежно-литые полые заготовки 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, 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 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 электрошлакового переплава, прокатывают на пилигримовом стане в передельные горячекатаные трубы с учетом 1-2 перекатов на станах холодной прокатки, слитки электрошлакового переплава диаметром до 500 мм, включительно, прошивают в стане косой прокатки в гильзы за одну прошивку с вытяжкой µ=1,2-1,4, а слитки диаметром 500 мм и более за две прошивки с вытяжками соответственно µ₁=1,2-1,4 и µ₂=1,1-1,3, передельные длинномерные трубы после холодной прокатки на промежуточном размере подвергают аустенизации по режиму: температура печного пространства в момент посада 1000-1100С°, 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 (патент РФ №2257271, бюл. №21, 2005).

Недостатком данного способа является то, что он направлен на производство цилиндрических передельных труб большого и среднего диаметров из центробежно-литых полых заготовок и слитков ЭШП специально из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем с обеспечением ударной вязкости KCU не менее 100 Дж/см² и не требует дополнительных операций по высадке концевых участков.

Задачей предложенного способа является освоение нового технологического процесса производства судовых длинномерных полых валов большого и среднего диаметров из маломагнитных коррозионно-стойких сталей прокаткой на пилигримовых станах передельных цилиндрических толстостенных труб-заготовок с последующей перекаткой их на станах ХПТ 450 и ХПТ 250 в цилиндрические трубы-заготовки необходимой длины в зависимости от диаметра, нагревом концевых участков труб-заготовок в индукторе до температуры пластичности, высадкой (утолщением) одного или двух концов на высадочной машине ПО-450 и механической обработкой утолщенных концов и тела валов с последующей шлифовкой на заданные геометрические размеры, снижение трудоемкости и расходного коэффициента металла при их изготовлении, а следовательно, снижение стоимости судовых валов.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства судовых длинномерных полых валов большого и среднего диаметров из маломагнитных коррозионно-стойких сталей, включающем получение слитков, нагрев их до температуры пластичности, прокатку на пилигримовых станах в передельные цилиндрические черновые толстостенные трубы, перекатку их на станах холодной прокатки труб ХПТ 450 или ХПТ 250 в цилиндрические трубы-заготовки необходимой длины, при котором осуществляют нагрев концевых участков цилиндрических труб-заготовок в индукторе до температуры пластичности и производят высадку - утолщение одного или двух концов на высадочной машине и механическую обработку утолщенных концов на высадочной машине и механическую обработку утолщенных концов с последующей шлифовкой их на заданные геометрические размеры, при этом концы труб-заготовок подвергают локальному нагреву в одновитковом перемещающемся индукторе до температуры 950-1050°С и высаживают на высадочной машине на оправке, а геометрические размеры утолщений определяют из выражений

где S_у - толщина стенки высаженного утолщения цилиндрической трубы-заготовки, мм; D_у - диаметр высаженного утолщения цилиндрической трубы-заготовки, мм; L_у - длина высаженного утолщения цилиндрической трубы-заготовки, мм; S_в - толщина стенки цилиндрической трубы-заготовки, мм; D_в - диаметр цилиндрической трубы-заготовки, мм; d - внутренний диаметр цилиндрической трубы-заготовки, мм; i - передаточное отношение гитары подач; L_m - величина перемещения осаживающей траверсы, а на промежуточной операции высадки утолщения цилиндрических труб-заготовки подвергают местному ремонту или сплошной обдирке.

Сущность способа заключается в том, что передельные цилиндрические черновые толстостенные трубы-заготовки для изготовления судовых длинномерных полых валов большого и среднего диаметров из маломагнитных коррозионно-стойких сталей производят прокаткой на пилигримовых станах, которые перекатывают на станах ХПТ 450 или ХПТ 250 в цилиндрические трубы-заготовки необходимой длины в зависимости от диаметра, производят нагрев концевых участков цилиндрических труб-заготовок в одновитковом перемещающемся индукторе до температуры 950-1050°С, осуществляют высадку утолщения на оправке с одного или двух концов на высадочной машине за несколько переходов с местным ремонтом поверхности или сплошной обдиркой утолщения на промежуточном размере, производят механическую обработку утолщенных концов с последующей шлифовкой их на заданные геометрические размеры, при этом первый из проходов высадки осуществляют при минимальном передаточном отношении. Геометрические параметры утолщения определяют из выражений, приведенных в п.1 формулы изобретения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства судовых длинномерных полых валов большого и среднего диаметров из маломагнитных коррозионно-стойких сталей отличается тем, что концы труб-заготовок подвергают локальному нагреву в одновитковом перемещающемся индукторе до температуры 950-1050°С и высаживают на высадочной машине на оправке, а геометрические размеры утолщений определяют из выражений

где S_у - толщина стенки высаженного утолщения цилиндрической трубы-заготовки, мм; D_у - диаметр высаженного утолщения цилиндрической трубы-заготовки, мм; L_у - длина высаженного утолщения цилиндрической трубы-заготовки, мм; S_в - толщина стенки цилиндрической трубы-заготовки, мм; D_B - диаметр цилиндрической трубы-заготовки, мм; d - внутренний диаметр цилиндрической трубы-заготовки, мм; i - передаточное отношение гитары подач; L_m - величина перемещения осаживающей траверсы, а на промежуточной операции высадки утолщения цилиндрических труб-заготовок подвергают местному ремонту или сплошной обдирке. Таким образом, 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 патентноспособности «изобретательский уровень».

Способ опробован и осуществлен на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16'', на стане ХПТ 450 и на высадочной машине ПО-540 ОАО "ЧТПЗ". В производство были заданы два сплошных слитка ЭШП размером 500×2050 мм и два полых слитка ЭШП размером 500×290вн.×3100 мм стали марки 17Х18Н11Т поставки ОАО "ЗМЗ". В сплошных слитках ЭШП на ОАО "ЧТПЗ" просверлили центральное отверстие диаметром 100±5,0 мм. Сверленые слитки ЭШП нагревали в методической печи до температуры 1250°С и прошивали в стане косой прокатки на оправке диаметром 275 мм в гильзы размером 500×290×3100 мм. Гильзы прокатывались на пилигримовом стане в калибре 332 мм в черновые передельные трубы размером 325×30×12100 мм. Передельные трубы были приняты УТК и отправлены в цех №5 для переката на стане ХПТ 450 в трубы размером 280×25×15500 мм. Две полые заготовки размером 500×290вн.×3100 мм были нагреты в методической печи и краном были переданы на пилигримовый стан. На пилигримовом стане полые заготовки-гильзы были прокатаны в трубы размером 325×30×12100 мм, а затем перекатаны на стане ХПТ 450 в цилиндрические трубы размером 280×25×15800 мм. После прокатки труб на стане ХПТ 450 произвели подрезку концов. Трубы были повторно приняты УТК и направлены на высадочную машину ПО-540 для высадки одного конца. Количество операций высадки и геометрические параметры утолщений определялись согласно п.1 формулы изобретения. Размер высадочного конца был получен за 3 операции высадки и составил 379×230вн.×400 мм. На промежуточных размерах высаженные утолщения подвергались ремонту либо сплошной обдирке согласно п.2 формулы изобретения.

Данные по производству опытно-промышленной партии передельных трубных заготовок из маломагнитной коррозионно-стойкой стали 17Х18Н11Т для изготовления судовых длинномерных полых валов и по высадке концевых участков по предлагаемой технологии приведены в таблицах 1 и 2. Четыре передельные трубы из стали марки 17Х18Н11Т были отправлены на ОАО "Государственный Обуховский завод", где из них будут изготовлены судовые длинномерные полые валы.

Расходный коэффициент металла при производстве передельных труб для изготовления длинномерных полых судовых валов из маломагнитной коррозионно-стойкой стали 17Х18Н11Т по предлагаемой технологии составил 1,235 и 1,245, т.е. ниже, чем по существующей технологии более чем в 4.0 раза.

Использование предлагаемого способа производства судовых длинномерных полых валов большого и среднего диаметров из маломагнитных коррозионно-стойких сталей типа 17Х18Н11Т позволит освоить новый технологический процесс, включающий прокатку на пилигримовых станах передельных цилиндрических толстостенных труб-заготовок с последующей перекаткой их на станах ХПТ 450 и ХПТ 250 в цилиндрические трубы-заготовки необходимой длины в зависимости от диаметра, производят нагрев концевых участков цилиндрических труб-заготовок в одновитковом перемещающемся индукторе до температуры 950-1050°С, осуществляют высадку утолщения на оправке с одного или двух концов на высадочной машине за несколько переходов с местным ремонтом поверхности или сплошной обдиркой утолщения на промежуточном размере, производят механическую обработку утолщенных концов с последующей шлифовкой их на заданные геометрические размеры, при этом первый из проходов высадки осуществляют при минимальном передаточном отношении, также позволит значительно снизить трудоемкость и расходный коэффициент металла при их изготовлении, а следовательно, снизить стоимость судовых валов.

Таблица 1
Данные по геометрическим параметрам высаженного утолщения
Номер операции высадки	Передаточное отношение	Наружный диаметр утолщения	Толщина стенки утолщения	Длина концевого утолщения
1	0,313 (минимальное значение)	300	35	985
2	0,594	279	74,5	400
Примечание: геометрические размеры трубы, на которой получено утолщение - 280× вн.230×15000 мм

Таблица 2
Данные по сравнению расхода металла при производстве длинномерных судовых валов различными технологиями
Технология производства	Расходный коэффициент
Существующая технология: свободная ковка, сверление, обточка, шлифование.	6,591
Предлагаемая технология: горячая прокатка на пилигримовом стане, прокатка на стане ХПТ, высадка концевого утолщения, шлифование.	3,567

1. Способ производства судовых длинномерных полых валов большого и среднего диаметров из маломагнитных коррозионно-стойких сталей, включающий получение слитков, нагрев их до температуры пластичности, прокатку на пилигримовых станах в передельные цилиндрические черновые толстостенные трубы, перекатку их на станах холодной прокатки труб ХПТ 450 или ХПТ 250 в цилиндрические трубы-заготовки необходимой длины, при котором осуществляют нагрев концевых участков цилиндрических труб-заготовок в индукторе до температуры пластичности и производят высадку-утолщение одного или двух концов на высадочной машине и механическую обработку утолщенных концов с последующей шлифовкой их на заданные геометрические размеры, при этом концы труб-заготовок подвергают локальному нагреву в одновитковом перемещающемся индукторе до температуры 950-1050°С и высаживают на высадочной машине на оправке, а геометрические размеры утолщений определяют из выражений S_у - толщина стенки высаженного утолщения цилиндрической трубы-заготовки, мм;D_у - диаметр высаженного утолщения цилиндрической трубы-заготовки, мм;L_у - длина высаженного утолщения цилиндрической трубы-заготовки, мм;S_в - толщина стенки цилиндрической трубы-заготовки, мм;D_в - диаметр цилиндрической трубы-заготовки, мм;d - внутренний диаметр цилиндрической трубы-заготовки, мм;i - передаточное отношение гитары подач;L_m - величина перемещения осаживающей траверсы,при этом операцию высадки производят за несколько переходов, причем первый из них при минимальном передаточном отношении, равном 0,313.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на промежуточной операции высадки утолщения цилиндрические трубы-заготовки подвергают местному ремонту или сплошной обдирке.