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

Формула изобретения

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, отличающийся тем, что 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 длину цилиндрических труб-заготовок L_ц под высадку определяют из выражения:

L_ц=L _п.т+n(P_ут/P_ц-L_у),

где P_ут - вес высаженного утолщенного конца, кг;

P_ц - вес 1 п.м. цилиндрической трубы размером 280×25 мм, кг/м;

L_у - длина утолщенного конца, м;

L_п.т - длина передельной трубы под механическую обработку, м;

n - количество высаживаемых концов, шт.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что высадку-утолщение первого конца производят в соответствии с геометрическими размерами готового изделия с допуском под механическую обработку, второй конец высаживают до получения общей длины передельной трубы-заготовки, а длину утолщенного конца получают путем механической обработки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубному и механически обрабатывающему производствам, в частности к способу производства передельных цилиндрических толстостенных труб-заготовок из маломагнитных коррозионно-стойких сталей с последующей перекаткой их на станах ХПТ в цилиндрические трубы-заготовки необходимой длины, нагревом концевых участков цилиндрических труб-заготовок в индукторе, высадкой-утолщением одного или двух концов, и может быть использовано при производстве 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 механической обработки 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 тонн, 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 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, механическую обработку слитков в слитки-заготовки (обточку) 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.свидетельства СССР № 732043, кл. B21B 21/00, 1980).

Однако 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 вообще невозможно.

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 данный момент простаивают оба пилигримовых стана), а также при повторной прошивке (раскатке) относительно тонкостенных гильз получаем гильзы с повышенной кривизной, что приводит к затруднению надевания их на дорны, 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 (перископов подводных лодок) с обеспечением 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 и термическую обработки, прокатку на пилигримовом стане передельных горячекатаных труб 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 с вытяжкой µ=1,2-1,55, использование в качестве трубной заготовки сверленых слитков 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, 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 540 мм и более за две прошивки с вытяжками, соответственно, µ₁=1,2-1,4 и µ₂ =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 (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 (перископов подводных лодок) с обеспечением ударной вязкости KCU более 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 с последующей шлифовкой их на заданные геометрические размеры, при этом длину цилиндрических труб-заготовок L_ц под высадку определяют из выражения

где Р_ут - вес высаженного утолщенного конца, кг; Р_ц - вес 1 п.м. цилиндрической трубы размером 280×25 мм, кг/м; L_у - длина утолщенного конца, м; L_п.т. - длина передельной трубы под механическую обработку для изготовления судовых валов, м; n - количество высаживаемых концов, шт., высадку-утолщение первого конца производят в соответствии с геометрическими размерами готового изделия с допуском под механическую обработку, второй конец высаживают до получения общей длины передельной трубы-заготовки, а длину утолщенного конца получают путем механической обработки.

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 холодной прокатки 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 длину цилиндрических труб-заготовок L_ц под высадку определяют из выражения

где P_ут - вес высаженного утолщенного конца, кг; P_ц - вес 1 п.м. цилиндрической трубы размером 280×25 мм, кг/м; L_у - длина утолщенного конца, м; L_п.т. - длина передельной трубы под механическую обработку для изготовления судовых валов, м; n - количество высаживаемых концов, шт., высадку-утолщение первого конца производят в соответствии с геометрическими размерами готового изделия с допуском под механическую обработку, второй конец высаживают до получения общей длины передельной трубы-заготовки, а длину утолщенного конца получают путем механической обработки.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый способ производства судовых длинномерных полых валов большого и среднего диаметров из маломагнитных коррозионно-стойких сталей отличается тем, что длину цилиндрических труб-заготовок L_ц под высадку определяют из выражения

где P_ут - вес высаженного утолщенного конца, кг; P_ц - вес 1 п.м. цилиндрической трубы размером 280×25 мм, кг/м; L_у - длина утолщенного конца, м; L_п.т. - длина передельной трубы под механическую обработку для изготовления судовых валов, м; n - количество высаживаемых концов, шт., высадку-утолщение первого конца производят в соответствии с геометрическими размерами готового изделия с допуском под механическую обработку, второй конец высаживают до получения общей длины передельной трубы-заготовки, а длину утолщенного конца получают путем механической обработки. 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 прессе 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 500×290×2970 мм. Гильзы прокатывались на пилигримовом стане в калибре 332 мм в черновые передельные трубы размером 325×30×12000 мм. Передельные трубы были приняты УТК и отправлены в цех № 5 для переката на стане ХПТ 450 в трубы размером 280×25×15500 мм. В соответствии с п.2 формулы изобретения определили необходимую длину цилиндрической трубы. Произвели подрезку концов. Трубы были повторно приняты УТК и направлены на высадочную машину ПО-540 для высадки одного конца. Высадку производили в соответствии с п.3 формулы изобретения. Размер высадочного конца составил 379×230 вн.×400 мм. Высадку второго конца производили до получения необходимой общей длины передельной трубной заготовки, а длину утолщенного конца получили путем механической обработки.

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. Процесс высадки на ПО-540 производился в соответствии с п.2 и 3 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, а форма и геометрические размеры передельных труб приведены на чертеже. Четыре передельных трубы из стали марки 17Х18Н1 IT были отправлены на ОАО "Государственный Обуховский завод", где из них будут изготовлены судовые длинномерные полые валы.

Расходный коэффициент металла при производстве передельных труб для изготовлении 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, нагрев концевых участков труб-заготовок в индукторе до температуры пластичности, высадку-утолщение одного или двух концов на высадочной машине и механическую обработку утолщенных концов и тела валов с последующей шлифовкой на заданные геометрические размеры, значительно снизить трудоемкость и расходный коэффициент металла при их изготовлении, а следовательно, снизить стоимости судовых валов.