Способы получения бесшовных стальных труб

Язык труда и переводы:
УДК:
621.771.28
Дата публикации:
14 сентября 2021, 01:55
Категория:
А10. Оборудование и технологии прокатки
Аннотация:
В связи с интенсивным развитием оборонно-промышленного комплекса, энергетической, нефте- и газодобывающих отраслей промышленности высококачественные стальные бесшовные трубы получили широкое распространение. Цель настоящей исследовательской работы — провести анализ методов получения холоднодеформированных труб, которые на сегодняшний день изготавливаются способами холодного волочения и холодной прокатки. Выявлены особенности каждого способа, а также представляется сравнительная характеристика, позволяющая решить задачу выбора технологии получения заданного продукта.
Ключевые слова:
холоднодеформированная труба, бесшовная труба, качество поверхности, стан ХПТ, стан ХПТР, волочение, труднодеформируемые металлы, оправка
Основной текст труда

Холоднодеформированные бесшовные стальные трубы отличаются высокими показателями качества: точностью, чистотой поверхности, механическими и эксплуатационными свойствами. Требования, предъявляемые к размерам и качеству готовой продукции, регламентированы ГОСТ 8734–75. Цель настоящего исследования — провести анализ методов получения холоднодеформированных труб, которые на сегодняшний день изготавливаются способами холодного волочения и холодной прокатки.

Именно эти трубы, полученные способом холодной деформации металла давлением, за счет своих высоких прочностных показателей применяются в топливопроводах, аммиакопроводах, нефтенагревателях, парогенераторах, турбореактивных двигателях — изделиях, работающих при экстремальных нагрузках и повышенных температурах, а также широко распространены в фармацевтической, строительной, горнодобывающей, сельскохозяйственной, оборонной и многих других отраслях промышленности. Потребность холодного передела вызвана возможностью получения труб диаметром от 6 мм и толщиной стенки от десятых долей миллиметра, а также профильных. На сегодняшний день для производства стальных бесшовных труб наибольшее распространение в промышленности получили роликовые станы и станы валкового типа ввиду возможности деформации до 70...80 % за один рабочий процесс, в то время как при волочении наибольшая деформация без промежуточного отжига не превышает 30...40 %.

Метод получения холоднодеформированной трубы оказывает определяющее влияние на ее качество, свойства и размеры. Решение задачи выбора способа изготовления бесшовной трубы зависит от конкретных условий завода, материала изделия, требований к трубе по химическому составу, механическим свойствам, качеству поверхности и геометрическим размерам, отвечающих требованиям стандартов или технических условий.

Производство высококачественных бесшовных стальных труб было освоено значительно позже горячекатаных и сварных. Оно берет свое начало в 30-х гг. ХХ в., во время бурного развития волочильного производства в России.  Волочение представляет собой процесс протягивания трубной заготовки через волоку, диаметр которой определяет наружный диаметр трубы, и если при этом используется оправка, то ее диаметр определяет внутренний диаметр. В результате можно получить трубы малого диаметра (менее 3 мм) с тонкими стенками (0,2...0,1 мм) [1, с. 39], различного профиля из углеродистых, нержавеющих и легированных сталей. Волочение труб осуществляют несколькими способами: без оправки, на короткой оправке, на длинной оправке, на плавающей и раздача.

Основными преимуществами холодного волочения являются: точная и чистая поверхность готового изделия, высокая производительность и универсальность процесса, простота конструкций волочильных станов, их обслуживания, эксплуатации, невысокие затраты на оборудование, поэтому при низкой конкурентоспособности холодное волочение труб обладает высокой рентабельностью [2, с. 27]. К недостаткам следует отнести большое число вспомогательных операций, расход значительного количества металла, а также многоцикличность процесса (зачастую требуется порядка пяти и более переходов через волоки с постепенно уменьшающимися отверстиями, так как максимальная деформация за один проход не превышает 40 % [3, c. 5].

Как альтернатива волочению в 40-х гг. прошлого столетия широкое распространение получили станы холодной прокатки труб (ХПТ). Они предназначены для для изменения размеров (диаметра и стенки) и улучшения качества поверхности труб путем пластической деформации валками, установленными в станине рабочей клети. Валки имеют переменное сечение ручья (от радиуса заготовки до значения радиуса готовой трубы), на оправке. Способ получения труб на станах ХПТ позволяет получать трубы диаметром от 6 до 450 мм [4, с. 3], при этом толщина стенок может составлять всего несколько десятых долей миллиметра.

Процесс холодной прокатки труб очень близок к процессу их горячей пилигримовой прокатки, а отличие состоит в том, что деформация поданной порции металла осуществляется при неподвижной заготовке и возвратно-поступательном движении рабочей клети. И при каждом двойном ходе клети происходит подача трубы в область прокатки и поворот трубы и оправки для устранения дефектов, что обеспечивает высокое качество и точность поверхности, кроме того, за счет больших обжатий происходит значительное упрочнение металла. Также на станах ХПТ возможно осуществлять прокатку труб переменного сечения как по диаметру, так и по толщине стенки, а также прокатку квадратных и прямоугольных труб.

К весомым преимуществам станов ХПТ относят высокую точность размеров готовых изделий и чистоту внутренней и наружной поверхности трубы, возможность прокатки труднодеформируемых металлов, отсутствие потерь металла. Недостатками являются сложность оборудования и изготовления инструмента, а также низкая производительность процесса прокатки [2, с. 24].

Возрастающие требования к геометрическим параметрам труб, их прочностным характеристикам, жаропрочности и устойчивости к воздействию агрессивных сред в связи с развитием новых областей промышленности: ракетостроения, атомной энергетики, химической промышленности, привело в конце 50-х гг. ХХ в. к возникновению такого направления прокатки как роликовый способ холодной прокатки. Уже в начале 60-х гг. ХХ в. во ВНИИметмаше были созданы первые станы холодной прокатки труб роликами (ХПТР), которые в дальнейшем получили широкое распространение во всем мире. Эти станы реализуют производство особоточных прецизионных, тонкостенных и профильных труб 4–6 класса шероховатости поверхности, с малыми допусками по толщине стенки и отношением диаметра к толщине стенки 150:1. В отличие от станов ХПТ, где рабочим инструментом являются валки, в станах ХПТР деформация заготовок осуществляется роликами, опирающимися на направляющие планки [2, с. 24]. На стандартных станах ХПТР прокатываются трубы из высоколегированных сталей и сплавов, при этом диаметр прокатываемых труб варьируется от 4 до 120 мм, а толщина стенки — от 0,05 до 3 мм.

Способ холодной прокатки на станах ХПТР отличают следующие достоинства: возможность прокатки особотонкостенных труб из малопластичных материалов. Готовая продукция отличается особо высокой точностью и чистотой поверхности. К недостаткам относятся высокие затраты на оборудование и еще более низкую производительность, чем станов ХПТ [2, с. 26].

За последние годы широкое распространение станов ХПТ и ХПТР объясняется огромным рядом преимуществ процесса холодной прокатки, основными из которых являются: возможность получить трубы с точными геометрическими параметрами и особенно с малой эксцентричностью наружного диаметра относительно внутреннего, высокое качество поверхности труб, высокий коэффициент выхода годной продукции, достижение значительного упрочнения металла трубы при прокатке, благодаря обжатию как по диаметру, так и по толщине стенки, возможность получения труб с большим отношением диаметра к толщине стенки, осуществление прокатки труб переменного сечения и разнообразного профиля.

Следует отметить, что на практике используются все виды технологий получения холоднодеформированных бесшовных стальных труб. В условиях конкретного производства выбор наиболее рациональной из них является серьезным вопросом, включающим в себя много как технологических, так и экономических и других факторов.

Литература
  1. Розов Н.В. Холодная прокатка стальных труб. М.:Металлургия. 1977. 183 с.
  2. Орлов Г.А. Холодная прокатка и волочение труб. Екатеринбург: УрФУ. 2011. 188 с.
  3. Холодная прокатка труб / З.А. Кофф, П.М. Соловейчик, В.А. Алешин и [др.]. Свердловск: Металлургиздат, 1962. 431 с.
  4. Соколова О.В., Восканьянц А.А., Комкова Т.Ю. Технология и оборудование производства труб на станах ХПТ. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 40 с.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.