книги из ГПНТБ / Биметаллические трубы

представляет изучение иД влияния на послойные деформации. Об­ разцы составляли из низкоуглеродистой и нержавеющей стали с раз­ личной толщиной стенки. Деформирование образцов осуществляли на один конечный размер (D = 45 мм). Перед деформацией на контактную поверхность наносили смазку либо наждачный поро­ шок. Часть образцов деформировали с сухими межслойными по­ верхностями. Методика обработки образцов описана выше. По дан­ ным экспериментов, построены кривые ап = f (п3; /г) (рис. 108). С ростом коэффициента межслойного трения /г значения коэффи­ циента аа приближаются к 1 и в случае наличия на границе слоев наждачного порошка, когда /г близок к 1, а п практически не зависит от коэффициента плакировки (толщины внутреннего слоя) и колеб­ лется в пределах 0,99— 1,01 при изменении п3 в интервале 0,2—0,6,

зано со снижением на границе слоев сил трения, создающих под­ пирающее усилие, действующее на наружный слой и препятствую­ щее его преимущественному истечению.

Наиболее интенсивно уменьшается ап при п3 < 0,4, что соот­ ветствует значениям S B, равным 3,5 и 4,5 мм.

Таким образом, экспериментально получены количественные за­ висимости послойных деформаций, определяемые коэффициентом а п, от соотношения толщин, механических свойств, условий межслой­ ного трения, способа деформации, которые позволят обоснованно определять технологические параметры при разработке технологии

= 0,205. Тогда размеры наружного слоя перед сочленением будут:

-(2 4 — 4,5)2

Ш ---------= 25,15 мм;

0,93

5н1 = Ral — R2= 25,15 — 24 = 1,15 мм;

S" " = W = W = ' . 1 2 MM.

Наружный диаметр внешнего слоя

Дно = D 2 + 2 (5н0 + б),

где Da — наружный диаметр внутреннего слоя;

б — величина зазора между слоями, равная 1,5—2 мм.

Dh0 = 48 + 2 (1,12 + 1,5) = 53,24 мм.

Принимаем £>н = 53 мм. Аналогично поведение двухслойных труб при холодной прокатке на станах периодического действия.

В случае холодной прокатки наблюдается преимущественное исте­ чение мягкого слоя независимо от его расположения. Если мягкий слой находится внутри, то он деформируется менее интенсивно, чем при расположении снаружи.

Г л а в а V

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

Технико-экономические показатели производства биметалличе­ ских труб определяются уровнем технологии их изготовления и совершенством оборудования. Например, производство труб сталь+ + медь, осуществлявшееся на непрерывном стане, не имевшем специа­ лизированного участка для подготовки труб к попарной сборке и прокатке, а также нагревательной печи с защитной атмосферой, характеризовалось пониженным выходом годного металла и повы­ шенной стоимостью изготовления. При решении вопросов произ­ водства биметаллических труб различных сочетаний металлов должна учитываться эффективность их применения, так как биметаллические трубы могут быть дороже монометаллических, которые ими должны быть заменены. Поэтому критерием оценки экономической эффек­ тивности биметаллических труб, как и любой другой новой про­ дукции, следует считать сумму приведенных затрат, учитывающую как текущие, так и капитальные затраты:

Экономическая эффективность может быть в полной мере оце­ нена при учете затрат на производство и применение биметаллических труб в различных отраслях промышленности, т. е. как народнохо­ зяйственная эффективность. Поэтому необходимо проанализировать все показатели, связанные с производством биметаллических труб из исходного сырья, изготовлением из них изделий и эксплуатацией их потребителями.

Экономическую эффективность рекомендуется [17] определять как разность суммы приведенных затрат по производству металло­

Величины Эм и Э0 определяются по формулам:

З м = СМР + Ес [КМФ - К Л Ф - Р%

Э0= Со — Цотх {Ф р') + £ Д о ,

212

ГДе См— себестоимость производства 1 т металла, используемого

для создания сравниваемых средств труда, руб.;

Кп — народнохозяйственные (полные) капитальные вложения, высвобождаемые в черной металлургии в связи с воз­ вратом металлоотходов, руб.;

р' — масса металла в готовых средствах труда, т; С0 — текущие затраты на изготовление сравниваемых средств

труда (без стоимости металла и отходов), руб.; Цогх — цена 1 т металлоотходов, получаемых в процессе изго­

товления средств труда, руб.; К0 — капитальные вложения в данной отрасли металлообра-'

ботки и машиностроения, руб.

Формула (74) учитывает равные сроки службы и эксплуатацион­ ные возможности биметаллических и монометаллических труб. Од­ нако в большинстве случаев применение биметаллических труб поз­ воляет увеличить срок службы изделия, облегчить его конструкцию, уменьшить время и затраты на текущие и капитальные ремонты, повысить надежность службы изделий. В последнем случае в фор­ мулу (74) необходимо ввести коэффициент, учитывающий эти фак­ торы.

Таким образом, формула для расчета экономической эффектив­ ности с учетом эксплуатационных возможностей биметаллических

где АГд — коэффициент, учитывающий относительное увеличение срока службы изделия, уменьшение затрат на ремонты и другие факторы.

СРАВНЕНИЕ СЕБЕСТОИМОСТИ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ

И МОНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

Как видно из формул (74) и (75), важным элементом анализа при определении экономической эффективности является сопоставление себестоимости двух видов взаимозаменяемой продукции. При этом предполагается, что данные виды продукции обладают одинаковыми потребительскими свойствами, но отличаются технологией произ­ водства и составом.

При сравнении себестоимости взаимозаменяемых видов продук­ ции очень важно обеспечить максимально возможную сопостави­ мость показателей. Для этого необходимо:

1. Исключить влияние сортамента биметаллических и мономе­ таллических труб, для чего сравнить себестоимость труб одинаковых номенклатурных групп (тянутые, тонкостенные и др.) с учетом сред-

213

214

невзвешенного размера, определяемого по средней массе 1 м труб

вгруппе.

2.Привести биметаллические и монометаллические трубы к со­ поставимым размерам с учетом эквивалентности эксплуатационных

свойств. Так, известно, что прочность биметаллических труб сталь + + медь размером 42X2,5 мм, используемых в трубопроводах, ра­ ботающих под давлением, соответствует прочности монометалличе­ ских труб из меди размером 61 X 10,5 мм. Следовательно, при сопо­ ставлении биметаллических и монометаллических труб необходимо сравнивать группы, имеющие приведенные средневзвешенные раз­ меры. Приведение размеров к сопоставимым может быть произведено путем определения соотношения эксплуатационных свойств труб. Примерные сопоставимые размеры для труб разных сочетаний ме­ таллов, работающих под давлением, приведены в табл. 34.

3. Соблюдать единую методику оценки всех материальных за­ трат. Кроме себестоимости продукции, важным элементом при рас­ чете народнохозяйственной экономической эффективности является учет капитальных затрат. При этом необходимо учитывать капиталь­ ные затраты как в цехах, производящих биметаллические трубы, так и в основных и вспомогательных цехах, производящих металло­ продукцию — заготовку, а также использующих биметаллические трубы.

При производстве биметаллических труб необходимы специальные отделения для подготовки исходных труб из разных металлов и из­ готовления двухслойных заготовок, контроля сцепления слоев и др. При значительных объемах производства целесообразно сосредо­ точить все операции по изготовлению труб (в силу специфических особенностей технологии) в самостоятельных цехах. В то же время производство исходных труб в тех же объемах может быть органи­ зовано в действующих цехах. В биметаллических трубах плаки­ рующий слой (цветные металлы, нержавеющие стали и сплавы) составляет 10—50%, остальное — углеродистая или низколегиро­ ванная сталь. Различная потребность в сырье при производстве би­ металлических и однослойных труб определяет разницу капиталь­ ных затрат в смежных отраслях. Необходимо также учесть капиталь­ ные затраты в отраслях, использующих биметаллические трубы, как, например, тракторо- и машиностроение.

ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

Как уже указывалось, наиболее широкое распространение при производстве биметаллических труб диаметром от 6 до 60 мм полу­ чили способ горячей деформации на непрерывном стане и способ термодиффузионной сварки. Сравнение результатов производства биметаллических труб позволяет сделать выводы об экономической эффективности этих способов в существующих условиях. В настоя­ щее время себестоимость труб, изготовленных способом диффузион­ ной сварки, ниже себестоимости труб, изготовленных непрерывной

215

прокаткой. Обращает на себя внимание тот факт, что расходы на передел при изготовлении труб из заготовки, полученной термодиф­ фузионной сваркой, значительно больше, чем из заготовки, полу­ ченной горячей совместной деформацией на непрерывном стане.

* В то же время меньший расходный коэффициент дорогостоящего металла приводит к снижению стоимости заданного и, как следствие, к меньшей себестоимости труб, полученных способом термодиффу­ зионной сварки слоев. Кроме того, изготовление биметаллических труб этим способом позволит освободить непрерывный стан от сорта­ мента, снижающего его производительность.

Однако для изготовления биметаллических труб термодиффу­ зионной сваркой необходимо создать специализированный участок, что потребует дополнительных удельных капитальных затрат в сумме 440 руб/т. Пользуясь формулой, можно подсчитать эффективность способа для различных объемов производства:

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ

Экономическая эффективность производства биметаллических труб вместо монометаллических может быть определена путем уста­ новления потребности в сравниваемых видах продукции для изго­ товления изделий, способных выполнить одинаковый объем работы,

атакже определения условий взаимозаменяемости биметаллических

имонометаллических труб. Эти величины могут быть определены

только с учетом показателей использования сравниваемых металлов в машиностроении и эксплуатационных характеристик изготовлен­ ных из него изделий.

При условии равенства технико-эксплуатационных характеристик и сроков службы в изделиях биметаллических и монометаллических труб определение экономической эффективности может быть про­ изведено путем сравнения суммы приведенных затрат на их произ­ водство. Однако важным моментом, обеспечивающим преимущество биметаллов перед монометаллами, является то, что в плакированном материале удается получить сочетание таких свойств, которыми не могут обладать монометаллические материалы. Так, при плакиро­ вании стальной трубы цветным металлом удается сочетать высокую коррозионную стойкость цветного металла с высокой прочностью стали. Благодаря этому появляется возможность создать новые конструкции, в которых трубы только из цветного металла не могли бы работать, а также значительно уменьшить массу известных конструк­

216

ций за счет замены монометаллических труб более прочными биме­ таллическими. В последнем случае при одинаковом сроке службы изделий в машинах и конструкциях для расчета экономической эффективности применения биметаллических и монометаллических труб сравнение необходимо проводить в сопоставимых единицах, которыми является количество метров труб, используемых в данном изделии. Таким образом, количество взаимозаменяемых биметалли­ ческих и монометаллических труб определяется из выражения

где QM— масса монометаллических труб, замененных биметалли­ ческими в изделии;

Q6 — масса биметаллических труб в изделии.

Биметаллические трубы из стали, плакированной цветными ме­ таллами, наиболее часто применяют в качестве трубопроводов, ра­ ботающих под давлением, и втулок подшипников скольжения.

В случае применения их в качестве напорных трубопроводов рас­ чет сопоставимых размеров с монометаллическими трубами может быть проведен из условия равенства предельного состояния под

ги Т . М

Рассмотрим нашедшие наиболее широкое распространение биме­ таллические трубы сочетаний сталь 10—медь и сталь 12ХНЗА-—медь. На рис. 109 приведен график сопоставления взаимозаменяемых относительных размеров биметаллических труб указанных сочетаний и медных труб. По формуле (76) аналогичные графики могут быть построены для металлов любого сочетания. Пользуясь этим графиком, рассчитали размеры медных труб, которые заменил биметалл (см. табл. 34). Из табл. 34 видно, что применение биметаллических труб позволяет значительно облегчить конструкции, а в ряде случаев создать их.

Так, при замене в конструкции биметаллическими трубами сталь 10 + медь размером 38X3 мм медных размером 38X10,3 мм (при наружном давлении) или размером 69,5x18,75 мм (при вну­ треннем давлении) потребуется меньший расход труб (по массе) соответственно в 2,96 и 9,8 раза. В случае же применения биметалли­ ческих труб размером 38X3 мм из стали 12ХНЗА, плакированных медью, равнопрочными оказываются медные стержни, т. е. без биме­ таллической трубы конструкция вообще не может быть создана.

217

Сравнение стоимости медных и биметаллических труб, исполь­ зуемых для создания одинаковых объектов, с учетом их эксплуата­ ционных свойств приведено в табл. 35.

Данные таблицы подтверждают экономическую целесообразность применения биметаллических труб в различных конструкциях. Оте­

нены много раз. Аппараты же из биметаллических труб сохраняют свои эксплуатационные свойства. Расчет годового экономического эффекта от применения биметалли­

Сравнение стоимости медных и биметаллических труб, используемых для создания одинаковых объектов, с учетом их эксплуатационных свойств

218

Т а б л и ц а 36

Расчет экономического эффекта применения биметаллических труб

биметаллическими размером 70x5 мм и 3,85 и 3,68 тыс. руб. при использовании биметаллических труб размером 38X2,5 мм [69].

На заводах компании «Техас Сити» (США) проверены биметалли­ ческие трубы из стали, плакированной снаружи медью. Эти трубы эксплуатировали в течение 5 лет без повреждения, в то время как трубы из углеродистой стали простояли 1,5 года. Применение ука­ занных труб только в семи теплообменных аппаратах приносит ком­ пании экономию 19 тыс. долларов в год.

219

Использование в различных конструкциях биметаллических труб приводит, как показано выше, не только к экономии дорогих метал­ лов и облегчению конструкции, но и к повышению сроков службы изделий. Применение биметаллических труб сталь—бронза для изго­ товления втулок подшипников скольжения, по сравнению с цельно­ литыми бронзовыми втулками, повышает долговечность их в 1,63 раза. При расчете экономической эффективности в этом случае необхо­ димо вводить коэффициент, учитывающий повышение долговеч­ ности и, следовательно, снижение потребления данного изделия. Эффективность производства втулок из биметаллических труб может быть определена путем сопоставления приведенных затрат на произ­ водство втулок из биметаллических труб с приведенными затратами на цельнолитые бронзовые втулки с учетом эксплуатационных пре­ имуществ втулок из биметаллических труб при применении их, на­ пример, в тракторных двигателях

э = (З'М - 3") Qu,

где 3' и 3" — приведенные затраты на производство соответственно цельнолитой втулки и втулки из биметаллических труб;

М— коэффициент повышения долговечности биметалли­ ческих втулок по сравнению с цельнолитым;

QB — количество производимых втулок.

Экономический эффект при изготовлении 1 млн. биметаллических втулок вместо цельнобронзовых составит

Э = (0,58-1,63 — 0,232). 1-ІО6 = 713 400 руб.

Когда биметаллические трубы дешевле монометаллических при одинаковой стойкости их, применять их также целесообразно. Чаще всего это имеет место при замене дорогих труб из коррозионностой­ ких сталей и сплавов на биметаллические, в которых эта сталь или сплав содержатся в количестве до 50% со стороны воздействия аг­ рессивных сред, а остальная часть заменена дешевой углеродистой сталью.

Примером могут служить биметаллические трубы сталь 10 4- + сталь 0Х18Н10Т, изготавливаемые из горячепрессованной заго­ товки и заменяющие нержавеющие электрополированные трубы, поставляемые по МРТУ 635—64.

Себестоимость 1 т труб из стали 0Х18Н10Т равна 8175 р. 89 к., а себестоимость 1 т биметаллических труб с основным слоем из

Таким образом, учитывая, что дополнительных капитальных за­ трат на их производство практически не потребуется, экономия на 1 т труб при выпуске биметаллических взамен нержавеющих составит

2641 р. 51 к.

В настоящее время трубная промышленность располагает тех­ нологией, позволяющей наладить промышленное производство би­

220