книги из ГПНТБ / Производство труб на установках с пилигримовыми станами

Прочностная характеристика, как правило, является основной для труб большинства видов. С этой целью проводят механические испытания металла готовых труб. Испытания выполняют на продольных стандартных (круглых) или пропорциональных обраізцах длиной 1=

= 11,3]/ F или I— 5,65 ] / f , где F — площадь поперечно­ го сечения образца, мм2.

Пропорциональный образец представляет собой сег­ ментную полоску, вырезанную вдоль трубы. Его приме­ няют тогда, когда толщина стенки трубы не позволяет изготовить круглый стандартный образец.

В некоторых случаях при производстве толстостен­ ных труб испытания проводят на поперечных образцах.

При испытаниях определяют предел прочности (вре­ менное сопротивление разрыву), предел текучести, отно­ сительное удлинение и относительное поперечное суже­ ние, ударную вязкость и твердость. Для труб, работаю­ щих при повышенной температуре, иногда определяют условный предел текучести при 300—350°С.

Трубы, предназначенные для работы под давлением, подвергают гидравлическим испытаниям. С этой целью трубы с навинченными и закрепленными муфтами пода­

при R в Гн/м2.

Гидравлическим испытаниям подвергают все обсад­ ные трубы диаметром до 219 мм и 50%'труб диаметром более 219 мм.

Для контроля пластических свойств металла труб и определения способности его выдерживать раізличную деформацию проводят технологические испытания: на

сплющивание, на раздачу, на бортование и на загиб н холодном или горячем состоянии.

Обсадные трубы испытывают на сплющивание. Сплющиванию подвергают конец трубы или отрезок

от нее, сжимая его между параллельными плоскостями до заданного расстояния (табл. 9). В большинстве слу­ чаев для испытаний на сплющивание от трубы отрезают образец длиной 20—50 мм. Признаком того, что образец выдержал испытание, служит отсутствие на нем трещин или надрывов.

Т а б л и ц а 9

ми. В тех случаях, когда к поверхности труб предъявля­ ют повышенные требования, трубы подвергают сплош­ ной механической обработке— расточке, обточке, шли­ фованию, электрополированию.

Контроль качества поверхности — визуальный; у труб ответственного назначения внутреннюю поверх­ ность проверяют при помощи перископа. В последнее время начали использовать неразрушающие методы кон­ троля (ультразвуковая дефектоскопия, магнитные методы).

Размеры труб и соответствие их установленным до­ пускам обычно контролируют с обоих их концов, изме­ ряя толщину стенки и диаметр.

2. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ БРАКА И МЕТОДЫ ЕГО (УСТРАНЕНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ, ПРОКАТКЕ И ОТДЕЛКЕ ТРУБ

При производстве труб из слитков к качеству литого металла предъявляются повышенные требования. Дендритная структура слитка, его загрязненность неме­ таллическими включениями, наличие усадочной ракови­ ны и центральной рыхлости неблагоприятно сказывают­ ся на качестве гильз и труб.

ческих включений и пузырей, впадин и выступов в уса­ дочной части слитка неизбежно вызывает появление внутренних плен при прошивке.

При разливке слитка остывшие «корочки» металла приводят к трещинам на гильзе; «корочки» небольших размеров вызывают появление плен, а в случае располо­ жения «корочки» на периферийной части слитка возни­ кает внутреннее расслоение в -стенке трубы. Харак­ терно расположение внутренних плен по длине гильзы, количество которых увеличивается по направлению к заднему концу. Это связано с тем, что наиболее здоро­ вый металл находится в донной части слитка и его ка­ чество понижается к усадочному концу. Практика пока­ зывает, что количество внутренних плен на усадочном конце приблизительно в два раза больше, чем на пе­ реднем.

Прошивка слитков на модернизированных пилигрнмовых установках осуществляется на прессе, что обес­ печивает более высокое качество внутренней поверхности стаканов и гильз. Это объясняется более благоприятной схемой напряженного состояния при прессовании, чем при прошивке на стане винтовой прокатки. Между тем при прессовании наблюдаются разрывы на наружной и внутренней поверхностях стаканов, что обусловлено пере­ жогом или перегревом слитка в нагревательной печи.

Тщательная регулировка режима нагрева слитков и подогрева стаканов в карусельной печи позволяет ликви­ дировать этот вид брака, за исключением связанного с плохим качеством металла слитков.

Повышенный износ матрицы, 'налипание металла и запрессовка окалины на ее поверхность приводят к появ­ лению дефектов на наружной поверхности стакана. По­ этому необходимо периодически зачищать поверхность матрицы и следить за работой устройства для гидросбива окалины.

Износ наконечника пуансона, налипание металла на его поверхность вызывают дефекты в виде продольных рисок, которые, раскатываясь на оправке элонгатора, становятся внутренними пленами.

При прошивке слитков на прессе возникает разностенность стаканов. Это обусловлено неправильной на­ стройкой пресса, отсутствием соосности контейнера и пу­ ансона в направляющих втулках. Кроме того, возникает искривление штока пуансона в процессе деформирова­ ния в сторону более пластичных участков слитка в свя­ зи с неравномерным нагревом слитков по сечению и раз'- личными механическими свойствами литой структуры. Если величина разностенности стакана у донышка пре­ вышает 30%, а у прошитого конца 10%, то необходимо прекратить дальнейшее прессование слитков, проверить правильность настройки оборудования и отрегулировать теми работы и режим нагрева слитков.

На разностениость гильз после элонгатора дополни­ тельное влияние оказывает граненность стаканов, кото­ рая появляется в результате незаполнения матрицы при прошивке разностенного стакана и несоответствия раз­ меров слитка и пуансона.

При раскатке стаканов на элонгаторе могут происхо­ дить разрывы гильзы. Это связано с пережогом слитков или стаканов в нагревательных печах. Повышенная разностенность гильз является следствием исходной разно­ стенности стаканов, а также зависит от неравномернос­ ти нагрева их по сечению и кривизны стержней оправки элонгатора.

Наружные плены на гильзах появляются в результа­ те низкого качества металла: подкорковых пузырей, про­ дольных и поперечных трещин, неметаллических включе­ ний. Однако вскрытие этих дефектов происходит под действием контактных напряжений при пластической де­ формации (скручивание сечений гильзы в очаге дефор­ мации стана), что всецело зависит от особенностей ки­ нематических условий деформации в стане винтовой про­

катки. Кроме того, наружные плены могут появляться и по другим причинам: неудовлетворительный ремонт ■слитков, их гранѳнность, изношенные направляющие ли­ нейки, хотя это чаще приводит к винтовым порезам на наружной поверхности из-за навара металла на изно­ шенной части линейки.

Внутренние плены на гильзах после прокатки на элюнгаторе появляются не только в результате некачест­ венного металла слитка (загрязненность лидирующими примесями в центральной зоне), но и при чрезмерных об­ жатиях по диаметру. Это вызывает значительные знако­ переменные циклические нагрузки на внутренней поверх­ ности гильзы и в местах, где нарушена сплошность ме­ талла, происходит интенсивное развитие трещин, скла­ док, которые раскатываются на оправке в плены. Допол­ нительное влияние на появление внутренних плен на гильзах оказывает изношенная поверхность оправки элонгатора. Кроме того, применение изношенных голо­ вок пуансона прошивного пресса приводит к появлению складок и выступов, порезов и вмятин на внутренней по­ верхности стаканов, что может быть причиной внутрен­ них плен на гильзах.

Прошивка донышка — характерная часть процесса удлинения стакана. В этой, окончательной, стадии про­ цесса могут наблюдаться случаи заката оправки. Это связано, с одной стороны, с увеличением сопротивления оправки и, с другой, со снижением втягивающих усилий со стороны валков.

Увеличение сопротивления оправки обусловлено из­ носом ее поверхности, чрезмерным выдвижением за пе­ режим валков и увеличенной толщиной донышка. В кон­ це процесса уменьшается величина подачи металла за один оборот гильзы, снижаются частные обжатия, что приводит к закату заднего конца гильзы на оправке.

Нередко причиной заката является чрезмерный и не­ равномерный нагрев стаканов, что сильно влияет на скольжение металла относительно валков, приводящее к пробуксовке и нарушению условий движения гильзы. Дополнительные причины возникновения закатаоправ­

ляя'сь при обработке на отдельных агрегатах в техноло­ гической линии, сохраняются тіа готовой продукции. По­ этому особое внимание необходимо уделять высококаче­ ственной работе каждого отдельного агрегата и всей технологической линии в целом.

Разностеиность готовых труб в значительной мере за­ висит от исходной разностенности гильз. При деформа­ ции труб на пилигримовом стане, с одной стороны, уменьшается исходная разностеиность гильз, с другой стороны, наводится новая разностеиность, характерная для процесса пилигримовой прокатки.

Одна из причин, вызывающих разностениость—непра­ вильная настройка пилигримового стана. При перекосе осей валков возникает неравномерный кольцевой зазор в зоне полирующего участка, в котором окончательно формируется стенка трубы неравной толщины. Анало­ гичный механизм появления разностенности на трубах при относительном смещении бойков гребня на валках и несовпадении оси калибра валков с осью подающего аппарата. Относительное смещение бойков вызывается неправильной расточкой валков и большими зазорами в шпиндельных соединениях.

Значительное влияние на разностеиность труб оказы­ вает угол кантовки гильзы-трубы при подаче ее в валки. Минимальное значение разностенности наблюдается при угле кантовки 90°, поэтому применяются дрели на по­ дающем аппарате с шагом, соответствующим диаметру валка. Уменьшению разностенности способствует при­ менение малых углов (20—25°) выпуска калибра на полирующем участке. Важное значение имеет профиль бойка, диаметр валков. При использовании валков с острыми бойками вследствие плавного перехода к полирующему участку распределение обжатий более равномерное и абсолютная величина их в .полирующем участке меньше Применение валков большего диаметра также позволяет более равномерно распределить дефор­ мацию по профилю пилигримовой головки. Из-за нерав­ номерного износа рабочей поверхности по длине и по периметру валков разностеиность труб увеличивается.

Отклонения толщины стенки, превышающие допусти­ мые значения, связаны не только с разностенностыо, но и с прокаткой труб со средней толщиной стенки на плюс или минус. Это обычно происходит в случае применения

дорнов со значительными отклонениями размеров от но­ минальных или при 'неточной регулировке положения верхнего валка. Кроме того, к концу прокатки изменяет­ ся толщина стенки трубы из-за разогрева дорна и осты­ вания гильзы, что связано с упругим изменением коль­ цевого зазора между валками и дорном, который опре­ деляет толщину стенки и диаметр готовой трубы. В на­ стоящее время на действующих установках для оценки отклонений по толщине стенки 'производят контрольную проверку массы 1 м трубы; одновременно измеряют и длину труб. При обнаружении отклонений по средней толщине стенки корректируют настройку стана и конт­ ролируют размеры дорнов.

Для предотвращения брака этого вида необходимо применение автоматических систем управления калиб­ ром пилигримового стана.

Бугристость труб — увеличение наружного диаметра на отдельных участках по длине возникает из-за чрез­ мерно большой подачи металла в калибр пилигримового стана и при значительном износе полирующего участка валков, а также вследствие некачественного изготовления места перехода от продольного выпуска к холостой части калибра. В целях предупреждения буг­ ристости необходимо уменьшить подачу, обеспечить равномерность хода подающего аппарата в процессе пильгерования и в отдельных случаях осуществить шли­ фовку валков непосредственно в стане. Большие подачи металла в валки нередко приводят, особенно в случае толстостенных труб, к закатам. Образующиеся складки по ребордам в результате применения тесного калибра при кантовке превращаются в закаты, которые легко устраняются путем уменьшения подачи.

Овальность труб возникает при неправильно выпол­ ненном калибре валков, неравномерном износе валков в полирующей части. Неточная по высоте настройка вы­ водного желоба также может служить причиной оваль­ ности, так как выходящая из валков труба должна ка­ саться желоба, дно которого и вершина среза нижнего пилиігримового валка образуют общую горизонталь.

Пробоины (преимущественно на тонкостенных тру­ бах) возникают при прокатке высокоуглеродистых ста­ лей, при наличии на стенках гильз неметаллических включений. Сквозные серповидные рванины образуются

в результате действия значительных напряжений в стен­ ках трубы, не обладающей достаточной пластичностью. На это влияет и пережог металла, и низкая температура гильзы. Для исключения брака этого вида необходимо применять специальные калибровки валков пилигримового стана и снижать величину подачи.

При использовании изношенных дорнов и остывании

мещения возле очага деформации образуется «гармош­

жание брака этого вида необходимо тщательно следить за исправностью подающего аппарата и степенью изно­ са дорнов, на которых могут наблюдаться местные уменьшения диаметра — «шейка», отсутствие конус­ ности.

При прокатке труб на калибровочном стане возника­ ет брак других видов.

Овальность труб появляется в результате неправиль­ ной настройки стана и значительной выработки (изно­ са) валков чистовых клетей.

Продольный подрез трубы — симметричные выступы на поверхности трубы, соответствующие местам разъе­ ма калибра — вызываются относительным смещением валков в осевом направлении, прокаткой труб завышен­ ного диаметра, поступающих с пилигримового стана. Кроме того, малый зазор между ребордами и вследст­ вие этого большое обжатие трубы, переполнение ка­ либра металлом, также приводят к образованию подре­ за. Чрезмерное увеличение исходного диаметра трубы, задаваемой в стан, и значительное редуцирование ее по диаметру в самом стане обусловливает появление ужимов (смятие профиля трубы, потеря устойчивости фор­ мы поперечного сечения).

Насечка и рванины, риски и продольные задиры об­ разуются в результате внешних воздействий на прокаты­ ваемую трубу: налипание металла на поверхность вал­ ков, задиры поверхности трубы от касания деталей и выступов стана.

Раковины на трубах появляются '.вследствие высокой

валков относительно оси прокатки позволяют, как пра­ вило, исключить значительную кривизну труб.

3. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ

(К А Ч Е С Т В А Т Р У Б

Отличаясь бесспорными достоинствами — возможностью получения труб непосредственно из слит­ ков, возможностью быстрого /перехода с размера на раз­ мер и высокой производительностью — способ (получения

Качество труб зависит от многих факторов и глав­ ным образом от качества исходной литой -заготовки, со­ вершенства технологии, конструкции оборудования и квалификации персонала.

При прошивке слитков на станах винтовой прокатки для снижения брака по внутренним пленам создаются

.такие условия деформации металла, при которых схема напряженно-деформированного состояния в централь­ ной зоне благоприятствует прошивке без появлений раз­ рушений объемов металла перед оправкой. Такие усло­ вия создает винтовая калибровка валков прошивного стана. Снижение скольжения металла относительно вал­ ков интенсифицирует процесс, уменьшает растягиваю­ щие тангенциальные напряжения, которые приводят к внутренним разрывам в литой структуре металла и, как следствие, — пленам:

Применение гидравлического ізацент-ровщика сов­

■В модернизированной технологической схеме замена методических печей кольцевыми с вращающимся подом обеспечивает более равномерный нагрев слитков подли­

ских размеров, осуществляется на прессах. Однако точ­ ность прессованных стаканов невысока, что связано с особенностями процесса прессовой прошивки.

Применение стана-элонгатора с гребневой калибров­ кой валков значительно уменьшает исходную разностенность стаканов, обеспечивая тѳм самым достаточно точный подкат для пильгерования. Между тем конструк­

мых, непосредственно связаны с несовершенной конст­ рукцией подающих аппаратов.

Калибровка прокатного инструмента и его стой­ кость также оказывают значительное влияние' на точ­ ность геометрических размеров труб. По мере прокат­ ки гильзы на коническом дорне необходима тонкая ре­ гулировка положения верхнего валка, которая произ­ водится вручную и не обеспечивает достаточной точ­ ности. Износ дорнов и калибров валков приводит кразностенности и отклонениям от номинальных размеров диаметров труб. Поэтому применение рациональной конструкции водоохлаждаемых дорнов позволяет умень­ шить влияние износа на отклонение геометрических раз­ меров труб.

Перспективным направлением в повышении манев­ ренности пилигримового способа производства труб следует считать применение редукционных станов, рабо­ тающих с натяжением. Расчеты показывают, что такая технологическая схема позволяет не только повысить производительность установки на 25—30%, но и умень­ шить расход металла и обеспечить получение труб с меньшей толщиной стенки.

Существенную роль в повышении качества продук­ ции играют средства контроля. Внедрение бесконтакт­ ных методов определения толщины стенки труб позво­ ляет использовать такие устройства в автоматических системах управления работой стана.

Основными направлениями для повышения качества готовой продукции являются: