Концепция ресурсосбережения с использованием машин и технологий обработки давлением

быть и речи, то в случае, если трубопровод монтируется с помощью фланцев и линз, из этого положения существует выход.

Если сравнить химический состав требуемой стали и, например, близкой к ней стали 20, то видна небольшая разница, а вот механические свойства различаются значительно (табл. 1.1 и табл. 1.2) (см. постулат 5).

Таблица 1.1

И задача состоит в том, чтобы добиться уровня механиче- ских свойств, которые требуются по проекту. Аналогичные задачи часто решаются, например, в случае приобретения проката в состоянии поставки, и механические свойства металла доводятся до необходимых параметров тем или иным способом.

В данном случае есть несколько путей.

Первый – термообработка (закалка + отпуск) (см. следствие 3.2 постулата 3). Но данный путь необходимо проверить на образце, поскольку термические цеха крайне неохотно идут на термообработку стали 20 (закалка + отпуск), считая это занятие бесполезным.

41

Второй – волочение с небольшим обжатием (см. ОТиО 8), так как значение внешнего диаметра трубы обычно находится в середине поля допуска, и если сделать его на нижней границе, то данной деформации, скорее всего, будет достаточно для повышения прочностных характеристик (σâ è σ02). При этом несколько понизится относительное удлинение δ5 (и, следо-

вательно, ударная вязкость), но в состоянии поставки металл труб из стали 20 имеет по этим характеристикам большой запас.

При данном способе важно, чтобы фланцы изготавливались по фактическому размеру резьбы, т. к. она будет занижена.

Толщина стенки трубы, скорее всего, при такой малой деформации останется прежней, поэтому в зависимости от требований, предъявляемых к внутренней поверхности труб, внутренний диаметр можно расточить и произвести шлифование (см. ОТиО 11), а можно оставить без изменения, поскольку внутреннее отверстие трубы характеризуется условным проходом.

Однако, несмотря на все приведенные доводы, в начале реализации процесса необходимо провести моделирование и по его результатам принимать решение.

Третий – автофретирование, т. е. нагружение трубы внутренним давлением с таким расчетом, чтобы металл, прилегающий к внутренней поверхности, перешел в пластическое состояние, а к внешней – остался в упругом.

При использовании второго и третьего способов получа- ется предварительно напряженная конструкция, свойства которой хорошо известны в технике. Поэтому в случае применения для соединения труб сварки полученный эффект исче- зает.

Однако и в этом случае возможен выход путем применения технологии упрочнения с помощью нагартовки ударным электроили пневмомолотком с инструментом специальной формы, зоны шва и зоны термического влияния сварки.

Конечно, при использовании описанных технологий устанавливать полученные таким образом трубы, скорее всего, будет можно в соответствии с техническим решением, подписанным представителем проектанта, головной металловедче- ской организации и потребителя, а также согласованным с контролирующим органом, например Ростехнадзором (см. постулат 5 и 6).

42

16. Деформирующее оборудование в теории и практике мелкосерийного производства (многофункциональное оборудование)

При мелкосерийном производстве металлоизделий (см. постулат 4) часто требуется использовать теорию и практику обработки металлов давлением для удовлетворения комплектования производимой продукции отдельными деталями.

Практическая сторона состоит в использовании деформирующего оборудования, а теоретическая – в подборе технологий и процессов, которые возможно при этом применить (см., например [С. Г. Комаишко, Г. Н. Кулик, М. В. Моисей. Волочение в машиностроении. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2012. – 56 с.]).

17. Системный анализ позволяет теоретически моделировать качество изделия при помощи функции, характеризуемой набором каких-то любых мыслимых потребительских свойств.

43

1987. 511 с., ил.]: когда Сталин потребовал увеличить выпуск самолетов, то ему доложили, что для этого нужно больше авиационного бензина. Так он отвечает: «Неужели у Вас нет хорошего снабженца?». Да, был, говорят. Поменял тонну спирта на сто тонн бензина, теперь сидит в НКВД. А для чего поменял – для дела или своего кармана? Для дела. На следующий день того выпустили.

Так вот, вместо того чтобы заниматься логистикой, как говорят теперь, необходим хороший снабженец (см. постулат 6). А реализация того продукта проходила очень просто, его давали в нагрузку к кондиционным трубам, отгружаемым в обход определенных правил, некоему кругу предприятий с хорошими снабженцами, а средства, полученные за них, шли на премии, чаще всего руководству (см. постулат 6). Трубы получше, аттестованные по этим техническим условиям (см. постулат 5), которые все же не дотягивали до требований ГОСТа – передавались на склады госрезерва, для использования их в определенный период.

Кроме этого, склады предприятий были затарены трубами, которые не использовались по разным причинам при производстве продукта, куда они предназначались (см. ОТиО 3). Несмотря на очень высокое качество некоторых труб, их применение затруднялось невостребованностью на рынке.

И так, когда шла повсеместная приватизация, некоторые бизнесмены поняли, что трубы из нержавеющих сталей чаще всего очень не дальновидно перерабатывать на металлолом (см. ОТиО 3), тем более что мы «забили» все мировые рынки ломом нержавеющих сталей, а вместе с этим упали и цены на никель. И очень скоро к нам потекла «нержавейка» из Финляндии, Швеции, Испании, Словении, Германии и т. д.

Если цены на листовой и сортовой прокат были приемлемые, то на бесшовные трубы «кусались» достаточно сильно.

Представьте химическое предприятие середины 90-х годов ХХ в., которому нужны огромные средства на ремонт, перевооружение, зарплату, энергию, возврат кредитов, и у которого на складе лежит триста тонн вот той ТУ-шной трубы. У него было два пути. Первый, следуя моде того времени, – сдать все в металлолом (см. ОТиО 3) и получить немного денег, или второй – пустить эти трубы в производство для изготовления других труб, необходимых для ремонта и перевооружения, расплачиваясь за их переработку этими же трубами.

45

На некоторых предприятиях такая схема работала. Хотя процесс был трудный и энергоемкий, коэффициенты передела доходили до двух с половиной и по пять-шесть переходов.

Поскольку почти все российские заводы закрыли программы по переработке передельных труб, этот вопрос долгое время оставался открытым. Но в какой-то момент руководство ЧТПЗ приняло решение о возможности работы по давальче- ским схемам в рамках цеха холодной прокатки труб (см. постулат 4). Цех холодной прокатки труб указанного завода – это цех с уникальным оборудованием, единственный на бывшем пространстве Советского Союза, имеющий возможность производить холоднодеформированные трубы размерами свыше 120 до 450 мм с отношением диаметра к толщине стенки от 6 до 100 мм [см., например, www.chtpz.ru]. В нем установлены станы: ХПТ-250 – 3 стана, ХПТ-450 и профилировочный стан – 400 и, естественно, множество другого оборудования.

Данный период пришелся на пору безвременья в работе автомат-стана 350 Никопольского завода. Только этот стан – ветеран мог производить трубы с требованиями ТУ 14-3-197– 89, диаметр которых превышал 245 мм, уже освоенный Волжским трубным заводом. Производство труб с диаметром 325 мм осваивали на пильгерстане ЧТПЗ, но процесс проходил очень тяжело. Их необходимо было делать из слитков электрошлакового переплава завода Мечел, который не справлялся на тот момент с необходимыми потребностями. К этому процессу иногда подключался Златоуст, но ему постоянно грозили санкциями. Кроме этого, трубы получались с большими припусками из-за поверхностных дефектов, их необходимо было обта- чивать и растачивать, коэффициент выхода годного был катастрофически мал, но самое главное – они были не длиннее 2,5 метров и еще множество коротышей. Понятно, что такие трубы, с бесчисленным количеством сварных швов и вытекающим отсюда контролем (см. следствие 3.1), были мало кому нужны.

Станы цеха холодной прокатки труб ЧТПЗ могли выпускать (и выпускали) кондиционные трубы с диаметром 325 мм, удовлетворяющие требованиям ТУ 14-3-197–89, длиной до 12 метров, идеальной геометрией и поверхностью, с хорошей чистотой металла и удовлетворительными механическими свойствами. Однако аттестованными по этим ТУ они быть не могли, поскольку в сертификате на них фигурировала трубная заготовка из стали 08Х18Н12Т по ТУ 14-3-1556–88 и ТУ 14-3- 743–78, не предусмотренная ТУ 14-3-197–89 (см. постулат 5).

46

Трубы по ТУ 14-3-1556–88 и ТУ 14-3-743–78 скопились в достаточно большом количестве от каких-то закрывшихся программ (см. ОТиО 3). Они были произведены по следующей технологии: плавка в электродуговой печи и разливка методом центробежного литья на Никопольском Южнотрубном заводе, далее производилась расточка и обточка, до выведения дефектов, и прокатка на пильгерстане ЧТПЗ. Получаемые трубы сдавались по двум ТУ: без механической обработки длиной до 9 метров по ТУ 14-3-1556–88 и с обточкой наружной и расточкой и шлифовкой внутренней поверхности длиной около 4 метров по ТУ 14-3-743–78.

Цена на них была не велика, поскольку они не находили применения.

Трубы по ТУ 14-3-1556–88 перерабатывались по следующей технологии: при размере 426×32×9000 мм они разрезались по-

полам, поскольку имели биение в 15 мм, что не давало возможности их обточки и расточки. Затем производилась расточка с небольшой плавной ступенькой посередине длины и обточка ступенечками, так как указанной порезкой кривизна немного выбралась, но все равно не давала возможности по жесткой схеме обработать внешнюю поверхность с минимальными потерями. Маркировка после обточки переносилась на обе части трубы. Затем трубы прокатывались на ЧТПЗ на следующие размеры, мм: 377×20, 325×16, 325×12, 273×8, 273×20 è ò. ä.

Также проводилась большая работа по лечению ранее упоминавшихся труб, так как трубы, сделанные по ТУ 14-3-197– 89 и не прошедшие горячих механических испытаний (см. ОТиО 3), возможно было сдать как трубную заготовку, а после переработки ее в другие размеры посредством холодной деформации все испытания обычно проходили успешно. Это же касается и труб из стали 02Х18Н11, поскольку все рванины и другие поверхностные дефекты удаляются при подготовке поверхности заготовки к деформации (см. следствие 3.3).

Кроме этого, обнаружено, что труба размером 159×4,5 ìì

имеет устойчивый потребительский спрос, а также, что из труб 219×28 мм возможно изготовить трубы 83×14×6500 ìì,

которые другим способом в то время было не изготовить.

II.1.2. ПЕРЕРАБОТКА СОРТОВОГО КРУГА

Сортовой круг возможно перерабатывать на:

–поковки различной конфигурации;

–круг меньшего диаметра или фасонную удлиненную заготовку, используя кузнечную или прокатную технологию;

47

– бесшовную трубу.

Образовавшиеся отходы от обрезки (см. ОТиО 3) в размер штанг 210–250 мм из стали 38ХН3МФА были переработаны в кольца 330/ 240×280 мм и использованы для изготовле-

ния деталей замка буровой колонны, тем самым удешевив их производство [см. также Кулик Г. Н. Технологическая подготовка свободной ковки].

На одном из заводов программа работы радиально-ковочной машины основана на перекове небольших партий заготовок, отсутствующих на рынке, из на нем имеющихся (см. постулат 4).

Для получения профиля коуша стального троса в проект технического перевооружения кузнечного участка завода «Кама» был заложен прокатный стан МК 380 разработки Че- лябинского политехнического института (см. постулат 4).

Данный стан занимает мало производственных площадей, быстро переналаживается, имеет невысокую энергоемкость, что дает ему возможность эффективно работать в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства.

Партия прутка в количестве восьми тонн 90 мм из стали

02Х18Н11, изъятая со складов Госрезерва (см. постулат 6), была переработана на горячекатаную трубу размером 89×9 ìì

на трубопрокатной установке с автомат-станом 140, а затем на станах ХПТ на более мелкие размеры, при этом было достигнуто прохождение теста на отсутствие склонности к межкристаллитной коррозии по методу ДУ ГОСТ 6032–89. Это еще раз доказало: даже тот металл, который возможно было использовать только в час Х, доведен до высокой кондиции с помощью горячей и особенно холодной деформаций.

II.1.3. ПЕРЕРАБОТКА ЛИСТОВОГО ПРОКАТА

Известно, что остатки и обрезь (см. ОТиО 3) листового проката составляют одну из основных статей сдачи металлолома. Однако один химический завод такие остатки листа толщиной 30 мм из стали 02Х18Н11 переработал резкой на сутунку с размерами, которые получились, а затем в лист на Ашинском металлургическом заводе.

Для использования в производстве (см. постулат 4) сильфонных компенсаторов в ленту шириной 450 мм и толщиной 0,16 мм, 0, 20 мм, 0,25 мм и 0,30 мм на Ашинском металлурги- ческом заводе был переработан рулонный листовой прокат шириной 1000 мм и толщиной 1 мм из стали AISI 321, кроме этого была образована краевая рулонная ленточная обрезь шириной 50 мм и толщиной 1 мм.

48

II.1.4. СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ДЛИННОМЕРНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

Перед началом механической обработки по отношению к каждой детали производят системный анализ (см. ОТиО 17) условий ее будущей эксплуатации. В случае выявления нали- чия циклических нагрузок на деталь, особенно если эксплуатация проходит при отягощающих обстоятельствах (высокая температура, агрессивная среда, соотношение механических свойств σ0,2/σâ больше 0,92) механическую обработку детали

осуществляют с проведением операции отпуска(см. ОТиО 4). Отпуск проводят, например, в переносной проходной печи на участке детали, на котором обнаружена поводка при механи- ческой обработке, осуществляемая после проведения на этом участке операции правки. Правку возможно производить противоизгибом или наклепом.

Таким образом решается задача использования комплексной технологии при производстве длинномерных деталей (ìå-

ханическая обработка – правка, при обнаружении поводки – термообработка (отпуск)) [см. также патент 246508].

II.2. РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПУТЕМ УДОВЛЕТВОРЕНИЯ ТРЕБОВАНИЙ ПО КАЧЕСТВЕННЫМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

II.2.1. ПЕРЕРАБОТКА ТРУБ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ТРЕБОВАНИЙ НА ОТСУТСТВИЕ СКЛОННОСТИ ИХ МЕТАЛЛА

К МЕЖКРИСТАЛЛИТНОЙ КОРРОЗИИ ПРИ ПРОВЕРКЕ ПО МЕТОДУ ДУ

При изготовлении заготовок деталей химического машиностроения с особыми свойствами использовано сырье в виде лома и отходов труб с определенным химическим анализом.

Был еще такой нюанс в нашей химизации всей страны (а большинство нержавеющих труб использовались именно там). Многие агрегаты отечественных заводов были импортными, с их марками сталей и какими-то своими требованиями. Но вот они попали в нашу среду, где сталь таких марок дешево делать не могут, а требования намного жестче, чем там. Это такие стали, как 304L, за рубежом тест на склонность к межкристаллитной коррозии Practica C ASTM A262 она чаще всего не выдерживает, и к ней никогда такие требования не предъявляли. У нас же 02Х18Н11 должна выдерживать (для этого ее начали выпускать с приставкой ВИ и соответствующей стоимостью) испытания на склонность к межкристаллитной коррозии – метод ДУ по ГОСТ 6032–89. У них была марка стали 316L, имевшая несколько подмарок, только одна из которых выдерживала

49

Тест Practica C ASTM A262, его также выдерживала сталь 724L. Объединяло их то, что по другой классификации они обе обозначались как 1.4435. Но по марке 316L 1.4435 был такой нюанс, что если заказываешь трубную заготовку, то ее металл выдерживает Тест Practica C ASTM A262, если заказываешь лист, то Тест Practica C ASTM A262 может и не пройти. Гарантию 100 % на прохождения этого Теста мог дать только заказ марки 724L, а она приблизительно на 30 % была дороже марки 316L 1.4435. Но самое прискорбное в этом то, что менеджеры торгующих организаций чаще всего не знали этого, и необходимо было быть очень осторожным, чтобы не попасться на их заверения о правильности оформления заказа для удовлетворения тех или иных потребительских требований на ту или иную продукцию.

Так вот эти марки стали отечественными заводами освоены в таком виде, что трубы из них примерно на 200 % были дороже, чем если взять трубную заготовку западную и произвести трубы на отечественном трубном заводе.

Однако, еще в период незнания всех этих нюансов, была закуплена заготовка 316L, но не 1.4435, и трубы в размере83×9 не проходили теста на отсутствие склонности к меж-

кристаллитной коррозии по методу ДУ ГОСТ 6032–89. Тогда их переработали на станке ХПТ на трубы размером 45×6, êî-

торые данный тест с успехом прошли. Это еще раз показало технологическое главенство обработки металлов давлением.

II.2.2. ПЕРЕРАБОТКА ТРУБ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ТРЕБОВАНИЙ ПО ПОЛУЧЕНИЮ ТРЕБУЕМОГО ЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНОГО ПРЕДЕЛА ТЕКУЧЕСТИ ПРИ 350 ºÑ

При изготовлении заготовок деталей атомного машиностроения использовано сырье в виде лома и отходов труб, отвечающих требованиям нормативной документации в части требований к заготовке для производства данной продукции.

Один российский трубный завод, преследуя благородную цель обеспечить российскую атомную промышленность российскими трубами по ТУ 14-3-197–89 (впоследствии были выпущены ТУ 14-3р-197–2001, которые не сильно отличались от оригинала, особенно с изменением 1), произвел их из заготовки с достаточно низким содержанием углерода (см. постулат 1). Снижение количества указанного элемента в аустенитнонержавеющих сталях всегда приветствовалось и считалось одной из задач металлургии, поскольку чем ниже содержание углерода, тем выше вероятность прохождения теста на отсутст-

50