95

Глава 7. Производство труб

7.1. Сортамент труб

Сортамент труб чрезвычайно широк: он включает трубы диаметром от десятых долей миллиметра до 2,5 метров с толщиной стенки от сотых долей миллиметра до 50 мм. По отношению диаметра к толщине стенки (D/S) трубы классифицируют на особотолстостенные (D/S < 5,5), толстостенные (D/S=59), нормальные (D/S = 920), тонкостенные (D/S = 2050) и особотонкостенные (D/S > 50).

Производят трубы круглые, овальные, прямоугольные, квадратные, ребристые, конические и со стенкой переменной толщины.

Трубы находят широкое применение в качестве магистральных газо- и нефтепроводов, в химическом машиностроении, в строительстве, в конструкциях различных агрегатов и механизмов.

Различают трубы общего и специального назначения.

По способу производства все трубы делят на 2 вида – бесшовные и сварные.

Бесшовные трубыподразделяют на горячедеформированные (получаемые прокаткой или прессованием) и холоднодеформированные, получаемые из горячедеформированных труб-заготовок путем прокатки в холодном состоянии на станах ХПТ и ХПТР (холоднокатаные) или путем холодного волочения (холоднотянутые). Бесшовные горячекатаные трубы получают диаметромD = 16630ммс толщиной стенкиS = 1,550мм.

Горячим прессованием производят трубы диаметром от 25 до 245 ммс толщиной стенкиS = 2,530мм. Горячепрессованные трубы производят часто из малопластичных труднодеформируемых марок сталей.

Холоднодеформированные трубы производят диаметром D = 0,2450ммс толщиной стенкиS = 0,0335мм.

Сварные трубы подразделяют на электросварные (D = 52520, S = 0,0332 мм) и сваренные печной сваркой (D = 10140, S=1,85,5 мм).

В общем объеме труб бесшовные трубы занимают около 40%, сварные – 60%.

Сравнение сортамента и характеристик электросварных и горячедеформированных труб показывает:

• диапазон диаметров электросварных труб шире, чем горячедеформированных, но сортамент по маркам сталей значительно уже;

• точность электросварных труб, особенно по толщине стенки, выше горячедеформированных труб;

• при одинаковом диаметре электросварные трубы могут быть изготовлены с меньшей толщиной стенки по сравнению с горячедеформированными трубами;

• электросварные трубы, полученные сваркой методом давления, имеют грат, образующийся при сварке шва, выступающий на внутренней поверхности до 0,5 мм (на внешней поверхности грат удаляется). Наличие внутреннего грата, трудноудаляемого с поверхности, ограничивает область применения труб малого диаметра.

7.2. Производство бесшовных горячекатаных труб

Существует несколько способов горячей прокатки труб. Каждый из этих способов включает три операции обработки давлением, которые выполняются в следующей последовательности:

• прошивка сплошной круглой заготовки в полую толстостенную трубу, называемую гильзой;

• раскатка гильзы в черновую трубу;

• калибрование или редуцирование черновой трубы в готовую с окончательными размерами по диаметру и толщине стенки.

Прошивка сплошной круглой заготовки в гильзу(рис. 49) является первой технологической операцией. Основным способом прошивки являются винтовая прокатка и прошивка на прессе. Прошивные станы винтовой прокатки имеют два валка бочкообразной формы, которые вращаются в одном направлении. Между валками в месте наибольшего сближения валков (в пережиме) установлена неподвижно короткая оправка.

Рис. 49. Схема прошивки в стане бочкообразными валками: 1– рабочие валки;2– оправка;3– прошиваемая заготовка;4– линейки;5–гильза

В пространстве оси верхнего и нижнего валков смещены относительно оси прокатки (косорасположены) на угол α, называемый углом подачи.

Поэтому эти станы называют иногда косовалковыми. За счет косого расположения валков окружную скорость валка в каждой точке V_в можно разложить на две составляющие:V_ос– осевую составляющую, которая обеспечивает поступательное движение заготовки;V_т– тангенциальную составляющую, которая вызывает вращение заготовки при ее поступательном движении вперед.

В результате каждая точка заготовки в пространстве описывает винтовую линию. Поэтому эти станы называют станами винтовой прокатки.

По мере продвижения заготовки в очаге деформации к пережиму ее диаметр уменьшается, и она становится овальной, т. к. расстояние между линейками прошивного стана несколько больше расстояния между валками в пережиме.

За счет переменного обжатия по периметру в осевой части заготовки образуются микротрещины и разрыхление металла. Затем, когда заготовка по мере продвижения встречается с оправкой, то оправка прошивает заготовку, образуется толстостенная полая труба, называемая гильзой.

При прошивке заготовки на прошивных прессах требуется дополнительная установка стана-удлинителя (элонгатора). По конструкции это стан винтовой прокатки с короткой неподвижной оправкой (по типу прошивного стана). В этом случае гильзу получают за две операции. Первая – прошивка заготовки на прессе, после чего получают заготовку в виде толстостенного стакана с глухим донышком. Вторая – прокатка стакана на стане-удлинителе. При прокатке увеличивается длина, прошивается донышко стакана и получают гильзу.

Раскатка гильзы в черновую трубу. Полученную гильзу прокатывают между валками, имеющими круглые калибры, и оправкой, которая располагается внутри трубы. При этом из гильзы, обжимаемой по диаметру и толщине стенки, получают трубу с размерами, близкими к конечным. Такие трубы называют черновыми.

Рис. 50. Схемы прокатки труб в круглом калибре на

подвижной оправке, длинной (а), короткой (б) и без оправки (в)

Используют два способа раскатки гильзы в черновую трубу: на короткой неподвижной оправке (рис. 50, б) и на длинной подвижной оправке, которая перемещается в валках вместе с трубой (рис. 50,а).

Раскатку гильзы в черновую трубу на короткой оправке ведут в автоматических станах и 2-х клетевых станах тандем продольной прокатки; Раскатку на длинной оправке ведут на непрерывных станах продольной прокатки, пилигримовых, трехвалковых раскатных и реечных станах.

Калибрование и редуцирование труб – это заключительная технологическая операция получения из черновых труб готовых труб с окончательными размерами по диаметру и толщине стенки.

Калибрование трубпроизводят на непрерывных калибровочных станах продольной прокатки с числом клетей 3-12. Прокатку ведут в системе круглых калибров без оправки (рис. 50,в). Рабочие клети нереверсивные, чаще 2-х валковые или 3-х валковые. Назначение калибрования – получение труб точного наружного диаметра. Это достигается за счет небольшого обжатия трубы по наружному диаметру на 3-5 % в каждой клети стана. Калибрование ведут без натяжения трубы между клетями, поэтому после калибрования происходит утолщение стенки на 4-15 %. Калибровочные клети устанавливаются с наклоном попеременно в разные стороны под углом 45к горизонту. Соседние клети образуют угол 90. Калибрование проходят толстостенные и особотолстостенные трубы с отношениемD/S < 12,5.

Редуцирование трубпроизводят на непрерывных редукционных станах продольной прокатки в овальных калибрах без оправки.

Редукционные станы применяют для значительного уменьшения (понижения) наружного диаметра труб. Уменьшение (понижение) наружного диаметра труб называют редуцированием. Число клетей в редукционных станах увеличено до 28. Используют в основном 3-х валковые клети, расположенные попеременно под углом 45к горизонту, чтобы изменялось положение разъемов калибров.

В отличие от калибровочных станов на редукционных прокатку ведут с натяжением трубы. Это позволяет увеличить обжатие трубы по диаметру в каждой клети до 10-12 % без потери устойчивости трубы (смятия), а суммарное уменьшение наружного диаметра до 75-80 %. Кроме того, прокатка с натяжением позволяет регулировать толщину стенки в зависимости от величины натяжения, сохраняя ее прежней или утоняя ее.

Установка редукционных станов значительно расширяет сортамент выпускаемых труб, в то же время, разгружая основные агрегаты, на которых прокатываются черновые трубы. Редуцированию большей частью подвергаются тонкостенные трубы с отношением D/S < 12,5.

На рис. 51 представлены типы калибров, применяемых на трубопрокатных станах при производстве труб.