Трубы по конструкции

метки: Трубный, Конструкция, Труба, Диаметр, Прошивной, Значительно, Круглый, Агрегат

Трубы широко используют в различных отраслях народного хозяйства. В зависимости от рода использования и условий эксплуатации к ним предъявляются различные требования. По характеру использования трубы делят на трубы для различных трубопроводов, трубы, для бурения и эксплуатации скважин и трубы для машиностроения.

Трубы по конструкции делят на гладкие (большинство труб для трубопроводов и все трубы для машиностроения) и нарезные (все трубы для бурения и эксплуатац ии скважин и часть труб для трубопроводов).

Конструкция труб определяет характер вспомогательных и отделочных операций.

Все стальные трубы в зависимости от метода изготовления делят на три основные группы: бесшовные горячекатаные (ГОСТ 8732—78), электросварные (ГОСТ 10704—76) и холодноде-формированные (ГОСТ 8734—75).

1. Сортамент выпускаемой продукции

Сопоставление сортамента горячекатаных (табл. 1) позволяет сделать

1) сортамент сварных труб по диаметру значительно шире, чем сортамент бесшовных труб (8—1620 и 25—550 мм соответственно);

2) сварные трубы могут быть изготовлены со значительно меньшим отношением толщины стенки к диаметру (до 0,005) по сравнению с бесшовными трубами (0,04—0,05);

3) минимальная толщина стенки сварных труб значительно меньше, чем бесшовных (1 и 2,5 мм соответственно);

4) максимальная толщина стенки бесшовных труб значительно больше, чем сварных (16 и 75 мм соответственно).

Трубы холоднодеформированные имеют значительно меньшие размеры: диаметр до 4 мм и толщину стенки до 0,2 мм. Их получают из горячекатаных и сварных труб. Трубы изготавливают из углеродистых сталей (например Ст1, Ст2, 10, 20, 35, 45 и др.), легированных (например 40Х, ЗОХСА, ЗОХМА и др.), коррозионностойких (например ОХ20Н14С2, ОХ18Н12Б и др.), подшипниковых (ШХ10, ШХ15 и др.) и многих других. Необходимо отметить, что сортамент сталей, из которых получают бесшовные трубы, намного шире, чем сортамент сталей, из которых изготовляют сварные трубы.[1]

T а б л и ц а 1. Сортамент бесшовных горячекатаных труб, выпускаемых в экс-СССР (ГОСТ 8732—78)

Dh,мм	t,мм	Dh,мм	t,мм	Dh,мм	t,мм	Dh,мм	t,мм
25	2,5-4	70	3—16	140	4,5—36	325	7,5—75
28	2,5-4	73	3—19	146	4,5—36	351	8—75
32	2,5-4	76	3—19	152	4,5—36	377	9-75
38	2,5-4	83	3,5—19	159	4,5—36	402	9—75
42	2,5-4	89	3,5—24	168	5—45	426	9—75
45	2,5-5	95	3,5—24	180	5—45	450	16—75
50	2,5-5,5	102	3,5—46	194	5—45	(465)	20—75
54	3-11	108	4—28	203	6—50	480	25—75
57	3—13	114	4—28	219	6—50	500	25—75
60	3—14	121	4—28	245	6,5—50	530	25—75
63,5	3—14	127	4—30	273	6,5—50	(550)	25—75
68.0	3—16	133	4—32	299	7,5—75	—	—

Примечание. Нормальный ряд толщины стенки труб, мм: 2,5; 2,8; 3; 3,5;

4: 4,5: 5; 5,5: 6; (6,5); 7; (7,5); 8; (8,5); 9: (9,5); 10; 11; 12: (13); 14; (15); 16; 17; 18; (19);20; 22; (24); 25; (26); 28; 30; 32; (34); (35); 36; (38); (40); (42); 45; (48); 50; 56; 60; 63; (65);70; 75.

В примечание к табл. 1 дан нормальный ряд толщины стенки труб, а в скобках указаны нерекомендуемые размеры. При проектировании новых машин и конструкций необходимо предусматривать рекомендуемые размеры.

Трубопрокатные станы

Процесс производства бесшовных труб прокаткой состоит из получения полой гильзы из сплошной заготовки — прошивки; раскатки полученной гильзы в трубу и уменьшения (редуцирования) или увеличения (раздачи) диаметра полученной трубы.

Прошивка сплошной заготовки в гильзу может производиться на станах поперечно-винтовой (косой) прокатки, называемых прошивными, или на специальных вертикальных или горизонтальных прошивных прессах. Прошивные прессы распространены значительно меньше, чем прошивные станы.

Прошивные станы по типу рабочих валков подразделяют на прошивные станы с бочкообразными валками (валковые), дисковыми валками (дисковые) и с грибовидными валками (грибовидные).

Наиболее широко распространены валковые прошивные станы — для прошивки заготовки диаметром 80—270 мм и для прошивки слитков диаметром 350-600 мм. На дисковых и грибовидных станах прошивают только катаную заготовку диаметром 80—140 мм.

Процессы прокатки труб из гильз подразделяют на прокатку труб на короткой и на длинной оправке. Процесс продольной прокатки на короткой оправке может производиться в одно- и двух-клетевых станах. На длинной оправке прокатка может проводиться в многоклетевых станах продольной прокатки, станах периодической прокатки, трехвалковых станах косой прокатки и в двухвалковых станах косой прокатки с вращающимися проводками.

Продольная прокатка труб на короткой оправке— один из первых способов получения бесшовных труб. Вначале производили 15—20 проходов в круглом калибре на короткой оправке в нереверсивном двухвалковом стане, возвращая каждый раз трубу на переднюю сторону стана вручную. Затем был осуществлен подъем верхнего валка и возврат трубы проводили между валками — такие станы получили название полуавтоматических. Наконец, были установлены специальные ролики обратной подачи, возвращающие трубы на переднюю сторону стана; при этом прокатка ведется в 2—3 пропуска. Такие станы получили название автоматических, и они являются основным оборудованием для горячей прокатки труб диаметром 57— 426 мм самого широкого сортамента. Дальнейшим развитием процесса продольной прокатки труб на короткой оправке явилось создание двухклетевого стана (стана тандем).

При этом в каждой клети производится по одному проходу. Существенное повышение производительности достигается не только возможностью одновременной прокатки двух труб (по одной в каждой клети), но и увеличением деформации за счет разных размеров инструмента в каждой клети. Этот процесс имеет широкие перспективы для дальнейшего распространения.

Продольная прокатка труб на длинной оправке проводится в нескольких (7—9) последовательно установленных двухвалковых клетях и носит название прокатки труб в непрерывных станах. На них обычно прокатывают трубы диаметром 57—114 мм. Этот метод является одним из наиболее эффективных и экономичных процессов массового производства тонкостенных труб.

На станах периодической (пилигримовой) прокатки получают трубы диаметром 57—550 мм. При пилигримовой прокатке цикл деформации гильзы в трубу осуществляется за каждый оборот валка с переменным радиусом калибра. При этом направление вращения валков противоположно направлению истечения металла и за каждый цикл подвергается деформации небольшая часть гильзы («объем подачи»).

Наиболее распространен этот метод для получения сравнительно толстостенных труб из слитков диаметром 168—550 мм.[2]

Трехвалковые раскатные станы косой прокатки предназначены для получения толстостенных труб высокой точности диаметром 60—180 мм. Наибольшее распространение эти станы получили для производства подшипниковых труб (для изготовления колец шарико- и роликоподшипников).

Двухвалковые раскатные станы косой прокатки с вращающимися проводками предназначены для получения тонкостенных труб диаметром 38—140JMM, они не получили широкого распространения. В настоящее время производство этих труб экономически более целесообразно на современных_непрерывных станах.

Для уменьшения диаметра труб, полученных после раскатных станов, применяют продольную прокатку без оправки в редукционных станах, которые состоят из ряда последовательно установленных двух-, трех- или четырехвалковых клетей. Станы работают с натяжением между клетями, что позволяет изменить не только диаметр трубы, но и толщину стенки. На редукционных станах обычно прокатывают трубы диаметром 25—76 мм.

Трубы 76—550 мм получают обычно непосредственно с раскатных станов. Для получения труб диаметром более 550 мм вслед за раскатным станом устанавливают станы-расширители. В связи с освоением массового производства сварных труб большого диаметра из различных сталей станы-расширители в настоящее время утратили свое значение.

Производство бесшовных труб осуществляется на трубопрокатных агрегатах, представляющих собой комплекс машин и механизмов, предназначенных для_ получения бесшовных труб горячей прокаткой, их транспортирования, горячей холодной отделки, складирования, упаковки и т. п. Таким образом, в состав трубопрокатного агрегата кроме прошивных, раскатных, редукционных (расширительных) станов входят нагревательные печи, обкатные и калибровочные станы, правильные станы, трубообрезные и трубонарезные станки и другое оборудование, необходимое для выполнения всех предусмотренных технологических операций. Однако оборудованием, определяющим основные характеристики агрегата, является раскатной стан, поэтому в наименование трубопрокатного агрегата входит тип трубораскатного стана (например, трубопрокатный агрегат с автоматическим станом; трубопрокатный агрегат с пилигримовым станом и т. и.).

Основной численной характеристикой трубопрокатного агрегата является максимальный диаметр прокатываемой трубы (например, трубопрокатный агрегат с автоматическим станом 140) или минимальный и максимальный диаметр прокатываемых труб (например, трубопрокатный агрегат с непрерывным станом 30—102).

Наиболее распространенными трубопрокатными агрегатами являются агрегаты с автоматическим, пилигримовым, непрерывным и трехвалковым раскатным станом.

2. Технологические процессы и оборудование

Слитки и трубная заготовка

Для производства бесшовных труб используют слитки, катаную заготовку, заготовку, полученную с установок непрерывной разливки стали; заготовку, полученную на установке центробежного литья;

• кованую заготовку.

Слитки (круглые, многогранные и квадратные} применяют в трубопрокатных агрегатах с пилигримовыми станами. Слитки имеют массу 1,5—3,8 т и диаметр (эквивалентный) 320—675 мм.

Массовое получение заготовок таких размеров другими способами затруднительно. Круглые и многогранные слитки используют на установках с прошивным станом; квадратные — на установках с прошивным прессом. Круглые слитки имеют соотношения размеров, весьма неблагоприятные с металлургической точки зрения. Круглая форма поперечного сечения приводит к меньшему отношению наружной поверхности слитка к его массе (сравнительно с квадратными и прямоугольными слитками) и ведет к большей склонности к образованию поверхностных трещин при охлаждении. Из этих соображений следовало бы применять граненые слитки (имеющие большую наружную поверхность), но при прокатке в прошивных станах грани могут вызвать появление закатов и плен. Поэтому граненые слитки (с большим количеством весьма пологих граней) используют только при производстве труб менее ответственного назначения. Для более равномерного обжатия многогранного слитка применяют нечетное число граней (23—27), чтобы в валках прошивного стана обжатие не приходилось одновременно на две грани или два ребра. Кроме того, круглые слитки отливают с малой конусностью (0,8—1,5 %), что ведет к увеличению протяженности усадочной раковины и зон ликвации и сегрегации сравнительно с обычными слитками. Большая конусность вызывает серьезные затруднения при прошивке.[3]

Качество поверхности слитков, а также внутреннее их строение заметно улучшается, если разливку стали вести под слоем жидкого шлака или других теплоизолирующих или экзотермических материалов. Положительные результаты также дает применение специальных изложниц с теплоизолнрующими надставками.

Катаная заготовка (круглая и квадратная} используется при всех способах производства бесшовных труб; круглая заготовка — при прошивке на прошивных станах, квадратная — на прошивных прессах. Круглую заготовку (диаметром 90—350 мм) прокатывают на трубозаготовочных станах, устанавливаемых непосредственно за блюмингом (1150—1250) и имеющих в своем составе одну двухвалковую реверсивную клеть 900 и несколько последовательно расположенных двухвалковых клетей 700—750. Круглую заготовку диаметром 270—350 мм прокатывают также на блюмингах в специальной калибровке. Квадратную заготовку в зависимости от сечения прокатывают на блюмингах или непрерывных заготовочных станах.