Во многих отраслях промышленности широко используются стальные трубы. Они прочные, долговечные, просто монтируются. Методы их изготовления определяются: необходимым качеством готового изделия, сечением, размерами, формой, видом исходной заготовки, особенностями материала, областью применения.
Эксплуатационные характеристики любого вида стальной трубы, исходя из метода ее производства, определяются соответствующим нормативными документами, необходимых для того, чтобы понимать особенности эксплуатации конкретного вида изделия.
Трубы металлические производят из сталей высокого и низкого легирования, углеродистых сортов сталей, цветных металлов, чугуна, различных сплавов.
Трубы бесшовные могут быть горячекатаными (горячая прокатка), холоднокатаными (холодная прокатка), холоднотянутыми (волочение), прессованными.
Горячей прокаткой производят трубы диаметром от 16 до 1200 мм из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей и сплавов, а также многослойные трубы.
В зависимости от свойств металла заготовки, размеров и требований к качеству труб горячую прокатку осуществляют несколькими способами, каждому из которых присущи свои технологические преимущества и недостатки. Однако независимо от применяемого способа схема производства горячекатаных бесшовных труб включает следующие основные технологические операции: нагрев заготовки, получение полой гильзы, подогрев гильзы (при необходимости), получение трубы промежуточных размеров (раскатка гильзы в трубу), подогрев трубы (при необходимости), окончательную формовку трубы по диаметру и толщине стенки.
Виды производства горячекатаных бесшовных труб классифицируют по трем главным отличительным особенностям:
- По способу получения гильзы: прошивкой в косовалковом стане или на прессе, сочетанием прошивки на прессе с раскаткой на косовалковом стане, прессововалковой прошивкой.
- По способу раскатки гильзы в трубу: продольной прокаткой на стационарно установленной короткой оправке (автоматические станы); периодической прокаткой на длинной плавающей конической оправке с порционной подачей металла в валки (пилигримовые станы); продольной прокаткой на длинной цилиндрической плавающей, удерживаемой или частично удерживаемой оправке в многоклетевом стане (непрерывные станы); винтовой прокаткой на длинной плавающей оправке в косовалковом стане (раскатные станы); проталкиванием стаканов при помощи дорна через ряд уменьшающихся в диаметре роликовых обойм или калибровколец (реечные станы); выдавливанием металла в кольцевую щель, образуемую матричным кольцом и стационарно установленной оправкой (трубопрофильные прессы); поперечной прокаткой на неподвижной оправке в конических валках, установленных во вращающейся обойме (планетарные станы).
- По способу окончательного формирования диаметра и толщины стенки готовой трубы: прокаткой в калибровочном, редукционном или редукционнорастяжном станах; сочетанием обкатки трубы в раскатном косовалковом стане с прокаткой в калибровочном или редукционном станах; сочетанием прокатки в редукционнорастяжном стане с обкаткой в косовалковом раскатном стане и прокаткой в калибровочном стане; прокаткой на станахрасширителях.
Первый и третий отличительные признаки могут сочетаться с любым из способов раскатки гильзы в трубу, поэтому они в большей степени характеризуют не способ производства, а технологические особенности и возможности конкретной трубопрокатной установки.
Наиболее полно процесс производства бесшовных труб характеризуется вторым отличительным признаком — способом раскатки гильзы в трубу, по которому трубопрокатные цехи и агрегаты получают соответствующее название.
Трубопрокатные агрегаты с автоматическим станом. Универсальность сортамента прокатываемых труб, большая маневренность, сравнительно высокая производительность и высокая степень механизации и автоматизации производственного процесса обусловили значительное распространение этих агрегатов в мировой практике трубного производства.
По способу изготовления (технологии) бывают трубы:
- горячедеформированные,
- холоднодеформированные.
ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫЕ ТРУБЫ
Стальные горячедеформированные бесшовные трубы изготавливают из штанги – круглой в сечении заготовки.
Кратко процесс изготовления можно изложить так:
- Заготовку прогревают до такой температуры, когда сталь становится пластичной.
- На прошивном стане ее трансформируют в гильзу (полый цилиндр).
- Далее раскаленная заготовка попадает в вальцы, где она вытягивается и обжимается до требуемых толщины стенок и диаметра. При этом внутри гильзы находится оправка.
- На последнем этапе трубу калибруют вальцами, охлаждают и нарезают отрезками необходимой длины.
Детали технологии могут отличаться в зависимости от:
типа заготовки, которая может быть катаной, кованой, непрерывнолитой, слитком;
способа раскатки гильзы, которая может быть получена прошивкой и продавливанием металла прессом (экструзией) и других параметров.
ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫЕ ТРУБЫ
Основными преимуществами технологического процесса холодной прокатки труб являются:
- минимальные потери металла в обрезь;
- возможность получения высоких обжатий по диаметру и стенке трубы;
- существенное снижение допусков и разностенности по толщине стенки труб;
- широкий сортамент труб из незначительного числа типоразмеров заготовок;
- достижение высокого качества внутренней и наружной поверхности труб.
Серией классического проката являются изделия округлой формы. Они используются для транспортировки жидкостей, газовых взвесей, водяного пара.
Холодная прокатка – это основной способ изготовления:
- тонкостенных труб из низколегированных, углеродистых и нержавеющих сталей;
- профильных и пароперегревательных изделий для энергетических установок;
- специальных толстостенных труб для устройств высокого давления;
- труб высокой точности для авиационной промышленности и машиностроения.
Бесшовные холоднодеформированные стальные трубы чаще всего производят из стандартной углеродистой стали, что удешевляет данную серию металлопроката.
Технологическая схема данной прокатки зависит от марки стали, из которой производятся трубы, их назначения и размера.
Бесшовные трубы используются в ответственных конструкциях, которые работают под высоким давлением. Для транспортировки токсичных веществ применяются преимущественно горячекатаные бесшовные изделия.
Кроме этого, изделия, выполненные методом горячей прокатки, широко эксплуатируются в автомобилестроении, авиации и т. д. А также используются для транспортировки агрессивных химических веществ и нефти (химическая и нефтяная отрасли).
Использование таких деталей также востребовано в коммунальной сфере. Из них монтируются различные хозяйственные коммуникации, которые осуществляют транспортировку горячей воды, холодной воды, газа, а также отвод стоков (канализационная система).
В угледобывающей сфере такие изделия используются для отвода пара и других продуктов от оборудования. Кроме этого, сплошные трубы используются в оборонной промышленности, кораблестроении, металлургии. Обширность эксплуатации бесшовных изделий объясняется их высокой надёжностью. Из них выполняются довольно сложные, с конструктивной точки зрения, коммуникации, которые используются в тяжелых областях производства.
Несмотря на то, что в последнее время многие коммуникационные сети монтируются из полимерных материалов, стальная бесшовная труба своих позиций практически не утратила. Ряд качеств, которые присущи данному материалу, делает ее незаменимой во многих случаях.
Бесшовные считаются более надежным материалом, при этом способ их производства никак не сказывается на качестве, а среди электросварных материалов выгодно отличаются трубы со спиральным швом.
Классификация.
Существуют специальные стандарты, в которых четко регламентированы параметры и марки стали, из которых производятся трубы бесшовные цельнотянутые. По соотношению диаметр трубы/толщина стенки бесшовные трубы делят на:
- особо толстостенные (стенка толще диаметра на 10%);
- толстостенные (стенка составляет от 5 до 10% диаметра);
- тонкостенные (2,5 - 5%);
- особо тонкостенные (менее 2,5%).
Толщина стенки также определяет вид трубы: усиленная, легкая и обыкновенная. Длина цельнотянутых труб является немерной и может составлять от 1,5 м до 10 м.
Поскольку подобные трубы имеют широкое распространение и применяются в различных отраслях промышленности, то часто производятся не только из стали, но и из различных сплавов, а также из цветных металлов.
Сфера применения цельнотянутых труб.
Высокие прочностные характеристики, отличающие бесшовные трубы, сделали их незаменимыми в трубопроводах, где жидкие среды отличаются агрессивностью, подаются под высоким давлением или имеют высокие температуры (например, пар). Это позволяет использовать цельнотянутые трубы в любых магистральных трубопроводах, начиная от коммунальной сферы. Абсолютно ровная внутренняя поверхность таких труб является идеальной для подачи питьевой воды. Поскольку трубопровод из бесшовных труб прекрасно переносит высокие температуры и скачки давления, а также химически устойчив, то он оптимален для использования в системах отопления и горячего водоснабжения. Прочность и надежность муфтовых соединений гарантирует безопасность использования таких труб для монтажа потенциально взрывоопасных трубопроводов, по которым транспортируется газ, нефть, другие углеводороды.
Еще одна ниша для использования бесшовных труб –тепловая и атомная энергетика, авиационная промышленность, оборонная промышленнось, судостроение, вагоностроение, машиностроение, тяжелая промышленность, строительство, сельского хозяйства и др.
Высокая степень износостойкости обеспечила применение бесшовных труб в тех сферах, где присутствуют наиболее сложные условия эксплуатации металла.