Стальные холоднодеформированные трубы

19/04/2017 5:41pm

Recipient's e-mail:

Sender's e-mail:

Sender's name:

Автор: редакционная статья

Категории: трубное производство

СТАЛЬНЫЕ ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫЕ ТРУБЫ

Производство труб методом холодной деформации на станах холодной прокатки (ХПТ).

Горячая прокатка, о которой говорилось в предыдущих статьях, дает бесшовные трубы диаметром 57 мм и толщину стенок 2-5 - 3,0 мм. Если используется редукционный стан с растяжением, диаметр может быть уменьшен до 17-18 мм.
Трубы меньшего диаметра изготавливаются методом холодной деформации. Но этот метод также используется для производства труб большого диаметра. Преимуществом является то, что можно получить трубы с чистой поверхностью и высокой точностью размеров.
Среди основных преимуществ технологического процесса производства холоднокатаных труб можно назвать: минимизацию потерь металла в оболочке; возможность достижения высокого сжатия вдоль стенки и диаметра труб с помощью конической оправки; довольно-таки большое уменьшение разницы и допусков в толщине стенок труб. Также возможно получить широкий ассортимент готовых труб из ограниченного количества заготовок; Высокое качество поверхности трубы, как внешней, так и внутренней.
Основными двумя способами изготовления холоднодеформированных труб являются волочение и пилигримовая (периодическая) прокатка.
При производстве сварных труб диаметром до 102 мм также используются холодная прокатка и волочение. Это дает возможность существенно сократить ассортимент труб, полученных на трубосварочных станках, и, при необходимости, получить трубы повышенного качества.
В зависимости от соотношения внешнего диаметра и толщины стенок труб делятся на обычные (9-20), тонкостенные (20-50), особотонкостенные (более 50) и толстостенные (6 -9) трубы. Холодное формование и вытяжка также производятся формованными трубами с равномерной и неравномерной толщиной стенки по периметру секции - овальной, квадратной, восьмиугольной, звездообразной, ребристой и т. Д. Требования к качеству наружных и внутренних поверхностей и допусков, Установленных ГОСТом и техническими спецификациями.
Холодная прокатка тонкостенных труб осуществляется на станах периодического действия (или ХПТ). Есть двухвалковый, роликовый и планетарный станы. Наиболее распространены двухвалковые модели.
Данный стан состоит из рабочей клети (рис.1), главного привода, механизмов подачи и вращения труб, смазки и систем управления.

Рабочая клеть стана ХПТ
Рис.1 Клеть стана ХПТ

Основной принцип работы стана ХПТ состоит в уменьшении радиуса кольцевого зазора, образованного между калибрами рабочих валков и оправки во время возвратно-поступательного движения рабочей клети.
Холоднопрокатный стан работает в периодическом режиме, так как трубы прокатываются в отдельных секциях вдоль их длины. Труба прокатывается на неподвижной конической оправке с помощью калибров, установленных и закрепленных в рабочих валках. Вал счетчика выполнен с переменным радиусом, максимальное значение которого равно радиусу заготовки, а минимальный - радиус готового изделия.
Движение клети, во время которого происходит уменьшение размеров заготовки вдоль диаметра и толщины стенки, получило название прямой ход. Во время этого прямого хода калибровочные повороты поворачиваются на угол от 185º до 214°, а радиус кольцевого зазора между ними и рамой уменьшается, когда элемент приближается к крайнему переднему положению. В этом положении рабочего столба калибры выходят из контакта с трубой и вместе с рамой поворачиваются на угол от 57º до 90°, затем рулоны возвращаются в исходное положение, то есть происходит задний ход. В начальном положении труба не входит в контакт с калибрами, и механизм подачи толкает ее вдоль оправки вперед на определенное количество, называемое кормом. После этого клетка снова движется вперед, и цикл повторяется.
После сокращения диаметра и толщины стенки длина готовой трубы увеличивается по сравнению с длиной обрабатываемой детали. Это увеличение длины было названо вытяжкой. При холодной прокатке наибольшее сокращение площади поперечного сечения стальных труб составляет 88% и уменьшение толщины стенки на 70%, причем допуски на диаметр, обычно составляют ± 0,5-0,8% от диаметра готовой трубы, а стены Допуск на толщину ± 0,5 -10% от заданного конечного значения.
Процесс холодной прокатки похож на процесс горячей паломнической прокатки. Но в отличие от последнего, в этом случае деформация подаваемой части металла осуществляется при неподвижном положении заготовке и возвратно-поступательном направлении движения клети.
На рисунке 2 показаны три основные точки процесса холодной прокатки.

Рис.2 Схема деформации при холодной прокатке трубы

Деформация металла происходит за счет прокатки калибров. Калибр - полудиск, закрепленный в сечениях рабочих валков.
Чтобы повысить точность геометрических размеров изготавливаемой продукции и обеспечить равномерное сжатие металла по периметру трубы, разработан механизм вращения трубы. Трубу можно поворачивать на 70-90 градусов и в крайнее переднее положение стойки и в крайнее заднее положение, то есть в то же время, что и подача.
Важным отличием холодной прокатки от холодного волочения является то, что в одном рабочем цикле деформация может достигать 75-95% начального участка заготовки, т. е. процесс происходит с 14-18- кратным растяжением.
Высокая пластичность материала свойственна процессу холодной прокатки труб. На рис. 3 показаны две возможные схемы напряженного состояния металла, которые могут быть во время холодной прокатки труб в процессе прямого хода рабочей клети. В первом случае (а) активное растягивающее напряжение действует в продольном направлении, что обусловлено бесконтактной областью деформации. Такая схема возможна во время прокатки труб в ручье с небольшим затуханием. Во втором случае (б) в сечениях рабочего участка, кроме выпускных отверстий, диаграмма состояний напряжений приближается к неравномерному всестороннему сжатию. Эта схема более вероятна, если трубы прокатывают в ручье с большим развалом.

Рис.3 Напряженное состояние металла по периметру сечения

Наиболее вероятная рабочая схема напряженного состояния металла по периметру профиля при деформации в обратном ходе стенда показана на рис. 3 (б).
Рассматриваемые схемы, хотя и способствуют улучшению пластических свойств металла, но сами по себе они не могут объяснить высокую степень деформации, достигаемой в этом процессе. Великое, если не самое важное, значение - это деформационный сбой или количество рабочих циклов, при которых начальная секция деформируется в конечную секцию. В пилигримовом процессе показатель дробности деформации - примерно от 15 до 30.
Фракционность (дробность) деформации существенно увеличивает пластичность металла. Данное утверждение справедливо, если размягчение происходит до деформации металла, а сама деформация приближается к равномерной деформации. При отсутствии этого условия увеличение фракционности деформации приводит к снижению пластических свойств металла.
Увеличение фракционности деформации уменьшает число деформаций в каждом участке трубы за один цикл, а значит, снижает величину остаточных напряжений в рабочей области, возникающих при деформации. Во время следующего цикла деформации остаточные напряжения, полученные в предыдущем цикле, складываются вместе и возникают дополнительные напряжения при деформации металла в течение следующего цикла. В таком случае величина продольного растягивающего напряжения, которая ограничивает пластичность металла, уменьшается. Следовательно, существует прямая связь между индексом разрушения деформации для холодной прокатки труб и пластичностью металла. Удлинение рабочей части ручья и поворота трубы в крайних положениях рабочего столба способствует увеличению разрушения деформации и пластичности металла, а вот увеличение развала ручья - уменьшению. Дробность деформации и диаграмма напряженного состояния являются двумя факторами, определяющими высокие пластические свойства металла при выпуске холоднокатаных труб.

Основными направлениями совершенствования технологического процесса и оборудования для повышения качества проката и производительности процесса являются:
1. Удлинение хода рабочей клети для увеличения сжатия металла за один проход;
2. Увеличение количества одновременно прокатанных труб;
3. Сокращение времени, затрачиваемого на перезарядку;
4. Повышение жесткости системы «инструмент – рабочая клеть» и скорости оборудования;
5. Применение новых конструкций инструментов и рационализация его калибровок.

Литература: