Автор: редакционная статья

Категории: трубное производство

БЕСШОВНЫЕ ТРУБЫ

Способы изготовления горячекатаных бесшовных труб

Главными технологическими операциями в процессе производства стальных горячекатаных бесшовных труб являются прошивка из слитка или катаной заготовки полой гильзы и получение из гильзы трубы.  Способ производства труб зависит от процесса прокатки трубы из гильзы.
К самым распространенным трубопрокатным установкам, используемым в производстве горячекатаных труб, относятся установки:

  Также используется метод выдавливания – он подразумевает прессование труб в горячем состоянии.

Автоматический стан
Первая операция на установке с автоматическим станом подразумевает прошивку катаной заготовки в полую гильзу. Её осуществляют на прошивном стане косой прокатки, который бывает трех видов: с валками, имеющими бочкообразную форму, валками грибовидной формы и с дисками.
В ходе второй операции осуществляют прокатку гильзы в тонкостенную трубу. Этот процесс проводится на двухвалковых станах с круглыми ручьями (автоматический стан). Прокатка происходит на короткой оправке (рис.2) в 2-3 прохода на одном ручье. Посредством роликов обратной подачи, вращающихся в обратную сторону по отношению к вращению рабочих валков, трубу возвращают на переднюю сторону стана.
Дальнейшие мероприятия по обработке трубы на обкатной машине, конструкция которой схожа с конструкцией прошивных станов, заключаются в раскатке рисок и неровностей трубы с наружной и внутренней стороны. Заканчивается горячая прокатка трубы калибровкой наружного диаметра, которая проводится в двухвалковом многоклетьевом непрерывном стане с одноручьевыми валками.
Производство труб на автоматических установках отличается тем, что позволяет получать с прошивного стана гильзы размером, близким к размеру готовой трубы. Следовательно, основная деформация происходит во время прошивки. Данный способ обладает рядом преимуществ и широко распространен в трубной промышленности. Производительность установок с автоматичным станом более высокая, а простои значительно ниже, чем на установках с пилигримовыми или непрерывными станами. Качество труб высокое, и по частоте внешней поверхности, и по точности размеров. Показатели удельного расхода металла, топлива и электроэнергии на 1 т. труб относительно невелики. На выходе доля первосортных труб  из углеродистых сталей может достигать 97-99 %.
Установкам с автоматическим станом предшествовали установки с немеханизированными двухвалковыми станами, где прошивку гильз проводят на прошивных станах или на гидравлических прессах, и полуавтоматические, где возврат гильзы на переднюю сторону производится роликом обратной подачи, как на автоматических станах. Тяжелый физический труд рабочих, маленькая производительность и низкое качество продукции поставили их в ряд устаревших.
У установок с автоматическим станом тоже есть свои недостатки – сложность и большое количество машин, входящих в состав основного оборудования. А также в некоторых случаях бывают не полностью раскатанные риски и шероховатость, что немного снижает качество труб. Но установки с автоматическими станами можно применять для прокатки труб из самых разнообразных марок стали, что выгодно отличает этот способ от других.

Рис.1 Схема прокатки в автоматическом стане

Рис.2 Схема обкатки труб на короткой оправке

Пилигримовый стан
При работе на установках с пилигримовым станом прошивка толстостенной гильзы проводится на прошивных станах с валками бочкообразной формы. Гильзы обычно прошиваются из литых круглых слитков, а трубы размером меньше 10-12 см изготовляются из катаной заготовки.
Прокатку гильзы в трубу осуществляют на пилигримовых станах в калибре переменного сечения,  который образуется двумя вращающимися в разные стороны валками, противоположно движению прокатываемой трубы.  Гильза подается в валки кольцевыми участками, когда достигается максимальный раствор калибров.
Прокатка в пилигримовом стане может завершать основные операции по производству труб на пилигримовых установках. Также имеются установки с обкатными машинами и калибровочными станами.
Возможность прокатки труб прямо из слитка,  позволявшая устранять передел слитка на блюмингах и  трубозаготовительных станах, и низкая себестоимость продукции способствовали широкому распространению установок с пилигримовыми станами. Но сортамент продукции по количеству размеров более узкий, чем на автоматических установках, и качество труб ниже, когда речь идет о точности диаметра, толщине стенки и состояния поверхности.
Производительность данных станов при прокатке труб для нефтяной промышленности равна примерно 14-18 т/час, а автоматических станов – от 30 т/час.

Рис.3   Схема пилигримовой прокатки

Непрерывный стан
Этот способ подразумевает прошивку гильзы на станах валкового типа, и прокатку на длинной оправке через ряд последовательно размещенных двухвалковых клетей с уменьшающимися размерами калибров.
На данных установках производятся довольно узкий сортамент продукции с наружным диаметром до 10 см, и стенками толщиной  от 2,5 до 8 мм из углеродистой и легированной стали (в том числе нержавеющей).
Производительность высокая, но немного ниже, чем у автоматических станов.  Высокую производительность могут достигать непрерывный стан с индивидуальным приводом клетей и редукционный стан.
Среди недостатков – сложность оборудования, быстрый износ инструмента, частые и длительные перевалки и затруднительная настройка стана. Но, тем не менее, качество внутренней поверхности изготовленной трубы на высоком уровне, что является большим плюсом этого способа.
Применяется он в основном для получения заготовок для дальнейшего холодного волочения и холодной прокатки. Процент годного продукта при прокатке труб составляет 98%.

Рис.4 Схема прокатки в непрерывном стане

Трехвалковый раскатный стан

Рис.5 Схема прокатки в трехвалковом стане

При эксплуатации этих установок гильзу прошивают на станах валкового типа и раскатывают на длинной оправке в трехвалковом стане. 
На таких установках производится широкий сортамент толстостенных труб, 40- 200 мм в диаметре, из углеродистой и легированной стали.
Особенность и достоинство установок с трехвалковыми раскатными станами заключается в том, что появляется возможность получения довольно-таки высокой точности размера трубы по наружному и внутреннему диаметру и толщине стенки. На таких станах изготовляются в основном трубы, подвергающиеся последующей механообработке (к примеру, шарикоподшипниковые). В этом случае потери металла в стружку снижаются до минимума. Станы имеют довольно высокую производительность. Не тратится много времени на переход на другой сорт.

Установки со станом с вращающимися дисковыми проводками 
Данный стан похож на обычный прошивной стан с бочкообразными валками, но вместо верхней и нижней неподвижных линеек имеет вращающиеся приводные диски. Эти диски вращаются в разные стороны в направлении прокатки, причем окружная скорость дисков несколько больше, чем линейная скорость, с которой трубы выходят из рабочих валков.
На этом стане производятся трубы в основном из углеродистой стали. Диаметры варьируются от 50 до 150 мм, а толщина стенок составляет от 2,5 до 3 мм и длина не более 10 м. Из-за применения длинных оправок получают гладкую внутреннюю поверхность, без рисок. Но из-за высокого расхода инструмента, малого срока эксплуатации дисков, сложной и длительной настройки данные установки не получили широкого распространения в трубном производстве.
Не были широко распространены и установки с реечным станом. Качество внешней, и в особенности внутренней поверхности труб, произведенных на таких станах, хорошее – нет плен, рисок и прочих дефектов. Но выход годного низкий из-за большой разностенности труб, а расходный коэффициент металла высокий.
А вот установки для изготовления трубной продукции способом выдавливания-прессования получили широкое распространение при изготовлении бесшовных труб из цветных металлов и их сплавов, которым свойственно меньшее сопротивление деформации, чем у стальных материалов. И хоть при использовании этого метода быстро изнашивается инструмент, установки работают с небольшой производительностью и качество поверхности труб невысокое, простота и надежность эксплуатации оборудования и самая приемлемая схема напряженного состояния делают этот метод целесообразным для выпуска тонкостенных труб из специальной малопластичной стали.

Литература:

1. Ф.А, Данилов, А.З. Глейберг, В.Г. Балакин. Производство стальных труб горячей прокаткой

2. И.М.Павлов. Теория прокатки.

3. Ю.И. Николаевский. Прокатка и отделка труб.