Холодная прокатка стальных труб

Холодная прокатка труб в планетарных станах Планетарный стан имеет три опорных валка, расположенных под углом 120° друг к другу и вращающихся в направлении прокатки. На каждом опорном валке смонтировано по 12 прокатных рабочих роликов с короткими цапфами, которые имеют ручей цилиндрической формы. При вращении опорных валков ролики раскатывают трубу на цилиндрической оправке. Подача заготовки производится непрерывно, а поворот ее - в интервалах между обжатиями трубы. Основное преимущество этого способа заключается в применении стационарной рабочей клети и непрерывной подаче трубы, что позволяет значительно увеличить число оборотов опорных валков. При наличии большого количества роликов в каждом опорном валке производительность планетарного стана может быть в 2—4 раза выше, чем существующих валковых станов, несмотря на уменьшение подачи. К недостаткам стана необходимо отнести большую трудоемкость по смене рабочего инструмента. Стан предназначен для прокатки тонкостенных труб диаметром до 50 мм. Холодная прокатка труб в непрерывных станах Холодная прокатка труб происходит на длинной оправке в прокатных трехвалковых клетях — аналогично прокатке на непрерывном стане горячей прокатки. В связи с тем что деформация металла в холодном состоянии может быть значительно меньше, чем в горячем, число прокатных клетей увеличено с восьми до двадцати. Однако опыт показывает, что после про¬катки в таком стане труба получается граненой. Для устранения этого дефекта после прокатки в непрерывном стане осуществляют безоправочное волочение трубы. Помимо этого, при изготовлении тонкостенных труб усложняется операция снятия трубы с оправки. Настройка такого многоклетевого стана сложна, а смена рабочего инструмента еще более трудоемка, чем в планетарном стане. Поперечная холодная прокатка труб Этим способом изготовляют тонкостенные трубы (рис. 10) с соотношением толщины стенки к диаметру 1 : 200. Сущность поперечной холодной прокатки труб заключается в прокатке их профильными валками, расположенными под углом 120° друг к другу, на вращающейся цилиндрической или конической оправке с постепенной принудительной подачей заготовки в валки. Помимо продольного перемещения, заготовка получает также вращательное движение, которое сообщается ей или оправке, или валкам.

Основные виды термической обработки стали

В зависимости от состава стали и назначения труб приме­няется различная термическая обработка. Термической обра­боткой называют процессы, связанные с нагревом и охлажде­нием, вызывающим изменения внутреннего строения сплава, и в связи с этим изменения физических, механических и других свойств. Для труб предусмотрены следующие виды термической об­работки: отжиг, нормализация, закалка, отпуск, а также двой­ная термическая обработка — закалка или нормализация с последующим отпуском. Термическая обработка стали производится для: а) устранения или уменьшения напряжений, полученных в процессе обработки металла давлением; б) устранения наклепа, полученного в процессе холодной об­работки давлением; в) создания однородной структуры стали, которая обеспечи­вает более высокий уровень механических свойств и лучшую обрабатываемость; г) выравнивания химического состава; д) исправления крупнозернистой структуры, которая вызы­вает общее уменьшение вязкости, в частности резкое падение ударной вязкости, и перевода ее в мелкозернистую; е) увеличения твердости и прочности стали при закалке; ж) получения определенной заданной структуры (котельные трубы, подшипниковые и др.).

При термической обработке стали необходимо строго сле­дить за температурой. При недостаточном нагреве превраще­ния могут пройти неполностью. При нагреве, значительно превышающем заданную темпера­туру, можно получить перегрев. При этом сталь приобретает крупнозернистую структуру и пониженные механические свой­ства. При нагреве до температуры, близкой к температуре на­чала плавления, по границам зерен стали появляются окислы железа, которые делают сталь очень хрупкой. В этом случае говорят, что сталь получила пережог. Пережог является неис­правимым браком. Термическая обработка состоит из следующих этапов: 1) нагрева до заданной температуры; 2) выдержки При заданной температуре для выравнивания температуры по всему объему изделия; з) охлаждения с различной для каждого вида термической обработки скоростью. Основное различие между отдельными видами термической обработки определяется температурой нагрева и скоростью ох­лаждения. Различают предварительную, промежуточную и окончатель­ную термическую обработку труб. Предварительной термической обработке подвергают труб­ную заготовку из некоторых легированных и высоколегирован­ных сталей для придания ей пластичности. Промежуточной тер­мической обработке независимо от марки стали подвергают трубы после холодной прокатки для снятия свойств металла, приобретенных в результате наклепа. Окончательную термичес­кую обработку труб для придания им необходимых механичес­ких свойств проводят после последней операции прокатки перед сдачей труб заказчику. Основные виды термической обработки стали следующие. Отжиг — нагрев металла выше критической точки Л3 (линия GS на рис. 24) на 30—50°С в интервале температур превраще­ний, выдержка при этой температуре с последующим медлен­ным охлаждением по определенному режиму. В результате от­жига снижается твердость металла, повышается вязкость, сни­маются внутренние напряжения и устраняется структурная не­однородность. Нагрев до температуры на 30—60°С выше критической при­водит к образованию в стали структуры аустенита. При после­дующем охлаждении происходит структурное превращение аусте_ шита в перлит и феррит или перлит. Нормализация — нагрев стали до температуры выше А3 на 30—50°С, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение на воздухе. Нормализацией достигается улучшение микроструктуры стали, уменьшение внутренних напряжений и повышение механических свойств стали. Закалка — нагрев стали до температуры в интервале прев­ращений или чаще выше его (на рис. 24 заштрихован), выдер­жка при этой температуре и последующее быстрое охлаждение в воде, масле или другой среде. Отпуск — нагрев металла в закаленном состоянии до темпе­ратуры ниже интервала превращений (ниже линий GS), вы­держка при этой температуре и охлаждение. Отпуском достигается повышение вязкости стали при сохра­нении прочности и упругости, а также уменьшение внутренних напряжений и снятие наклепа. Нагрев углеродистой стали при отпуске до 350—400°С и последующее охлаждение позволяют получить в структуре вы­сокодисперсную смесь карбидных частиц (образующихся при распаде мартенсита) и феррита. Получающаяся структура называется трооститом. При более высокой температуре отпуска 500—550°С цементитные частицы при распаде мартенсита получаются крупнее. Поэтому образующаяся смесь феррита и цементита, которая называется сорбитом, менее дисперсна, чем троостит. При температуре отпуска выше 550°С частицы смеси ферри­та и цементита укрупняются и при 600—650°С сталь имеет структуру перлита. Указанные выше температуры приведены для углеродистых сталей. Легирующие элементы значительно влияют на физические, химические и механические свойства стали. Введение легирую­щих элементов (хром, никель, марганец и др.) в сталь изменя­ет положение критических точек. В связи с этим меняются и режимы термической обработки легированных сталей. В случае понижения критических точек температуры нагре­ва стали при отжиге, закалке и других термических операциях должны быть ниже. Некоторые элементы (например, хром), на­оборот, повышают критические точки. Введение того или ино­го элемента меняет чувствительность к перегреву (хром, мар­ганец), уменьшает или увеличивает рост зерна и т. д. Таким об­разом, влияние легирующих элементов на структуру стали при термической обработке различно. Поэтому надо строго придер­живаться того режима термической обработки, который назна­чается для каждой стали. При термической обработке требуется равномерный нагрев труб по длине и сечению точно до заданной температуры. Вре­мя пребывания труб в печи определяется графиками термичес­кой обработки, которые разрабатываются на основе исследова­ний и результатов практической работы. Ими необходимо руко­водствоваться при работе в цехе. Разогрев кромок свариваемой трубной заготовки произво­дят до сварочной температуры с оплавлением металла в точке схождения кромок 5. После нагрева кромки сдавливаются об­жимными валками 4 и происходит сварка кромок с образова­нием трубы. Процесс контактной электросварки труб соп­ротивлением заключается в подаче сварочного тока к кромкам трубной заготовки, разогреве кромок в месте их соп­рикосновения до сварочной температуры и в сдавливании труб­ной заготовки, вследствие чего осуществляется сварка кромок. Сварочный ток подводится от вторичной обмотки вращающего­ся сварочного трансформатора (рис. 19) через электродные коль­ца /, разделенные изолятором 2. В месте схождения кромок электрическое сопротивление наибольшее, поэтому в этом месте происходят интенсивное выделение тепла и разогрев стыка до сварочной температуры. 'В сварочном трансформаторе ток, подводимый к первичной обмотке, преобразуется в ток большой силы, но меньшего нап­ряжения. Величина трансформации тока выражается коэффи­циентом к, который может быть равным 40 и более. Например, ток первичной обмотки трансформатора с напряжением 60— 200В может трансформироваться в сварочный ток напряжени­ем 1,5—5,0 В и силой 38000 А. Сдавливание разогретых кромок производится сжимающими валками 5. С трубоформовочного стана заготовка 6 поступает в стан для сварки труб сопротивлением в формовочные валки 3, в которых имеется .направляющая шайба 4, обеспечивающая поступление заготовки в сварочные валки вверх стыком. После сварки труба 7 правится на правильной головке, входящей в состав трубоэлектросварочного агрегата. Сварку труб в среде инертных газов при­меняют для изготовления труб из высоколегированных сталей и сплавов, в первую очередь для нержавеющих труб, использу­емых в химической промышленности. В нашей стране этим способом изготовляют трубы наруж­ным диаметром 6—102 мм.