Технология металлов и материаловедение
Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф., Третьяков А. В., Китаев Я.А., Филькин В.М., Шевченко А.А., Усов Г.А.
Металлургия , 1987 г.
Глава IV. ПРОИЗВОДСТВО ТРУБ И СПЕЦИАЛЬНЫХ ПРОФИЛЕЙ
1. Сортамент и способы производства труб
Производство труб значительно отличается от остальных видов прокатного производства не только в форме готового изделия, по также и тем, что большая часть труб является продуктом вторичного передела проката основных видов — круглой и плоской заготовки.
Трубы классифицируют по методу производства и применения. Для изготовления труб из черных металлов применяют четыре основных способа: прокатку, прессование, литье, сварку или пайку.
Качество труб, получаемых прокаткой, прессованием и сваркой, значительно выше, чем литых труб, так как при обработке давлением свойства материала труб улучшаются.
По применению трубы подразделяют на следующие группы.
1) для сооружения трубопроводов (нефте -, водо -, газопроводов);
2) для передачи тепла (жаровые, дымогарные, кипятильные, паропроводные и др.);
3) трубы, используемые в машиностроении (шарикоподшипниковые, автотракторные, авиационные, велосипедные);
4) трубы, применяемые при бурении скважин и колодцев (бурильные и обсадные);
5) трубы специального назначения (орудийные, баллонные, для холодильников). В зависимости от назначения к трубам предъявляют различные требования, которые оговариваются в ГОСТ и технических условиях.
Трубы характеризуют внутренним и наружным диаметрами, толщиной стенки и длиной, а также качественными особенностями — материалом, способом изготовления, механическими свойствами и т. д. Большинство труб имеет круглое сечение, однако в некоторых случаях изготавливают профильные трубы — квадратные, плоские и различные фасонные.
Общая схема процесса производства бесшовных труб процессами ОМД предусматривает две основные операции:
1) получение толстостенной гильзы из слитка или заготовки — эту операцию называют прошивкой;
2) получение из гильзы готовой трубы.
Первую операцию выполняют в большинстве случаев на прошивных прокатных станах, но иногда для прошивки заготовки применяют прессы. Вторую операцию выполняют на трубопрокатных раскатных станах различных конструкций.
Кроме указанных основных операций, имеются еще дополнительные отделочные операции. Они необходимы для получения более чистой поверхности и более точных размеров труб, а также для уменьшения толщины стенки и диаметра.
Уменьшение диаметра труб с 60—70 до 10 мм называют редуцированием и осуществляют на редукционных станах. При редуцировании толщина стенки трубы может несколько увеличиться, уменьшиться или остаться без изменения. Основное назначение редуцирования определяется прежде всего тем, что экономически невыгодно, а в отдельных случаях даже и невозможно получать трубы диаметром менее 60—70 мм на первичных трубопрокатных станах. Кроме того, редуцирование применяют также для производства труб большой длины, которые нельзя получить на трубопрокатных станах.
Горячей прокаткой с последующим редуцированием можно получить трубы диаметром 10—20 мм, со стенкой толщиной 2— 2,5 мм. Дальнейшее уменьшение этих размеров может быть достигнуто холодной обработкой на станах холодной прокатки труб и холодным волочением.
При производстве сварных труб исходным материалом служит прокатная,полоса — штрипс. Процесс изготовления труб в этом случае состоит из получения заготовки в виде свернутой полосы и последующей сварки шва. Шов можно выполнять встык и внахлестку.
Получили распространение сварные трубы большого диаметра сверткой из рулонной листовой стали на станах спиральной сварки труб. Такое название эти станы получили потому, Что сварной шов на трубах в этом случае проходит не по прямой» а по спирали.
2. Трубопрокатные станы
Все трубопрокатные станы можно подразделить на три группы! прошивные, раскатные и отделочные.
Прошивные станы бывают с бочковидными, грибовидными и дисковыми валками (см. рис. 240).
Прошивной стан с бочковидными валками имеет два рабочих валка с двойной конусностью диаметром от 450 до 1000 мм. Оба валка расположены в горизонтальной плоскости, причем их оси в вертикальной плоскости наклонены друг к другу на угол, который можно регулировать от 5 до 18° и более (угол подачи).
При прошивке круглой заготовки оба валка вращаются в одном направлении. Для удержания металла в очаге деформации имеются две направляющие линейки, расположенные в вертикальной плоскости, или два неприводных ролика.
Заготовка, поступающая в валки, совершает сложное, вращательное и поступательное движение (вследствие наличия угла подачи).
При винтовой прокатке в валках с двойным конусом в металле возникают растягивающие и касательные напряжения, причем растягивающие радиальные напряжения достигают значительных величин и вызывают образование полости сравнительно небольшого диаметра, с неровными стенками. Для получения внутреннего отверстия нужного диаметра и с ровной поверхностью прокатку проводят на оправке — конусообразном инструменте, устанавливаемом на конце стержня между валками на пути движения заготовки. Стержень с оправкой устанавливают в специальном упоре. При движении вперед заготовка надвигается на оправку — прошивается, при этом происходит расширение и выравнивание прошитого отверстия.
Заготовку для такого стана, обычно круглого сечения, нагревают в методических печах, откуда ее выдают на рольганг. С рольганга заготовка поступает в приемный желоб, по которому с помощью толкателя подается в валки прошивного стана. При выходе из валков гильза находится на стержне и снимается со стороны его заднего конца после открытия замка.
Толстостенные гильзы, полученные на различных прошивных станах, прокатывают в тонкостенные трубы в горячем состоянии на раскатных станах — пилигримовых, автоматических, непрерывных и трехвалковых. Название трубопрокатного агрегата определяется типом раскатного стана, например, трубопрокатный агрегат с автоматическим станом.
Пилигримовый стан состоит из двухвалковой клети и подающего механизма. Направление вращения валков в этом стане противоположно движению заготовки. Металл обжимается в калибре переменного сечения только за полуоборот валков. В следующий полуоборот заготовка проходит между валками без обжатия.
Рабочий процесс прокатки труб на пилигримовом стане (рис. 284) состоит в следующем: в поступающую с прошивного стана толстостенную гильзу / пропускают оправку 2 подающего механизма, причем длина оправки больше длины гильзы. Гильза вместе с оправкой медленно перемещается подающим механизмом к валкам. Как только металл достигает валков, зев калибра 3 захватывает часть гильзы (рис. 284, а) и обжимает ее своей рабочей частью (рис. 284, б). Во время прокатки валки стремятся вытолкнуть гильзу с оправкой назад, однако этому препятствует подающий механизм. Более того, сам механизм с малой скоростью непрерывно движется вперед. Конец оправки связан с поршнем пневматического цилиндра. После полуоборота валков гильза выходит из рабочей части калибра и становится свободной. В течение следующего полуоборота приведенный в движение поршень быстро толкает вперед оправку с гильзой, которые при этом движении поворачиваются относительно их продольной оси на 90° (рис. 284, в), и затем валки захватывают новую часть гильзы. Подающий механизм в течение одного оборота валков перемещается вперед на расстояние от 8 до 25 мм. Процесс продолжается до тех пор, пока не будет прокатана вся гильза. По окончании прокатки валки разводят и подающий механизм обратным ходом вытягивает оправку из трубы. Освобожденная труба отводится задним рольгангом к горячей пиле, где отрезают так называемую нильгерную головку.
Внутренний диаметр раскатанной трубы практически равен диаметру оправки, а ее наружный диаметр — диаметру калибра. На периодических станах можно получать трубы с наименьшим наружным диаметром 45 мм.