Бесшовные трубы - производство и применение

Бесшовные трубы – это продукт, с которым мы опосредованно имеем дело постоянно: когда открываем воду на кухне (водопроводные трубы – бесшовны), когда зажигаем газ (трубы в газопроводах высокого давления – тоже без швов).  Даже покупки домой в пластиковых пакетах, мы несем благодаря  им же, поскольку синтез полиэтилена происходит под высоким давлением и невозможен без подачи различных компонентов по бесшовным трубам.

Авиа- и автостростроение, нефтяная отрасль,  химическая промышленность – все они никак не могут обойтись без этого вида стального проката.

Везде, где требуется «держать» давление, не обойтись без бесшовных труб.

Как у всякого замечательного продукта, у стальных бесшовных труб есть и свой минус – достаточно высокая цена… которая тоже колеблется в  зависимости от технологии производства.

Поэтому имеет смысл разобраться с тем как производятся бесшовные трубы  и в каких условиях их лучше использовать.

О пользе гонки вооружений

Начнем с того, что самому своему появлению на свет технология изготовления бесшовных труб во многом обязана гонке вооружений XIX века, когда после Крымской и франко-прусской войн великие державы озаботились совершенствованием артиллерийских систем.

Пушки требовались все более мощные и дальнобойные, со все большей длиной ствола - но имевшиеся тогда технологии литья и сверления подошли по этой части к пределу своих возможностей еще в 70-х годах XIX века. Изготовленные по таким технологиям стволы длиной более 2-х метров столь сильно теряли в точности стрельбы, что производить их не имело смысла.

Но тут подоспело открытие братьев Маннесман, которые в 1886 году в Германии на своем металлургическом заводе обнаружили эффект, который лег в основу производства горячекатаных бесшовных труб.  

Оказалось, что когда круглая металлическая заготовка при движении по своей оси, подвергается обработке конусными валками, вращающимися в одну сторону в вертикальной плоскости под углом в 4–12 градусов, то в ее осевой части образуется небольшое отверстие. Которое потом раскаткой  можно увеличить до нужного диаметра.

На всемирной выставке 1889 года бесшовные трубы произвели фурор – американский изобретатель Томас Эдисон даже назвал способ их изготовления «самым удивительным открытием века».

Разумеется, что новая технология очень понравилась военным именно как способ изготовления орудийных стволов длиной в несколько метров (с соответствующим ростом мощности и дальности) – и гонка артиллерийских вооружений вышла на новый виток.

Однако нет худа без добра:  бесшовные трубы начали применяться и в гражданских отраслях. Очень скоро они обеспечили большие города надежными водопроводами,  химическую промышленность и судостроение (тогда еще паровое) – надежными трубопроводами, а геологов – возможностью добывать нефть с глубин в несколько сот метров.  Ну а потом – сами знаете…

Преимущества бесшовных туб

У бесшовных труб, кроме способности выдерживать высокое давление есть еще одно существенное преимущество – пластичность. При сгибании даже на большие углы бесшовные трубы без проблем выпрямляются без разрыва поверхности, в то время как их сварные аналоги при таких же нагрузках «лопаются» по шву или «ломаются» в месте сгиба. Именно поэтому столбы освещения вдоль дорог, столбики для дорожных знаков и т.п. – все, что может быть подвержено воздействию сил, способных «сломать» трубу, согласно существующим нормам должно изготавливаться из бесшовной продукции.

Кроме того, когда бесшовные трубы все-таки не выдерживают внутреннего давления, они не «раскрываются» по шву, а получают локальные разрывы, гораздо меньшие по площади. Это свойство стальных бесшовных труб сделало возможным прокладку трубопроводов высокого давления.

Как делают горячекатаные трубы?

Производство горячекатаных (их еще называют горячедеформированными) бесшовных труб осталось в принципе таким же, как и в XIX веке. Круглая заготовка подвергается воздействию валков, после которого в ее осевой части образуется небольшое отверстие.

Затем при помощи специальной оправки, установленной между валками площадь отверстия увеличивается до необходимых размеров, а его поверхность выравнивается. Чтобы удержать заготовку в нужном положении применяются направляющие линейки и непроводные (принудительно не проталкивающие) ролики.

Следующим этапом идет обработка на обкатном стане, это промежуточная операция перед окончательной обкаткой. Далее изделие поступает на непрерывный стан горячей прокатки. И последней стадией выступает холодная калибровка готовой продукции. При необходимости нарезается резьба. После чего следует контроль, упаковка и транспортировка или продолжение обработки  на стадии холодной прокатки.

Холодная прокатка – в чем суть?

Горячеформированные бесшовные трубы выступают как заготовки для холоднокатаных бесшовные трубы и проходят тщательный отбор.  Чтобы придать металлу необходимые свойства, его подвергают отжигу и обрабатывают (протравливают) кислотой, затем очищают щелочным раствором и просушивают. Кроме того, стальная труба омедняется либо фосфатируется, что улучшает свойства готовой продукции.

Затем нагретую до 500 градусов заготовку направляют на прокатный стан, который состоит

из подвижной клети и двух валков. Валки располагаются под определенным углом и, вращаясь в противоположные стороны, образуют калибр. В зависимости от угла наклона валков калибр может увеличиваться либо уменьшаться. При каждой изменяется диаметр трубы и толщина ее стенок, но зато возрастает их прочность и гладкость поверхностей. 

При производстве тонкостенных труб весь этот процесс полностью повторяется несколько раз (от отжига и травления до проката), что делает тонкостенные холоднокатаные трубы достаточно дорогостоящим продуктом.

По длине холоднодеформированные трубы бывают

мерными (4,5–9 м),

кратными мерным (1,5–11,5 м)

немерными

В последнем случае протяженность готового изделия варьируется в пределах 1,5–9 м. Кроме того, по соотношению внешнего диаметра и толщины стенок ГОСТ 8734-75  делит холоднодеформированные трубы на

особо тонкостенные - с отношением диаметр/стенка больше 50

тонкостенные – с отношением от 20,1 до 50

нормальные - с отношением от 20 до 9,1

толстостенные - с соотношением в диапазоне 5,5 — 9

особо толстостенными - с отношением внешнего диаметра к толщине стенок менее 5,5

Преимущества холоднокатаных труб

Холоднокатанные трубы могут выдерживать огромное (до нескольких тысяч атмосфер) давление, что позволяет использовать их при производстве не только вооружений, но и трубопроводов высокого давления, при монтаже тепловых и атомных электростанций. Требования в прочности горячекатаных труб гораздо скромнее – они должны держать давление до 200 атмосфер и использоваться могут в огромном большинстве случаев – в том числе и городских трубопроводах, двигателях внутреннего сгорания и т.д.

Прочность, состав, свойства и ГОСТы

В России бесшовные трубы по степени прочности условно делятся на 6 классов, а именно:

     1 класс — трубы пригодны для прокачки  жидких и газообразных веществ при низком давлении или в поливных системах. Из них могут также сооружаться строительные леса, ограждения и т. п.

     2 класс — такие трубы можно использовать в трубопроводах низкого и среднего давления,  для транспортировки газа,  воды и нефтепродуктов малой вязкости.

     3 класс — изделия для работы в условиях высоких давлений и температур: в котлах отопления, в установках нефтяного крекинга, в трубопроводах на АЭС.

     4 класс — толстостенные трубы, выдерживающие большую нагрузку на скручивание. Используются при буровых работах , эксплуатации нефтяных месторождений и пр.

     5 класс – трубы, предназначенные для используется в транспортном машиностроении: при производстве вагонов, автомобилей, мостовых кранов, буровых  вышек.

     6 класс – трубы-заготовки для изготовления подшипников, цилиндров насосов и т. п.

Кроме того, по предпочтительным параметрам ГОСТ 8731 делит трубную  продукцию на  несколько групп -  A, Б, В, Г и Д.

Каждая из этих групп изготавливается из определенных марок сталей. У одних групп нормируется химический состав стали, у других – механические свойства готового изделия, а у "Д" – гидравлическое испытательное давление.

Что еще определяют ГОСТы?

Для холоднокатаных труб ГОСТ 8734-75 определяет еще допустимые отклонения в кривизне, сечении и разной толщине стенок. Согласно ГОСТу возможна незначительная овальность и разница в толщине стенок труб. Если эти отклонения не выходят за пределы этих допусков, указанных в ГОСТе, то все в порядке. Что же касается возможной кривизны трубы, то она не должна превышать на погонный метр изделия

     3 миллиметров для труб диаметром от 4 до 8 мм.

     2 миллиметров для труб в диапазоне диаметров 8 — 10 мм.

     1,5 миллиметра для труб диаметром свыше 10 мм.

Фактически ГОСТы 8734-75 и 8732-78 определяют и сортамент холоднокатаных и горячедеформированных труб в виде зависимости их веса от внешнего диаметра и толщины стенки. Вот так будет выглядеть эта зависимость для горячедеформированных изделий:

Зная определения ГОСТов можно уже разобраться и в маркировке труб, которая может быть, например  вот такой:

Это означает, что перед нами партия холоднокатаных труб, изготовленных в соответствии с требованиями ГОСТ 8734-75  с наружным диаметром 70 мм., толщиной стенки 2 мм., длиной кратной 1250 мм. Изготовлены они из стали марки 20 с поставкой по химическому составу по ГОСТ 8733-74 для изделий группы Б.

В принципе этой информации должно быть достаточно для того, чтобы правильно определить возможную сферу применения таких труб – и не переплачивать за более дорогостоящие сорта.

Видео по теме:

Недостаточно прав для комментирования