Бесшовные трубы изготавливают горяче- и холоднокатаными, а также холоднотянутыми из различных углеродистых, легированных и высоколегированных марок стали: хромоникелевых, хромомолибденовых, марганцовистых, коррозионно-стойких и других, удовлетворяющих требованиям жаропрочности, кислотоупорности и пр. Трубы изготавливают:

  1. прошивкой целой (круглой) заготовки (слитка) в пустотную, толстостенную гильзу; этой операции предшествует подготовка (приемка, зачистка, раскрой по длине, центровка) и нагрев заготовок;
  2. прокаткой гильзы в готовую трубу или в полупродукт для дальнейшей обработки на отделочных станах;
  3. отделкой готовых труб.

Кроме порезки, правки, снятия фасок и отделки, наносят резьбу, осуществляют другие виды и конструкции соединений труб в зависимости от их назначения, а также проводят оцинкование, лакирование и плакирование различными защитными материалами.

Прошивка заготовки в гильзу

Толстостенные гильзы для производства труб изготавливают прошивкой на прошивных станах поперечно-винтовой (косой) прокатки или на прессах (для высококачественной стали), отливкой на центробежной машине или высверливанием на станках.

По форме валков прошивные станы подразделяют на три типа: с бочкообразными валками (валковые); с грибовидными валками (грибовидные); с дисковыми валками (дисковые). В валковых прошивных станах горизонтальные оси валков расположены под углом 5—12° к оси прокатки и с перекосом одна относительно другой. В грибовидных прошивных станах валки установлены в горизонтальной плоскости под углом 30°, в вертикальной 7,5° к оси прокатки. Рабочие валки изготавливают с двойной конусностью (бочка имеет форму двух усеченных конусов, сложенных вместе большими основаниями). В дисковых станах валки насажены по два параллельных вала, вращающихся в одном направлении.

Рассмотрим последовательность операций при прошивке заготовок в гильзу на валковом прошивном стане. С поверхности исходной заготовки удаляют поверхностные дефекты. Нагретую в печи заготовку передают па наклонную решетку, по которой она скатывается в вводной желоб стана. При своем движении заготовка надвигается на неподвижную оправку и прошивается ею, поэтому стан поперечно-винтовой прокатки называют прошивным. Поступающая в валок заготовка имеет одновременно два движения: вращательное и поступательное, причем последнее происходит вследствие Наклона валков. В процессе прокатки в заготовке возникают внутренние напряжения, которые приводят вначале к разрыхлению частиц вблизи центра прокатываемой заготовки, а затем, по мере продвижения по очагу деформации, к образованию внутренней полости сравнительно небольшого диаметра. Для получения внутреннего отверстия нужного диаметра и ровной поверхности прокатку производят с применением оправки. Оправку в виде стержня с пробкой на конце устанавливают между валками на пути движения заготовки. Задний конец стержня укреплен в специальном упоре. При движении вперед прокатываемая заготовка надвигается на оправку, при этом происходит расширение и выравнивание внутреннего отверстия. Прошивка заготовок на прошивных станах с грибовидными и дисковыми валками производится также с применением оправок. На этих прошивных станах гильзы получаются более длинные и тонкостенные.

Слитки прошивают в следующей последовательности: нагретый до 1250—1300°С слиток по рольгангу передают к прошивному прессу и далее толкателем сталкивают на приемные рычаги механизма загрузки, которые, опускаясь под колонны пресса, устанавливают слиток на приемный стол. Контейнер наезжает на слиток и пуансон прошивает его в толстостенный стакан с донышком. При ходе контейнера и пуансона вперед на внутреннюю поверхность матрицы и на головку пуансона подается распыленная смазка, а при обратном ходе — вода для охлаждения.

Схема прошивки гильз в прессах

После прошивки происходит извлечение пуансона и затем контейнер отодвигается в исходное положение (рис. 197).

Прокатка бесшовных труб на установках с пилигримовым (периодическим) станом

Исходным материалом для получения бесшовных труб служат слитки круглого сечения массой 1—3 т, а для труб ответственного назначения — катаная или кованая круглая заготовка.

На установках с пилигримовым станом прокатывают трубы круглого, квадратного и других сечений из углеродистых, низко- и среднелегированных сталей наружным диаметром от 48 до 650 с толщиной стенки от 2,25 до 50 мм и более; в большинстве случаев диаметр прокатываемых труб составляет более 140 мм со стенками толщиной не менее 7—8 мм. Длина труб, поставляемых с пилигримовых установок, обычно не превышает 22 м. Технологический процесс производства труб на современных трубопрокатных установках с пилигримовыми станами состоит из осмотра и подготовки слитков, нагрева их до 1200—1250°С в методической печи. Нагретый слиток транспортируют на прошивную валковую клеть с диаметром валков 450—1000 мм. При получении толстостенной гильзы продольная деформация (вытяжка) на этой клети составляет 1,5—2,0. Обычно один прошивной стан обслуживает два пилигримовых (рис. 198).

Схема расположения оборудования при прокатке труб на пилигримовых станах

Процесс прокатки на пилигримовом стане следующий (рис. 199). В первый период прокатки гильза при помощи подающего аппарата подается вперед и одновременно поворачивается на 90° вокруг своей оси. Положение I показывает второй период, когда валок захватывает участок гильзы, надетый на оправку. После этого начинается третий период — раскатка захваченной заготовки, которая производится в основном рабочим конусом (положение II); окончательное же выравнивание неровностей и сглаживание поверхности трубы производятся полирующей частью калибра (положение III). Начиная с момента захвата до конуса прокатки (положение III) гильза и оправка двигаются назад. При дальнейшем вращении валков труба переходит в выпускную часть калибра (положение IV) и весь цикл начинается сначала и повторяется до тех пор, пока гильза не будет прокатана в трубу. Суммарная продольная деформация составляет 8—12.

Схема прокатки на пилигримовом стане

Трубы, прокатываемые на пилигримовом стане, отличаются гладкой внутренней поверхностью, вследствие чего часто употребляются в том же виде, в каком выходят из стана. Если к трубам предъявляют более повышенные требования в отношении точности диаметра и толщины стенки, то они после обрезки на пилах нераскатанной части гильзы и переднего конца подаются в подогревательную печь. Затем труба поступает на обкатной и калибровочный станы.

В современных установках в качестве калибровочного устанавливают пятиклетьевой непрерывный стан. После прокатки в калибровочном стане трубу подвергают правке в горячем состоянии на правильных машинах с гиперболоидальными валками и она поступает на охлаждение. Затем трубы проходят отделочные операции.

Прокатка бесшовных труб на установках с автоматическим станом

Автоматические станы применяют для прокатки бесшовных труб. На них прокатывают трубы следующих размеров: на больших станах (типа 400) — трубы диаметром 127— 426 мм; на средних (типа 250) — диаметром 76—250 мм и па малых (типа 140) — диаметром 70—140 мм.

Схема производства труб на установке с автоматическим станом

При производстве труб больших размеров гильзу прокатывают в двух прошивных клетях с промежуточным нагревом перед окончательной прокаткой в чистовой клети. Для труб малых размеров применяют промежуточный нагрев и редуцирование (рис. 200). После удаления поверхностных дефектов круглую заготовку снова нагревают до температуры 1180—1200 °С в печах (кольцевых или с наклонным подом) и выдают к приемному желобу перед прошивным станом. В валки прошивного стана заготовку подают толкателем.

Особенностью больших автоматических станов является наличие двух прошивных клетей и печи для нагрева гильз перед прокаткой их в трубы в чистовой (раскатной) клети.

В этом случае заготовку, поданную на передний стол первой прошивной клети, пневматическим вталкивателем задают в валки для прошивки ее на оправке в толстостенную гильзу. Дальнейшее уменьшение толщины стенки гильзы производят во второй прошивной клети. После этого гильзу выбрасывают на наклонную решетку и передают на передний стол чистовой клети для прокатки в трубу. В случае прокатки тонкостенных труб гильзы после второй прошивки имеют сравнительно низкую температуру. Поэтому перед прокаткой этих гильз в чистовой клети их нагревают в специальной печи. После чистовой клети трубу передают на передний стол, выбрасывают на наклонную решетку и передают к обкатной машине. При прокатке в последней уменьшают разиостенность трубы, устраняют местные утолщения, а также сглаживают внутреннюю и наружную поверхности. Обычно для обкатки труб на автоматических станах устанавливают две клети. После обкатки трубы поступают в калибровочные клети для окончательной калибровки сечения и получения заданного наружного диаметра. Далее трубы поступают на холодильник, затем их правят на правильных машинах. После правки они поступают в пролеты отделки, где их осматривают, устраняют поверхностные дефекты, обрезают концы, разрезают на мерные длины, нарезают резьбу на концах, испытывают и красят.

Средние и малые автоматические станы отличаются от больших тем, что имеют по одной прошивной клети и не имеют печей перед чистовыми клетями. На малых автоматических станах обычно производят редуцирование труб, для чего на этих станах устанавливают редукционные клети и печь для нагрева.

Для прошивки заготовки в гильзу наибольшее распространение получили валковые прошивные клети. Главная линия прошивной клети автоматического стана состоит из рабочей клети, имеющей бочкообразные валки, универсальных шпинделей, шестеренной клети редукторного типа, зубчатой муфты удлиненного типа и электродвигателя. Со стороны задачи заготовки в валки рабочая клеть оборудована вводным желобом и пневматическим вталкивателем заготовки в валки, проходящим через отверстие в шестеренной клети. С выходной стороны рабочая клеть оборудована задним столом, упорным подшипником и выбрасывателем гильзы на наклонную решетку.

На практике применяют два типа рабочих валков прошивных клетей: имеющие входной и выходной конусы одинаковой длины и имеющие входной конус короче выходного. Для последнего типа наибольший диаметр валка смещен в сторону конуса прошивки на 25—80 мм. Такие валки в последнее время получили широкое распространение. Это объясняется тем, что большая длина выходного конуса в сочетании с правильной калибровкой оправки обеспечивает получение гильз с чистой поверхностью, точными геометрическими размерами и с большей степенью расширения. Вместе с тем уменьшенная длина конуса прошивки, как показывает практика, вполне достаточна для обеспечения нормальных условий захвата заготовки и процесса прошивки.

В прошивных клетях можно получать необходимые размеры гильзы из заготовки различного диаметра, не меняя калибровки валков.

Для улучшения наружной и внутренней поверхностей трубы, устранения неровностей и рисок, а также для уничтожения овальности и уменьшения разностенности трубы обрабатывают в клети обкатной машины, конструкция которой аналогична прошивной клети. Оба валка установлены на четырехрядных роликовых подшипниках и состоят из кованых стальных осей и чугунных съемных бочек. Наклон рабочих валков обеспечивается в соответствии с расположением гнезд подшипников в подушках.

Увеличение диаметра трубы при обкатке обычно достигается расширением трубы на оправке и лишь частично раскаткой ее стенки, поэтому диаметр оправки должен быть на 1—6 мм больше внутреннего диаметра трубы после прокатки в чистовой клети (большие величины относятся к трубам малого диаметра и тонкостенным). Для улучшения качества трубы в настоящее время принимают повышенные обжатия при обкатке, что определяет требования к профилю инструмента, конструкции и приводу обкатной клети.

После обкатки трубы калибруют, в результате чего получают окончательные размеры. Калибровку труб производят в непрерывной группе, состоящей из 3—7 двухвалковых клетей с индивидуальным приводом валков каждой клети. Калибровочные клети устанавливают на общей раме с наклоном попеременно в разные стороны под углом 45° к горизонту, соседние клети образуют между собой угол 90°.

Дальнейшее уменьшение диаметра труб производят в редукционных клетях, установленных непрерывно. Грубы после прокатки в таких клетях в горячем состоянии называют редуцированными. Трубы при редуцировании прокатывают без оправки, при этом происходит уменьшение диаметра трубы на 10—60 % и соответствующее ее удлинение. Толщина стенки прокатываемой трубы в зависимости от способа прокатки может увеличиваться, уменьшаться или оставаться неизменной. По конструкции редукционные станы разделяют на несколько типов, отличающихся между собой числом валков, образующих калибр, расположением клетей, креплением в них валков и типом привода валков. Прокатка труб в редукционных станах заключается в предварительном нагреве труб до 950—1000 °С и проходе ее без оправки через стан, при этом ее диаметр уменьшается до требуемых размеров. На современных редукционных станах имеется возможность редуцирования труб диаметром до 170 мм. Минимальный диаметр трубы после редуцирования составляет 30 мм и менее. Четырехвалковые станы редуцируют трубы диаметром до 17 мм.

Редуцированные трубы отличаются от прокатанных главным образом повышенной продольной разностенностью. Поэтому их используют в основном как заготовку для стана холодного волочения.

Успехи, достигнутые в области калибровки валков редукционных станов, позволили в последнее время значительно расширить область применения этих труб.

Трубопрокатный агрегат с трехвалковым агрегатным станом

Прокатка на агрегатах с трехвалковым раскатным станом является одним из способов получения труб повышенной точности. По толщине стенки труб точность больше в 2,0—2,5 раза, чем у труб, прокатываемых на автоматических станах.

Агрегаты с трехвалковыми раскатными станами применяют при прокатке толстостенных труб из легированной и углеродистой стали диаметром 40—200 с максимальной толщиной стенки 45—50 мм и длиной 4—9 м.

Трубопрокатный агрегат 160 с трехвалковым раскатным станом состоит из нагревательной печи с клещевым вращающимся подом, прошивного стана, трехвалкового раскатного стана, оправкоизвлекателя, печи промежуточного нагрева, трехвалкового и пятиклетьевого калибровочного станов, холодильника и правильных станов (рис. 201).

Схема расположения оборудования трубопрокатного агрегата 160 с трехвалковым раскатным станом

После прошивного стана раскат трубы на длинной оправке подают в трехвалковый раскатной стан, где осуществляется сглаживание ее наружной поверхности и обеспечивается равномерная толщина стенки.

Схема прокатки в чистовой клети трехвалкового стана

Валки раскатной клети (рис. 202) состоят из четырех участков конуса захвата 1, гребня 2, раскатного или калибрующего конуса 3 и выходного конуса 4. Высота гребня зависит от диаметра и толщины стенки прокатываемых труб; она определяет в основном величину обжатия гильзы по стенке. При захвате гильза получает вращательное и поступательное движения вследствие перекоса валков, определяемого углом подачи. В этом случае, как и для валковой прошивной клети, окружная скорость может быть разложена на составляющие: осевую и тангенциальную, лежащую в плоскости, перпендикулярной оси гильзы. Осевая составляющая окружной скорости каждого валка обеспечивает продольное движение гильзы, а тангенциальная — вращательное. Величина осевой составляющей определяется углом подачи. С увеличением угла подачи скорость продольного движения гильзы увеличивается. При движении гильзы (после захвата) вследствие наклонного положения валков относительно оси прокатки происходит ее редуцирование по диаметру.

Трехвалковая раскатная клеть имеет самостоятельные электродвигатели для регулировки положения каждого валка относительно оси прокатки. Работа всех трех электродвигателей синхронизирована. Для прошивки труб широкого диапазона размеров применяют обычно валки диаметром 250—500 мм. При изменении угла подачи необходимо делать перевалку и устанавливать валки в подушки с другим углом наклона. Обычно применяют два комплекта подушек с углами наклона 3 и 6°.

Трехвалковая калибровочная клеть аналогична по конструкции раскатной клети. Основным преимуществом трехвалковой калибровочной клети по сравнению с обычными двухвалковыми является возможность калибровки труб с более высокой точностью и различных диаметров на одних рабочих валках. Рабочие валки трехвалковой калибровочной клети имеют те же размеры, что и валки раскатной клети, но особую калибровку. Калибровка труб осуществляется редуцированием без оправки путем свободной поперечной прокатки.

Прокатка труб на непрерывных станах

Способ непрерывной прокатки труб на станах специальной конструкции получил за последнее время широкое распространение (рис. 203). В настоящее время разработан ряд непрерывных трубопрокатных станов с различным составом оборудования и технологическим процессом прокатки труб. Крупнейшие предприятия нашей страны по производству стальных бесшовных труб построены целиком на базе нового отечественного оборудования, характеризующегося высокой степенью механизации и автоматизации, поточностью и непрерывностью технологического процесса.

Схема прокатки труб на непрерывном стане

В качестве примера рассмотрим трубопрокатный агрегат с непрерывным станом 30-102, предназначенный для производства относительно тонкостенных бесшовных труб диаметром 30—102 мм (рис. 204). Размеры заготовок и готовых труб, получаемых на этом агрегате, приведены в табл. 18.

Размеры заготовок и готовых труб трубопрокатного агрегата 30-102

Технологический процесс прокатки осуществляют следующим образом. Пакеты круглых катаных заготовок длиной 6—12 м подают краном на качающиеся загрузочные решетки секционных печей скоростного нагрева, где их нагревают до 1100—1250 °С. На выходе из печи заготовку разрезают делительными ножницами на мерные части, которые подают к пневматическому зацентровщику и далее к вводному желобу прошивного стана.

Схема расположения оборудования агрегата 102 с непрерывным станом

Далее толкателем заготовку задают в валки прошивного стана. Конструкция клети обеспечивает ее небольшую массу и повышенную жесткость, что определяет минимальную разностенность гильз при высоких скоростях прошивки (до 7,9 м/с). Далее гильзу подают в желоб перед непрерывным станом: в нее вводят оправку длиной 19,5 м, диаметр которой определяет внутренний диаметр трубы в процессе прокатки на непрерывном стане. Гильзу с оправкой задают в валки девятиклетьсвого непрерывного стана, где осуществляют прокатку. Полученные трубы после освобождения от оправок поступают по рольгангам к решетке и по одной направляют либо в 11-клетьевой калибровочный, либо в 19-клетьевой редукционный станы, работающие с некоторым натяжением раската между клетями.

Перед калибровочным станом трубы поштучно нагревают до 920—950 °С в индукционной подогревательной печи. Концы труб после станов обрезают на дисковых пилах; затем трубы подают к стыкосварочной машине, где стыкуют в секции длиной до 35 м. Стыкованные попарно секции подают ко второй стыкосварочной машине, где каждую из них приваривают к концу бесконечной редуцируемой трубы. Для безостановочной работы редукционного стана за второй стыкосварочной машиной установлены петлевое устройство и правильная машина, обеспечивающие работу стана в момент стыкования отдельных секций. Перед прокаткой на редукционном стане трубы подогревают в индукционной печи до 920—950 °С.

По выходе из редукционного стана бесконечную трубу разрезают на летучих ножницах на мерные длины и транспортируют к холодильнику. После охлаждения трубы поступают на шесть поточных линий отделки, где их подвергают правке, обработке торцов, дефектоскопии и в зависимости от назначения термической обработке.

Производство труб на установках с реечными станами

На реечных станах изготовляют трубы диаметром 57—219 и толщиной стенки 2,5—15 мм и более. Если же на стане имеются редукционные клети, то можно изготовлять трубы диаметром до 17 мм.

Исходным материалом для изготовления труб на реечных станах являются катаные заготовки квадратного сечения. Заготовки нагревают в методических печах или в печах с вращающимся подом до 1260—1300 °С. После нагрева их прошивают в гильзы с донышком (стаканы) обычно на вертикальном гидравлическом прессе. Затем в гильзу вводят длинную оправку и подают к реечному стану, в котором ее проталкивают через ряд колец или роликовых обойм (в станах последних конструкций) постепенно уменьшающегося диаметра.

Полученную трубу вместе с оправкой подают в обкатную клеть, где между оправкой и трубой образуется зазор, достаточный для извлечения оправки на цепном оправкоизвлекателе.

Агрегаты для прессования труб

За последние годы большое распространение получило производство стальных труб прессованием. Этот способ обусловлен возрастанием потребности в трубах из высоколегированной и малопластичной стали, прокатка которых затруднительна или совсем невозможна. Способом прессования получают биметаллические трубы с одно- и двусторонним полировочным слоем.

В отечественной трубной промышленности применяют горизонтальные гидравлические прессы усилием 16,00 и 31,50 МН продукцией которых являются трубы и трубчатые профили следующих размеров:

таблица

Технологический процесс прессования следующий (рис. 205). Исходным материалом для производства труб способом прессования является катаная заготовка круглого сечения диаметром 100—270 мм, длиной 2—7 м из коррозионно-стойких жаропрочных и других высоколегированных марок стали и сплавов. После резки заготовки подают в индукционную печь, где нагревают до температуры 1100 — 1200°С, а затем в прошивной пресс. Перед укладкой в контейнер прошивного пресса заготовки покрывают жидким стеклом.

Последовательность операций при прессовании трубы из гильзы

На гидравлическом вертикальном прошивном прессе усилием 900 т заготовку предварительно прошивают в полую гильзу (I). После этой операции гильзы подают в кольцевую соляную ванну с электронагревом, где в зависимости от марки стали они подогреваются до температуры 1100— 1200°С. Из соляной ванны нагретую гильзу подают на передаточную тележку, где очищают от избыточной соли и покрывают волокнистым стеклом. После такой предварительной подготовки поверхностей гильзу подают в контейнер гидравлического горизонтального пресса и проталкивают до упора в матрице (II). В отверстие гильзы вводят трубную оправку, которая образует с матрицей кольцевую щель. Через нее усилием пресс-штемпеля впрессовывают трубу или соответствующий фасонный профиль (III). Выпрессованная труба поступает на выходную сторону пресса, где с помощью дисковой пилы обрезают пресс-остаток и отделяют пресс-шайбу (IV). После этого трубу термически обрабатывают и отделывают.