Труба стальная бесшовная: технология производства и особенности применения

Труба бесшовная стальная – продукция сплошного трубного металлопроката, которую производят на специальных трубопрокатных станах. Имеет значительно более высокие показатели устойчивости к внешним воздействиям, прочности и надежности, чем аналогичные сварные конструкции. Несмотря на распространение полимерных изделий, по-прежнему востребована при сооружении трубопроводов, строительстве, машиностроении и других сферах.

Бесшовные трубы имеют высокие прочностные характеристики и востребованы в самых разных отраслях

Как производят бесшовные трубы

Бесшовную трубу промышленные предприятия выпускают, применяя различные сочетания металлов и сплавов, в зависимости от предназначения изделия. Производство осуществляется четырьмя основными методами:

1. Волочением.
2. Ковкой.
3. Прессовкой.
4. Прокаткой.

Используемые в качестве исходного материала для горячедеформированных труб изделия могут быть:

• коваными заготовками;
• непрерывно литыми заготовками;
• подготовленными трубными заготовками;
• слитками мартеновского проката.

Труба стальная бесшовная горячедеформированная производится путем выполнения нескольких технологических операций.

На начальном этапе штанга, круглая в сечении заготовка, преобразуется в гильзу. Делают это с помощью прессов или специальных станов с грибовидными, дисковыми или конусными валками. Заготовку направляют вдоль осей, обработка производится вращающимися в одном направлении рабочими инструментами, расположенными в вертикальной плоскости с наклоном в 4-12º.  В ходе обработки заготовки происходит сокращение площади ее поперечного сечения и образование небольшого отверстия в осевой части.

Один из способов производства бесшовных труб — метод горячей прокатки

Специальной оправкой, установленной между валками, корректируются размеры отверстия изделия и выравнивается его поверхность. При этом специальными направляющими линейками и непроводными роликами заготовка удерживается в требуемом положении. Проводя изначальный подогрев заготовки до 50º С, ей придают требуемую для обработки пластичность.

На обкатном стане размеры готовой гильзы снова подвергаются корректировке. Перед передачей на окончательную обкатку, ей задаются параметры разностенности и овальности. После чего изделие оказывается на непрерывном стане горячей прокатки, откуда поступает на холодную калибровку

Холоднодеформированные изделия, отличающиеся повышенным качеством, проходят тщательную обработку. Еще на стадии подготовки проводится тщательный отбор заготовок. Дальнейшая подготовка к обработке включает процедуру отжига. Прошедшее отжиг, сырье поступает на травление – обработку кислотой. Для нейтрализации последствий травления и очистки от его остатков трубу обрабатывают с помощью щелочного раствора, после чего просушивают. Для дальнейшего улучшения свойств трубы проводят фосфатирование или омеднение.

На прокатном стане, составляемом прокатной клетью и двумя расположенными под заданным углом и вращающимися в противоположные стороны валками, производится образование калибра. Размеры калибра в сторону увеличения или уменьшения задаются изменением угла наклона валков. При движении прокатной клети к обрабатываемой заготовке, последняя оказывается между валками. А когда изменяется направление, то происходит обжатие. В процессе одной прокатки изменяют такие размеры, как величину диаметра и толщины стенок трубы. Производя тонкостенную продукцию, процесс дублируют, снова отжигая и протравливая заготовку. После этого следует окончательная отделка изделия.

Трубы, формируемые в холодном виде, называются холоднокатаными

Классификация бесшовных стальных труб

Изделия отличают, в первую очередь, по методу трубопроката, в зависимости от чего они могут быть:

• горячедеформированными (горячекатаными). Выпуск такой продукции регламентирован ГОСТом 8732-78;
• холоднодеформированными (холоднокатаными). Сортамент задается ГОСТом 8734-78.

ГОСТом задаются возможные размеры выпускаемых труб, а показатели веса трубы бесшовной зависят от ее диаметра и толщины стенок. В отношении длины, то ее различают (указаны данные только для толстостенных труб):

• мерную – 4,5 – 9 м;
• немерную – 1,5 — 11,5 м;
• кратную мерной – 1,5 – 9 м, прибавляя пятимиллиметровый припуск на каждый рез.

Отношением размеров наружного диаметра и толщины стенок задается деление бесшовных изделий на три вида. Они могут быть:

1. Особо тонкостенными.
2. Тонкостенными. Значение диаметра больше значения толщины стенок от двенадцати с половиной до сорока раз.
3. Толстостенными. От шести до двенадцати с половиной раз.
4. Особо толстостенными. До шести раз.

В сортамент бесшовных труб входят изделия с толстыми и особо толстыми стенками

Толстостенные и особо толстенные бесшовные трубы принято подвергать дополнительной термической обработке для придания дополнительной устойчивости к давлению рабочей среды магистрального трубопровода или иных коммуникаций.

По качественным характеристикам горячекатаную бесшовную продукцию делят на пять групп, обозначая буквенными индексами:

1. А – с нормированными свойствами механического характера;
2. Б – с нормированным химическим составом;
3. В —  с произведением контроля над свойствами механического характера и химическим составом;
4. Г. Химический состав нормируется, а свойства механического характера подвергаются процедуре контролирования, для которой предоставляются образцы.
5. Д. По отношению к свойствам механического характера и химическому составу производится нормирование, дополняемое процедурой гидроударного испытания для толстостенной продукции.

Стальные трубы разделяют на шесть классов, приняв за основу назначение изделия:

• 1-й. Стандартными и газовыми трубами пользуются, прокладывая ирригационные системы и кабельные линии, обнося объект ограждениями и строительными лесами, осуществляя локальным образом подачу и /или распределение жидкостей и газообразных смесей.
• 2-й. Ими производится оснащение магистральных трубопроводов, по которым транспортируются в качестве находящейся под давлением рабочей среды вода, газ, нефть и нефтепродукты, топливо и твердые тела.
• 3-й.  Востребованы системами, работа которых сопряжена с высокотемпературными режимами и высоким давлением рабочей среды.
• 4-й. Применяются при нефтеразведке и нефтедобыче обсадными, бурильными и вспомогательными.
• 5-й. Задействуются как элементы масштабных стальных конструкций типа мачт, опор, буровых вышек и мостовых кранов. Применяются транспортным машиностроением в качестве конструкционных труб. Задействуются при производстве мебели в виде ее элементов.
• 6-й. Эксплуатируются машиностроением, где из них получают цилиндры и поршни насосов, кольца валов и подшипников разных агрегатов, резервуары для работы под давлением. В зависимости от наружного диаметра их делят на три группы.

Бесшовные трубы используются при строительстве масштабных объектов

Диаметр стальных труб может быть:

• Малым – до 114 мм.
• Средним – 114-480 мм.
• Большим – от 480 мм. Выпускают бесшовные трубы диаметром и свыше двух с половиной метров.

Как определить массу бесшовной трубы

Определить точно вес трубы бесшовной горячедеформированной весьма важно, так как отпускается эта продукцию потребителю по стоимости, зависящей от этой величины. Так как именно стоимостью металла задается величина стоимости изготовленной из него продукции. С помощью специальных калькуляторов металла можно произвести необходимые расчеты для трех параметров:

• массы;
• длины;
• наружного диаметра.

Для горячекатаной продукции величина:

• наружного диаметра находится в диапазоне 25-700 мм;
• толщины стенок – 2,5 -75 мм;
• мерной длины – 9-12 м;
• немерной длины – 4-12 м.

Вес закупаемой партии трубного проката исчисляется, исходя из замеров:

• толщины труб;
• длины;
• наружного и внутреннего диаметра.

Вес труб напрямую зависит от их диаметра, как внешнего, так и внутреннего

Вес погонного метра можно посмотреть по ГОСТу или рассчитать самостоятельно. Для этого прибегают к упрощенной формуле: P = 002466 * S * (D — S). В формуле:

1. P – вес погонного метра;
2. S – толщина стенок;
3. D – наружный диаметр.

При определении веса стоит принимать в расчет стандартные показатели предельных допусков, устанавливаемых для габаритов труб. При длине, не доходящей до шести метров, допускается до десяти миллиметров припуска. Эту величину увеличивают в полтора раза при большей длине трубы и диаметре свыше 152 мм. При приблизительном расчете длины изделий предельный допуск может доходить до полуметра.

Для наружного диаметра горячекатаных труб до 219 мм допуски не должны превышать одного процента, при более высоких значениях допуск может оказаться выше на четверть.

Для толщины стенки горячедеформированной бесшовной трубы предельные допуски предусматриваются порядка десяти-пятнадцати процентов.

Преимущества и применение бесшовных стальных труб

Говоря о бесшовных металлических трубах, как правило, сразу указывают на высокую стоимость изделий, вызванную сложностью производственного процесса. Тем не менее, резкое повышение качества продукции, по сравнению со сварным трубопрокатом, не только окупает расходы, но и приносит значительные прибыли производителям ввиду высокой востребованности бесшовных труб.

Бесшовные трубы востребованы также в энергетической сфере, тяжелом машиностроении и химической промышленности

Поясняется же столь высокая востребованность, не исчезнувшая с распространением многочисленных разновидностей пластиковых труб:

• исключительной прочностью изделий, обеспечиваемой толщиной стенок;
• уникальным разнообразием сортамента, связанным не только с габаритными параметрами, но и с использованием различных производственных технологий и марок стали.

Бесшовными трубами заинтересованы многие отрасли экономики, которым важна, в первую очередь, особенная прочность продукции. Они применяются:

• в энергетике. По бесшовным трубам осуществляется циркуляция теплоносителя в котле, а перегретый пар отводится к турбине;
• в авиастроении. Этой отрасли требуются преимущественно прочнейшие и легкие особо тонкостенные изделия;
• в химической промышленности. Транспортировка продукции данной отрасли должна гарантированно исключать возможность утечек, что и обеспечивается бесшовными стальными трубами;
• в добыче, переработке и транспортировке газа и нефти. Не для магистральных трубопроводов, где обходятся стальными трубами, а в условиях рабочего давления в сотни атмосфер;
• в пищевой промышленности. Востребованы безопасность и способность к соответствию санитарно-гигиеническим запросам, экологичность;
• в гидравлических системах, где поршням и цилиндрам приходится сталкиваться с давлением в сотни атмосфер;
• в строительстве. Колоссальные фермы, опоры и мачты возводятся с расчетом на многие десятилетия безупречной работы, а быстро собираемые и демонтируемые строительные леса позволяют существенно ускорить работы.

Бесшовными стальными трубами обеспечивается функционирование многих отраслей современной экономики. Несмотря на распространение многочисленных пластиковых изделий, бесшовная стальная продукция отличается высокой востребованностью, и речь о ее вытеснении с рынка в ближайшей перспективе не идет. Более того, прочностные характеристики, усиленные использованием различных добавок, делают бесшовные стальные трубы поистине незаменимыми во многих секторах хозяйственной деятельности, от авиастроения до энергетики.