Для производства бесшовных труб.

Трубопрокатные и трубопрессовые агрегаты. Тип агрегата.	Размеры труб, мм		Профиль и размер заготовки, мм
	Диаметр	Толщина стенки	Круглая	Квадратная
ТПА с автоматстаном
140	40...140	3,5...30	70...140	––-
250	76...250	4,0...50	80...250	––
400	127...426	5,0...50	130...300	––
ТПА с непрерывным станом
30-102	29...102	2,5...8,0	140	––
159-426	159...426	7,0...42	––	240; 300; 360
ТПА с трехвалковым раскатным станом
40-160	70...159	7,0...40	90...200	––
50-200	80...210	10...50	115...230	––
Прессовые агрегаты: с вертикальным механическим прессом
15 МН	25...63,5	2,5...6,0	8...160	60...150
с горизонтальным гидравлическим прессом
20 МН	60...114	4,0...10	190...230	––
55 МН	133...245	6,0...28	340...360	––

ТПА с реечным станом.

60 - 136

57 - 219

2,5 - 15

––-

110 - 165

2.2. Оборудование для ремонта заготовок и порезки их на мерные длины.

Качество исходной заготовки в значительной мере определяет качество готовых труб, так как дефекты, имеющиеся на заготовках и слитках, обычно сохраняются и на готовых трубах. Наружные дефекты заготовки могут изменять свою форму и значительно увеличиваться в процессе дальнейшей прокатки. Техническими условиями на трубные заготовки предусматривается удаление поверхностных дефектов, видимых невооруженным глазом, так как наружные дефекты, имеющиеся на заготовке, увеличиваются пропорционально увеличению поверхности трубы, а удаление их с поверхности готовой трубы ослабляет толщину стенки, поэтому целесообразнее и легче ремонтировать трубную заготовку, чем прокатанную из нее трубу.

Наиболее часто встречающиеся дефекты на слитках трубной стали: поверхностные трещины, завороты, корки, подкорковые пузыри, поверхностные неметаллические включения, усадочная раковина, рыхлость, плены и др.

Ремонт слитков с удалением поверхностных дефектов производится стальными щетками, вырубкой пневматическими зубилами и огневой зачисткой. Допустимая предельная глубина залегания дефектов, подлежащих ремонту, установлена на заводах в следующих пределах:

Диаметр слитков, мм Глубина залегания дефектов, мм

345/330 30

385/370 30...35

450/435 35...45

547/531 до 40

615/600 до 45

Катаная или кованая заготовка лишена целого ряда дефектов, присущих слитку.

Поверхностные дефекты трубной заготовки по своему происхождению разделяются на сталеплавильные (трещины, рванины, плены, неметаллические включения); дефекты вследствие нагрева (перегрев и вкаты коксика); дефекты прокатные (закаты, "лампасы", тонкие овальные). Обычно доля дефектов прокатного происхождения составляет 20...30% общего количества дефектов.

Ремонт заготовок осуществляется подвесными маятниковыми шлифовальными станками, вырезкой пороков автогенным резаком или проточкой на специальных станках, которые

применяют для проточки заготовки по всей наружной поверхности. На заготовке некоторые дефекты (мелкие трещины, волосовины), находящиеся под слоем окалины, трудно обнаружить. Поэтому исходный металл, из которого получают трубы ответственного назначения, предварительно травят в растворе для удаления окалины. Это облегчает осмотр и отбраковку качественных заготовок. Глубина вырубки зубилом допускается до 2,5...5%, а отношение глубины вырубки к ширине должно быть не менее 1 : 6. Для труб ответственного назначения применяют заготовку, полученную электрошлаковым переплавом, при котором загрязнений неметаллическими включениями почти не возникает, что позволяет изготавливать трубы с хорошей внутренней поверхностью. Трубная заготовка должна иметь точные размеры; несоблюдение размеров вызывает увеличение брака при производстве труб. Допускаемые для круглой заготовки отклонения по диаметру колеблются от 1,8% для труб диаметром D_т = 90 мм и до 3% для труб диаметром D_т = 220 мм. Способы ремонта слитков и заготовок приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3. Способы ремонта слитков и заготовок

Вид дефектов	Размеры дефектов	Способ ремонта	Характер ремонта	Оборудование
Неметаллические включения, мелкие бугры, приливы, плены	Глубина залегания 4 мм	Пологая вырубка	Вдоль слитка поперек слитка 8...10 кратный развал, глубина не более 4 мм	Пневматические зубила
Песочины, трещины, утопления, корочки и подкорковые пузыри на заворотах	Глубина залегания -10 мм; длина более 200 мм	Огневая зачистка	До полного удаления дефектов	Резаки автоген ные или газовые
Подкорковые пузыри	Глубина залегания от поверхности слитка до10 мм	Контрольная вырубка одного слитка от поддона	Длина вырубки - не менее 50 мм при глубине 5...7 мм	Пневматические зубила
	Глубина залегания до 4 мм	Вырубка трех сторон в трех местах по высоте	До полного удаления дефекта	то же
Единичные крупные плены и трещины	В пределах допуска на диаметр заготовки, но не более 3% от диаметра	Пологая вырубка	Отношение глубины вырубки к ширине не менее 1 : 6. Наибольшая длина вырубки определя ется соотношения ми: 30...60 мм при D = 75...160 мм; 70...90 мм при D = 170...270 мм	Пневматические зубила
Единичные мелкие плены, трещины, волосовины.	При глубине залегания дефектов до 3 мм.	Шлифовка	Полное удаление дефектов	Шлифовальные станки с образивными кругами.

Оборудование для порезки заготовок на мерные длины. Катаную заготовку, поступающую в трубопрокатный цех, длиной L = 5...9 м укладывают в штабеля с разделением по маркам стали, профилям, размерам, плавкам. Перед загрузкой в нагревательную печь заготовку раскраивают на короткие заготовки, длина которых определяется размерами готовой трубы:

L_з = 4L_т(D_т - S_т)S_т / (kD_з,) ( 2.1 )

где: L_т, D_т, S_т - длина, диаметр, толщина стенки трубы; k - коэффициент угара, равный (0,970...0,995).

Условие безостаточного деления штанг определяется средними зависимостями:

L_ш  nL_з^min; n = L_з^min/(L_з^max - L_з^min), ( 2.2.)

где: L_ш - длина штанги; L_з^min, L_з^max - минимальная и максимальная длины заготовки, установленные, исходя из конструктивных особенностей стана; n - число кратностей.

Раскрой заготовки производится разрезкой прессножницами, ломкой на гидравлических прессах, разрезкой пилами в горячем или холодном состоянии (рис. 2.5 )).

Рисунок 2.5 Способы раскроя трубных заготовок / пояснения в тексте /.

Круглую заготовку из углеродистой стали диаметром до 180 мм и квадратную (сторона квадрата до 160 мм) разрезают на мерные длины в холодном и горячем состоянии на ножницах с профилированными ножами, один из которых перемещается в вертикальной плоскости (рис.2.5, а). При резке штанг на ножницах с острыми ножами неперпендикулярность плоскости торца по отношению к оси заготовки не превышает 5%, а смятие профиля составляет менее 10%.

Штанги из углеродистой и легированной стали диаметром 150...250 мм ломают на гидравлическом прессе с предварительным надрезом ацетиленовым пламенем на глубину 20 мм и длиной 60...90 мм (рис.2.5,б). Торец заготовки получается ровным и перпендикулярным ее оси. Производительность пресса усилием 8 МН достигает 230 шт/ч. Заготовки диаметром более 250 мм из сталей различных марок разрезают ацетиленовым пламенем (рис.2.5,в). Квадратные и круглые заготовки (диаметром до 250 мм из высоколегированных сталей разрезают в холодном и горячем состоянии на пилах (рис 2.5,г). В процессе резки получается качественный торец, строго перпендикулярный оси прокатки, что очень важно при производстве точных по геометрическим размерам труб. Однако процесс резки пилой является низкопроизводительным и приводит к дополнительным потерям металла. Для повышения производительности пилы снабжают двумя режущими дисками, позволяющими одновременно обрезать две заготовки, или устанавливают два диска, которые перемещаются навстречу друг другу. Для порезки штанг применяют также анодно-механическую (рис.2.5,д) и плазменную резку заготовок, в основном, из высоколегированных сталей.

2.3 Режимы и оборудование для нагрева трубных заготовок.

Температурный режим нагрева слитков и заготовок перед го­рячей обработкой давлением зависит главным образом от свойств металла в литом (слиток) и деформированном (заготовка) состоя­ниях. При установлении температурного режима для заданного со­става металла или сплава следует учитывать химический состав и способ выплавки металла, его механические свойства, конструк­цию нагревательной печи; форму, размер и расположение заготов­ки в печи.

Выбор оптимального режима нагрева заготовок в трубном про­изводстве особенно важен, так как с одного нагрева ведется про­шивка и прокатка заготовок последовательно в нескольких станах и, поскольку труба (особенно тонкостенная) охлаждается достаточ­но быстро, температура трубы в последующих станах - обкатных, калибровочных, редукционных - должна быть достаточной для осуществления процесса раскатки; при этом не должно быть боль­шого температурного перепада между передним и задним концами трубы. Если нельзя этого достичь, то приходится вводить промежу­точный подогрев труб.

Основные требования к качеству нагрева металла заключаются в том, чтобы произвести нагрев заготовок до максимально допусти­мой температуры без перегрева и пережога.

Повышая температуру обработки необходимо следить за тем, чтобы не ухудшались условия захвата металла в валках в прошив­ных станах винтовой прокатки. Кроме того, при высоких темпера­турах металл интенсивно окисляется, что приводит к сильному окалинообразованию или даже оплавлению металла.

Высокие температуры нагрева заготовки создают большие тер­мические напряжения на поверхности инструмента, которые вызы­вают на валках и линейках трещины и местные выкрашивания ме­талла. Поврежденная поверхность валков и линеек ухудшает по­верхность прокатываемой трубы, оставляя на ней отпечатки, а инструмент преждевременно выходит из строя.

При деформации заготовки, нагретой до более высокой темпе­ратуры, уменьшается расход энергии, давление на инструмент, ус­коряется процесс обработки.

На прошивных станах и прессах при больших деформациях ме­талла за счет превращения механической энергии в тепловую про­исходит повышение температуры заготовки, которое достигает 30 - 60 °С на прошивных станах и до 90 °С на прессах. Для углероди­стых сталей такое повышение температуры на практике обычно не учитывается, а для легированных сталей и сплавов оно имеет большое значение. В практике трубного производства имеются слу­чаи полного разрушения труб из стали ШХ15 при перегреве на 20 - 30°С.

В общем случае температура нагрева углеродистой стали долж­на быть на 100 - 150 °С ниже температуры начала плавления. Для легированных и высоколегированных сталей, которые более чувст­вительны к перегреву и пережогу, температурный интервал нагре­ва необходимо устанавливать наиболее точно с обязательным уче­том разогрева в процессе прошивки (табл. 2.4). Температуру на­грева этих сталей устанавливают на 20 - 40° С ниже области тем­ператур максимальной пластичности.

Таблица 2.4 Режимы нагрева трубных заготовок

Марка стали	Вытяжка при прошивке	Температура прошивки, °С	Удельное время нагрева, мин/см
10Г2А, 12Г2А, 15Х, 20Х, 20ХГ, 20Г2С	1,5-1,85 1,9-2,35 2,4 - 2,95 ≥3,0	1100- 1220 1200- 1230 1220- 1250 1240- 1270	5,6 - 6,0
35, 45, 35Г2С, 50Г, 35Х, 38ХА, 40Х, С, Д, 50, 55	1,5- 1,85 1,9-2,35 2,4 - 2,95 ≥ 3,0	1150- 1180 1160- 1190 1180- 1210 1200- 1230	5,0 - 6,0
12ХМФ, 15ХМ, 12МХ, 16М, 20ХМ, Х5ВФ, Х5М, 38ХНМ, 40ХНМА, Х5, Х8, ХЗМ, 12ХМФБ, 15Х1М1Ф	1,5- 1,85 1,9-2,35 2,4 - 2,95 ≥3,0	1190- 1220 1200- 1230 1220- 1250 1240- 1270	6,0 - 7,0
12ХН2А, 12ХНЗА, 30ХНЗА, 37ХНЗА, 0ХН1М, 0ХН2М, ОХНЗМ, 30ХГСА, 30ХГСНА, 30ХМА, 38ХМЮА, 40ХФА, 50ХФА, 12ХЗФБ, 12Х2НВФА	1,5- 1,85 1,9-2,35 2,4 - 2,95 ≥3,0	1150- 1180 1160- 1190 1180- 1210 1200- 1230	6,0 - 7,0
ШХ15	1,5- 1,85 1,9-2,35 ≥2,4	1090- 1110 1100- 1120 1110- ИЗО	6,0 - 7,0
Х25Т, Х28, 15Х18СЮ (ЭИ 484)	-	1030 - 1060	6,0 - 7,0
1X13, 2X13, 3X13, Х17	-	1090- 1120	6,0 - 7,0
Х23Н18, 1Х13Н18В25	1,5- 1,85 1,9-2,35 2,4 - 2,95 ≥3,0	1120- 1150 1150-1180 1170- 1200 1180- 1210	6,0 - 7,0
0X18Н9, 0Х18Н11, 0Х18Н13М, 0Х19Н9Т, 1Х18Н9, 2X18Н9, 1Х18Н9Т, 1Х18Н12Т, Х20Н14С2, 1Х14Н18В2М, 1Х18Н12М2Т, 1Х18Н12МЗТ	1,5-1,85 1,9-2,35 2,4 - 2,95 ≥3,0	1150- 1170 1170-1200 1190- 1220 1200- 1230	6,0 - 7,0

В современных трубопрокатных агрегатах для производства бесшовных труб для нагрева заготовок применяют газовые (коль­цевые, карусельные, секционные и с шагающими балками) и ин­дукционные печи. Газовые печи с кольцевым вращающимся подом получили наибольшее распространение в трубном производстве, поскольку обладают большой технологической гибкостью, приспо­соблены для перехода с камерного режима работы на методический и наоборот. В данного типа печах горелки равномерно расположе­ны по окружности печи и позволяют распределять подачу топлива в соответствии с требованиями температурного режима: при камер­ном режиме - обеспечивают подачу топлива равномерно по всей окружности; при методическом режиме - неравномерно по окруж­ности (например, на методическую (подогрева) зону 20%; на сва­рочную (нагрева) 65%; на зону выдержки 15%).

В методической печи температура изменяется следующим об­разом: в зоне подогрева от 800 - 900 до 1300 °С, в зоне нагрева от 1300 до 1350 °С, в зоне выдержки составляет 1250 °С, а темпера­тура металла изменяется при этом: в зоне подогрева от 20 до 790 -800 °С, в зоне нагрева от 750 - 800 до 1200 - 1250 °С. Рабочее пространство кольцевых печей выполнено в форме замкнутого пус­тотелого кольца с вращающимся подом и ограниченного наружны­ми и внутренними стенками и подвесным сводом. Заготовки лежат неподвижно на вращающемся поду, вместе с подом они проходят все необходимые зоны нагрева и выгружаются через окно выдачи. Угол между осями окон загрузки и выдачи составляет обычно 28°. Таким образом, заготовка, пройдя 332° полного оборота пода, дол­жна нагреться до необходимой температуры, т. е. время полного оборота пода равно времени нагрева заготовки. Под печи движется толчками, причем при каждом толчке он поворачивается на угол, соответствующий расстоянию между соседними заготовками 10 или 12°. Скорость вращения пода может изменяться в зависимости от размера нагреваемой заготовки.

Наружный диаметр кольцевых печей чаще всего составляет 22 - 24 м, а ширина пода 5,0 - 6,0 м. Заготовки в зависимости от длины могут укладываться в один или два ряда, перекрытие на за­готовках допускается не более 300 - 400 мм. Максимальная длина заготовки примерно на 0,5 м меньше ширины пода печи.

Производительность кольцевых печей достигает 75 т/ч. Для скоростного нагрева заготовок диаметром до 200 мм в трубных це­хах применяют секционные проходные печи. Печи такого типа со­стоят из секций, между которыми расположены водоохлаждаемые ролики, для каждого из них предусмотрен отдельный привод. Ро­лики установлены под углом к направлению движения, что обеспе­чивает вращение нагреваемых заготовок. Возможна транспортиров­ка заготовок в печи в две нитки.

Нагревательная печь трубопрокатного агрегата 30-102 Первоуральского Новотрубного завода состоит из 52 секций и камеры выдержки, не разделенной на секции. Общая длина такой печи примерно 90 м. Транспортирующие ролики имеют два ручья и ус­тановлены в один ряд, а в камере выдержки консольные ролики установлены в два ряда и нагретые штанги выдаются из печи поо­чередно с каждого ряда.

Скорость перемещения штанг через секции составляет 1,6 - 3,0 м/мин. При выдаче штанг из печи рольганга зона выдержки вклю­чается на большую скорость 50 м/мин, создавая тем самым разрыв между выдаваемой и последующей штангами. После отрезки мер­ной заготовки штангу реверсированием рольганга возвращают со скоростью 10 м/мин в камеру выдержки, не допуская тем самым охлаждения штанги-заготовки.

Для нагрева заготовок, полых гильз и труб в практике трубного производства как в России, так и за рубежом в последние годы пол­учают широкое применение индукционные нагревательные печи.

Индукционная нагревательная печь состоит из нескольких по­следовательно расположенных индукторов, работающих на токах высокой или промышленной частоты. Широкое распространение индукционного нагрева заготовок токами промышленной частоты обусловлено теми преимуществами, которые присущи данному процессу: почти полное отсутствие окалины, возможность точного соблюдения температуры и длительности нагрева каждой заготов­ки, легкость и быстрота изменения режима нагрева при изменении сортамента металла, отсутствие потерь мощности при вынужден­ных остановках, возможность точного воспроизведения ранее за­фиксированных режимов нагрева.

Средняя величина угара металла в различных типах трубных нагревательных печей характеризуется следующими значениями:

Тип печи	Угар, %
Методическая для нагрева слитков………….....2,5 - 4,0
Методическая для нагрева заготовок………......2,5 - 3,0
Секционная для скоростного нагрева……….....0,5 - 1,0
Кольцевая…………………………………….......0,5 - 1,0
Индукционная……………………………………0,5 - 0,8

В практике трубного производства для нагрева круглых и квад­ратных заготовок находят применение, особенно за рубежом, печи с шагающими балками. Подина таких печей образована подвижны­ми и неподвижными балками с зубчатым или специальным профи­лем, изготовленными из жаропрочной стали. В процессе перемеще­ния (шагания) подвижных балок заготовки (трубы) перемещаются от рольганга задачи к рольгангу выдачи. По длине печь условно делят на ряд зон, имеющих горелки, расположенные на торцевой стене со стороны рольганга выдачи. Таким образом, подогрев труб осуществляется по принципу противотока. Печи, как правило, обо­рудуют рекуператорами.

Известны конструкции печей с шагающими балками с проре­занной подиной для размещения привода шагания пода и со сплошной подиной и вынесенным механизмом шагания подачи за пределы печи. Второй тип печей характеризуется меньшими поте­рями тепла через подину и лучшими условиями нагрева труб.

В России в составе ТПА 140 Синарского трубного завода соору­жена печь с шагающими балками для нагрева заготовок диаметром 90 - 120 мм длиной 10 м последующей разрезкой нагретых заго­товок на заданные длины с помощью ножниц горячей резки. Про­изводительность этой печи составляет 73,5 т/ч. Выбор типа печей определяется марочным составом сталей, технологией нагрева, ти­поразмерами трубных заготовок.

Так, фирма "Dalmine" (Италия) обосновала выбор кольцевой печи для нагрева заготовок необходимостью нагрева до высокой температуры с использованием заготовок разной длины (от 1,1 до 3,5 м). При этом в печи, по данным фирмы, обеспечивается точ­ность нагрева ±15 ^oС.

По мнению же других фирм, например "United States Steel" (США) при использовании для нагрева заготовок печей с шагаю­щими балками обеспечивается при той же конечной температуре более равномерный нагрев по сечению. Вместе с тем для эффек­тивного использования печей с шагающими балками необходимо использование более ограниченного количества типоразмеров длин заготовок либо применение для всего сортамента одной стандарт­ной длины заготовки, разрезаемой после нагрева пилой горячей резки на заданные длины. В последнем случае достигается макси­мальная эффективность использования печей, сокращается энерго­емкость операции разрезки заготовок, но иногда возникает необхо­димость в использовании заготовок немерной длины.