Глава 12. Технологические процессы и оборудование для производства холоднокатаных труб
В зависимости от назначения по техническим условиям на трубы применяют следующие комбинированные способы:
а)
станы
ХПТ
роликовые станы
безоправочное волочение;
б) станы ХПТ роликовые станы одного диапазона безоправочное волочение роликовые станы другого диапазона безоправочное волочение и другие сочетания.
12.1. Технология прокатки
Важнейшее место в процессе производства холоднодеформированных труб занимают операции формоизменения исходной заготовки в готовую трубу. Деформацию заготовки проводят в один или несколько циклов в зависимости от ее геометрических размеров, пластических свойств используемого металла, способа деформации, размеров и требований к качеству готовых труб.
Каждый цикл, кроме основной операции - деформации, включает операции по термической обработке труб с целью восстановления пластических свойств, а также химическую обработку с целью подготовки поверхности для успешного проведения нового цикла.
Процесс прокатки применяют для изготовления широкого сортамента холоднодеформированных труб из высоколегированных, легированных и углеродистых сталей и сплавов.
Станы холодной прокатки труб являются основным технологическим оборудованием трубоволочильных цехов, их количество колеблется и составляет в отдельных цехах около 75% всего количества станов.
Технологические схемы холодной прокатки труб зависят от марки стали или сплава, из которых изготавливают трубы, от размера и назначения, и условно их подразделяют на три группы.
К первой группе относят процессы изготовления углеродистых, легированных и нержавеющих труб по всем действующим стандартам, которые не предусматривают особых требований к качеству поверхности и точности геометрических размеров.
Ко второй группе относят процессы изготовления углеродистых, легированных и нержавеющих труб по действующим стандартам и отдельным техническим условиям, не предусматривающим особых требований к качеству поверхности и точности геометрических размеров.
К третьей группе относят наиболее сложные процессы, предназначенные для изготовления труб с повышенными требованиями к качеству и точности геометрических размеров из различных металлов и сплавов, в том числе труднодеформируемых.
Со станов холодной прокатки трубы поступают в виде готовой продукции, при этом их прокатывают на одном, двух или трех станах последовательно или же они могут поступать на холодное волочение после прокатки.
Заготовкой для производства холоднокатаных труб служат горячекатаные, прессованные и сварные трубы.
Технологический процесс производства холоднокатаных труб состоит из ряда последовательных операций (подготовительных, основных и отделочных).
При холодной прокатке трубную заготовку (рис. 12.25) со склада 1 подают на инспекторские стеллажи 2, где производят осмотр и отбраковку некачественной продукции. Годные заготовки набирают в пакеты 5. В случае необходимости обрезают концы труб на резцовых трубообрезных станках 4, так как для прокатки требуются заготовки с хорошо подготовленными обрезанными концами, а также производят разрезку заготовки, если длина ее превышает допустимую, которую может принять стан. При производстве труб из специальных сталей заготовки подвергают предварительному отжигу в печи 3. В результате снижается прочность, повышается пластичность, устраняется структурная неоднородность, снимаются остаточные напряжения в металле. Набранные в пакеты 5 заготовки подвергают травлению растворами кислот в ванне 6, затем промывают в ванне 7 горячей водой, затем струей холодной воды, подаваемой под давлением, в камере 8 и нейтрализуют в щелочном растворе в ванне 9. После этого заготовки просушивают в печи 10 и осматривают на стеллажах 11. Заготовки с дефектами подвергают ремонту на шлифовальных станках 12 или окончательно бракуют. На годные заготовки наносят твердые покрытия (фосфатирование, оксалатирование, омеднение) и смазки в ванне 13. Затем заготовка поступает для прокатки на станы 14 ХПТ или ХПТР.
Трубы после повторной холодной прокатки поступают в печь 15, где они подвергаются промежуточному отжигу, затем проходят промежуточную правку на эксцентриковом (кулачковом) прессе 16. После этого цикл операций 3-14 повторяется. Трубы после последнего прохода или последней прокатки поступают для отжига в печь 15, затем проходят правку на прессе 16 и валковой правильной машине 17. Далее обрезают концы труб на станках 18 и осматривают на инспекционных стеллажах 19.
По требованиям заказчика трубы могут подвергать гидроиспытаниям на прессе 20. После осмотра на стеллажах, если имеется необходимость, трубы промывают в ванне 21, затем их маркируют, упаковывают и передают на склад 22 готовой продукции.
Термическую обработку труб выполняют как одну из завершающих технологических операций в производстве труб готовых размеров или же как промежуточную между деформациями . В первом случае ее применяют для придания трубам требуемых техническими условиями эксплуатационных свойств, а во втором - для восстановления пластических свойств металла до уровня, необходимого для следующей деформации.
В зависимости от состава стали и назначения труб применяют одинарную (отжиг, нормализация или отпуск) или двойную (закалка или нормализация с последующим отпуском) термическую обработку.
Большую роль в получении труб высокого качества играет химическая обработка поверхности труб перед деформацией.
Набранные в пакеты трубы поступают для обработки в травильные ванны, где необходимо обеспечить свободное омывание травильным раствором всей поверхности каждой трубы. С этой целью каждый ряд труб отделяют друг от друга прокладками. Трубы размещают так, чтобы их концы с одной стороны находились в единой вертикальной плоскости. Это необходимо для дальнейшей качественной промывки труб водой под давлением. Окалину с поверхности горячекатаных заготовок из углеродистых сталей удаляют травлением в кислотных растворах, в основном в водных растворах серной и соляной кислот, например в растворе серной кислоты (20 - 25% по массе) при 55 - 65°С в течение 10-15 мин.
После травления или удаления с поверхности труб грязи, кислотного раствора и продуктов травления пакеты труб многоразовым погружением промывают в ванне с горячей водой, а затем струей холодной воды под давлением 1,2 МПа. Продолжительность промывки труб в среднем составляет 7-9 мин при расходе воды около 250 л/мин.
Технологические покрытия и смазки, наносимые на трубы перед холодной прокаткой, плохо пристают к влажной поверхности, кроме того, влага способствует интенсивной коррозии. Поэтому трубы после промывки подвергают сушке в камерах при 150 -180 °С, при этом из металла выделяется водород, что предотвращает хрупкость. Продолжительность сушки составляет 20 -30 мин.
Перед холодной прокаткой на поверхность труб наносят технологические покрытия и смазки, которые служат в основном для уменьшения коэффициента трения при деформации и получения труб без поверхностных дефектов, а кроме того, защищают металл труб от атмосферной коррозии. В качестве покрытия труб применяют омеднение, фосфатирование и оксалатирование.
Медные и фосфатные покрытия не могут быть использованы в качестве смазок. Поэтому их всегда применяют в качестве подслоя, а сверху наносят тонкий слой смазки, которая благодаря прочному покрытию хорошо удерживается на трубе в процессе деформации, предохраняя ее от непосредственного контакта с инструментом.
Готовые обрезанные и заторцованные трубы проходят правку на прессе 16 и валковой правильной машине 17 (см. рис. 12.25). Далее обрезают концы труб на станках 18 и осматривают на инспекторских стеллажах 19. После обрезки трубы могут подвергать по требованию заказчика гидроиспытаниям на прессе 20. После осмотра на стеллажах, если имеется необходимость, трубы погружают в ванну 21, затем их маркируют, упаковывают и передают на склад 22 готовой продукции.