Технологический процесс производства холоднокатаных труб состоит из ряда последовательных операций. При холодной прокатке трубную заготовку со склада подают на стеллажи, где производят осмотр и отбраковку некачественной продукции. У годных заготовок обрезают концы, разрезают и набирают их в пакеты. При производстве труб из специальных сталей, заготовки подвергают предварительному отжигу в печи. Это нужно для восстановления пластических свойств металла до уровня, необходимого для пластической деформации. В зависимости от состава стали, применяют два вида термообработки: одинарную (отжиг, нормализация или отпуск); двойную (закалка или нормализация с последующим отпуском).

Технология производства холоднодеформированных труб

Отжиг (рекрестализационный) ведут по следующему режиму: нагрев трубы до температуры, превышающей температуру кристаллизации на 30-50°, выдержка и медленное охлаждение. Для труб из углеродистых сталей с 0,08-2%С температура отжига составляет 680-700°. Отжиг труб из стали ШХ-15 проводят при температуре 790±10°С с выдержкой в течение 1-2 часов и быстрым охлаждением до 720°С, замедленным — до 650°С, а затем на воздухе. При отжиге снижается твердость металла, повышается вязкость, снимаются внутренние напряжения, устраняется структурная неоднородность.

 Нормализация протекает по схеме: нагрев труб до температуры выше температуры рекристаллизации на 50°С, непродолжительная выдержка для прогрева и завершения фазовых превращений с последующим охлаждением на воздухе. Для низкоуглеродистых сталей нормализацию применяют вместо отжига при 850-1000 (без выдержки), а для легированных сталей при 950-1050°С с выдержкой, равной 1минута на 1 миллиметр толщины стенки трубы. Охлаждение углеродистых сталей проводят на открытом воздухе, а легированных в ванне с водой. Нормализация устраняет крупнозернистую структуру, полученную при деформации; уменьшает внутренние напряжения; повышает механические свойства стали.

 Закалку ведут по схеме: нагрев трубы до температуры растворения избыточных фаз, выдержка и быстрое охлаждение со скоростью, превышающей критическую. Обычно применяется температура закалки труб с последующим охлаждением водой. Чтобы снизить фазовые напряжения закалки обязательно проводят отпуск, который является окончательной операцией термической обработки. Схема отпуска: нагрев труб в закаленном состоянии до температуры ниже интервала превращений, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение с определенной скоростью. В результате отпуска сталь получает требуемые механические свойства: повышенную вязкость при сохранении прочности и упругости, уменьшение внутренних напряжений.

 Большую роль в получении холоднокатаных труб высокого качества играет химическая подготовка поверхности труб перед деформацией. Окалину с поверхности углеродистых труб удаляют травлением в кислотных растворах (H2SO4, HCl). При травлении хорошо растворяется железо и его оксид FeO. В процессе химической реакции кислотного раствора с окалиной выделяется водород, который разрушает сцепление окалины с металлом и способствует ее отделению. При травлении около 0,5% металла теряется, в результате качество металла ухудшается — он приобретает травильную хрупкость, для борьбы с которой используют специальные присадки. Для травления труб из легированных сталей применяют щелочной расплав NaOH с окислителем NaNO3. При обработке сталей в этом расплаве происходит преобразование оксидов железа и легирующих элементов в высшие, легко растворимые в кислотах.

 После травления для удаления с поверхности труб кислотного раствора и продуктов травления трубы промывают горячей водой в ванне, а затем струей холодной воды под давлением.

 Так как технологические покрытия и смазки плохо пристают к влажной поверхности трубы, то после промывки трубы подвергают сушке в печах, при температуре 150-180°С. Продолжительность сушки составляет 20-30 минут.

 Перед холодной прокаткой на поверхность труб наносят технологические покрытия и смазки, которые служат для уменьшения коэффициента трения при деформации и получения труб без поверхностных дефектов, а кроме того защищает металл от атмосферной коррозии. В качестве покрытия для труб применяют омеднение, фосфотирование и оксолатирование.

 Омеднению подвергают трубы из углеродистых, легированных и нержавеющих сталей с чистой , обезжиренной или травленой поверхностью. На трубных заводах применяют два способа нанесения медной пленки — холодный (контактный) и горячий. В состав растворов для химического омеднения входят: серная кислота (H2SO4); сульфат меди (CuSO4 5H20); хлорид натрия (NaCl); сульфат железа (FeSO4 7H2O). Температура раствора 30 — 75°С, время выдержки 1 — 20 минут. Для труб из стали с высоким содержанием никеля и молибдена применяют холодное омеднение в контакте со стержнями из углеродистой стали при этом трубы являются катодами, а прокладки из углеродистой стали — анодами, возникает гальванический ток.

 При холодной прокатке труб из углеродистых и легированных сталей в качестве покрытия применяют фосфатную пленку, которая обладает высокой смачиваемостью и способностью удерживать на поверхности металла смазку. В промышленности применяют два способа фосфатирования. В состав растворов для фосфатирования труб входят: оксид цинка (ZnO); ортофосфорная кислота (H3PO4); азотная кислота (HNO3). Температура раствора 50 — 70°, выдержка 7 — 10 минут.

 После фосфатирования трубы обрабатывают в 5 — 10 % — ном водном растворе хозяйственного мыла при температуре 35 — 50° в течение 8 — 10 минут. При взаимодействии мыла с цинкофосфатной пленкой образуется цинковое мыло, обладающее хорошими антифрикционными свойствами.

 Медные 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 холодной прокатки, предохраняя ее от непосредственного контакта с инструментом. При холодной деформации труб применяют следующие виды смазок: тальк; графит; солидол; касторовое масло; мыльная эмульсия; окись цинка; полимерные жирные кислоты; хлористый аммоний или натрий.

Клеть стана холодной прокатки труб — ХПТ

Стан холодной прокатки труб ХПТ — 32-2предназначен для получения труб повышенной точности по диаметру и толщине стенки путем пластической деформации металла валками на конической оправке.

 Основным принципом работы стана холодной прокатки труб является уменьшение радиуса кольцевой щели, образованной между калибрами рабочих валков и оправкой при возвратно-поступательном движении рабочей клети.

 Стан холодной прокатки имеет периодический режим работы, так как труба прокатывается отдельными участками по ее длине. Прокатка трубы осуществляется на неподвижной конической оправке — калибрами, установленными и закрепленными в рабочих валках. Ручей калибров выполнен переменным радиусом, максимальная величина которого равна радиусу заготовки, а минимальная — радиусу готовой трубы.

 Движение клети, при котором происходит уменьшение размеров заготовки по диаметру и толщине стенки называется прямым ходом. Во время прямого хода клети калибры поворачиваются на угол 185-214°, при этом радиус кольцевой щели между ними и оправкой уменьшается по мере приближения клети к крайнему переднему положению. В крайнем переднем положении рабочей клети калибры выходят из контакта с трубой, и она вместе с оправкой поворачивается на угол 57-90°, после чего валки возвращаются в исходное положение, т.е. происходит обратный ход клети. В исходном положении труба не соприкасается с калибрами, и механизм подачи продвигает ее по оправке вперед на определенную величину, называемую подачей. После этого снова следует прямой ход клети и цикл повторяется.

 В результате уменьшения диаметра и толщины стенки увеличивается длина готовой трубы по сравнению с длиной заготовки. Это увеличение длины называется вытяжкой. При холодной прокатке наибольшее уменьшение поперечных сечений стальных труб достигает 88%, а уменьшение толщины стенки 70%, при этом допуск на диаметр обычно находится в пределах ±0,5-0,8% от диаметра готовой трубы, а допуск на толщину стенки ±0,5-10% от заданного ее готового значения.

 За время одного полного цикла прокатки за пределы очага деформации выходит участок готовой трубы, длина которого равна произведению подачи на суммарную вытяжку (отношение длины готовой трубы к длине заготовки). Это произведение называется линейным смещением металла.

 Станы холодной прокатки труб принято называть валковыми станами, так как деформация заготовки осуществляется валками, принудительное вращение которых, обеспечивается зацеплением их ведущих зубчатых шестерен со стационарно установленными зубчатыми рейками. Синхронизация вращения верхнего и нижнего валков обеспечивается зубчатыми колесами.

 Для исключения затекания деформируемого металла в зазор между цилиндрическими (нерабочими) поверхностями калибров выполняют развалку ручья вблизи кромок. В результате ширина ручья по образующей бочки калибров в любом его сечении превышает формируемый в нем диаметр трубы. Для последовательной раскатки металла, заполняющего выпуски и нарушающего круглость сечения трубы, в конце хода клети вперед заготовку поворачивают вокруг ее оси примерно на 1/6 периметра. Во избежание интенсивного износа калибров и огранки прокатываемых труб угол кантовки выбирают 60°.

 Технологические особенности прокатки на неподвижной оправке и весьма значительные динамические нагрузки в системе, обусловленные цикличностью процесса, высокие требования к точности проката и качеству его поверхности сдерживают рост производительности станов холодной прокатки труб. Этим объясняется поиск новых конструктивных решений, повышенное внимание к ремонту и обслуживанию станов.

 Основные направления совершенствования технологического процесса и оборудования для повышения качества проката и производительности процесса включают:

 Холодная прокатка является одним из основных способов изготовления тонкостенных труб из углеродистых, низколегированных и нержавеющих сталей; толстостенных труб с точным внутренним каналом для установок высокого давления; пароперегревательных и профильных труб для энергетических установок; труб высокой точности для машиностроения и авиационной промышленности.

 К основным достоинствам технологического процесса холодной прокатки труб относят: сведенные к минимуму потери металла в обрезь; возможность достижения высоких обжатий по стенке и диаметру трубы с использованием конической оправки; значительное снижение разностенности и допусков по толщине стенки трубы; получение широкого сортамента готовых труб из ограниченного числа типоразмеров заготовок; высокое качество наружной и внутренней поверхности труб.

 Технологическая схема холодной прокатки труб зависит от марки стали (сплава), из которой изготавливают трубы, их размера и назначения.

 В процессе холодной прокатки труб в результате пластической деформации металла и его скольжения по инструменту выделяется значительное количество тепла, которое, в первую очередь, разогревает деформирующий инструмент, ухудшает условия работы технологических смазок, что приводит к понижению стойкости инструмента, ухудшению его качества и качества труб. Для охлаждения инструмента и прокатываемой трубы применяют эмульсии на основе нефтепродуктов. Они обладают высокой теплопроводностью и хорошей смачиваемостью.