Производство бесшовных стальных труб

Напорные трубопроводы – распространённый вид промышленных коммуникаций, прокладываемых для транспортировки значительных объёмов рабочих сред – жидкостей или газов – на большие расстояния. Одним из важнейших требований к проектировщикам и строителям таких коммуникаций является снижение стоимости и сложности регламентного обслуживания труб, без уменьшения надёжности их эксплуатации. Эффективный выход решения данной задачи – применение бесшовных стальных труб. 

Виды и особенности бесшовных труб  

По определению, к бесшовным трубам относят те, изготовление которых ведётся из цельного объёма металлической заготовки. Для процесса производства бесшовных труб применяются только технологии пластического деформирования – прокатка, прессование или волочение.

Получение катаных труб

Производство бесшовных труб методом горячей прокатки ведётся при температурах нагрева, зависящих от размеров трубы и марки стали, из которой производят прокат. Например, трубы малых диаметров из высокопластичной стали могут прокатываться либо в состоянии металла при комнатной температуре, либо при 150…2000С, когда каких-либо структурных изменений в материале не происходит (так называемая «тёплая» деформация). Такие изделия предлагает, в частности, Синарский трубный завод (СинТЗ, Свердловская обл.). Завод специализируется на производстве тонко- или особо тонкостенных труб, находящих применение в энергетическом машиностроении.

Наоборот, в производстве бесшовных труб средних и  больших диаметров целесообразно применять исключительно технологии горячей прокатки, когда исходную заготовку нагревают до температур, превышающих начало микроструктурных превращений. Для мало- и среднеуглеродистых сталей это 1100…12500С, для высокоуглеродистых и легированных – 950…10500С. 

Многие металлургические предприятия Российской Федерации имеют в своём составе цехи и холодной, и горячей прокатки, что позволяет им разнообразить номенклатуру бесшовных труб. Среди таких производств – Челябинский трубопрокатный завод, Ижорский (Ленинградская обл.) трубный завод и ряд других.

Основу процессов прокатки составляет последующее деформирование цельной (предварительно прошитой) заготовки на прокатных станах. Пары роликов производят постепенное формоизменение, приближая поперечное сечение к размерам, необходимым для конечного продукта, Одновременно заготовка получает вытяжку по длине. Ввиду равномерного распределения деформаций для катаных труб не характерны значительные остаточные напряжения, поэтому правке и отпуску такие изделия практически не подвергают.

Важным преимуществом катаных бесшовных труб является малые производственные энергозатраты, простота технологической оснастки, отсутствие на готовых изделиях поверхностных и внутренних дефектов, возможность формоизменять металл со значительными деформациями без опасности нарушения целостности продукта. 

Производство волочёных труб

Бесшовные трубы, получаемые способом холодного волочения, обычно называют холоднотянутыми. В качестве исходной заготовки используется стальная гильза, один торец которой сплющивается и затем используется для закрепления в подвижной стальной оправке, Длина сплющенного участка металла выбирается такой, чтобы заготовка свободно прошла через отверстие в полой волоке.

Волока — это волочильный инструмент, форма отверстия в котором выбирается в зависимости от допустимой степени деформации материала. Количество волок определяется пластичностью стали: чем она ниже, тем большее количество переходов волочения потребуется. Полуфабрикат получает свою конечную форму и размеры путём протягивания через волоки. 

Предельная степень деформации здесь ниже (в сравнении с прокаткой), поскольку при волочении преобладают напряжения растяжения, к которым сталь всегда более чувствительна. Вместе с тем волочение имеет и свои достоинства – малую энергоёмкость, повышенную размерную точность и шероховатость трубы.

Для марок сталей с пониженной пластичностью вместо закрытого волочения в волоках применяют открытое волочение во вращающихся роликах. Усилия процесса (а, значит, и напряжения в металле) снижаются, но одновременно несколько уменьшается точность трубы в радиальном направлении.

Большинство отечественных производителей, которые изготавливают трубный прокат, имеют в своём составе и прокатные, и волочильные отделения. Поскольку упрочнение металла при волочении отсутствует, после деформирования может выполняться термообработка труб.

Сопоставительный анализ эксплуатационных возможностей бесшовных труб

Производство бесшовных труб обычно сравнивается по двум группам параметров – геометрическим и технологическим. Предварительный выбор в пользу того или иного варианта изготовления продукции можно сделать с помощью данных приводимой далее таблицы. Информация представлена так, как указано в соответствующем стандарте.

Для оперативного уточнения приведенных выше показателей рекомендуется пользоваться информацией предприятия-изготовителя (https://www.brokinvest.ru/catalog/sk-oktyabrskii/besshovnye).

Применение бесшовных труб

Нефтегазовая отрасль

• Скважинные трубы, обсадные колонны, бурильные трубы.
• Используются в условиях высоких нагрузок, давления, температуры и агрессивных сред.
• Бесшовность исключает риск разгерметизации и разрыва на сварных швах.
  
  

Теплоэнергетика

• Котельные трубы, трубопроводы высокого давления, теплообменники.
• Подходят для эксплуатации при температурах свыше 400–500 °C и давлении более 10 МПа.
• Используются в ТЭЦ, АЭС, котельных установках.
  
  

Машиностроение

• Гильзы цилиндров, элементы трансмиссий, приводов, валов.
• Заготовки для точной механической обработки (холоднодеформированные бесшовные трубы — особенно востребованы).
• Высокая точность геометрии, устойчивость к нагрузкам и вибрациям.
  
  

Авиа- и судостроение

• Конструкционные элементы, трубопроводы гидросистем, топливопроводы.
• Легкие, прочные, стойкие к коррозии (особенно нержавеющие и титановые бесшовные трубы).
• Надежность конструкции в условиях вибрации, давления и экстремальных температур.
  
  

Химическая и пищевая промышленность

• Трубопроводы для агрессивных жидкостей, газа, пара.
• Часто применяются нержавеющие бесшовные трубы — они устойчивы к кислотам, щелочам и микробиологической коррозии.
• Отсутствие швов повышает санитарную безопасность и упрощает очистку.
  
  

Строительство и инфраструктура

• Несущие металлические конструкции, опоры, сваи, мосты.
• Используются в ответственных зонах, где критична прочность и долговечность.
• Часто применяются горячедеформированные бесшовные трубы большого диаметра.

В каких случаях стоит выбирать именно бесшовные трубы

Почему бесшовные трубы более надежны, чем, например, электросварные?  Прочность материала в зоне сварного шва едва достигает 80…85% от прочности основного металла, что существенно при прокачке рабочих сред под высоким давлением. Отсутствие шва устраняет потенциальную точку слабости, где могут образоваться трещины или утечки. Поскольку в зоне сварного шва концентрируются все потенциально вероятные точки коррозии, использование даже поверхностно защищённых изделий при повышенных температурах должно выполняться с известной осторожностью. 

Известно, что содержащиеся в рабочей среде примеси и едкие вещества с большей вероятностью будут скапливаться именно вдоль шва. Поэтому бесшовные трубы часто предпочитают для применения в нефте- и газопроводах, электростанциях и аэрокосмической промышленности, где надёжность и прочность имеют первостепенное значение. Наконец, бесшовные трубы способны выдерживать рабочие давления на 15……20% выше, чем сварные трубы из той же марки стали и тех же размеров. 

Производственная компания «Брок-Инвест-Сервис» длительное время занимается вопросами поставки и первичной обработки трубного металлопроката. Накопленный опыт предприятие проявляет, заключая с поставщиками длительные договора экономически выгодного сотрудничества. Поэтому клиенты «Брок-Инвест-Сервис» гарантированно могут приобрести высококачественные бесшовные трубы отечественного производства, притом со строгим соблюдением сроков поставки металла.