Как производят бесшовные трубы: прошивка, прокатка и отделка стальной заготовки
Бесшовные трубы производят из монолитных круглых стальных заготовок без каких-либо сварных швов: сначала заготовку разогревают до 1150–1250 градусов Цельсия, прошивают вращающейся иглой в полую гильзу, затем раскатывают на прокатном стане до заданного диаметра и толщины стенки. Отсутствие шва делает такие трубы прочнее при высоком давлении и знакопеременных нагрузках, поэтому их применяют в нефтяных скважинах, котлах и ответственных конструкциях.
Подготовка заготовки и нагрев
Исходным материалом служит непрерывнолитая или катаная круглая заготовка — «блюм» диаметром от 80 до 350 миллиметров в зависимости от конечного размера трубы. Сталь выбирают в зависимости от назначения: для нефтегазовых труб используют низколегированные стали с добавками хрома и молибдена, для котельных — стали с повышенной жаропрочностью.
Перед прошивкой заготовки нагревают в кольцевых (карусельных) или шагающих печах. Температура нагрева строго контролируется: недогрев увеличивает усилие прошивки и ведёт к разрывам, перегрев вызывает выгорание углерода и легирующих элементов из поверхностного слоя. Кольцевая печь обеспечивает равномерный прогрев по всей длине заготовки за 1–2 часа, после чего заготовку передают к прошивному стану.
Прошивка: как из болванки делают гильзу
Прошивка — главная операция, формирующая полость трубы. На прошивном стане Маннесманна два бочкообразных валка расположены под углом 3–6 градусов к оси прокатки. Когда нагретую заготовку подают между ними, валки одновременно вращают её и тянут вперёд. В центре заготовки под воздействием переменных напряжений возникают микротрещины, и именно в эту зону выдвигается прошивная игла на оправке. Игла разрывает металл строго по оси, формируя полость, а валки обжимают стенку снаружи, создавая гильзу с контролируемой толщиной стенки.
Диаметр гильзы после прошивки несколько больше конечного размера трубы, стенка толще. Это сделано намеренно: последующие операции вытягивают трубу, уменьшают диаметр и стенку до точных размеров.
Раскатка и редуцирование
После прошивки гильза поступает на раскатный стан. Наиболее распространены две технологии: непрерывный стан (три–шесть клетей с оправкой внутри трубы) и пилигримовый стан (возвратно-поступательная прокатка). На непрерывном стане труба проходит через клети за один ход, каждая клеть уменьшает диаметр и стенку на несколько миллиметров. Процесс занимает несколько секунд.
После раскатки трубу подогревают до 850–950 градусов и пропускают через редукционно-растяжной стан из 24–28 последовательных клетей. Здесь формируется точный наружный диаметр: стан может выдавать трубы диаметром от 20 до 460 миллиметров практически без смены оснастки, меняя лишь скорость вращения клетей.
Термообработка, правка и контроль качества
Горячекатаные трубы проходят термообработку: нормализацию (нагрев до 880–920 градусов с последующим охлаждением на воздухе) или закалку с отпуском для получения повышенных прочностных характеристик. Котельные и нефтяные трубы нередко подвергают закалке в воде или масле с последующим отпуском при 600–650 градусах Цельсия.
Правильный стан устраняет кривизну, появившуюся при неравномерном охлаждении. Трубу пропускают между косорасположенными роликами, которые многократно изгибают её в разных плоскостях с малым усилием, снимая остаточные напряжения. После правки кривизна не превышает 1,5 мм на метр длины.
Контроль качества включает ультразвуковую дефектоскопию (выявляет внутренние расслоения и трещины), электромагнитный контроль (выявляет поверхностные дефекты) и гидравлическое испытание давлением, в полтора раза превышающим рабочее. Трубы для нефтяных скважин дополнительно контролируют на соответствие стандарту API или ГОСТ 633 по параметрам резьбы и прямолинейности. Только прошедшие все виды контроля трубы клеймят, покрывают консервационным маслом или кузбасслаком и отправляют потребителю.
