СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ГАЗОНЕФТЕПРОВОДНЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА
METHOD OF PRODUCING LARGE-DIAMETRE GAS-AND-OIL TRANSFER PIPES

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к технологии изготовления труб большого диаметра из толстолистовой стали для газопроводов и нефтепроводов.
В настоящее время в мире значительно возросла потребность в трубах большого диаметра для газопроводов и нефтепроводов, например трубы диаметром 1420 мм с толщиной стенки 27,5 мм и 42 мм. Для получения таких труб необходим стальной лист шириной 4450-4500 мм и длиной 24000 мм. Такие габариты листа затрудняют его транспортировку из прокатного цеха металлургического завода на трубопрокатный завод, а железнодорожным транспортом его практически транспортировать невозможно.
Известен способ изготовления труб большого диаметра, включающий получение полой заготовки из непрерывно-литого сляба путем формовки ее при определенной температуре в цилиндр, последующую горячую деформацию и сварку прямым швом. После сварки заготовку нагревают до 1150-1250°С и прокатывают на готовый размер на станах винтовой или продольной прокатки. В качестве горячей деформации может быть использовано прессование [1].
Недостатком данного способа является невозможность получения труб большого диаметра непосредственно из литого сляба толщиной более 100 мм, т.е. на современных УНРС, имеющих большую производительность и установленных на крупных металлургических предприятиях. Применение данного способа приводит к ухудшению структуры металла трубы и снижению уровня его механических свойств. После современных УНРС необходима установка прокатного стана, и обжатия на нем при горячей деформации обеспечат необходимый уровень механических свойств металла получаемой трубы.
Наиболее близким к предложенному является способ изготовления сварных горячедеформированных изделий, включающий подачу и формоизменение нагретого проката, сварку и деформирование изделия, в котором в линии стана горячей прокатки после чистовых клетей производят формоизменение неостуженного проката, причем операции формоизменения, сварки и деформирования осуществляют при температурах изделия, обеспечивающих уменьшение напряжений и структурной неоднородности, при этом подачу проката осуществляют с одновременным его формоизменением [2].
Недостатком данного способа является то, что его невозможно применить в условиях, когда процесс формирования заготовки трубы и процесс сварки и получения готовой трубы реализуются на разных предприятиях, т.к. способ предполагает использование тепла прокатного нагрева в процессе полной технологии получения трубы. Другим недостатком является резкое снижение производительности такой линии по причине того, что время выполнения операции сварки готовой трубы в несколько раз превышает время прокатки заготовки на стане, например, при производстве труб большого диаметра длиной 24 м процесс прокатки занимает порядка 4-5 минут, а процесс сварки такой трубы занимает порядка 25-30 минут. В таких условиях необходимо останавливать стан, вследствие чего происходит резкая потеря производительности и повышенный расход энергоресурсов. Если же накапливать заготовки трубы на холодильнике, то они остывают и теряется преимущество по использованию технологического тепла при однократном нагреве металла под прокатку. Сквозное изготовление трубы не обеспечивает получение окончательных параметров трубы из-за отсутствия регулируемого охлаждения. Охлаждение заготовки трубы нестабильное, идет постоянная рекристаллизация в большом диапазоне температур, при этом меняются форма и размеры трубы и попасть в заданный окончательный размер практически невозможно. Отсутствует гарантия структуры металла трубы, его прочности и размеров готовой трубы. Способ не предполагает снятие фасок до момента горячего формоизменения трубы, а в сформированной трубе внутреннюю фаску снять не представляется возможным. Это сужает область применения данного способа, т.к. только трубы малых диаметров можно сваривать без снятия фасок снаружи и внутри трубы, трубы большого диаметра без фасок сварить невозможно, а при большой толщине стенки нужен иксообразный шов. В существующих технологиях снятие фасок происходит в холодном состоянии на листе до его гибки в трубоформовочном агрегате на трубопрокатном заводе.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении производительности трубного производства, повышении качества труб с гарантированными свойствами, повышении экономичности процесса производства труб и расширении области применения.
Поставленная техническая задача решается тем, что в способе производства газонефтепроводных труб большого диаметра, включающем нагрев заготовки-слябы, совмещение прокатки ее на лист и формирования из листа заготовки трубы в горячем состоянии, до формирования заготовки трубы производят в горячем состоянии прокатку кромок листа в вертикальных эджерных валках с последующим снятием кромок и фасок под сварку термофрезированием, после формирования заготовки трубы ее охлаждают в муфельном холодильнике, регулируя процесс охлаждения, а после охлаждения сформированной трубной заготовки производят ее электросварку, торцовку, правку и гидравлические испытания, при этом процесс производства заготовки трубы и готовой трубы производят раздельно, при этом прокатку кромок в вертикальных эджерных валках ведут с относительным обжатием по ширине 2-15%.
Предложенный способ реализуется с помощью схемы и состава оборудования, приведенном на чертеже, где 1 - нагревательные устройства, 2 - подающее устройство, 3 - рольганг с коническими роликами и центрирующими линейками, 4 - установка гидросбива окалины, 5 - прокатная клеть «Дуо» или «Кварто» с эджером реверсивная, 6 - промежуточнй рольганг, 7 - прокатная клеть «Кварто» с эджером реверсивная, 8 - промежуточный рольганг, 9 - ножницы поперечной резки, 10 - термофрезерная машина, 11 - стан горячей формовки трубы, 12 - подающий рольганг, 13 - холодильник секционный муфельный с принудительным регулируемым охлаждением.
Способ осуществляется следующим образом. В качестве исходной заготовки для производства труб большого диаметра в основном используется литая заготовка-сляба. После нагрева заготовки-слябы в нагревательном устройстве 1 по подающему устройству 2 она поступает на рольганг с коническими роликами и центрирующими линейками 3. Первая прокатная клеть 5 является также и уширительной клетью с вертикальными валками (эджером). Перед подачей заготовки в клеть 5 она проходит через установку гидросбива окалины водой высокого давления 4. В клети 5 заготовка-сляба прокатывается поперек до необходимой ширины, а затем прокатывается вдоль оси. По промежуточному рольгангу 6 раскат подается в прокатную клеть 7, где прокатывается до конечных заданных размеров по ширине и по длине. Для обеспечения качества листа суммарное обжатие в клетях 5 и 7 должны быть не менее оптимальной величины, а первое или второе обжатие максимально большим. Прокатку кромок в вертикальных эджерных валках ведут с относительным обжатием по ширине 2-15%. Обжатие менее 2% не перекрывает уширение листа при пропуске, которое составляет порядка 1,5%, что приводит к необходимости осуществления дополнительных пропусков для получения точной ширины листа. Увеличение обжатия более 15% нецелесообразно, т.к. это приводит к поперечному изгибу листа.
Полученный в процессе прокатки лист по промежуточному рольгангу 8 поступает на ножницы поперечной резки 9, где обрезают передний и задний концы, после чего раскат подают в термофрезерную машину 10. Термофрезерная машина 10 оборудована четырьмя парами фрез, по 2 с каждой стороны раската. При прохождении раската в горячем состоянии производят сначала съем металла с продольных кромок листа, а затем снятие продольных фасок под электросварку, после чего раскат подают на стан горячей формовки 11. На стане горячей формовки 11 из раската-листа в горячем состоянии формируют заготовку трубы, которую по подающему рольгангу 12 подают на холодильник 13, где охлаждают в определенном режиме до необходимой температуры. Холодильник 13 выполнен муфельным секционным с принудительным регулируемым охлаждением, что позволяет выбрать режим охлаждения для каждого вида трубы (диаметр, толщина стенки, марка стали) с минимальной деформацией, чем обеспечивают микроструктуру металла. После охлаждения сформированную трубную заготовку отгружают на трубный завод, где производят дополнительные операции: электросварку, торцовку, правку, гидравлические испытания и т.д. в обычном порядке.
Осуществление процессов прокатки листа из заготовки-слябы, прокатки ее на лист и формирование из него заготовки трубы производят в горячем состоянии до формирования заготовки трубы и при этом производят в горячем состоянии прокатку кромок листа в вертикальных эджерных валках с последующим снятием кромок и фасок под сварку термофрезированием, что позволяет получить готовый полупродукт для трубного производства. Учитывая, что трубы большого диаметра с толщиной стенки более 32 мм в сварочном агрегате без снятия иксообразных фасок сваривать нельзя, а после формирования заготовки трубы внутреннюю фаску на заготовке трубы не снять, то операцию снятия фасок на заготовке трубы в горячем состоянии совмещают с операцией обработки кромок трубы до формирования заготовки трубы, этим обеспечивают процесс получения готовой трубы большого диаметра, расширяют возможности производства и область применения. Охлаждение заготовки трубы на холодильнике муфельного типа с возможностью регулирования процесса охлаждения позволяет регулировать полную или частичную рекристаллизацию в заготовке трубы, чем достигают стабильной структуры заготовки трубы. Дополнительно к этому эффекту конструкция муфельного холодильника исключает возможность деформирования заготовки трубы в процессе охлаждения, чем обеспечивают гарантированный размер заготовки трубы как перед сваркой, так и конечного размера готовой трубы. Процесс разделения получения заготовки трубы и готовой трубы дает возможность, при необходимости, зачистить механическим путем кромку заготовки трубы в трубном производстве перед сваркой заготовки трубы. Способ позволяет увеличить производительность трубного производства, т.к. процесс сварки готовой трубы не ограничивает производительность прокатного стана из-за несовпадения данных операций по времени их выполнения. Способ может быть реализован в рамках существующих производств, когда металлургические и трубопрокатные заводы находятся на раздельных территориях, т.е. он не требует больших капитальных вложений по строительству новых заводов с совмещенным производством получения готовой трубы с прокатного нагрева, а транспортировка железнодорожным транспортом заготовки трубы не вызывает особых затруднений.
Источники информации
1. А.С. СССР № 1393493, опубл. 07.05.88 г., МПК B21C 37/08, B21B 19/02.
2. Патент РФ № 2122910, опубл. 10.12.1998 г., МПК B21C 37/06.