Все о котельных трубах. Как выбрать котельные трубы.

Котельная (котловая) труба - это разновидность стальных бесшовных труб, предназначенных для работы в условиях высоких температур и давления.
Они применяются в паровых котлах, пароперегревателях, экономайзерах, трубопроводах пара и горячей воды на тепловых электростанциях ТЭЦ, ГРЭС,в нефтепереработке и химической промышленности, даже на АЭС. Их задача - перенос высокотемпературных рабочих сред (вода, пар, газ) под высоким давлением для дальнейшего их использования в техпроцессах или коммунальном хозяйстве.

Главная особенность таких труб - повышенные требования к качеству металла, его однородности, чистоте химического состава и гарантированным механическим свойствам при рабочих температурах, которые могут достигать 580–620 °C. Обычная бесшовная труба при таких условиях деградирует — подвергается ползучести, межкристаллитной коррозии и охрупчиванию. Котельная — работает десятилетиями. 

Котельная труба должна выдерживать не просто давление, а длительное давление при высокой температуре. Это означает, что нормируется предел длительной прочности (σ при 10⁵ и 2х10⁵ часах работы),данный параметр, не имеет аналогов в обычных трубных стандартах.

Ключевые характеристики и требования к котельным трубам  

1. Прочность.  Способность выдерживать давление — как правило, от 10 до 25 МПа и выше (далее будет рассмотрено подробнее)
2. Жаропрочность. Способность выдерживать температуру  до 600–620 °C.
3. Коррозионная стойкость. Устойчивость к кислороду и углекислому газу, солям
4. Однородность материала трубы. Отсутствие пор, трещин, расслоений.
5. Высокое качество поверхности  недопустимы трещины, закаты, расслоения
6. Ударная вязкость и предел длительной прочности.
7. Испытания. Все характеристики трубы должны быть подтверждены испытаниями, которые проводятся на заводе и указаны в сертификате.

Хорошая котельная труба -- это баланс прочности, жаростойкости и устойчивости к коррозии.

Отличие котельных труб от общепромышленных бесшовных по ГОСТ 8732-78 (8734-74)

Котельные трубы — это не просто «более качественные бесшовные трубы». Это принципиально иной класс металлопродукции, где каждый элемент технологической цепочки — от выплавки стали до входного контроля — работает на обеспечение одной задачи: гарантированной безопасной работы при экстремальных условиях на протяжении всего ресурса оборудования, который для современных котлов составляет 200 000–300 000 часов.

Три главных технических отличия:

1. Стали. В котельных трубах — теплоустойчивые хромомолибденованадиевые и высокохромистые мартенситные стали (12ХМ, сталь 20, 15ХМ, 15Х1М1Ф, 12Х1МФ, 10Х9МФБ, 12Х2МФБ), которых просто нет в номенклатуре ГОСТ 8732-78. Они легированы специально под механизм ползучести. 
2. Испытания. Котельные трубы проходят испытания при рабочих температурах, обязательный ультразвуковой контроль 100% труб и гидроиспытание каждой трубы. 
3. Нормирование длительной прочности. является ключевым параметром при проектировании и расчёте котельных труб, так как он напрямую влияет на определение толщины стенки котла в соответствии с требованиями Ростехнадзора. Этот параметр учитывает способность материала сопротивляться деформации при длительном воздействии нагрузки и температуры, что критически важно для обеспечения надёжности и безопасности работы оборудования.
   

Критически важный момент: в котельных трубах нормируется не только химический состав, но и суммарное содержание вредных примесей — серы не более 0,020%, фосфора не более 0,025%, а в трубах класса «А» ещё жёстче. В ГОСТ 8732-78 требования к сере и фосфору значительно мягче (до 0,040–0,045% каждого). Это определяет принципиально разный ресурс работы в условиях ползучести.

Котельные трубы подразделяют на три вида

1. КНД Трубы котельные низкого давления ТУ 14-3-190-2004 ,ГОСТ 33229-2015.Предназначены для использования в котельных установках и трубопроводах с предельным давлением до 6,4 МПа и температурой до 400 °C
2. КВД Трубы котельные горячедеформированные и холоднодеформированные ТУ 14-3-460-2004, ТУ 14-3р-55-2001, ТУ 14-3Р-197-2001, ТУ 1301-039-00212179-2010, предназначенные для работы в условиях высоких температур и давления, преимущественно в котельных установках и паропроводах. Они применяются в теплоэнергетическом комплексе, включая производство и ремонт паровых котлов, создание паропроводов с избыточным давлением, а также в оборудовании, испытывающем экстремальные перегрузки давлением и температурой высокого давления (давление свыше 10 МПа, температура ~540–600 °C и выше.

Это не регламентированное ТУ деление, а неофициальное, оно встречается у поставщиков, в спецификациях и в технических описаниях котельного оборудования.
Котельные трубы низкого давления применяются в водогрейных и паровые котлах, экономайзерах, для трубопроводов горячей воды и насыщенного пара, в паросборных коллекторах, трубопроводы пара, начальных ступенях пароперегревателей.
Котельные трубы высокого давления используются также в пароперегревателях, змеевиках перегрева, главных паропроводах и выходах на турбину в ТЭЦ/ГРЭС.

Документы, которыми регламентируются котельные трубы:

В основном мы в своей работе используем ТУ:  ТУ 14-55-3Р-2001, ТУ 14-3-190-2004  и реже ТУ 14-3-460-2004. Но вот полный перечень доментов.

Марки стали котельных труб

Котельные стали делятся на четыре группы по химическому составу и температурному диапазону:

Углеродистые (Сталь 10, 20) — до 450 °C,  для котлов низкого давления.

Сталь 10 (ГОСТ 1050)

Химсостав: C 0,07–0,14%; Si 0,17–0,37%; Mn 0,35–0,65%; S ≤0,040%; P ≤0,035%.

Механические свойства при 20 °C: σв ≥ 340 МПа; σт ≥ 210 МПа; δ ≥ 31%.

Допускаемое напряжение [σ] при разных температурах: 20 °C — 130 МПа; 250 °C — 122 МПа; 350 °C — 109 МПа; 400 °C — 92 МПа; 450 °C — 78 МПа.

Особенности: хорошая свариваемость без подогрева, пластичная, легко гнётся. Главный недостаток — склонность к графитизации после длительной работы при температурах выше 450 °C: цементит распадается с выделением свободного графита, металл теряет прочность.

Применение: воздухоподогреватели, экономайзеры низкого давления, змеевики водогрейных котлов, поверхности нагрева вспомогательных котлов.

Сталь 20 (ГОСТ 1050)

Химсостав: C 0,17–0,24%; Si 0,17–0,37%; Mn 0,35–0,65%; Cr ≤0,25%; Ni ≤0,30%; Cu ≤0,30%.

Механические свойства при 20 °C: σв ≥ 410 МПа; σт ≥ 245 МПа; δ ≥ 25%; KCU ≥ 50 Дж/см². 

 Допускаемое напряжение [σ]: 20 °C — 147 МПа; 250 °C — 140 МПа; 350 °C — 126 МПа; 400 °C — 115 МПа; 450 °C — 92 МПа. 

 Предел длительной прочности σ100000 при 450 °C — около 80–100 МПа.

Особенности: самая массовая котельная сталь России. Свариваемость хорошая, при толщинах свыше 36 мм — с предварительным подогревом до 100–150 °C. Склонность к графитизации появляется при длительной работе свыше 450 °C, поэтому применение строго ограничено этой температурой. Хорошо штампуется, гнётся, развальцовывается.

Применение: экраны топочных камер, конвективные пучки, фестоны, экономайзеры, опускные трубы, паропроводы и питательные трубопроводы котлов с давлением до 4,0 МПа (а в некоторых случаях по расчёту до 9,8 МПа) и температурой до 450 °C. По ТУ 14-3-460 в варианте «сталь 20 повышенного качества» применяется и для отдельных участков котлов высокого давления.

Низколегированные (15ГС, 16ГС, 09Г2С) - до 475 °C, добавки марганца и кремния повышают прочность.

15ГС, 16ГС (ГОСТ 5520, ТУ 14-3-460)

Химсостав 15ГС: C 0,12–0,18%; Si 0,7–1,0%; Mn 0,9–1,3%; Cr ≤0,30%; Ni ≤0,30%; S ≤0,035%; P ≤0,035%.

Химсостав 16ГС: аналогичен, но C 0,12–0,18%, Si 0,4–0,7%, Mn 0,9–1,2%.

Механические свойства при 20 °C: σв ≥ 490 МПа; σт ≥ 295 МПа; δ ≥ 21%.

Допускаемое напряжение [σ] для 15ГС: 20 °C — 167 МПа; 300 °C — 155 МПа; 400 °C — 138 МПа; 450 °C — 130 МПа; 475 °C — 103 МПа.

Особенности: марганец и кремний дают твёрдорастворное упрочнение без значительного удорожания. Прочность примерно на 30% выше, чем у Стали 20, при сохранимой пластичности и свариваемости. При толщинах свыше 30 мм требуется подогрев при сварке 150–200 °C и термообработка сварного шва (высокий отпуск).

Применение: главные паропроводы и питательные трубопроводы котлов среднего давления, барабаны котлов, коллекторы, корпуса аппаратов под давлением. Граница применения по температуре — 475 °C, дальше начинается переход на хромомолибденовые стали.

09Г2С — C ≤ 0,12%; Mn 1,30–1,70%; Si 0,50–0,80%. Самая «дружелюбная» к сварке низколегированная сталь, работает в широком интервале температур (от –70 до +450 °C). Применение: трубопроводы пара, горячей воды, питательных линий, элементы котлов и сосудов умеренных параметров.

Теплоустойчивые перлитные стали

Это «рабочие лошадки» большой энергетики. Ключевая особенность — стабильность карбидной фазы при длительной работе под напряжением. Теплоустойчивые перлитные (12МХ, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф) — до 585 °C, легированы хромом, молибденом, ванадием. Хром даёт жаростойкость, молибден — сопротивление ползучести, ванадий — стабильность карбидов при длительной работе.

12МХ (ТУ 14-3-460)

Химсостав: C 0,09–0,16%; Si 0,17–0,37%; Mn 0,40–0,70%; Cr 0,40–0,70%; Mo 0,40–0,55%.

Допускаемое напряжение [σ]: 20 °C — 147 МПа; 400 °C — 137 МПа; 500 °C — 118 МПа; 530 °C — 88 МПа.

Особенности: молибден даёт сопротивление ползучести, хром — окалиностойкость. Сваривается с подогревом 200–250 °C и обязательной термообработкой (высокий отпуск 690–710 °C). Сейчас применяется реже — вытесняется сталью 12Х1МФ.

Применение: пароперегреватели и паропроводы котлов с температурой пара до 510–530 °C, в том числе на старых блоках 100–150 МВт.

15ХМ (ТУ 14-3-460)

Химсостав: C 0,11–0,18%; Si 0,17–0,37%; Mn 0,40–0,70%; Cr 0,80–1,10%; Mo 0,40–0,55%.

Допускаемое напряжение [σ]: 20 °C — 155 МПа; 450 °C — 142 МПа; 500 °C — 130 МПа; 540 °C — 100 МПа.

Особенности: более легированный аналог 12МХ, хром повышен до ~1%, что даёт лучшую жаростойкость. Аналог по применению — ASTM P11/P12. Свариваемость удовлетворительная, требуется подогрев 250–300 °C и термообработка швов.

Применение: пароперегреватели и паропроводы котлов с температурой пара до 540 °C; коллекторы среднего и высокого давления.

12Х1МФ (ТУ 14-3-460) — ключевая сталь энергетики

Химсостав: C 0,08–0,15%; Si 0,17–0,37%; Mn 0,40–0,70%; Cr 0,90–1,20%; Mo 0,25–0,35%; V 0,15–0,30%; S ≤0,025%; P ≤0,030%.

Механические свойства при 20 °C (после нормализации с отпуском): σв ≥ 470 МПа; σт ≥ 265 МПа; δ ≥ 21%; KCU ≥ 60 Дж/см².

Допускаемое напряжение [σ]: 20 °C — 167 МПа; 400 °C — 156 МПа; 500 °C — 140 МПа; 540 °C — 122 МПа; 560 °C — 102 МПа; 570 °C — 88 МПа; 585 °C — 67 МПа.

Предел длительной прочности σ100000: при 540 °C — ~140 МПа; при 565 °C — ~100 МПа; при 585 °C — ~70 МПа.

Особенности: добавка ванадия (~0,2%) образует мелкодисперсные карбиды VC, которые блокируют движение дислокаций при ползучести. Это даёт стабильность свойств на десятки тысяч часов работы. Поставляется в нормализованном с отпуском состоянии (нормализация 960–980 °C, отпуск 740–760 °C). Сваривается с подогревом 300–350 °C и обязательным высоким отпуском сварного шва 720–740 °C — без этого в зоне термического влияния развиваются охрупчивание и трещины при ползучести.

Ресурс паропровода из 12Х1МФ — 200–270 тыс. часов при правильной эксплуатации, по СО 153-34.17.470-2003 предусмотрено индивидуальное продление сверх паркового ресурса.

Применение: основная сталь для главных паропроводов острого пара, линий горячего промперегрева, пароперегревателей всех ступеней (кроме самых горячих), экранов топочных камер котлов СКД, перепускных коллекторов. Применяется на всех советских и российских блоках 200, 300, 500, 800 МВт.

15Х1М1Ф (ТУ 14-3-460)

Химсостав: C 0,10–0,16%; Si 0,17–0,37%; Mn 0,40–0,70%; Cr 1,10–1,40%; Mo 0,90–1,10%; V 0,20–0,35%.

Допускаемое напряжение [σ]: 20 °C — 180 МПа; 400 °C — 170 МПа; 500 °C — 156 МПа; 540 °C — 140 МПа; 565 °C — 120 МПа; 585 °C — 95 МПа.

Особенности: молибден повышен почти в три раза по сравнению с 12Х1МФ — это даёт ещё большее сопротивление ползучести при той же температуре. По применению — близкий аналог зарубежной P22 (10CrMo910). Сваривается с подогревом 350–400 °C и термообработкой швов 730–750 °C.

Применение: наиболее нагруженные участки главных паропроводов и коллекторов блоков СКД 25,5 МПа / 545 °C; крупные коллекторы выходных пароперегревателей; питательные трубопроводы высоких параметров.

12Х2МФСР 

Менее распространённая, применяется на отдельных блоках. Содержит до 0,005% бора, который связывает свободный азот и стабилизирует структуру при ползучести. Рабочая температура до 585 °C, по характеристикам близка к 15Х1М1Ф, но дороже.

12Х11В2МФ, ЭИ-756 

Состав: C 0,10–0,15%; Cr 10,0–11,5%; W 1,7–2,2%; Mo 0,6–0,9%; V 0,20–0,40%.

Мартенситная жаропрочная сталь. Рабочая температура до 600 °C при сохранении окалиностойкости в среде пара. Применяется на отдельных блоках сверхкритического давления, где обычная 12Х1МФ уже не справляется по окалиностойкости со стороны пара. По концепции — предшественник современной мартенситной P91/P92, но с более высоким содержанием хрома.

Аустенитные нержавеющие стали

Применяются там, где температура металла стенки превышает 580–585 °C ( до 610–640 °C,) выше предела перлитных сталей. Высокая стоимость и сложности при сварке оправдываются только в самых горячих узлах. Жаропрочные аустенитные (12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, ДИ-59) — ~18% Cr и ~10–12% Ni дают аустенитную структуру с высокой жаропрочностью и коррозионной стойкостью.

08Х18Н10Т 

Химсостав: C ≤0,08%; Si ≤0,80%; Mn ≤2,00%; Cr 17,0–19,0%; Ni 9,0–11,0%; Ti 5×C…0,7%; S ≤0,020%; P ≤0,035%.

Допускаемое напряжение [σ]: 20 °C — 147 МПа; 500 °C — 122 МПа; 600 °C — 88 МПа; 650 °C — 56 МПа.

Особенности: титан связывает углерод в стабильные карбиды TiC и предотвращает выделение карбидов хрома по границам зёрен (стабилизация против межкристаллитной коррозии). Поставляется после аустенизации (1050–1080 °C с быстрым охлаждением). Сваривается без подогрева, но с ограничением погонной энергии — иначе укрупняется зерно и снижается жаропрочность.

Применение: трубные пучки парогенераторов АЭС (ПГВ-1000 и ПГВ-1200) — там работают тысячи U-образных трубок Ø 16 × 1,5 мм; теплообменники с агрессивными средами; коллекторы выходных пароперегревателей.

12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т 

Состав 12Х18Н12Т: C ≤0,12%; Cr 17,0–19,0%; Ni 11,0–13,0%; Ti 5×C…0,8%.

Допускаемое напряжение [σ] для 12Х18Н12Т: 20 °C — 147 МПа; 500 °C — 130 МПа; 600 °C — 102 МПа; 640 °C — 78 МПа.

Особенности: повышенное содержание никеля (11–13% против 9–11% у 08Х18Н10Т) даёт более стабильную аустенитную структуру и лучшую жаропрочность при 600+ °C. Это основная сталь для горячих ступеней пароперегревателей котлов СКД и ССКП.

Применение: выходные ступени конвективного и ширмового пароперегревателей котлов 545 °C / 25,5 МПа, где температура металла достигает 600–620 °C; крупные аустенитные коллекторы; перепускные трубопроводы между аустенитной и перлитной частями тракта (требуют переходных сварных соединений с буферными слоями).

10Х13Г12БС2Н2Д2 (ДИ-59) и аналоги

Состав: C ≤0,08%; Cr 15,5–17,0%; Ni 10,5–12,5%; Mo 2,5–3,0%; Ti.

Молибден даёт дополнительную жаропрочность и стойкость в агрессивных средах. Рабочая температура до 640 °C. Применяется на выходных ширмах самых нагруженных пароперегревателей блоков СКД и ССКП.

08Х16Н9М2 

Состав: C ≤ 0,08%; Cr 15,0–17,0%; Ni 8,5–10,5%; Mo 2,0–2,5%. Мо повышает стойкость к точечной коррозии и коррозии в дымовых газах. Применение: трубы пароперегревателей и трубопроводы, работающие в условиях сернистой коррозии при температуре до 610 °C.

Сортамент котельных труб

Диаметры котельных труб

Средние: 95, 102, 108, 114, 121, 127, 133, 140, 146, 152, 159, 168, 180, 194, 203, 219.

Крупные: 245, 273, 299, 325, 351, 377, 402, 426, 450, 480, 530, 560, 600, 630.

Особо крупные: 720, 820 — но это уже редкость и выходит за рамки массовой котельной номенклатуры.

В реальной практике энергетики используется не весь этот ряд, а так называемые «ходовые» диаметры: 32, 38, 42, 51, 57, 76, 89, 108, 133, 159, 219, 273, 325, 377, 426, 530, 630. Производители держат именно эти размеры в графиках катания. Размеры вне ряда (45, 54, 60, 63,5, 70, 95, 102, 121, 146, 168, 245, 299, 351, 402, 450, 480) тоже доступны, но требуют либо отдельного заказа, либо набираются из складских остатков.

Для холоднодеформированных труб ряд по ГОСТ 8734 более частый и начинается от Ø 5: 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 19, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 42, 45, 48, 51, 54, 57, 60, 63,5, 70, 76 и так далее.

Толщины стенок котельных труб

Стенки тоже идут по фиксированному ряду. Для горячедеформированных (ГОСТ 8732):

Тонкие: 2,5; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0.

Средние: 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0; 9,5; 10,0; 11,0; 12,0; 14,0; 16,0; 17,0; 18,0; 19,0; 20,0.

Толстые: 22, 24, 25, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 45, 50, 56, 60, 65, 70, 75.

В котельной практике от тонкого края используются стенки 3, 3,5, 4, 5, 6 мм — для экранов и пакетов пароперегревателей. Ходовые «средние» стенки — 8, 10, 12, 16, 20 мм — для коллекторов и паропроводов. Самые толстые (40–60 мм) идут на крупные паропроводы блоков 500–800 МВт и на барабанные коммуникации.

Для холоднодеформированных стенки начинаются от 0,3 мм, но в котельной номенклатуре практически минимум — 1,0–1,5 мм (трубные пучки парогенераторов АЭС).

Типовые сочетания:

• Ø 32: 3; 3,5; 4; 5; 6
• Ø 38: 3; 3,5; 4; 4,5; 5; 6; 7
• Ø 42: 3,5; 4; 5; 6; 7; 8
• Ø 51: 4; 5; 6; 7; 8; 10
• Ø 57: 4; 5; 6; 8; 10; 12
• Ø 76: 5; 6; 7; 8; 9; 10; 12
• Ø 89: 5; 6; 8; 9; 10; 12; 14
• Ø 108: 6; 8; 9; 10; 11; 12; 14; 16
• Ø 133: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20
• Ø 159: 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25
• Ø 219: 10; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32
• Ø 273: 10; 12; 14; 16; 20; 22; 25; 28; 32; 36
• Ø 325: 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40
• Ø 377: 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45
• Ø 426: 16; 18; 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50
• Ø 530: 20; 22; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 60
• Ø 630: 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 60; 65

ТУ 14-3-190-2004. Расширенный ряд диаметров для промышленных котлов: от Ø 16 до Ø 426 мм. Стенки — преимущественно тонкие и средние, до 25–28 мм. Длины — 4–12 м, обычно немерные.

ТУ 14-3-460-2004. Самый широкий сортамент: от Ø 10 (для змеевиков) до Ø 630 мм. Стенки — от 1,5 мм (тонкие пакеты пароперегревателей) до 60–75 мм (главные паропроводы и барабанные коммуникации). Длины — до 11,8 м стандартно, по согласованию до 24 м. Здесь же встречаются «утолщённые» исполнения для участков повышенного износа.

ТУ 14-3Р-55-2001. Сортамент аустенитных труб уже: преимущественно Ø 16–325 мм, стенки 1,5–25 мм. Свыше Ø 325 аустенит применяется крайне редко по экономическим причинам. Длины — обычно 4–9 м, для трубных пучков парогенераторов АЭС — до 11 м (требуется для гнутых U-образных трубок).

Мы специализируемся на следующих типоразмерах котельных труб: 133х20, 159х32, 194х38, 219х26, 219х32, 219х40, 245х48, 273х32, 273х36, 273х40, 273х45, 273х50, 273х60, 325х38, 325х40, 325х45, 325х50, 325х60, 377х50, 377х60, 377х70, 530х25, 530х36, 530х40, 530х45, 530х95, 630х28, 630х30, 750х65, 920х30, 920х32, 920х42. Стали 15Х1М1Ф, 12Х1МФ, сталь 20, 15ХМ. Данные позиции мы можем представить вам по максимально выгодным ценам, в любом объеме.

  Как производятся котельные трубы?

Производство делится на два основных этапа: горячую деформацию (основной для большинства котельных труб) и холодную деформацию (для повышения точности размеров и качества поверхности).

 1. Горячая деформация




Это самый распространённый метод для котельных труб. Процесс проходит в несколько этапов на специализированных трубопрокатных агрегатах (часто автоматических линиях).

Подготовка заготовки: Выбирают и осматривают круглую стальную заготовку (биллет). Её очищают от окалины и дефектов.
Нагрев: Заготовку нагревают в печи (часто в роторной или конвейерной) до температуры 1100–1250 °C, чтобы сталь стала пластичной.
Прошивка (piercing): Нагретую заготовку подают в прошивной стан (чаще всего косовалковый стан Маннесманна — двухвалковый с косорасположенными валками). Валки вращают и продвигают заготовку, а в центре находится оправка (стержень), которая «пробивает» отверстие. Получается полая гильза (толстостенная труба-заготовка). Этот метод изобрели братья Маннесман в конце XIX века и он до сих пор широко используется.
Прокатка гильзы: Гильзу раскатывают на стане (пилгер-стан, непрерывный стан с оправкой, трехвалковый стан и т.д.), уменьшая толщину стенки и увеличивая длину. Здесь используют внутреннюю оправку для контроля внутреннего диаметра.
Калибровка (sizing/reducing): Трубу пропускают через калибровочный стан для точной настройки наружного диаметра и круглости.
Охлаждение и термообработка: Трубу охлаждают, затем проводят нормализацию, отжиг или закалку с отпуском — это важно для котельных труб, чтобы обеспечить нужные механические свойства (прочность при высоких температурах, сопротивление ползучести).
После этого трубу правят, обрезают концы, проводят неразрушающий контроль (ультразвук, вихретоковый метод, гидроиспытания) и маркируют.

  2. Холодная деформация 




Это уже последующий шаг, для повышения точности. Берут горячекатаную гильзу или трубу и проводят травление (удаление окалины), смазку.
Холодная прокатка или волочение: Трубу протягивают через фильеру (волоку) и/или прокатывают на холоднопрокатном стане при комнатной температуре. Это уменьшает диаметр и толщину стенки за несколько проходов.
Промежуточный отжиг (для снятия наклепа и восстановления пластичности).
Повторяют волочение + отжиг до достижения нужных размеров. Таким способом изготавливают трубы для экономайзеров, пароперегревателей.

Холоднодеформированные трубы имеют лучшую геометрию, но процесс дороже и медленнее.
Другие методы (реже для котельных труб)

Горячая экструзия: Заготовку помещают в контейнер пресса и выдавливают через матрицу с оправкой под высоким давлением. Хорошо подходит для легированных сталей и толстостенных труб.
Комбинированные процессы: Иногда горячая прокатка + холодное волочение.

Граница между ГД и ХД примерно по диаметру 76–108 мм: ниже — преимущественно холоднодеформированные, выше — горячекатаные. Для котельной тематики это означает: трубы Ø 16–57 мм с тонкой стенкой делаются ХД-методом, Ø 89 мм и выше — почти всегда ГД.

Термообработка

Еще один принципиальный пункт, который отличает котельные трубы от общепромышленных бесшовных это термообработка сталей по строгим регламентам.
Термообработка — принципиальное требование ТУ 14-3Р-55-2001, которое отличает котельные трубы от труб общего назначения, если данный процесс не был проведен или проведен с нарушениями труба не получит сертификат.
Каждая марка стали имеет строго регламентированный режим, нарушение которого является браком независимо от механических свойств.

Сталь 20 — нормализация
Нагрев 880–920 °C, охлаждение на воздухе. Обеспечивает мелкозернистую феррито-перлитную структуру с нормированным баллом зерна 5–8 по ГОСТ 5639-82.

Стали 12МХ, 15ХМ — нормализация + отпуск
Нормализация 930–960 °C + отпуск 680–720 °C. Формируется нормализованная бейнитная структура с карбидами хрома и молибдена, обеспечивающая ползучесть при 450–520 °C.

Стали 12Х1МФ, 15Х1М1Ф — нормализация + отпуск
Нормализация 960–1000 °C + отпуск 730–780 °C. Критически важен интервал отпуска — ванадиевые карбиды Cr-Mo-V, формирующиеся при отпуске, обеспечивают предел ползучести при 570 °C. Ошибка ±20 °C меняет σ₁₀₀₀₀₀ на 15–20%.

Сталь 10Х9МФБ (P91) — нормализация + высокий отпуск
Нормализация 1040–1080 °C (растворение карбидов в аустените) + отпуск 730–780 °C (осаждение мелкодисперсных карбидов MX-типа в мартенситной матрице). Мартенситная структура с MX-карбидами обеспечивает σ₁₀₀₀₀₀ при 600 °C = 94 МПа.

Режим термообработки документируется диаграммой из системы SCADA термопечи и прикладывается к паспорту партии. Отклонение температуры более чем на ±10 °C от предписанной это основание для повторной термообработки или отбраковки.

Испытания котельных труб (Выходной контроль)

Ни одна котельная труба не отправляется к потребителю без полного цикла испытаний. Ниже приедены испытания труб для ТУ 14-3Р-55-2001.

Также для всех котельных труб, вне зависимости от ТУ характерны  двойная верификация химического состава (при выплавке и уже готовой трубы), гидравлические испытания каждой трубы и обязательная документируемая термообработка, которая прикладывается к сертификату. 

Для ТУ 14-3-460-2004 проводится испытании на межкристаллитную коррозию Это испытание не имеет аналогов в других двух ТУ и является абсолютным входным барьером для аустенитных труб. Партия, не прошедшая 72-часовое кипячение в сернокислой меди идет на переплавку.

Длина котельный трубы

Немерная длина — заводская, как получится по технологии. Для горячедеформированных труб обычно 4–12,5 м, для крупных диаметров (Ø 426 и выше) — 8–12 м. Самый дешёвый вариант, без обрезки в размер.

Мерная длина — фиксированная длина с допуском +15 мм / –0 мм. Например, точно 9,0 м или 11,7 м (стандартные транспортные размеры под полувагон). Удешевляет монтаж, потому что снижает количество резов и сварных стыков, но повышает цену самой трубы (надбавка 5–15% к базовой цене).

Длина, кратная мерной — поставка, при которой каждая труба имеет длину, равную целому числу заданных мер. Используется реже, в основном при изготовлении однотипных змеевиков пакетов пароперегревателей.

Предельные длины: для большинства котельных труб — до 11,8 м (ограничение по полувагону). По специальному согласованию некоторые заводы катают трубы до 14, 18 и даже 24 м — для главных паропроводов крупных блоков, где нужно минимизировать количество стыков.

Длина холоднодеформированных труб обычно меньше — 1,5–9 м, потому что ХД-станы короче.

Допуски на размеры

Это важный раздел: точность напрямую влияет на возможность использования трубы и на расчёт прочности.

По наружному диаметру (горячедеформированные, ГОСТ 8732):

• Ø до 50 мм — допуск ±0,5 мм
• Ø 51–219 мм — допуск ±1,0 % (т.е. ±2 мм для Ø 219)
• Ø свыше 219 мм — допуск ±1,25 % (например, ±5,3 мм для Ø 426)

По стенке (горячедеформированные):

• Стенка до 15 мм — допуск +12,5% / –15%
• Стенка 15–30 мм — допуск ±12,5%
• Стенка свыше 30 мм — допуск +10% / –12,5%

Минусовой допуск на стенку — это ключевой параметр для расчёта на прочность. В формулу подставляется не номинальная, а минимальная стенка (sном – минусовой допуск), что даёт реальный запас прочности.

По холоднодеформированным трубам допуски жёстче: по диаметру ±0,3–0,5 мм, по стенке ±10–12,5%.

По кривизне: обычно не более 1,5 мм на 1 м длины для горячекатаных и не более 1 мм на 1 м для холоднокатаных. Для котельных труб повышенного качества по ТУ 14-3-460 кривизна нормируется ещё жёстче — до 0,8 мм/м.

По овальности и разностенности: не более 80% соответствующего допуска по диаметру и стенке. Для трубных пучков АЭС эти допуски ужесточаются индивидуально по контракту.

Производители котельных труб в России 

ВТЗ — АО «Волжский трубный завод», г. Волжский
СинТЗ — АО «Синарский трубный завод», г. Каменск-Уральский
СТЗ — АО «Северский трубный завод», г. Полевской
ТАГМЕТ — ОАО «Таганрогский металлургический завод», г. Таганрог
ЧТПЗ — ПАО «Челябинский трубопрокатный завод», г. Челябинск
ПНТЗ — АО «Первоуральский новотрубный завод», г. Первоуральск
ВМЗ — АО «Выксунский металлургический завод», г. Выкса
ИТПЗ — Ижорский трубопрокатный завод, г. Колпино (Санкт-Петербург)
АТЗ — ОАО «Альметьевский трубный завод», г. Альметьевск

Автор статьи: специалист по котельным трубам Дарья Дмитриевна Кравцова.