Бесшовные трубы изготавливаются методом горячей и холодной деформации (прокатки). Различия между ними касаются технологии изготовления, нормативной базы, размерного ряда, точности, качества поверхности, механических свойств и стоимости. От правильного выбора зависит работоспособность конкретного узла, а иногда и всей огромной системы. Об этом наша статья.
Технология производства горяче- и холодно деформированных труб
Горячедеформированные (горячекатаные) трубы изготавливают прокаткой стальной заготовки (как правило, непрерывнолитой круглой заготовки диаметром 90–220 мм) при температуре выше точки рекристаллизации стали - в диапазоне 1100–1250 °C. Технологический процесс включает прошивку сплошной заготовки в гильзу на прошивном стане косой прокатки, последующую раскатку на пилигримовом, автоматическом, непрерывном или трёхвалковом стане, и калибровку. На поверхности готовой трубы присутствует окалина.Холоднодеформированные (холоднокатаные) трубы получают дополнительной обработкой горячекатаной заготовки без нагрева до температуры рекристаллизации. Основные методы — холодная прокатка на станах ХПТ (холодной периодической прокатки) и ХПТР (роликовой), а также холодное волочение через калибрующие фильеры. На этапе деформации применяют технологические смазки на основе минеральных масел и эмульсий. Поскольку при холодной обработке металл не рекристаллизуется, происходит наклёп: повышаются твёрдость и прочность, снижается пластичность. После прокатки или волочения трубы проходят промежуточную и финишную термообработку — отжиг или нормализацию.
Эта разница в технологии определяет доступный размерный ряд, точность, качество поверхности, стоимость и применимость каждой группы.
Сортамент горяче- и холодно деформированных труб
Горячедеформированные трубы по ГОСТ 8732-78 покрывают крупный диапазон: наружный диаметр от 20 до 550 мм (на практике на складах массово от 32 до 426 мм), толщина стенки от 2,5 до 75 мм. Длина немерная в пределах 4–12,5 м, мерная и кратной мерной в пределах немерной. По толщине стенки трубы делятся на тонкостенные, толстостенные и особотолстостенные.
Холоднокатаные трубы по ГОСТ 8734-75 — это прецизионный диапазон: наружный диаметр от 1 до 250 мм (массово — от 5 до 140 мм), толщина стенки от 0,3 до 24 мм. По соотношению наружного диаметра к толщине стенки (Dн/S) выделяют четыре группы: особотонкостенные (Dн/S > 40), тонкостенные (Dн/S = 12,5–40), толстостенные (Dн/S = 6–12,5) и особотолстостенные (Dн/S < 6). Длина — немерная от 1,5 до 11,5 м, мерная и кратной мерной от 1,5 до 9 м. Трубы диаметром 100 мм и более с соотношением Dн/S более 50 и с соотношением менее 4 поставляются по согласованной с заказчиком технической документации.
При диаметре менее 32 мм или необходимости тонкой стенки выбор однозначен в пользу холоднодеформированного сортамента. При диаметре более 250 мм или толщине стенки более 24 мм — только горячая прокатка. В перекрывающемся диапазоне (примерно Ø 32–140 мм) выбор делается по требованиям к точности, поверхности и стоимости.
Регламентирующие ГОСТы и ТУ
Для горячедеформированных бесшовных труб действуют ГОСТ 8732-78 (сортамент размеры, масса 1 п. м.), ГОСТ 8731-87 (технические требования: марки стали, механические свойства, испытания) и ГОСТ 9940-81 для горячедеформированных труб из коррозионностойкой стали.
Для холоднодеформированных (включая теплодеформированные) бесшовных труб ГОСТ 8734-75 (сортамент), ГОСТ 8733-74 (технические требования) и ГОСТ 9941-81 для холодно- и теплодеформированных труб из коррозионностойкой стали. Дополнительно используются ГОСТ 9567-75 (прецизионные трубы повышенной точности) и отраслевые ТУ. В нефтегазовой, котельной, авиационной и судостроительной отраслях своя нормативная база (например, ГОСТ 550-75 для нефтепереработки, ГОСТ 8731-87 группы В и Д для специальных применений).
Есть ТУ в которых нормируется как горячий, так и холодный метод прокатки. ТУ 14-3-460-2009: горячедеформированные трубы диаметром 57–219 мм, холоднодеформированные — диаметром 10–76 мм. При этом по согласованию допускается поставка холодно- и теплодеформированных труб диаметром более 108 мм по сортаменту горячедеформированных.
ТУ 14-3-190-2004: горячедеформированные трубы изготавливают диаметром 20–426 мм с толщиной стенки 2,5–18 мм в сортаменте ГОСТ 8732, холодно- и теплодеформированные в сортаменте ГОСТ 8734.
По ТУ 14-3-55-2001 (трубы из углеродистых и легированных сталей для паровых котлов и трубопроводов) также изготавливают горячий и холодный сортамент. Горячедеформированные трубы изготавливаются наружным диаметром 42–219 мм, холоднодеформированные до 76 мм (с перекрытием диапазонов в средней зоне ~57–114 мм, где применимы как холодная так и горячая деформация).
Марки стали труб разной технологии производства
И при горячей и при холодной формовке используют одни и те же марки стали, но тем не менее практическая и эксплуатационная разница между марками есть. Из углеродистых сталей чаще изготавливают горячедеформированный сортамент. А трубы малых диаметров, прецизионные трубы для гидравлики высокого давления и медицинской техники преимущественно холоднодеформированные, часто из легированных или нержавеющих марок.
Углеродистые конструкционные: Сталь 10, Сталь 20, Сталь 35, Сталь 45 для общего машиностроения и трубопроводов умеренного давления.
Низколегированные: 09Г2С (10Г2) для трубопроводов с повышенными требованиями к хладостойкости и свариваемости, работает до −70 °C; 17Г1С для магистральных нефтегазопроводов.
Легированные конструкционные: 40Х, 30ХГСА, 35ХМ для деталей, требующих закалки и высокой прочности (валы, гильзы, элементы гидравлики).
Жаропрочные котельные: 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х5М для котлов, паропроводов и нефтехимии при температурах 450–580 °C.
Коррозионностойкие, изготавливаемые по ГОСТ 9940/9941: 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т аустенитные нержавеющие стали для пищевой и химической промышленности; 20Х13, 40Х13 мартенситные хромистые стали; 10Х17Н13М2Т для агрессивных сред с хлоридами. Для коррозионностойких сталей оба применяются оба метода формовки, но регулируются разными стандартами - ГОСТ 9940-81 для горячедеформированных и ГОСТ 9941-81 для холодно- и теплодеформированных труб.
Горячедеформированные трубы охватывают более широкий спектр сталей, включая крупные заготовки из низколегированных и высоколегированных марок. Высокая температура прокатки позволяет деформировать даже малопластичные при комнатной температуре стали.
Холоднодеформированные трубы требуют достаточной пластичности металла при холодной прокатке или волочении, поэтому здесь чаще применяются мягкие углеродистые и низколегированные марки (10, 20, 09Г2С). Высоколегированные и труднодеформируемые марки для холодного метода либо требуют промежуточных отжигов, либо переходят в категорию теплодеформированных.
В котельных ТУ 14-3-460-2009, ТУ14-3-190-2004, 14-3Р-55-2001) перечень марок также общий для обоих методов (20, 20-ПВ, 12Х1МФ, 12Х1МФ-ПВ, 15ХМ, 15МА, 12Х18Н12Т) разделение идёт по типоразмерам.
Точность размеров, качество поверхности, механические свойства
Допуски размеров. У горячедеформированных труб допуски по наружному диаметру обычной точности составляют от ±0,8 до ±1,5% в зависимости от диаметра, по толщине стенки — до ±12,5–15%. У холоднодеформированных труб точность выше: по диаметру — ±0,3–0,5 мм, по стенке — ±10% и менее, а при изготовлении по ГОСТ 9567 (прецизионный сортамент) допуски ещё жёстче. Это критично для деталей под механическую обработку с минимальным припуском и для сопряжений с уплотнениями.
Кривизна. По ГОСТ 8732-78 кривизна на 1 м длины допускается до 1,5 мм для стенки до 20 мм, до 2,0 мм — для стенки 20–30 мм, и до 4,0 мм — для стенки более 30 мм. По ГОСТ 8734-75 для диаметра более 10 мм кривизна не должна превышать 1,5 мм/м, а по соглашению с заказчиком для диаметров 20–90 мм — до 1 мм/м.
Поверхность. Горячекатаная труба поставляется с окалиной, шероховатость поверхности Ra типично 12,5–25 мкм. У холоднодеформированной трубы поверхность гладкая, без окалины, Ra обычно 1,6–3,2 мкм, а на прецизионных трубах достигает 0,8 мкм и ниже. Это разница на порядок и она прямо влияет на применимость в гидросистемах, теплообменниках и узлах с требованиями к чистоте внутреннего канала.
Механические свойства. За счёт наклёпа холоднодеформированные трубы при прочих равных имеют более высокие предел прочности и предел текучести, но более низкое относительное удлинение. После отжига разница в механических характеристиках сглаживается, но геометрическое и поверхностное преимущество сохраняется.
Критерии выбора горячекатаных и холоднокатаных труб.
Выбор между двумя типами труб определяется четырьмя основными параметрами.
Диаметр и толщина стенки.наиболее очевидный критерий. Трубы большого диаметра (как правило, от 57 мм и выше) и с толстой стенкой производятся горячим методом, малые диаметры и тонкостенные — холодным. При промежуточных размерах выбор определяется остальными факторами.и.
Требования к точности и поверхности. Если к изделию предъявляются жёсткие требования по допускам на диаметр и толщину стенки, предпочтение отдаётся холоднодеформированным трубам. Они обеспечивают значительно меньшие отклонения по диаметру (±0,3–0,8 мм против ±1% у горячих) и более чистую поверхность. Например, для деталей под механическую обработку с минимальным припуском, под уплотнения, для гидросистем высокого давления, теплообменников применяют холоднокатаные трубы. Для конструкционных элементов и магистралей низкого давления используют только трубы горячей прокатки.
Условия эксплуатации. Параметры давления и температуры. Горячедеформированные трубы применяются там, где требуются большие толщины стенок для работы под высоким давлением и при повышенных температурах (паровые котлы, магистральные трубопроводы). Холоднодеформированные предпочтительны для теплообменного оборудования и систем с высокими требованиями к геометрии.
Стоимость. Холоднодеформированная труба в среднем в 1,5–2,5 раза дороже горячедеформированной аналогичного сечения и марки стали из-за дополнительного передела. Это плата за точность, поверхность и стабильные механические свойства.
Автор статьи: Дарья Александровна Кравцова, эксперт в области металлопроката.
calltouch requsest -->