10.2. Контроль и способы повышения качества труб

Для обеспечения соответствия качества труб требованиям ГОСТов и Технических условий трубы подвергают контролю и испытаниям, большинство методов которых стандартизовано. Многие из них общи для всех видов металлопродукции, другие специфичны – используются для контроля качества труб специального назначения и обусловлены условиями применения труб и изделий из них.

Контроль размеров готовых труб – наружного и внутреннего диаметров, толщины стенки, овальности наружной и внутренней поверхности, эксцентриситета, продольной и поперечной разностенности, кривизне, длине, отклонений фактических размеров и формы от номинальных выполняется обычным измерительным инструментом, а также толщиномерами, длинномерами и т. д. или ультразвуковыми методами.

В табл. 10.2 приведены данные Е.Д. Кузнецова по поперечной разностенности труб, прокатанных на станах ХПТ И ХПТР.

Таблица 10.2. Поперечная разностенность труб, прокатанных на станах ХПТ и ХПТР

Тип стана	Маршрут прокатки, мм	Суммарная деформация, %	Поперечная разностенность
			до прокатки		после прокатки
			мм	%	мм	%
ХПТ 90	116×7 → 76×4	62	2,6	36	1,5	30
ХПТ-55	57×4 →→ 32×1,8	74	0,55	14	0,27	9,3
ХТПВ	25×1 → 20×0,5	60	0,047	8	0,045	9,0
ХПТР 30-60	41×1,7 → 39×1,1	38	0,090	5	0,078	7,0
ХПТР 15-30	25×1,0 → 23×0,3	72	0,10	9,0	0,05	5,0
ХПТР 15-30	23×0,8 → 23×0,3	62	0,07	9,0	0,05	11,0

В табл. 10.3 приведены допустимые отклонения размеров прецизионных труб.

Таблица 10.3. Величины нормируемых показателей геометрических размеров некоторых видов прецизионных труб (Данченко В.Н. и др.)

Показатели		D, мм		Толщина стенки, мм				Кривизна
1		2		3				4
ГОСТ 8734-75
Размер, мм		5–10		< 1,0		1–5		1000
		10–30
		30–50
		> 50
Отклонения, %		± 0,15		± 0,12		± 10%		1–2
		± 0,3
		± 0,4
		± 0,8%
ГОСТ 9941-81
Размер, мм		5–10		0,3-0,4		0,5–0,6		1000
		10–30				0,7–1,0
		30–95				1–3
						3–7
						≥ 7
Отклонения, %		± 0,3; 0,2; 0,15		± 0,07; 0,05		± 0,07; 0,1		1–2
		± 0,4; 0,3; 0,2				± 0,15; 0,1
		± 1,2%; 1,0; 0,8				+12,5%; –15% ± 0,12,5; +12,5% –10%
						+12,5%; +12,5% –10%; ±10%
						%; +12,5% –10%; ±10%;
						+12,5%; –10%; ± 10%;
DIN 2391
Размер, мм		4–30		0,5–12				Качение по наклонной плоскости
		32–40
		42–50
		55–60
Отклонения, %		± 0,08		± 10%;
		± 0,15
		± 0,20
		± 0,25
АSTM A213,А312
Размер, мм	10,3–25,4						То же
	25,4–38,1
	> 38,1
Отклонения, %	± 0,1		+ 20% –0% для D < 38,1 мм		+ 22% –0% для D > 38,1 мм
	± 0,15
	± 0,2

Примечание: Для всех типоразмеров труб отечественных и зарубежных стандартов овальность – в пределах отклонений по D; разностенность – в пределах отклонений по D и S.

Помимо геометрических размеров к готовым трубам предъявляют также требования по шероховатости поверхности, химическому составу, структуре (макро- и микроструктуре) металла, межкристаллитной коррозии, загрязненности металла неметаллическими включениями, Контроль химического состава, макроструктуры межкристаллитной коррозии, микроструктуры, загрязненности металла неметаллическими включениями относится к общим методам испытаний металлопродукции. Поэтому в процессе производства таких труб контроль их качества выполняют с применением ультразвуковой дефектоскопии и дефектоскопии вихревыми токами, а также люминесцентным методом с использованием проникающих жидкостей.

Ультразвуковой метод контроля позволяет оценить точность геометрических размеров, качество наружной и внутренней поверхности труб, сплошность металла, величину зерна и другие параметры.

Как было отмечено в главе 1 для производства парогенераторных труб, применяемых в ядерно-энергетических установках с водой под высоким давлением применяют стали и сплавы, обладающие высокой коррозионностойкостью и имеющие наименьшую склонность к образованию трещин и коррозии под напряжением. На рис.10.2 показан характер разрушения стенки трубы в результате коррозии напряжений

Исследование коррозионной стойкости материала трубы проводится по методикам американских стандартов -NАСЕ ТМ-02-84 и др.- определяются предельные значения коэффициентов длины (CLR) и толщины (CTR) трещин и по стандарту NАСЕ ТМО177 проводятся испытания на стойкость к сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН).

Для исследования коррозионной стойкости материала трубы по данному методу образец помещается в герметичную камеру (автоклав) (рис.10.3), которая предварительно продувается нейтральным газом для удаления воздуха с кислородом, затем камеру заполняют водным раствором 5% NaCl-CH₃COOH, образец нагружают с помощью динамометра до расчетной величин, определяемой соответствующим стандартом, и выдерживают в течение длительного времени, например , 720 час. Если в течение 720 часов испытаний не происходит разрушение образца, то такой образец считается выдержавшим испытание. Величина нагрузки выражается десятым долям от номинального (гарантированного) предела текучести σ_0,2. На рис.10.3 показана схема нагружения образца для проведения коррозионно-механических испытаний.

Современные требования к тонкостенным и особотонкостенным бесшовным трубам из тугоплавких металлов предусматривают дополнительно определение предельного отклонения размеров, параметров формы, волнистость и состояние микрорельефа наружной и внутренней поверхностей. Исследование этих характеристик качества тонкостенных бесшовных труб из тугоплавких металлов, полученных по технологии, разработанной в МИСиС, было проведено совместно с Е.Д.Кузнецовым ГТИ (бывш. ВНИТИ – Украина) на приборах «Толиронд-3» и «Толисфер Ф-5», работающих в комплексе с блоком обработки результатов измерений и микро-ЭВМ. Прибор «Толиронд-3» позволяет измерять отклонения от номинала таких параметров тонкостенных труб, как концентричность, симметричность и т. д., и построить объемную картину распределения этих параметров (рис. 10.4). Ниже приведены результаты исследования качества особотонкостенных труб из ниобия по методике Е.Д. Кузнецова:

Типоразмер труб Dт×Sт, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..	12,0×1,5	6,0×1,0
Среднее отклонение от эталонной поверхности Rа, мкм . . . . . . . . . . . . . . . . . .	85,1	17,9
Максимальная величина, измеренная от выступа до дна впадины на профиле поверхности в пределах измерения l, Rmax, мкм . . . . . . . . . . . . . . .	570	132,2
Максимальная высота профиля над средней линией в пределах оценочной длины участка измерения Rp, мкм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	310	63,5
Максимальная высота, измеренная от выступа до дна впадины на профиле Rtº, мкм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	666,5	354,5
Средний арифметический наклон профиля в пределах оценочной длины, град. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	0,103	0,068
Число участков, высота которых больше средней линии в пределах длины участка измерения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	9	1

Анализ полученных данных показывает, что полученные отклонения, %, по диаметру 100(ΔD_т/D_т) и толщине стенки 100(ΔS_т/S_т), а также микрорельеф труб из вольфрама, молибдена, ниобия (рис. 10.5), других тугоплавких металлов и сплавов не выводит их геометрические размеры за границы поля допусков, что указывает на высокое качество готовых труб.

Использовав основные положения теории управления точностью сложных систем и механизмов, Е.Д. Кузнецов (ГТИ бывш. ВНИТИ Украина) разработал алгоритм решения задач с применением ЭВМ (рис10.6), обеспечивающих повышение точности размеров холоднодеформированных прецизионных труб для машиностроения в установках ответственного назначения. В табл. 10.4 представлены результаты исследований точности холоднодеформированных труб, показывающие эффективность разработанного Е.Д. Кузнецовым метода управления качеством прецизионных труб, что позволило сделать вывод о существенных резервах повышения точности труб на действующем оборудовании.

Таблица 10.4. Сравнительные данные о размерах особоточных труб D_т×S_т = 22,8×2,8 мм, полученных с применением алгоритма Е.Д. Кузнецова.

Допустимые отклонения	Стандарт		Достигнутые показатели
	ГОСТ 800-78	PL I.001
По наружному диаметру, мм	+ 0,4	+ 0,3	+0,03
По внутреннему диаметру, мм	Не нормируются		+0,07
По толщине стенки, %	+ 12	± 5	± 1,5
От круглости поверхности, мм:
наружней	< 0,5	< 0,24	< 0,017
внутренней	Не нормируются		< 0,05
От цилинщричности на длине 100 мм наружной поверхности, мм	Не нормируются		< 0,02
Овализация обточенного кольца (оценка остаточных напряжений), мм	Не нормируется	< 0,08	< 0,02

Рис.10. Виды дефектов на трубах из цветных металлов: а – задиры; б – плены; в – пузыри; г – трещины; д – кольцеватость.