Строительные стали повышенной прочности

Основными легирующими элементами в них являются недефи­цитные марганец и кремний (табл. 9.4). с добавками ванадия или ниобия, а также медь. Медь вводят в количестве 0,15-0,30 % для повышения стойкости к атмосферной коррозии.

В сталях этого класса высокая прочность достигается благодаря твердорастворному ме­ханизму упрочнения. Структура сталей состоит из феррита и 10 - 15 % перлита. В феррито-перлитной смеси растворяются мельчайшие частицы карбидов ванадия и ниобия и дисперсные частицы распада аустенита. Это обеспечивает низколегированным сталям хладостойкость, несмотря на высокую прочность.

Особую группу низколегированных сталей образуют атмосферостойкие стали. Использование их в металлоконструкциях позволяет обойтись без применения антикоррозионных покрытий. Атмосферостойкость обес­печивают малые количества Сu, Р, Ni, Сг, Si и другие элементы. Образующиеся продукты коррозии имеют более высокую плотность и прочность, лучшее сцепление с поверхностью, чем антикоррозионные покрытия. Защитный слой образуется постепенно (через 1,5-3 года), после чего коррозия прак­тически прекращается.

Особую группу низколегированных сталей образуют атмосферостойкие стали. Использование их в металлоконструкциях позволяет обойтись без применения антикоррозионных покрытий. Атмосферостойкость обес­печивают малые количества Сu, Р, Ni, Сг, Si и других элементов, мо­дифицирующие слой ржавчины на поверхности металла. Образующиеся продукты коррозии имеют лучшее сцепление с поверхностью, чем антикоррозионные покрытия. Защитный слой образуется постепенно (через 1,5-3 года), после чего коррозия прак­тически прекращается.

Атмосферостойкие стали производят во многих странах. Химиче­ский состав отечественных сталей 10ХНДП и 12ХГДАФ (табл. 9.5) близок к американским сталям. Первую сталь используют для проката толщиной < 12 мм, вторую < 50 мм. Атмосфе­ростойкие стали имеют σ_т> 325 МПа.

Высокопрочные стали

Высокая прочность этих сталей достигается карбонитридным упроч­нением, термической обработкой и контролируемой прокаткой.

Для карбонитридного упрочнения применяют охлаждение с темпе­ратуры прокатки при 890-950 °С. При охлаждении образуются частицы V (С, N) диаметром 10 - 100 нм и формируется мелко­зернистая структура. Эта структура обеспечивает σ_0,2> = 400 .. .500 МПа и низкие значения t_50.

Термическое упрочнение этих сталей заключается в закалке от 850 -920°С и высоком отпуске при 600-680°С. Этому упрочнению подвер­гают прокат толщиной до 40-50 мм из сталей 12Г2СМФ, 14Г2МФ, 12ГН2МФАЮ и 12ХГН2МФБАЮ. Наибольшая прочность достигается у сталей с карбони­тридным упрочнением благодаря дисперсионному твердению при отпуске (σ _т = 600...730МПа).

Операция контролируемой прокатки заключается в высокотемпературной 800-950°С, трехстадийной прокатке с постепенным увеличением степени деформации. В результате сталь приобретает высокие механические свойства σ _т > 460 МПа.

ТРУБЫ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ

Стальные трубы

Основной вид труб для газонефтепроводов — стальные трубы. Большая несущая способность, высокая стабильность механических и технологических свойств делают эти трубы наиболее надежными и долговечными. Другие виды труб (чугунные, алюминиевые, железобетонные, цементные, пластмассовые и т.д.) являются заменителями стальных труб. По способу изготовления стальные трубы делятся на бесшовные горячекатаные и сварные - прямошовные, и спиральношовные, многослойные и др.

БЕСШОВНЫЕ ГОРЯЧЕКАТАНЫЕ ТРУБЫ (ФДО530ММ)

Заготовками для бесшовных труб явля­ются слитки и катаные заготовки диаметром 120-320 мм. Производство бесшовных труб состоит из трех операций:

1)про­шивка отверстия в заготовке и получение толстостенной гильзы;

2) про­катка трубы из гильзы;

3) обкатка для улучшения наружной и внутренней поверхностей.

Толстостенную гильзу из заготовки получают на прошивочных ста­нах поперечно-винтовой прокатки с бочкообразными (рис1, а) валками, оси которых расположены под углом 4—14° друг к другу. Рабочие валки 1 и ролики 2 вращаются в одном направ­лении, при этом заготовка 3 получает винтообразное движение. Особенностью поперечно-винтовой прокатки является раз­рушение сердцевины сплошной заготовки. В центре ее под действием сжимающих сил возникают значитель­ные растягивающие напряжения. Радиальные растягивающие напряжения вызывают тече­ние металла от центра и облегчают образование отверстия оправкой 4. После прошивки и нагрева гильза поступает на автоматические или пилигримовые (периодические) раскатные станы.

На автоматическом стане гильза 5 (рис 1, б) раскатывается ме­жду двумя валками / на оправке 4. Зазор между оправкой и калибром вал­ка определяет толщину стенки трубы. Прокатывают трубу за два прохо­да с поворотом на 90° и возвращают ее после каждого прохода роликами 6 обратно. На автоматическом стане прокатывают трубы диамет­ром свыше 57 мм.

Для производства бесшовных горячекатаных труб средних 140 – 325 мм и боль­ших 325-725 мм размеров практически любой длины широкое применение получили установки с пилигримовым станом. На этих установках для про­шивки слитков можно применять прессы.

Гильза 1 Рис 1в на оправке (дорне) 3 подается в холостую часть валков 2, захватывается и обжимается рабочей частью валков. По мере враще­ния пилигримовых валков стана гильза выходит из рабочей части калибра и попадает в его холостую часть. В этот период вращения валков гильза с оправкой перемещается вперед на расстояние подачи с помощью подающего устройства и поворачивается относительно своей продольной оси на угол 900. Валки далее захватывают новую часть гильзы, и весь процесс им пилигримовой прокатки повторяется. Трубы получаются с волнистой поверхностью, так как обжатие гильзы на дорне в процессе прокатки осуществляется на протяжении всей длины периодически. По окончании прокатки оправку извлекают; трубу разрезают на необходимые размеры.

Обкатку, при которой диаметр труб увеличивается за счет расширения их на оправке, производят на обкатном стане по конструкции аналогичной прошивочному. После обкатки для получения окончательных размеров трубы подвергают калибровке.

Каждую трубу, предназначенную для газонефтепроводов, подвергают гидравлическому испытанию на прочность, осмотру, обмеру, марки­ровке.

ПРЯМОШОВНЫЕ СВАРНЫЕ ТРУБЫ

Способы формования труб

Прямошовные сварные трубы диаметром до 530 мм и толщиной стенки до 20 мм формуютиз горячекатаной листо­вой заготовки или рулонной ленты, которые называются штрипсом.

На подготовительной стадии рулон ленты разматывают, пра­вят, обрезают передние и задние его концы перед стыковкой с лен­той очередного рулона, а затем сваривают этот стык.

Формовочный прокатный стан представляет собой клетьевую машину из различного вида валков. Рабочие валки имеют изменяющийся от клети к клети профиль открытого ка­либра (рис.2,а) для предварительного формования заготовки трубы и изменяющийся профиль закрытого калибра валков (рис. 2,б) для окончательного (отделочного) формования трубы.

Для сооружения газонефтепроводов диаметром 530-1420 мм и более сварные прямошовные трубы изготавливают холодным формованием на прессах (прессованием). Основное достоинство метода – возможность формования заготовок большой длины и высокая производительность.

Сначала горячекатаный (штрипс) правят и очищают от окалины. Затем подгибают кромки по радиусу, соответствующему радиусу готовой трубы на ширине 400 мм и получают корытообразные заготовки труб. Кромкогибочный стан состоит из цилиндрических вал­ков и рабочих, гибочных с профилированным контуром. Прижим и подъем валков осуществляется пневматическим устройством.

Формование трубы из листовой заготовки методом холодного прессования осуществляют на гидравлических прессах мощностью 2000 тонн. Сначала корытообразной заготовке трубы придают U – образную форму с помощью штампа и подвижных гибочных роликов. Длина штампа равна длине формуемой трубы. Рис2б

Окончательную О-образную форму трубы создают на еще более мощном прессе в двух полуцилиндрах-штампах. Верхний штамп — подвижный, нижний - неподвижный. Пресс окончательной формовки развивает усилие 196 000Т или 156 800 кН.

Формовку О-образной заготовки трубы осуществляют в закрытом круглом калибре штампа за один ход пресса.

Подгибку кромок и формование заготовки трубы сразу по всей длине можно осуществлять на прессах. Мощность таких прессов составляет 1500-2000 т. Качество подгибки на прессах лучше, чем не валковых станах, но стоимость прессов значительно выше.