Стальные трубы – это длинные полые трубы, используемые для различных целей. Они производятся двумя различными методами, в результате чего получаются сварные или бесшовные трубы. В обоих методах исходная сталь сначала отливается в более удобную для обработки форму. Затем из неё изготавливают трубы, растягивая сталь в бесшовную трубу или сжимая края и герметизируя их сваркой. Первые методы производства стальных труб были внедрены в начале XIX века и постепенно эволюционировали в современные процессы, которые мы используем сегодня. Ежегодно производятся миллионы тонн стальных труб. Благодаря своей универсальности они являются наиболее часто используемым продуктом в сталелитейной промышленности.
История
Люди используют трубы уже тысячи лет. Возможно, первыми их использовали древние земледельцы, которые отводили воду из ручьев и рек на свои поля. Археологические данные свидетельствуют о том, что китайцы использовали тростниковые трубы для транспортировки воды в нужные места ещё в 2000 году до нашей эры. Были обнаружены глиняные трубы, которые использовались и другими древними цивилизациями. В первом веке нашей эры в Европе были построены первые свинцовые трубы. В тропических странах для транспортировки воды использовались бамбуковые трубы. Американские колонисты использовали дерево для аналогичных целей. В 1652 году в Бостоне была построена первая водопроводная станция с использованием полых брёвен.
Сварная труба изготавливается путём прокатки стальных полос через ряд рифлёных роликов, которые придают материалу круглую форму. Затем несваренная труба проходит через сварочные электроды. Эти устройства сваривают два конца трубы.
Ещё в 1840 году металлурги уже умели производить бесшовные трубы. Один из методов заключался в просверливании отверстия в цельной круглой металлической заготовке. Заготовку нагревали и протягивали через ряд фильер, которые удлиняли её, формируя трубу. Этот метод был неэффективным, поскольку было сложно просверлить отверстие в центре. В результате получалась неровная труба: одна сторона была толще другой. В 1888 году был запатентован усовершенствованный метод. В этом процессе сплошная заготовка отливалась вокруг огнеупорного кирпичного сердечника. После охлаждения кирпич удалялся, оставляя отверстие посередине. С тех пор эти методы были заменены новыми методами прокатки.
Дизайн
Существует два типа стальных труб: бесшовные и трубы с одним сварным швом по всей длине. Оба типа имеют разное применение. Бесшовные трубы, как правило, легче и имеют более тонкие стенки. Их используют в велосипедах и для транспортировки жидкостей. Шовные трубы тяжелее и жёстче. Они обладают лучшей прочностью и, как правило, более прямолинейны. Их используют, например, для транспортировки газа, электропроводки и сантехники. Как правило, их используют в случаях, когда труба не подвергается высоким нагрузкам.
Сырье
Основным сырьем для производства труб является сталь. Сталь состоит преимущественно из железа. В сплаве могут присутствовать и другие металлы, такие как алюминий, марганец, титан, вольфрам, ванадий и цирконий. В процессе производства иногда используются отделочные материалы, например, краска.
Бесшовная труба изготавливается с использованием процесса, который нагревает и формует сплошную заготовку в цилиндрическую форму, а затем прокатывает ее до тех пор, пока она не будет растянута и полой. Поскольку полый центр имеет неправильную форму, пулеобразный наконечник прокалывает середину заготовки, когда она прокатывается. Бесшовная труба изготавливается с использованием процесса, который нагревает и формует сплошную заготовку в цилиндрическую форму, а затем прокатывает ее до тех пор, пока она не будет растянута и полой. Поскольку полый центр имеет неправильную форму, пулеобразный наконечник прокалывает середину заготовки, когда она прокатывается. используется, если труба имеет покрытие. Обычно небольшое количество масла наносится на стальные трубы в конце производственной линии. Это помогает защитить трубу. Хотя это фактически не является частью готового продукта, серная кислота используется на одном из этапов производства для очистки трубы.
Производственный процесс
Стальные трубы производятся двумя различными способами. Общий метод производства для обоих процессов включает три этапа. Сначала необработанная сталь преобразуется в более технологичную форму. Затем труба формуется на непрерывной или полунепрерывной производственной линии. Наконец, труба разрезается и модифицируется в соответствии с требованиями заказчика. Некоторые производители стальных труб используютстанок для лазерной резки трубк предварительному разрезу или выдалбливанию трубы для повышения конкурентоспособности труб
Бесшовные трубы изготавливаются методом нагрева и формования цельной заготовки в цилиндрическую форму, после чего она растягивается и становится полой. Поскольку центральная часть имеет неправильную форму, в процессе прокатки через середину заготовки прокалывается пулевидный наконечник.
Производство слитков
1. Расплавленная сталь производится путём плавки железной руды и кокса (богатого углеродом вещества, получаемого при нагревании угля без доступа воздуха) в печи с последующим удалением большей части углерода путём вдувания кислорода в расплав. Расплавленную сталь затем разливают в большие толстостенные чугунные изложницы, где она охлаждается, образуя слитки.
2. Для изготовления плоских изделий, таких как пластины и листы, или длинных изделий, таких как прутки и бруски, слитки формуются между большими валками под огромным давлением. Производя блюмы и слябы.
3. Для получения блюма слиток пропускается через пару стальных валков с канавками, установленных друг на друга. Такие валки называются «двухвалковыми станами». В некоторых случаях используются три валка. Валки установлены таким образом, что их канавки совпадают, и они движутся в противоположных направлениях. Это приводит к сжатию и растяжению стали, превращая её в более тонкие и длинные заготовки. Когда оператор вращает валки в обратном направлении, сталь протягивается обратно, делая её тоньше и длиннее. Этот процесс повторяется до тех пор, пока сталь не достигнет желаемой формы. В ходе этого процесса машины, называемые манипуляторами, переворачивают сталь для равномерной обработки каждой стороны.
4. Слитки также могут быть прокатаны в слябы по технологии, аналогичной производству блюмов. Сталь пропускается через пару расположенных друг над другом валков, которые её растягивают. Однако сбоку установлены дополнительные валки для регулирования ширины слябов. Когда сталь приобретает желаемую форму, неровные концы обрезаются, а слябы или блюмы разрезаются на более короткие куски. Дальнейшая обработка
5. Перед изготовлением труб блюмы обычно подвергаются дальнейшей обработке. Блюмы превращаются в заготовки, проходя через дополнительные прокатные устройства, которые удлиняют их и сужают. Заготовки режутся летучими ножницами. Это пара синхронизированных ножниц, которые движутся вместе с движущейся заготовкой и режут её. Это обеспечивает эффективную резку без остановки производственного процесса. Эти заготовки укладываются в стопку и в конечном итоге превращаются в бесшовные трубы.
6. Слябы также подвергаются вторичной обработке. Чтобы сделать их ковкими, их сначала нагревают до 2200 °F (1204 °C). Это приводит к образованию оксидного покрытия на поверхности сляба. Это покрытие снимается окалиноломателем и струей воды под высоким давлением. Затем слябы проходят через ряд валков горячего проката и превращаются в тонкие узкие стальные полосы, называемые штрипсом. Длина этого стана может достигать полумили. По мере прохождения слябов через валки они становятся тоньше и длиннее. Примерно за три минуты один сляб может превратиться из куска стали толщиной 6 дюймов (15,2 см) в тонкую стальную ленту длиной до четверти мили.
7. После вытяжки сталь подвергается травлению. Этот процесс включает в себя прогонку стали через ряд ванн с серной кислотой для очистки металла. После этого сталь промывают холодной и горячей водой, сушат, а затем наматывают на большие катушки и упаковывают для транспортировки на трубопрокатный завод. Производство труб
8. Для производства труб используются как штрипс, так и заготовки. Из штрипса делают сварную трубу. Сначала его помещают на разматывающий станок. По мере разматывания стальная катушка нагревается. Затем сталь проходит через ряд прокатных роликов. При прохождении роликов края штрипса скручиваются вместе. В результате получается несварная труба.
9. Затем сталь проходит через сварочные электроды. Эти устройства сваривают два конца трубы. Сварной шов проходит через ролик высокого давления, который обеспечивает герметичность шва. Затем трубу разрезают на отрезки нужной длины и укладывают в стопку для дальнейшей обработки. Сварка стальных труб — это непрерывный процесс, и в зависимости от диаметра трубы скорость сварки может достигать 335,3 м в минуту.
10. При производстве бесшовных труб используются квадратные заготовки. Их нагревают и формуют, придавая им цилиндрическую форму, также называемую круглой заготовкой. Затем круглую заготовку помещают в печь, где она раскаляется добела. Нагретую заготовку прокатывают под высоким давлением. Эта прокатка под высоким давлением приводит к растяжению заготовки и образованию отверстия в центре. Поскольку это отверстие имеет неправильную форму, в процессе прокатки через середину заготовки прокалывается пулевидный наконечник. После прокалки труба может иметь неравномерную толщину и форму. Для исправления этого недостатка её пропускают через ряд прокатных станов. Окончательная обработка
11. После изготовления труб любого типа они могут быть пропущены через правильную машину. Они также могут быть оснащены соединениями для соединения двух или более труб. Наиболее распространённым типом соединения для труб меньшего диаметра является резьба — узкие канавки, нарезанные на конце трубы. Трубы также проходят контрольно-измерительную машину. Эта информация, а также другие данные контроля качества, автоматически наносятся на трубу с помощью трафарета. Затем трубу покрывают тонким слоем защитного масла. Большинство труб обычно обрабатывают для предотвращения ржавчины. Это делается путём гальванизации или нанесения цинкового покрытия. В зависимости от назначения трубы могут использоваться другие краски или покрытия.
Контроль качества
Для обеспечения соответствия готовой стальной трубы техническим требованиям применяются различные меры. Например, для контроля толщины стали используются рентгеновские приборы. Принцип работы приборов основан на использовании двух рентгеновских лучей. Один луч направлен на сталь известной толщины, а другой – на проходящий по производственной линии прокат. При наличии расхождения между двумя лучами прибор автоматически инициирует изменение размера роликов для компенсации этого расхождения.
Трубы также проверяются на наличие дефектов в конце процесса. Один из методов проверки труб — использование специального аппарата. Аппарат наполняет трубу водой, а затем повышает давление, чтобы проверить её прочность. Дефектные трубы сдаются в металлолом.