Стальные трубы — это длинные полые трубки, используемые для различных целей. Они производятся двумя различными методами, в результате чего получаются либо сварные, либо бесшовные трубы. В обоих случаях исходная сталь сначала отливается в более удобную для обработки форму. Затем из нее изготавливают трубу, растягивая сталь в бесшовную трубу или сжимая края и герметизируя их сваркой. Первые методы производства стальных труб были введены в начале 1800-х годов и постепенно развивались до современных процессов, которые мы используем сегодня. Ежегодно производятся миллионы тонн стальных труб. Благодаря своей универсальности это наиболее часто используемый продукт сталелитейной промышленности.
История
Люди использовали трубы на протяжении тысячелетий. Возможно, первое их применение было у древних земледельцев, которые отводили воду из ручьев и рек в свои поля. Археологические данные свидетельствуют о том, что китайцы использовали тростниковые трубы для транспортировки воды в нужные места еще в 2000 году до нашей эры. Были обнаружены глиняные трубки, использовавшиеся и другими древними цивилизациями. В I веке нашей эры в Европе были построены первые свинцовые трубы. В тропических странах для транспортировки воды использовались бамбуковые трубки. Колониальные американцы использовали дерево для аналогичных целей. В 1652 году в Бостоне была построена первая водопроводная система из полых бревен.
Сварной трубопровод формируется путем прокатки стальных полос через ряд рифленых роликов, которые придают материалу круглую форму. Затем несваренный трубопровод проходит мимо сварочных электродов. Эти устройства герметизируют два конца трубы.
Уже в 1840 году рабочие-металлисты могли производить бесшовные трубы. Один из методов заключался в том, что в цельной круглой металлической заготовке просверливалось отверстие. Затем заготовка нагревалась и протягивалась через ряд матриц, которые удлиняли её, образуя трубу. Этот метод был неэффективным, поскольку было трудно просверлить отверстие посередине. В результате получалась неровная труба, одна сторона которой была толще другой. В 1888 году был запатентован усовершенствованный метод. В этом процессе цельная заготовка отливалась вокруг огнеупорного кирпичного сердечника. После охлаждения кирпич удалялся, оставляя отверстие посередине. С тех пор эти методы были заменены новыми технологиями прокатки.
Дизайн
Существует два типа стальных труб: бесшовные и трубы с одним сварным швом по всей длине. Оба типа имеют различное применение. Бесшовные трубы, как правило, легче и имеют более тонкие стенки. Их используют для велосипедов и транспортировки жидкостей. Трубы со сварным швом тяжелее и жестче. Они обладают лучшей структурой и обычно более прямые. Их используют, например, для транспортировки газа, электропроводки и сантехники. Обычно их применяют в случаях, когда труба не подвергается сильному напряжению.
Сырье
Основным сырьем в производстве труб является сталь. Сталь состоит преимущественно из железа. В состав сплава могут входить и другие металлы, такие как алюминий, марганец, титан, вольфрам, ванадий и цирконий. В процессе производства иногда используются некоторые отделочные материалы, например, краска.
Бесшовные трубы изготавливаются с использованием процесса, при котором сплошная заготовка нагревается и формуется в цилиндрическую форму, а затем прокатывается до тех пор, пока не растянется и не станет полой. Поскольку полое центральное отверстие имеет неправильную форму, в процессе прокатки через середину заготовки проталкивается пулевидный наконечник. Бесшовные трубы изготавливаются с использованием процесса, при котором сплошная заготовка нагревается и формуется в цилиндрическую форму, а затем прокатывается до тех пор, пока не растянется и не станет полой. Поскольку полое центральное отверстие имеет неправильную форму, в процессе прокатки через середину заготовки проталкивается пулевидный наконечник. Это используется, если труба имеет покрытие. Обычно в конце производственной линии на стальные трубы наносится небольшое количество масла. Это помогает защитить трубу. Хотя это и не является частью готового изделия, серная кислота используется на одном из этапов производства для очистки трубы.
Производственный процесс
Стальные трубы изготавливаются двумя различными способами. Общий метод производства для обоих процессов включает три этапа. Сначала сырая сталь перерабатывается в более удобную для обработки форму. Затем труба формуется на непрерывной или полунепрерывной производственной линии. Наконец, труба разрезается и модифицируется в соответствии с потребностями заказчика. Некоторые производители стальных труб используютстанок для лазерной резки трубдля предварительной резки или выдолбливания трубки с целью повышения ее конкурентоспособности
Бесшовные трубы изготавливаются с помощью процесса, при котором сплошная заготовка нагревается и формуется в цилиндрическую форму, а затем прокатывается до тех пор, пока не растянется и не образует полость внутри. Поскольку полость внутри имеет неправильную форму, в процессе прокатки через середину заготовки проталкивается наконечник в форме пули.
Производство слитков
1. Расплавленная сталь производится путем плавления железной руды и кокса (богатого углеродом вещества, образующегося при нагревании угля в отсутствие воздуха) в печи, после чего большая часть углерода удаляется путем подачи кислорода в расплавленную массу. Затем расплавленная сталь разливается в большие толстостенные железные формы, где она охлаждается, образуя слитки.
2. Для формования плоских изделий, таких как плиты и листы, или длинномерных изделий, таких как прутки и стержни, слитки формуются между большими валками под огромным давлением. В результате получаются заготовки и слябы.
3. Для получения заготовки слиток пропускается через пару расположенных друг над другом стальных валков с канавками. Такие валы называются «двухвалковыми прокатными станами». В некоторых случаях используются три валка. Валки установлены таким образом, чтобы их канавки совпадали, и они движутся в противоположных направлениях. Это действие приводит к сжатию и растяжению стали, превращая ее в более тонкие и длинные заготовки. Когда оператор поворачивает валы в обратную сторону, сталь протягивается обратно, становясь тоньше и длиннее. Этот процесс повторяется до тех пор, пока сталь не приобретет желаемую форму. В ходе этого процесса машины, называемые манипуляторами, переворачивают сталь, обеспечивая равномерную обработку каждой стороны.
4. Слитки также могут быть прокатаны в слябы в процессе, аналогичном процессу изготовления блюмов. Сталь пропускается через пару расположенных друг над другом валков, которые её растягивают. Однако по бокам также установлены 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. Заготовки обычно подвергаются дальнейшей обработке, прежде чем из них изготавливаются трубы. Заготовки превращаются в слитки путем прокатки на дополнительных прокатных станах, что делает их длиннее и уже. Слитки разрезаются устройствами, известными как летающие ножницы. Это пара синхронизированных ножниц, которые движутся вместе с движущейся заготовкой и разрезают ее. Это позволяет эффективно производить резку без остановки производственного процесса. Эти заготовки укладываются друг на друга и в конечном итоге превращаются в бесшовные трубы.
6. Плиты также подвергаются переработке. Чтобы сделать их пластичными, их сначала нагревают до 2200°F (1204°C). Это приводит к образованию оксидного покрытия на поверхности плиты. Это покрытие удаляется с помощью окалинолома и струи воды под высоким давлением. Затем плиты пропускают через ряд валков на прокатном стане и превращают в тонкие узкие стальные полосы, называемые «скельп». Длина этого стана может достигать полумили. По мере прохождения плит через валы они становятся тоньше и длиннее. Примерно за три минуты одна плита может быть превращена из куска стали толщиной 6 дюймов (15,2 см) в тонкую стальную ленту длиной в четверть мили.
7. После растяжения сталь подвергается травлению. Этот процесс включает в себя пропускание стали через ряд резервуаров, содержащих серную кислоту для очистки металла. В завершение сталь промывают холодной и горячей водой, сушат, затем наматывают на большие катушки и упаковывают для транспортировки на предприятие по производству труб.
8. Для изготовления труб используются как заготовки, так и стальные листы. Из стальных листов изготавливают сварные трубы. Сначала их помещают на разматывающую машину. По мере разматывания рулона стали он нагревается. Затем сталь проходит через ряд рифленых роликов. При прохождении роликов края стальных листов скручиваются вместе. Таким образом образуется сварная труба.
9. Затем сталь проходит через сварочные электроды. Эти устройства герметизируют два конца трубы. Сваренный шов затем пропускается через ролик высокого давления, что помогает создать прочный сварной шов. После этого труба разрезается на необходимую длину и укладывается для дальнейшей обработки. Сварка стальных труб — непрерывный процесс, и в зависимости от размера трубы скорость ее изготовления может достигать 1100 футов (335,3 м) в минуту.
10. Когда требуется бесшовная труба, для ее производства используются квадратные заготовки. Их нагревают и формуют, придавая им цилиндрическую форму, также называемую круглой. Затем заготовку помещают в печь, где она раскаляется добела. После этого нагретую заготовку прокатывают под высоким давлением. Такая 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 проталкивают наконечник в форме пули. После пробивки труба может по-прежнему иметь неправильную толщину и форму. Для исправления этого она проходит через другую серию прокатных станов. Окончательная обработка
11. После изготовления труб любого типа их могут пропускать через правильный станок. Также на них могут устанавливаться соединения, позволяющие соединять две или более частей трубы. Наиболее распространенный тип соединения для труб меньшего диаметра — резьбовое соединение — узкие канавки, нарезанные на конце трубы. Трубы также проходят через измерительный станок. Эта информация, наряду с другими данными контроля качества, автоматически наносится на трубу трафаретом. Затем труба покрывается тонким слоем защитного масла. Большинство труб обычно обрабатываются для предотвращения ржавления. Это делается путем гальванизации или нанесения цинкового покрытия. В зависимости от назначения трубы могут использоваться другие краски или покрытия.
Контроль качества
Для обеспечения соответствия готовых стальных труб техническим требованиям принимается ряд мер. Например, для регулирования толщины стали используются рентгеновские измерители. Принцип работы измерителей основан на использовании двух рентгеновских лучей. Один луч направляется на сталь известного сечения, а другой — на сталь, проходящую по производственной линии. При обнаружении расхождения между показаниями двух лучей измеритель автоматически запускает процесс корректировки размеров роликов для компенсации.
В конце процесса трубы также проверяются на наличие дефектов. Один из методов проверки трубы — использование специального оборудования. Это оборудование заполняет трубу водой, а затем повышает давление, чтобы проверить, выдерживает ли оно нагрузку. Дефектные трубы возвращаются в металлолом.