Подробное объяснение процесса производства современных заготовок из стальных труб. 

Все коллеги, работающие с бесшовными стальными трубами, знают одно: качество трубы зависит от трубной заготовки и прокатного стана.

Многие люди сосредотачиваются на процессах горячей прокатки, таких как поперечная прокатка и прошивка, непрерывная прокатка PQF и периодическая прокатка труб. Они корректируют форму валка, меняют угол подачи, меняют головку и каждый день борются с дефектами. Но иногда, независимо от того, как настроена машина, невозможно подавить складывание внутрь, коробление внутрь, скачки толщины стенок, а также перфорацию и трещины из легированной стали. Корень чаще всего идет из самого верхнего — трубчатой ​​заготовки. Десятилетия назад заводы по производству стальных труб в основном использовали стальные слитки для ковки заготовок и горячекатаных заготовок; Сегодня в современной трубной промышленности непрерывная разливка круглых заготовок стала абсолютным мейнстримом. От печи расплава железа до квалифицированной круглой трубы — многие мастера-фронтовики могут не до конца понимать весь комплекс современных металлургических технологий, стоящих за ней. Сегодня мы объясним от начала до конца, как производятся современные заготовки стальных труб, от выплавки стали до отливки заготовок, отделки и дефектоскопии, и как дефекты заготовки передаются на готовую стальную трубу.
1. Во-первых, различайте: четыре типа трубных заготовок, представленные на рынке, — это не одно и то же. Многие закупщики и специалисты мастерских знают только «круглую сталь» и не могут отличить типы трубных заготовок. Здесь мы сначала объясним четыре типа заготовок: кованая круглая заготовка (ковочная заготовка), стальной слиток нагревается и куется в форму. После того, как металл претерпевает большую деформацию, структура становится плотной, рыхлой и сегрегированной, разрушается и уплотняется. Достоинства: хорошая пластичность, не легко складывается при перфорации, особенно подходит для высоколегированных и трудноперфорируемых сталей. Недостатки: чрезвычайно высокая стоимость и низкая производительность. В настоящее время в небольших количествах используются только трубы из высококачественной специальной стали и трубы для атомной энергетики, тогда как обычные трубопроводы и котельные трубы практически не используются.
Старый процесс горячей прокатки заготовки: сначала заливают блюм, затем нагревают и раскатывают в круглые прутки. В прошлом его широко использовали старые бесшовные фабрики. Структура лучше, чем у литых заготовок, но процесс длительный и энергозатратный. Сейчас его постепенно заменяют непрерывным литьем круглых заготовок. **Непрерывная разливка круглых заготовок (современное основное направление): расплавленная сталь напрямую и непрерывно разливается в заготовки круглого поперечного сечения с коротким процессом, большими партиями и контролируемыми затратами. Сейчас более 90% горячекатаных бесшовных стальных труб, будь то двухвалковая прошивка, коническая прошивка роликами или непрерывная прокатка PQF, изготавливаются из непрерывнолитых круглых заготовок. ⚠️Ключевые моменты: непрерывнолитая круглая заготовка — это не обычная круглая строительная сталь. Это специальная непрерывнолитая круглая заготовка для стальных труб. Здесь действует специальный набор стандартов выплавки, литья и контроля качества. Обычную строительную круглую сталь нельзя случайно использовать для нарезания резьбы на трубах. Некоторые небольшие сталелитейные заводы не производят сталь сами, а закупают стальные заготовки на стороне и перерабатывают их в круглые заготовки. Процесс плавки неуправляем, высок риск появления включений, серы и фосфора, центральных дефектов. Цена дешевая, но стабильность качества неравномерная. Консенсус отрасли: Обычные трубы для жидкости из углеродистой стали: достаточно квалифицированных круглых заготовок, отлитых непрерывной литьем; трубы котлов высокого давления, нефтяные трубы, легированные стали, толстостенные трубы: приоритет отдается трубам стальным собственной выплавки и собственного производства, специальной непрерывнолитой круглой заготовке; специальные трубы со сверхвысокими требованиями: кованые заготовки по-прежнему незаменимы.
2. Полный производственный процесс непрерывной разливки круглой заготовки для современных стальных труб. Современная линия по производству круглой заготовки. Полный маршрут: предварительная обработка расплавленного чугуна → первичный рафинирование в конвертере/электродуговой печи → рафинирование в ковше LF → вакуумная дегазация VD/RH → обработка кальцием → непрерывная разливка → электромагнитное перемешивание + легкое прессование → резка → медленное охлаждение → чистовая обработка и шлифовка → неразрушающий контроль → Каждый процесс маркировки и складирования определяет, будет ли перфорация гладкой в ​​будущем и не вызовет ли капилляр внутреннее повреждение. 1. Предварительная обработка расплавленного чугуна: расплавленный чугун, выходящий из доменной печи, имеет высокое содержание серы за счет подавления вредных элементов из источника. Сталь с высоким содержанием серы термически хрупкая и склонна к растрескиванию и разрыву при поперечной прокатке и перфорации при высоких температурах. Современные сталелитейные заводы используют расплавленный чугун KR для десульфурации, заранее снижая содержание серы в расплавленном чугуне до очень низкого уровня, закладывая прочную основу для последующего производства стали. Если этот шаг пропустить, независимо от того, как вы его отрегулируете позже, будет трудно стабилизировать давление серы до идеального диапазона марки стали стальных труб. 2. Первичная очистка: конвертерная или электродуговая печь сверхбольшой мощности. Конвертер: в основном на основе расплавленного железа, с большой производительностью, подходит для больших объемов заготовок из обычной углеродистой стали и низколегированных труб; сверхмощная электродуговая печь EAF: расплавленный чугун + высококачественный стальной лом, гибкое смешивание сплавов, широко используется в легированной стали и высококачественных трубных заготовках. Основными задачами первичного рафинирования являются: плавка, нагрев, предварительное обезуглероживание и дефосфорация. Фосфор – еще один вредный элемент. Сталь с высоким содержанием фосфора холодна и хрупка, плохо переносит низкие температуры и является табу для трубопроводов высокого давления. Высококачественные заготовки для труб строго ограничивают содержание фосфора ≤ 0,010% и серы ≤ 0,008% или даже ниже. Недостаточно просто сделать печь из стали. 3. Рафинировочная печь-ковш LF: отрегулируйте состав, отрегулируйте температуру и сделайте чистую сталь. Исходная расплавленная сталь еще очень «грубая», с большими колебаниями состава и множеством шлаковых включений. Печь LF представляет собой огромную станцию ​​для смешивания расплавленной стали: она включается для нагрева, шлак восстанавливается, а на протяжении всего процесса продувается и перемешивается аргон. Углерод, кремний, марганец, хром, молибден и ванадий постепенно подбираются так, чтобы контролировать химический состав в очень узком диапазоне; взвешенные оксидные шлаки и неметаллические включения всплывают и максимально удаляются. Многие не знают: одна и та же сталь марки 20# имеет совершенно разные характеристики перфорации, независимо от того, правильно ли она очищена или нет. 4. Вакуумная дегазация VD/RH: удаление водорода и азота во избежание «водородных дефектов» в стальных трубах. Это знаковый процесс для высококачественных трубных заготовок. Ковш закачивается в среду высокого вакуума, и водород и азот, растворенные в расплавленной стали, выходят наружу. Если водород не удалить полностью, на стальных трубах могут появиться белые пятна (трещины). При появлении белых пятен на трубах котлов высокого давления и трубах нефтяных скважин их следует утилизировать. Хорошая специальная круглая заготовка для стальных труб, время выдержки в высоком вакууме ВД более десяти минут и контроль содержания водорода до уровня 1 ppm. Многие обычные строительные материалы из круглой стали не имеют вакуумной дегазации. Это означает, что строительный материал из стали нельзя случайно использовать в качестве труб.Одна из ключевых причин. 5. Обработка кальцием: «размягчение» твердых включений для предотвращения появления царапин на внутренней стенке стальных труб. В расплавленной стали всегда присутствуют твердые включения, такие как оксид алюминия. Если его форму не изменить, то при поперечной прокатке и перфорации эти твердые частицы будут действовать как бесчисленные мелкие абразивы, царапая внутреннюю поверхность капиллярной трубки, образуя внутренние изъязвления и зародыши внутренних трещин. Обработка кальцием заключается в подаче кальциевой проволоки в расплавленную сталь для смешивания и денатурации твердого оксида алюминия в алюминат кальция с низкой температурой плавления и хорошей пластичностью. Он может деформироваться вместе с металлом во время прокатки и не так-то просто сломать матрицу. Обработка кальцием является практически стандартной для нефтяных корпусов и труб котлов высокого давления. Только на этом этапе можно производить квалифицированную расплавленную сталь. Многие заводы по производству стальных труб просто покупают заготовки, не зная, прошел ли завод по производству стальных заготовок вакуумирование или обработку кальцием. Когда в цеху возникают дефекты, все равно корректируют параметры перфорации, а направление неправильное. 6. Непрерывное литье. Самый важный этап формования круглых заготовок определяет качество центра. Расплавленная сталь проходит через промковш и погружной патрубок и с полной защитой течет в круглую форму. Во время затвердевания его тянут вниз, что представляет собой машину непрерывного литья под давлением.
Для управления внутренним качеством круглых заготовок современная непрерывная разливка использует три технологии черной сердцевины: полностью защищенное уплотнение разливочного ковша-промковша-формы, использование газообразного аргона для изоляции воздуха для предотвращения вторичного окисления расплавленной стали с образованием новых шлаковых включений. Заготовка, отлитая с открытого торца, имеет множество включений и не пригодна для изготовления стальных труб. Электромагнитное перемешивание EMS применяет магнитное поле к зоне затвердевания сляба для перемешивания еще не затвердевшей расплавленной стали. Разбейте крупные дендритные зерна, увеличьте площадь равноосного кристалла и уменьшите центральную сегрегацию. Прошивка поперечной прокаткой больше всего боится серьезной сегрегации центра: центр заготовки имеет ненормальный состав и неравномерную пластичность, в нем под действием поперечной ковки легко образуются полости и складки внутрь. По окончании затвердевания аккуратно нажмите кнопку Soft Reduction. Чем дальше круглая заготовка идет к центру, тем позже она затвердевает. Усадка расплавленной стали при затвердевании оставит зазоры, то есть центральные усадочные отверстия и центральную неплотность. Легкое прессование означает использование валика для приложения небольшого давления к месту, где заготовка вот-вот полностью затвердеет, чтобы сжать и закрыть усадочный зазор, что значительно снижает уровень усадочных отверстий и рыхлости. Старое поколение установок непрерывного литья заготовок не имело легкого уменьшения. Центр круглой заготовки был рыхлым, уровень усадочных полостей высокий, а процент брака был значительно выше из-за перфорации и складывания внутрь. Теперь высококачественные круглые заготовки могут уменьшить дефекты в центре до очень низкого уровня, полагаясь на легкое уменьшение. Есть еще один параметр, называемый перегревом расплавленной стали, который показывает, насколько температура разливки превышает температуру затвердевания. Если температура литья слишком высока, зерна станут грубыми, а центральная сегрегация станет более серьезной; если температура литья слишком низкая, выход воды легко заблокируется. Специальные круглые заготовки для стальных труб обычно отливают при небольшом перегреве, от десятка до более 20 градусов. Лучше лить медленно, чем быстро при высоких температурах. Залитую длинную заготовку разрезают на машине газовой резки на фиксированную длину, необходимую заказчику, и одна за другой выходят круглые заготовки. 7. Медленное охлаждение: снимите внутреннее напряжение, чтобы избежать скрытых трещин. Температура только что вышедшей круглой заготовки очень высока. Если его закалить непосредственно на открытом воздухе, разница температур внутри и снаружи будет большой, что приведет к образованию трещин от термического напряжения. В частности, легированную сталь и высокоуглеродистую сталь необходимо поместить в яму медленного охлаждения, покрыть изоляционными материалами, и медленно охлаждать в течение десятков часов, чтобы снять напряжение. Чтобы быстро отгружать товары, некоторые небольшие фабрики пропускают достаточное медленное охлаждение. Внутри заготовки спрятаны невидимые микротрещины, которые после нагрева расширяются, и сталь треснет, как только прокусится перфорация. 8. Финишная обработка и шлифовка: удалить скрытые опасности на поверхности: следы вибрации, подкожные пузыри, трещины, рубцы и неровности на поверхности круглой заготовки, которые нельзя вносить в нагревательную печь. После нагрева и окисления дефекты не будут заварены, а поперечная прокатка приведет к непосредственному изгибанию и короблению стальной трубы наружу. Современная производственная линия оснащена автоматическим шлифовальным станком для шлифовки и устранения локальных дефектов; серьезные дефекты сразу отбрасываются. Некоторые заготовки также будут очищены, а слой поверхности будет удален путем обтачивания, которое специально используется для прецизионных труб высокого класса. 9. Обнаружение дефектов трубных заготовок. Чтобы предотвратить внутренние дефекты перед прокаткой труб, первоклассные сталелитейные заводы должны одну за другой производить специальные круглые заготовки для стальных труб.Поддержка ультразвуковой дефектоскопии UT для обнаружения внутренних трещин, больших усадочных полостей и крупных включений. Конечно, не все круглые заготовки проверяются полностью. Многие обычные углеродистые стали проверяются выборочно. При заказе труб высокого давления и труб из сплавов трубные заготовки необходимо будет проверять одну за другой на наличие дефектов. Вот болевая точка отрасли: многие заводы стальных труб не имеют условий для проверки внутреннего качества трубных заготовок и могут доверять только гарантии завода заготовок. Если возникнет проблема с партией заготовок, то она не возникнет до тех пор, пока не произойдет прошивка и дефектоскопия. Топливо, человеко-часы, свечи и направляющие пластины израсходованы, а потери огромны.
3. Как распространенные дефекты трубных заготовок наследуются бесшовными стальными трубами? Многие мастера мастерской испытали это: партия заготовок хорошая, как ни носи, ровно носится; партия заготовок плохая, и параметры подобраны плохо и не получится. Центральные усадочные отверстия, серьезная центральная неплотность, небольшая неплотность, рассеянная неплотность могут быть заварены во время деформации поперечной прокатки; непрерывные большие усадочные отверстия открытого типа, внутренняя стенка окисляется при нагревании и не может быть сварена во время перфорации, непосредственно образуя длинные полосы складывания внутрь и коробления внутрь. Часто люди думают, что дело в высоте и грузоподъемности горшка, но на самом деле основная причина проблемы кроется в центре заготовки трубки. Углерод и легирующие элементы собираются в центре центральной сегрегационной заготовки, пластичность металла ухудшается. При переменном напряжении поперечной ковки в поперечно-катанных перфорациях более вероятно возникновение полостей, что увеличивает риск складывания внутрь. Легированную сталь трудно проколоть, главным образом потому, что сложнее контролировать сегрегацию. Крупные неметаллические включения собирают шлаковые комки и не поддаются прокатке и сварке. Если он остается внутри стенки трубы, это потенциальный источник трещин; если он появляется возле внутренней стенки, это означает внутренние изъязвления и царапины на внутренней стенке. Подкожные пузыри, поверхностные трещины и струпья нагреваются и окисляются в печи и после перфорации превращаются в складки наружу, деформацию кожи и поверхностные трещины. Если содержание водорода превышает стандарт, на готовой трубе появятся белые пятна, что представляет собой серьезную угрозу безопасности в условиях высокого давления. Очень реалистичное напоминание: процесс поперечной прокатки и прошивки может устранить некоторые дефекты заготовок, но не может устранить фундаментальные дефекты заготовок. Не ждите, что вы сэкономите партию изначально некачественных заготовок для труб, отрегулировав угол подачи, величину уменьшения и величину подъема.
4. Современная технология заготовки труб, в чем достигнут наибольший прогресс за последние несколько десятилетий? В первые годы производства бесшовных труб было распространено мнение, что непрерывное литье уступает прокатной заготовке, а прокатная заготовка уступает кованым заготовкам. Теперь все по-другому: существует полная комбинация литья с низким перегревом, электромагнитного перемешивания, легкого прессования с твердым концом, вакуума VD, обработки кальцием и полностью защищенного литья; качество непрерывнолитой круглой заготовки высокого качества, выпускаемой современными металлургическими заводами, позволяет полностью удовлетворить требования котельных и нефтедобывающих труб, заменяя большое количество горячекатаной заготовки; только чрезвычайно труднодеформируемые специальные стали все еще сохраняют маршрут ковочной заготовки. Именно развитие технологии непрерывного литья круглых заготовок привело к взрывному росту производственных мощностей в отечественной промышленности бесшовных труб и заложило основу для широкомасштабной популяризации PQF и крупномасштабных прошивных машин с коническими роликами. Конечно, не все непрерывнолитые круглые заготовки могут достигать специальной марки стальных труб. Многие из круглых заготовок непрерывного литья строительных материалов и круглых заготовок для прокатных станов не имеют полного набора конфигураций вакуумной дегазации, обработки кальцием и легкого прессования. Они дешевы, но стабильность перфорации, производительность и адаптируемость к заказам высокого класса плохие.
5. Ниже приведены некоторые практические рекомендации для специалистов, работающих в сфере производства стальных труб. Приобретая заготовки для труб, не смотрите только на сорт и цену. Постарайтесь как можно яснее спросить: это специальная непрерывнолитая круглая заготовка для стальных труб? Это вакуум ВД, обработка кальцием и легкое прессование? Если вдруг у новой партии заготовок появится складывание внутрь, устраните в первую очередь фактор заготовки, а не придумывайте его вслепую. Серьезные изменения параметров перфорации; при заказе легированной стали отдавать приоритет стальной заготовке собственного производства и тщательно выбирать заготовку для проката; заготовка для периодически прокатываемых труб сверхбольшого диаметра. Чем крупнее заготовка, тем труднее контролировать центральные дефекты и тем выше требования к выплавке и непрерывной разливке; Если позволяют условия, могут быть установлены образцы трубных заготовок и отслеживание партий, чтобы облегчить обратное отслеживание дефектов. Написано в конце, что многие мастера, всю жизнь работавшие со стальными трубами, всю жизнь конкурируют с процессами перфорации и прокатки труб. Современное производство стальных труб простирается от «использования опыта работы на прокатных станах» до разработки заготовок на истоках металлургии. Независимо от того, насколько хороша прошивная машина с коническими роликами, независимо от того, насколько точна установка непрерывной прокатки PQF, если она не оснащена высококачественными трубными заготовками, она не будет работать так, как должна. Только поняв логику производства трубных заготовок, мы сможем полностью понять всю цепочку производства бесшовных стальных труб. 💬Взаимодействие: Случалось ли в вашей мастерской сталкиваться с тем, что при смене партии трубных заготовок качество перфорации внезапно улучшалось или ухудшалось? Добро пожаловать в чат в области комментариев.