Реконструкция оборудования пресса предварительной формовки ТЭСА 1020 ОАО «ВМЗ» для производства труб диаметром 820 мм и толщиной стенки 30 мм

    Россия, обладающая богатейшими  залежами углеводородного сырья на шельфе, практически только начинает развивать свою морскую нефтегазодобывающую промышленность, в то время как удельный вес добычи морской нефти и газа в мире достигает 40%. В последнее десятилетие пристальное внимание ряда стран привлечено к Северному Ледовитому океану и Каспийскому морю. Это связано с открытием в этом секторе мирового океана крупнейших залежей углеводородов, превышающих структуры Персидского залива. К таким уже построенным или находящимся в стадии строительства  можно отнести следующие: Северо-Европейского газопровода (СЕГ) протяженностью 917 км (диаметр 1420 мм, давление 9,81 МПа), морская часть протяженностью 1213 км (диаметр 1219 мм, давление 20 МПа). Стоимость системы 10-12 млрд. долларов. Строительство нефтепровода Восточная Сибирь - Тихий океан (ВСТО) протяженностью 4 тыс.км (диаметр 1067-1220 мм, рабочее давлением 9,8 МПа, на отдаленных участках до 14 МПа). Стоимость системы нефтепровода 16 млрд.долларов. Газопровод  «Голубой поток», морская часть которого имеет протяженность 378 км (диаметр 610 мм, давление 25 МПа). Стоимость второй очереди 1,5 млрд.долларов.

Таким образом, потребность в трубах для строительства новых газо- и нефтепроводов возрастет до 1,5-2 млн. т. труб в год, а реальная потребность в трубах большого диаметра в ближайшие годы в России может составить до 4 млн. т. в год.

    В ЗАО «Объединенная металлургическая компания» проведены работы по реконструкции трубоэлектросварочного стана «530-1020» на Выксунском металлургическом заводе с целью расширения сортамента и организации производства  отечественных сварных прямошовных труб диаметром до 1420 мм с повышенными эксплутационными характеристиками для строительства новых и капитального ремонта действующих магистральных трубопроводов объемом производства 500 тыс. тонн в год.

   Сегодня с уверенностью можно сказать, что российский трубно-металлургический комплекс в состоянии удовлетворить текущие потребности отечественных потребителей, в полном объеме. Масштабное техническое перевооружение российских трубных предприятий, совместное с потребителями формирование перспективных технических требований, позволили производителям труб разработать и внедрить в серийное производство новые виды трубной продукции в соответствие с растущими потребностями  нефтегазового сектора, машиностроительных отраслей, ЖКХ и других отраслей хозяйства.

С целью обеспечения более жестких  требований к трубной продукции  металлургические предприятия провели и проводят крупные работы по реконструкции действующих и строительству новых металлургических, прокатных, трубопрокатных и трубосварочных агрегатов, направленные на повышение эффективности производства и качества металла и труб.

  В современных условиях успешно конкурировать на внутреннем и внешнем рынках могут только те трубные заводы и компании, которые успешно решают вопросы повышения качества продукции, дисциплины поставок, охраны окружающей среды и снижения затрат на производство на базе внедрения современных производственных комплексов и модернизации существующих технологий  и оборудования. Другими словами, те предприятия, которые вопросам инвестиций в производство уделяют недостаточное внимание, обречены на проигрыш в конкурентной борьбе и, в конечном счете, уход с рынка. Тенденции развития сталей для газопроводных труб большого диаметра. Направление развития производства сталей для труб магистральных трубопроводов в значительной степени определяется характером требований, связанных в свою очередь с повышением надежности и экономичности транспортировки газа.

В новых проектах современных магистральных газопроводов применяются  трубы большого диаметра, которые изготовляются из листовой стали  пределом  прочности более 590 Н/мм², ударной вязкостью КСV–20 ³ 154 Дж/см2 и долей волокна DWTТ–20 (ИПГ–20) < 95 %. Это определило следующие основные направления разработки новых химических составов трубных сталей:

- повышение прочности; повышение  низкотемпературной вязкости; улучшение  хладостойко-сти; улучшенне  свариваемости;  повышение   надежности (трещиностойкости, стойкости к кор-розионному растрескиванию под напряжением (КРН), сероводородостойкости).

 Металловедческие принципы  создания новых сталей включают: измельчение зерна феррита, уменьшение  доли перлита или полная (частичная)  замена его низкоуглеродистым  бейнитом; заме-на твердорастворного (перлитного) упрочнения дисперсионным; использование субструктурного и дислокационного упрочнения.

 Из всех механизмов упрочнения  стали только механизм, связанный  с измельчением зерна феррита, одновременно приводит и к повышению прочности, и к снижению температуры перехода в хрупкое состояние. Однако измельчение ферритного зерна имеет предел, поэтому необходим переход к более мелкой структуре – бейниту. Бейнитная структура имеет повышенную по сравнению с ферритом плотность дислокаций, что также способствует упрочнению стали. Но при этом бейнит должен быть низкоуглеродистым, чтобы не охрупчивать сталь. В зависимости от соотношения в структуре стали феррита и бейнита можно получать сталь разной прочности.

Низкое содержание серы гарантирует  повышение низкотемпературной вязкости стали, позволяет достигнуть полной глобуляризации сульфидных включений путем обработки кальцием. Из-вестно, что сульфиды марганца в стали менее деформируемы, чем матрица, и с понижением температу-ры прокатки эта разница увеличивается. Поэтому около каждого сульфида образуются микроструктуры, которые служат ловушками для водорода и вызывают образование микротрещин. Это особенно важно для сталей с более высокой прочностью, чем 520 Н/мм2, и с более напряженной микроструктурой (бейнитом). Все современные стали производятся, как правило, с использованием ускоренного охлаждения после контролируемой прокатки.

 Концепции применения горячекатаного  листа из микролегированной стали  появились в конце 50-х годов,  когда низко-углеродистые высокопрочные низколегированные стали были впервые применены в системе трубопроводов на Великих Озерах. До начала 60-х годов высокопрочный лист в основном получали путем нормализации относительно высокоуглеродистых сталей, высокопрочными считались стали на уровне категории прочности Х52. Позже в большинстве стран Запада и Дальнего Востока от такого способа термообработки отказались, в СССР его продолжали использовать до середины 90-х годов

  Переход к использованию  трубопроводов на больших глубинах, в более суровых условиях и агрессивных средах способствовал усовершенствованию технологии производства магистральных труб начиная с процесса выплавки стали и до изготовления труб. На современном этапе требуются стали с категорией прочности до Х120 и стали, обеспечивающие высокую стойкость в агрессивных коррозионных средах и устойчивость конструкций против разрушающих воздействий. Выбор химического состава и механических свойств зависит в большой степени от транспортируемой среды и местоположения трубопровода. Например, для труб северного исполнения требуются очень высокие показатели вязкости  при низких температурах.

Создание сталей категории прочности  Х60 и Х70. Изготовление трубопроводов  из стали Х60, начатое в 60-е годы, продолжается до настоящего времени,  т. е. из созданных материалов сталь категории прочности Х60 – одна из наиболее широко применяемых. Нормализованный лист обычно производят из стали с  0,20 % С, 1,5 % Mn, микролегированной V, Ti или Nb или сочетанием микролегирующих элементов. Однако из-за высоких содержаний С, S и N эти нормализованные стали подвержены образованию холодных трещин. Применение термомеханической обработки и понимание концепции технологии микролегирования способствовали созданию сталей с очень высокими требованиями к пластичности и доле вязкой составляющей в изломе образцов.

При разработке стали категории  прочности Х70 использовали сочетание  микролегирующих добавок ванадия к базовой основе С – Mn - Nb стали Х60 (0,08 % С, 1,5 % Mn, 0,045 % Nb) со снижением температуры прокатки листа.

Разрушение трубопроводов обусловило необходимость использования термомеханической обработки в сочетании с микролегированием, а также постепенного снижения содержания серы. В 60-х годах в трубопроводах на территории Северной Америки были обнаружены трещины протяженностью более 10 км, имеющие характер хрупкого разрушения. Для устранения возникновения такого дефекта при эксплуатационных температурах разработали технологию измельчения зерна, а также методику испытания на разрыв падающим грузом.

C открытием новых месторождений нефти и газа транспортируемая среда может иметь повышенное новых месторождений нефти и газа транспортируемая среда может иметь повышенное содержание Н₂S и СО₂. Водный раствор этих га-зов образует коррозионную среду, именуемую «высокосернистым газом». В связи со случаями разрушения трубопроводов в 1950–1970 гг., причина которых была обусловлена наличием сероводорода в среде, было введено испытание на водородное растрескивание, при котором образец стали без напряжения в течение определенного времени подвергался воздействию синтетической морской воды, насыщенной сероводородом. В процессе последующих металлографических исследований образца измерялось ступенчатое распространение образующейся трещины.

На включениях происходит рекомбинация атомов водорода, особенно если они подвергались вытягиванию (деформации) в процессе горячей прокатки. Возможность возникновения этих трещин можно минимизировать, а если они уже существуют, то их соответствующим образом можно контролировать. Низкое содержание серы является необходимым условием при производстве труб, стойких к образованию водородных трещин. Это достигается благодаря обработке жидкой стали кальцием в процессе ее внепечной десульфурации путем введения проволоки с силикокальцием.

Для отделения частиц глинозема  от жидкой стали обычно применяется мягкая аргонная продувка, при которой верхний слой шлака не нарушается и не происходит повторного окисления. Используется защита струи металла между сталеплавильным и промежуточным ковшами, а также между промежуточным ковшом и кристаллизатором с целью предупреждения возможного контакта металла с воздухом в процессе непрерывной разливки.

Применение в технологии производства листовой заготовки режима контролируемого  ускоренного охлаждения позволило создать новое поколение трубных сталей  с повышенной прочностью 

В начале 90-х годов существовавшая тогда группа Маnnesmann успешно продемонстрировала, что для наземных трубопроводов с коммерческой точки зрения выгодно организовать постоянное производство труб большого диаметра из стали Х80 при толщине стенки около 20 мм. Производство трубного листа из стали категории прочности Х80 было успешно освоено всеми ведущими производителями в Европе, Северной Америке и Японии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Оборудование  и техника производства

 

          2.1 Оборудование пресса предварительной формовки

 

           Для осуществления предварительной  формовки заготовки выполняются  следующие операции: задача листа по транспортным роликам в пресс до упора с помощью цепного толкателя или рольганга; установка листа симметрично продольной оси пресса механизмами центрирования; холостой ход вертикальной балки до упора пуансона в лист; рабочий ход вертикальной балки до упора донной части заготовки в опорные призмы гибка листа вокруг пуансона гибочными роликами находящимися в исходном положении; горизонтальная гибка листа вокруг пуансона до заданного угла  гибочными роликами за счет их сближения; отвод гибочных роликов в исходное положение; возвратный ход (подъем) вертикальной балки с пуансоном; подъем сформованной U -образной заготовки подъемными роликами на уровень выдачи; Выдача сформованной заготовки осуществляется очередным листом с  помощью цепного толкателя на транспортер к прессу окончательной формовки.

Листы с подогнутыми кромками по рольгангу подаются к прессу предварительной формовки П9045 (рисунок 2.1). Гидравлический пресс предварительной формовки предназначен для придания листу U-образной формы путем воздействия на лист как вертикально перемещающегося инструмента, так и горизонтально перемещающихся гибочных роликов 1. Пресс состоит из четырех секций станин 4 арочного типа, механизма центрирования листа, верхней траверсы 7 с вертикальной гибочной балкой 3 (пуансоном) рабочих и синхронизирующих вертикальных цилиндров 2. На основаниях станин по оси пресса установлены опоры в верхней части которых закреплены опорные призмы (постель) и механизмы подъемных приводных роликов. На основание станин опираются две горизонтальные балки с гибочными роликами. Ход горизонтальных балок ограничивается с помощью регулируемых упоров. Боковые наружные части балок соединены с горизонтальными цилиндрами 5. На наружной поверхности                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                    Рисунок 2.1 Пресс предварительной формовки

 

каждой из горизонтальной балок  установлены по два ряда не приводных  роликов для транспортировки листа, по три вертикальных направляющих ролика с настройкой положения от электропривода и упоры для остановки листа.

       Вертикальная  гибочная балка состоит из  пуансона, направляющей, гидроцилиндров  её перемещения. Она предназначена для осуществления подгибки листа пуансоном и предания листу v-образной формы, за счет перемещения балки в вертикальной плоскости. К направляющей крепится рабочий инструмент. Направляющие соединены с гидроцилиндрами перемещения. Для осуществления перемещения балки вниз, рабочего и холостого хода,  применяются главные гидроцилиндры, а перемещение балки вверх, обратного хода, возвратные гидроцилиндры. Для того, что бы балка перемещалась равномерно по всей длине устанавливают гидроцилиндры синхронизации. Вертикальная балка монтируется на станине пресса.

 

 

 

 

 

 

 

 

  

                                                       

 

 

 

 

 

 

 

                                            

 

                                Рисунок 2.2 верхняя гибочная балка   

 

           Пресс предварительной формовки заготовки оборудован механизмами, разгрузки, разгрузки, транспортировки, центрирования. К механизмам подачи и транспортировки относятся рольганги, которые подводят заготовку к прессу предварительной формовки, а затем к прессу окончательной формовки. Механизм разгрузки и загрузки представляет собой цепной толкатель. Принцип работы вспомогательного оборудования пресса: задача листа по транспортным роликам в пресс до упора происходит с помощью цепного толкателя и рольганга. Механизмы центрирования устанавливают лист симметрично продольной оси пресса. С помощью электрооборудования, гидропривода осуществляется холостой ход вертикальной балки до упора пуансона в лист и рабочий ход вертикальной балки до упора донной части заготовки в опорные призмы. Гибка листа вокруг пуансона осуществляется гибочными роликами, находящимися в исходном положении, а также горизонтальная гибка листа вокруг пуансона до заданного угла за счет сближения гибочных роликов; с помощью привода происходит отвод гибочных роликов в исходное положение и возвратный ход (подъем) вертикальной балки с пуансоном. С помощью подъемных роликов происходит подъем сформованной U-образной заготовки на уровень выдачи, где разгрузка пресса происходит подачей очередного листа с помощью цепного толкателя на транспортер к прессу окончательной формовки.