Автореферат (Совершенствование технологии производства прямошоковых сварных труб для магистральных трубопроводов)

Актуальность работы.В настоящее время реализуется программа проектирования и строительствакрупных российских и межконтинентальных трубопроводных систем длятранспортировки нефти, и газа. Трубопроводы нового поколения – этограндиозные сооружения высокого уровня безопасности, надежностии эффективности. Одним их наиболее важных требований к современнымтрубопроводам является высокая пропускная способность, обусловленнаяувеличенными размерами внутреннего диаметра трубы и использованиемвысокого давления в трубопроводе (9,8 МПа и 11,8 МПа). Такие требованиявызываютнеобходимостьповышениятолщиныстенкитруб,усовершенствование сварочных технологий. Эксплуатация трубопроводав условиях значительных перепадов температур, коррозионного воздействия ит.п., приводят к необходимости применения материалов для трубс повышенными показателями по коррозионной стойкости и по механическимхарактеристикам.Для трубопроводов применяются электросварные трубы, технологияпроизводства которых предусматривает применение листового и рулонногоштрипса и их формовку на трубоэлектросварочных агрегатах.

Тенденцияразвития трубного производства предполагает освоение различных марок сталей,класс прочности которых повышается год от года. Так, наиболеевостребованными сталями для производства высокопрочных труб являютсястали классов прочности К52 – К60, К70, механические свойства которых удаетсядостичь в процессе контролируемой прокатки. Листы и штрипс из этих сталейимеют значения предела прочности 510 - 690 МПа, ударной вязкости 100 – 120Дж/см2, относительного удлинения 22 – 23 %Кроме механических и химических свойств ужесточаются требованияк геометрическим параметрам труб: предельным отклонениям по толщинестенки; точности диаметра концов и диаметра трубы по ее длине, овальности,отклонению профиля поверхности трубы от теоретической окружности в районесварного шва, прямолинейности труб и другие.Предельные отклонения по наружному диаметру корпуса труб должнысоответствовать ±1,2 мм, по толщине стенки -0,8...+0,4 мм.

Овальность не должнапревышать 1% от номинального наружного диаметраВ этих условиях перед заводами–производителями труб нефтегазовогосортамента стоит сложная задача: на имеющемся оборудовании освоитьпроизводство труб с разными прочностными показателями. Не менее сложнойзадачей является создание нового формовочного стана, которая не может бытьрешена только с помощью разработки нового рабочего инструмента. Применениена конкретном агрегате валков с новой калибровкой только незначительнорасширит сортамент труб из-за ограничений по энергосиловым параметрамоборудования. Основные же трудности связаны с внедрением новых, постоянносовершенствующихся марок трубных сталей с более жесткими комплексами1прочностных и пластических свойств.

Для устойчивого процесса формованияиз заготовки бездефектной трубы при различных физико-механическихсвойствах материала необходимо правильно организовывать очаг деформации.Объектом исследованияявляется технология и оборудование для производства прямошовныхэлектросварных труб для магистральных трубопроводов, получаемых методомнепрерывной формовки.Предметом исследованияявляетсятехнологияформовкитрубнефтегазовогосортаментана трубоэлектросварочных агрегатах (ТЭСА).Цель диссертационной работы:Совершенствованиепроцессанепрерывнойвалковойформовки,обеспечивающее производство труб из высокопрочных сталей для нефтегазовойотрасли на формовочных станах трубоэлектросварочных комплексов.Для достижения указанной цели в работе решены следующие задачи:Выработаны критерии оценки области применения выбранной технологиии оборудования в зависимости от свойств материала заготовки.Определены рабочие области деформации при формообразовании трубнойзаготовки большого диаметра в зависимости от свойств материала трубы.На основе математической модели и экспериментальных данных проведенанализ влияния технологических параметров на процесс формообразованиятрубной заготовки.

Разработан алгоритм оценки влияния технологическихпараметров на стабильность процесса непрерывной валковой формовки трубнойзаготовки при заданном маршруте.Определеновлияниеконструктивныхпараметровоборудованияна стабильность процесса формовки трубной заготовки. Разработана методикаоценки конструктивного исполнения, существующего или проектируемогооборудования ТЭСА для обеспечения заданной программы производства.Научная новизна.Адаптирована математическая модель непрерывной валковой формовкина базе программного комплекса COPRA@ RF, которая позволяет получитьполную картину процесса формообразования заготовки в трубу с учетом всехосновных технологических и конструктивных параметров.Обозначены допустимые поля напряжений и деформаций, возникающиев процессе формовки, обеспечивающие стабильный технологический процессполучения трубной заготовки и выполнения ее качественной сварки.Выработаны критерии оценки области применения выбранной технологиии оборудования в зависимости от свойств материала заготовки.

Определенарабочая область деформации при формообразовании трубной заготовкибольшого диаметра в зависимости от свойств материала.Представлена логически обоснованная иерархия факторов, влияющихна процесс формообразования трубной заготовки.2Предложена уточненная формула для определения исходной ширины штрипсапри производстве круглых и профильных труб.Предложена уточненная формула для определения минимальной длиныформовочного стана.Впервые предложена методика исследования процесса формоизменениястальных труб в формовочном оборудовании, выполненный по технологии «Cageforming».Практическая значимость и реализация результатов работы.Результаты диссертационной работы внедрены в практическую деятельностьинженерно-технологического центра АО «Выксунский металлургический завод»(ИТЦ АО «ВМЗ») и состоят в следующем:Проведен анализ технологических параметров процесса производства трубдиаметром 530мм и толщиной стенки 10 мм на формовочном станеТЭСА 203 - 530 конструкции ЭЗТМ трубоэлектросварочного цеха №3 с цельювыявления причин возникновения брака при производстве.

Проведеныисследования конструкции формовочного стана 203-530 и предложенырекомендации по реконструкции данного оборудования.Рассчитаны технологические параметры процесса формовки для производстватрубной продукции на формовочном стане 203-530 NAKATA FFX ТЭСЦ №3Скорректирована калибровка валкового инструмента для формовочных становТЭСА 12,7-60, 20-76, 40-133 компании Olimpia (Италия) ТЭСЦ №2.Внесены поправки в расчет исходной ширины штрипса для производствакруглых и профильных труб в ТЭСЦ №2, позволяющие сократить расходы наметалл, с общим положительным экономическим эффектом более 6 млн. рублейв год.Доказана нецелесообразность использования станов с технологией гибкойформовки для массового производства нефтегазопроводных труб, особенно в техслучаях, когда участки гибкой формовки встраиваются в уже действующиепроизводственные комплексы.Авторская методика исследования позволила выявить несоответствиезаявленныхтехническихвозможностейконструкцииформовочногооборудования ТЭСА 355 «ADDA FER MECCANICA» (Италия) и калибровкивалкового инструмента для производства прямошовных сварных труб на заводеООО «Промышленно-Металлургический холдинг «Тагильская Сталь».Апробация работы.Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждалисьнамероприятиях:Всероссийскаянаучно-техническаяконференция«Студенческая научная весна: Машиностроительные технологии» (Москва, 2010г.); Международный молодежный научный форум-олимпиада МГТУ им.

Н.Э.Баумана, (Москва, 2010 г.); IV Всероссийская конференция молодых ученыхи специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2011 г.); IVмеждународная конференция «Деформация и разрушение материалов3и наноматериалов» DFMN, (Москва, 2011 г.); V Всероссийская конференциямолодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва,2012 г.); Пятая научно-практическая конференция молодых специалистов ОМК(Выкса, 2012 г.); Международная конференция «Технологии и оборудование дляпрокатного производства», (Москва, 2012 г.); 11-ая научно-техническаяконференция «Новые перспективные материалы, оборудование и технологии дляих получения», во время проведения 18-ой Международной промышленнойвыставки «Металл-Эспо’2012» - 1 место (Москва, 2012 г.); IV конференциямолодых специалистов «Перспективы развития металлургических технологий»ФГУП «ЦНИИчермет им.

И.П. Бардина» (Москва, 2012 г.)Методы исследований и достоверность результатовПроцесснепрерывнойвалковойформовкитрубнойзаготовкипо разработанным автором методикам был исследован на промышленномоборудованииАО«Выксунскийметаллургическийзавод»,ОАО«Газпромтрубинвест» (Волгореченский Трубный Завод), ООО «Волгоградскийзавод труб малого диаметра», ОАО «Новосибирский металлургический завод им.Кузьмина», ЗАО "Трубный завод «Профиль-Акрас» им. Макарова В.В.",Нижнетагильский трубный завод «Металлинвест».Основные научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные вдиссертационной работе, имеют теоретическое и практическое обоснование, онине противоречат имеющимся литературным данным.