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

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Э. БАУМАНАНа правах рукописиЛЕПЕСТОВ АНТОН ЕВГЕНЬЕВИЧСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВАПРЯМОШОВНЫХ СВАРНЫХ ТРУБ ДЛЯ МАГИСТРАЛЬНЫХТРУБОПРОВОДОВСпециальность 05.02.09. – Технологии и машины обработки давлениемДИССЕРТАЦИЯНа соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:кандидат технических наук, доцентСоколова Ольга ВадимовнаМосква – 20172ОГЛАВЛЕНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….…….5ГЛАВА 1 . АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО ТРУБОФОРМОВОЧНОГООБОРУДОВАНИЯ………………………………………..……………………...….81.1.Анализ формовочных станов традиционной конструкции……………….…..91.2.Формовочные станы с «гибкой» формовкой………………………………....161.2.1.Анализ конструкции формовочного стана Olimpia’80……………….……171.2.2.Анализ конструкции формовочного стана NAKATA FFX…………....…..211.2.3.Анализ конструкции формовочного стана SMS Meer………………….….24Выводы по Главе 1:……………...…………………………………….…………...28ГЛАВА 2. ОБЗОР ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ВЫБОРАТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОЙВАЛКОВОЙ ФОРМОВКИ………………………………………………….……..31Выводы по Главе 2:…………...……………………………………………….…...58ГЛАВА 3.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НЕПРЕРЫВНОЙ ВАЛКОВОЙФОРМОВКИ…………………………………………………………………….….593.1.Особенность формовки трубных марок сталей………………………….…...593.2.Требования, предъявляемые к сталям сварных трубдля магистральных трубопроводов…………………………………………..…...603.3.Предпосылки создания модели непрерывной валковой формовки……..…..633.4.Описание технологических переходов и схемы деформирования……….…643.5.Теоретические основы математической модели на базе программногокомплекса COPRA@ RF………………………………………………………….…653.6.Анализ применимости критерия пластичности…………………......…….…69Выводы по Главе 3:…………………………………………………………....…...703Стр.ГЛАВА 4. АПРОБАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ…………….……...714.1. Моделирование процесса валковой формовки трубной заготовки∅530 мм и толщиной 10 мм на ТЭСА 203-530…………………...………….….714.1.1.Конструкция формовочного стана ТЭСА 203-530 АО «ЭЗТМ»…...….….714.1.2.Анализ результатов моделирования…………………………………….…..734.1.3.Сравнение с физическим процессом…………………………………….….784.2.Исследование процесса формообразования в стане NAKATA FFX ТЭСЦ3АО «Выксунский металлургический завод»………………………………….….804.2.1.Исходные данные………………………………………………………….…804.2.2.Анализ результатов моделирования процесса формовки трубнойзаготовки…………………………………………………………………………....834.3.

Исследование трубоформовочного оборудования ADDA FERMECCANICA Нижнетагильского трубного завода «Металлинвест»……….….864.3.1. Конструкция формовочного стана……………………………………….…864.3.2. Анализ процесса формообразования трубной заготовки…………….…...88Выводы по Главе 4:...………………………………………………………….…...94ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОЙ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИФОРМОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ СВАРНЫХ ТРУБНЕФТЕГАЗОВОГО СОРТАМЕНТА………………………………………….….965.1.

Оценка выбора технологических параметров процесса непрерывнойвалковой формовки………………………………………………………………..975.2. Оценка выбора конструктивных параметров формовочного станнепрерывной валковой формовки…………………………………………….….1015.2.1. Анализ влияния длины формовочного стана………………………….….1015.2.2. Пример влияния межклетевого расстояния в формовочном станена качество трубной продукции………………………………………………....10345.3. Разработка методики выбора конструктивных параметровформовочного стана………………………………………………………….…..1045.4.

Методика исследований процесса непрерывной валковой формовкидля производства прямошовных электросварных труб…………………….….106Выводы по Главе 5:…...……………………………………………………….….107ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ………………….….109СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………...1115ВВЕДЕНИЕВнастоящеевремяреализуется программапроектированияи строительства крупных российских и межконтинентальных трубопроводныхсистем для транспортировки нефти, и газа. Трубопроводы нового поколения –это грандиозные сооружения высокого уровня безопасности, надежности иэффективности.

Одним их наиболее важных требований к современнымтрубопроводам является высокая пропускная способность, обусловленнаяувеличенными размерами диаметра трубы (до 530 мм) и использованиемвысокого давления в трубопроводе (9,8 МПа и 11,8 МПа). Такие требованиявызываютнеобходимостьповышениятолщиныстенкитруб,усовершенствование сварочных технологий. Эксплуатация трубопровода вусловиях значительных перепадов температур, коррозионного воздействия и т.п., приводят к необходимости применения материалов для труб с повышеннымипоказателямипокоррозионнойстойкостиипомеханическимхарактеристикам[1].Для трубопроводов применяются электросварные трубы [2], технологияпроизводства которых предусматривает применение листового и рулонногопроката и их формовку на трубоэлектросварочных агрегатах.

Тенденцияразвития трубного производства предполагает освоение различных мароксталей, 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.

Лист 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 требования кгеометрическим параметрам труб: предельным отклонениям по толщине стенки;точности диаметра концов и диаметра трубы по ее длине, овальности,отклонению профиля поверхности трубы от теоретической окружности в районесварного шва, прямолинейности труб и другие[3].6Предельные отклонения по наружному диаметру корпуса труб должнысоответствовать ±1,2 мм, по толщине стенки -0,8...+0,4 мм.

Овальность недолжна превышать 1% от номинального наружного диаметра.В 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.Применение на конкретном агрегате валков с новой калибровкой тольконезначительно расширит сортамент труб из-за ограничений по энергосиловымпараметрам оборудования. Основные же трудности связаны с внедрениемновых, постоянно совершенствующихся марок трубных сталей с более жесткимикомплексами прочностных и пластических свойств.

Для устойчивого процессаформования из заготовки бездефектной трубы при различных физикомеханических свойствах материала необходимо правильно организовывать очагдеформации.Большой вклад в развитие теории и практики валковой формовки трубвнесли такие ученые как, Г.А. Смирнов-Аляев, Г.Я. Гун, В.Л. Жуковский,Ю.М. Матвеев, П.И. Полухин, В.А. Рымов, А.П. Чекмарев, В.Я. Осадчий, С.В.Самусев, Е.И. Иванов, Я.Л.

Вяткин, Л. И. Зильберштейн, Я. С. Осада, В.М. Друяни др. Работы этих ученых в значительной мере определили современный подходк проектированию технологических процессов и оборудования для формовкитрубной заготовки с учетом механических свойств исходной заготовки. В то жевремяприменениесуществующихметодикприпроектированиитехнологического процесса с использованием в качестве заготовок новых мароктрубных сталей не позволяет получить такие же адекватные результаты, которыебыли достигнуты на традиционных сталях.

В первую очередь это связано снедостаточным вниманием исследователей к поведению металла трубнойзаготовки в межклетьевом пространстве и учету комплекса таких факторов, какмеханические свойства исходной заготовки, калибровка валков и их взаимноерасположение, конструкция клетей их количество, расстояние между клетями.7Недооценка совокупного влияния комплекса физико-механических свойствметаллазаготовки,оборудованиякалибровкисущественновалковиконструктивныхтормозитосвоениепараметровпроизводствомвысококачественных труб нефтегазового сортамента.В связи с изложенным, работы, направленные на совершенствованиетехнологийпроизводствакачественныхпрямошовныхтруб,являютсяактуальными.Цель работы - совершенствование процесса непрерывной валковойформовкитрубизвысокопрочныхсталейнаформовочныхстанахтрубоэлектросварочных комплексов.Задачи исследований:1.

Проведение оценки различных технологий и современного действующегоформовочного оборудования.2. Проведение анализа существующих научно-технических методик расчетаосновныхпараметровпроцессаиисследованияконструкторско-технологических параметров процесса валковой формовки. Выявить и оценитьвозможностиконструкциистановприпереходепроизводстватрубнефтегазового сортамента.3. Разработать варианты методики расчета в зависимости от конструктивногоисполнения станов и привести их экспериментальную проверку на адекватность.4.

Выявить влияние конструкторско-технологических параметров формовкина стабильность технологического процесса формообразования готовой трубнойзаготовки.5. Разработать алгоритм оценки существующего или проектируемогоформовочного оборудования для производства труб нефтегазового сортамента.Следует отметить, при бездефектном производстве труб на формовочныхагрегатах для каждого типоразмера трубной заготовки, для каждой марки сталисуществуют ограничения по возможному расположению рабочего инструментав клетях стана. При различных физико-механических свойствах материала, очагдеформации будет различен, что должно быть учтено при настройкеоборудования.8ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГОТРУБОФОРМОВОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯОбщийтехнологическийпроцессизготовлениятрубсостоитизследующих этапов (Рис.