Обработка металлов давлением

№ 878

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Кафедра технологии и оборудования трубного производства

Обработка металлов
давлением

Учебник

Допущено учебнометодическим объединением 
по образованию в области металлургии в качестве
учебного пособия для студентов высших учебных
заведений, обучающихся по направлению Металлургия

Москва   Издательский Дом МИСиС
2008

УДК 621.774 
 
О-23 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. Е.В. Кузнецов 

 
Обработка металлов давлением: Учебник / Б.А. Романцев, 
О-23 А.В. Гончарук, Н.М. Вавилкин, С.В. Самусев. – М.: Изд. Дом 
МИСиС, 2008. – 960 с. 

Представлены элементы теории, современные технологии и оборудование 
для производства бесшовных и сварных труб. Приведены характеристики исходных заготовок и способы их производства, расчет энергосиловых параметров процессов производства труб, таблиц  прокатки, калибровки инструмента. 
Описаны характерные виды брака труб и способы их устранения. Рассмотрены 
вопросы производительности при производстве труб по различным технологическим схемам. 
Предназначено для студентов специальностей 150106, 150404. 

Издание учебника финансировано Трубной металлургической компанией. 

© Государственный технологический  
университет «Московский институт 
стали и сплавов» (МИСиС), 2008 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие................................................................................................. 10 

Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ В ТРУБНОЕ ПРОИЗВОДСТВО....................... 14 

Глава 1. Общая характеристика трубного производства .............. 14 
1.1. Назначение и сортамент стальных труб.................................... 15 
1.2. Структура технологического процесса производства  
бесшовных труб.................................................................................. 27 
1.3. Структура технологического процесса производства  
сварных труб....................................................................................... 37 

Раздел 2. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ, СОВРЕМЕННЫЕ  
ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА 
БЕСШОВНЫХ ТРУБ................................................................................. 53 

Глава 2. Теоретические основы производства бесшовных  
труб........................................................................................................... 53 
2.1. Продольная прокатка .................................................................. 55 
2.2. Прокатка в круглом калибре ...................................................... 70 
2.3. Винтовая прокатка..................................................................... 123 

Глава 3. Характеристика исходных заготовок и способов  
их производства.................................................................................... 185 
3.1. Исходные заготовки и способы их производства................... 185 
3.1.1. Структура слитка спокойной стали................................. 188 
3.1.2. Структура слитка кипящей стали.................................... 190 
3.2. Краткая характеристика технологии производства  
и качества трубных слитков ............................................................ 191 
3.2.1. Особенности разливки стали сверху............................... 191 
3.2.2. Особенности сифонной разливки.................................... 192 
3.2.3. Характерные дефекты трубных слитков......................... 193 
3.3. Технологический процесс производства непрерывнолитых  
заготовок ........................................................................................... 197 
3.3.1. Внепечная обработка трубной стали............................... 198 
3.3.2. Непрерывная разливка стали ........................................... 201 
3.3.3. Характерные дефекты непрерывнолитых заготовок ..... 207 
3.4. Краткая характеристика технологии производства  
и качества полых центробежнолитых заготовок........................... 216 
3.5. Технология производства трубной заготовки......................... 216 

3.5.1. Краткая характеристика оборудования и технологии  
производства трубной заготовки............................................... 217 
3.5.2. Производство трубной заготовки ковкой  
и радиально-сдвиговой прокаткой............................................ 225 
3.5.3. Характерные дефекты трубных заготовок ..................... 229 
3.6. Подготовка исходной заготовки к прошивке ......................... 241 
3.6.1. Основные способы осмотра и ремонта исходной  
заготовки и применяемое оборудование .................................. 241 
3.6.2. Основные способы общей зачистки поверхности  
исходной заготовки .................................................................... 244 
3.6.3. Основные способы местной (выборочной) зачистки  
поверхности исходной заготовки.............................................. 248 
3.7. Современные способы и оборудование для разрезки  
исходной заготовки на мерные длины........................................... 252 
3.7.1. Резка сдвигом.................................................................... 253 
3.7.2. Холодная ломка ................................................................ 259 
3.7.3. Резка дисковыми пилами ................................................. 260 
3.7.4. Резка пламенем и ее разновидности................................ 261 
3.7.5. Анодно-механическая резка ............................................ 262 
3.8. Современные способы и оборудование для зацентровки  
исходной заготовки.......................................................................... 263 
3.8.1. Зацентровка в пневматических устройствах.................. 263 
3.8.2. Современные способы высокоточной зацентровки ...... 266 

Глава 4. Технологии и современное оборудование  
для нагрева трубной заготовки......................................................... 271 
4.1. Выбор режима нагрева ............................................................. 271 
4.2. Особенности конструкции печей для нагрева исходной  
заготовки........................................................................................... 276 
4.3. Особенности конструкции печей для нагрева черновой  
трубы................................................................................................. 282 

Глава 5. Технология и оборудование для прошивки  
заготовки в гильзу............................................................................... 289 
5.1. Основные способы прошивки.................................................. 289 
5.2. Особенности процесса прошивки в станах винтовой  
прокатки............................................................................................ 295 
5.2.1. Постановка и решение задачи о сжато-изогнутом  
стержне ........................................................................................ 297 
5.2.2. Расчетно-экспериментальный метод определения  
смещающей силы........................................................................ 302 

5.2.3. Сравнительные исследования процесса прошивки  
на двух- и трехвалковых станах................................................. 307 
5.3. Оборудование прошивных станов винтовой прокатки.......... 336 
5.4. Прошивка заготовок на пресс-валковых станах..................... 345 
5.5. Прошивка на прессах ................................................................ 349 
5.6. Расчет на прочность деталей рабочих клетей прошивных  
станов................................................................................................. 358 

Глава 6. Технологический процесс производства труб  
на трубопрокатных агрегатах (ТПА)  с автоматическим  
станом .................................................................................................... 364 
6.1. Особенности марочного и размерного сортамента.  
Типы агрегатов и их состав ............................................................. 364 
6.2. Производство труб на ТПА с автомат-станом........................ 365 
6.3. Калибровка рабочего инструмента.......................................... 371 
6.3.1. Прошивной стан................................................................ 371 
6.3.2. Автомат-стан ..................................................................... 384 
6.3.3. Обкатной стан (риллинг-стан) ......................................... 389 
6.3.4. Калибровочный стан......................................................... 392 
6.4. Таблицы прокатки и настройки станов ................................... 392 
6.5. Производительность трубопрокатного агрегата .................... 402 
6.6. Характерные виды брака труб и способы его устранения..... 405 

Глава 7. Технологический процесс производства труб на ТПА  
с непрерывным станом....................................................................... 410 
7.1. Особенности размерного и марочного сортамента.  
Типы трубопрокатных агрегатов и их состав ................................ 410 
7.2. Производство труб на ТПА с непрерывным станом.............. 417 
7.3. Таблица прокатки, настройка станов и калибровка  
инструмента ...................................................................................... 423 
7.4. Особенности изготовления инструмента ................................ 437 
7.5. Характерные дефекты труб, меры предотвращения .............. 438 
7.6. Новые схемы производства труб на ТПА с непрерывным  
станом. Перспективные направления совершенствования  
технологического процесса и оборудования ................................. 439 
7.7. Непрерывная безоправочная прокатка труб ........................... 454 
7.7.1. Натяжение и сопротивление металла пластической  
деформации ................................................................................. 459 
7.7.2. Калибровка валков и скоростные режимы ..................... 464 
7.7.3. Дефекты редуцированных и калиброванных труб......... 470 

Глава 8. Производство труб малого диаметра............................... 476 
8.1. Трубопрокатный агрегат с реечным станом........................... 476 
8.2. ТПА с редукционным станом винтовой прокатки................. 481 

Глава 9. Технологический процесс производства труб на ТПА  
с раскатными станами винтовой прокатки ................................... 488 
9.1. Производство труб на ТПА с трехвалковым раскатным  
станом винтовой прокатки .............................................................. 489 
9.2. Трубопрокатный агрегат с раскатным станом Дишера......... 494 
9.3. Методика расчета таблицы прокатки ТПА с трехвалковым  
раскатным станом ............................................................................ 498 
9.4. Калибровка инструмента.......................................................... 506 
9.5. Характерные дефекты труб и основные причины  
их образования ................................................................................. 509 
9.6. Производительность ТПА с трехвалковым раскатным  
станом................................................................................................ 511 

Глава 10. Производство труб на ТПА с пилигримовым  
станом .................................................................................................... 512 
10.1. Технологический процесс ...................................................... 512 
10.2. Методика расчета таблицы прокатки.................................... 526 
10.3. Особенности расчета таблицы прокатки на агрегате  
с прошивным прессом и станом-элонгатором............................... 530 
10.4. Производительность ............................................................... 537 
10.5. Технологический инструмент................................................ 542 

Глава 11. Производство труб прессованием................................... 558 
11.1. Основные виды процесса прессования, характеристика  
технологического процесса............................................................. 559 
11.2. Прессовое оборудование ........................................................ 567 
11.3. Технологический инструмент................................................ 570 
11.4. Методика расчета таблицы прессования .............................. 573 

Раздел 3. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛЫХ ПРОФИЛЕЙ.................................. 577 

Глава 12. Производство полых профилированных заготовок  
с дном ..................................................................................................... 577 
12.1. Технологические схемы производства заготовок с дном.... 577 

12.2. Оборудование автоматизированной линии винтовой  
прокатки и стана валкового обжима............................................... 580 
12.3. Последовательность технологических операций ................. 582 
12.4. Состав оборудования линии и стана валкового обжима ..... 582 
12.5. Работа автоматизированной линии и стана валкового  
обжима............................................................................................... 584 
12.6. Основные машины .................................................................. 586 
12.7. Разработка технологического процесса и проектирование  
инструмента ...................................................................................... 611 
12.7.1. Определение размеров обжатой заготовки  
и полуфабрикатов ....................................................................... 611 
12.7.2. Технологический инструмент........................................ 618 

Глава 13. Производство полых экономичных профилей............. 628 
13.1. Технологический процесс производства высокоточных  
полых профилированных заготовок ............................................... 628 
13.1.1. Общие принципы разработки новых  
технологических процессов на базе винтовой прокатки......... 629 
13.1.2. Разработка новых способов и оборудования  
для производства высокоточных полых заготовок.................. 630 
13.1.3. Технологический процесс производства  
высокоточных полых профилированных заготовок................ 632 
13.2. Технологический процесс производства полых профилей  
с оребренным отверстием................................................................ 635 

Глава 14. Производство баллонов .................................................... 638 
14.1. Особенности сортамента, сравнительный анализ  
способов получения баллонов......................................................... 638 
14.1.1. Сортамент и технологические схемы производства  
баллонов....................................................................................... 638 
14.1.2. Сопоставление способов изготовления баллонов........ 640 
14.2. Анализ способов формоизменения полых заготовок........... 651 
14.2.1. Технология получения полых изделий ковкой ............ 652 
14.2.2. Получение полых изделий способами поперечной  
и винтовой прокатки................................................................... 653 
14.2.3. Способы закатки ............................................................. 655 
14.2.4. Методы получения полых изделий, используемые  
в России и за рубежом ................................................................ 658 
14.3. Технология и оборудование для прокатки баллонной  
заготовки ........................................................................................... 660 

Раздел 4. ТЕХНОЛОГИЯ И ОСНОВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ  
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ  
ТРУБ............................................................................................................ 667 

Глава 15. Технология получения холоднодеформированных  
труб......................................................................................................... 667 
15.1. Технология холодной прокатки труб .................................... 667 
15.2. Подготовка стана к работе и режимы прокатки................... 683 
15.3. Производство труб волочением............................................. 703 
15.4. Сопоставительный анализ процессов холодной прокатки  
и волочения....................................................................................... 706 
15.5. Особенности технологии производства труб 
 из легированных сталей и труб специального назначения ......... 709 
15.6. Производство труб теплой прокаткой и специальными  
способами ......................................................................................... 717 
15.7. Отделка труб............................................................................ 723 
15.8. Виды брака. Способы его предупреждения и устранения .. 731 
15.9. Калибровка технологического инструмента ........................ 741 
15.9.1. Рабочий инструмент, его калибровка. Расчет  
калибровок................................................................................... 741 
15.10. Энергосиловые параметры процесса прокатки.................. 764 

Глава 16. Оборудование для прокатки и отделки труб................ 775 
16.1. Классификация станов по сортаменту прокатываемых  
труб.................................................................................................... 775 
16.2. Общие сведения об устройстве станов ХПТ и ХПТР.......... 779 
16.3. Устройство рабочей клети...................................................... 782 
16.4. Конструктивные и кинематические особенности станов  
последних моделей .......................................................................... 788 
16.5. Устройства для теплой прокатки труб.................................. 796 
16.6. Технологический инструмент................................................ 799 
16.7. Оборудование для правки труб.............................................. 807 
16.8. Оборудование для химической обработки труб................... 812 
16.9. Оборудование для ремонта поверхности труб..................... 815 

Раздел 5. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ  
И ПРОФИЛЕЙ .......................................................................................... 823 

Глава 17. Общие вопросы производства сварных труб............... 823 
17.1. Технические требования и сортамент сварных труб........... 823 

17.2. Характеристика исходных заготовок и их подготовка  
для формовки и сварки .................................................................... 827 
17.3. Основные требования к металлу для производства труб .... 835 

Глава 18. Теоретические положения процесса  
непрерывного формоизменения сварных труб  
и профилей............................................................................................ 846 
18.1. Постановка задачи расчета параметров процесса  
непрерывного формоизменения...................................................... 846 
18.2. Методика исследования и расчета  
напряженно-деформированного состояния полосы  
при ее непрерывной формовке в трубную заготовку.................... 848 
18.3. Методика определения распружинивания трубной  
заготовки ........................................................................................... 853 
18.4. Исследование напряженно-деформированного состояния  
заготовки при производстве сварных труб и кабельных  
оболочек ............................................................................................ 859 
18.5. Принципы расчета калибровки и габаритов  
технологического инструмента....................................................... 861 

Глава 19. Производство труб печной сваркой ............................... 875 
19.1. Формовка труб в горячем состоянии..................................... 875 
19.2. Производство труб на агрегатах непрерывной печной  
сварки ................................................................................................ 877 
19.3. Расчет таблицы прокатки и калибровки валков  
непрерывных станов печной сварки............................................... 883 
19.4. Расчет калибровки валков непрерывных станов печной  
сварки ................................................................................................ 891 
19.5. Технические характеристики станов печной сварки ........... 894 

Глава 20. Оборудование линии подготовки ТЭСА 203–530  
и организация ремонта....................................................................... 897 
20.1. Конвейер с гибким тяговым элементом ................................ 897 
20.2. Кантователь рулонов............................................................... 907 
20.3. Стол подъемно-поворотный................................................... 914 
20.4. Устройство задающее ............................................................. 915 
20.5. Разматыватель рулонов........................................................... 920 
20.6. Листоправильная машина....................................................... 921 
20.7. Ножницы листовые гильотинные с уборочным  
устройством ...................................................................................... 934 
20.8. Машина стыкосварочная ........................................................ 939 

Библиографический список.................................................................... 955 

Предисловие 

В условиях интенсивного развития машиностроения, энергетики, 
добывающей промышленности и транспорта, структуры городского 
хозяйства возрастает потребность в прочных и достаточно легких трубах, технологичных при монтаже в промышленных агрегатах и сооружении трубопроводов. Первоначально стальные трубы получали 
сворачиванием из листа с последующим склепыванием соединяемых 
кромок. Бесшовные трубы получали сверлением стальных прутков. В 
начале XIX века был освоен способ кузнечной сварки труб и волочения через конусные воронки – так называемый метод печной сварки, 
применявшийся, в основном, для изготовления водо- и газопроводных 
труб малых диаметров. В конце XIX века печной сваркой получали 
уже и трубы большого диаметра, формуя нагретую трубную заготовку 
в валках с круглыми калибрами, при этом для повышения качества 
сварки кромки полосы обжимали валками на оправке, установленной 
внутри трубы. 
Однако эти способы не позволяли получать трубы для паровых 
котлов, работающих под большим давлением, трубы для мощных трубопроводов и т.п. 
Успеха в создании способов производства бесшовных труб достигли немецкие изобретатели. В 1885 году отец и сыновья Маннесманн 
получили патент на производство бесшовных труб методом косовалковой (геликоидальной, винтовой) прокатки; уже в 1891 году работало 
пять заводов по производству бесшовных труб способом Маннесманн – три в Германии, один в Англии и один в Австрии, изготавливая трубы диаметром от 3 до 25 дюймов. В этом же году Эрхардт 
предложил способ получения бесшовных труб методом прессования и 
волочения на прессах. 
В нашей стране интенсивное развитие прокатного, в том числе и 
трубопрокатного, производства началось в конце XIX века в южных 
районах. Начало производству бесшовных труб было положено в 
1911 году на Екатеринославском металлургическом заводе установкой 
стана Фассля. Затем трубопрокатные агрегаты появились на Нижнеднепровском, Брянском и Ижорском заводах. В 1913 году на заводах 
России было изготовлено 67 тыс. тонн стальных труб, из них 55 тыс. 
тонн сварных и 12 тыс. тонн бесшовных.