Нержавеющая сталь: изобретение бесшовных труб
С бесшовными трубами люди сталкиваются едва ли не ежедневно, так как в каждом доме присутствуют газовые трубы, которые обязаны быть полностью герметичными. Изготовление труб с отсутствием швов востребованов тех отраслях, где нужно держать давление на очень высоких показателях. Это нефтяная отрасль, авиастроение и многое другое. Но появились подобные трубы совершенно из другой сферы, а именно из оружейного производства.
Предпосылки появления
Считается, что поводом для появления самой технологии изготовления бесшовных труб стала гонка вооружений. В истории человечества таких гонок было много, но в данном случае подразумевается конкуренция 19 века. Окончание франко-прусской и Крымской войны привело к тому, что самые крупные государства стали задумываться над тем, как можно улучшить имеющиеся артиллерийские системы – в то время именно на артиллерии строились военные сражения.
Шли разработки, направленные на усиление пушек по части их дальнобойности и общей мощности. В частности, для усиления пушек требовалось придумать технологию удлинения стволов, а с этим наблюдались серьезные проблемы. На то врем технологии сверления и литья уперлись в потолок еще несколько десятков лет назад, и в этом смысле наблюдался определенный застой. При использовании старых технологии созданные пушки с длинными стволами страдали от недостатка точности, поэтому их никто не делал.
Прорывом стал 1886 год, когда братья Маннесман на своем металлургическом заводе в Германии по счастливой случайности обнаружили один занимательный эффект – этот эффект стал основной для разработки технологии создания горячекатаных труб без шва. Суть эффекта заключается в следующем:
1. Нужно взять круглую металлическую заготовку и двигать ее по своей оси.
2. Во время движения следует обрабатывать эту заготовку конусными валками, которые должны вращаться в одну сторону. Расположить эти валки нужно в вертикальной плоскости под угломот 4 до 12 градусов.
3. Перечисленные манипуляции с заготовкой приводят к тому, что в осевой части образуется отверстие, которое можно без проблем увеличить раскаткой.
Данную технологию отметил даже знаменитый Томас Эдисон, который познакомился с ней на выставке 1889 года. Военные быстро взяли технологию на вооружение, что позволило изготовлять действительно эффективные длинные орудия без потери в качестве стрельбы. Постепенно из военной отрасли технология перешла в гражданскую. Крупные города стали получать новые трубопроводы, изготовленные по указанной технологии. Люди получили возможность получать воду, добывать нефть на глубине, развивать химическую промышленность и прочее.
Отсутствие шва на трубах делает их очень прочными. Они способны выдерживать предельное давление до 200 атмосфер. Также нужно отметить их гибкость, так как трубы можно согнуть даже на большой угол, и все равно с трубой ничего не случится. Сварные изделия подобное выполнить не могут. Именно по этой причине для прокладок трубопроводов высокого давления используются исключительно бесшовные трубы.
Модернизация технологий
Есть две основные технологии – горячая и холодная прокатка. Горячая прокатка практически не поменялась с 19 века, по крайней мере, основная суть осталась такой же. На заготовку воздействуют валки, что приводит к появлению отверстия в осевой части. Постепенно площадь отверстия увеличивается, а поверхность выравнивается. За увеличение отверстия отвечают специальные оправки, а удерживать заготовку призваны ролики и направляющие.
Дальне наступает очередь обработки на обкатном станке и непосредственно горячая прокатка. Финальным шагом выступает холодная калибровка и нарезка резьбы, если это нужно. Что касается технологии холодной прокатки, то выглядит процедура примерно так:
1. Металл подвергается отжигу и обработке кислотой, после его нужно промыть щелочным раствором. Улучшить свойства изделия можно за счет фосфатирования.
2. Дальше заготовку нагревают до 500 градусов и устанавливают на прокатный стан.
3. Стан состоит из клети и двух валков, расположенных под углом. При вращении они создают калибр, увеличивающийся или уменьшающийся в зависимости от выбранного угла.
Гладкость поверхности и прочность с каждым проходом увеличивается. Таких проходов может быть несколько, соответственно, готовая труба является достаточно дорогой. Плюсы труб холодной прокатки заключаются в том, что они легкие и сверхпрочные, то есть, их можно использовать при создании трубопроводов высокого давления, при обустройстве атомных станций.
Требования к изготовлению горячекатаных труб намного ниже, чем у труб холодного проката, с другой стороны, все бесшовные трубы имеют улучшенные характеристики по сравнению с простыми сварными трубами. Выбирая трубы, важно четко понимать, в каких условиях они будут использоваться.
