Способ при котором наиболее экономично изготавливать чугунные трубы

Способ изготовления чугунных труб

Владельцы патента RU 2255121:

Изобретение относится к области металлургии, конкретнее к технологии деформационно-термической обработки железоуглеродистых сплавов и может быть использовано при производстве горячедеформированных бесшовных чугунных труб. Технический результат состоит в повышении качества изготовляемых труб и в расширении технических возможностей способа изготовления труб. Для достижения технического результата заготовку из высокопрочного чугуна подвергают предварительной термической обработке при температуре Ас₃+200°С с выдержкой 10 часов, затем ведут нагрев заготовки до температуры деформирования, деформирование заготовки и термическую обработку трубы. 3 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к технологии деформационно-термической обработки железоуглеродистых сплавов, и может быть использовано при производстве горячедеформированных бесшовных чугунных труб.

Известен способ получения изделий из чугуна, включающий нагрев заготовки и прессование через матрицу, причем нагрев заготовки осуществляют до 800-1000°С, а прессование осуществляют со скоростью нагружения 10-100 м/с и степенью обжатия 0,2-0,9 за проход (SU 988398, 15.01.83, Бюл.№2).

Недостатком известного способа при производстве труб является низкое качество труб из-за наличия трещин на их поверхности.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления чугунных труб, включающий предварительную термическую обработку заготовки из высокопрочного чугуна, состоящую из нагрева до температуры 830-950°С, выдержки в течение 1-5 часов, нагрева заготовки до температуры деформирования, деформирования заготовки и термической обработки трубы (RU 2166389 C2, МПК 7 В 21 С 23/08, 10.05.2001 г.).

Недостатком известного способа является низкое качество труб, наличие на поверхности дефектов в виде трещин.

Технический результат — повышение качества изготовляемых труб и расширение технических возможностей способа изготовления труб.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления чугунных труб, включающем предварительную термическую обработку заготовки из высокопрочного чугуна, нагрев заготовки до температуры деформирования, деформирование заготовки и термическую обработку трубы, предварительную термическую обработку заготовки проводят при температуре ≥(Ас₃+10)°С, но (Ас₃+150)°С, но ≤(Ас₃+300)°С с выдержкой в течение 5 часов. Термическую обработку трубы проводят при температуре 700-1100°С и выдерживают в течение 2-48 часов.

Возможны варианты горячего деформирования в виде поперечно-винтовой прокатки, экструдирования и других.

Сущность изобретения состоит в следующем. Для изготовления труб берут заготовки из высокопрочного чугуна, в частности с шаровидным или вермикулярным графитом.

Заготовки после их изготовления имеют неоднородную структуру, вызванную неравномерным охлаждением в процессе кристаллизации. Как правило, по сечению заготовки ближе к наружной стороне, где была повышенная скорость охлаждения, в структуре имеется большое количество ледебурита и карбидов. Кроме того, после кристаллизации заготовка имеет повышенное объемное напряженное состояние. Использование такой заготовки для деформирования приведет к образованию в трубе трещин и даже разрыву стенок.

Для повышения качества труб заготовку подвергают предварительной термической обработке для растворения карбидов, устранения структуры ледебурита, выравнивания механических свойств заготовки по сечению и снижения уровня остаточных литейных напряжений. Предварительную термическую обработку заготовки проводят при температуре ≥(Ас₃+10)°С, но (Ас₃+150)°С, но ≤(Ас₃+300)°С с выдержкой в течение 5 часов. При несоблюдении указанных режимов предварительной термической обработки изготовленная труба получается с микро- и макротрещинами, что резко снижает качество готовой продукции.

Использование указанной предварительной термической обработки заготовки расширяет технические возможности способа, т.к. становится возможным использовать для горячего деформирования заготовки из высокопрочного чугуна не только с шаровидной формой графита, но и вермикулярной, а также при наличии обеих форм графита в матрице. Кроме того, указанная предварительная термическая обработка позволяет производить деформирование заготовки не только экструдированием, но и поперечно-винтовой прокаткой и другими способами.

Дополнительное повышение качества труб достигается при проведении термической обработки изготовленной трубы путем выдержки при температуре 700-1100°С в течение 2-48 часов. В результате термической обработки наблюдается укорачивание вытянутых графитовых включений, которые удлиняются в процессе деформирования заготовки. При проведении термической обработки уменьшается анизотропия механических свойств как в продольном, так и в поперечном сечении трубы.

Примеры реализации способа.

Пример 1. Методом отливки получают гильзу из высокопрочного чугуна с вермикулярным графитом марки ЧВГ-40 длиной 300 мм и внешним диаметром 160 мм. Химический состав чугуна по массе: 3,2% углерода; 2,3% кремния; 0,5% марганца; 0,02% магния, 0,1% РЗМ; 0,4% Cu, остальное — железо. По краям заготовки структура — ледебурит. Для чугуна данного состава значение критической температуры Ас₃=800°С. Отлитую гильзу подвергают предварительной термической обработке в печи при температуре 825°С, превышающей значение Ас₃ на 25°С. Время выдержки при термической обработке 0,75 часа (45 минут). Скорость нагрева — 20°С/мин. Затем заготовку охлаждают вместе с печью до температуры 700°С, далее на воздухе. Под прокатку заготовку нагревают до температуры 915°С и методом поперечно-винтовой прокатки получают трубу наружным диаметром 85 мм с толщиной стенки 5 мм. Вытяжка при горячей прокатке заготовки в трубу составляет λ=11,28. Готовая труба охлаждается на воздухе. После прокатки трубу нагревают со скоростью 20°С/мин и подвергают окончательной термической обработке при 750°С в течение 12 часов, после чего охлаждают вместе с печью до 300°С, далее на воздухе.

Пример 2. Методом отливки получают гильзу тех же размеров и состава, что и в примере 1. Отлитую гильзу подвергают предварительной термической обработке: нагревают со скоростью 20°С/мин до 1000°С, что составляет (Ас₃+200)°С и выдерживают в течение 10 часов. Затем заготовку охлаждают вместе с печью до температуры 700°С, затем на воздухе. Под прокатку заготовку нагревают до температуры 915°С и методом поперечно-винтовой прокатки получают трубу наружным диаметром 85 мм с толщиной стенки 5 мм. Готовая труба охлаждается на воздухе. Вытяжка при горячей прокатке заготовки в трубу составляет λ=11,28. После прокатки трубу нагревают со скоростью 20°С/мин и подвергают окончательной термической обработке при 800°С в течение 10 часов, после чего охлаждают вместе с печью до 300°С, далее на воздухе.

При реализации указанного способа поверхность труб не имеет ни макро-, ни микротрещин, что обеспечивается регламентированной предварительной термической обработкой заготовки. Значительно расширяются технические возможности способа: становится возможным получать трубы из высокопрочного чугуна с различными формами графита и расширяется количество способов, применяемых при деформировании заготовки.

1. Способ изготовления чугунных труб, включающий предварительную термическую обработку заготовки из высокопрочного чугуна, нагрев заготовки до температуры деформирования, деформирование заготовки и термическую обработку трубы, отличающийся тем, что предварительную термическую обработку заготовки проводят при температуре ≥(Ас3+10)°С, но (Ас3+150)°С, но ≤(Ас3+300)°С, с выдержкой в течение 5 ч.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформирование осуществляют поперечно-винтовой прокаткой.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что деформирование осуществляют экструдированием.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что термическую обработку трубы проводят при температуре 700÷1100°С и выдерживают в течение 2÷48 ч.

Источник

Трубы чугунные канализационные ГОСТ 6942–98 и ГОСТ 9583–75

Чугунные трубы применяются преимущественно для монтажа канализационных конструкций. И даже после появления более современных полимерных материалов, чугунные детали продолжают использоваться повсюду. Это связано с тем, что они имеют длительный эксплуатационный срок, а также способны выдерживать большие нагрузки при транспортировке жидкостей.

Трубы для канализационных систем, изготавливаемые из чугуна, должны соответствовать всем требованиям ГОСТа

Достоинства и эксплуатационная сфера чугунных труб

Как и любое другое изделие, чугунная труба имеет свои достоинства. Рассмотрим преимущества чугунных деталей перед современными пластмассовыми:

• они отличаются высокими прочностными характеристиками;
• чугунные трубы являются износостойкими;
• чугун обладает хорошими звукоизоляционными свойствами;
• детали из этого материала отличаются пожароустойчивостью;
• являются резистентными к температурным колебаниям;
• обладают низким коэффициентом растяжения.

Полезная информация! Регламентируются эти изделия соответствующей государственной документацией (ГОСТ). По ГОСТу чугунные детали для канализационных сетей лучше всего применять для монтажа внутри сооружений, в которых нагрузка превышает хозяйственные нормы.

Рассмотрим, в каких случаях рекомендуется прокладка труб из чугуна:

• на промышленных предприятиях, которые относятся к пищевой отрасли;
• на фабричных предприятиях;
• на фермах;
• в сооружениях, оборудованных под санатории (если имеется выход геотермальных источников);
• в сооружениях, оборудованных под здравоохранительные цели;
• в образовательных учреждениях.

Чугунные трубы применимы для подземных и наземных систем водоотведения

Чугунные трубы отличаются большим весом, поэтому их монтаж является довольно трудоёмким. Изделия с большими показателями сечения при монтаже требуют использования специальной техники.

Производство чугунных труб

Чугунные трубы изготавливаются посредством литья. На сегодняшний день существует две разновидности литья для выполнения этих канализационных деталей. Рассмотрим эти два варианта литья:

Первый способ подразумевает использование специальной формы. В неё заливается чугун, после чего из-за вращения он равномерно распределяется по стенкам формы и в результате образуется готовая деталь. То, какая толщина будет у стенки, зависит от количества использованного жидкого чугуна.

Рассмотрим основные преимущества этого способа:

• высокая скорость изготовления труб, которая влияет на показатели производительности;
• хорошее качество чугунного изделия, отлитого посредством такого метода;
• экономия сырья и электроэнергии;
• возможность автоматизации этого способа;
• упрощение процесса, связанное с отсутствием необходимости в дополнительных этапах (формовка и сушка);
• такой процесс позволяет сэкономить не только время и деньги, но и место, так как исключается необходимость в дополнительном оборудовании.

Производство труб методом центробежного литья является наиболее экономичным

Однако центробежное литьё имеет и свои недостатки. Среди недостатков этого метода выделяют следующие:

• труба может быть выполнена только определённой формы, в соответствии с формой заготовки;
• необходимость строгого контроля количества сырья, поступающего в заготовку (для получения необходимой толщины стенки).

Метод полунепрерывного литья подразумевает собой заполнение формы жидким чугуном. В такой форме чугун застывает и получается готовое изделие. После частичного застывания, деталь достают из формы и разделяют на необходимые отрезки. Процесс охлаждения проводится с помощью обычной воды.

Рассмотрим основные плюсы этого метода:

• с помощью такого способа можно получить длинное изделие, которое впоследствии режется на детали необходимой длины;
• точность геометрических параметров изделия является максимальной;
• возможность экономии жидкого чугуна.

К минусам этого метода можно отнести:

• не слишком высокая производительность;
• готовую трубу довольно сложно извлечь из заготовки.

Трубы бывают напорными, безнапорными, с раструбом или без него

Разновидности чугунных труб согласно ГОСТу

Все трубы чугунные по ГОСТ подразделяются на 4 вида. Рассмотрим их:

• напорные ВЧШГ (высокопрочный чугун с шаровидным графитом) трубы, по которым рабочая среда передвигается под давлением. Необходимые показатели давления, как правило, нагнетаются с помощью насосного оборудования;
• безнапорные, которые используются при монтаже канализационных коммуникаций;
• безраструбные. Трубы, которые выпускаются без соединительного элемента — раструба;
• напорные с раструбом.

Напорные изделия производятся в диапазоне диаметров от 100 до 300 мм. Шаровидная структура графита влияет на основные характеристики таких труб:

• высокая устойчивость к губительному воздействию коррозии;
• продолжительность эксплуатационного срока ВЧШГ труб выше, чем у стальных изделий в 3–5 раза;
• хорошая резистентность к перепадам температур;
• устойчивость к агрессивным химическим соединениям;

Полезная информация! ВЧШГ трубы отличаются высокими прочностными характеристиками, поэтому их часто используют при прокладке трубопровода под дорожным полотном или на большой глубине в грунте.

Напорные ВЧШГ трубы могут соединяться двумя способами:

• посредством специальной уплотнительной прокладки из резины;
• с помощью раструба.

Наличие раструба в значительной мере упрощает монтаж чугунных труб

Безнапорные трубы, изготавливаемые из серого чугуна и используемые при монтаже канализационных конструкций, обладают следующими характеристиками:

• пластичность;
• прочностные характеристики этих изделий уступают аналогичному показателю ВЧШГ труб;
• многоразовость использования.

Их, как правило, монтируют в тех местах канализационной конструкции, где исключаются большие нагрузки. Безнапорные канализационные трубы часто используют в комбинации с полимерными изделиями. Стыковка чугунных и полимерных деталей производится за счёт специальных резиновых переходных элементов.

Безраструбные трубы изготавливаются из чугуна, в котором содержится довольно много графита. Внутренние стенки таких деталей на стадии производства обрабатывают эпоксидным составом. Эта процедура позволяет избежать солевых отложений на стенках труб, а также повышает коррозийную стойкость. Рассмотрим и другие характеристики безраструбных чугунных деталей:

• высокий коэффициент шумоизоляции;
• пожароустойчивость;
• высокая прочность;
• устойчивость к высоким температурным показателям.

Стыковка таких труб между собой производится посредством хомутов, что позволяет получить герметичное соединение двух деталей без использования дополнительных уплотнительных материалов.

Раструбные напорные изделия отличаются высокой коррозийной устойчивостью и используются для монтажа канализационных линий. Основное достоинство этих деталей — долгий эксплуатационный срок, а главный минус — хрупкость чугунного материала, что усложняет прокладку канализации.

Внутренняя канализация. Основные характеристики

Внутренняя канализация, которая выполняется из чугунных деталей, а также вспомогательных соединительных элементов описывается ГОСТом 6942–98. Этот нормативный документ регламентирует все геометрические размеры, а также качественные характеристики этих изделий и правила их эксплуатации.

По ГОСТу разрешается их производство без соединительных раструбов. Однако безраструбное производство в обязательном порядке сначала должно обговариваться с заказчиком. При безраструбном производстве также необходимо позаботиться о включении в комплект поставки соединительных фитингов.

Показатели сечения таких изделий по ГОСТу могут составлять:

Длина чугунных труб колеблется от 75 см до 2,2 м. Основные параметры внутренних чугунных канализационных труб представлены в таблице №1.

Таблица 1

Ду, мм	Длина, м	Вес, кг
150	0,75-2,2	15,7-43,4
100		10,5-27,1
50	0,75-2	4,5-1,1

Кроме этого, в ГОСТе указываются конструктивные особенности и размеры фасонных элементов и других вспомогательных запчастей. Рассмотрим эти детали:

Все фасонные части для чугунных труб также должны соответствовать параметрам ГОСТа

Готовая продукция не должна содержать никаких дефектов, которые могли бы ухудшить эксплуатационные характеристики чугунных изделий. К дефектам относятся:

• наросты на стенках труб;
• капли металла.

Отбелы на наружных стенках канализационных труб из чугуна не должны быть глубже 1 мм, а на торцах — глубже 2 мм. Допустимые разбежности в показателях сечения чугунных труб и фасонных запчастей должны составлять не более 2 мм, а отклонения длины может быть не выше, чем 0,9%.

Обратите внимание! Масса чугунных канализационных труб должна соответствовать определённому классу точности. В случае если вес изделия превышает допустимый показатель, то его эксплуатация допускается лишь в одном случае — когда другие технические характеристики соответствуют нормам.

После прокладки труб конструкция должна соответствовать всем нормам и обязана выдерживать заявленные в регламентирующей документации показатели давления. Особенно это правило касается чугунных деталей, показатели давления которых, должны быть не меньше, чем 0,1 МПа.

Внутренняя канализация. Проверка качества и маркировка

Трубы для внутренних канализационных коммуникаций производятся из серого чугуна. На внутренние и наружные стенки таких деталей, как правило, наносят антикоррозийные составы, основу которых составляет битум. Битумный состав может выдерживать температуру до 60 °C. Эксплуатационный срок чугунных изделий для внутренней канализации составляет от 80 до 100 лет.

Некоторые типы труб имеют покрытие из битума, предотвращающее коррозию

Проверку качества чугунной продукции для канализационных сетей выполняют на предприятии. Такая проверка включает в себя ряд этапов и производится на специальных стендах. Основной показатель, которому должны соответствовать эти изделия — герметичность. Проверка герметичности производится посредством заполнения чугунной детали водой, а также нагнетания необходимого показателя давления (например, 0,1 МПа). При такой проверке категорически не допускаются следующие явления:

• течь;
• образование конденсата на наружных стенках детали.

Соответствие геометрических параметров изделий проверяют посредством специальных инструментов, которые способны обеспечить необходимую точность измерений. Отклонения от нормы не должны быть выше, указанных в ГОСТ.

Маркировка на чугунные трубы для канализационных коммуникаций выполняется на раструбе. В некоторых случаях маркировка наносится за раструбом. Существует два варианта нанесения маркировки:

1. Маркировка наносится с помощью специальной краски, которая отличается тем, что её нельзя смыть.
2. Маркировка отливается на изделии.

Маркировка в обязательном порядке должна содержать следующую информацию:

• товарный знак;
• соответствующий ГОСТ;
• артикул.

Наружная канализация монтируется из труб, которые отличаются повышенной прочностью

После изготовления чугунные трубы для внутренней канализации должны сортироваться в контейнеры или связки. Гарантия на такие изделия должна предоставляться производителем не менее чем на 2 года.

Наружная канализация. Основные характеристики

Размеры чугунных труб, используемых для наружных канализационных сетей и требования, выдвигаемые к ним, изложены в соответствующей документации («Трубы чугунные канализационные ГОСТ 9583–75»). Согласно этому документу показатели сечения напорных труб для наружных канализационных линий составляют от 65 до 1000 мм.

Основные характеристики наружных канализационных труб из чугуна указаны в таблице №2.

Таблица 2

Ду, мм	Длина, м	Вес, кг
1000	4–6	525,6–627,9
800		359,8–429
600	4–10	222,9–266,6
400		118,5–141,4
300	4–6	77,6–92,7
250		60,1–71,6
200		44,6–52,9
150	3–6	30,5–36,4
125		24,5–29,1
100		18,9–22,3

Длина таких изделий может варьировать от 2 до 10 метров. Наружные канализационные трубы из чугуна подразделяются на 3 класса, в зависимости от толщины стенки и, соответственно, от массы:

Отклонения от допустимых норм для этих труб составляют:

• для массы — 5% от общего показателя.
• содержание фосфора должно быть не более 0,7%;
• содержание серы должно составлять не более 0,12%.

Для наружных систем применяются литые трубы, имеющие защитное покрытие

Обратите внимание! Производятся такие трубы из серого литого чугуна, а их внутренние и наружные стенки должны быть в обязательном порядке обработаны специальным защитным слоем из экологичных материалов.

Поверхность таких деталей должна соответствовать всем нормам и исключать наличие следующих дефектов:

Наружная канализация. Проверка качества и маркировка

Поверхность чугунных деталей, используемых для монтажа наружных канализационных линий не должна размягчаться при температуре 60 °C. Испытания, которым должны подвергаться трубы проводятся после их изготовления непосредственно на производстве и включают в себя комплекс следующих мероприятий:

• проверка на прочность;
• проверка геометрических параметров с помощью специальных инструментов;
• гидравлические испытания;
• проверка на твёрдость.

Маркировка, как правило, располагается на торце раструба и включает в себя следующую информацию:

• товарный знак;
• показатель сечения условного прохода;
• дату производства.

Перевозить изделия с небольшими показателями сечения (до 150 мм) разрешается в пакетах. Общая масса такого пакета должна составлять не больше, чем 3 т. Хранение деталей в этом случае должно учитывать их сортировку в штабеля. Поверхность, на которой располагаются такие штабеля, должна быть ровной. Каждый следующий ряд рекомендуется укладывать на деревянные доски. Высота такого штабеля должна быть не более чем 3 м над уровнем земли. Рекомендуется организовывать боковые опоры для укрепления таких штабелей.

Советы по монтажу и эксплуатации чугунных труб

Основное преимущество чугунных труб, перед пластмассовыми заключается в шумоизоляционных характеристиках первых. Их стенки гасят любые звуки, которые появляются в результате перемещения рабочей среды по трубам. Однако вес изделий из чугуна влияет на трудозатраты при монтаже канализационных конструкций, что в любом случае отражается на скорости проведения всех необходимых работ по их установке.

Конкретный эксплуатационный срок этих изделий должен составлять не менее 50 лет, однако, во многих источниках срок годности может достигать и 100 лет. В любом случае, для того, чтобы продлить эксплуатационный срок чугунных канализационных труб, необходимо неукоснительно следовать всем правилам по их установке.

Очень важно запомнить, что обычный чугун не рекомендуется использовать в конструкциях, которые будут осуществлять транспортировку агрессивных химических веществ. Для таких ситуаций лучше использовать трубы с более высокой устойчивостью к агрессивным химическим соединениям (например, керамические). Однако и здесь есть свой нюанс — для бытовой канализации прокладка стальных изделий обойдётся слишком дорого.

Важно! Для заполнения свободных пространств в местах соединений чугунных труб рекомендуется использовать специальное герметическое средство, которое называют кабалкой. Кабалка — это растительные волокна, пропитанные смоляно-битумными мастиками, а в некоторых случаях — масляными растворами. После заполнения свободных пространств кабалкой, необходимо замазать стык цементным раствором.

Заполнение стыков чугунных труб не рекомендуется выполнять с помощью серы, так как она при нагревании выделяет вредные для человеческого здоровья пары. Кроме этого, сера легко воспламеняется и её невозможно потушить с помощью воды.

Источник