ПРОИЗВОДСТВО БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ТРУБ - ЭФФЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ЭКОНОМИИ ДОРОГИХ МЕТАЛЛОВ

Сложившаяся в настоящее время структура производства и потребления труб характеризуется неоправданно большой долей труб из углеродистых и нержавеющих сталей и цветных металлов и недостаточным производством и использованием биметаллических труб, в качестве плакирующего слоя в которых используются чрезвычайно дорогие и остродефицитные металлы (нержавеющая сталь, медь, бронза, латунь, никель, алюминий, хром, титан, ниобий). В связи с этим представляется це-лесообразным расширение производства и по-требления во все больших масштабах биметал-лических и бислойных труб, в которых сочетаются преимущества составляющих их металлов и сплавов.

В России и на Украине имеются мощности для производства биметаллических труб широкого сортамента по диаметру от 2 до 650 мм с толщиной стенки от 0,2 до 50 мм при толщине плакирующего слоя из остродефицитных металлов и сплавов 0,05—15 мм.

Используемые при этом способы соединения разнородных металлов можно классифицировать на металлургические, термодеформационные, термодиффузионные и импульсные.

Процесс центробежного литья (металлурги-ческий способ) применяется для изготовления биметаллических труб из сочетаний сталь уг-леродистая или легированная — сталь нержа-веющая или износостойкая диаметром 250-650 мм с толстыми (15—50 мм) стенками и характеризуется размытой границей раздела, необходимостью механической обработки по-верхностей, сравнительно высоким содержанием металла плакирующего слоя (20—30 %), значительными расходными коэффициентами (1,3-2,7) и энергозатратами (400— 500кВт/т). Для изготовления биметаллических тонкостенных холоднодеформированных труб исйользование центробежно-литой заго- трвки нецелесообразно.

Прессование и непрерывная прокатка (тер-модеформационные способы) применяются для изготовления биметаллических труб из сочетаний сталь углеродистая, легированная, нержавеющая — медь, никель, сплавы на их основе и др. диаметром 75—159 мм с толщиной стенки 5—15 мм и плакирующим слоем, составляющим 15—30 % от суммарной толщины стенки. Эти способы характеризуются высокой производительностью, прочной сваркой, четкой границей раздела слоев, низкими энергозатратами. Относительно высокие расходные коэффициенты (1,1—2,5) и снижение точности труб и качества их поверхности ограничивают их применение.

К термодеформационным следует отнести и способ горячей раздачи парогазовыми смесями (ГРП-процесс), вышедший в последние годы на уровень промышленного использования. Сварка разнородных слоев достигается в процессе их совместной радиальной раздачи при температурах горячей пластической деформации. В качестве деформирующего инструмента используется парогазовая смесь, образующаяся в полости трубы при сжигании жидкого топлива в атмосфере сжатого воздуха. За счет параметров раздачи и режимов термической обработки достигается возможность получения различного уровня прочности соединения слоев. Поскольку раздача осуществляется в матрице, то за счет конфигурации полости в ней можно получить биметаллические трубы сложной формы.

С использованием ГРП-процесса получают биметаллические трубы диаметром 18—114 мм с толщиной стенки 1,5—13 мм из сочетаний сталь углеродистая — сталь нержавеющая, сталь — медь. Преимуществом процесса является высокая прочность сварки при минимальной ширине диффузионного слоя, простой переход от размера к размеру, широкие возможности управления качеством.

Термодиффузионные способы сварки приме-няются для изготовления биметаллических труб из сочетаний сталь углеродистая, легированная, нержавеющая сталь — медь, бронза, никель, низкоуглеродистая или нержавеющая сталь диаметром 2—102 мм, с толщиной стенки 0,2—12 мм и плакирующим слоем 0,03—2 мм. Сварка с микропластической деформацией обусловлена наличием начального технологического натяга, высокой температурой нагрева, благоприятным соотношением коэффициент тов линейного расширения металлов, выбором металла для внутреннего инструмента, коэффициент линейного расширения которого больше, чем у наружного слоя, или использованием всестороннего давления газа для обеспечения постоянного контакта слоев при нагреве и сварке независимо от соотношения коэффициентов линейного расширения. Эти способы характеризуются высоким качеством поверхности и точными размерами слоев, малой шириной диффузионной зоны (5—ЗОмкм), что по-зволяет использовать их для изготовления высококачественных прецизионных биметалли- . ческих труб с низким удельным содержанием дефицитного металла плакирующего слоя.

Биметаллические трубы могут изготавли-ваться профильными (квадратными, прямо-угольными, треугольными, каплевидными, плоскоовальными, овальными, со спиральными или продольными ребрами и др.), многоканальными, капиллярными, гофрированными, вй- тыми и т.д.

Применение биметаллических труб помимо экономии дефицитных металлов (до 50—90%) в ряде случаев позволяет получить уникальные свойства, недостижимые при использовании однослойных труб. Например, замена литых и деформированных цельнобронзовых подшипников подшипниками из биметаллических труб сталь — бронза в 2—10 раз повышает долговечность узлов трения двигателей; в 1,5—2 раза возрастает надежность изделий из биметаллических труб, работающих в условиях знакопеременного нагружения.

Использование биметаллических труб из сочетания сталь углеродистая — медь позволяет не только уменьшить расход меди на 600 т на каждые 1000 т труб, но и значительно повысить эксплуатационные характеристики трубопроводов. Использование биметаллических труб сталь углеродистая — сталь нержавеющая сократит расход никеля на 80 т на 'каждые 1000 т, хрома на 144 т, титана на 8 т.

Таким образом, биметаллические трубы, представляют уникальный вид ресурсосбере-гающей металлопродукции, имеющий широкий спектр применения. Щ>и этом достигается значительная экономия дефицитных металлов, обеспечивается высокий уровень эксплуатаци-онных свойств, открываются новые возможности использования биметаллических труб как конструкционного материала.

Промышленность России и Украины готова к значительному увеличению производства и по-требления биметаллических труб.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 5, Москва 1994