Трубы диаметром 110 мм из стали 20ХГР: характеристики и применение
Трубы диаметром 110 мм из стали марки 20ХГР — это горячедеформированный или холоднодеформированный трубный прокат конструкционного назначения, изготовляемый из низколегированной хромомарганцевой стали. Марка 20ХГР содержит 0,17–0,24 % углерода, 0,70–1,10 % хрома, 0,80–1,10 % марганца и до 0,30 % кремния; суммарное легирование обеспечивает прокаливаемость в сечениях до 25–30 мм и предел текучести не ниже 315 МПа в нормализованном состоянии. Наружный диаметр 110 мм при толщине стенки 4–16 мм формирует сортамент, востребованный в машиностроении, нефтегазовой и энергетической отраслях.
Сортамент и геометрические параметры
Трубы 110 мм из 20ХГР поставляются по ГОСТ 8732 (горячедеформированные), ГОСТ 8734 (холоднодеформированные) и ТУ производителей. Типовые сочетания наружного диаметра и стенки:
- 110 4 мм — холоднодеформированная, для трубопроводов КИПиА и гидросистем;
- 110 6 мм — горячекатаная, для несущих металлоконструкций и рамных элементов;
- 110 8 мм — горячедеформированная, для буровых штанг и переходников;
- 110 10 мм — для корпусных деталей и втулок под механическую обработку;
- 110 12 мм — для гильз цилиндров и толстостенных обойм;
- 110 16 мм — для высоконагруженных узлов горно-шахтного оборудования.
Предельные отклонения по наружному диаметру для горячедеформированных труб — от +1,25 % до –1,5 %, для холоднодеформированных — по квалитету h10–h12. Кривизна на 1 м длины не превышает 1,5 мм для холоднодеформированных и 2,5 мм для горячедеформированных труб. Длина мерных отрезков — 4–12 м.
Механические свойства и термообработка
Сталь 20ХГР относится к улучшаемым: после закалки 850–870 C в масле и высокого отпуска 550–600 C достигается сочетание прочности и ударной вязкости. Для труб диаметром 110 мм с толщиной стенки до 16 мм прокаливаемость обеспечивает сквозную закалку, что критично для деталей, работающих при знакопеременных нагрузках.
| Состояние | в, МПа | т, МПа | , % | KCU, Дж/см |
|---|---|---|---|---|
| Нормализация | 490 | 315 | 21 | 59 |
| Закалка + отпуск 600 C | 780 | 640 | 14 | 49 |
| Улучшение 550 C | 880 | 740 | 12 | 39 |
| Горячедеформированное | 470 | 275 | 20 | 49 |
Твёрдость после улучшения — 240–280 HB. Склонность к отпускной хрупкости второго рода требует ограничения скорости охлаждения после высокого отпуска при толщине стенки более 12 мм.
Технологические свойства
Свариваемость стали 20ХГР ограниченно свариваемая: углеродный эквивалент Cэкв = 0,42–0,52 %, что требует подогрева до 150–200 C при сварке труб со стенкой более 10 мм и последующей термообработки шва. Резка труб 110 мм выполняется на отрезных станках с ЧПУ, ленточнопильных или абразивных установках; механическая обработка — токарная, фрезерная, сверлильная без предварительной термообработки при HB 240.
Обрабатываемость резанием в нормализованном состоянии удовлетворительная, после улучшения — пониженная, что учитывается при назначении режимов на станках с ЧПУ. Гибка в холодном состоянии возможна при радиусе не менее 3,5D для стенки 4–6 мм; для толстостенных труб применяется горячая гибка с нагревом ТВЧ.
Области применения
- Буровые штанги и переходники для установок колонкового бурения;
- Гидроцилиндры и пневмоцилиндры экскаваторов, бульдозеров, кранов-манипуляторов;
- Элементы несущих рам и стрел грузоподъёмной техники;
- Трубопроводы высокого давления в системах гидропривода металлургических агрегатов;
- Втулки, гильзы, обоймы подшипниковых узлов прокатных станов;
- Детали горно-шахтного оборудования: секции крепи, штанги анкеров.
В нефтегазовой отрасли трубы 110 мм из 20ХГР применяются в обвязке устьевого оборудования и манифольдах с рабочим давлением до 32 МПа при температуре –40…+200 C. В энергетике — в трубопроводах питательной воды и системах регулирования паровых турбин.
Контроль качества и маркировка
Трубы проходят гидравлические испытания давлением, рассчитанным по ГОСТ 3845, ультразвуковую дефектоскопию по ГОСТ 17410, контроль химического состава и механических свойств на образцах от партии. Маркировка наносится несмываемой краской или клеймением с указанием марки стали, номера плавки, партии и клейма ОТК. Сертификат качества включает результаты испытаний на растяжение, ударный изгиб и сплющивание.
Вопросы и ответы
Чем сталь 20ХГР отличается от 20Х при изготовлении труб 110 мм?
Марганец в составе 20ХГР (0,80–1,10 %) повышает прокаливаемость и прочность по сравнению с 20Х, что позволяет получать сквозную закалку в стенке до 16 мм без применения более дорогих легирующих элементов.
При какой температуре эксплуатируются трубы 110 8 мм из 20ХГР?
Диапазон рабочих температур — от –40 C до +450 C. При температурах ниже –40 C требуется проверка ударной вязкости на образцах с концентратором, при нагреве выше 450 C начинается интенсивное окалинообразование.
Возможна ли сварка труб диаметром 110 мм из стали 20ХГР без термообработки?
При толщине стенки до 6 мм сварка возможна без подогрева с применением электродов типа Э50А. Для стенки 8 мм и более обязателен предварительный подогрев 150–200 C и высокий отпуск шва при 600–650 C.
Какой ресурс имеют гидроцилиндры из труб 110 12 мм марки 20ХГР?
При твёрдости внутренней поверхности 240–280 HB и шероховатости Ra 0,32 мкм ресурс составляет 8000–12000 циклов до появления допустимого износа, что соответствует 5–7 годам эксплуатации в составе экскаваторной техники.
