Теория и технология деформационной обработки металлов и сплавов. Разработка технологии прокатки труб и калибровки инструмента

Москва 2022

М ИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА

Кафедра обработки металлов давлением

ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ 
ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ 
МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ. 
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ 
ПРОКАТКИ ТРУБ И КАЛИБРОВКИ 
ИНСТРУМЕНТА

Учебное пособие

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 4624

УДК 621.771 
 
Т33

Р е ц е н з е н т 
канд. техн. наук, проф. В.П. Романенко

А в т о р ы : 
А.С. Алещенко, Б.А. Романцев, Ю.В. Гамин, А.В. Гончарук

Т33  
Теория и технология деформационной обработки металлов 
и сплавов. Разработка технологии прокатки труб 
и калибровки инструмента : учеб. пособие / А.С. Алещенко [
и др.]. – Москва : Издательский Дом НИТУ «МИСиС», 
2022. – 56 с.
ISBN 978-5-907560-13-0

В учебном пособии рассматриваются вопросы построения технологического 
процесса прокатки труб и калибровки рабочего ин-
струмента. В частности, представлена методика расчета таблицы 
прокатки и даны рекомендации по калибровке, выбору материалов 
и технологии изготовления технологического инструмента. Допол-
нительно приведены данные о возможных видах брака бесшовных 
труб и способах их устранения, а также примеры рабочих чертежей 
калибровки рабочего технологического инструмента ТПА.
Предназначено для обучающихся в бакалавриате и магистра-
туре по направлениям подготовки 22.03.02 «Технология материа-
лов», 22.04.02 «Деформационная обработка металлов и сплавов», 
15.04.02 «Инженерный менеджмент оборудования и технологий».

УДК 621.771

 Коллектив авторов, 2022
ISBN 978-5-907560-13-0
 НИТУ «МИСиС», 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ........................................................................ 4
1. Технологическая схема прокатки труб на ТПА 40–140 
и расчет таблицы прокатки .............................................. 6
2. Разработка рекомендаций по калибровке, выбору 
материалов и технологии изготовления валков, линеек, 
оправок, оправочных стержней, проводок ........................ 16
2.1. Общая характеристика инструмента ...................... 16
2.2. Расчет и проектирование инструмента прошивного 
стана ........................................................................ 21
2.3. Оправка и оправочный стержень раскатного стана ... 29
2.4. Расчет резьбового соединения цилиндрической 
оправки с оправочным стержнем на двухвалковом 
раскатном стане ......................................................... 31
2.5. Направляющие линейки ...................................... 34
3. Калибровка рабочих валков семиклетьевого стана ......... 39
4. Технология горячей прокатки труб сдаточных размеров ...43
Библиографический список ............................................ 51
Приложение 1. План расположения оборудования  
ТПА 40–140 ................................................................ 52
Приложение 2. Оправка прошивного стана ...................... 53
Приложение 3. Оправки раскатного стана ....................... 54
Приложение 4. Направляющие линейки ......................... 55

ВВЕДЕНИЕ

В России в настоящее время существует тенденция, направ-
ленная на создание новых высокотехнологичных производств, 
а также совершенствование, реконструкцию и техническое пе-
ревооружение действующих металлургических цехов. Необхо-
димость этих изменений продиктована условиями конкурентно-
го мирового рынка и стремлением производителей к улучшению 
качества продукции, расширению сортамента и обеспечению 
возможности работы по гибким технологиям. Анализ состоя-
ния отрасли показывает, что трубное производство непрерывно 
совершенствуется и развивается не только с точки зрения коли-
чественного роста, но и с позиций существенных качественных 
изменений. При этом производители труб оперативно реагиру-
ют на потребности заказчиков, в результате чего расширяется 
сортамент труб по размерам и используемым материалам, воз-
растает объем выпуска труб со специальной обработкой наруж-
ной и внутренней поверхностей (труб для атомной энергетики, 
приборостроения), с защитными и гладкостными покрытиями 
для магистральных газо- и нефтепроводов и т.д.
Практика металлургического производства показывает, что 
знание основ проектирования необходимо всем инженерно-тех-
ническим работникам. В связи с этим при подготовке учебного 
пособия авторы поставили своей целью на основе имеющегося 
опыта учебно-педагогической, производственной и проектной 
деятельности изложить основные аспекты и подходы, при-
меняемые при разработке технологического процесса прокат-
ки бесшовных труб на современном трубопрокатном агрегате 
(ТПА) 40–140 с непрерывным раскатным станом, методики 
расчета таблицы прокатки и принципы проектирования кали-
бровки рабочего инструмента трубных станов.
В первом разделе пособия рассмотрены технологическая 
схема получения труб на ТПА 40–140 и методика расчета та-
блицы прокатки. Во втором разделе даны рекомендации по ка-
либровке, выбору материалов и технологии изготовления вал-
ков, линеек, оправок, оправочных стержней, проводок. Третий 
раздел посвящен основным принципам проектирования кали-
бровки валков непрерывного многоклетьевого стана. В четвер-

том разделе рассмотрена технология горячей прокатки труб 
сдаточных размеров. Кроме того, в учебном пособии представ-
лены данные о возможных видах брака бесшовных труб и спо-
собах их устранения, а также примеры рабочих чертежей ка-
либровки рабочего технологического инструмента ТПА.
Авторы благодарят сотрудников ОАО «Электростальский 
завод тяжелого машиностроения» М.А. Минтаханова и А. Ко-
лобкова за предоставленные чертежи инструмента.

1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА 
ПРОКАТКИ ТРУБ НА ТПА 40–140 
И РАСЧЕТ ТАБЛИЦЫ ПРОКАТКИ

На трубопрокатном агрегате ТПА 40–140 (прил. 1) кон-
струкции ОАО «ЭЗТМ» горячая прокатка труб реализуется по 
технологической схеме, представленной на рис. 1.1, включа-
ющей следующие основные операции.
1. Раскрой исходных прутков на мерные длины механиче-
скими пилами.
2. Нанесение на передний торец заготовки центрирующего 
углубления сверлением в холодном состоянии.
3. Нагрев заготовок в газовой печи до температуры прокатки.
4. Прошивка заготовки в двухвалковом стане винтовой про-
катки по чашевидной схеме с использованием в качестве на-
правляющего инструмента линеек.
5. Раскатка гильзы в стане аналогичной конструкции по 
грибовидной схеме на цилиндрической оправке.
6. Калибрование полученной черновой трубы по диаметру в 
семиклетьевом калибровочном стане с трехвалковыми клетями.
7. Контролируемое охлаждение труб.

Рис. 1.1. Схема технологического процесса получения труб 
на ТПА 40–140

Сортамент заготовок и получаемых из них труб представлен 
в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Сортамент заготовок-труб на ТПА 40–140 (в мм)

Заготовка
∅ 70
∅ 85
∅ 110
∅ 130
∅ 150
∅ 170
∅ 180
Гильза
∅ 70 × 78
∅ 82 × 
× 8,5…15,0
∅ 110 × 
× 12…20
∅ 130 × 
× 12…28
∅ 150 × 
× 14,5…32,0
∅ 166 × 
× 16,0…37,5
∅ 180 × 
× 13,5…38,0
Черновая труба
∅ 55 × 
× 5,0…5,5
∅ 72 × 
× 5,0…11,9
∅ 94  
× 5,2…13,3
∅ 114 × 
× 5,5…21,3
∅ 128 × 
× 6,5…22,4
∅ 145 × 
× 6,6…28,2
∅ 165 × 
× 7,2…31,6
Труба
∅ 40 × 5,5
∅ 42 × 6,0
∅ 45 × 5,5
∅ 50 × 5,5

∅ 57 × 7…9
∅ 60 × 5…8,5
∅ 63 × 7…9
∅ 70 × 6…12

∅ 73 × 
× 5,5…15,0
∅ 76 × 7…11
∅ 83 × 7…13

∅ 89 × 6…24
∅ 95 × 10…15
∅ 102 × 7…25
∅ 108 × 
× 10…20

∅ 114 × 7…25
∅ 21 × 10…20
∅ 127 × 7…30

∅ 133 × 
× 8…35,0
∅ 140 × 
× 9,5…30,0

Расчет таблицы прокатки выполнен по традиционной ме-
тодике – против хода прокатки (табл. 1.2).
В методике расчета и таблице прокатки приняты следую-
щие обозначения:
Dт, dт, Sт – соответственно наружный и внутренний диаме-
тры, толщина стенки готовой трубы, мм;
Dк, dк, Sк – то же для трубы после калибровочного стана, мм;
Dp, dp, Sp – то же для трубы после раскатного стана, мм;
Dг, dг, Sг, – то же для гильзы после прошивного стана, мм;
Lт, Lз max, Lг max, Lp max, Lк max – соответственно длина тру-
бы, максимальная длина заготовки, гильзы, трубы после рас-
катки, трубы после калибровки, мм;
dз – диаметр заготовки, мм;
dп, dр – диаметр оправки прошивного и раскатного стана со-
ответственно, мм;
mп, mр, mк – коэффициент вытяжки при прошивке, раскатке 
и калибровании соответственно;
mS – суммарный коэффициент вытяжки;
DSр – обжатие стенки при раскатке, мм;
Мз – масса заготовки, кг.
Наружный диаметр трубы в горячем состоянии составляет

 
(
)
к
т
1,012...1,013
.
D
D
=
 
(1.1)

Температурный коэффициент расширения принимаем ис-
ходя из температуры прокатки в калибровочном стане, равной 
1000 °C. Эта температура может выдерживаться стабильно, 
поскольку перед калиброванием трубы подогревают. Изме-
нение толщины стенки в зависимости от температуры обыч-
но учитывают при прокатке толстостенных труб с толщиной 
стенки 20...25 мм и более.
При наличии калибровочного («редукционного») стана не-
обходимо назначить суммарное обжатие по диаметру, которое 
обычно составляет 15...22 %, более глубокое редуцирование при-
водит к значительному снижению точности готовых труб из-за 
образования внутренней граненности. Тогда диаметр трубы 
после раскатного стана

 
(
)
р
к
к
0,15...0,22
.
D
D
D
=
+
 
(1.2)

Таблица 1.2

Таблица прокатки труб на ТПА 40–140 с двухвалковым раскатным станом

Номер типоразмера трубы

Чистовые раз-
меры
Заготовка

Суммарный коэффициент 
вытяжки

Прошивной стан
Раскатной стан
Калибровочный 
стан (КС)

Dт

Sт

Lт

D/S

dз

Lз max

Mз

mS

Dг

Sг

mп

dп

Lг max

Редуцирование


Dр

Sр

D/S

mp
Зазор

dр

D

Lтр max

Dк

μhrc

Lк max

мм мм
мм
– мм
мм
кг
–
мм мм
–
мм
мм
%
мм мм мм – мм мм мм
мм
мм
–
мм
1
40
5,5
12 000 7
70
1920
58
6,37
70
7,5 2,6 52
4920 –21
55
5,0
11 1,9 11
44
1
9224
40,4
1,30 12 000
2
42
6,0
12 000 7
70
2186
66
5,60
70
8,0 2,5 52
5293 –21
55
5,5
10 1,8 12
42
1
9643
42,5
1,24 12 000
3
45
5,5
11 000 8
70
2015
60
5,57
70
7,5 2,6 52
5162 –21
55
5,0
11 1,9 11
44
1
9679
45,5
1,14 11 000
4
48
5,5
10 000 9
70
1971
59
5,18
70
7,5 2,6 52
5049 –21
55
5,0
11 1,9 11
44
1
9466
48,5
1,06 10 000
5
50
5,5
9000
9
70
1857
56
4,94
70
7,5 2,6 52
4757 –21
55
5,0
11 1,9 11
44
1
8920
50,6
1,01
9000
6
57
7,0
10 000 8
85
2001
89
5,10
82
10,0 2,5 60
4922 –12
72
6,6
11 1,7
6
56
1
8210
57,6
1,22 10 000
7
57
8,0
9000
7
85
2018
89
4,55
82
11,0 2,3 58
4575 –12
72
7,6
9
1,6
6
54
1
7300
57,6
1,23
9000
8
57
9,0
10 000 6
85
2471
109 4,13
82
12,0 2,2 56
5210 –12
72
8,5
8
1,6
4
54
1
8108
57,6
1,23 10 000
9
60
5,0
11 000 12 85
1729
76
6,49
82
8,5 2,9 62
4900 –12
72
5,0
14 1,9
5
60
1
9138
60,7
1,20 11 000

Номер типоразмера трубы

Чистовые размеры

Заготовка

Суммарный коэффициент 
вытяжки

Прошивной стан
Раскатной стан
Калибровочный 
стан (КС)

Dт

Sт

Lт

D/S

dз

Lз max

Mз

mS

Dг

Sг

mп

dп

Lг max

Редуцирование


Dр

Sр

D/S

mp
Зазор

dр

D

Lтр max

Dк

μhrc

Lк max

мм мм
мм
– мм
мм
кг
–
мм мм
–
мм
мм
%
мм мм мм – мм мм мм
мм
мм
–
мм
10
60
6,0
10 000 10 85
1852
82
5,51
82
9,0 2,7 62
4992 –12
72
5,5
13 1,8
6
58
1
8956
60,7
1,12 10 000
11
60
8,5
9000
7
85
2253
100 4,07
82
11,5 2,2 56
4922 –12
72
7,8
9
1,6
5
54
1
7967
60,7
1,13
9000
12
63
7,0
9000
9
85
2017
89
4,55
82
10,0 2,5 60
4961 –12
72
6,6
11 1,7
6
56
2
8293
63,7
1,09
9000
13
63
9,0
8000
7
85
2224
98
3,67
82
12,0 2,2 56
4688 –12
72
8,5
9
1,6
6
52
2
7322
63,7
1,09
8000
14
70
6,0
8000
12 85
1756
78
4,65
82
9,0 2,7 62
4732 –12
72
5,9
12 1,7
6
58
2
7913
70,8
1,01
8000
15
70
7,0
8000
10 85
2017
89
4,05
82
10,0 2,5 60
4960 –12
72
6,9
10 1,6
6
56
2
7909
70,8
1,01
8000
16
70
8,0
8000
9
85
2269
100 3,60
82
11,0 2,3 58
5144 –12
72
7,9
9
1,5
6
54
2
7906
70,8
1,01
8000
17
70
10,0
7500
7
85
2574
114 2,97
82
13,0 2,0 54
5081 –12
72
9,9
7
1,5
6
50
2
7405
70,8
1,01
7500
18
70
12,0
7000
6
85
2788
123 2,56
82
15,0 1,8 50
4912 –12
72
11,9
6
1,4
6
46
1
6904
70,8
1,01
7000
19
73
5,5
12 000 13 110
1520
113 8,05 110 12,0 2,6 84
3833 –15
94
5,2
18 2,5
6
80
2
9763
73,8
1,23 12 000

20
73
7,0
12 000 10 110
1892
140 6,47 110 13,0 2,4 82
4450 –15
94
6,6
14 2,2
6
78
2
9728
73,8
1,23 12 000

Продолжение табл. 1.2

21
73
9,5
12 000 8 110
2472
183 4,95 110 15,0 2,1 78
5144 –15
94
8,9
11 1,9
6
74
2
9679
73,8
1,24 12 000
22
73
15,0 10 000 5 110
2974
220 3,43 110 20,0 1,7 68
4900 –15
94
13,3
7
1,7
4
66
1
8223
73,8
1,22 10 000
23
76
7,0
10 000 11 110
1648
122 6,19 110 13,0 2,4 82
3877 –15
94
6,3
15 2,3
6
78
2
8811
76,8
1,14 10 000
24
76
9,0
10 000 8 110
2059
153 4,95 110 15,0 2,1 78
4284 –15
94
8,1
12 2,0
6
74
2
8738
76,8
1,14 10 000
25
76
11,0 10 000 7 110
2442
181 4,18 110 16,5 2,0 74
4694 –15
94
9,9
9
1,8
5
72
2
8663
76,8
1,15 10 000
26
83
7,0
10 000 12 110
1815
134 5,62 110 13,5 2,3 80
4133 –15
94
6,6
14 2,3
7
76
3
9315
83,9
1,07 10 000
27
83
8,0
10 000 10 110
2048
152 4,98 110 13,5 2,3 80
4662 –15
94
7,6
12 2,0
9
74
3
9295
83,9
1,08 10 000
28
83
9,0
10 000 9 110
2273
168 4,49 110 13,5 2,3 80
5175 –15
94
8,5
11 1,8 11
72
3
9274
83,9
1,08 10 000
29
83
10,0 10 000 8 110
2492
185 4,09 110 16,0 2,0 76
4914 –15
94
9,4
10 1,9
6
72
3
9252
83,9
1,08 10 000
30
83
13,0
9000
6 110
2798
207 3,28 110 19,0 1,7 70
4799 –15
94
12,3
8
1,7
4
68
1
8266
83,9
1,09
9000
31
89
6,0
12 000 15 130
1460
151 8,39 130 12,0 3,0 104 4270 –12 114
5,5
21 2,4
8
98
3
10 079
90,0
1,19 12 000
32
89
7,6
12 000 12 130
1814
188 6,75 130 13,5 2,7 100 4777 –12 114
7,0
16 2,1
7
96
3
10 095
90,0
1,19 12 000
33
89
10,0 11 000 9 130
2124
220 5,28 130 15,5 2,4 96
4957 –12 114
9,0
13 1,9
7
92
3
9310
90,0
1,18 11 000
34
89
12,0 11 000 7 130
2485
257 4,52 130 15,5 2,4 96
5800 –12 114 10,7 11 1,6 11
88
3
9343
90,0
1,18 11 000
35
89
15,0 10 000 6 130
2715
281 3,76 130 20,0 1,9 88
5112 –12 114 13,3
9
1,6
6
84
3
8383
90,0
1,19 10 000
36
89
20,0
9000
4 130
3041
315 3,02 130 24,5 1,6 78
4873 –12 114 17,8
6
1,5
5
76
2
7367
90,0
1,22
9000
37
89
24,0
8000
4 130
3058
316 2,67 130 28,0 1,5 72
4436 –12 114 21,3
5
1,4
6
68
2
6411
90,0
1,25
8000
38
95
10,0 10 500 10 130
2181
226 4,91 130 15,5 2,4 96
5091 –12 114
9,2
12 1,8
7
92
3
9390
96,0
1,12 10 500
39
95
15,0
9000
6 130
2641
273 3,48 130 20,5 1,9 86
4874 –12 114 13,8
8
1,6
5
84
2
7928
96,0
1,14
9000
40 102
7,0
12 000 15 150
1464
202 8,36 150 14,5 2,9 118 4110 –15 128
6,5
20 2,5
9
112
3
10 224 103,1 1,17 12 000
41 102
8,0
12 000 13 150
1656
228 7,39 150 15,5 2,7 116 4380 –15 128
7,4
17 2,3
9
110
3
10 232 103,1 1,17 12 000
42 102
9,0
12 000 11 150
1843
254 6,64 150 15,5 2,7 116 4876 –15 128
8,2
16 2,1 11 108
3
10 348 103,1 1,16 12 000
43 102 10,0 12 000 10 150
2026
279 6,04 150 17,5 2,4 112 4819 –15 128
9,5
14 2,1
9
106
3
9950
103,1 1,21 12 000
44 102 12,0 12 000 9 150
2379
328 5,14 150 19,0 2,3 110 5272 –15 128 10,8 12 2,0 10 102
3
10 392 103,1 1,15 12 000
45 102 15,0
9000
7 150
2157
297 4,26 150 21,0 2,1 106 4391 –15 128 13,5 10 1,8 10
98
2
7715
103,1 1,17
9000
46 102 20,0
8000
5 150
2412
332 3,38 150 25,5 1,8 96
4189 –15 128 18,0
7
1,6
9
90
2
6732
103,1 1,19
8000
47 102 25,0
6000
4 150
2125
293 2,88 150 32,0 1,5 84
3103 –15 128 22,4
6
1,6
6
80
2
4947
103,1 1,21
6000
48 108 10,0
9000
11 150
1619
223 5,67 150 16,5 2,6 114 4053 –15 128
9,2
14 2,0 11 106
3
8138
109,2 1,11
9000