Трубы из высокопрочного чугуна свойства и применение

Что мы знаем о чугуне:

• Он является первичным продуктом переработки железной руды и сырьем для производства стали, отличаясь от нее большим содержанием углерода;
• Чугун, в отличие от черной стали (лишенной легирующих добавок — хрома, никеля и молибдена), стоек к коррозии. От нержавеющих сталей он выгодно отличается дешевизной;
• Вместе с тем он проигрывает стали в пластичности и вязкости: наличие углерода делает металл хрупким.

Любопытно: в отсутствие абразивного режущего инструмента опытные слесаря нередко отламывали отрезки труб из серого чугуна, предварительно надрубив их по кругу зубилом.

В 1949 году американским изобретателем Кейтом Миллисом был получен патент на необычную форму чугуна. Суть модификации сводилась к добавке в расплав небольшого количества магния.

В результате графит (одна из форм углерода), содержащийся в чугуне и определяющий его свойства, претерпевал любопытную трансформацию: его частицы приобретали вместо привычной плоской шаровидную форму.

Форма графита в сером чугуне и ВЧШГ.

Высокопрочный чугун с шаровидным графитом разительно отличался от серого: сохранив стойкость к коррозии, он становился вязким, ковким, пластичным и приобретал высочайшую механическую прочность. При этом себестоимость металла возрастала весьма незначительно.

Применение и способ монтажа

Традиционно чугунные трубы использовались в двух областях:

1. При сооружении канализационных систем. Стойкость чугуна к коррозии здесь была очень кстати: агрессивность бытовых и промышленных стоков делала невозможным использование более прочной стали;
2. При строительстве магистральных водопроводов. Грунтовые воды и растворенный в воде кислород почти столь же губительны для стали, как и стоки.

Это, однако, не мешает восстановленному после Великой Отечественной Войны чугунному водопроводу Петергофа служить шестой десяток лет.

Способ монтажа раструбных соединений зависел от области применения:

• Канализация чеканилась каболкой (органическим волокном с масляной или битумной пропиткой) и заделывалась цементно — песчаным раствором;
• Раструбы водопроводов заливались серой, свинцом или чеканились свинцовой лентой. Сера применялась, впрочем, и при монтаже канализации, но значительно реже.

Понятно, что высокопрочный чугун быстро заставил потесниться своего предшественника. В настоящее время он применяется как в коммунальной сфере, так и при сооружении нефтегазопроводов.

Способ монтажа по-прежнему определяется областью применения:

• Трубы ВЧШГ для канализации используют все те же раструбные соединения, но уже не под чеканку, а снабженные резиновыми уплотнителями;

Заметьте: при диаметре до 250 мм для стыковки используются хомуты и рычаги.
При больших размерах для монтажа привлекается погрузочная техника.

Трубопроводы большого диаметра монтируются с использованием спецтехники.

• Труба ВЧШГ для водопровода и теплотрасс может соединяться как раструбами, так и фланцами. В качестве материала прокладок используется паронит и, несколько реже, силикон;
• Нефтегазопроводы высокого давления монтируются с использованием сварных соединений, благо высокопрочный (как, впрочем, и серый) чугун прекрасно варится специальными электродами.

Что еще полезно знать о продукции ЛТК?

1. Номинальный диаметр продукции варьируется от 80 до 1000 миллиметров;
2. Стандартная длина трубы составляет 6 метров;
3. Вся продукция Липецкого завода изготавливается только и исключительно под раструбные соединения с резиновым уплотнителем. При этом производитель использует замки трех типов, различающиеся диапазоном рабочего давления:

1. Замки позволяют монтировать трубы не только на одной продольной оси, но и с отклонением от прямой в 1,5 — 5 угловых градусов без использования фасонины и без нарушения герметичности;
2. Несмотря на коррозионную стойкость, изделия дополнительно снабжаются защитными покрытиями. На них есть смысл остановиться несколько подробнее.

Внешнее покрытие

Оно состоит из двух слоев:

1. Металлического цинка;
2. Битумного лака.

Покрытие интересно тем, что оно способно к самовосстановлению. Как это происходит? Дело в том, что цинк образует гальваническую пару с железом и сплавами на его основе, в том числе с ВЧШГ.

При повреждении цинкового слоя оголенный чугун выполняет роль катода, а оцинкованная поверхность трубопровода — анода. Миграция ионов цинка постепенно восстанавливает защитный слой.

Самовосстановление защитного покрытия.

Мало того: при укладке в грунт на поверхности трубопровода образуется исключительно прочный и практически нерастворимый слой из оксидов, солей и гидратов цинка.

Внешнее покрытие битумным лаком консервирует процессы ионного обмена с окружающей средой; процесс замедленной, чрезвычайно растянутой во времени коррозии приводит не к разрушению стенок, а к образованию плотного слоя продуктов коррозии, выполняющего защитные функции.

Наружная оболочка способна выполнять свои функции в крайне агрессивной среде.

Внутреннее покрытие

Вся продукция «Свободного Сокола» — это труба ВЧШГ с ЦПП. Что такое ЦПП? Это цементно-песчаное покрытие, опять-таки защищающее стенки от агрессивного воздействия транспортируемой среды.

Производитель подчеркивает, что покрытие обеспечивает пассивную и активную защиту. Под пассивной понимается примитивная механическая защита от абразивного износа и непосредственного контакта с агрессивной средой.

Активная же состоит в постепенном насыщении пор защитного слоя продуктами гидратации цемента, в первую очередь — гидроокиси кальция. Она, в свою очередь, провоцирует превращение железа поверхностного слоя в оксид Fe2O3, который удерживается цементно-песчаным покрытием от разрушения и предотвращает дальнейшую коррозию стенок.

ЦПП обладает рядом дополнительных полезных свойств:

• несмотря на относительную шероховатость, снижает гидравлическое сопротивление труб, предотвращая образование отложений;
• является самовосстанавливающимся в условиях транспортировки водной среды. При возникновении трещин и увлажнении покрытия все та же гидратация цемента с образованием гидроокиси и карбоната кальция способствует их постепенному заполнению.

Нормативные документы

Зарубежные стандарты, регламентирующие качество импортной продукции, мы оставим за кадром и сосредоточимся на отечественной нормативной документации.

С ней сложилась довольно забавная картина:

1. существенная часть продавцов, в качестве основного документа ссылается на ГОСТ 9583-75;
2. однако единственный производитель — пресловутый ЛТК «Свободный Сокол» — в списке нормирующих документов его не упоминает; зато туда входят техусловия ТУ 1461-037-50254094-2008.

Давайте попробуем прояснить картину и изучить оба документа.

ГОСТ

Он регламентирует изготовление напорных чугунных труб методом полунепрерывного и центробежного литья.

Для удобства читателя мы выделим лишь основные моменты стандарта:

• Все трубы производятся с раструбами;

Труба ВЧШГ 100 мм с раструбом под кольцевой уплотнитель.

• Минимальный номинальный диаметр составляет 65 мм, максимальный — 1000 мм;

Заметьте: здесь есть явное расхождение с сортаментом продукции ЛТК, начинающегося с диаметра 80 мм.

• Длина труб варьируется от 2 до 10 метров, что тоже вызывает определенные сомнения в соответствии продукции ЛТК данному ГОСТ;
• Наконец, главное: продукция должна изготавливаться из… затаите дыхание, уважаемый читатель… литейного серого чугуна, содержащего не более 0,12% серы и не более 0,7% фосфора. Про ВЧШГ — ни слова.

Вывод очевиден: соответствие любой отечественной трубы из ВЧШГ данному стандарту — не более чем фикция.

ТУ

Автор техусловий покажется нам знакомым: это некое липецкое предприятие «Свободный Сокол». Надо ли говорить, что изданные им техусловия выполняются неукоснительно!

Впрочем, и этот документ принесет нам несколько любопытных открытий:

• ТУ предусматривает наличие не только раструбов, но и фланцев. На главной странице предприятия о них не упоминается;

Изделия с фланцами не упоминаются на офсайте предприятия, но предусмотрены ТУ.

• В качестве области применения упоминаются только водопровод и канализация. На главной странице в аналогичном списке фигурируют нефтегазопроводные магистрали и теплотрассы с рабочей температурой до +120С;
• Трубы могут поставляться без цинкового наружного покрытия, с защитой битумным лаком или полимерной смолой;
• В числе примеров условных обозначений упоминается как труба ВЧШГ 150 мм длиной 6 метров, так и труба диаметром 300 мм и длиной… 5500 мм. Несмотря на то, что на сайте предприятия прямо указан единственный выпускаемый типоразмер — 6000 мм.

Заключение

Несмотря на все странности нормирующей документации, трубы из высокопрочного чугуна являются одним из наиболее привлекательных решений для прокладки водопроводов и канализации на больших глубинах или в условиях вероятных подвижек грунта.