Teräsputket ovat pitkiä, onttoja putkia, joita käytetään moniin eri tarkoituksiin. Niitä valmistetaan kahdella eri menetelmällä, jotka johtavat joko hitsattuun tai saumattomaan putkeen. Molemmissa menetelmissä raakateräs valetaan ensin työstettävämpään lähtömuotoon. Sitten siitä tehdään putki venyttämällä terästä saumattomaksi putkeksi tai pakottamalla reunat yhteen ja tiivistämällä ne hitsauksella. Ensimmäiset teräsputkien valmistusmenetelmät otettiin käyttöön 1800-luvun alussa, ja ne ovat kehittyneet tasaisesti nykyaikaisiksi prosesseiksi, joita käytämme tänään. Joka vuosi tuotetaan miljoonia tonneja teräsputkia. Sen monipuolisuus tekee siitä terästeollisuuden eniten käyttämän tuotteen.
Historia
Ihmiset ovat käyttäneet putkia tuhansia vuosia. Ehkä ensimmäisenä niitä käyttivät muinaiset maanviljelijät, jotka ohjasivat vettä puroista ja joista pelloilleen. Arkeologiset todisteet viittaavat siihen, että kiinalaiset käyttivät ruokoputkia veden kuljettamiseen haluttuihin paikkoihin jo vuonna 2000 eaa. Saviputkia, joita käyttivät myös muut muinaiset sivilisaatiot, on löydetty. Ensimmäisellä vuosisadalla jKr. Euroopassa rakennettiin ensimmäiset lyijyputket. Trooppisissa maissa veden kuljettamiseen käytettiin bambuputkia. Siirtomaa-ajan amerikkalaiset käyttivät puuta samaan tarkoitukseen. Vuonna 1652 Bostonissa rakennettiin ensimmäinen vesilaitos onttoja tukkeja käyttäen.
Hitsattu putki muodostetaan valssaamalla teräsnauhoja uritetuilla valsseilla, jotka muovaavat materiaalin pyöreään muotoon. Seuraavaksi hitsaamaton putki kulkee hitsauselektrodien ohi. Nämä laitteet tiivistävät putken kaksi päätä yhteen.
Jo vuonna 1840 rautatyöläiset osasivat tuottaa saumattomia putkia. Yhdessä menetelmässä porattiin reikä kiinteän, pyöreän metalliaihion läpi. Aihio kuumennettiin ja vedettiin sitten useiden muottien läpi, jotka pidensivät sitä putken muodostamiseksi. Tämä menetelmä oli tehoton, koska reiän poraaminen keskelle oli vaikeaa. Tämä johti epätasaiseen putkeen, jonka toinen puoli oli paksumpi kuin toinen. Vuonna 1888 parannetulle menetelmälle myönnettiin patentti. Tässä prosessissa kiinteä aihio valettiin palonkestävän tiiliytimen ympärille. Kun se oli jäähtynyt, tiili poistettiin jättäen reiän keskelle. Sittemmin uudet valssitekniikat ovat korvanneet nämä menetelmät.
Design
Teräsputkia on kahdenlaisia: saumattomia ja niissä on yksi hitsattu sauma koko pituudeltaan. Molemmilla on erilaiset käyttötarkoitukset. Saumattomat putket ovat tyypillisesti kevyempiä ja niillä on ohuemmat seinämät. Niitä käytetään polkupyörissä ja nesteiden kuljetuksessa. Saumatut putket ovat painavampia ja jäykempiä. Niillä on parempi rakenne ja ne ovat tyypillisesti suorempia. Niitä käytetään esimerkiksi kaasun kuljetuksessa, sähköputkissa ja putkitöissä. Tyypillisesti niitä käytetään tilanteissa, joissa putkeen ei kohdistu suurta rasitusta.
Raaka-aineet
Putkien valmistuksen ensisijainen raaka-aine on teräs. Teräs koostuu pääasiassa raudasta. Muita seoksessa mahdollisesti esiintyviä metalleja ovat alumiini, mangaani, titaani, volframi, vanadiini ja zirkonium. Tuotannossa käytetään joskus viimeistelymateriaaleja, esimerkiksi maalia.
Saumaton putki valmistetaan prosessilla, jossa kiinteä aihio kuumennetaan ja muovataan sylinterimäiseen muotoon ja sitten valssataan, kunnes se venytetään ja onttoja. Koska ontto keskusta on epäsäännöllisen muotoinen, aihion keskelle työnnetään luodinmuotoinen lävistyskärki sitä valssattaessa. Tätä käytetään, jos putki on pinnoitettu. Tyypillisesti teräsputkiin levitetään kevyt määrä öljyä tuotantolinjan lopussa. Tämä auttaa suojaamaan putkea. Vaikka rikkihappoa ei itse asiassa sisälly valmiiseen tuotteeseen, sitä käytetään yhdessä valmistusvaiheessa putken puhdistamiseen.
Valmistusprosessi
Teräsputkia valmistetaan kahdella eri prosessilla. Molempien prosessien tuotantomenetelmä käsittää kolme vaihetta. Ensin raakateräs muutetaan työstettävämmäksi. Seuraavaksi putki muovataan jatkuvatoimisella tai puolijatkuvalla tuotantolinjalla. Lopuksi putki leikataan ja muokataan asiakkaan tarpeiden mukaan. Jotkut teräsputkien valmistajat käyttävätputken laserleikkauskoneputken aiempaan leikkaukseen tai onttoon työstämiseen putkien kilpailukyvyn parantamiseksi
Saumaton putki valmistetaan prosessilla, jossa kiinteä aihio kuumennetaan ja muovataan sylinterimäiseksi ja valssataan, kunnes se venytetään ja ontoksi muodostetaan. Koska ontto keskusta on epäsäännöllisen muotoinen, luodinmuotoinen lävistyskärki työnnetään aihion keskelle valssauksen aikana.
Harkkojen tuotanto
1. Sula teräs valmistetaan sulattamalla rautamalmia ja koksia (hiilipitoinen aine, joka syntyy, kun kivihiiltä kuumennetaan ilmattomassa tilassa) uunissa ja poistamalla sitten suurin osa hiilestä puhaltamalla happea nesteeseen. Sula teräs kaadetaan sitten suuriin, paksuseinäisiin rautamuotteihin, joissa se jäähtyy harkoiksi.
2. Litteiden tuotteiden, kuten levyjen ja arkkien, tai pitkien tuotteiden, kuten tankojen ja sauvojen, valmistamiseksi harkot muotoillaan suurten telojen välissä valtavan paineen alaisena. Näin saadaan aikaan kupuja ja laattoja.
3. Valanteen valmistamiseksi harkko johdetaan päällekkäin asetettujen uritettujen teräsvalssien läpi. Tällaisia valsseja kutsutaan "kaksikorkeiksi jyrsijöiksi". Joissakin tapauksissa käytetään kolmea valssia. Valssit on asennettu siten, että niiden urat ovat kohdakkain, ja ne liikkuvat vastakkaisiin suuntiin. Tämä toiminta puristaa ja venyttää terästä ohuemmiksi ja pidemmiksi paloiksi. Kun ihminen kääntää valssit päinvastaiseksi, terästä vedetään takaisin, jolloin siitä tulee ohuempi ja pidempi. Tätä prosessia toistetaan, kunnes teräs saavuttaa halutun muodon. Tämän prosessin aikana manipulaattoreiksi kutsutut koneet kääntävät terästä siten, että molemmat puolet käsitellään tasaisesti.
4. Harkot voidaan myös valssata levyiksi prosessilla, joka on samanlainen kuin kukintojen valmistusprosessi. Teräs johdetaan päällekkäin asetettujen valssien läpi, jotka venyttävät sitä. Laattojen leveyttä säädetään kuitenkin myös sivuilla olevilla valsseilla. Kun teräs saavuttaa halutun muodon, epätasaiset päät katkaistaan ja levyt tai kukinnot leikataan lyhyemmiksi paloiksi. Jatkokäsittely
5. Aihioita käsitellään tyypillisesti edelleen ennen kuin niistä tehdään putkia. Aihiot muunnetaan aihioiksi viemällä ne useampien valssilaitteiden läpi, jotka tekevät niistä pidempiä ja kapeampia. Aihiot leikataan laitteilla, joita kutsutaan lentäviksi leikkureiksi. Nämä ovat pari synkronoituja leikkureita, jotka kulkevat liikkuvan aihion mukana ja leikkaavat sen. Tämä mahdollistaa tehokkaat leikkaukset pysäyttämättä valmistusprosessia. Nämä aihiot pinotaan ja niistä tulee lopulta saumattomia putkia.
6. Levyjä myös työstetään uudelleen. Muovattaviksi tulemiseksi ne kuumennetaan ensin 1 204 °C:een. Tämä aiheuttaa oksidikerroksen muodostumisen laatan pinnalle. Tämä pinnoite murretaan hilsemurtimella ja korkeapaineisella vesisuihkulla. Levyt lähetetään sitten kuumavalssatun valssin läpi ja niistä valmistetaan ohuita, kapeita teräsnauhoja, joita kutsutaan skelpeiksi. Tämä valssi voi olla jopa 800 metrin pituinen. Kun levyt kulkevat valssien läpi, ne ohenevat ja pidenevät. Noin kolmessa minuutissa yksi levy voidaan muuntaa 15,2 cm paksusta teräskappaleesta ohueksi teräsnauhaksi, joka voi olla neljännesmailin pituinen.
7. Venytyksen jälkeen teräs peitataan. Tässä prosessissa se ajetaan rikkihappoa sisältävien säiliöiden läpi metallin puhdistamiseksi. Lopuksi se huuhdellaan kylmällä ja kuumalla vedellä, kuivataan ja sitten kelataan suurille keloille ja pakataan kuljetusta varten putkitehtaalle.Putkenvalmistus
8. Sekä terästä että aihioita käytetään putkien valmistukseen. Teräskelpistä hitsataan putkia. Se asetetaan ensin aukikelauskoneelle. Kun teräskela purkautuu auki, sitä kuumennetaan. Sitten teräs kulkee uritettujen telojen läpi. Ohikulkiessaan telat saavat teräskelpan reunat käpristymään yhteen. Tämä muodostaa hitsaamattoman putken.
9. Seuraavaksi teräs kulkee hitsauselektrodien läpi. Nämä laitteet tiivistävät putken kaksi päätä yhteen. Hitsattu sauma johdetaan sitten korkeapainevalssin läpi, mikä auttaa luomaan tiiviin hitsin. Putki leikataan sitten haluttuun pituuteen ja pinotaan jatkokäsittelyä varten. Hitsattu teräsputki on jatkuva prosessi, ja putken koosta riippuen sitä voidaan valmistaa jopa 335,3 metrin (1 100 jalkaa) minuutissa.
10. Kun tarvitaan saumattomia putkia, valmistuksessa käytetään neliönmuotoisia aihioita. Ne kuumennetaan ja muovataan sylinterin muotoon, jota kutsutaan myös pyöreäksi putkeksi. Pyöreä putki laitetaan sitten uuniin, jossa se kuumennetaan valkohehkuiseksi. Kuumennettu pyöreä putki valssataan sitten suurella paineella. Tämä korkeapainevalssaus saa aihion venymään ja keskelle muodostuu reikä. Koska reikä on epäsäännöllisen muotoinen, aihion keskelle työnnetään luodinmuotoinen lävistyskärki valssauksen aikana. Lävistysvaiheen jälkeen putki voi olla edelleen paksuudeltaan ja muodoltaan epäsäännöllinen. Tämän korjaamiseksi se johdetaan toisen valssaamosarjan läpi. Loppukäsittely
11. Kun kumpikin putkityyppi on valmistettu, ne voidaan laittaa oikaisukoneen läpi. Niissä voidaan myös olla liitoksia, joiden avulla kaksi tai useampia putkikappaleita voidaan liittää toisiinsa. Yleisin liitostyyppi pienempien halkaisijoiden omaaville putkille on kierteitys – putken päähän leikataan tiiviitä uria. Putket lähetetään myös mittauskoneen läpi. Nämä tiedot ja muut laadunvalvontatiedot merkitään automaattisesti putkeen. Putkeen ruiskutetaan sitten ohut kerros suojaavaa öljyä. Useimmat putket käsitellään tyypillisesti ruostumisen estämiseksi. Tämä tehdään sinkimällä ne tai sinkkikerroksella. Putken käyttötarkoituksesta riippuen voidaan käyttää muita maaleja tai pinnoitteita.
Laadunvalvonta
Valmiin teräsputken vaatimustenmukaisuuden varmistamiseksi tehdään useita toimenpiteitä. Esimerkiksi röntgenmittareita käytetään teräksen paksuuden säätämiseen. Mittarit toimivat kahden röntgensäteen avulla. Toinen säde suunnataan tunnetun paksuuden omaavaan teräkseen. Toinen säde suunnataan tuotantolinjalla ohikulkevaan teräkseen. Jos kahden säteen välillä on eroja, mittari laukaisee automaattisesti telojen koon muuttamisen kompensoimiseksi.
Putket tarkastetaan myös prosessin lopussa virheiden varalta. Yksi menetelmä putken testaamiseksi on käyttää erityistä konetta. Tämä kone täyttää putken vedellä ja lisää sitten painetta nähdäkseen, pitääkö se. Vialliset putket palautetaan romuksi.