I tubi in acciaio sono lunghi tubi cavi utilizzati per una varietà di scopi. Vengono prodotti con due metodi distinti che danno origine a tubi saldati o senza saldatura. In entrambi i metodi, l'acciaio grezzo viene prima fuso in una forma di partenza più lavorabile. Viene quindi trasformato in un tubo stirandolo fino a ottenere un tubo senza saldatura o forzandone l'unione dei bordi e sigillandoli con una saldatura. I primi metodi per la produzione di tubi in acciaio furono introdotti all'inizio del 1800 e si sono costantemente evoluti fino a diventare i moderni processi che utilizziamo oggi. Ogni anno vengono prodotte milioni di tonnellate di tubi in acciaio. La sua versatilità lo rende il prodotto più utilizzato dall'industria siderurgica.
Storia
L'uomo usa le tubature da migliaia di anni. Forse il primo utilizzo fu da parte degli antichi agricoltori che deviavano l'acqua da torrenti e fiumi nei loro campi. Prove archeologiche suggeriscono che i cinesi usassero tubi di canna per trasportare l'acqua nei luoghi desiderati già nel 2000 a.C. Sono stati scoperti tubi di argilla utilizzati da altre antiche civiltà. Durante il I secolo d.C., in Europa furono costruite le prime tubature di piombo. Nei paesi tropicali, i tubi di bambù venivano utilizzati per trasportare l'acqua. Gli americani coloniali usavano il legno per uno scopo simile. Nel 1652, a Boston fu costruito il primo acquedotto utilizzando tronchi cavi.
Il tubo saldato viene realizzato laminando strisce di acciaio attraverso una serie di rulli scanalati che modellano il materiale in una forma circolare. Successivamente, il tubo non saldato passa attraverso elettrodi di saldatura. Questi dispositivi sigillano insieme le due estremità del tubo.
Già nel 1840, i fabbri erano in grado di produrre tubi senza saldatura. Un metodo prevedeva di praticare un foro in una billetta rotonda di metallo pieno. La billetta veniva quindi riscaldata e trafilata attraverso una serie di matrici che la allungavano fino a formare un tubo. Questo metodo era inefficiente perché era difficile praticare il foro al centro. Il risultato era un tubo irregolare, con un lato più spesso dell'altro. Nel 1888, un metodo migliorato ottenne un brevetto. In questo processo, la billetta piena veniva fusa attorno a un nucleo di mattoni refrattari. Una volta raffreddato, il mattone veniva rimosso lasciando un foro al centro. Da allora, nuove tecniche di rullatura hanno sostituito questi metodi.
Progetto
Esistono due tipi di tubi in acciaio: uno senza saldatura e l'altro con una singola saldatura lungo tutta la lunghezza. Entrambi hanno usi diversi. I tubi senza saldatura sono in genere più leggeri e hanno pareti più sottili. Vengono utilizzati per biciclette e per il trasporto di liquidi. I tubi con saldatura sono più pesanti e rigidi. Hanno una consistenza migliore e sono in genere più dritti. Vengono utilizzati per applicazioni come il trasporto di gas, le condutture elettriche e l'idraulica. In genere, vengono utilizzati nei casi in cui il tubo non è sottoposto a un elevato grado di stress.
Materie prime
La materia prima principale nella produzione di tubi è l'acciaio. L'acciaio è composto principalmente da ferro. Altri metalli che possono essere presenti nella lega includono alluminio, manganese, titanio, tungsteno, vanadio e zirconio. Durante la produzione vengono talvolta utilizzati alcuni materiali di finitura, ad esempio la vernice.
I tubi senza saldatura vengono prodotti utilizzando un processo che riscalda e modella una billetta piena in una forma cilindrica, per poi arrotolarla fino a quando non viene allungata e svuotata. Poiché il centro cavo ha una forma irregolare, una punta perforatrice a forma di proiettile viene spinta attraverso il centro della billetta durante la laminazione. I tubi senza saldatura vengono prodotti utilizzando un processo che riscalda e modella una billetta piena in una forma cilindrica, per poi arrotolarla fino a quando non viene allungata e svuotata. Poiché il centro cavo ha una forma irregolare, una punta perforatrice a forma di proiettile viene spinta attraverso il centro della billetta durante la laminazione. Utilizzato se il tubo è rivestito. In genere, una leggera quantità di olio viene applicata ai tubi in acciaio alla fine della linea di produzione. Questo aiuta a proteggere il tubo. Sebbene non faccia effettivamente parte del prodotto finito, l'acido solforico viene utilizzato in una fase di produzione per pulire il tubo.
Il processo di produzione
I tubi in acciaio vengono realizzati con due processi diversi. Il metodo di produzione complessivo per entrambi i processi prevede tre fasi. Innanzitutto, l'acciaio grezzo viene convertito in una forma più lavorabile. Successivamente, il tubo viene formato su una linea di produzione continua o semicontinua. Infine, il tubo viene tagliato e modificato per soddisfare le esigenze del cliente. Alcuni produttori di tubi in acciaio utilizzanomacchina per il taglio laser dei tubial taglio o alla svuotatura preventiva del tubo per aumentare la competitività dei tubi
I tubi senza saldatura vengono prodotti utilizzando un processo che riscalda e modella una billetta solida in una forma cilindrica, per poi arrotolarla fino a quando non viene stirata e svuotata. Poiché il centro cavo ha una forma irregolare, una punta perforatrice a forma di proiettile viene spinta attraverso il centro della billetta durante la laminazione.
Produzione di lingotti
1. L'acciaio fuso si ottiene fondendo minerale di ferro e coke (una sostanza ricca di carbonio che si forma riscaldando il carbone in assenza di aria) in una fornace, rimuovendo poi la maggior parte del carbonio iniettando ossigeno nel liquido. L'acciaio fuso viene quindi versato in grandi stampi di ferro dalle pareti spesse, dove si raffredda trasformandosi in lingotti.
2. Per formare prodotti piatti come piastre e fogli, o prodotti lunghi come barre e verghe, i lingotti vengono modellati tra grandi rulli sotto un'enorme pressione. Produzione di blumi e bramme
3. Per produrre un blumo, il lingotto viene fatto passare attraverso una coppia di rulli d'acciaio scanalati e impilati. Questi tipi di rulli sono chiamati "laminatoi a due piani". In alcuni casi, vengono utilizzati tre rulli. I rulli sono montati in modo che le loro scanalature coincidano e si muovono in direzioni opposte. Questa azione fa sì che l'acciaio venga compresso e allungato in pezzi più sottili e lunghi. Quando i rulli vengono invertiti dall'operatore, l'acciaio viene tirato indietro, rendendolo più sottile e lungo. Questo processo viene ripetuto fino a quando l'acciaio non raggiunge la forma desiderata. Durante questo processo, macchine chiamate manipolatori capovolgono l'acciaio in modo che ogni lato venga lavorato in modo uniforme.
4. I lingotti possono anche essere laminati in bramme con un processo simile a quello di produzione dei blumi. L'acciaio viene fatto passare attraverso una coppia di rulli sovrapposti che lo stirano. Tuttavia, sono presenti anche rulli montati lateralmente per controllare la larghezza delle bramme. Quando l'acciaio acquisisce la forma desiderata, le estremità irregolari vengono tagliate e le bramme o i blumi vengono tagliati in pezzi più corti. Ulteriore lavorazione
5. I blumi vengono solitamente ulteriormente lavorati prima di essere trasformati in tubi. I blumi vengono convertiti in billette passandoli attraverso ulteriori dispositivi di laminazione che li rendono più lunghi e stretti. Le billette vengono tagliate da dispositivi noti come cesoie volanti. Si tratta di una coppia di cesoie sincronizzate che seguono la billetta in movimento e la tagliano. Ciò consente tagli efficienti senza interrompere il processo di produzione. Queste billette vengono impilate e alla fine diventeranno tubi senza saldatura.
6. Anche le bramme vengono rilavorate. Per renderle malleabili, vengono prima riscaldate a 1.204 °C (2.200 °F). Questo provoca la formazione di uno strato di ossido sulla superficie della bramma. Questo strato viene rimosso con un disincrostante e un getto d'acqua ad alta pressione. Le bramme vengono quindi fatte passare attraverso una serie di rulli su un laminatoio a caldo e trasformate in sottili strisce di acciaio chiamate skelp. Questo laminatoio può essere lungo fino a 800 metri. Man mano che le bramme passano attraverso i rulli, diventano più sottili e lunghe. Nel giro di circa tre minuti, una singola bramma può essere trasformata da un pezzo di acciaio spesso 15,2 cm a un sottile nastro di acciaio lungo 400 metri.
7. Dopo la stiratura, l'acciaio viene decapato. Questo processo prevede il passaggio in una serie di vasche contenenti acido solforico per pulire il metallo. Per finire, viene risciacquato con acqua fredda e calda, asciugato e poi arrotolato su grandi bobine e imballato per il trasporto in un impianto di produzione di tubi.
8. Sia la billetta che le billette vengono utilizzate per realizzare tubi. La billetta viene trasformata in un tubo saldato. Viene prima posizionata su una macchina svolgitrice. Mentre la bobina di acciaio viene srotolata, viene riscaldata. L'acciaio viene quindi fatto passare attraverso una serie di rulli scanalati. Durante il passaggio, i rulli fanno arricciare i bordi della billetta, formando un tubo non saldato.
9. L'acciaio passa poi attraverso gli elettrodi di saldatura. Questi dispositivi sigillano insieme le due estremità del tubo. Il cordone di saldatura viene quindi passato attraverso un rullo ad alta pressione che contribuisce a creare una saldatura ermetica. Il tubo viene quindi tagliato alla lunghezza desiderata e impilato per ulteriori lavorazioni. La saldatura di tubi in acciaio è un processo continuo e, a seconda delle dimensioni del tubo, può essere realizzata fino a 335,3 m al minuto.
10. Quando è necessario un tubo senza saldatura, per la produzione vengono utilizzate billette quadrate. Vengono riscaldate e modellate per formare un cilindro, detto anche tondo. Il tondo viene quindi inserito in un forno dove viene riscaldato fino a raggiungere la temperatura di 180°C. Il tondo riscaldato viene quindi laminato ad alta pressione. Questa laminazione ad alta pressione provoca l'allungamento della billetta e la formazione di un foro al centro. Poiché questo foro ha una forma irregolare, una punta perforatrice a forma di proiettile viene spinta attraverso il centro della billetta durante la laminazione. Dopo la fase di perforazione, il tubo potrebbe ancora presentare spessore e forma irregolari. Per correggere questo problema, viene passato attraverso un'altra serie di laminatoi. Lavorazione finale
11. Dopo la produzione, entrambi i tipi di tubo possono essere sottoposti a raddrizzatura. Possono anche essere dotati di giunti per collegare due o più pezzi di tubo. Il tipo di giunzione più comune per tubi di diametro inferiore è la filettatura, ovvero scanalature strette praticate all'estremità del tubo. I tubi vengono inoltre sottoposti a misurazione. Queste informazioni, insieme ad altri dati di controllo qualità, vengono automaticamente stampate sul tubo. Il tubo viene quindi spruzzato con un leggero strato di olio protettivo. La maggior parte dei tubi viene in genere trattata per prevenire la ruggine, mediante zincatura o rivestimento di zinco. A seconda dell'uso del tubo, possono essere utilizzate altre vernici o rivestimenti.
Controllo di qualità
Vengono adottate diverse misure per garantire che il tubo in acciaio finito soddisfi le specifiche. Ad esempio, per regolare lo spessore dell'acciaio vengono utilizzati misuratori a raggi X. Questi misuratori funzionano utilizzando due raggi X. Un raggio è diretto su un acciaio di spessore noto. L'altro è diretto sull'acciaio in transito sulla linea di produzione. In caso di discrepanze tra i due raggi, il misuratore attiva automaticamente un ridimensionamento dei rulli per compensare.
Al termine del processo, i tubi vengono ispezionati per verificare la presenza di eventuali difetti. Un metodo per testare un tubo è l'utilizzo di una macchina speciale. Questa macchina riempie il tubo d'acqua e poi aumenta la pressione per verificarne la tenuta. I tubi difettosi vengono restituiti per essere rottamati.