Tubi di acciaiosono tubi lunghi e cavi che vengono utilizzati per vari scopi.Sono prodotti con due metodi distinti che danno come risultato un tubo saldato o senza saldatura.In entrambi i metodi, l'acciaio grezzo viene prima fuso in una forma iniziale più lavorabile.Viene quindi trasformato in un tubo allungando l'acciaio in un tubo senza saldatura o forzando insieme i bordi e sigillandoli con una saldatura.I primi metodi per produrre tubi in acciaio furono introdotti agli inizi del 1800 e si sono costantemente evoluti fino ai processi moderni che utilizziamo oggi.Ogni anno vengono prodotte milioni di tonnellate di tubi d'acciaio.La sua versatilità lo rende il prodotto più utilizzato dall'industria siderurgica.
Storia
Le persone usano i tubi da migliaia di anni.Forse il primo utilizzo fu da parte degli antichi agricoltori che deviavano l’acqua dai ruscelli e dai fiumi nei loro campi.Le prove archeologiche suggeriscono che i cinesi usavano tubi di canna per trasportare l'acqua nei luoghi desiderati già nel 2000 aC Sono stati scoperti tubi di argilla utilizzati da altre antiche civiltà.Durante il I secolo d.C. furono costruiti in Europa i primi tubi 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 realizzato il primo acquedotto utilizzando tronchi cavi.
Il tubo saldato è formato facendo rotolare nastri di acciaio attraverso una serie di rulli scanalati che modellano il materiale in una forma circolare.Successivamente, il tubo non saldato passa attraverso gli elettrodi di saldatura.Questi dispositivi sigillano insieme le due estremità del tubo.
Già nel 1840 i metalmeccanici potevano produrre tubi senza saldatura.In un metodo, veniva praticato un foro attraverso una billetta rotonda di metallo solido.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.Ciò ha provocato un tubo irregolare con un lato più spesso dell'altro.Nel 1888 venne brevettato un metodo migliorato.In questo processo il solido fatturato veniva colato attorno ad un nucleo di mattoni ignifughi.Una volta raffreddato, il mattone veniva rimosso lasciando un buco al centro.Da allora nuove tecniche a rulli hanno sostituito questi metodi.
Progetto
Esistono due tipi di tubi in acciaio, uno senza saldatura e un altro con un unico cordone saldato lungo la sua lunghezza.Entrambi hanno usi diversi.I tubi senza saldatura sono in genere più leggeri e hanno pareti più sottili.Sono utilizzati per le biciclette e per il trasporto di liquidi.I tubi aggraffati sono più pesanti e più rigidi.Hanno una consistenza migliore e sono generalmente più dritti.Sono utilizzati per cose come il trasporto del gas, i condotti elettrici e gli impianti idraulici.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 dei tubi è l'acciaio.L'acciaio è costituito principalmente da ferro.Altri metalli che possono essere presenti nella lega includono alluminio, manganese, titanio, tungsteno, vanadio e zirconio.Alcuni materiali di finitura vengono talvolta utilizzati durante la produzione.Ad esempio, la vernice potrebbe esserlo.
Il tubo senza saldatura viene prodotto utilizzando un processo che riscalda e modella una billetta solida in una forma cilindrica, quindi la arrotola fino a quando non viene allungata e scavata.Poiché il centro cavo ha una forma irregolare, una punta perforante a forma di proiettile viene spinta attraverso il centro della billetta mentre viene arrotolata. Il tubo senza saldatura viene prodotto utilizzando un processo che riscalda e modella una billetta solida in una forma cilindrica e quindi la arrotola finché non sarà allungato e svuotato.Poiché il centro cavo ha una forma irregolare, una punta perforante a forma di proiettile viene spinta attraverso il centro della billetta mentre viene laminata. Utilizzata se il tubo è rivestito.In genere, una leggera quantità di olio viene applicata ai tubi di acciaio alla fine della linea di produzione.Questo aiuta a proteggere il tubo.Anche se in realtà non fa parte del prodotto finito, l'acido solforico viene utilizzato in una fase di produzione per pulire il tubo.
Il processo di produzione
I tubi d'acciaio sono realizzati mediante 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.
Il tubo senza saldatura viene prodotto utilizzando un processo che riscalda e modella una billetta solida in una forma cilindrica, quindi la arrotola fino a quando non viene allungata e scavata.Poiché il centro cavo ha una forma irregolare, una punta perforante a forma di proiettile viene spinta attraverso il centro della billetta mentre viene laminata.
Produzione di lingotti
1. L'acciaio fuso viene prodotto fondendo il minerale di ferro e il coke (una sostanza ricca di carbonio che si forma quando il carbone viene riscaldato in assenza di aria) in una fornace, quindi rimuovendo la maggior parte del carbonio facendo esplodere ossigeno nel liquido.L'acciaio fuso viene quindi versato in grandi stampi di ferro a pareti spesse, dove si raffredda fino a formare lingotti.
2. Per formare prodotti piatti come lastre e fogli, o prodotti lunghi come barre e tondini, i lingotti vengono modellati tra grandi rulli sotto un'enorme pressione. Produzione di blumi e lastre
3. Per produrre una fioritura, il lingotto viene fatto passare attraverso una coppia di rulli in acciaio scanalati impilati.Questi tipi di rulli sono chiamati “mulini a due altezze”.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 schiacciato e allungato in pezzi più sottili e più lunghi.Quando i rulli vengono invertiti dall'operatore umano, l'acciaio viene tirato indietro rendendolo più sottile e più lungo.Questo processo viene ripetuto finché l'acciaio non raggiunge la forma desiderata.Durante questo processo, macchine chiamate manipolatori ribaltano l'acciaio in modo che ciascun lato venga lavorato in modo uniforme.
4. I lingotti possono anche essere laminati in lastre in un processo simile al processo di fioritura.L'acciaio viene fatto passare attraverso una coppia di rulli impilati che lo allungano.Sono però presenti anche dei rulli montati lateralmente per controllare la larghezza delle lastre.Quando l'acciaio acquisisce la forma desiderata, le estremità irregolari vengono tagliate e le lastre o i blumi vengono tagliati in pezzi più corti. Ulteriori lavorazioni
5. I fiori vengono generalmente ulteriormente lavorati prima di essere trasformati in pipe.I blumi vengono convertiti in billette facendoli passare attraverso più dispositivi di laminazione che li rendono più lunghi e più stretti.Le billette vengono tagliate da dispositivi noti come cesoie volanti.Si tratta di una coppia di cesoie sincronizzate che corrono insieme alla 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 lastre vengono rilavorate.Per renderli malleabili, vengono prima riscaldati a 2.200° F (1.204° C).Ciò provoca la formazione di uno strato di ossido sulla superficie della lastra.Questo rivestimento viene interrotto con un disincrostante e un getto d'acqua ad alta pressione.Le lastre vengono quindi inviate attraverso una serie di rulli su un mulino a caldo e trasformate in sottili strisce di acciaio chiamate skelp.Questo mulino può essere lungo anche mezzo miglio.Man mano che le lastre passano attraverso i rulli, diventano più sottili e più lunghe.Nel giro di circa tre minuti una singola lastra può essere convertita da un pezzo di acciaio spesso 6 pollici (15,2 cm) a un sottile nastro d'acciaio che può essere lungo un quarto di miglio.
7. Dopo lo stiro l'acciaio viene decapato.Questo processo prevede il passaggio attraverso una serie di serbatoi che contengono acido solforico per pulire il metallo.Per finire, viene risciacquato con acqua calda e fredda, asciugato e poi arrotolato su grandi bobine e confezionato per il trasporto ad un impianto di produzione di tubi.Produzione di tubi
8. Sia lo skelp che le billette vengono utilizzati per realizzare tubi.Skelp è trasformato in tubo saldato.Viene prima posizionato su una macchina svolgitrice.Quando la bobina di acciaio viene svolta, viene riscaldata.L'acciaio viene quindi fatto passare attraverso una serie di rulli scanalati.Mentre passa, i rulli fanno arricciare insieme i bordi dello skelp.Questo forma un tubo non saldato.
9. Successivamente l'acciaio passa attraverso gli elettrodi di saldatura.Questi dispositivi sigillano insieme le due estremità del tubo.Il cordone saldato viene quindi fatto passare attraverso un rullo ad alta pressione che aiuta a creare una saldatura stretta.Il tubo viene quindi tagliato alla lunghezza desiderata e impilato per l'ulteriore lavorazione.Il tubo d'acciaio saldato è un processo continuo e, a seconda delle dimensioni del tubo, può essere realizzato alla velocità di 335,3 m (1.100 piedi) al minuto.
10. Quando è necessario un tubo senza saldatura, per la produzione vengono utilizzate billette quadrate.Vengono riscaldati e modellati per formare una forma cilindrica, detta anche rotonda.Il tondo viene poi messo in un forno dove viene riscaldato al bianco incandescente.Il tondo riscaldato viene quindi arrotolato con grande 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 perforante a forma di proiettile viene spinta attraverso il centro della billetta mentre viene laminata.Dopo la fase di foratura il tubo può risultare ancora di spessore e forma irregolare.Per correggere questo viene fatto passare attraverso un'altra serie di laminatoi. Lavorazione finale
11. Dopo aver realizzato entrambi i tipi di tubi, è possibile farli passare attraverso una macchina raddrizzatrice.Possono anche essere dotati di giunti per collegare due o più pezzi di tubo.Il tipo più comune di giunto per tubi con diametri più piccoli è la filettatura, ovvero scanalature strette che vengono tagliate all'estremità del tubo.I tubi vengono inoltre fatti passare attraverso una macchina di misura.Queste informazioni, insieme ad altri dati di controllo qualità, vengono automaticamente stampigliate sul tubo.Il tubo viene quindi spruzzato con un leggero strato di olio protettivo.La maggior parte dei tubi viene generalmente trattata per prevenirne la ruggine.Questo viene fatto galvanizzandolo o dandogli un rivestimento di zinco.A seconda dell'utilizzo del tubo possono essere utilizzate altre vernici o rivestimenti.
Controllo di qualità
Vengono adottate diverse misure per garantire che il tubo d'acciaio finito soddisfi le specifiche.Ad esempio, i misuratori a raggi X vengono utilizzati per regolare lo spessore dell'acciaio.Gli indicatori funzionano utilizzando due raggi X.Un raggio è diretto verso un acciaio di spessore noto.L'altro è diretto all'acciaio che passa lungo la linea di produzione.Se c'è qualche variazione tra i due raggi, il misuratore attiverà automaticamente un ridimensionamento dei rulli per compensare.
Alla fine del processo i tubi vengono anche ispezionati per individuare eventuali difetti.Un metodo per testare un tubo consiste nell'utilizzare una macchina speciale.Questa macchina riempie il tubo con acqua e poi aumenta la pressione per vedere se regge.I tubi difettosi vengono restituiti come rottami.