Rury stalowe to długie, puste w środku rury wykorzystywane do różnych celów. Produkuje się je dwiema różnymi metodami, które pozwalają uzyskać rury spawane lub bezszwowe. W obu metodach surowa stal jest najpierw odlewana do bardziej podatnych na obróbkę form wyjściowych. Następnie jest ona formowana w rurę poprzez rozciąganie stali do postaci rury bezszwowej lub ściskanie krawędzi i spawanie ich. Pierwsze metody produkcji rur stalowych wprowadzono na początku XIX wieku i stopniowo ewoluowały, przekształcając się w nowoczesne procesy, które stosujemy do dziś. Każdego roku produkuje się miliony ton rur stalowych. Ich wszechstronność sprawia, że są one najczęściej wykorzystywanym produktem w przemyśle stalowym.
Historia
Ludzie używają rur od tysięcy lat. Prawdopodobnie po raz pierwszy używali ich starożytni rolnicy, którzy odprowadzali wodę ze strumieni i rzek na swoje pola. Dowody archeologiczne sugerują, że Chińczycy używali rur trzcinowych do transportu wody w wybrane miejsca już 2000 lat p.n.e. Odkryto również gliniane rury, z których korzystały inne starożytne cywilizacje. W I wieku n.e. w Europie zbudowano pierwsze rury ołowiane. W krajach tropikalnych do transportu wody używano rur bambusowych. Amerykanie kolonialni wykorzystywali drewno do podobnych celów. W 1652 roku w Bostonie zbudowano pierwszy wodociąg, wykorzystując wydrążone bale.
Rura spawana powstaje poprzez walcowanie stalowych pasów przez szereg rowkowanych rolek, które nadają materiałowi okrągły kształt. Następnie niespawana rura przechodzi przez elektrody spawalnicze. Urządzenia te uszczelniają oba końce rury.
Już w 1840 roku hutnicy potrafili wytwarzać rury bezszwowe. Jedną z metod było wiercenie otworu w litym, okrągłym kęsie metalu. Kęs był następnie podgrzewany i przeciągany przez szereg matryc, które wydłużały go, tworząc rurę. Metoda ta była nieefektywna, ponieważ trudno było wywiercić otwór w środku. W rezultacie rura była nierówna, a jedna strona grubsza od drugiej. W 1888 roku opatentowano ulepszoną metodę. W tym procesie lity kęs odlewano wokół ognioodpornego rdzenia z cegły. Po ostygnięciu cegłę usuwano, pozostawiając otwór w środku. Od tego czasu nowe techniki walcowania zastąpiły te metody.
Projekt
Istnieją dwa rodzaje rur stalowych: bezszwowe i jednospawane na całej długości. Oba mają różne zastosowania. Rury bezszwowe są zazwyczaj lżejsze i mają cieńsze ścianki. Są używane w rowerach i do transportu cieczy. Rury ze szwem są cięższe i sztywniejsze. Mają lepszą konsystencję i są zazwyczaj prostsze. Są wykorzystywane do takich zastosowań, jak transport gazu, przewody elektryczne i instalacje wodno-kanalizacyjne. Zazwyczaj stosuje się je w sytuacjach, gdy rura nie jest poddawana dużym naprężeniom.
Surowce
Podstawowym surowcem do produkcji rur jest stal. Stal składa się głównie z żelaza. Inne metale, które mogą być obecne w stopie, to aluminium, mangan, tytan, wolfram, wanad i cyrkon. Podczas produkcji czasami stosuje się materiały wykończeniowe, na przykład farbę.
Rury bezszwowe są produkowane w procesie, który polega na podgrzaniu i uformowaniu litego wlewka w kształt cylindryczny, a następnie walcowaniu go do momentu rozciągnięcia i wydrążenia. Ponieważ wydrążony środek ma nieregularny kształt, podczas walcowania przez środek wlewka przebija się punkt w kształcie pocisku. Rury bezszwowe są produkowane w procesie, który polega na podgrzaniu i uformowaniu litego wlewka w kształt cylindryczny, a następnie walcowaniu go do momentu rozciągnięcia i wydrążenia. Ponieważ wydrążony środek ma nieregularny kształt, podczas walcowania przez środek wlewka przebija się punkt w kształcie pocisku. Stosowany, jeśli rura jest powlekana. Zazwyczaj na końcu linii produkcyjnej na rury stalowe nakłada się niewielką ilość oleju. Pomaga to chronić rurę. Chociaż nie jest on w rzeczywistości częścią gotowego produktu, w jednym z etapów produkcji stosuje się kwas siarkowy do czyszczenia rury.
Proces produkcyjny
Rury stalowe są wytwarzane w dwóch różnych procesach. Ogólna metoda produkcji obu procesów obejmuje trzy etapy. Najpierw surowa stal jest przetwarzana do formy bardziej podatnych na obróbkę. Następnie rura jest formowana na ciągłej lub półciągłej linii produkcyjnej. Na koniec rura jest cięta i modyfikowana zgodnie z potrzebami klienta. Niektórzy producenci rur stalowych stosująmaszyna do cięcia laserowego rurdo wcześniejszego cięcia lub wydrążania rury w celu zwiększenia jej konkurencyjności
Rury bezszwowe są produkowane w procesie, który polega na nagrzaniu i uformowaniu litego wlewka w kształt cylindryczny, a następnie walcowaniu go do momentu rozciągnięcia i wydrążenia. Ponieważ wydrążony środek ma nieregularny kształt, podczas walcowania przez środek wlewka przebijany jest punkt przebijający w kształcie pocisku.
Produkcja wlewków
1. Ciekła stal powstaje poprzez stopienie rudy żelaza i koksu (substancji bogatej w węgiel, która powstaje w wyniku ogrzewania węgla bez dostępu powietrza) w piecu, a następnie usunięcie większości węgla poprzez wdmuchiwanie tlenu do cieczy. Ciekła stal jest następnie wlewana do dużych, grubościennych form żeliwnych, gdzie stygnie do postaci wlewków.
2. Aby formować wyroby płaskie, takie jak płyty i arkusze, lub wyroby długie, takie jak pręty i sztaby, wlewki formuje się między dużymi rolkami pod ogromnym ciśnieniem. W ten sposób powstają kęsiska i płyty
3. Aby wytworzyć wlewek, wlewek przepuszcza się przez parę rowkowanych stalowych rolek, które są ułożone jeden na drugim. Tego typu rolki nazywane są „walcarkami dwuwalcowymi”. W niektórych przypadkach stosuje się trzy rolki. Rolki są zamontowane tak, aby ich rowki pokrywały się i poruszały się w przeciwnych kierunkach. To działanie powoduje ściskanie i rozciąganie stali na cieńsze, dłuższe kawałki. Gdy operator odwraca rolki, stal jest przeciągana z powrotem, stając się cieńsza i dłuższa. Proces ten jest powtarzany, aż stal osiągnie pożądany kształt. Podczas tego procesu maszyny zwane manipulatorami obracają stal, aby każda strona była obrabiana równomiernie.
4. Wlewki mogą być również walcowane na kęsiska płaskie w procesie podobnym do procesu produkcji kęsisk. Stal przepuszczana jest przez parę ustawionych jeden na drugim rolek, które ją rozciągają. Z boku zamontowane są również rolki kontrolujące szerokość kęsisk. Po uzyskaniu pożądanego kształtu, nierówne końce są odcinane, a kęsiska płaskie lub kęsiska płaskie są cięte na krótsze kawałki. Dalsza obróbka
5. Wykroje są zazwyczaj poddawane dalszej obróbce przed produkcją rur. Wykroje są przetwarzane na kęsy poprzez przepuszczenie ich przez kolejne walcarki, co wydłuża je i zwęża. Kęsy są cięte za pomocą urządzeń zwanych latającymi nożycami. Są to dwie zsynchronizowane nożyce, które poruszają się wraz z poruszającym się kęsem i tną go. Umożliwia to wydajne cięcie bez zatrzymywania procesu produkcyjnego. Kęsy są układane w stosy i ostatecznie stają się rurami bezszwowymi.
6. Płyty są również poddawane obróbce. Aby uczynić je ciągliwymi, są one najpierw podgrzewane do temperatury 1204°C (2200°F). Powoduje to powstanie powłoki tlenkowej na powierzchni płyty. Powłoka ta jest usuwana za pomocą zmiękczacza i strumienia wody pod wysokim ciśnieniem. Płyty są następnie przepuszczane przez serię walców w gorącej walcarce i wytwarzane w cienkie, wąskie paski stali zwane skelp. Walcarka ta może mieć długość nawet pół mili. W miarę jak płyty przechodzą przez walce, stają się cieńsze i dłuższe. W ciągu około trzech minut pojedyncza płyta może zostać przekształcona z kawałka stali o grubości 15,2 cm (6 cali) w cienką stalową wstęgę o długości ćwierć mili.
7. Po rozciąganiu stal jest trawiona. Proces ten polega na przepuszczeniu jej przez szereg zbiorników wypełnionych kwasem siarkowym w celu oczyszczenia metalu. Na koniec stal jest płukana zimną i gorącą wodą, suszona, a następnie nawijana na duże szpule i pakowana do transportu do zakładu produkującego rury.
8. Do produkcji rur używa się zarówno skelpu, jak i kęsów. Skelp powstaje w wyniku spawania. Najpierw umieszcza się go na rozwijarce. Podczas rozwijania szpula ze stalą jest ona podgrzewana. Następnie stal przechodzi przez szereg rowkowanych rolek. Podczas przesuwania się rolki powodują zawijanie się krawędzi skelpu. W ten sposób powstaje niespawana rura.
9. Następnie stal przechodzi przez elektrody spawalnicze. Urządzenia te łączą ze sobą dwa końce rury. Spoina jest następnie przepuszczana przez rolkę o dużym nacisku, co pomaga uzyskać szczelne połączenie. Rura jest następnie cięta na żądaną długość i układana w stosy do dalszej obróbki. Spawanie rur stalowych odbywa się w procesie ciągłym i, w zależności od rozmiaru, może przebiegać z prędkością nawet 335,3 m (1100 stóp) na minutę.
10. W przypadku rur bezszwowych do produkcji używa się kwadratowych wlewków. Są one podgrzewane i formowane w kształt cylindryczny, zwany również okrągłym. Następnie wlewek umieszcza się w piecu, gdzie jest rozgrzewany do białości. Rozgrzany wlewek jest następnie walcowany pod dużym ciśnieniem. To walcowanie pod wysokim ciśnieniem powoduje rozciąganie wlewka i powstanie otworu w jego środku. Ponieważ otwór ten ma nieregularny kształt, podczas walcowania przez środek wlewka przebijany jest punkt przebijania w kształcie pocisku. Po etapie przebijania rura może nadal mieć nieregularną grubość i kształt. Aby to skorygować, przechodzi ona przez kolejną serię walcarek. Obróbka końcowa
11. Po wyprodukowaniu każdego rodzaju rury, można ją poddać prostownicy. Można je również wyposażyć w złącza, umożliwiające połączenie dwóch lub więcej odcinków rury. Najpopularniejszym rodzajem złącza rur o mniejszych średnicach jest gwintowanie – ciasne rowki wycinane na końcu rury. Rury są również przepuszczane przez maszynę pomiarową. Informacje te, wraz z innymi danymi kontroli jakości, są automatycznie nanoszone na rurę za pomocą szablonu. Następnie rura jest spryskiwana cienką warstwą oleju ochronnego. Większość rur jest zazwyczaj poddawana obróbce zabezpieczającej przed rdzewieniem. Odbywa się to poprzez ocynkowanie lub cynkowanie. W zależności od przeznaczenia rury, mogą być stosowane inne farby lub powłoki.
Kontrola jakości
Aby zapewnić zgodność gotowej rury stalowej ze specyfikacją, stosuje się szereg środków. Na przykład, do regulacji grubości stali stosuje się czujniki rentgenowskie. Czujniki działają na zasadzie dwóch promieni rentgenowskich. Jeden promień skierowany jest na stal o znanej grubości. Drugi skierowany jest na stal przechodzącą na linii produkcyjnej. W przypadku jakichkolwiek odchyleń między promieniami, czujnik automatycznie zmieni rozmiar rolek, aby to skompensować.
Rury są również sprawdzane pod kątem wad na końcu procesu. Jedną z metod testowania rur jest użycie specjalnej maszyny. Maszyna napełnia rurę wodą, a następnie zwiększa ciśnienie, aby sprawdzić, czy rura wytrzyma. Wadliwe rury są odsyłane do złomowania.