Ống thép là những ống dài, rỗng được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Chúng được sản xuất bằng hai phương pháp riêng biệt, tạo ra ống hàn hoặc ống liền mạch. Ở cả hai phương pháp, thép thô đầu tiên được đúc thành dạng dễ gia công hơn. Sau đó, thép được kéo căng thành ống liền mạch hoặc ép các cạnh lại với nhau và hàn kín bằng mối hàn. Các phương pháp sản xuất ống thép đầu tiên được giới thiệu vào đầu những năm 1800 và đã không ngừng phát triển thành các quy trình hiện đại mà chúng ta sử dụng ngày nay. Mỗi năm, hàng triệu tấn ống thép được sản xuất. Tính linh hoạt của nó khiến nó trở thành sản phẩm được sử dụng phổ biến nhất trong ngành công nghiệp thép.
Lịch sử
Con người đã sử dụng ống nước từ hàng ngàn năm trước. Có lẽ người nông dân thời xưa đã sử dụng ống nước đầu tiên để dẫn nước từ suối và sông vào ruộng đồng. Các bằng chứng khảo cổ học cho thấy người Trung Quốc đã sử dụng ống sậy để dẫn nước đến những nơi mong muốn từ năm 2000 trước Công nguyên. Các ống đất sét được sử dụng bởi các nền văn minh cổ đại khác đã được phát hiện. Vào thế kỷ thứ nhất sau Công nguyên, những ống nước bằng chì đầu tiên đã được xây dựng ở châu Âu. Ở các nước nhiệt đới, ống tre được sử dụng để dẫn nước. Người Mỹ thuộc địa đã sử dụng gỗ cho mục đích tương tự. Năm 1652, hệ thống cấp nước đầu tiên được xây dựng tại Boston bằng cách sử dụng các khúc gỗ rỗng.
Ống hàn được tạo thành bằng cách cán các dải thép qua một loạt con lăn có rãnh để định hình vật liệu thành hình tròn. Tiếp theo, ống chưa hàn được đưa qua các điện cực hàn. Các thiết bị này sẽ hàn kín hai đầu ống lại với nhau.
Ngay từ năm 1840, thợ sắt đã có thể sản xuất ống liền mạch. Một phương pháp được sử dụng là khoan một lỗ xuyên qua một phôi kim loại đặc, tròn. Phôi kim loại sau đó được nung nóng và kéo qua một loạt khuôn, kéo dài nó ra thành ống. Phương pháp này không hiệu quả vì khó khoan lỗ ở giữa. Kết quả là ống không đều, một bên dày hơn bên kia. Năm 1888, một phương pháp cải tiến đã được cấp bằng sáng chế. Trong quy trình này, phôi kim loại đặc được đúc xung quanh lõi gạch chống cháy. Khi nguội, viên gạch được lấy ra, để lại một lỗ ở giữa. Kể từ đó, các kỹ thuật lăn mới đã thay thế các phương pháp này.
Thiết kế
Có hai loại ống thép: một loại liền mạch và một loại có một đường hàn đơn dọc theo chiều dài. Cả hai đều có công dụng khác nhau. Ống liền mạch thường nhẹ hơn và có thành mỏng hơn. Chúng được sử dụng cho xe đạp và vận chuyển chất lỏng. Ống có đường hàn nặng hơn và cứng hơn. Chúng có độ đặc tốt hơn và thường thẳng hơn. Chúng được sử dụng cho các mục đích như vận chuyển khí đốt, ống dẫn điện và hệ thống ống nước. Thông thường, chúng được sử dụng trong trường hợp đường ống không chịu áp lực cao.
Nguyên liệu thô
Nguyên liệu thô chính trong sản xuất ống là thép. Thép chủ yếu được tạo thành từ sắt. Các kim loại khác có thể có trong hợp kim bao gồm nhôm, mangan, titan, vonfram, vanadi và zirconi. Một số vật liệu hoàn thiện đôi khi được sử dụng trong quá trình sản xuất, ví dụ như sơn.
Ống liền mạch được sản xuất bằng quy trình nung nóng và đúc một phôi thép đặc thành hình trụ, sau đó cán cho đến khi kéo dài và rỗng ruột. Vì phần lõi rỗng có hình dạng không đều nên một mũi nhọn hình viên đạn được đẩy qua giữa phôi thép khi cán. Ống liền mạch được sản xuất bằng quy trình nung nóng và đúc một phôi thép đặc thành hình trụ, sau đó cán cho đến khi kéo dài và rỗng ruột. Vì phần lõi rỗng có hình dạng không đều nên một mũi nhọn hình viên đạn được đẩy qua giữa phôi thép khi cán. được sử dụng nếu ống thép được phủ lớp phủ. Thông thường, một lượng dầu nhẹ được bôi lên ống thép ở cuối dây chuyền sản xuất. Điều này giúp bảo vệ ống thép. Mặc dù axit sunfuric không thực sự là một phần của sản phẩm hoàn thiện, nhưng nó được sử dụng trong một bước sản xuất để làm sạch ống.
Quy trình sản xuất
Ống thép được sản xuất theo hai quy trình khác nhau. Phương pháp sản xuất chung cho cả hai quy trình bao gồm ba bước. Đầu tiên, thép thô được chuyển đổi thành dạng dễ gia công hơn. Tiếp theo, ống được tạo hình trên dây chuyền sản xuất liên tục hoặc bán liên tục. Cuối cùng, ống được cắt và điều chỉnh để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Một số nhà sản xuất ống thép sẽ sử dụngmáy cắt laser ốngđể cắt trước hoặc khoét rỗng ống để tăng tính cạnh tranh của ống
Ống liền mạch được sản xuất bằng quy trình nung nóng và đúc một phôi thép đặc thành hình trụ, sau đó cán cho đến khi kéo giãn và khoét rỗng. Vì phần lõi rỗng có hình dạng không đều, nên một mũi khoan hình viên đạn được đẩy xuyên qua giữa phôi thép trong quá trình cán.
Sản xuất thỏi
1. Thép nóng chảy được sản xuất bằng cách nung chảy quặng sắt và than cốc (một hợp chất giàu cacbon hình thành khi than được nung trong điều kiện không có không khí) trong lò, sau đó loại bỏ phần lớn cacbon bằng cách thổi oxy vào chất lỏng. Thép nóng chảy sau đó được đổ vào các khuôn sắt lớn, thành dày, nơi nó nguội dần thành thỏi.
2. Để tạo thành các sản phẩm phẳng như tấm và lá, hoặc các sản phẩm dài như thanh và que, các thỏi được định hình giữa các con lăn lớn dưới áp suất cực lớn. Tạo ra các bông hoa và tấm
3. Để tạo ra lớp phủ, thỏi thép được đưa qua một cặp trục lăn thép có rãnh xếp chồng lên nhau. Loại trục lăn này được gọi là "máy cán hai tầng". Trong một số trường hợp, người ta sử dụng ba trục lăn. Các trục lăn được lắp đặt sao cho các rãnh của chúng trùng nhau và chuyển động ngược chiều nhau. Thao tác này khiến thép bị ép và kéo giãn thành những miếng mỏng hơn, dài hơn. Khi người vận hành đảo ngược trục lăn, thép được kéo ngược trở lại, khiến nó mỏng hơn và dài hơn. Quá trình này được lặp lại cho đến khi thép đạt được hình dạng mong muốn. Trong quá trình này, các máy móc được gọi là máy cán sẽ lật ngược thép sao cho mỗi mặt được xử lý đều nhau.
4. Các thỏi thép cũng có thể được cán thành tấm thép theo quy trình tương tự như quy trình cán phôi. Thép được đưa qua một cặp trục lăn xếp chồng lên nhau để kéo căng. Tuy nhiên, cũng có các trục lăn được lắp bên hông để kiểm soát độ rộng của tấm thép. Khi thép đạt được hình dạng mong muốn, các đầu không bằng phẳng sẽ được cắt bỏ và các tấm thép hoặc phôi thép sẽ được cắt thành các đoạn ngắn hơn.
5. Phôi thép thường được xử lý thêm trước khi được tạo thành ống. Phôi thép được chuyển thành phôi thép bằng cách đưa chúng qua nhiều thiết bị cán, khiến chúng dài hơn và hẹp hơn. Phôi thép được cắt bằng các thiết bị được gọi là kéo cắt bay. Đây là một cặp kéo đồng bộ chạy cùng với phôi thép đang chuyển động và cắt nó. Điều này cho phép cắt hiệu quả mà không làm gián đoạn quá trình sản xuất. Những phôi thép này được xếp chồng lên nhau và cuối cùng sẽ trở thành ống liền mạch.
6. Các tấm thép cũng được gia công lại. Để dễ uốn, trước tiên chúng được nung nóng đến 2.200°F (1.204°C). Quá trình này tạo ra một lớp phủ oxit trên bề mặt tấm thép. Lớp phủ này được phá vỡ bằng máy phá vảy và phun nước áp lực cao. Sau đó, các tấm thép được đưa qua một loạt các con lăn trên một máy cán nóng và được cán thành những dải thép mỏng, hẹp gọi là skelp. Máy cán này có thể dài tới nửa dặm. Khi các tấm thép đi qua các con lăn, chúng trở nên mỏng hơn và dài hơn. Chỉ trong khoảng ba phút, một tấm thép đơn lẻ có thể được biến đổi từ một khối thép dày 6 inch (15,2 cm) thành một dải thép mỏng có thể dài tới một phần tư dặm.
7. Sau khi kéo giãn, thép được ngâm. Quá trình này bao gồm việc cho thép chạy qua một loạt các bể chứa axit sulfuric để làm sạch kim loại. Cuối cùng, thép được rửa sạch bằng nước lạnh và nước nóng, sấy khô, sau đó cuộn lại thành các cuộn lớn và đóng gói để vận chuyển đến cơ sở sản xuất ống.
8. Cả thép skelp và thép phôi đều được sử dụng để làm ống. Thép skelp được tạo thành ống hàn. Đầu tiên, nó được đặt trên máy tháo cuộn. Khi cuộn thép được tháo ra, nó được nung nóng. Sau đó, thép được đưa qua một loạt các con lăn có rãnh. Khi cuộn thép đi qua, các con lăn làm cho các cạnh của thép skelp cong lại với nhau. Quá trình này tạo thành một ống không hàn.
9. Tiếp theo, thép được dẫn qua điện cực hàn. Các thiết bị này hàn kín hai đầu ống lại với nhau. Đường hàn sau đó được đưa qua một con lăn áp suất cao, giúp tạo ra mối hàn khít. Ống sau đó được cắt theo chiều dài mong muốn và xếp chồng lên nhau để xử lý tiếp. Ống thép hàn là một quy trình liên tục và tùy thuộc vào kích thước ống, tốc độ hàn có thể lên đến 1.100 ft (335,3 m) mỗi phút.
10. Khi cần ống liền mạch, phôi vuông được sử dụng để sản xuất. Chúng được nung nóng và đúc thành hình trụ, còn gọi là ống tròn. Sau đó, ống tròn được đưa vào lò nung nóng trắng. Ống tròn đã được nung nóng sau đó được cán với áp suất lớn. Quá trình cán áp suất cao này khiến phôi thép giãn ra và tạo ra một lỗ ở giữa. Vì lỗ này có hình dạng không đều, một mũi khoan hình viên đạn được đẩy xuyên qua giữa phôi thép trong quá trình cán. Sau giai đoạn đục lỗ, ống thép vẫn có thể có độ dày và hình dạng không đều. Để khắc phục điều này, ống thép được đưa qua một loạt các máy cán khác. Quá trình xử lý cuối cùng
11. Sau khi hoàn thành bất kỳ loại ống nào, chúng có thể được đưa qua máy nắn thẳng. Chúng cũng có thể được lắp các khớp nối để có thể kết nối hai hoặc nhiều đoạn ống. Loại khớp nối phổ biến nhất cho các ống có đường kính nhỏ hơn là ren - các rãnh khít được cắt vào đầu ống. Các ống cũng được đưa qua máy đo. Thông tin này cùng với các dữ liệu kiểm soát chất lượng khác được tự động in lên ống. Sau đó, ống được phun một lớp dầu bảo vệ mỏng. Hầu hết các ống thường được xử lý để chống gỉ sét. Việc này được thực hiện bằng cách mạ kẽm hoặc phủ một lớp kẽm. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, các loại sơn hoặc lớp phủ khác có thể được sử dụng.
Kiểm soát chất lượng
Nhiều biện pháp khác nhau được áp dụng để đảm bảo ống thép thành phẩm đáp ứng các thông số kỹ thuật. Ví dụ, máy đo độ dày bằng tia X được sử dụng để điều chỉnh độ dày của thép. Máy đo hoạt động bằng cách sử dụng hai tia X. Một tia được chiếu vào thép có độ dày đã biết. Tia còn lại được chiếu vào thép đang đi qua trên dây chuyền sản xuất. Nếu có bất kỳ sự chênh lệch nào giữa hai tia, máy đo sẽ tự động kích hoạt việc điều chỉnh kích thước các con lăn để bù trừ.
Ống cũng được kiểm tra khuyết tật vào cuối quy trình. Một phương pháp kiểm tra ống là sử dụng một máy chuyên dụng. Máy này sẽ đổ đầy nước vào ống và sau đó tăng áp suất để xem ống có giữ được áp suất không. Ống lỗi sẽ được trả lại để làm phế liệu.