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. Trong cả hai phương pháp, thép thô trước tiên được đúc thành dạng dễ gia công hơn. Sau đó, nó được tạo thành ống bằng cách kéo giãn thép thành ống liền mạch hoặc ép các cạnh lại với nhau và hàn kín chúng. Các phương pháp sản xuất ống thép đầu tiên được giới thiệu vào đầu những năm 1800, và chúng đã dần 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 thường xuyên nhất trong ngành công nghiệp thép.
Lịch sử
Con người đã sử dụng ống dẫn nước từ hàng nghìn năm trước. Có lẽ việc sử dụng đầu tiên là bởi những người nông dân cổ đại, những người đã dẫn nước từ suối và sông vào ruộng của họ. Bằng chứng khảo cổ học cho thấy người Trung Quốc đã sử dụng ống sậy để vận chuyển nước đến những địa điểm mong muốn từ rất sớm, khoảng năm 2000 trước Công nguyên. Các ống đất sét được sử dụng bởi các nền văn minh cổ đại khác cũng đã được phát hiện. Trong thế kỷ thứ nhất sau Công nguyên, những đường ống dẫn nước bằng chì đầu tiên đã được xây dựng ở châu Âu. Ở các nước nhiệt đới, ống tre được sử dụng để vận chuyển nước. Người Mỹ thuộc địa đã sử dụng gỗ cho mục đích tương tự. Năm 1652, công trình cấp nước đầu tiên được xây dựng ở Boston bằng cách sử dụng các khúc gỗ rỗng.
Ống hàn được tạo thành bằng cách cán các dải thép qua một loạt các con lăn có rãnh để định hình vật liệu thành hình tròn. Tiếp theo, ống chưa hàn sẽ đi qua các điện cực hàn. Các thiết bị này sẽ hàn kín hai đầu ống lại với nhau.
Ngay từ năm 1840, các nhà sản xuất sắt thép đã có thể sản xuất ống liền mạch. Trong một phương pháp, một lỗ được khoan xuyên qua một phôi kim loại đặc, hình tròn. Sau đó, phôi được nung nóng và kéo qua một loạt khuôn để kéo dài nó thành hình ống. Phương pháp này không hiệu quả vì khó khoan lỗ ở giữa. Điều này dẫn đến 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 đặc được đúc xung quanh một lõi gạch chịu lửa. Khi nguội, viên gạch được lấy ra, để lại một lỗ ở giữa. Kể từ đó, các kỹ thuật cán mới đã thay thế các phương pháp này.
Thiết kế
Có hai loại ống thép, một loại không mối hàn và một loại có một mối hàn dọc theo chiều dài. Cả hai đều có những ứng dụng khác nhau. Ống không mối hàn thường nhẹ hơn và có thành mỏng hơn. Chúng được sử dụng cho xe đạp và vận chuyển chất lỏng. Ống có mối hàn nặng hơn và cứng hơn. Chúng có độ đồng nhất 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 đường ống nước. Thông thường, chúng được sử dụng trong trường hợp ống không chịu ứng suất cao.
Nguyên liệu thô
Nguyên liệu chính trong sản xuất ống là thép. Thép chủ yếu được cấu tạo 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, sơn có thể được sử dụng.
Ống liền mạch được sản xuất bằng quy trình nung nóng và tạo hình phôi đặc thành hình trụ, sau đó cán cho đến khi nó bị kéo giãn và rỗng bên trong. Vì phần rỗng ở giữa có hình dạng không đều, một đầu nhọn hình viên đạn được đẩy xuyên qua giữa phôi trong quá trình cán. Ống liền mạch được sản xuất bằng quy trình nung nóng và tạo hình phôi đặc thành hình trụ, sau đó cán cho đến khi nó bị kéo giãn và rỗng bên trong. Vì phần rỗng ở giữa có hình dạng không đều, một đầu nhọn hình viên đạn được đẩy xuyên qua giữa phôi trong quá trình cán. Thông thường, một lượng nhỏ dầu được bôi lên ống thép ở cuối dây chuyền sản xuất. Điều này giúp bảo vệ ống. Mặc dù không phải là một phần của sản phẩm hoàn thiện, axit sulfuric được sử dụng trong một bước sản xuất để làm sạch ống.
Quy trình sản xuất
Ống thép được sản xuất bằng hai quy trình khác nhau. Phương pháp sản xuất tổng thể cho cả hai quy trình đều 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 chỉnh sửa để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Một số nhà sản xuất ống thép sẽ sử dụngmáy cắt laser ốngtrước đó đã cắt hoặc khoét rỗng ống để tăng tính cạnh tranh của ống.
Ống liền mạch được sản xuất bằng quy trình nung nóng và tạo hình phôi rắn thành hình trụ, sau đó cán cho đến khi nó bị kéo giãn và rỗng bên trong. Vì phần rỗng ở giữa có hình dạng không đều, nên một đầu nhọn hình viên đạn được đẩy xuyên qua giữa phôi trong quá trình cán.
Sản xuất thỏi
1. Thép nóng chảy được tạo ra bằng cách nung chảy quặng sắt và than cốc (một chất giàu cacbon thu được khi than đá được nung nóng 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 đi thành các thỏi.
2. Để tạo ra các sản phẩm dạng tấm phẳng như tấm và lá, hoặc các sản phẩm dạng thanh dài như que, phôi được định hình giữa các con lăn lớn dưới áp lực cực lớn. Sản xuất phôi thô và tấm thép.
3. Để tạo ra phôi thép, thỏi thép được đưa qua một cặp con lăn thép có rãnh được xếp chồng lên nhau. Loại con lăn này được gọi là “máy cán hai trục”. Trong một số trường hợp, người ta sử dụng ba con lăn. Các con lăn được lắp đặt sao cho các rãnh của chúng trùng nhau và chúng chuyển động theo hướng ngược nhau. Hành động này làm cho thép bị ép và kéo giãn thành những mảnh mỏng hơn, dài hơn. Khi người vận hành đảo chiều các con lăn, thép được kéo ngược trở lại làm cho 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 gọi là máy thao tác sẽ lật thép để mỗi mặt được xử lý đều nhau.
4. Thép thỏi cũng có thể được cán thành tấm trong một quy trình tương tự như quy trình sản xuất phôi thép. Thép được đưa qua một cặp con lăn xếp chồng lên nhau để kéo giãn. Tuy nhiên, cũng có các con lăn được gắn ở hai bên để kiểm soát chiều rộng của tấm. Khi thép đạt được hình dạng mong muốn, các đầu không đều sẽ được cắt bỏ và các tấm hoặc phôi thép được cắt thành các đoạn ngắn hơn. Xử lý tiếp theo
5. Thông thường, phôi thép sẽ được xử lý thêm trước khi được chế tạo thành ống. Phôi thép được chuyển đổi thành thanh thép bằng cách đưa qua nhiều thiết bị cán khác nhau, làm cho chúng dài hơn và hẹp hơn. Các thanh thép được cắt bằng các thiết bị gọi là kéo cắt bay. Đây là một cặp kéo cắt đồng bộ chạy song song với thanh thép đang chuyển động và cắt nó. Điều này cho phép cắt hiệu quả mà không cần dừng quá trình sản xuất. Các thanh 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 làm cho chúng dễ uốn, trước tiên chúng được nung nóng đến 2.200°F (1.204°C). Điều này làm cho một lớp oxit hình thành trên bề mặt tấm thép. Lớp oxit này được loại bỏ bằng máy phá vảy và phun nước áp suất cao. Sau đó, các tấm thép được đưa qua một loạt con lăn trên một máy cán nóng và được cán thành các dải thép mỏng và 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. Trong khoảng ba phút, một tấm thép dày 6 inch (15,2 cm) có thể được chuyển đổi thành một dải thép mỏng dài tới một phần tư dặm.
7. Sau khi kéo giãn, thép được tẩy gỉ. 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 nóng và lạnh, sấy khô rồi cuộn lại thành các cuộn lớn và đóng gói để vận chuyển đến nhà máy sản xuất ống.
8. Cả phôi thép và thanh thép đều được dùng để làm ống. Phôi thép được dùng để làm ống hàn. Đầu tiên, nó được đặt trên máy cuộn. Khi cuộn thép được cuộn ra, nó được nung nóng. Sau đó, thép được đưa qua một loạt các con lăn có rãnh. Khi đi qua, các con lăn làm cho các cạnh của phôi thép cuộn lại với nhau. Điều này tạo thành một ống chưa hàn.
9. Tiếp theo, thép được đưa qua các điện cực hàn. Các thiết bị này hàn kín hai đầu ống lại với nhau. Mối hàn sau đó được đưa qua một con lăn áp suất cao giúp tạo ra mối hàn chắc chắn. Ống sau đó được cắt theo chiều dài mong muốn và xếp chồng lên nhau để xử lý tiếp. Sản xuất ống thép hàn là một quy trình liên tục và tùy thuộc vào kích thước của ống, tốc độ sản xuất có thể lên đến 1.100 ft (335,3 m) mỗi phút.
10. Khi cần ống liền mạch, người ta sử dụng phôi vuông để sản xuất. Chúng được nung nóng và tạo hình thành dạng hình trụ, còn gọi là hình tròn. Sau đó, hình tròn được đưa vào lò nung và nung nóng đến trắng rực. Tiếp theo, hình tròn đã được nung nóng được cán dưới áp suất rất cao. Quá trình cán dưới áp suất cao này khiến phôi bị giãn ra và tạo thành một lỗ ở giữa. Vì lỗ này có hình dạng không đều, một đầu nhọn hình viên đạn được đẩy xuyên qua giữa phôi trong quá trình cán. Sau giai đoạn đâm xuyên, ống vẫn có thể có độ dày và hình dạng không đều. Để khắc phục điều này, nó được đưa qua một loạt các máy cán khác. Xử lý cuối cùng
11. Sau khi sản xuất xong, cả hai loại ống đều có thể được đưa qua máy duỗi thẳng. Chúng cũng có thể được lắp các khớp nối để hai hoặc nhiều đoạn ống có thể được kết nối với nhau. Loại khớp nối phổ biến nhất cho các ống có đường kính nhỏ hơn là ren – các rãnh nhỏ 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 loại ống thường được xử lý để ngăn ngừa gỉ sét. Điều này được thực hiện bằng cách mạ kẽm hoặc phủ một lớp kẽm. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng của ống, các loại sơn hoặc lớp phủ khác có thể được sử dụng.
Kiểm soát chất lượng
Nhiều biện pháp được thực hiện 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 kiểm soát độ dày của thép. Máy đo hoạt động bằng cách sử dụng hai tia X. Một tia được chiếu vào một mẫu thép có độ dày đã biết. Tia còn lại được chiếu vào mẫu thép đang chạy trên dây chuyền sản xuất. Nếu có bất kỳ sự khác biệt nào giữa hai tia, máy đo sẽ tự động kích hoạt việc điều chỉnh lại kích thước con lăn để bù trừ.
Các đường ống cũng được kiểm tra khuyết tật ở cuối quy trình. Một phương pháp kiểm tra đường ống là sử dụng một máy đặc biệt. Máy này sẽ đổ đầy nước vào đường ống và sau đó tăng áp suất để xem đường ống có chịu được áp suất hay không. Các đường ống bị lỗi sẽ được trả lại để loại bỏ.