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 dẫn đến ống hàn hoặc ống liền mạch. Trong cả hai phương pháp, thép thô trước tiên được đúc thành dạng ban đầu dễ thi công hơn. Sau đó, nó được chế tạo thành một đường ống bằng cách kéo căng thép thành một ống liền mạch hoặc buộc các cạnh lại với nhau và bịt kín chúng bằng một mối hàn. 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 có hàng triệu tấn ống thép được sản xuất. Tính linh hoạt của nó làm cho nó trở thành sản phẩm được sử dụng thường xuyên nhất trong ngành thép.
Lịch sử
Người ta đã sử dụng đường ống từ hàng ngàn năm nay. Có lẽ việc sử dụng đầu tiên là của các nhà nông học cổ xưa, họ đã chuyển nước từ sông suối vào đồng ruộng của họ. Bằng chứng khảo cổ cho thấy rằng người Trung Quốc đã sử dụng ống sậy để vận chuyển nước đến các địa điểm mong muốn ngay từ năm 2000 trước Công nguyên. Các ống đất sét được các nền văn minh cổ đại khác sử dụng đã được phát hiện. Trong thế kỷ thứ nhất sau Công Nguyên, những chiếc ống chì đầu tiên được chế tạo 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 hình thành bằng cách cuộn các dải thép thông qua một loạt các con lăn có rãnh để đúc vật liệu thành hình tròn. Tiếp theo, ống không hàn đi qua các điện cực hàn. Các thiết bị này bịt kín hai đầu ống lại với nhau.
Ngay từ năm 1840, thợ sắt đã có thể sản xuất ra những chiếc ống liền mạch. Trong một phương pháp, một lỗ được khoan xuyên qua một phôi kim loại tròn, rắn. Phôi sau đó được nung nóng và kéo qua một loạt khuôn để kéo dài nó thành một đường ống. Phương pháp này không hiệu quả vì khó khoan lỗ ở giữa. Điều này dẫn đến đường ống không bằng phẳng với một bên dày hơn bên kia. Năm 1888, một phương pháp cải tiến đã được cấp bằng sáng chế. Trong quá trình này, khối rắn 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 khác có một đường hàn duy nhất dọc theo chiều dài của nó. Cả hai đều có công dụng khác nhau. Ống liền mạch thường có trọng lượng nhẹ hơn và có thành mỏng hơn. Chúng được sử dụng cho xe đạp và vận chuyển chất lỏng. Ống có đường may nặng hơn và cứng hơn. Chúng có tính nhất quán tốt hơn và thường thẳng hơn. Chúng được sử dụng cho những thứ 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 chính để sản xuất ống là thép. Thép được tạo thành chủ yếu 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.
Ống liền mạch được sản xuất bằng quy trình làm nóng và đúc phôi rắn thành hình trụ, sau đó cuộn cho đến khi nó được kéo căng và rỗng. Do tâm rỗng có hình dạng không đều, nên một điểm xuyên hình viên đạn sẽ được đẩy qua giữa phôi khi nó đang được cán. Ống liền mạch được sản xuất bằng quy trình làm nóng và đúc phôi rắn thành hình trụ rồi cuộn nó cho đến khi nó bị kéo căng và rỗng đi. Vì tâm rỗng có hình dạng không đều, nên một điểm xuyên hình viên đạn sẽ được đẩy qua giữa phôi khi nó đang được cán. Được sử dụng nếu ống được phủ. Thông thường, một lượng dầu nhẹ được bôi vào ống thép ở cuối dây chuyền sản xuất. Điều này giúp bảo vệ đường ống. Mặc dù nó không thực sự là một phần của thành phẩm nhưng axit sulfuric được sử dụng trong một bước sản xuất để làm sạch đường ống.
Quy trình sản xuất
Ống thép được thực hiện bởi hai quá trình khác nhau. Phương pháp sản xuất tổng thể cho cả hai quy trình bao gồm ba bước. Đầu tiên, thép thô được chuyển đổi thành dạng dễ sử dụng hơn. Tiếp theo, đường ống được hình thành trên dây chuyền sản xuất liên tục hoặc bán liên tục. Cuối cùng, đường ống được cắt và sửa đổi để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Một số nhà sản xuất ống thép sẽ sử dụngmáy cắt laser ốngcắt hoặc làm rỗng ống trước đó để tăng tính cạnh tranh của ống
Ống liền mạch được sản xuất bằng quy trình làm nóng và đúc phôi rắn thành hình trụ, sau đó cuộn cho đến khi nó được kéo căng và rỗng. Vì tâm rỗng có hình dạng không đều nên một điểm xuyên hình viên đạn được đẩy qua giữa phôi khi nó đang được cán.
Sản xuất phôi
1. Thép nóng chảy được tạo ra bằng cách nấu chảy quặng sắt và than cốc (một chất giàu cacbon sinh ra khi than được nung nóng trong điều kiện không có không khí) trong lò nung, sau đó loại bỏ phần lớn cacbon bằng cách phun oxy vào chất lỏng. Thép nóng chảy sau đó được đổ vào các khuôn sắt lớn, có thành dày, ở đó nó nguội thành thỏi.
2. Để tạo thành các sản phẩm phẳng như tấm và tấm, hoặc các sản phẩm dài như thanh và que, các thỏi được tạo hình giữa các con lăn lớn dưới áp lực rất lớn. Sản xuất hoa và tấm
3. Để tạo ra sự nở hoa, phôi được đưa qua một cặp con lăn thép có rãnh được xếp chồng lên nhau. Những loại con lăn này được gọi là “máy nghiền hai cao”. Trong một số trường hợp, ba con lăn được sử dụng. Các con lăn được gắn sao cho các rãnh của chúng trùng nhau và chúng di chuyển theo hướng ngược nhau. Hành động này làm cho thép bị ép và kéo căng thành những mảnh mỏng hơn, dài hơn. Khi con lăn được người vận hành đảo ngược, thép sẽ bị 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 được gọi là máy thao tác sẽ lật thép sao cho mỗi mặt được xử lý đồng đều.
4. Các thỏi cũng có thể được cuộn thành tấm theo quy trình tương tự như quy trình tạo hoa. Thép được đưa qua một cặp con lăn xếp chồng lên nhau để kéo căng nó. Tuy nhiên, cũng có những con lăn được gắn ở bên cạnh để kiểm soát chiều rộng của tấm. Khi thép có được hình dạng mong muốn, các đầu không đều sẽ bị cắt bỏ và các tấm hoặc phần nở được cắt thành các đoạn ngắn hơn. Xử lý tiếp theo
5. Hoa thường được xử lý thêm trước khi chúng được làm thành ống. Những bông hoa được chuyển thành phôi bằng cách đưa chúng qua nhiều thiết bị lăn khiến chúng dài hơn và hẹp hơn. Các phôi được cắt bằng thiết bị được gọi là kéo cắt bay. Đây là một cặp kéo đồng bộ chạy đua với phôi chuyển động và cắt nó. Điều này cho phép cắt giảm hiệu quả mà không cần dừng quá trình sản xuất. Những phôi này được xếp chồng lên nhau và cuối cùng sẽ trở thành ống liền mạch.
6. Tấm cũng được làm lại. Để làm cho chúng dễ uốn, đầu tiên chúng được nung nóng đến 2.200° F (1.204° C). Điều này gây ra một lớp phủ oxit hình thành trên bề mặt của tấm. Lớp phủ này được phá bỏ bằng máy cắt cặn và phun nước áp lực cao. Sau đó, các tấm này được đưa qua một loạt con lăn trên máy nghiền nóng và được chế tạo thành các dải thép mỏng hẹp gọi là skelp. Nhà máy này có thể dài tới nửa dặm. Khi các tấm đi qua các con lăn, chúng trở nên mỏng hơn và dài hơn. Trong khoảng ba phút, một tấm thép có thể được chuyển đổi từ một miếng thép dày 6 inch (15,2 cm) thành một dải ruy băng thép mỏng có thể dài một phần tư dặm.
7. Sau khi kéo căng, thép được ngâm chua. Quá trình này bao gồm việc chạy nó qua một loạt bể chứa axit sulfuric để làm sạch kim loại. Để hoàn thiện, nó được rửa sạch bằng nước nóng và lạnh, sấy khô rồi cuộn lại thành các cuộn lớn và đóng gói để vận chuyển đến cơ sở sản xuất ống. Làm ống
8. Cả xương và phôi đều được sử dụng để làm ống. Skelp được làm thành ống hàn. Đầu tiên nó được đặt trên một máy tháo cuộn. Khi cuộn thép được tháo ra, nó sẽ nóng lên. Thép sau đó được đưa qua một loạt các con lăn có rãnh. Khi nó đi qua, các con lăn làm cho các cạnh của khung cuộn lại với nhau. Điều này tạo thành một đường ống không hàn.
9. Tiếp theo, thép đi qua các điện cực hàn. Các thiết bị này bịt kín hai đầu ống lại với nhau. Đường hàn sau đó được đưa qua con lăn áp suất cao giúp tạo mối hàn chặt chẽ. Sau đó, ống được cắt theo chiều dài mong muốn và xếp chồng lên nhau để xử lý tiếp. Ống thép hàn là một quá trình liên tục và tùy thuộc vào kích thước của ống, nó có thể được thực hiện với tốc độ 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 hình tròn. Sau đó, vòng này được đưa vào lò nung ở nhiệt độ nóng trắng. Vòng được làm nóng sau đó được cuộn với áp suất lớn. Việc cán áp suất cao này làm cho phôi thép căng ra và hình thành một lỗ ở giữa. Vì lỗ này có hình dạng không đều nên một điểm xuyên qua hình viên đạn sẽ được đẩy qua giữa phôi khi nó đang được cán. Sau giai đoạn xuyên thấu, ống vẫn có thể có độ dày và hình dạng không đều. Để khắc phục điều này, nó được chuyển qua một loạt máy cán khác. Xử lý cuối cùng
11. Sau khi một trong hai loại ống được chế tạo xong, chúng có thể được đưa qua máy làm thẳng. Chúng cũng có thể được gắn các khớp nối để có thể nối hai hoặc nhiều đoạn ống. Loại mối nối phổ biến nhất dành cho đường ống có đường kính nhỏ hơn là ren - các rãnh chặt được cắt vào đầu ống. Các đường ống cũng được gửi qua một máy đo. Thông tin này cùng với dữ liệu kiểm soát chất lượng khác sẽ được tự động ghi trên đường ống. Sau đó, đường ống được phun một lớp dầu bảo vệ nhẹ. Hầu hết các đường ống thường được xử lý để tránh bị rỉ sét. Điều này được thực hiện bằng cách mạ kẽm hoặc phủ một lớp kẽm. Tùy thuộc vào việc sử dụng đường ống, có thể sử dụng các loại sơn hoặc chất phủ khác.
Kiểm soát chất lượng
Một loạt các biện pháp được thực hiện để đảm bảo rằng ống thép thành phẩm đáp ứng các thông số kỹ thuật. Ví dụ, máy đo 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 hướng vào một loại thép có độ dày đã biết. Cái còn lại hướng vào thép đi qua trên dây chuyền sản xuất. Nếu có bất kỳ sự khác biệt nào giữa hai tia, máy đo sẽ tự động kích hoạt việc thay đổi kích thước các con lăn để bù lại.
Ống cũng được kiểm tra các khuyết tật ở cuối quá trình. Một phương pháp kiểm tra đường ống là sử dụng một máy đặc biệt. Máy này đổ đầy nước vào đường ống rồi tăng áp suất để xem nó có giữ được không. Ống bị lỗi được trả lại để làm phế liệu.