Introduzione
Tubi in acciaio al carbonio I tubi in acciaio al carbonio sono uno dei componenti principali di varie industrie e sul mercato si possono trovare diversi tipi di tubi in acciaio al carbonio. Sono composti principalmente da carbonio e ferro, con quantità minori di altri materiali. Il contenuto di carbonio è pari a 2,1% del peso totale della lega.
Le variazioni nei tubi di acciaio derivano da differenze nella composizione chimica, nei metodi di produzione e negli standard di classificazione. Queste variazioni influenzano le prestazioni, la durata e l'idoneità per applicazioni specifiche.
Ecco perché è fondamentale comprendere gli aspetti fondamentali dei materiali dei tubi in acciaio al carbonio e il sistema di classificazione che aiuta a definirne gli usi e gli standard specifici. Sarà utile a ingegneri, fabbricanti e imprenditori per prendere una decisione informata nel contesto industriale.
Che cos'è il tubo in acciaio al carbonio?
I tubi in acciaio al carbonio (CS) sono composti principalmente da carbonio e ferro. Questa è la chiave di volta della loro notevole resistenza e capacità di sopportare la pressione. Questi tubi in acciaio contengono anche piccole quantità di altri materiali. Questi includono manganese, fosforo, rame e silicio e contribuiscono a migliorare le proprietà meccaniche.
Il contenuto di carbonio nei tubi in acciaio al carbonio varia principalmente da 0,02% a 2,1% del peso totale della lega. Quando ferro e carbonio si combinano, i loro atomi formano una microstruttura composta da fasi. La disposizione specifica dipende dal contenuto di carbonio del ferro e dalla sua storia termica. Pertanto, le proprietà variano a seconda della quantità di carbonio aggiunta durante la produzione. Inoltre, possono essere modificate attraverso processi di trattamento termico quali tempra, ricottura e normalizzazione. Queste proprietà includono lo spessore delle pareti, la resistenza alla trazione e la durezza.
Una maggiore quantità di carbonio aumenta la resistenza e la durezza, ma può ridurre la flessibilità e la saldabilità del tubo. In confronto, un basso contenuto di carbonio comporta una minore resistenza.
Grazie alla loro economicità, i tubi in acciaio al carbonio sono ampiamente utilizzati nell'industria. Si va dai piccoli componenti automobilistici ai supporti strutturali di grandi dimensioni.
Tipi di tubi in acciaio al carbonio
Esistono diversi tipi di tubi in acciaio al carbonio classificati secondo due categorie principali:
- la quantità di carbonio contenuta
- il metodo di produzione.
Sono progettati in condizioni specifiche che consentono di ottenere un equilibrio ottimale di proprietà meccaniche per applicazioni specifiche. Analizziamo questi tipi in dettaglio.
Classificazione in base al contenuto di carbonio
- Tubi in acciaio a basso tenore di carbonio
Nei tubi in acciaio a basso tenore di carbonio (noti anche come acciaio dolce), il contenuto di carbonio varia da 0,05% a 0,25%. Sono tubi comunemente utilizzati in varie applicazioni grazie alla loro tenacità e duttilità. Inoltre, possono essere lavorati a caldo o a freddo e possono essere facilmente formati e saldati. Tuttavia, a causa del loro contenuto di carbonio relativamente basso, presentano una resistenza inferiore.
I comuni tubi in acciaio a basso tenore di carbonio utilizzati nella produzione includono: Q235, ASTM A36, ASTM A53, ASTM A106, acciaio #20, AISI 1020, S235 e C22E.
Vengono utilizzati principalmente in applicazioni quali parti di automobili, supporti strutturali e applicazioni di fluidi a bassa pressione.
- Tubi in acciaio a medio tenore di carbonio
Il contenuto di carbonio dei tubi in acciaio a medio tenore di carbonio varia da 0,31% a 0,6%. Offrono resistenza e durezza elevate. Tuttavia, possiedono una tenacità e una duttilità relativamente basse; tuttavia, le loro proprietà meccaniche possono essere migliorate mediante tempra e trattamento termico.
Alcuni esempi di gradi di acciaio utilizzati per gli acciai a medio tenore di carbonio sono l'acciaio #45, l'AISI 1045 e il C45E. Le loro applicazioni includono progetti di costruzione e parti meccaniche e automobilistiche, come alberi, telai e sistemi di scarico.
- Tubi in acciaio ad alto tenore di carbonio
Questi tubi in acciaio ad alto tenore di carbonio hanno un contenuto di carbonio compreso tra 0,6% e 2,11%. Si tratta di tubi ad altissima resistenza con bassa duttilità e tenacità. Inoltre, non possono essere saldati facilmente. Per il processo di saldatura, questi tubi devono essere sottoposti a un programma dettagliato di trattamento termico integrato nel processo di saldatura.
Le qualità di acciaio ad alto tenore di carbonio più frequentemente utilizzate sono l'acciaio #65, il 65Mn, l'AISI 1065, il T8 e il T8A, il T10 e il T10A, l'AISI W1 e W2, il C60E e il C80U. Sono comuni negli utensili da taglio, nelle molle e nelle parti di macchinari per impieghi gravosi.
Classificazione per metodo di produzione
Tubi senza saldatura in acciaio al carbonio
I tubi senza saldatura sono prodotti senza giunzioni saldate, in genere forando una billetta di acciaio solido e formandola mediante laminazione a caldo o a freddo. Questo processo consente di ottenere tubi con una forza costante e una maggiore resistenza alle fluttuazioni di pressione e temperatura.
- Tubi in acciaio al carbonio laminati a caldo: Questi metodi prevedono il riscaldamento. In questo metodo, la billetta di acciaio viene riscaldata a circa 1000°C, quindi laminata nella forma desiderata del tubo. Questo metodo garantisce uniformità e durata del prodotto finale. Il diametro esterno di questi tubi supera i 32 mm, mentre lo spessore delle pareti varia da 2,5 a 75 mm. Questi tubi sono utilizzati per tubazioni in acciaio da bassa ad alta pressione.
- Tubi in acciaio al carbonio laminati a freddo: Questi tubi sono realizzati riducendo gradualmente lo spessore e la larghezza dell'acciaio attraverso una serie di rulli a temperatura ambiente o leggermente elevata. Dopo la laminazione a freddo, l'acciaio viene sottoposto a ricottura. Questa operazione lo ammorbidisce ed elimina le tensioni interne causate dalla laminazione. Le fasi finali prevedono la sagomatura dell'acciaio secondo le dimensioni richieste. Per questo viene rifilato del materiale in eccesso e lucidato per ottenere una finitura liscia. Questo processo assicura che l'acciaio abbia le dimensioni, la forma e l'aspetto desiderati. Questo metodo consente di ottenere un'elevata precisione dimensionale. Il diametro esterno può raggiungere i 6 mm, mentre lo spessore delle pareti può arrivare a 0,25 mm.
Tubi saldati in acciaio al carbonio
Questi tubi sono formati dalla laminazione di lastre o nastri di acciaio e dalla saldatura della giuntura. Offrono una buona resistenza. Ma è leggermente inferiore a quella dei tubi SSAW con le stesse specifiche. Il loro costo di produzione non è elevato. Sono applicabili per ambienti a bassa e media pressione. A seconda del metodo di produzione, sono ulteriormente suddivisi in due categorie:
- Tubi ERW in acciaio al carbonio (saldati a resistenza elettrica): I tubi ERW sono realizzati mediante la profilatura di una lastra di acciaio e la saldatura dei bordi mediante resistenza elettrica. Questi tubi sono caratterizzati da dettagli accurati, cuciture uniformi e sono economici. Inoltre, sono leggeri, progettati con precisione e strutturati in modo appropriato. Sono disponibili in diversi gradi di materiale, come A, B, X42, X52, ecc. e, a seconda delle loro specifiche, possono essere utilizzati in applicazioni a bassa o alta pressione, compresa la distribuzione di acqua e gas.
- Tubi LSAW in acciaio al carbonio (saldati ad arco sommerso longitudinale): Vengono prodotti piegando longitudinalmente le lamiere d'acciaio e saldando le giunture con saldatura ad arco sommerso. In questo modo si ottengono tubi resistenti, a parete spessa, di grande diametro, con finitura senza saldature e antiruggine. Sono robusti, espansivi e utilizzati in applicazioni quali oleodotti e gasdotti onshore e offshore. In breve, sono applicabili quando sono richieste prestazioni elevate, alta tolleranza e forte supporto strutturale.
Tubi SSAW in acciaio al carbonio (saldati ad arco sommerso a spirale)
I tubi SSAW sono prodotti avvolgendo a spirale nastri di acciaio in una forma tubolare e saldando poi la giuntura a spirale per formare un tubo solido. Consentono di realizzare tubi di diametro maggiore e hanno un'elevata resistenza. Tuttavia, il costo di produzione aumenta leggermente. Le applicazioni comprendono il trasporto di acqua e gas, dove la flessibilità delle dimensioni è importante.
Vantaggi del tubo in acciaio al carbonio
I tubi in acciaio al carbonio, essendo fondamentali in varie applicazioni, presentano diversi vantaggi, illustrati di seguito:
- In primo luogo, possiedono la rigidità e la resistenza che ci si aspetta. Per questo motivo possono sopportare condizioni di alta pressione e carichi pesanti. Per esempio, sono utilizzati principalmente in applicazioni ad alte prestazioni come il supporto strutturale, i gasdotti e gli oleodotti, i ponti e i sistemi di trasmissione.
- Sono eccellenti componenti resistenti alla corrosione, in quanto possono sopportare ambienti difficili e l'esposizione a sostanze chimiche. Tuttavia, un rivestimento protettivo è fondamentale, in quanto ne aumenta la resistenza. Ecco perché i tubi in acciaio possono essere facilmente utilizzati in applicazioni marine.
- I tubi in acciaio al carbonio sono senza dubbio buoni conduttori termici ed elettrici. Grazie a queste proprietà, possono essere utilizzati nelle industrie energetiche.
- Un altro vantaggio dei tubi in acciaio al carbonio è la facilità di installazione. Sono generalmente leggeri, il che li rende facili da trasportare e facilita un'installazione efficiente.
- Inoltre, sono economicamente vantaggiosi. Il motivo è l'abbondanza di materie prime e la produzione consolidata. Ciò si traduce in bassi costi di materiale e di produzione, che ne determinano l'economicità".
- Grazie ai numerosi tipi di tubi in acciaio al carbonio disponibili sul mercato, possono essere utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni. Ciò contribuisce alla loro versatilità.
- La riciclabilità dei tubi in acciaio al carbonio può essere ottenuta facilmente senza compromettere l'integrità del materiale. Ciò significa che sono un ottimo prodotto ecologico,
Standard e specifiche del settore
| Standard | Descrizione | Area di applicazione | Caratteristiche principali |
| ASTM A53 | Copre tubi neri in acciaio, sia senza saldatura che saldati, con possibilità di zincatura a caldo. | Supporto strutturale, conduttura | tipi senza saldatura e saldati, saldabili |
| ASTM A106 | Le specifiche per i tubi in acciaio al carbonio senza saldatura sono utilizzate nei luoghi in cui il calore è elevato. | Condotte ad alta temperatura | Elevata forza e resistenza al calore |
| API 5L | Definisce i requisiti delle tubazioni utilizzate per il trasporto di gas, olio e acqua. | Oleodotti e gasdotti | Resistente alla pressione, destinato al trasporto di fluidi |
| ASME B36.10 | Standardizza le dimensioni e le proprietà dei tubi in acciaio battuto saldati e senza saldatura. | Impieghi meccanici e strutturali | Definisce le dimensioni e i pesi dei tubi |
| DIN 2448 | Linea guida europea per la produzione e il collaudo di tubi in acciaio senza saldatura. | Tubazioni industriali e sistemi di caldaie | Copre le dimensioni e le condizioni di consegna |
| ISO 3183 | Standard globale per i tubi in acciaio utilizzati nei sistemi di condotte per petrolio e gas naturale. | Trasporto in conduttura | Specifica i requisiti di produzione e di test |
| BS EN 10216 | Standard europeo incentrato sui tubi in acciaio senza saldatura destinati ad applicazioni in recipienti a pressione. | Recipienti a pressione e caldaie | Copre le proprietà meccaniche e i test |
Questi standard garantiscono che i tubi in acciaio al carbonio soddisfino i requisiti di qualità, sicurezza e prestazioni per diversi settori industriali in tutto il mondo. Ogni standard riguarda le dimensioni dei tubi, le proprietà meccaniche, la produzione e i protocolli di prova per soddisfare le applicazioni specifiche.
Conclusione
Per concludere, i tubi in acciaio al carbonio sono componenti cruciali in molte applicazioni industriali. Tra queste, il trasporto di gas e petrolio, il supporto strutturale, i sistemi di irrigazione e molte altre. I tubi in acciaio al carbonio presentano proprietà meccaniche diverse a seconda della quantità di carbonio aggiunta durante la produzione o il trattamento termico. Sono classificati in due diverse categorie. Si basano sulla percentuale di carbonio e sui metodi di produzione, offrendo diverse varianti. È importante comprendere le specifiche e gli standard. Vi aiuterà a scegliere il tubo in acciaio al carbonio più adatto alle vostre esigenze industriali e civili.