Inleiding
Koolstofstalen buizen staan als een van de belangrijkste onderdelen van verschillende industrieën, terwijl je meerdere soorten koolstofstalen buizen op de markt kunt vinden. Voornamelijk gemaakt van koolstof en ijzer, met kleine hoeveelheden van andere materialen. Het koolstofgehalte is 2,1% van het totale gewicht van de legering.
Variaties in stalen buizen ontstaan door verschillen in chemische samenstelling, productiemethoden en classificatienormen. Deze variaties beïnvloeden de prestaties, levensduur en geschiktheid voor specifieke toepassingen.
Daarom is het belangrijk om de fundamentele aspecten van koolstofstalen buismateriaal en het classificatiesysteem dat hun specifieke toepassingen en normen helpt definiëren, te begrijpen. Het zal ingenieurs, fabrikanten en bedrijfseigenaren helpen om een weloverwogen beslissing te nemen in een industriële context.
Wat is koolstofstaalpijp?
Pijpen of ronde buizen van koolstofstaal (CS) bestaan voornamelijk uit koolstof en ijzer. Dit is de hoeksteen van hun opmerkelijke sterkte en hun vermogen om druk te weerstaan. Deze stalen buizen bevatten ook kleine hoeveelheden andere materialen. Deze omvatten mangaan, fosfor, koper en silicium en helpen de mechanische eigenschappen te verbeteren.
Het koolstofgehalte in koolstofstalen buizen ligt voornamelijk tussen 0,02% en 2,1% van het totale gewicht van de legering. Wanneer ijzer en koolstof samengaan, vormen hun atomen een microstructuur die uit fasen bestaat. De specifieke ordening hangt af van het koolstofgehalte van het ijzer en de thermische geschiedenis. Daarom variëren de eigenschappen afhankelijk van de hoeveelheid koolstof die tijdens de productie wordt toegevoegd. Ze kunnen ook worden gewijzigd door warmtebehandelingsprocessen zoals afschrikken, gloeien en normaliseren. Deze eigenschappen zijn onder andere wanddikte, treksterkte en hardheid.
Meer koolstof verhoogt de sterkte en hardheid, maar kan de flexibiliteit en lasbaarheid van de pijp verminderen. Ter vergelijking: een laag koolstofgehalte betekent een lagere sterkte.
Vanwege hun kosteneffectiviteit worden koolstofstalen buizen veel gebruikt in de industrie. Deze variëren van kleine auto-onderdelen tot uitgebreide structurele steunen.
Soorten koolstofstaalpijpen
Er zijn verschillende soorten koolstofstalen buizen, ingedeeld in twee hoofdcategorieën:
- de hoeveelheid koolstof
- de productiemethode.
Deze zijn ontworpen onder specifieke omstandigheden die een optimale balans van mechanische eigenschappen opleveren voor specifieke toepassingen. Laten we deze types in detail bespreken.
Classificatie naar koolstofgehalte
- Buizen van koolstofstaal
Koolstofarme stalen buizen (ook bekend als zacht staal) hebben een koolstofgehalte van 0,05% tot 0,25%. Door hun taaiheid en taaiheid worden ze vaak gebruikt in verschillende toepassingen. Bovendien kunnen ze warm of koud worden bewerkt en gemakkelijk worden gevormd en gelast. Door hun relatief lage koolstofgehalte hebben ze echter een lagere sterkte.
Pijpen met een laag koolstofgehalte die gebruikt worden in de productie zijn onder andere: Q235, ASTM A36, ASTM A53, ASTM A106, #20 staal, AISI 1020, S235 en C22E.
Ze worden voornamelijk gebruikt in toepassingen zoals auto-onderdelen, structurele ondersteuning en lagedruk vloeistoftoepassingen.
- Buizen van middelhard staal
Het koolstofgehalte van medium-koolstof stalen buizen varieert van 0,31% tot 0,6%. Ze hebben een hoge sterkte en hardheid. Ze hebben echter een relatief lage taaiheid en taaiheid, maar hun mechanische eigenschappen kunnen worden verbeterd door afschrikken en warmtebehandeling.
Enkele voorbeelden van staalsoorten die gebruikt worden in staal met een gemiddelde koolstofwaarde zijn #45 Steel, AISI 1045 en C45E. Hun toepassingen omvatten bouwprojecten en auto- en mechanische onderdelen, zoals assen, frames en uitlaatsystemen.
- Pijpen van hoog koolstofstaal
Deze buizen van koolstofstaal hebben een koolstofgehalte van 0,6% tot 2,11%. Het zijn zeer sterke buizen met een lage ductiliteit en taaiheid. Bovendien kunnen ze niet gemakkelijk worden gelast. Voor het lasproces moeten deze buizen een gedetailleerd warmtebehandelingsprogramma ondergaan dat in het lasproces wordt geïntegreerd.
Veel gebruikte staalsoorten met een hoog koolstofgehalte zijn #65 Steel, 65Mn, AISI 1065, T8 en T8A, T10 en T10A, AISI W1 en W2, C60E en C80U. Ze worden vaak gebruikt in snijgereedschappen, veren en zware machineonderdelen.
Classificatie naar productiemethode
Naadloze buizen van koolstofstaal
Naadloze buizen worden geproduceerd zonder lasnaden, meestal door een massieve stalen staaf te doorboren en deze warm of koud te walsen. Dit proces levert buizen op met een consistente sterkte en een verbeterde weerstand tegen druk- en temperatuurschommelingen.
- Warmgewalste buizen van koolstofstaal: Deze omvatten verhitting. Bij deze methode wordt de stalen staaf verwarmd tot ongeveer 1000°C en vervolgens in de gewenste buisvorm gerold. Deze methode zorgt voor uniformiteit en duurzaamheid in het eindproduct. De resulterende buitendiameter van deze buizen is groter dan 32 mm, terwijl de wanddikte varieert van 2,5 mm tot 75 mm. Deze buizen worden gebruikt voor stalen leidingen van lage druk naar hoge druk.
- Koudgewalste buizen van koolstofstaal: Deze buizen worden gemaakt door de dikte en breedte van het staal geleidelijk te verminderen door een reeks walsen bij kamertemperatuur of licht verhoogde temperaturen. Na het koudwalsen wordt het staal gegloeid. Hierdoor wordt het zachter en verdwijnen de interne spanningen die door het walsen zijn ontstaan. De laatste stappen omvatten het vormen van het staal tot de vereiste afmetingen. Daarom wordt het ontdaan van overtollig materiaal en gepolijst voor een gladde afwerking. Dit proces zorgt ervoor dat het staal de gewenste grootte, vorm en uiterlijk heeft. Deze methode resulteert in een hoge dimensionale nauwkeurigheid. De buitendiameter kan 6 mm bedragen, terwijl de wanddikte 0,25 mm kan bereiken.
Koolstofstaal gelaste buizen
Deze buizen worden gevormd door stalen platen of stroken te walsen en de naad te lassen. Ze bieden een goede sterkte. Maar de sterkte is iets lager dan die van SSAW met dezelfde specificaties. Hun productiekosten zijn niet hoog. Ze zijn geschikt voor lage tot middelhoge druk. Ze worden verder onderverdeeld in twee categorieën, afhankelijk van hun productiemethode:
- Koolstofstaal ERW-buizen (elektrisch weerstandsgelast): ERW-buizen worden gemaakt door een stalen plaat te walsen en de randen te lassen met behulp van elektrisch weerstandlassen. Ze hebben een ingewikkelde detaillering, een uniforme naad en zijn voordelig. Bovendien zijn ze licht van gewicht, nauwkeurig ontworpen en hebben ze de juiste structuur. Ze zijn verkrijgbaar in verschillende materiaalkwaliteiten, zoals A, B, X42, X52, enz. en kunnen, afhankelijk van hun specificaties, worden gebruikt in toepassingen met lage tot hoge druk, waaronder water- en gasdistributie.
- Koolstofstalen LSAW-buizen (Longitudinal Submerged Arc Welded): Ze worden gemaakt door staalplaten in de lengterichting te buigen en de naad te lassen met booglassen onder water. Dit resulteert in sterke, dikwandige buizen met een grote diameter, naadloze afwerking en roestbestendige buizen. Ze zijn sterk, expansief en worden gebruikt in toepassingen zoals onshore en offshore olie- en gaspijpleidingen. Kortom, ze zijn toepasbaar wanneer hoge prestaties, hoge tolerantie en sterke structurele ondersteuning vereist zijn.
Koolstofstaal SSAW-buizen (Spiraalvormige Gelaste Onderpoederde Boog)
SSAW-buizen worden geproduceerd door stalen strips spiraalvormig in een buisvorm te wikkelen en de spiraalnaad vervolgens tot een massieve buis te lassen. Ze maken buizen met een grotere diameter en hoge sterkte mogelijk. Maar hier nemen de productiekosten iets toe. Ze worden onder andere gebruikt voor water- en gastransport, waar flexibiliteit in afmetingen belangrijk is.
Voordelen van koolstofstaalpijp
Koolstofstalen buizen, die cruciaal zijn in verschillende toepassingen, hebben verschillende voordelen die hieronder worden besproken:
- Ten eerste hebben ze een verwachte stijfheid en sterkte. Daarom zijn ze bestand tegen hoge druk en zware belastingen. Ze worden bijvoorbeeld vooral gebruikt in hoogwaardige toepassingen zoals structurele ondersteuning, gas- en oliepijpleidingen, bruggen en transmissiesystemen.
- Ze dienen als uitstekende corrosiebestendige onderdelen, omdat ze bestand zijn tegen ruwe omgevingen en chemische blootstelling. Een beschermende coating is echter cruciaal, omdat die de weerstand verhoogt. Daarom kunnen stalen buizen gemakkelijk worden gebruikt in scheepvaarttoepassingen.
- Pijpen van koolstofstaal zijn zonder twijfel goede thermische en elektrische geleiders. Dankzij deze eigenschappen kunnen ze worden gebruikt in de energie-industrie.
- Installatiegemak is een ander voordeel van koolstofstalen buizen. Ze zijn meestal licht van gewicht, waardoor ze gemakkelijk te vervoeren zijn en efficiënt kunnen worden geïnstalleerd.
- Bovendien zijn ze kosteneffectief. De reden hiervoor is de overvloed aan grondstoffen en de gevestigde productie. Dit resulteert in lage materiaal- en productiekosten, wat leidt tot de kosteneffectiviteit.
- Door de vele soorten koolstofstalen buizen die op de markt verkrijgbaar zijn, kunnen ze worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen. Dit draagt bij aan hun veelzijdigheid.
- Koolstofstalen buizen kunnen gemakkelijk worden gerecycled zonder de integriteit van het materiaal aan te tasten. Dit betekent dat ze een goede, milieuvriendelijke keuze zijn,
Industriestandaarden en specificaties
| Standaard | Beschrijving | Toepassingsgebied | Belangrijkste kenmerken |
| ASTM A53 | Omvat zwarte stalen buizen, zowel naadloos als gelast, met de optie van thermisch verzinken | Structurele ondersteuning, pijpleiding | naadloze en gelaste types, lasbaar |
| ASTM A106 | Specificaties voor naadloze koolstofstalen buizen worden gebruikt op plaatsen waar hoge temperaturen voorkomen. | Pijpleidingen voor hoge temperaturen | Hoge sterkte en hittebestendigheid |
| API 5L | Definieert de eisen voor leidingbuizen voor het transport van gas, olie en water. | Olie- en gaspijpleidingen | Drukbestendig, bedoeld voor vloeistoftransport |
| ASME B36.10 | Standaardiseert afmetingen en eigenschappen voor gelaste en naadloze smeedstalen buizen. | Mechanisch en constructief gebruik | Definieert buisafmetingen en gewichten |
| DIN 2448 | Europese richtlijn voor het vervaardigen en testen van naadloze stalen buizen. | Industriële leidingen en ketelinstallaties | Omvat afmetingen en leveringsvoorwaarden |
| ISO 3183 | Wereldwijde norm voor stalen buizen die worden gebruikt in pijpleidingsystemen voor aardolie en aardgas. | Transport via pijpleidingen | Specificeert productie- en testvereisten |
| BS EN 10216 | Europese norm voor naadloze stalen buizen voor toepassingen in drukvaten. | Drukvaten en ketels | Omvat mechanische eigenschappen en testen |
Deze normen zorgen ervoor dat koolstofstalen buizen voldoen aan kwaliteits-, veiligheids- en prestatie-eisen voor verschillende industrieën wereldwijd. Elke norm heeft betrekking op buisafmetingen, mechanische eigenschappen, productie en testprotocollen voor specifieke toepassingen.
Conclusie
Tot slot zijn koolstofstalen buizen cruciale onderdelen in veel industriële toepassingen. Deze omvatten gas- en olietransport, structurele ondersteuning, irrigatiesystemen en nog veel meer. Koolstofstalen buizen hebben verschillende mechanische eigenschappen, afhankelijk van de hoeveelheid koolstof die tijdens de productie of warmtebehandeling wordt toegevoegd. Ze worden ingedeeld in twee verschillende categorieën. Deze is gebaseerd op het koolstofgehalte en de productiemethoden, waardoor er verschillende variaties mogelijk zijn. Het is belangrijk om de specificaties en normen te begrijpen. Het helpt je de juiste koolstofstalen buis te kiezen die voldoet aan je industriële en civiele behoeften.