Giriş
Karbon çelik borular çeşitli endüstrilerin ana bileşenlerinden biri olarak dururken, piyasada birden fazla karbon çelik boru türü bulabilirsiniz. Esas olarak karbon ve demirden, az miktarda da diğer malzemelerden yapılır. Karbon içeriği toplam alaşım ağırlığının 2.1%'sidir.
Çelik borulardaki varyasyonlar kimyasal bileşim, üretim yöntemleri ve sınıflandırma standartlarındaki farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Bu farklılıklar performansı, uzun ömürlülüğü ve belirli uygulamalar için uygunluğu etkiler.
Bu nedenle karbon çelik boru malzemesinin temel yönlerini ve bunların özel kullanımlarını ve standartlarını tanımlamaya yardımcı olan sınıflandırma sistemini anlamak kritik önem taşır. Mühendislerin, imalatçıların ve işletme sahiplerinin endüstriyel bağlamda bilinçli bir karar vermelerine yardımcı olacaktır.
Karbon Çelik Boru Nedir?
Karbon çeliği (CS) borular veya yuvarlak borular öncelikle karbon ve demirden oluşur. Bu, olağanüstü güçlerinin ve basınca dayanma kabiliyetlerinin temel taşıdır. Bu çelik borular ayrıca az miktarda başka malzemeler de içerir. Bunlar arasında manganez, fosfor, bakır ve silikon bulunur ve mekanik özelliklerin geliştirilmesine yardımcı olur.
Öncelikle, karbon çelik borulardaki karbon içeriği, alaşımın toplam ağırlığının 0.02% ila 2.1% arasında değişmektedir. Demir ve karbon birleştiğinde, atomları fazlardan oluşan bir mikro yapı oluşturur. Spesifik düzenleme demirin karbon içeriğine ve termal geçmişine bağlıdır. Bu nedenle, özellikler imalat sırasında eklenen karbon miktarına bağlı olarak değişir. Ayrıca, su verme, tavlama ve normalleştirme gibi ısıl işlem süreçleriyle de değiştirilebilirler. Bu özellikler arasında duvar kalınlığı, gerilme mukavemeti ve sertlik yer alır.
Daha fazla karbon mukavemeti ve sertliği artırır ancak borunun esnekliğini ve kaynaklanabilirliğini azaltabilir. Buna karşılık, düşük karbon içeriği daha düşük mukavemet anlamına gelir.
Uygun maliyetli olmaları nedeniyle karbon çelik borular endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar küçük otomotiv parçalarından kapsamlı yapısal desteklere kadar uzanmaktadır.
Karbon Çelik Boru Çeşitleri
İki ana kategoriye göre sınıflandırılan farklı karbon çelik boru türleri vardır:
- karbon içeriği miktarı
- üretim yöntemi.
Bunlar, belirli uygulamalar için en uygun mekanik özellik dengesini sağlayan belirli koşullar altında tasarlanmıştır. Bu türleri ayrıntılı olarak tartışalım.
Karbon İçeriğine Göre Sınıflandırma
- Düşük Karbonlu Çelik Borular
Düşük karbonlu çelik borularda (yumuşak çelik olarak da bilinir), karbon içeriği 0.05% ile 0.25% arasında değişir. Toklukları ve süneklikleri nedeniyle çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılan borulardır. Ayrıca, sıcak veya soğuk işlenebilirler ve kolayca şekillendirilebilir ve kaynaklanabilirler. Yine de, nispeten düşük karbon içerikleri nedeniyle daha düşük mukavemet gösterirler.
Üretimde kullanılan yaygın düşük karbonlu çelik sınıf borular şunlardır: Q235, ASTM A36, ASTM A53, ASTM A106, #20 çelik, AISI 1020, S235 ve C22E.
Ağırlıklı olarak otomobil parçaları, yapısal destek ve düşük basınçlı sıvı uygulamaları gibi uygulamalarda kullanılırlar.
- Orta Karbonlu Çelik Borular
Orta karbonlu çelik boruların karbon içeriği 0.31% ile 0.6% arasında değişmektedir. Yüksek mukavemet ve sertlik sunarlar. Ancak, nispeten düşük tokluk ve sünekliğe sahiptirler; yine de, mekanik özellikleri su verme ve ısıl işlem yoluyla geliştirilebilir.
Orta karbonlu çeliklerde kullanılan çelik kalitelerine örnek olarak #45 Çelik, AISI 1045 ve C45E verilebilir. Bunların uygulamaları arasında inşaat projeleri ve şaftlar, çerçeveler ve egzoz sistemleri gibi otomotiv ve mekanik parçalar yer alır.
- Yüksek Karbonlu Çelik Borular
Bu yüksek karbonlu çelik borular 0.6% ila 2.11% karbon içeriğine sahiptir. Düşük süneklik ve tokluğa sahip çok yüksek mukavemetli borulardır. Ayrıca, kolayca kaynaklanamazlar. Kaynak işlemi için, bu boruların kaynak işlemine entegre edilen ayrıntılı bir ısıl işlem programından geçmesi gerekir.
Sık kullanılan yüksek karbonlu çelik kaliteleri arasında #65 Çelik, 65Mn, AISI 1065, T8 ve T8A, T10 ve T10A, AISI W1 ve W2, C60E ve C80U bulunur. Kesici takımlarda, yaylarda ve ağır hizmet makine parçalarında yaygın olarak kullanılırlar.
Üretim Yöntemine Göre Sınıflandırma
Karbon Çelik Dikişsiz Borular
Dikişsiz borular, kaynaklı bağlantılar olmadan, tipik olarak katı bir çelik kütüğün delinmesi ve sıcak veya soğuk haddeleme yoluyla şekillendirilmesiyle üretilir. Bu işlem, tutarlı mukavemete ve basınç ve sıcaklık dalgalanmalarına karşı gelişmiş dirence sahip borular üretir.
- Sıcak haddelenmiş karbon çelik borular: Bunlar ısıtmayı içerir. Bu yöntemde çelik kütük yaklaşık 1000°C'ye kadar ısıtılır ve ardından istenen boru şekline getirilir. Bu yöntem nihai üründe homojenlik ve dayanıklılık sağlar. Bu boruların elde edilen dış çapı 32 mm'yi aşarken, duvar kalınlığı 2,5 mm ila 75 mm arasında değişir. Bu borular düşük basınçtan yüksek basınca kadar çelik borular için kullanılır.
- Soğuk haddelenmiş karbon çelik borular: Bu borular, oda sıcaklığında veya hafifçe yükseltilmiş sıcaklıklarda bir dizi merdane aracılığıyla çeliğin kalınlığının ve genişliğinin kademeli olarak azaltılmasıyla yapılır. Soğuk haddelemeden sonra çelik tavlama işlemine tabi tutulur. Bu işlem çeliği yumuşatır ve haddelemenin neden olduğu iç gerilimleri ortadan kaldırır. Son adımlar, çeliğin gerekli boyutlara göre şekillendirilmesini içerir. Bu nedenle fazla malzeme kesilir ve pürüzsüz bir yüzey elde etmek için parlatılır. Bu işlem çeliğin istenen boyut, biçim ve görünüme sahip olmasını sağlar. Bu yöntem, yüksek boyutlu doğrulukla sonuçlanır. Dış çapları 6 mm'ye ulaşabilirken, duvar kalınlığı 0,25 mm'ye ulaşabilir.
Karbon Çelik Kaynaklı Borular
Bu borular, çelik plakaların veya şeritlerin haddelenmesi ve dikişin kaynaklanmasıyla oluşturulur. İyi bir mukavemet sunarlar. Ancak aynı özelliklere sahip SSAW'den biraz daha düşüktür. Üretim maliyetleri yüksek değildir. Düşük ila orta basınç ayarları için uygulanabilirler. Üretim yöntemlerine bağlı olarak aşağıdaki gibi iki kategoriye ayrılırlar:
- Karbon Çelik ERW Borular (Elektrik Direnç Kaynaklı): ERW boruları, çelik bir plakanın rulo haline getirilmesi ve kenarlarının elektrik direnç kaynağı kullanılarak kaynaklanmasıyla yapılır. Bunlar karmaşık detaylara, düzgün bir dikişe sahiptir ve ekonomiktir. Ayrıca hafiftirler, hassas şekilde tasarlanmışlardır ve uygun şekilde yapılandırılmışlardır. A, B, X42, X52, vb. gibi farklı malzeme sınıflarında gelirler ve özelliklerine bağlı olarak su ve gaz dağıtımı dahil olmak üzere düşük ila yüksek basınçlı uygulamalarda kullanılabilirler.
- Karbon Çelik LSAW Borular (Boyuna Tozaltı Kaynaklı): Çelik plakaların uzunlamasına bükülmesi ve dikişin tozaltı ark kaynağı ile kaynaklanmasıyla üretilirler. Bu sayede sağlam, kalın duvarlı, geniş çaplı, dikişsiz yüzeyli ve paslanmaz borular elde edilir. Güçlü ve genleşebilen bu borular, kara ve deniz petrol ve gaz boru hatları gibi uygulamalarda kullanılır. Kısacası, yüksek performans, yüksek tolerans ve güçlü yapısal destek gerektiğinde uygulanabilirler.
Karbon Çelik SSAW Borular (Spiral Tozaltı Kaynaklı)
SSAW boruları, çelik şeritlerin spiral olarak boru şeklinde sarılması ve ardından spiral dikişin sağlam bir boru oluşturmak için kaynaklanmasıyla üretilir. Daha büyük çaplı borulara izin verirler ve yüksek mukavemete sahiptirler. Ancak burada üretim maliyeti biraz artar. Uygulama alanı, boyutta esnekliğin önemli olduğu su ve gaz taşımacılığını içerir.
Karbon Çelik Borunun Avantajları
Çeşitli uygulamalarda çok önemli olan karbon çelik borular, aşağıda tartışılan çeşitli avantajlara hizmet eder:
- İlk olarak, beklenen sertliğe ve güce sahiptirler. Bu yüzden yüksek basınç koşullarına ve ağır yüklere dayanabilirler. Örneğin, çoğunlukla yapısal destek, gaz ve petrol boru hatları, köprüler ve iletim sistemleri gibi yüksek performanslı uygulamalarda kullanılırlar.
- Zorlu ortamlara ve kimyasallara maruz kalmaya dayanabildikleri için korozyona karşı mükemmel dirençli bileşenler olarak hizmet ederler. Bununla birlikte, direnci artırdığı için koruyucu bir kaplama çok önemlidir. Bu nedenle çelik borular denizcilik uygulamalarında kolaylıkla kullanılabilir.
- Karbon çelik borular, şüphesiz, iyi termal ve elektrik iletkenleridir. Bu özelliklerinden dolayı enerji endüstrilerinde kullanılabilirler.
- Montaj kolaylığı karbon çelik boruların bir diğer avantajıdır. Genellikle hafiftirler, bu da taşınmalarını kolaylaştırır ve verimli kurulumu kolaylaştırır.
- Ayrıca, uygun maliyetlidirler. Bunun nedeni hammadde bolluğu ve köklü üretimdir. Bu da düşük malzeme ve üretim maliyetleri ile sonuçlanmakta ve maliyet etkinliğine yol açmaktadır.
- Piyasada bulunan birçok karbon çelik boru türü nedeniyle, çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilirler. Bu da çok yönlülüklerine katkıda bulunur.
- Karbon çelik boruların geri dönüştürülebilirliği, malzeme bütünlüğünden ödün vermeden kolayca elde edilebilir. Bu da iyi bir çevre dostu oldukları anlamına gelir,
Endüstri Standartları ve Spesifikasyonları
| Standart | Açıklama | Uygulama Alanı | Temel Özellikler |
| ASTM A53 | Sıcak çinko kaplama seçeneği ile hem dikişsiz hem de kaynaklı siyah çelik boruları kapsar | Yapısal destek, boru hattı | dikişsiz ve kaynaklı tipler, kaynaklanabilir |
| ASTM A106 | Dikişsiz karbon çelik borular için teknik özellikler, yüksek ısının yaygın olduğu yerlerde kullanılır. | Yüksek sıcaklık boru hatları | Yüksek mukavemet ve ısı direnci |
| API 5L | Gaz, petrol ve su taşımak için kullanılan hat borularına ilişkin gereklilikleri tanımlar. | Petrol ve gaz boru hatları | Basınca dayanıklı, sıvıların taşınması için tasarlanmıştır |
| ASME B36.10 | Kaynaklı ve dikişsiz dövme çelik borular için boyutları ve özellikleri standartlaştırır. | Mekanik ve yapısal kullanımlar | Boru boyutlarını ve ağırlıklarını tanımlar |
| DIN 2448 | Dikişsiz çelik boruların üretimi ve test edilmesi için Avrupa kılavuzu. | Endüstriyel boru ve kazan sistemleri | Boyutları ve teslimat koşullarını kapsar |
| ISO 3183 | Petrol ve doğal gaz boru hattı sistemlerinde kullanılan çelik borular için küresel standart. | Boru hattı taşımacılığı | Üretim ve test gereksinimlerini belirler |
| BS EN 10216 | Basınçlı kap uygulamaları için dikişsiz çelik borulara odaklanan Avrupa standardı. | Basınçlı kaplar ve kazanlar | Mekanik özellikleri ve testleri kapsar |
Bu standartlar, karbon çelik boruların dünya çapında çeşitli endüstriler için kalite, güvenlik ve performans gereksinimlerini karşılamasını sağlar. Her standart, belirli uygulamalara uygun boru boyutları, mekanik özellikler, üretim ve test protokollerini kapsar.
Sonuç
Sonuç olarak, karbon çelik borular birçok endüstriyel uygulamada çok önemli bileşenlerdir. Bunlar arasında gaz ve petrol taşımacılığı, yapısal destek, sulama sistemleri ve çok daha fazlası yer almaktadır. Karbon çelik borular, imalat veya ısıl işlem sırasında eklenen karbon miktarına bağlı olarak farklı mekanik özellikler sergiler. İki farklı kategoride sınıflandırılırlar. Karbon içeriği yüzdelerine ve üretim yöntemlerine göre çeşitli varyasyonlar sunarlar. Spesifikasyonları ve standartları anlamak önemlidir. Endüstriyel ve sivil ihtiyaçlarınızı karşılayan uygun karbon çelik boruyu seçmenize yardımcı olacaktır.