Ống thép là một thành phần quan trọng được sử dụng trong vận chuyển dầu khí, kỹ thuật đô thị, công nghiệp hóa chất, công nghiệp sản xuất cơ khí, kỹ thuật điện và cơ sở hạ tầng ngoài khơi.
Theo quy trình sản xuất khác nhau, ống thép công nghiệp chủ yếu được chia thành hai loại: ống thép liền mạch và ống thép hàn điện trở.(ERW) ống thép. Mặc dù cả hai loại ống này đều có thể đáp ứng các yêu cầu về vận chuyển chất lỏng và khả năng chịu tải-kết cấu, nhưng nguyên tắc hình thành, quy trình sản xuất, đặc điểm cấu trúc, tính chất cơ học, độ chính xác về kích thước và phạm vi ứng dụng của chúng có những khác biệt đáng kể. Trong quá trình thiết kế đường ống và mua sắm thực tế, nhiều kỹ sư có thể có sự hiểu lầm nhất định về ranh giới hiệu suất của ống thép ERW và ống thép liền mạch, điều này có thể dẫn đến lựa chọn vật liệu không phù hợp, tiềm ẩn nguy cơ an toàn hoặc lãng phí chi phí.
Ống thép liền mạch được sản xuất bằng phương pháp đục lỗ và cán, không có đường hàn; trong khi ống thép ERW được chế tạo bằng các dải thép uốn nguội và sau đó được hàn bằng điện trở tần số-cao. Sự khác biệt cơ bản trong quy trình sản xuất dẫn đến sự khác biệt đáng kể về cấu trúc vi mô, cường độ nén và độ ổn định của tuổi thọ sử dụng. Vì vậy, bài viết này so sánh hai loại ống này từ các khía cạnh khác nhau để đưa ra cơ sở hợp lý cho việc lựa chọn vật liệu sản xuất công nghiệp và kỹ thuật.
Sự khác biệt trong định nghĩa cơ bản và nguyên tắc hình thành
1. Nguyên lý ống thép liền mạch
Ống thép liền mạch là ống thép rỗng được chế tạo thông qua quá trình tạo hình nóng liên tục. Họ không yêu cầu hàn trong quá trình sản xuất. Nguyên tắc sản xuất cốt lõi là xuyên nóng và cán liên tục. Ống liền mạch được hình thành từ một phôi thép rắn được nung nóng đến nhiệt độ cao, sau đó xuyên qua, cán, định cỡ và làm mát. Trong điều kiện nhựa nhiệt độ-cao, phôi thép tròn đặc được máy xuyên thủng để tạo thành phôi ống rỗng, sau đó sử dụng nhiều lượt cán để kiểm soát chính xác độ dày thành và đường kính ngoài. Do không có quá trình cắt, nối hoặc hàn trong quá trình sản xuất nên thân ống hoàn toàn giữ được cấu trúc sợi kim loại liên tục của nguyên liệu thô. Không có điểm yếu về cấu trúc như đường hàn. Do đó, đặc điểm này xác định rằng ống thép liền mạch có tính toàn vẹn về kết cấu tổng thể cao và khả năng chịu tải-đồng đều.
2. Nguyên lý của ống thép hàn ERW
Ống thép ERW là ống thép hàn dọc điển hình được sản xuất thông qua quy trình hàn điện trở tần số cao. Nguyên tắc cơ bản là sử dụng các dải thép cán nóng-làm nguyên liệu thô, sau đó sử dụng nhiều con lăn tạo hình để liên tục cuộn các dải thép phẳng thành hình ống rỗng hình trụ. Sau đó, bằng cách tận dụng hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng lân cận của dòng điện tần số-cao, các cạnh của ống trống sẽ nhanh chóng được làm nóng đến trạng thái dẻo. Dưới tác dụng ép đùn cơ học của các con lăn tạo hình, các cạnh hợp nhất sau khi gia nhiệt được ép đùn và tạo hình, tạo thành mối hàn dọc chặt chẽ. Không giống như quá trình tạo hình ống liền mạch, ống thép ERW được sản xuất bằng sự kết hợp giữa “tạo hình + hàn”, với các mối hàn hiện diện trên thân ống. Mặc dù công nghệ hàn tần số cao-hiện đại có thể làm cho độ bền mối hàn gần với độ bền vật liệu cơ bản, nhưng khu vực mối hàn vẫn là vùng biến tính luyện kim và cấu trúc vi mô của nó khác với vật liệu cơ bản. Đây là sự khác biệt về cấu trúc rõ ràng nhất giữa ống thép ERW và ống thép liền mạch.
Sự khác biệt trong quy trình sản xuất
1. Quy trình sản xuấtống thép liền mạch
Việc sản xuất ống thép liền mạch là một quá trình phức tạp. Toàn bộ quá trình bao gồm kiểm tra phôi thép, gia nhiệt-ở nhiệt độ cao, xuyên thấu quay, cán liên tục, làm thẳng kích thước, làm mát, cắt-chiều dài, phát hiện khuyết tật và kiểm tra thành phẩm. Đầu tiên, phôi thép tròn đặc được nung trong lò nung nóng đến trên 1200 độ. Mục đích của việc này là để cho phép nó có đủ khả năng biến dạng dẻo. Sau đó, máy xuyên thủng phôi thép để tạo thành vỏ ống rỗng. Tiếp theo, vỏ dạng ống đi vào máy cán và trải qua nhiều lần giảm và hiệu chỉnh đường kính ngoài để đảm bảo độ dày thành đồng nhất và đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác về kích thước. Cuối cùng, ống thép được làm nguội, làm thẳng và cắt thành thành phẩm. Toàn bộ quá trình dựa vào cán nóng và biến dạng dẻo mà không cần bất kỳ quy trình hàn nào. Do đó, chu kỳ sản xuất ống thép liền mạch dài, tiêu thụ năng lượng cao và hiệu quả sản xuất tương đối thấp. Do đó, những nhược điểm này càng rõ ràng hơn khi sản xuất các thông số kỹ thuật có đường kính lớn và thành mỏng của ống thép liền mạch.
2. Quy trình sản xuất ống ERW
Ống ERW được sản xuất trên dây chuyền sản xuất hàn và uốn nguội liên tục và hiệu quả. Các quy trình chính bao gồm tháo cuộn thép, làm phẳng vật liệu dải, cắt cạnh, cán và tạo hình liên tục, hàn-điện trở tần số cao, loại bỏ các đường hàn, làm mát, định cỡ, làm thẳng, cắt-bay và thử nghiệm không-phá hủy. Nguyên liệu thô để sản xuất ống ERW là thép cuộn cán nóng-, có thể được cấp liệu và sản xuất liên tục. Bước sản xuất cốt lõi là hàn trạng thái rắn-tần số cao{8}}, có thể đạt được phản ứng tổng hợp mối hàn mà không cần dây hàn và chất trợ dung. Đặc điểm của toàn bộ dây chuyền sản xuất là khả năng hoạt động liên tục, chu kỳ sản xuất ngắn và hiệu quả cao. So với sản xuất ống liền mạch, quy trình ERW có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn, mức độ tự động hóa cao hơn và năng lực sản xuất mạnh hơn; tuy nhiên, các sản phẩm này bị giới hạn bởi độ rộng của dải vật liệu và quá trình tạo hình, đồng thời có một số hạn chế nhất định trong việc sản xuất các thông số kỹ thuật ống có đường kính-dày-siêu-lớn{14}}.
Sự khác biệt về cấu trúc và kính hiển vi
1. Tính toàn vẹn về cấu trúc
Ống thép liền mạch có cấu trúc tổng thể đồng nhất, không có mối hàn hay điểm yếu nào trên thân ống. Cấu trúc sợi kim loại bên trong của nó liên tục và đồng đều theo mọi hướng, và sự phân bố ứng suất là nhất quán khi nó chịu được áp suất bên trong và ngoại lực. Sự khác biệt là ống thép ERW có mối hàn rõ ràng. Khu vực mối hàn trải qua các quá trình nóng chảy, kết tinh lại và làm nguội nhanh dẫn đến sự khác biệt về cấu trúc hạt. Do đó, tính đồng nhất về kết cấu của ống thép ERW thấp hơn một chút so với ống thép liền mạch và mối hàn luôn là bộ phận kiểm tra chính và liên kết tương đối yếu của thân ống.
2. Sự khác biệt giữa độ chính xác kích thước và chất lượng bề mặt
Vật liệu ống ERW có độ chính xác kích thước cao hơn và chất lượng bề mặt ổn định hơn. Do áp dụng công nghệ cán dải và định cỡ chính xác nên dung sai độ dày thành, độ tròn và độ thẳng của vật liệu ống ERW được kiểm soát tốt, thành trong và thành ngoài mịn và độ lệch kích thước nhỏ. Các ống liền mạch được hình thành thông qua quá trình đục lỗ và cán ở nhiệt độ-cao, đồng thời độ đồng đều về độ dày thành của chúng dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ gia nhiệt và độ ổn định khi lăn. Do đó, dung sai độ dày thành và độ nhám bề mặt của ống liền mạch tương đối cao hơn.
Sự khác biệt về hiệu suất cơ học và an toàn
Khả năng chịu áp lực và ổn định cấu trúc
Ống thép liền mạch có khả năng chịu nén và va đập tổng thể tuyệt vời. Do không có đường hàn nên có thể tránh được hoàn toàn các khuyết tật hàn thông thường như vết nứt nhỏ. Trong điều kiện làm việc áp suất cực cao, nhiệt độ thấp và va đập mạnh, ống thép liền mạch vẫn có thể duy trì các đặc tính cơ học ổn định và ít có khả năng bị gãy đột ngột. Ống thép ERW có thể đáp ứng yêu cầu về áp suất làm việc của hầu hết các đường ống thông thường, nhưng khu vực hàn nhạy cảm hơn với tải trọng mỏi và tác động-nhiệt độ thấp.
Sự khác biệt về phạm vi ứng dụng
1. Ứng dụng của ống thép liền mạch
Ống thép liền mạch chủ yếu được sử dụng trong điều kiện làm việc cực kỳ khắt khe. Ví dụ: các kịch bản ứng dụng chính của chúng bao gồm đường ống nồi hơi áp suất cao-, đường ống nhiệt độ-và áp suất cao{2}}hóa dầu, đường ống vận chuyển khí tự nhiên áp suất-cao, đường ống thủy lực, kỹ thuật đông lạnh nhiệt độ-thấp và thiết bị sản xuất cơ khí có độ chính xác-cao, v.v. Những lĩnh vực này có yêu cầu cực kỳ cao về an toàn kết cấu, đòi hỏi tỷ lệ sai sót bằng 0 và khả năng thích ứng tuyệt vời với các môi trường khắc nghiệt. Vì vậy, ống thép liền mạch được ưa chuộng trong các ứng dụng này.
2. Ứng dụng của ống ERW
Ống ERW được sử dụng rộng rãi trong các kịch bản thông thường áp suất trung bình và áp suất thấp, như đường ống cấp thoát nước đô thị, đường ống phòng cháy chữa cháy, cọc ống kết cấu thép, đường ống vận chuyển thứ cấp cho dầu khí trong ngành công nghiệp nói chung, đường ống vận chuyển trong ngành công nghiệp nhẹ và hóa chất, cũng như các đường ống hỗ trợ cơ khí nói chung.
Sự khác biệt cơ bản giữa ống thép hàn ERW và ống thép liền mạch nằm ở nguyên tắc sản xuất và cơ chế tạo hình hoàn toàn khác nhau.
Ống thép liền mạch được sản xuất thông qua quy trình đục lỗ và cán ở nhiệt độ cao-tổng thể, không có mối hàn, cấu trúc kim loại đồng nhất, đặc tính cơ học tổng thể tuyệt vời và khả năng thích ứng mạnh mẽ với môi trường làm việc khắc nghiệt. Tuy nhiên, chi phí sản xuất của chúng cao, hiệu quả thấp và dung sai kích thước lớn.
Mặt khác, ống thép ERW được sản xuất thông qua quá trình tạo hình nguội vật liệu tấm và hàn-điện trở tần số cao. Chúng có ưu điểm là hiệu quả sản xuất cao, chi phí thấp, độ chính xác kích thước cao và bề mặt nhẵn. Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là sự khác biệt về cấu trúc giữa mối hàn và vật liệu nền.
Khi lựa chọn vật liệu cho các ứng dụng kỹ thuật, người ta nên xem xét áp suất làm việc thực tế, môi trường nhiệt độ và chi phí ngân sách và chọn loại vật liệu ống phù hợp. Ống thép liền mạch phù hợp với các kịch bản công nghiệp có áp suất cao, nhiệt độ thấp, rủi ro cao và độ tin cậy cao, trong khi ống thép ERW là lựa chọn tiết kiệm và hiệu quả nhất trong kỹ thuật kết cấu và vận chuyển đường ống áp suất thấp và trung bình{1}}thông thường. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ hàn và xử lý nhiệt, khoảng cách hiệu suất giữa-ống thép ERW chất lượng cao và ống thép liền mạch đang dần được thu hẹp, điều này sẽ thúc đẩy hơn nữa sự phát triển trong tương lai của ngành sản xuất ống thép theo hướng đa dạng hóa và cải tiến.
