Produzione di tubi

Le tecniche e i processi per la fabbricazione di prodotti tubolari in acciaio sono molteplici. I metodi comunemente utilizzati sono due, a seconda che si debba produrre tubi saldati o senza saldatura. Entrambi si basano sulla lavorazione di una billetta di acciaio. Nel primo caso, questa viene deformata in un piano mediante laminazione a caldo o a freddo; successivamente, la lamiera o il nastro vengono piegati e i loro bordi saldati. Nel secondo caso, la billetta viene sottoposta a punzonatura, laminazione a caldo e poi lavorata in un riduttore a stiramento.

Produzione di tubi d'acciaio senza saldatura

I tubi d'acciaio senza saldatura sono fabbricati a partire da una billetta a sezione tonda preriscaldata. Per arrivare alla forma finale sono necessarie tre fasi di lavorazione principali: nel primo passaggio, la billetta viene perforata (in corrispondenza del proprio asse) e laminata a caldo, oppure estrusa, e trasformata in un profilato cavo; successivamente, il pezzo viene allungato mediante laminazione a caldo (con conseguente riduzione del diametro e dello spessore delle pareti). Attraverso un nuovo processo di laminazione a caldo, laminazione a freddo o trafilatura, il tubo otterrà poi la forma finale. I principali metodi di fabbricazione dei tubi d'acciaio senza saldatura sono il processo Mannesmann, il processo Mandrel Mill e il processo di estrusione.

Le prime tecniche vennero sviluppate verso la fine del XIX secolo. Nel 1885, generalmente considerato come l’anno zero della produzione industriale di tubi, i fratelli Mannesmann brevettarono un processo di foratura dei lingotti solidi preriscaldati tramite laminazione incrociata. Il cosiddetto processo Mannesmann prevede il riscaldamento di una billetta di acciaio a sezione tonda in un forno a suola rotante. Dopo il riscaldo, la billetta viene forata da un mandrino di forma conica e immessa in un laminatoio in cui una coppia di rulli di forma conica opera in direzione opposta al flusso del materiale. Tramite questa perforazione incrociata, si genera un profilo cavo dalle pareti spesse. Lo sbozzato viene poi allungato e lo spessore delle sue pareti ridotto in una seconda operazione di laminazione svolta con un laminatoio pellegrino. In questo modo, il tubo d'acciaio senza saldatura acquisisce la sua forma finale.

Anche il processo Mandrel Mill è stato sviluppato a partire da una billetta cilindrica in acciaio preriscaldata. La prima fase è chiamata laminazione rotatoria e prevede la laminazione trasversale del pezzo tra due rulli di forma cilindrica. Durante questo processo, le sollecitazioni indotte dai rulli causano la rottura della billetta in corrispondenza del proprio asse. Contemporaneamente, un utensile raffreddato ad acqua perfora nello stesso punto. In questo modo, si ottiene un semilavorato a sezione cava. In seguito, lo sbozzato viene trasferito a un laminatoio composto da diverse stazioni e coppie di rulli, e da una serie di barre. Queste ultime vengono inserite nel foro del pezzo grezzo e lo trasportano alla stazione di laminazione. Durante tale processo, permettono la creazione di un diametro esterno standard intermedio e il controllo dello spessore delle pareti. Dopo aver attraversato il laminatoio, le barre sono rimosse dagli sbozzati, raffreddate e riportate all’ingresso della linea, pronte per un nuovo ciclo. Il tubo viene poi riscaldato e ulteriormente ridimensionato a un diametro specifico da un riduttore a stiramento. Il tubo viene poi raffreddato, tagliato, raddrizzato e sottoposto a processi di finitura e ispezione prima della spedizione.

Il processo di estrusione dei tubi viene eseguito per mezzo di particolari presse. Il materiale di partenza, anche in questo caso una billetta incandescente, viene forzata da un pistone attraverso una matrice di estrusione con sezione trasversale di diametro inferiore (rispetto alla billetta). Il metallo estruso viene compresso tra il pistone e la filiera. Il profilo esterno del tubo viene così formato dalla filiera, mentre il profilo interno viene formato dal pistone. Con questo metodo, è possibile realizzare numerose tipologie di profili.

Produzione di tubi di acciaio saldati

I tubi d'acciaio saldati sono prodotti a partire da lamiera o da nastro. Nel primo caso, la lamiera viene laminata in una sezione tonda con l'aiuto di una macchina piegatrice. Poi i bordi adiacenti vengono saldati tra loro longitudinalmente. Nel secondo caso, il nastro viene laminato in una sezione circolare con l'aiuto di rulli. A seconda del processo di formatura, viene piegato lungo il proprio asse longitudinale (e i bordi vengono saldati longitudinalmente) o in forma elicoidale (e i bordi vengono saldati a spirale).

Esistono due tipi di processi per la produzione di tubi saldati: la saldatura a pressione e la saldatura a fusione. Le tecniche di saldatura a pressione più utilizzate sono il processo Fretz-Moon, la saldatura a resistenza elettrica ad alta frequenza, a resistenza elettrica a bassa frequenza, a induzione e a conduzione ad alta frequenza. Nella saldatura a resistenza elettrica (ERW), il tubo viene fabbricato a partire da un foglio di lamiera di forma cilindrica deformato a freddo. Tramite il passaggio di corrente elettrica sui bordi del cilindro, l’acciaio si riscalda al punto da fondersi insieme senza l’utilizzo di materiale d'apporto. I metodi di saldatura a fusione più comunemente impiegati sono la saldatura ad arco sommerso (SAW), e i processi MIG e TIG.

Trafilatura di tubi

La trafilatura è impiegata per ridimensionare tubi di grande diametro in sezioni più piccole. Si tratta di un processo effettuato a temperatura ambiente, tirando il tubo attraverso una filiera. A volte, la dimensione finale richiesta non può essere ottenuta direttamente in fase di laminazione. In questo caso, è possibile ricorrere alla trafilatura a freddo. In questo processo, i tubi sono rivestiti con una soluzione saponata e ossalata, che agisce da lubrificante riducendo l'attrito. Il tubo viene tirato su un banco di trafilatura con l'ausilio di pinze. Con questo processo è possibile ottenere tubi di alta qualità, con dimensioni precise, un’eccellente finitura superficiale e una resistenza superiore. Per queste ragioni, la trafilatura è un processo molto popolare nella siderurgia. Esistono diverse tecnologie per trafilare un tubo: nella maggior parte dei casi, viene utilizzato un mandrino per evitare che il prodotto finale si deformi o si increspi.

Finitura

I tubi laminati vengono tagliati a misura e sottoposti a lavaggio e pulitura. Inoltre, viene eseguito un trattamento termico per rimuovere eventuali tensioni derivanti dalle precedenti lavorazioni. In seguito, si passa al decapaggio, alla scagliatura e alla raddrizzatura. Su richiesta, i tubi possono essere zincati e marcati per l'identificazione. In base all’applicazione finale, le estremità vengono filettate o smussate. Dopo una serie di test e controlli di qualità, i tubi sono finalmente pronti per l'imballaggio e la spedizione.

Bibliografia

Rolf Kümmerling, Klaus Kraemer: Pipe Manufacture – Seamless Tube and Pipe. Chapter 15. In: R. Winston Revie (ed.): Oil and Gas Pipelines, John Wiley & Sons, Inc., 2015.
Print ISBN: 9781118216712
Online ISBN: 9781119019213
DOI: 10.1002/9781119019213
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119019213
https://doi.org/10.1002/9781119019213.ch15

Le informazioni sono state redatte dall'Ing. Konrad Dengler, giornalista tecnico e traduttore specializzato in argomenti industriali.