Cómo se fabrica la tubería sin costura GOST 550 Steel 20

¿Qué es la tubería sin costura GOST 550 Steel 20?

Los tubos sin costura fabricados con Steel 20 son uno de los productos de tubos de carbono lisos estándar utilizados en la práctica rusa y de la CEI para vapor, agua, gas y servicios de ingeniería en general. El acero 20 es la definición del material: es un acero estructural con bajo contenido de carbono, cuya composición química y propiedades mecánicas se establecen en GOST 1050, y es el grado con el que se verifica la resistencia y ductilidad de la tubería.

La ruta de fabricación es la misma ruta sin fisuras que se utiliza para los tubos de acero al carbono en todas partes: un tocho sólido se convierte en una carcasa hueca mediante perforación, la carcasa se alarga y se dimensiona, y el tubo terminado se trata térmicamente, se endereza y se prueba. Lo que distingue un pedido de Acero 20 es el control del material en cada paso, porque el bajo contenido de carbono y aleación del grado le otorga buena conformabilidad y soldabilidad, pero deja que los parámetros del proceso lleven toda la carga de lograr la precisión dimensional y la calidad de la superficie requeridas.

El material base: acero 20 según GOST 1050

El acero 20 es un acero estructural no aleado con un contenido nominal de carbono de aproximadamente una quinta parte del uno por ciento, razón por la cual se especifica por número en lugar de por clase de resistencia. Un suave nivel de carbono mantiene el acero dúctil y soldable, mientras que el silicio y el manganeso proporcionan resistencia y desoxidación.

Debido a que el grado es dúctil y soldable, se utiliza para tuberías de vapor y agua caliente, tubos de calderas e intercambiadores de calor en servicios de baja y media presión, líneas de gas y agua, y tuberías mecánicas en general. Los requisitos dimensionales para el tubo terminado siguen los estándares de tubos sin costura GOST aplicables para productos deformados en caliente y deformados en frío.

La ruta caliente: calentar, perforar y rodar

El proceso comienza con la selección de palanquillas o lingotes de acero del grado correcto, que se cortan al peso requerido y se inspeccionan para detectar defectos en la superficie. Luego, el tocho se calienta en un horno de recalentamiento hasta el rango de temperatura en el que el acero se vuelve forjable. El calentamiento debe ser uniforme en toda la sección y el tiempo de remojo debe ser lo suficientemente largo para igualar la temperatura, porque un núcleo frío no perforará limpiamente y una superficie quemada no se desenrollará.

Una vez que el tocho ha alcanzado la temperatura requerida se perfora. Un molino perforador fuerza un mandril a través del centro del acero calentado, abriendo una carcasa hueca y alargándola simultáneamente. A continuación, la carcasa perforada se alarga y se forma mediante laminación en caliente, utilizando un molino de clavijas, un molino de mandril o un molino tipo Assel o Diescher dependiendo del rango de tamaño y del espesor de la pared. Durante el laminado se reduce el diámetro exterior, el espesor de la pared se lleva al valor requerido y se aumenta la longitud. El laminado también refina la estructura del grano y mejora las propiedades mecánicas del acero.

Después del laminado, el tubo se recalienta o se mantiene para su dimensionamiento, se pasa a través de un molino de dimensionamiento y reducción para llevar el diámetro dentro de la tolerancia, se enfría en un lecho de enfriamiento, se endereza y se corta a la medida. Cada uno de estos pasos deja su propia huella en el producto terminado: el tamaño controla el diámetro, el enderezamiento controla el arco y la práctica de enfriamiento influye en la microestructura final.

La ruta del frío: embutición, recocido y acabado

El estirado en frío se utiliza cuando se requieren tolerancias más estrictas, una pared más delgada o un acabado superficial superior. La carcasa o tubo laminado en caliente se decapa primero para eliminar las incrustaciones de óxido y luego se recubre con un soporte lubricante para que se adhiera el lubricante de trefilado. Luego, el tubo preparado se pasa a través de una matriz y sobre un mandril a temperatura ambiente, lo que reduce tanto el diámetro como el espesor de la pared y mejora el acabado de la superficie y la precisión dimensional.

Debido a que el trabajo en frío endurece el acero, el tubo debe recocerse entre pasadas de estirado. El número de pasadas, la reducción por pasada y el calendario de recocido se eligen para alcanzar el tamaño final sin exceder la ductilidad del material. Después de la pasada final, el tubo se endereza, se corta y, cuando sea necesario, se le da un acabado final brillante, recocido o decapado. Los tubos estirados en frío normalmente se suministran con una tolerancia dimensional más estrecha que el producto terminado en caliente, por lo que se prefieren para tubos intercambiadores de calor, líneas de instrumentos y aplicaciones mecánicas de precisión.

Tratamiento térmico, pruebas y liberación.

La etapa final de producción es el tratamiento térmico. La normalización, el temple y el revenido se utilizan para lograr la resistencia, dureza y ductilidad requeridas, y el esquema específico depende del uso previsto de la tubería y de los requisitos de las especificaciones de compra. Para los tubos simples de acero al carbono 20, la normalización es el tratamiento habitual, porque produce una estructura uniforme de ferrita y perlita con propiedades predecibles y alivia las tensiones dejadas por el laminado o el estirado.

El control de calidad recorre toda la ruta en lugar de quedarse al final de ella. Incluye verificación química del calor, comprobaciones dimensionales del diámetro y espesor de la pared, inspección visual de las superficies internas y externas y pruebas no-destructivas, como exámenes ultrasónicos o de corrientes parásitas para detectar defectos internos. Las pruebas de presión hidrostática confirman la integridad de la presión y las pruebas mecánicas de las muestras del tubo terminado verifican la resistencia a la tracción, el límite elástico y el alargamiento frente al requisito de calidad. Sólo después de completar estas comprobaciones se corta el tubo a su longitud final, se marca con el número de calor y se libera.

Preguntas frecuentes

P: ¿Qué es el Acero 20?
El acero 20 es un grado de acero estructural al carbono simple especificado por GOST 1050, con un contenido de carbono de aproximadamente 0,17 a 0,24 por ciento y valores mínimos de resistencia a la tracción de 410 MPa y límite elástico de 245 MPa.

P: ¿Por qué se calienta el tocho antes de perforarlo?
El calentamiento hace que el acero sea forjable, de modo que el mandril perforador pueda abrir una cáscara hueca limpia. El calentamiento uniforme a través de la sección es esencial, porque un núcleo frío causa defectos de perforación y una superficie sobrecalentada no se extenderá adecuadamente.

P: ¿Cuál es la diferencia entre el tubo laminado en caliente y el tubo estirado en frío?
El laminado en caliente da forma al tubo a alta temperatura y es económico para tamaños y tolerancias normales. El estirado en frío pasa el tubo a través de una matriz a temperatura ambiente para lograr una tolerancia más estricta, paredes más delgadas y un mejor acabado superficial.

P: ¿Por qué es necesario el recocido entre pasadas de estirado en frío?
El trabajo en frío endurece el acero y reduce su ductilidad. El recocido restaura la ductilidad de modo que es posible una mayor reducción sin agrietar el tubo.

P: ¿Qué tratamiento térmico se aplica normalmente al tubo Steel 20?
La normalización es el tratamiento habitual. Produce una estructura uniforme de ferrita y perlita, proporciona resistencia y ductilidad predecibles y alivia las tensiones internas introducidas por laminación o trefilado.

P: ¿Qué pruebas se realizan antes de liberar el tubo?
Verificación química del calor, inspección dimensional del diámetro y espesor de la pared, examen visual de las superficies, prueba ultrasónica o de corrientes parásitas, prueba de presión hidrostática y pruebas mecánicas de resistencia a la tracción, límite elástico y alargamiento.