في تطبيقات الأنابيب الصناعية، يعد اختيار الفولاذ أمرًا بالغ الأهمية. تتميز الأنواع المختلفة من الفولاذ بخصائص فيزيائية وكيميائية مختلفة، لذلك يجب مراعاة بيئة خدمة الأنبوب ومتطلباته عند اختيار المادة المناسبة. سوف تستكشف هذه المقالة العديد من أنواع الأنابيب الفولاذية الشائعة، بما في ذلك الفولاذ الكربوني، وسبائك الفولاذ، والفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ المجلفن، وخصائص التصنيع للأنابيب غير الملحومة والملحومة.
1. نوع الفولاذ المستخدم في الأنابيب
1.1 الكربون الصلب
يمثل الفولاذ الكربوني حوالي 90% من إجمالي إنتاج الأنابيب الفولاذية. وهي تتكون من عدد قليل نسبيًا من عناصر صناعة السبائك وتكون ضعيفة بشكل عام عند استخدامها بمفردها. نظرًا لخصائصها الميكانيكية وقابليتها للمعالجة الكافية، فقد تكون تكلفتها أقل قليلاً وقد تكون أكثر ملاءمة للتطبيقات منخفضة الضغط. يؤدي نقص عناصر صناعة السبائك إلى تقليل ملاءمة الفولاذ الكربوني لتطبيقات الضغط العالي والظروف القاسية، وبالتالي يصبح أقل متانة في ظل الأحمال العالية. ربما يكون السبب الرئيسي وراء تفضيل الفولاذ الكربوني للأنابيب هو ليونتها الجيدة وخصائصها غير القابلة للانحناء تحت الحمل. وهي تستخدم عادة في صناعات السيارات والبحرية وكذلك نقل النفط والغاز. A500، A53، A106، A252 عبارة عن درجات من الفولاذ الكربوني يمكن استخدامها كخيوط أو بدون غرز.
1.2 سبائك الصلب
يؤدي وجود عناصر صناعة السبائك إلى تحسين الخواص الميكانيكية للفولاذ، وبالتالي يكون الأنبوب أكثر مقاومة لتطبيقات الضغط العالي والضغوط العالية. عناصر صناعة السبائك الأكثر شيوعًا هي النيكل والكروم والمنغنيز والنحاس وما إلى ذلك بكميات تتراوح من 1 إلى 50 بالمائة من الوزن. تؤثر الكميات المختلفة من عناصر صناعة السبائك المختلفة على الخواص الميكانيكية والكيميائية للمنتج بطرق مختلفة، لذلك يتم تعديل التركيب الكيميائي للفولاذ أيضًا وفقًا لمتطلبات التطبيق. غالبًا ما يتم استخدام أنابيب سبائك الصلب تحت أحمال عالية وظروف غير مستقرة، كما هو الحال في صناعة النفط والغاز والمصافي ومصانع البتروكيماويات والكيماويات.
1.3 الفولاذ المقاوم للصدأ
يمكن أيضًا تصنيف الفولاذ المقاوم للصدأ ضمن عائلة سبائك الفولاذ. عنصر السبائك الرئيسي في الفولاذ المقاوم للصدأ هو الكروم، والذي يوجد بكميات تتراوح بين 10-20 بالمائة من الوزن. الغرض الرئيسي من إضافة الكروم هو إعطاء الفولاذ خصائص الفولاذ المقاوم للصدأ عن طريق منع التآكل. تُستخدم الأنابيب الفولاذية المقاومة للصدأ بشكل شائع في الظروف القاسية حيث تكون مقاومة التآكل والقوة العالية أمرًا بالغ الأهمية، كما هو الحال في الصناعة البحرية وتنقية المياه والصناعات الدوائية والنفط والغاز. 304/304L و316/316L عبارة عن درجات من الفولاذ المقاوم للصدأ متاحة لإنتاج الأنابيب. في حين أن الصف 304 يتمتع بمقاومة وقوة كبيرة للتآكل، فإن سلسلة 316 أقل قوة بسبب محتواها المنخفض من الكربون ويمكن لحامها.
1.4 الفولاذ المجلفن
الأنابيب المجلفنة عبارة عن أنابيب فولاذية تم جلفنتها لمنع التآكل. الجلفنة يمنع المواد المسببة للتآكل من تآكل الأنابيب. لقد كان في يوم من الأيام أكثر أنواع الأنابيب شيوعًا في خطوط المياه، ولكن نظرًا للعمالة والوقت اللازم لقطع الأنابيب المجلفنة وربطها وتركيبها، لم يعد يستخدم على نطاق واسع باستثناء الاستخدام المحدود في الإصلاحات. تتوفر هذه الأنواع من الأنابيب بأقطار تتراوح من 12 ملم (0.5 بوصة) إلى 15 سم (6 بوصات). يبلغ طولها 6 أمتار (20 قدمًا). ومع ذلك، لا يزال من الممكن رؤية الأنابيب المجلفنة لإمدادات المياه في التطبيقات التجارية الأكبر. العيب المهم للأنابيب المجلفنة هو أن عمرها التشغيلي يتراوح بين 40 إلى 50 عامًا. على الرغم من أن الجلفنة تغطي السطح وتمنع المواد الخارجية من التفاعل مع الفولاذ وتآكله، إلا أن الأنابيب يمكن أن تتآكل من الداخل إذا كانت المواد المنقولة مسببة للتآكل. ولذلك، فمن الضروري مراقبة وتحديث الأنابيب الفولاذية المجلفنة في فترات محددة.
2 أنواع الأنابيب
اعتمادا على طريقة التصنيع، يمكن تقسيم الأنابيب إلى فئتين: الأنابيب غير الملحومة والأنابيب الملحومة. يتم تشكيل الأنابيب غير الملحومة دفعة واحدة أثناء عملية الدرفلة، في حين تتطلب الأنابيب الملحومة عملية لحام بعد الدرفلة. وفقا لهندسة التماس، يمكن تقسيم الأنابيب الملحومة إلى فئتين: اللحام الحلزوني واللحام المباشر. على الرغم من وجود جدل حول ما إذا كانت الأنابيب غير الملحومة تتفوق على الأنابيب الفولاذية الملحومة، إلا أن مصنعي الأنابيب غير الملحومة والملحومة يمكنهم إنتاج أنابيب فولاذية ذات جودة عالية وموثوقية ومقاومة للتآكل. عند تحديد نوع الأنبوب، يجب أن يكون التركيز الأساسي على مواصفات التطبيق وجوانب التكلفة.
2.1 الأنابيب غير الملحومة
عادة ما يتم تصنيع الأنابيب غير الملحومة باستخدام عملية معقدة، تبدأ بحفر ثقوب في قطعة من الصلب ومن ثم تمر بعمليات السحب على البارد والدرفلة على البارد. من أجل التحكم في القطر الخارجي وسمك الجدار، يكون التحكم في أبعاد الأنابيب غير الملحومة أكثر صعوبة من التحكم في الأنابيب الملحومة، ويمكن أن يؤدي العمل البارد إلى تحسين الخواص الميكانيكية والتفاوتات. الميزة الأكثر أهمية للأنابيب غير الملحومة هي أنها يمكن أن تنتج أنابيب سميكة الجدران. نظرًا لأن الأنابيب غير الملحومة لا تحتوي على لحامات، فهي تتمتع بخصائص ميكانيكية ومقاومة للتآكل أفضل من الأنابيب الملحومة. بالإضافة إلى ذلك، تتمتع الأنابيب غير الملحومة أيضًا بشكل بيضاوي أو دائري أفضل. غالبًا ما تكون مناسبة للاستخدام في الظروف البيئية القاسية مثل الأحمال العالية والضغوط العالية والتآكل العالي.
2.2 الأنابيب المشقوقة
يتم تصنيع الأنابيب الفولاذية الملحومة من صفائح الفولاذ الملحومة على شكل أنبوب، وهي عملية تصنيع تتضمن عادةً تمديد قضبان الفولاذ الساخنة أو شرائح الفولاذ المسطحة وضغط الحواف معًا. على الرغم من أن الأنابيب الملحومة لديها تفاوتات أكثر صرامة، إلا أن سمك الجدار عادة ما يكون أرق، وفترات الإنتاج أقصر، والتكاليف أقل، مما يجعلها ميزة في بعض التطبيقات. ومع ذلك، يمكن أن تصبح اللحامات نقاط ضعف محتملة حيث يمكن أن تنتشر الشقوق، مما يسبب فشل الأنابيب، لذلك يجب إيلاء اهتمام خاص لمعالجة الأسطح الداخلية والخارجية للأنبوب أثناء الإنتاج.
3. ملخص
عند اختيار مواد الأنابيب المناسبة، من الضروري النظر بشكل شامل في خصائص وقابلية تطبيق المواد الفولاذية المختلفة. يتمتع كل من الفولاذ الكربوني وسبائك الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ المجلفن بمزايا خاصة به ومناسب لتطبيقات مختلفة. تختلف الأنابيب غير الملحومة والأنابيب الملحومة في الأداء والتكلفة بناءً على عمليات التصنيع وخصائصها. سيساعد فهم خصائص هذه المواد في اتخاذ خيارات أكثر استنارة في التطبيقات العملية.