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Tubi in acciaio inossidabile ferritico sono ampiamente utilizzati nei sistemi di scarico automobilistici, negli scambiatori di calore e negli elettrodomestici grazie alla loro eccellente resistenza alla tensocorrosione (SCC), al basso coefficiente di dilatazione termica e ai vantaggi in termini di costi. I loro processi di produzione sono principalmente classificati in tubi senza saldatura e saldati. Questi processi differiscono in modo significativo, ma entrambi sono cruciali per le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione del prodotto finale.
Processo di produzione di tubi in acciaio inossidabile ferritico senza saldatura
La chiave per la produzione di tubi senza saldatura risiede nel raggiungimento di un'elevata uniformità nella struttura e nelle proprietà del materiale su tutta la parete del tubo attraverso la perforazione a caldo e la lavorazione a freddo di precisione, evitando così l'introduzione di eventuali difetti di saldatura.
1. Preparazione e perforazione
Selezione della materia prima: vengono utilizzate billette rotonde in acciaio inossidabile ferritico di elevata purezza. Poiché i gradi ferritici (come 430, 439 e 444) hanno generalmente una duttilità inferiore rispetto agli acciai austenitici, la qualità metallurgica delle billette è estremamente elevata, con uno stretto controllo delle inclusioni e della segregazione.
Riscaldamento: la billetta viene riscaldata alla temperatura di perforazione. Il controllo preciso della temperatura garantisce duttilità evitando l'ingrossamento dei grani o l'ossidazione superficiale.
Perforazione: un perforatore rotante viene utilizzato per perforare una billetta di acciaio solido in un guscio cavo. Questa è la fase più critica nella produzione di tubi senza saldatura, poiché la qualità della perforazione determina direttamente la difficoltà dei processi successivi e la qualità delle superfici interne ed esterne del tubo.
2. Laminazione e disegno
Laminazione a caldo/Estrusione: il guscio entra quindi in un laminatoio per tubi (come un laminatoio Pilger) per un'ulteriore laminazione a caldo per ridurre il diametro esterno e lo spessore della parete, migliorando al contempo la qualità della superficie interna ed esterna e l'accuratezza dimensionale, risultando in un tubo grezzo. Per alcuni tipi altolegati è possibile ricorrere all'estrusione.
Preparazione per la lavorazione a freddo: il tubo grezzo viene decapato per rimuovere le incrostazioni di ossido e prepararlo per la lavorazione a freddo.
Lavorazione a freddo: questo è un passo fondamentale per ottenere tubi senza saldatura ad alta precisione. Comprende principalmente la laminazione a freddo e la trafilatura a freddo. La trafilatura a freddo fa passare il tubo attraverso una matrice, riducendone le dimensioni e migliorandone la finitura superficiale. La lavorazione a freddo aumenta significativamente la resistenza del tubo, ma provoca anche un incrudimento e riduce l'allungamento.
3. Trattamento termico e finitura
Ricottura: dopo la lavorazione a freddo, il tubo deve essere sottoposto a solubilizzazione (o ricottura intermedia) per eliminare l'incrudimento e le tensioni residue, ripristinare la duttilità dell'acciaio inossidabile ferritico e ottimizzarne la resistenza alla corrosione. La temperatura di ricottura e il tempo di mantenimento influiscono in modo significativo sulla dimensione dei grani dei tubi ferritici.
Raddrizzatura: Elimina le pieghe introdotte durante il trattamento termico.
Finitura e ispezione: include taglio, smussatura, decapaggio, lucidatura e, soprattutto, test non distruttivi (NDT), come test con correnti parassite e test a ultrasuoni, per garantire che il tubo sia privo di difetti interni come crepe o strati intermedi.
Processo di produzione di tubi saldati in acciaio inossidabile ferritico
La produzione di tubi saldati si basa su nastri (coil), offrendo i vantaggi di un'elevata efficienza produttiva e precisione dimensionale. Tuttavia la struttura metallografica nella zona di saldatura deve essere coerente con quella del materiale base e deve essere evitata la corrosione intergranulare.
1. Preparazione e Formatura
Preparazione della materia prima: viene utilizzato un coil laminato a freddo di acciaio inossidabile ferritico finito (coil laminato a freddo) o un coil laminato a caldo. La qualità del bordo e la tolleranza dello spessore del nastro sono fondamentali e influiscono direttamente sulla stabilità della saldatura successiva.
Taglio: il coil viene tagliato longitudinalmente in strisce di larghezza specifica, corrispondenti esattamente alla circonferenza del tubo desiderato.
Formatura continua: la striscia passa attraverso una serie di rulli, piegandola gradualmente in una forma di tubo rotondo aperto, nota come tubo grezzo. Questo processo deve essere uniforme e continuo per evitare concentrazioni di stress.
2. Saldatura
Saldatura ad induzione ad alta frequenza (HFIW) o saldatura ad arco al plasma (PAW): questo è il metodo di saldatura più comunemente utilizzato per tubi in acciaio inossidabile ferritico.
HFIW utilizza una corrente elettrica ad alta frequenza per generare calore, fondendo i bordi del pezzo grezzo del tubo. Poiché i gradi di acciaio inossidabile ferritico (in particolare i gradi stabilizzati) hanno generalmente un'eccellente saldabilità, HFIW può ottenere una saldatura autogena rapida e di alta qualità (senza l'aggiunta di metallo d'apporto).
La chiave del processo di saldatura è il controllo preciso dell'apporto di calore e dell'estrusione per garantire l'affinamento del grano nell'area di saldatura, prevenire la formazione di fasi fragili come la martensite e ridurre al minimo l'ossidazione della saldatura.
Taglio del cordone: dopo la saldatura, i cordoni di saldatura sporgenti all'interno e all'esterno della saldatura devono essere rimossi immediatamente per soddisfare i requisiti dimensionali e di resistenza ai fluidi.
3. Dimensionamento e finitura
Ricottura in bianco in linea: per l'acciaio inossidabile ferritico, la ricottura in bianco continua in linea viene generalmente eseguita immediatamente dopo la saldatura. Il trattamento termico in atmosfera protettiva (come idrogeno o una miscela di azoto-idrogeno) mira a ripristinare la microstruttura della saldatura e la sua zona termicamente alterata (HAZ), eliminare le tensioni residue e mantenere la finitura superficiale del tubo, eliminando la necessità di ulteriore decapaggio.
Dimensionamento e raddrizzatura: dopo la ricottura, il tubo passa attraverso un mulino di calibratura per la calibratura finale e la correzione della rotondità, seguita dalla raddrizzatura.
Test con correnti parassite: il test con correnti parassite dell'area di saldatura è una fase fondamentale del controllo qualità, garantendo che la saldatura sia priva di difetti come penetrazione incompleta, porosità e crepe.
