Politecnico Milano - CR
Tubi saldati in Acciaio al carbonio
Cremona 15/6/2015
La produzione dei tubi saldati presso ATA
ITecnologie dei processi di fabbricazione a freddo, caldo e finitura di tubi saldati
1.0 Il gruppo Arvedi
Il gruppo Arvedi produce oltre 3.5 milioni ton/anno di prodotti in acciaio;
ha un fatturato di circa € 2.5 miliardi e circa 2600 dipendenti.
L’asset produttivo si compone dei seguenti 6 stabilimenti:
Coils in acciaio laminati a freddo, decapati e zincati a richiesta Tubi saldati in acciaio al carbonio neri, normalizzati, zincati, rivestiti Tubi in acciaio al carbonio trafilati
Tubi in acciaio inossidabile saldati
Nastri di precisione in acciaio inossidabile laminati a freddo Tubi in acciaio al carbonio, sia saldati che trafilati
1.0 Il gruppo Arvedi
L’integrazione verticale tra le aziende del gruppo, rende lo stesso un «player»
in grado di soddisfare anche le richiesti dei clienti più esigenti.
L’integrazione è la nostra forza
1.0 Il gruppo Arvedi
ESP dalla siviera al coil finito
250 tonnellate di acciaio
liquido
in 180 m diventano
Coils laminati a
caldo
2.0 L’Acciaieria Arvedi
ISP dal 1993 ESP dal 2009
● Importante riduzione delle dimensioni dell’impianto: l’acciaio liquido è processato in un ciclo unico e senza interruzioni in uno spazio di 180-190m contro gli 800-1200 m degli impianti convenzionali (che sono anche distinti in fasi separate) erispetto agli oltre 400 m delle tecnologie concorrenti.
● Sistema batch della finitura ● Sistema Endless sull’intera linea
● Significativo risparmio di energia ● Risparmio di energia ancora maggiore
● Opex and Capex più bassi ● Opex and Capex ancora più bassi
● Prodotto di alta qualità e spessore sottile ● Qualità migliorata per alcuni prodotti e (1-1.5 mm) che non possono essere prodotti spessori ancora più sottili (0.7-1 mm) su impianti di laminazione a caldo convenzionali ● Alta flessibilità e capacità di fornire
servizio time-to-market, e “just-in-time”
ISP ESP
2.0 L’Acciaieria Arvedi
L’evoluzione: da ISP a ESP
Gamma dimensionale coils neri/decapati:
Larghezza:1250 mm ÷1500 mm Spessore:0,95 mm ÷ 12 mm
Gamma dimensionale coils zincati:
Larghezza:1250 mm ÷1500 mm Spessore:0,29 mm ÷ 4 mm
All’interno dell’ampio mix di prodotti, i punti di forza sono i gradi acciaio speciali:
- acciai HSLA (alto snervamento micro legati) neri / decapati (da S315MC a S700MC) e zincati (da HX300LAD a HX420LAD) - acciai multifase neri / decapati (DP600, FB590, DP800) e zincati (HDT580X e HDT560F)
Gli spessori sottili ed ultra sottili:
- fino ad un minimo di 0,95mm per i coils neri e decapati
- fino ad un minimo di 0,29mm per i coils zincati a spessore ultrasottile
with close tolerances:
Tolleranze dei coils laminati a caldo Arvedi ESP® a confronto con le tolleranze prescritte dagli standard Automotive
2.0 L’Acciaieria Arvedi
Arvedi Tubi Acciaio (ATA) è una delle prime società del Gruppo fondato dal cav. Giovanni Arvedi.
ATA ha iniziato la sua attività nel 1973 con la produzione di tubi in acciaio saldato nello
stabilimento di Cremona. Il riduttore a stiramento
(SRM) è stato istallato a valle di una linea di saldatura ad alta frequenza (ERW), una novità assoluta in Italia. Partendo dalla produzione di tubi per acqua e gas neri e zincati con il marchio Arvedi LC (laminato a caldo), nel giro di due anni è stato in grado di proporre un nuovo prodotto, il tubo GSM, (tubo laminato a caldo di grosso spessore) per applicazioni speciali.
Con il tubo GSM, molto più preciso ed uniforme rispetto ad un “seamless (senza saldatura)”, ha acquisito quote di mercato sempre crescenti nei settori della
meccanica e delle trafile.
3.0 ATA - La storia
Nel 1974 l’Acciaieria inizia a produrre bramme e blumi.
Nel 1977 vengono istallate due linee per la produzione di tubi saldati atti ad applicazioni meccaniche e utilizzi ad alte temperature; negli anni ‘80 vengono aggiunte ulteriori linee produttive ed impianti di finitura.
La presenza dell’Acciaieria, partita nel 1974, ha avuto senza dubbio un effetto positivo sullo sviluppo dei prodotti; l’ingresso in nuovi campi di applicazione è infatti stato possibile grazie allo sviluppo di acciai altoresistenziali utilizzati nella produzione di tubi per impiego nel settore automotive e nell’oil&gas.
Nel 1992, con la costruzione di un nuovo sito produttivo per l’Acciaieria, che sfrutta una innovativa tecnologia, ATA si dedica totalmente alla produzione dei tubi,
istallando altre due nuove linee di saldatura, forni per il trattamento termico dei tubi, sistemi tecnologicamente avanzati per il controllo non distruttivo e di
processo.
3.0 ATA - La storia
La strategia di ATA negli anni 2006 – 2009 vede una forte revisione del business plan, che porta ad un importante programma di investimenti. Nuove linee
sostituiscono le vecchie e vengono aggiunte in modo da ampliare la gamma
produttiva. Anche i controlli in linea e fuori linea vengono rinnovati e ottimizzati al fine di migliorare il livello qualitativo del prodotto.
Nel 2008 Arvedi Tubi Acciaio assume il controllo di Metalfer Spa, la più importante trafileria in Italia e una delle principali in Europa.
Nel 2010 diventa pienamente operativa la nuova linea di produzione per grandi diametri e tubi a sezione quadrata e rettangolare.
3.0 ATA - La storia
4.0 ATA: impianti e gamma produttiva
Gamma produttiva:
• Diametro: 17.2 mm ÷ 323.9 mm
• Spessore: 1.2 mm ÷ 16 mm
• Tubi a sezione circolare, quadrata e rettangolare.
ATA impianti produttivi:
- 3 slitters
- 1 riduttore a stiramento - 5 linee di saldatura (ERW) - 1 zincatura a caldo
- 2 forni di trattamento termico - 2 linee di finitura
- 1 prova idraulica
4.1 ATA: gamma produttiva
TUBI A SEZIONE TONDA
4.1 ATA: gamma produttiva
TUBI A SEZIONE QUADRATA E RETTANGOLARE
Pocessi di
produzione dei Tubi
Processo di produzione Arvedi Tubi Acciaio 5.0 ATA: Il processo di
produzione dei tubi
5.0 ATA: Il processo di
produzione dei tubi
La materia prima è costituita da coils in acciaio laminati a caldo con bordi grezzi. Con superfici nere o decapate.
5.1 ATA: Produzione tubi La materia prima
Lo slitter è un impianto che esegue il taglio longitudinale del coil in nastri.
La larghezza del nastro è funzione del diametro di tubo che si vuole ottenere.
I bordi grezzi laterali del coil vengono scartati durante l’operazione di taglio (sfrido).
5.2 ATA: Produzione tubi Il taglio dei Coils
<< LOOPING (riserva nastro)
Accumulatore posizionato tra la zona di carico e
svolgimento nastro sulla linea di saldatura e stand di formatura.
FORMATRICE >>
Serie di rulli che formano il nastro a tubo preparando i bordi per la saldatura.
5.3 ATA: Produzione tubi
La formatura del nastro
La saldatura ERW-HF avviene per
compenetrazione tra i bordi del nastro.
La saldatura avviene in un punto di contatto detto
“V di saldatura” in cui la corrente indotta da una bobina concentra tutta la potenza del generatore.
La pressione di compenetrazione viene trasmessa al tubo dai rulli della testa di saldatura.
E’ una saldatura senza materiale di apporto 5.4 ATA: Produzione tubi
La saldatura del tubo
I tubi madre (tubi ERW) vengono accumulati su un bancale
I tubi madre vengono scaldati in un forno ad induzione e laminati alla dimensione finale
5.5 ATA: Produzione tubi I tubi LC
Dopo la laminazione i tubi vengono raffreddati in aria ambiente.
Successivamente, le fasi di finitura:
-Taglio alla lunghezza finita - raddrizzatura
- intestatura
- prove e controlli CND.
Lo stato di fornitura di un tubo laminato a caldo è equiparabile ad un tubo normalizzato in quanto non c’è differenza, in termini di struttura e caratteristiche, tra la zona termicamente alterata (ZTA) ed il corpo tubo. La struttura risulta omogenea e gli incrudimenti dovuti al precedente processo di formatura sono cancellati.
5.5 ATA: Produzione tubi I tubi LC
I tubi ERW possono essere trattati termicamente.
Uno stato di fornitura tipico per i tubi ERW è lo stato normalizzato.
Il trattamento di normalizzazione viene eseguito su forni passanti.
Il trattamento è effettuato in atmosfera controllata.
5.6 ATA: Produzione tubi (Finitura) I trattamenti termici
Le linee di finitura sono attrezzate per eseguire le seguenti operazioni:
• raddrizzatura (per i tubi dopo il trattamento termico)
• oleatura (come protezione temporanea)
• intestatura
• CND
• taglio a lunghezza
•Marcatura / punzonatura
• imballaggio
5.6 ATA: Produzione tubi (Finitura) Le operazioni di finitura
•
analisi chimica
• prova di trazione
• prove di resilienza
• prova di durezza
• microscopia
• rugosità superficiale
6.0 ATA: controlli di laboratorio
In ATA l’analisi di un acciaio viene determinata per via strumentale tramite analisi spettrometrica
Lo spettrometro ad emissione analizza il metallo tramite una scarica elettrica che viene fatta scoccare tra il campione,
precedentemente preparato per molatura, ed un elettrodo in
tungsteno o argento in una camera di atmosfera inerte (argon).
6.1 ATA: controlli di laboratorio Analisi chimica
La prova di trazione consiste nel sottoporre un provino, che presenta un tratto a sezione costante, ad un carico di trazione applicato lungo il suo asse, carico che
cresce gradualmente fino a portare alla rottura il provino. Da questa prova è possibile ricavare un grafico "sforzo-deformazione" caratteristico dei vari tipi di acciaio.
Le informazioni salienti sono:
Carico unitario di rottura (R) = carico totale (N) / sezione originale della provetta (mm2) Carico unitario di scostamento dalla
proporzionalità (Rp) = carico totale al limite di snervamento / sezione originale della provetta (mm2)
Allungamento (A%) = Lf – Li / Li x100
6.2 ATA: controlli di laboratorio Prova di Trazione
Con la resilienza si misura la tenacità
dell'acciaio. La prova consiste nel colpire con una mazza di peso noto (pendolo Charpy), un provino nel quale è stato fatto un intaglio per favorire la rottura.
L'intaglio può essere di due tipi a "V" oppure a
"U".
Il simbolo della resilienza è la lettera "K" seguito dalla lettera V oppure U in base all'intaglio della provetta.
La prova può essere eseguita a temperatura ambiente a 0 °C oppure a temperature sotto zero °C.
6.3 ATA: controlli di laboratorio Prova di Resilienza
La durezza di un materiale è normalmente definita come la sua resistenza alla deformazione, intesa come resistenza a lasciarsi scalfire da un altro materiale più duro.
Esistono vari metodi di misura: Brinell, Rockwell, Vickers.
Tra i valori di durezza ottenuti con i diversi metodi e quelli di trazione è possibile stabilire una
corrispondenza che ha solo valore empirico ma che è molto utile agli effetti pratici.
6.4 ATA: controlli di laboratorio Prova di Durezza
La rugosità di una superficie può essere misurata mediante strumenti denominati rugosimetri.
La rugosità è una proprietà della superficie di un corpo, costituita da
microimperfezioni geometriche normalmente presenti sulla superficie o anche risultanti da lavorazioni meccaniche.
Il procedimento di misura della rugosità consiste nella registrazione del profilo della superficie ottenuto lungo una determinata linea di misura (o di scansione).
6.5 ATA: controlli di laboratorio Prova di Rugosità
Una porzione di materiale prelevato dal pezzo da analizzare viene inglobato a caldo in una capsula formata da una resina termoindurente. La superficie da analizzare viene levigata e lucidata con panni diamantati di granulometria sempre più fine (fino al micron). Le provette vengono attaccate con
soluzioni acide in funzione delle strutture che si vogliono evidenziare.
6.6 ATA: controlli di laboratorio Analisi Micrografica
- Norme / specifiche - fattibilità
- materia prima
SAP
Interazione dati:
- produzione (campioni) - laboratorio
- spedizioni 6.7 ATA: controlli di laboratorio
Certificato di collaudo
Input
Programmazione
- Norme / specifiche - fattibilità
- materia prima
SAP
ordine cliente
Materia prima
SAP APO
Produzione
& spedizione SPC
Output Sistema Informativo
7.0 ATA: Gestione informazioni
Comunicazione agli operatori 7.0 ATA: Gestione informazioni
Analisi dati produzione 7.0 ATA: Gestione informazioni
SPC in campo 7.0 ATA: Gestione informazioni
Run time dati processo 7.0 ATA: Gestione informazioni
Analisi dati laboratorio 7.0 ATA: Gestione informazioni
39 Organizzazione Organizzazione aziendale >> regole – responsabili – tempi - modi
Personale qualificato - saldatori
- operatori di controllo qualità
- operatori di controllo non distruttivo - operatori di laboratorio
Controllo materia prima - acquisto materia prima con specifiche Arvedi Materiale / identificazione e controllo - identificazione
- rintracciabilità
Controllo del processo di produzione - cicli/flussi di fabbricazione
- P.O.S. (Pratiche Operative Standard)
Ispezioni e controlli - prove distruttive
- controlli dimensionali - controlli visivi
- 100% C.N.D.
- prove di laboratorio
8.0 ATA: Piano Qualità
40 Equipaggiamenti di misura e controllo - Calibrazione
sistemi di misura manuali e automatici
C.N.D.
strumentazione e apparecchiature laboratorio
Azioni correttive - Audit di processo
- metodo 8D
Dati di prodotto/processo - dati di produzione - certificazione 3.1
8.0 ATA: Piano Qualità
Caratteristica Controlli Piani di reazione
Qualità Della saldatura
Nastri dell’Acciaieria ARVEDI
(analisi / caratteristiche mecc./spessore costante) +
Operatori qualificati +
P.O.S. = pratiche operative standard +
Prove distruttive +
Controlli visivi +
100% controllo non distruttivo +
SPC +
Controlli di processo +
Manutenzione
Analisi di laboratorio (micrografia)
+
Ulteriori analisi se necessarie
+
Individuazione delle cause
/
piani di reazione
8.0 ATA: Piano Qualità
9.0 ATA: Campi di applicazione L’Automotive
Tubi:
Ø da 48.3 a 323.9 mm Spessori: da 3.0 a 16 mm
9.1 ATA: Campi di applicazione Strutture Speciali
Un esempio di applicazione dei
tubi strutturali ARVEDI Le vele di copertura del
Cardo e del Decumano EXPO
2015
TUBI ERW FINITI A CALDO:
- NON SOLO TUBI TONDI (COME PRODOTTO E FORNITO SINO AD OGGI) - MA ANCHE TUBI QUADRI E RETTANGOLI
9.1 ATA: Campi di applicazione Strutture Speciali
Tubi: 180X180 / 200X200 / … mm Spessore: 8 ÷ 12.5 mm
Norma: EN 10210
Grado d’acciaio: S355J2H
9.1 ATA: Campi di applicazione Strutture Speciali
Un esempio di applicazione dei tubi strutturali finiti
a caldo ARVEDI Connessione dei
due terminal – Aeroporto di
Bruxelles
10.0 ATA
