Comprendere la metallurgia dei tubi e delle tubature in acciaio

I vari protocolli di prova (Brinell, Rockwell, Vickers) hanno procedure specifiche per l'oggetto in prova. Il test Rockwell T è adatto per controllare i tubi a parete leggera tagliando il tubo longitudinalmente e testando la parete dal diametro interno anziché dal diametro esterno.

Ordinare un tubo è un po' come andare in un concessionario di automobili e ordinare un'auto o un camion. Le numerose opzioni disponibili al giorno d'oggi consentono all'acquirente di personalizzare il veicolo in tutti i modi: colori interni ed esterni, pacchetti di finiture interne, opzioni di stile esterno, scelte di trasmissione e sistemi audio che quasi competono con i sistemi di intrattenimento domestico. Date tutte queste scelte, probabilmente non ti accontenterai di un veicolo standard e senza fronzoli.

I tubi d'acciaio sono così. È disponibile in migliaia di scelte o specifiche. Dimensioni a parte, le specifiche richiamano la chimica e diverse proprietà meccaniche, come il carico di snervamento minimo (MYS), il carico di rottura a trazione (UTS) e l'allungamento minimo prima della rottura. Tuttavia, molti nel settore (ingegneri, agenti di acquisto e produttori) utilizzano un'abbreviazione industriale accettata e richiedono un tubo saldato "semplice" e specificano solo una caratteristica: la durezza.

Prova a ordinare un'auto in base a una singola caratteristica ("Me ne serve una con cambio automatico") e non andrai troppo lontano con il venditore. Deve compilare un modulo d'ordine e contiene molte opzioni. I tubi in acciaio sono così: per ottenere il tubo giusto per l'applicazione, il produttore del tubo ha bisogno di molte più informazioni oltre alla semplice durezza.

In che modo la durezza è diventata un sostituto accettato delle altre proprietà meccaniche? Potrebbe essere iniziato con i produttori di tubi. Poiché un test di durezza è rapido, semplice e richiede attrezzature relativamente economiche, i venditori di tubi spesso utilizzavano un test di durezza per confrontare due tubi. Per eseguire il test di durezza, avevano solo bisogno di una sezione liscia del tubo e di un banco di prova.

La durezza di un tubo si correla bene con l'UTS, e da lì una regola empirica, una percentuale o un intervallo di percentuali, aiuta a stimare il MYS, quindi è facile vedere come il test di durezza abbia preso piede come proxy adatto per altre caratteristiche.

Inoltre, gli altri test sono relativamente complicati. Mentre un test di durezza richiede solo un minuto circa su una macchina, i test MYS, UTS e di allungamento richiedono la preparazione del campione e un investimento sostanziale in apparecchiature di laboratorio su larga scala. A titolo di confronto, si pensi in termini di secondi per una prova di durezza da parte di un operatore di un laminatoio per tubi e di ore per una prova di trazione da parte di un tecnico metallurgico dedicato. Effettuare un controllo della durezza non è difficile.

Questo non vuol dire che i produttori di tubi ingegnerizzati non utilizzino test di durezza. Si può dire con certezza che la maggior parte lo fa, ma poiché eseguono valutazioni di ripetibilità e riproducibilità su tutte le loro apparecchiature di prova, sono ben consapevoli dei limiti del test. La maggior parte degli utenti valuta la durezza di un tubo come parte del processo di produzione, ma non la utilizza per quantificare le caratteristiche del tubo. È semplicemente un test "vai/non vai".

Perché è necessario conoscere MYS, UTS e l'allungamento minimo? Indicano come si comporterà il tubo in un assemblaggio.

Il MYS si riferisce alla quantità minima di forza che provoca una deformazione permanente in un materiale. Se provi a piegare leggermente un pezzo di filo diritto, come quello di una gruccia, e a rilasciare la pressione, accadrà una delle due cose: tornerà alla sua condizione originale (dritto) o rimarrà piegato. Se è ancora dritto, non hai superato il MYS. Se rimane piegato, lo hai superato.

Ora, afferra entrambe le estremità del filo con un set di pinze. Se riesci a strappare il filo in due pezzi, hai superato il suo UTS. Ci metti molta tensione e hai due lunghezze di filo da mostrare per il tuo sforzo sovrumano. Se la lunghezza originale del filo era di 5 pollici e le due lunghezze dopo il guasto si sommano fino a 6 pollici, il filo si allungava di 1 pollice, ovvero del 20%. Un test di allungamento effettivo effettua una misurazione entro 2 pollici dal punto di rottura, ma non importa: il concetto di tiro del filo illustra l'UTS.