Van bandstaal tot stalen buizen

Hoe worden stalen buizen vervaardigd?

We vinden stalen buizen overal om ons heen. Denk maar eens aan de uitlaat van een auto, de centrale verwarmingsbuis, tuinstoelen, het frame van een tent, steigers en hekwerk. Het zijn allemaal zaken waarin stalen buizen zijn verwerkt. En dan hebben we het niet eens gehad over alle buizen die niet te zien zijn zoals buizen onder de grond waarin gas, water en andere media worden getransporteerd. De vraag is alleen: hoe worden deze buizen vervaardigd?

Het vervaardigen van stalen buizen

Grondstoffen van de stalen-buizenfabricage bestaan uit rollen bandstaal die vanuit staalfabrieken worden binnengehaald. Voor de productiebuizen worden de rollen een voor een afgerold en met de uiteinden aan elkaar gelast. Zo ontstaat er één eindeloze strook bandstaal. De lasnaad wordt vervolgens nageslepen om een zo glad mogelijk oppervlak te verkrijgen, zodat het uiteindelijke vormproces niet wordt verstoord.

Vormgedeelte walsrollen

Bij het vormgedeelte van de productielijn voert men via een voorraadlus het bandstaal in. Daarbij wordt er gewerkt met een aantal walsstoelen met horizontale en verticale walsrollen. Het platte bandstaal wordt tussen deze walsrollen stapsgewijs omgevormd tot een ronde buis. Wel hebben deze nog een open naad, maar die wordt later op de lasplaat gesloten. Hierbij worden de bandkanten door middel van hoogfrequente elektrische stromen tot de lastemperatuur van 1500 °C verhit.

Stomplassen

Door de kanten met behulp van drukrollen en zonder toevoegingsmateriaal sterk tegen elkaar te drukken ontstaat er een zogenaamde stomplas. Bij het stomplassen worden alle eventuele verontreinigingen in het materiaal naar buiten gedrukt, zodat er een goede en zuivere lasverbinding ontstaat.

Afschaven

Het naar buiten gedrukte materiaal vormt zowel aan de binnen- als buitenkant van de buis een lasrups die er aan de buitenkant meteen wordt afgeschaafd. In sommige gevallen gebeurt dit ook aan de binnenkant bijvoorbeeld bij buizen, die bestemd zijn voor gastransport.

Kalibreerrollen

Na het schaven voert men de stalen buizen langs de kalibreerrollen. Daar worden de buizen op de juiste diameter gebracht. Hierbij wordt het staal van band tot buis door de vorm en lasgedeeltes heen getrokken.

Kwaliteitscontrole

Na het kalibreergedeelte wordt de lasnaad met een speciaal daarvoor ontworpen apparaat gecontroleerd op eventuele fouten in de lasnaad. Deze fouten worden zichtbaar gemaakt op een scherm. Dit apparaat controleert tevens de sterkte van de voortsnellende buis. Een gedeelte buis dat niet aan de controle voldoet wordt automatisch uit de productielijn geworpen. Het elektronisch werkende controleapparaat noemt men de zogenaamde discomat.

Het gewenste staal profiel

Het gaat niet altijd om het produceren van een perfecte ronde buis. Het is ook mogelijk om buizen met een andere vorm van de doorsnede te maken. In de profileerinstallatie wordt de geproduceerde ronde buis dan door walsensets in het gewenste profiel gebracht. Dan kan het bijvoorbeeld gaan om een vierkante of rechthoekige, een platte of elliptisch-ovale, tunnel of trapezevormige doorsnede.

Na het lassen is er een eindeloze ronde buis of profielbuis verkregen. Deze kan voor de afnemer nog op de gewenste lengte gezaagd worden. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van een vliegende zaag. Dat is een meelopende zaag die het commando ‘zagen’ ontvangt wanneer de apparatuur die verzendt. De lengten kunnen variëren van 5 tot 12 meter. De gezaagde buizen worden mechanisch uit de lijn van de lasmachine verwijderd door de uitwerper, die elektronisch gekoppeld is aan de discomat. De discomat selecteert de buizen dan weer op kwaliteit en werpt uit waar nodig.

Staal in de gloeioven

Een deel van de geproduceerde buis moet nog een gloeibewerking ondergaan om de ontstane spanningen te vereffenen. Daarom glijdt de uitgangsbuis in 12 meter lange stukken naar een 60 meter lange gloeioven. Daarin worden de buizen verhit tot een temperatuur van 960 °C. In zo’n doorloopgloeioven bevinden zich 35 kamers van ronde vorm, deze zijn achter elkaar geplaatst. In iedere kamer bevinden zich weer 280 branders die door middel van aardgas worden gestookt en waarbij iedere brander ca. 7 m³ gas per uur kan verbranden. Dat gasverbruik probeert men te verminderen door de verbrandingslucht voor te verwarmen met de al aanwezige warmte van de verbrandingsgassen. Normaal gesproken zouden die de ruimte verlaten, maar in veel gevallen wordt er liever nuttig gebruik van gemaakt. Na de doorloopgloeioven wordt de buis in een strek-reduceerwals op de gewenste diameter gebracht. Na koeling op een bijna onafzienbaar koel bed volgt het zagen op handelslengtes van 6 meter.

Keuring van stalen buizen

Bij de uitwerper staan een koudzaag en een monsterpers ten dienste van de monstermaker. Hiermee worden de buizen uit de goedkeurburn op kwaliteit getest. Na de goedkeuring van de officiële keuringsinstantie (de TUV) kunnen de buizen met zeer hoge kwaliteitseisen geleverd worden. We hebben het hier dan over buizen met een lasnaadfactor van 0,9 of 1. Dat betekent dat de buis voor 90 tot 100% de sterkte bezit van een naadloze buis. Hiervoor moet er dan wel één op de tien buizen (en soms zelfs elke buis) gekeurd worden.

Het richten van profielbuizen

De goedgekeurde buizen die verkregen zijn uit de productie moeten voor de verkoop kaarsrecht gemaakt worden. Dat wordt gedaan in de richtmachine, die geschikt is voor alle lengtes. De richtmachine is uitgerust met zes walsen die de buizen koud richten. Dat gebeurt volgens hetzelfde principe als bij de profielrichtmachine. Voor verdere nabewerking worden de lange buizen naar een afwerkstraat getransporteerd. Daar volgen er verschillende nabewerkingen die de lange buizen in het dwarstransport moeten ondergaan.

In dit proces gaan de buizen eerst (weer) langs een koudzaag en een monsterpers. Daar kunnen de buizen alsnog gekeurd worden, mocht dat nog niet gebeurd zijn bij de uitwerper van de lasmachine.
Na de keuring worden de buizen gevlakt op de vlakband. Daar worden de buizen ontdaan van bramen (die ontstaan bij het zagen) en haaks gemaakt. Op verzoek van de klant kunnen de buizen hierna aan één zijde opgetrompt worden. Bij het trompen van een buis wordt het uiteinde van de buis verwarmd en door middel van een doorn wijder gemaakt.

Na de vlakband en het eventuele trompen komen de buizen bij de proefpers. Daar worden ze afgeperst met een vloeistof onder een druk van wel 700 bar. Bij de proefpers worden ook de binnenschaafkrullen door middel van spoelen verwijderd.

De vlakband, de proefpers en de spoelsectie zijn aan één zijde verplaatsbaar. Hierdoor zijn ze geschikt voor het afwerken van buizen van 7 tot 14 meter.

De afgekeurde buizen vallen in een afkeurburn. De goedgekeurde buizen worden via een rollentransport eerst langs een stempelapparaat gebracht en vervolgens naar de goedkeurburn. Op de plaats van het stempelapparaat kan er ook ultrasoon getest worden door de kwaliteitsafdeling.

De nabewerking van buizen tot een lengte van ca. 7 meter gebeurt op andere installaties en bestaat na het richten eveneens uit vlakken en afpersen tot een druk van 100 bar. Bovendien bestaat de mogelijkheid om de einden van de buis van schroefdraad te laten voorzien. Er zijn verschillende manieren om de buizen te beschermen. Er kan een zinklaagje worden aangebracht of buizen kunnen worden bekleed met een polyetheenlaag.

Het verzinken van stalen buizen

Voor het verzinken worden de buizen eerst gebeitst in een zuurbad om de gevormde ijzeroxyden te verwijderen. De ijzeroxyden verbinden zich met zoutzuur tot FeC12  (FeC1₂) .  Een inhibitor of beitsrem in het zoutzuur zorgt ervoor dat er geen afsplitsing van waterstofgas plaatsvindt. Na het beitsbad worden de buizen schoongespoeld met warm water en vervolgens gedroogd in een droogoven. Na de droogoven komen de buizen in een fluxbad. Op het staaloppervlak moet namelijk een laag flux aanwezig zijn omdat de reactie van het zink met het ijzer anders niet goed kan verlopen. De flux bestaat uit een waterige oplossing van dubbelzout in water. Dubbelzout is een mengkristal van één deel ZnC12 en twee delen NH4C12, vandaar de naam dubbelzout. De beide zouten kunnen nagenoeg in alle verhoudingen met elkaar uitkristalliseren.

Het verzinken wordt uitgevoerd in vloeibaar zink met een temperatuur van rond de 450 °C, dat wil zeggen bij een temperatuur die ca. 30 °C hoger ligt dan het smeltpunt van zink. Wanneer een stalen voorwerp in dit vloeibare zink wordt gedompeld ontstaan er verschillende reacties aan het staaloppervlak.

Bij droog verzinken wordt het relatief koude stalen voorwerp direct in vloeibaar zink gestoken. Het smeltpunt van de flux is ca. 230 °C en het smeltende fluxzout oefent een zwakke beitsende werking uit op het staaloppervlak. Hierdoor worden nog eventueel aanwezige restanten ijzeroxyden verwijderd. De flux laat van het oppervlak los en drijft naar boven, een schoon oppervlak wordt dan achtergelaten. Het vloeibare zink reageert spontaan op het ijzer uit het staal en vormt hiermee zink-/ ijzerlegeringslagen. Tijdens deze reactie wordt een borreling aan het zinkoppervlak waargenomen, dit wordt ook wel afkoken genoemd.
Wanneer dit afkoken is opgehouden heeft het voorwerp de temperatuur van het zink aangenomen. Het voorwerp kan nu uit het zink worden gehaald. De tijdsduur van verwarming, dompeltijd genaamd, is sterk afhankelijk van de warmte-inhoud van het te verzinken voorwerp.