Politecnico Milano -CR Tubi saldati in Acciaio al carbonio. Cremona 15/6/2015

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1 Politecnico Milano -CR Tubi saldati in Acciaio al carbonio Cremona 15/6/2015

2 La produzione dei tubi saldati presso ATAI Tecnologie dei processi di fabbricazione a freddo, caldo e finitura di tubi saldati

3 1.0 Il gruppo Arvedi

4 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 al carbonio, sia saldati che trafilati Tubi in acciaio inossidabile saldati Nastri di precisione in acciaio inossidabile laminati a freddo

5 1.0 Il gruppo Arvedi L integrazione è la nostra forza L integrazione verticale tra le aziende del gruppo, rende lo stesso un «player» in grado di soddisfare anche le richiesti dei clienti più esigenti.

6 2.0 L Acciaieria Arvedi 250 tonnellate di acciaio liquido ESP dalla siviera al coil finito in 180 m diventano Coils laminati a caldo

7 2.0 L Acciaieria Arvedi ESP dal 2009 L evoluzione: da ISP a ESP ISP dal 1993 ISP ESP Importante riduzione delle dimensioni dell impianto: l acciaio liquido è processato in un ciclo unico e senza interruzioni in uno spazio di m contro gli 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

8 2.0 L Acciaieria Arvedi 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: Gamma dimensionale coils neri/decapati: Larghezza: 1250 mm 1500 mm Spessore: 0,95 mm 12 mm Tolleranze dei coils laminati a caldo Arvedi ESP a confronto con le tolleranze prescritte dagli standard Automotive Gamma dimensionale coils zincati: Larghezza: 1250 mm 1500 mm Spessore: 0,29 mm 4 mm

9 3.0 ATA - La storia 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.

10 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.

11 3.0 ATA - La storia La strategia di ATA negli anni 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.

12 4.0 ATA: impianti e gamma produttiva 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 Gamma produttiva: Diametro: 17.2 mm mm Spessore: 1.2 mm 16 mm Tubi a sezione circolare, quadrata e rettangolare.

13 4.1 ATA: gamma produttiva TUBI A SEZIONE TONDA

14 4.1 ATA: gamma produttiva TUBI A SEZIONE QUADRATA E RETTANGOLARE

15 5.0 ATA: Il processo di produzione dei tubi Pocessidi produzione dei Tubi Processo di produzione Arvedi Tubi Acciaio

16 5.0 ATA: Il processo di produzione dei tubi

17 5.1 ATA: Produzione tubi La materia prima La materia prima è costituita da coils in acciaio laminati a caldo con bordi grezzi. Con superfici nere o decapate.

18 5.2 ATA: Produzione tubi Il taglio dei Coils 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).

19 5.3 ATA: Produzione tubi La formatura del nastro << 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.

20 5.4 ATA: Produzione tubi La saldatura del tubo 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

21 5.5 ATA: Produzione tubi I tubi LC 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

22 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.

23 5.6 ATA: Produzione tubi (Finitura) I trattamenti termici 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.

24 5.6 ATA: Produzione tubi (Finitura) Le operazioni di finitura 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

25 analisi chimica prova di trazione prove di resilienza prova di durezza microscopia rugosità superficiale 6.0 ATA: controlli di laboratorio

26 6.1 ATA: controlli di laboratorio Analisi chimica 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).

27 6.2 ATA: controlli di laboratorio Prova di Trazione 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 (mm 2 ) Carico unitario di scostamento dalla proporzionalità (Rp) = carico totale al limite di snervamento / sezione originale della provetta (mm 2 ) Allungamento (A%) = Lf Li / Li x100

28 6.3 ATA: controlli di laboratorio Prova di Resilienza 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.

29 6.4 ATA: controlli di laboratorio Prova di Durezza 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.

30 6.5 ATA: controlli di laboratorio Prova di Rugosità 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).

31 6.6 ATA: controlli di laboratorio Analisi Micrografica 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.

32 6.7 ATA: controlli di laboratorio Certificato di collaudo Interazione dati: - produzione (campioni) - laboratorio - spedizioni SAP - Norme / specifiche - fattibilità - materia prima

33 ordine cliente 7.0 ATA: Gestione informazioni Sistema Informativo Materia prima Programmazione SAP - Norme / specifiche - fattibilità - materia prima SAP APO SPC Produzione & spedizione Input Output

34 7.0 ATA: Gestione informazioni Comunicazione agli operatori

35 7.0 ATA: Gestione informazioni Analisi dati produzione

36 7.0 ATA: Gestione informazioni SPC in campo

37 7.0 ATA: Gestione informazioni Run time dati processo

38 7.0 ATA: Gestione informazioni Analisi dati laboratorio

39 8.0 ATA: Piano Qualità Organizzazione Personale qualificato Controllo materia prima Materiale / identificazione e controllo Controllo del processo di produzione Ispezioni e controlli Organizzazione aziendale >> regole responsabili tempi - modi - saldatori - operatori di controllo qualità - operatori di controllo non distruttivo - operatori di laboratorio - acquisto materia prima con specifiche Arvedi - identificazione - rintracciabilità - cicli/flussi di fabbricazione - P.O.S. (Pratiche Operative Standard) - prove distruttive - controlli dimensionali - controlli visivi - 100% C.N.D. - prove di laboratorio 39

40 8.0 ATA: Piano Qualità Equipaggiamenti di misura e controllo Azioni correttive Dati di prodotto/processo - Calibrazione sistemi di misura manuali e automatici C.N.D. strumentazione e apparecchiature laboratorio - Audit di processo - metodo 8D - dati di produzione - certificazione

41 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

42 9.0 ATA: Campi di applicazione L Automotive

43 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: Ø da 48.3 a mm Spessori: da 3.0 a 16 mm

44 9.1 ATA: Campi di applicazione Strutture Speciali TUBI ERW FINITI A CALDO: - NON SOLO TUBI TONDI (COME PRODOTTO E FORNITO SINO AD OGGI) - MA ANCHE TUBI QUADRI E RETTANGOLI

45 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 Tubi: 180X180 / 200X200 / mm Spessore: mm Norma: EN Grado d acciaio: S355J2H

46 10.0 ATA FINE Grazie per l attenzione!