لوله درزدار سیاه چیست

لوله سیاه درزدار، یکی از پرکاربردترین انواع لوله‌ فلزی است که معمولاً با نام‌های “Black Welded Pipe” یا “Black Iron Pipe” نیز شناخته می‌شود. این لوله‌ها از فولاد کربنی طبق استاندارد ASTM A53 ساخته می‌شوند و به وسیله فرآیندهای جوش الکتریکی مقاومتی (ERW) یا جوش فورنیس پیوسته تولید می‌شوند. رنگ سیاه این لوله‌ها به دلیل پوشش اکسیدی سطح آنها است و نه جنس فولاد. این محصول برای انتقال سیالات با فشار پایین تا متوسط، مانند آب، گاز، بخار و هوا استفاده می‌شود و به‌دلیل هزینه تولید اقتصادی، قابلیت ساخت در طول‌های بلند و تطابق با استانداردهای NPS، جایگاه ویژه‌ای در صنایع لوله‌کشی و ساخت‌وساز دارد.

در این مقاله ضمن آنکه به طور کامل توضیح می‌دهیم لوله درزدار سیاه چیست؟ اطلاعات دقیق و کاملی در مورد کاربرد این محصول، انواع آن، عوامل موثر بر قیمت لوله فولادی سیاه درزدار، مزایا و معایب و همچنین روش ساخت ارائه خواهیم کرد. ضمن اینکه مشخصات و ویژگی‌های لوله سیاه درزدار و استانداردها نیز شرح داده شده است. لطفا تا انتها همراه ما باشید.

آشنایی با لوله درزدار سیاه

لوله درزدار سیاه نوعی لوله فلزی است که با جوش درز طولی به روش ERW یا جوش پیوسته فورنیس تولید می‌شود. این لوله‌ها طبق استاندارد ASTM A53 در گریدهای A و B عرضه می‌شوند و بیشتر برای انتقال سیالات با فشار پایین تا متوسط به کار می‌روند. مزیت اصلی آن‌ها نسبت به seamless یا لوله‌های فلزی بدون درز که در تولیدشان هیچ گونه درز جوشکاری وجود ندارد، مانند انواع لوله بدون درز مانیسمان هزینه کمتر تولید، طول‌های بیشتر قابل سفارش و سهولت در نصب و جوشکاری است. با وجود پوشش اکسیدی سیاه رنگ، برای محافظت بیشتر در برابر خوردگی نیاز به پوشش‌های اضافی مانند رنگ یا گالوانیزه دارند. این ویژگی‌ها، لوله‌های درزدار سیاه را به گزینه‌ای اقتصادی و کاربردی در صنایع ساختمانی، تأسیساتی و صنعتی تبدیل کرده است.

معرفی انواع لوله درزدار سیاه

لوله سیاه درزدار در انواع مختلف تولید می‌شوند تا بسته به نیاز پروژه و کاربردی که دارند، مورد استفاده قرار گیرند. در ادامه این بخش انواع این لوله فلزی را معرفی کرده‌ایم.

ASTM A53 Type F؛ جوش فورنیس (Furnace-butt-welded)

در این نوع، یک فرایند جوش پیوسته انجام شده و معمولاً فقط Grade A قابل تولید است. این نوع لوله برای عملیات شکل‌پذیری مانند coiling یا bending مناسب است، اما برای اعمال فشار بالا یا flanging توصیه نمی‌شود

ASTM A53 Type E؛ جوش مقاومت الکتریکی (ERW)

این مدل با استفاده از جوش مقاومتی الکتریکی ساخته می‌شود و یکی از رایج‌ترین و پرمصرف‌ترین انواع در صنعت فولاد برای مصارف لوله‌کشی است. ERW به‌دلیل قابلیت تولید سریع و اقتصادی، در سایزها و ضخامت‌های متنوع (تا ۲۴ اینچ) کاربرد گسترده دارد. این لوله‌ها قابل تولید در Grades A و B هستند، و پس از جوشکاری برای Grade B نیاز به حرارت‌دهی دارد تا از تشکیل ساختار مارتنزیتی جلوگیری شود. دقت بالا در ضخامت و قطر، و هزینه تولید کمتر از مزایای آن است.

ASTM A53 Type S؛ نیمه بدون درز (Seamless)

اگرچه Seamless به‌عنوان نوع لوله درزدار سیاه محسوب نمی‌شود، استاندارد A53 شامل این نوع نیز هست. برای کاربردهای فشار بالا استفاده می‌شود و اساساً بدون درز جوش طولی تولید می‌شود. درواقع ترکیب ساختار و خواص مکانیکی Grade B آن متفاوت است و با لوله‌های جوش‌خورده قابل مقایسه نیست.

مزایا و معایب استفاده از لوله سیاه درزدار

هرکدام از انواع لوله سیاه درزدار، مزایا و معایب خاص خود را دارد که در ادامه این بخش به بررسی آنها می‌پردازیم.

مزایای لوله سیاه درزدار عبارت‌اند از:

صرفه‌جویی اقتصادی بالا

لوله‌های درزدار نسبت به لوله‌های بدون درز (Seamless) هزینه تولید به‌مراتب پایین‌تری دارند، زیرا فرآیند تولید آن‌ها سریع‌تر و به‌صورت پیوسته (Continuous Manufacturing) انجام می‌شود.
طبق گزارش IndustryToday، هزینه تولید هر متر لوله ERW تا ۳۰٪ کمتر از لوله Seamless است.

قابلیت تولید در طول‌های بلندتر

در لوله‌های ERW امکان تولید در طول‌های ۶، ۱۲ یا حتی ۱۸ متری بدون نیاز به جوش اضافه وجود دارد که هزینه نصب، تعداد اتصالات و احتمال نشتی را کاهش می‌دهد.

ابعاد دقیق‌تر و کیفیت سطح بالاتر

فرآیند ERW امکان کنترل دقیق ضخامت دیواره (Wall Thickness)، قطر خارجی و کیفیت سطحی یکنواخت را فراهم می‌کند که برای کاربردهای دقیق مانند ساخت‌وساز یا ماشین‌کاری مهم است

مقاومت مکانیکی مناسب برای فشارهای متوسط

با تکیه بر استاندارد ASTM A53 Grade B، لوله‌های درزدار توان تحمل فشارهای صنعتی متوسط (تا حدود ۱۶۰ psi برای آب یا بخار) را دارند و در بسیاری از کاربردهای شهری، صنعتی و مکانیکی جواب‌گو هستند.

سازگاری با عملیات ثانویه (Formability & Weldability)

ساختار فولادی لوله‌های درزدار قابلیت خم‌کاری (Bending)، رزوه‌کاری (Threading و جوشکاری آسان دارد. برای سیستم‌های تأسیساتی یا اسکلت‌های فلزی این مزیت مهم است.

قابلیت پوشش‌دهی و رنگ‌پذیری بالا

سطح لوله‌های سیاه به‌خوبی با پوشش‌هایی نظیر اپوکسی، ضدزنگ، رنگ‌های حرارتی یا گالوانیزه سازگار است. این موضوع عمر مفید آن‌ها را افزایش می‌دهد.

و اما معایب لوله سیاه درزدار عبارت‌اند از:

نقطه‌ضعف درز جوش (Weld Line Weakness)

مهم‌ترین چالش فنی لوله‌های درزدار، وجود خط جوش است که می‌تواند در برابر ترک‌خوردگی، خوردگی تنشی (SCC) یا خستگی مکانیکی، ضعف ایجاد کند.
طبق مطالعات ScienceDirect, 2024، شکست اغلب در ناحیه HAZ (Heat Affected Zone) رخ می‌دهد، خصوصاً اگر حرارت‌دهی پس از جوشکاری (Post-Weld Heat Treatment) انجام نشود.

محدودیت در تحمل فشار بالا و دماهای شدید

برخلاف لوله‌های Seamless که در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی برای فشارهای بالا استفاده می‌شوند، لوله‌های درزدار مناسب فشار و حرارت بالا (بیش از ۳۵۰°F یا ۱۵۰ psi) نیستند.

خطرات خوردگی در محل جوش

در صورت عدم اعمال پوشش مناسب یا انتخاب نادرست متریال، درز جوش به‌عنوان محل تمرکز تنش و خوردگی می‌تواند باعث نشت یا ترک شود.

عدم تطابق برای کاربردهای حیاتی (Critical Applications)

برای خطوط انتقال با حساسیت بالا مانند گاز ترش (H₂S-rich Gas)، خطوط پرسرعت نفت، یا پروژه‌های هوافضا، معمولاً استفاده از لوله‌های درزدار مجاز نیست، زیرا تأییدیه‌های API یا ASME خاص را ندارند.

نیاز به تست‌های کنترل کیفیت شدیدتر

برخلاف لوله بدون درز که ساختار همگنی دارد، لوله درزدار نیازمند تست‌های غیرمخرب (NDT) مکرر مانند UT (Ultrasonic Testing) یا X-Ray در محل جوش است تا از صحت ساختار آن اطمینان حاصل شود.

روش ساخت لوله سیاه درزدار

در این بخش از مقاله راجع به روش ساخت لوله های سیاه درزدار می‌پردازیم که به شرح زیر است:

انتخاب مواد اولیه و ساخت فلز پایه

فلز اولیه برای تولید لوله‌های ASTM A53، می‌تواند با فرآیندهایی مانند کوره قوس الکتریکی، کوره اکسی‌ژن پایه، یا کوره باز (open-hearth) تولید شود

فرم‌دهی به لوله

فرم سرد (Cold forming: ورق یا کویل فولادی به‌طور لوله‌ای شکل داده می‌شود. لبه‌ها به‌صورت دقیق تراشیده و هم‌راستا می‌شوند.
رول‌فورمینگ چند مرحله‌ای برای دستیابی به قطر خارجی دقیق و ضخامت یکنواخت استفاده می‌شود.

جوشکاری درز طولی

ERW (Electric Resistance Welding): جریان با فرکانس بالا (High-frequency induction) در لبه‌ها اعمال و با فشار مونتاژ می‌شوند، سپس با گرمایش و تماس تأمین جوش می‌شود.

جوش فورنیس–بوت(Type F): فناوری جوش پیوسته(continuous butt welding) است که ساختار دانه‌ای یکنواخت ایجاد می‌کند.

عملیات حرارتی پس از جوش برای Grade B

برای جلوگیری از تشکیل مارتنزیت ناخالص در ناحیه حرارت‌دیده (HAZ)، لوله‌های Grade B از نوع ERW باید تا حداقل ۵۴۰ °C (1000 °F) مورد عملیات حرارتی قرار گیرند .

عملیات دقت‌دهی و بازرسی

لوله پس از جوشکاری از فرایندهایی مثل اندازه‌گیری دقیق (sizing)، صاف‌کاری (straightening)، و عملیات QC شامل تست هیدرواستاتیک، تست التراسونیک (UT)، Eddy-current یا RT (X‑ray) عبور می‌کند.

پوشش‌دهی سطح

در پایان می‌تواند پوشش سیاه، لاک سیاه (black lacquer)، یا گالوانیزه گرم (hot-dip galvanized) داشته باشد. گالوانیزه طبق استاندارد ASTM باید حداقل ۰.۵۵ kg/m² روی سطح قرار گیرد

مشخصات و ویژگی های لوله درزدار سیاه

طبق ASTM A53 (Type E/F)، ترکیب شیمیایی اولیه به شرح جدول زیر است:

عنصر	حداکثر مقدار
کربن (C)	Grade A: 0.25% / Grade B: 0.30%
منگنز (Mn)	A: 0.95% / B: 1.20%
فسفر، گوگرد (P, S)	≤۰.۰۵%، ≤۰.۰۴۵%
Cu, Ni, Cr	≤۰.۴۰%
Mo	≤۰.۱۵%
V	≤۰.۰۸%

ویژگی‌های مکانیکی

Grade A: مقاومت کششی ≥ ۳۳۰ MPa, مقاومت تسلیم ≥ ۲۰۵ MPa
Grade B: مقاومت کششی ≥ ۴۱۵ MPa, مقاومت تسلیم ≥ ۲۴۰ MPa

ابعاد و ضخامت

اندازه‌های NPS از ۱/۸″ تا ۲۶″(تغییر با محدودیت (Grade
ضخامت مطابق برنامه‌های استاندارد SCH مانند SCH ۱۰, ۴۰, ۸۰، یا ضخامت‌های سفارشی.

عملکرد فشار و دمای کاری

استفاده معمول در کاربردهای فشار/دمای پایین تا متوسط مانند انتقال آب، گاز و بخار. نمی‌تواند فشار و دمای عملیاتی سنگین مانند خطوط نفت و گاز فشار بالا را تحمل کند

تست کیفیت و استانداردها

تست هیدرواستاتیک حداقل ۲,۵۰۰ psi برای NPS ≤ ۳″ و ۲,۸۰۰ psi برای NPS > ۳″ باید انجام شود.
انجام تست‌های UT یا RT برای کنترل کیفی درز جوش الزامی است

پوشش سطح و کاربرد

پوشش سیاه یا لاک سیاه برای کاربرد معمول، و گالوانیزه برای مقاومت در برابر زنگ‌زدگی جهت استفاده بیرونی یا محیط مرطوب .
سازگار با عملیات ثانویه مانند خم‌کاری، رزوه‌زنی، اتصالات و جوشکاری.

به طور کلی روش ساخت لوله درزدار سیاه شامل فرم‌دهی کویل یا ورق، جوش ERW یا فورنیس، عملیات حرارتی Grade B، و بازرسی دقیق است و ویژگی‌ها شامل ترکیب شیمیایی کنترل‌شده، مقاومت مکانیکی مناسب، و تست‌های استاندارد برای فشار و کیفیت ساخت است.

استانداردهای لوله درزدار سیاه

لوله درزدار سیاه براساس استاندارد ASTM A53 تولید می‌شود که شامل سه نوع اصلی زیر است:

Type F: جوش فورنیس (Furnace-butt-welded)
Type E : جوش ERW با کیفیت‌های Grade A و B
Type S : لوله بدون درز (Seamless)

ترکیب شیمیایی ASTM A53 شامل کربن ۰.۲۵ تا ۰.۳۰ درصد، منگنز ۰.۹۵ تا ۱.۲۰ درصد و مقادیر جزئی فسفر و گوگرد است. Grade B نسبت به Grade A مقاومت بالاتری دارد و در صورت نیاز پس از جوشکاری تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرد تا ساختار مارتنزیتی کاهش یابد.

کاربردهای لوله درزدار سیاه

اگر برایتان سوال است که کاربردهای لوله درزدار سیاه چیست باید بگوییم که این محصولات در صنایع مختلف کاربردهای گسترده‌ای دارند از جمله:

تأسیسات صنعتی و خطوط فشار متوسط

برای انتقال بخار، آب، گاز و هوا در تاسیسات ساختمانی یا صنعتی؛ این لوله‌ها با فشارهای استاندارد و ضخامت‌های مطابق NPS / SCH استفاده می‌شوند .

ساخت و ساز و سازه‌های فلزی

استفاده گسترده در اسکلت‌، ستون، فنس، داربست و پشتیبانی مکانیکی به دلیل مقاوم بودن، قابلیت جوش و انعطاف‌پذیری بالا .

سامانه‌های گرمایش/سرمایش و بخارشویی

مناسب برای لوله‌کشی HVAC و خطوط بخار صنعتی به علت مقاومت مکانیکی و انتقال حرارت مطلوب

پوشش‌گذاری و حفاظت

لوله‌ها در دو نوع سطح ارائه می‌شوند:

Black lacquer finish برای کاربردهایی با خوردگی پایین یا داخلی،
Hot‑dip galvanized برای مقاومت بالا در شرایط بیرونی یا رطوبت

صنایع نفت، گاز و آتش‌نشانی

در خطوط فرعی انتقال گاز یا سیستم‌های آتش‌نشانی (Fire Sprinkler)، به‌ویژه با تاییدیه‌هایی مانند UL/FM تا سایز NPS 6 کاربرد دارند.

سیستم‌های شهری و تأسیساتی

شبکه‌های شهری آب و گاز برای انتقال تحت فشار متوسط،
سیستم‌های زهکشی و فاضلاب در پروژه‌های ساختمانی

جمع‌بندی

در این مقاله تلاش کردیم به طور کامل و تخصصی توضیح دهیم لوله درزدار سیاه چیست. همانطور که متوجه شدید این لوله‌ها پرکاربردترین انواع لوله‌های فولادی کربنی است که با فرآیند شکل‌دهی و جوشکاری ورق تولید شده و طبق استانداردهایی مانند ASTM A53 در انواع مختلف عرضه می‌شود. ساختار مقاوم، قابلیت جوشکاری، قیمت مناسب و پوشش‌دهی متنوعی دارند و انتخابی ایده‌آل برای انتقال سیالات با فشار متوسط در تأسیسات ساختمانی، صنعتی، آتش‌نشانی، نفت و گاز و سازه‌های فلزی هستند. در صورتی که شناخت دقیقی از مشخصات، روش ساخت و استانداردهای کیفی آن داشته باشید، انتخاب صحیح در پروژه‌های مهندسی و تأسیساتی خواهید داشت.