Tendencias en la producción de tubos hidráulicos en tiempos de escasez, Parte I

Las líneas de presión hidráulica convencionales utilizan un extremo abocinado único y, por lo general, se fabrican según SAE-J525 o ASTM-A513-T5, materiales que son difíciles de obtener de fuentes nacionales. Los OEM que busquen proveedores nacionales podrían sustituir los tubos fabricados según la especificación SAE-J356A y sellados con un sello de cara de junta tórica, que se muestra aquí. Fabricación Tru-Line.

Nota del editor: Este artículo es el primero de una serie de dos partes sobre el mercado y la producción de líneas de conducción de fluidos para aplicaciones de alta presión. La Parte I analiza el estado de las bases de suministro nacionales y extranjeras de productos convencionales. La Parte II analiza los detalles de un producto menos convencional para este mercado.

La pandemia de COVID-19 ha provocado un cambio inesperado en muchas industrias, incluida la cadena de suministro de tubos de acero y los procesos para fabricar tubos. Desde finales de 2019 hasta el presente, el mercado de tubos ha experimentado cambios que han sido extremadamente perjudiciales para las operaciones tanto de fábrica como logísticas. Y un problema de larga data ha sido puesto en el centro de atención.

El trabajo es mucho más importante ahora que nunca. La pandemia es una crisis humana, y la importancia de la salud ha cambiado el equilibrio trabajo-vida-diversión para la mayoría, si no para todos. La población de trabajadores calificados se ha reducido debido a las jubilaciones, la incapacidad de algunos trabajadores para retomar sus antiguos trabajos o encontrar otros nuevos en la misma industria y muchos otros factores. Al principio de la pandemia, la escasez de trabajadores se daba principalmente en la atención de la salud, el comercio minorista y otras industrias que dependían de trabajos de primera línea, mientras que el personal de fabricación estaba en licencia o con horas de trabajo drásticamente reducidas. Ahora los fabricantes tienen problemas para contratar y retener empleados, y esto incluye a los operadores experimentados de plantas de tubos y tuberías. La fabricación de tubos es en gran parte un trabajo práctico y manual que requiere un gran esfuerzo en entornos sin clima controlado. Usar equipo de protección personal adicional (es decir, una máscara) para mitigar la infección y cumplir con reglas adicionales, como mantener una distancia de 6 pies. distancia lineal de los demás, aumenta el estrés en un trabajo que ya tiene muchos elevadores de estrés.

La disponibilidad de acero y el costo del acero crudo también cambiaron durante el período de la pandemia. El acero es el componente de mayor costo para la mayoría de los tubos. Como regla general, el acero representa el 50 % del costo por pie lineal de tubería. El precio del acero laminado en frío doméstico de EE. UU. hasta el cuarto trimestre de 2020 estuvo en un promedio de tres años de alrededor de $800/tonelada. A fines de 2021, los precios estaban por las nubes en $ 2,200 por tonelada.

Dados solo estos dos factores que han cambiado durante el período de la pandemia, ¿cómo pueden reaccionar las empresas en el mercado de tubos en respuesta? ¿Qué efecto tienen estos cambios en la cadena de suministro de tubos y qué orientación útil está disponible para sacar a la industria de esta crisis?

Hace muchos años, un superintendente veterano de una fábrica de tubos resumió el papel de su empresa en la industria: "Aquí hacemos sólo dos cosas: fabricamos tubos y los vendemos". Esta perspectiva es valiosa para cualquier ejecutivo de fabricación de tubos sobrecargado por demasiadas reuniones, demasiadas distracciones, demasiados factores que diluyen los valores fundamentales de una empresa o la crisis del momento (o todos a la vez, lo que suele ser el caso) .

Es importante lograr y mantener el control centrándose en lo que es importante: los factores que afectan la fabricación y venta de tubos de calidad. Si los esfuerzos de una empresa no están enfocados en estas dos actividades, es hora de volver a lo básico.

A medida que se desarrollaba la pandemia, la demanda de tubos cayó casi a cero en algunos sectores. Las fábricas de automóviles y las empresas de otros sectores considerados no esenciales quedaron inactivas. Durante un período, muchos en esta industria no fabricaban ni vendían tubos. El mercado de tubos continuó solo para unas pocas empresas esenciales.

Afortunadamente, la gente se ocupaba de sus asuntos. Algunas personas compraron congeladores adicionales para abastecerse de alimentos. Un poco más tarde, el mercado de la vivienda despegó, y cuando la gente compra una casa, a menudo compra algunos o muchos electrodomésticos nuevos, por lo que ambas tendencias respaldaron la demanda de tuberías de pequeño diámetro. El sector de equipos agrícolas comenzó a recuperarse, con más propietarios que querían tractores pequeños o segadoras de giro cero. Luego, los mercados automotrices se reiniciaron, aunque a un ritmo más lento debido a la escasez de chips y otros factores.

Figura 1. Se establecen SAE-J525 y ASTM-A519, sustitutos convencionales de SAE-J524 y ASTM-A513T5. La diferencia clave es que SAE-J525 y ASTM-A513T5 están soldados en lugar de sin costura. Las dificultades de adquisición, como los plazos de entrega de seis meses, han creado una oportunidad para dos productos tubulares más, SAE-J356 (entregado en tramos rectos) y SAE-J356A (entregado en forma de bobina), que cumplen muchos de los mismos requisitos que los demás productos. .

El mercado ha cambiado, pero la orientación es la misma. Nada supera el enfoque en fabricar tubos y venderlos de acuerdo con las demandas del mercado.

Cuando una operación de fabricación enfrenta costos laborales más altos y recursos internos fijos o en disminución, surge la pregunta "hazlo o cómpralo".

La fabricación de un producto de tubería soldada requiere recursos prodigiosos. El corte interno de acero de banda ancha es una ventaja económica a veces, según el volumen y los perfiles de producción de las plantas. Sin embargo, el corte interno puede ser una desventaja cuando se consideran los requisitos de mano de obra, los requisitos de capital para las herramientas y el costo del inventario de banda ancha.

Por un lado, cortar 2000 toneladas al mes puede llevar a mantener 5000 toneladas de materia prima de acero en el inventario, lo que inmoviliza una gran cantidad de efectivo. Por otro lado, la compra de acero cortado a la medida en un acuerdo justo a tiempo utiliza muy poco dinero en efectivo. De hecho, puede retrasar el desembolso de efectivo, considerando que el productor de tubos puede negociar condiciones de crédito con la empresa de corte longitudinal. Cada planta de tubos es única en este sentido, pero es seguro decir que casi todos los productores de tubos se han visto afectados por la pandemia de COVID-19 en relación con la disponibilidad de mano de obra calificada, el costo del acero y el flujo de caja.

Lo mismo puede decirse de la propia producción de tubos, según las circunstancias. Una empresa que tiene una extensa cadena de valor agregado podría optar por salir del negocio de fabricación de tubos. En lugar de hacer la tubería, luego doblarla, recubrirla y hacer subensamblajes y ensamblajes, podría tener sentido comprar la tubería y concentrarse en las otras actividades.

Muchas empresas que producen conjuntos hidráulicos, o paquetes de transporte de fluidos para automóviles, tienen molinos de tubos cautivos. Algunas de estas plantas ahora son pasivos en lugar de activos. Los consumidores de la era de la pandemia tienden a conducir menos y los pronósticos de ventas de vehículos están muy lejos de los niveles previos a la pandemia. El mercado automotriz está asociado con palabras negativas como cierres, caídas severas y escasez. Ninguno presagia un cambio muy positivo en la situación del suministro en el futuro cercano para los OEM automotrices y sus proveedores. Cabe destacar la creciente presencia de vehículos eléctricos en este mercado que cuentan con menos componentes de tren motriz de tubería de acero.

Los molinos de tubos cautivos generalmente se construyen a partir de diseños personalizados. Esta es una ventaja en su propósito previsto (fabricar tubos para una aplicación específica), pero una desventaja en las economías de escala. Como ejemplo, considere un molino de tubos diseñado para hacer un producto de 10 mm de DE para un programa automotriz conocido. Ese programa garantiza la configuración basada en el volumen. Posteriormente, se agrega un programa mucho más pequeño para otro tubo que tiene el mismo OD. El tiempo pasa, el programa inicial vence y la empresa no tiene suficiente volumen para justificar el segundo programa. La instalación y otros costos son simplemente demasiado altos para justificarlo. En este caso, la empresa debe intentar subcontratar este artículo si puede encontrar un proveedor capaz.

Por supuesto, los cálculos no se detienen en el punto de corte. Los pasos de acabado, como el recubrimiento, el corte a la medida y el embalaje, agregan un poco de costo. A menudo se dice que el mayor costo oculto en la fabricación de tubos está en el manejo. Mover la tubería del molino al almacenamiento, luego recuperarla del almacenamiento y cargarla en una mesa para el corte de la longitud final, luego colocar la tubería en capas para garantizar que los tubos ingresen uno por uno en la máquina de corte: todos estos pasos requieren mano de obra. . Este costo de mano de obra puede escapar a la atención de los contadores, pero está ahí en la forma de un operador de montacargas adicional o una persona adicional en el departamento de envíos.

Figura 2. Las químicas de SAE-J525 y SAE-J356A son casi idénticas, lo que contribuye a la capacidad de este último para sustituir al primero.

La tubería hidráulica existe desde hace milenios. Los egipcios forjaron líneas de cobre hace más de 4000 años. Las líneas de bambú se usaban en China durante la época de la dinastía Xia, aproximadamente en el año 2000 a. C. Posteriormente, los sistemas de plomería romanos se construyeron con tuberías de conductos de plomo, un subproducto del proceso de fundición de plata.

Sin costura. El tubo de acero sin costura moderno debutó en América del Norte en 1890. La materia prima para ese proceso, desde 1890 hasta hoy, es una palanquilla redonda sólida. La innovación en la colada continua en la década de 1950 dio como resultado que los tubos sin costura se convirtieran de lingotes a la materia prima de acero de bajo costo del día, la palanquilla recién colada. La tubería hidráulica se fabricaba entonces, y se fabrica ahora, estirando en frío el hueco sin costura producido por este proceso. Está clasificado por la Society of Automotive Engineers como SAE-J524 y por la American Society for Testing and Materials como ASTM-A519 en el mercado norteamericano.

La producción de tubería hidráulica sin costura tiende a ser un proceso que requiere mucha mano de obra, especialmente para diámetros pequeños. Se necesita mucha energía y requiere una gran cantidad de espacio.

Soldado. En la década de 1970, el mercado cambió. Después de casi 100 años de dominar el mercado de tubos de acero, los tubos sin costura se deslizaron. Fue derribado por la tubería soldada, que resultó ser adecuada para muchas aplicaciones mecánicas en los mercados de la construcción y la automoción. Incluso reclamó algún territorio en otrora tierra sagrada, el dominio de las tuberías de petróleo y gas.

Dos innovaciones contribuyeron a este cambio en el mercado. Uno involucraba la colada continua de desbastes que permitía a las acerías producir tiras planas de alta calidad en grandes volúmenes de manera eficiente. El otro hizo de la soldadura por resistencia eléctrica de alta frecuencia un proceso viable para la industria de tubos y tuberías. El resultado fue un nuevo producto: tubería soldada que se desempeñó tan bien como una tubería sin costura disponible a un costo más bajo que los productos sin costura comparables. Dicho tubo todavía se fabrica hoy y se clasifica como SAE-J525 o ASTM-A513-T5 en el mercado norteamericano. Debido a que el tubo está estirado y recocido, es un producto que requiere muchos recursos. Estos procesos no son tan intensivos en mano de obra y capital como los procesos continuos, pero los costos asociados con ellos siguen siendo sustanciales.

Desde la década de 1990 hasta la actualidad, gran parte de la tubería de línea hidráulica consumida por el mercado nacional, ya sea sin costura y estirada (SAE-J524) o soldada y estirada (SAE-J525), fue importada. Esto probablemente fue el resultado de una gran diferencia en el costo de la mano de obra y la materia prima de acero entre los EE. UU. y los países exportadores. Estos productos estuvieron disponibles a través de productores nacionales durante los últimos 30 a 40 años, pero nunca pudieron establecerse como actores dominantes en este mercado. El costo favorable de los productos importados era un obstáculo demasiado alto para superar.

Mercado actual. A lo largo de los años, el consumo del producto sin costura, estirado y recocido, J524, disminuyó. Todavía está disponible y tiene un lugar en el mercado de líneas hidráulicas, pero si el producto soldado, estirado y recocido, J525, está fácilmente disponible, los OEM a menudo eligen J525.

La pandemia golpeó y el mercado cambió una vez más. La oferta de mano de obra, acero y logística en todo el mundo cayó tan rápido como la demanda de automóviles antes mencionada. También lo hizo el suministro de tubería hidráulica J525 importada. A la luz de estos eventos, el mercado interno parece estar preparado para otro cambio de mercado. ¿Está listo para otro producto, uno que requiera menos mano de obra que la tubería soldada, estirada y recocida? Existe uno, aunque no se usa comúnmente. Es SAE-J356A y cumple con los requisitos de muchas aplicaciones hidráulicas (verFigura 1).

Las especificaciones publicadas por SAE tienden a ser cortas y simples en el sentido de que cada una define solo un proceso para fabricar tubos. El inconveniente es que J525 y J356A tienen una superposición considerable en tamaños, propiedades mecánicas y otra información, por lo que las especificaciones tienden a generar confusión. Además, J356A, un producto en espiral que se usa para líneas hidráulicas de diámetro pequeño, es una variante de J356, un producto de longitud recta principalmente para fabricar tubos de línea hidráulica de gran diámetro.

Figura 3. Aunque muchos consideran que la tubería soldada y estirada en frío es superior a la tubería soldada y dimensionada en frío, las propiedades mecánicas de los dos productos de tubería son comparables. Nota: Los valores imperiales en PSI son conversiones suaves de las especificaciones, que son valores métricos en MPa.

Algunos ingenieros consideran que el J525 es superior en aplicaciones hidráulicas de alta presión, como las que se usan en equipos pesados. J356A es menos conocido, pero también es una especificación de transporte de fluidos a alta presión. A veces, el requisito de formación del extremo es la diferencia: J525 no tiene un cordón de soldadura de DI y J356A tiene un control instantáneo y tiene un cordón de soldadura de DI menor.

Las materias primas tienen características similares (verFigura 2 ). Las diferencias muy pequeñas en la composición química se relacionan con las propiedades mecánicas requeridas. Para lograr ciertas propiedades mecánicas, como la resistencia a fallas cuando se estira o la resistencia máxima a la tracción (UTS), la química del acero o el tratamiento térmico se restringen para producir un resultado determinado.

Los tipos de tubería tienen un conjunto similar común de parámetros de propiedades mecánicas, lo que los hace intercambiables para muchas aplicaciones (verfigura 3 ). En otras palabras, si uno no está disponible, es probable que el otro pueda cumplir con el requisito. Nadie necesita reinventar la rueda; la industria ya tiene a su disposición un juego de ruedas robusto y equilibrado.