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

Las líneas de presión hidráulica convencionales utilizan un extremo de un solo abocardado y generalmente están fabricadas según SAE-J525 o ASTM-A513-T5, materiales que son difíciles de conseguir de fuentes nacionales. Los OEM que buscan proveedores nacionales podrían sustituir los tubos fabricados según la especificación SAE-J356A y sellados con un sello frontal de junta tórica, como 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 transporte de fluidos para aplicaciones de alta presión. La Parte I analiza el estado de las bases de suministro nacionales y extranjeros 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 de fabricación de tubos. Desde finales de 2019 hasta la actualidad, el mercado de tubos ha experimentado cambios que han sido extremadamente disruptivos tanto para las operaciones de fábrica como para las logísticas. Y un problema que llevaba mucho tiempo latente ha pasado a ser 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 entre el trabajo, la vida personal y el juego para la mayoría, si no para todos. La población de trabajadores calificados se ha visto reducida por las jubilaciones, la incapacidad de algunos trabajadores de retomar sus antiguos empleos o encontrar otros nuevos en la misma industria y muchos otros factores. Al principio de la pandemia, la escasez de trabajadores se produjo principalmente en la atención médica, el comercio minorista y otras industrias que dependían de empleos de primera línea, mientras que el personal de fabricación estaba de licencia o con horas de trabajo drásticamente reducidas. Ahora los fabricantes están teniendo problemas para reclutar y retener empleados, y esto incluye a los operadores experimentados de fábricas de tubos y tuberías. La fabricación de tubos es en gran medida un trabajo manual que requiere un esfuerzo extenuante 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. La distancia lineal de los demás aumenta el estrés en un trabajo que ya tiene muchos factores que aumentan el estrés.

La disponibilidad de acero y el costo del acero en bruto también han cambiado durante el período de la pandemia. El acero es el componente más costoso 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 nacional de EE. UU. hasta el cuarto trimestre de 2020 se situó en un promedio de tres años de alrededor de 800 dólares por tonelada. A finales de 2021, los precios estaban fuera de serie: 2.200 dólares por tonelada.

Teniendo en cuenta solo estos dos factores que han cambiado durante el período de la pandemia, ¿cómo pueden reaccionar en respuesta las empresas del mercado de tubos? ¿Qué efecto tienen estos cambios en la cadena de suministro de tubos y qué orientación útil hay 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 sólo hacemos 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 ellos a la vez, 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 se centran en estas dos actividades, es hora de volver a lo básico.

A medida que se desarrolló 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 tiempo, muchos en esta industria no fabricaban tubos ni los vendían. El mercado de los tubos continuó sólo 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 inmobiliario 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 y cada vez más propietarios querían tractores pequeños o cortadoras de césped 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. SAE-J525 y ASTM-A519 son sustitutos convencionales establecidos de SAE-J524 y ASTM-A513T5. La diferencia clave es que SAE-J525 y ASTM-A513T5 están soldados en lugar de sin costuras. 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 longitudes rectas) y SAE-J356A (entregado en forma de bobina), que cumplen muchos de los mismos requisitos que los otros 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 de “fabricarlo o comprarlo”.

Para fabricar un producto de tubería soldada se necesitan recursos prodigiosos. El corte longitudinal de acero de banda ancha internamente es a veces una ventaja económica, según el volumen y los perfiles de producción de las plantas. Sin embargo, el corte interno puede ser un inconveniente al considerar 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 2.000 toneladas al mes puede llevar a mantener 5.000 toneladas de materia prima de acero en el inventario, lo que inmoviliza una gran cantidad de efectivo. Por otro lado, comprar acero cortado a lo ancho en un acuerdo justo a tiempo requiere muy poco 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. Cada fábrica 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, dependiendo de 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 fabricar los tubos, luego doblarlos, recubrirlos y fabricar subconjuntos y conjuntos, podría tener sentido comprar los tubos y centrarse 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 fábricas son ahora pasivos en lugar de activos. Los consumidores de la era de la pandemia tienden a conducir menos y las previsiones de ventas de vehículos están muy lejos de los niveles anteriores a la pandemia. El mercado automotriz está asociado con palabras negativas como cierres, caídas severas y escasez. Ninguno presagia muchos cambios positivos en la situación del suministro en un futuro próximo para los fabricantes de equipos originales de automóviles y sus proveedores. Cabe destacar la creciente presencia de vehículos eléctricos en este mercado, que cuentan con menos componentes de tren motriz de tubos de acero.

Los molinos de tubos cautivos normalmente se construyen a partir de diseños personalizados. Esto es una ventaja en cuanto al propósito previsto (fabricar tubos para una aplicación específica), pero una desventaja en cuanto a economías de escala. Como ejemplo, considere un molino de tubos diseñado para fabricar un producto de 10 mm de diámetro exterior para un programa automotriz conocido. Ese programa garantiza la configuración según el volumen. Posteriormente, se agrega un programa mucho más pequeño para otro tubo que tiene el mismo diámetro exterior. Pasa el tiempo, el programa inicial caduca y la empresa no tiene volumen suficiente para justificar el segundo programa. Los costos de instalación y otros costos son simplemente demasiado altos para justificarlo. En este caso, la empresa debería intentar subcontratar este artículo si puede encontrar un proveedor capaz.

Por supuesto, los cálculos no se detienen en el límite. Los pasos de acabado, como el recubrimiento, el corte a medida y el embalaje, añaden bastante coste. A menudo se dice que el mayor coste oculto en la fabricación de tubos está en su manipulación. Mover los tubos del molino al almacenamiento, luego sacarlos del almacenamiento y cargarlos en una mesa para cortarlos en su longitud final, luego organizar los tubos en capas para garantizar que los tubos se introduzcan uno por uno en la máquina cortadora; todos estos pasos requieren mano de obra. . Este costo laboral puede escapar a la atención de los contadores, pero está ahí en 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.

Los tubos hidráulicos existen desde hace milenios. Los egipcios tallaron líneas de cobre hace más de 4.000 años. Las líneas de bambú se utilizaron en China durante la época de la dinastía Xia, aproximadamente en el año 2000 a. C. Los sistemas de plomería romanos posteriores se construyeron a partir de tuberías de plomo, un subproducto del proceso de fundición de plata.

Sin costura. Los modernos tubos de acero sin costura debutaron en América del Norte en 1890. La materia prima para ese proceso, desde 1890 hasta hoy, es un tocho sólido y redondo. La innovación en la fundición 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 de la época, la palanquilla recién fundida. Los tubos hidráulicos se fabricaban entonces, y ahora, estirando en frío el hueco sin costura producido mediante este proceso. Está clasificado por la Sociedad de Ingenieros Automotrices como SAE-J524 y por la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales como ASTM-A519 en el mercado norteamericano.

La producción de tubos hidráulicos sin costura tiende a ser un proceso que requiere mucha mano de obra, especialmente para diámetros pequeños. Consume 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 los tubos de acero, los sin costura cayeron. Fue derribado mediante tubos soldados, que resultaron adecuados para muchas aplicaciones mecánicas en los mercados de la construcción y la automoción. Incluso reclamó parte del territorio en un terreno anteriormente sagrado, el dominio de los tubos de petróleo y gas.

Dos innovaciones contribuyeron a este cambio en el mercado. Uno de ellos implicó la fundición continua de desbastes, que permitió a las acerías producir flejes planos de alta calidad en grandes volúmenes de manera eficiente. El otro hizo que la soldadura por resistencia eléctrica de alta frecuencia fuera un proceso viable para la industria de tubos y tuberías. El resultado fue un nuevo producto: tubería soldada que funcionaba tan bien como sin costura y disponible a un costo menor que los productos sin costura comparables. Este tipo de tubo todavía se fabrica hoy en día y se clasifica como SAE-J525 o ASTM-A513-T5 en el mercado norteamericano. Debido a que el tubo se estira y recoce, es un producto que requiere muchos recursos. Estos procesos no requieren tanta 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 para líneas hidráulicas consumida por el mercado interno, ya sea sin costura y trefilada (SAE-J524) o soldada y trefilada (SAE-J525), fue importada. Esto probablemente fue el resultado de una gran diferencia en el costo de la mano de obra y de la materia prima de acero entre Estados Unidos 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. Con el paso de los años, el consumo del producto sin costura, estirado y recocido, J524, se marchitó. Todavía está disponible y tiene un lugar en el mercado de líneas hidráulicas, pero si el producto soldado, estirado y recocido, J525, está disponible, los OEM a menudo eligen J525.

La pandemia golpeó y el mercado volvió a cambiar. La oferta de mano de obra, acero y logística en todo el mundo cayó casi tan rápido como la demanda de automóviles antes mencionada. También lo hizo el suministro de tubos hidráulicos J525 importados. A la luz de estos acontecimientos, el mercado interno parece estar preparado para otro cambio de mercado. ¿Está listo para otro producto, uno que requiera menos mano de obra que los tubos soldados, trefilados y recocidos? Existe uno, aunque no se usa comúnmente. Es SAE-J356A y cumple con los requisitos de muchas aplicaciones hidráulicas (consulteFigura 1).

Las especificaciones publicadas por SAE tienden a ser breves 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 sembrar semillas de confusión. Además, J356A, un producto en espiral utilizado para líneas hidráulicas de diámetro pequeño, es una variante de J356, un producto de longitud recta principalmente para fabricar tubos de líneas hidráulicas de gran diámetro.

Figura 3. Aunque muchos consideran que la tubería soldada y estirada en frío es superior a la tubería soldada y encolada 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 utilizan en equipos pesados. J356A es menos conocido, pero también es una especificación para transporte de fluidos a alta presión. A veces, el requisito de conformado final es la diferencia: J525 no tiene un cordón de soldadura de diámetro interior y J356A está controlado por flash y tiene un cordón de soldadura de diámetro interior menor.

Las materias primas tienen características similares (verFigura 2 ). Las diferencias más pequeñas en la composición química se relacionan con las propiedades mecánicas requeridas. Para lograr ciertas propiedades mecánicas, como la resistencia a la falla 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 tubos tienen un conjunto común similar de parámetros de propiedades mecánicas, lo que los hace intercambiables para muchas aplicaciones (consultefigura 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 conjunto de ruedas robusto y equilibrado.