Холодне розширення проти гарячого розширення у виробництві сталевих труб: що насправді означають ці терміни

Шукайте "розширення труб" у контексті-постачання сталі, і ви потрапите на два абсолютно різні виробничі процеси, які мають спільну назву. Один з них – це обробка зварних труб (ERW, LSAW, SSAW) для виправлення округлості та точності розмірів після формування. Інший — процес-подовження розміру, застосований до безшовної труби, який використовується для отримання більшого діаметру, ніж може отримати роторний прошивний стан за один прохід. Обидва включають штовхання або витягування діаметра труби назовні -, і на цьому подібність закінчується. Плутання цих двох або припущення, що «розширена труба» завжди означає одне й те саме, є справжнім джерелом непорозуміння на етапі пропозиції, особливо для покупців, які тільки починають закуповувати труби.

У цій статті розділено два процеси, пояснено, що кожен із них змінить у готовій трубі, і викладено, що перевірити, перш ніж вказувати або приймати будь-який тип у проекті.

Холодне розширення -, яке іноді називають холодним розміром або механічним розширенням -, застосовується до зварних труб (найчастіше LSAW і SSAW, іноді великого-діаметра ERW) відразу після формування та зварювання, коли труба перебуває при температурі навколишнього середовища. Трубу завантажують на гідравлічний розширювач, оснащений сегментованою матрицею або розширювальною головкою. Головка вставляється в трубу і механічно висувається назовні серією контрольованих кроків уздовж довжини труби, пластично деформуючи стінку труби назовні на невелику, точно контрольовану величину.

Ціль майже цілком просторова. Пластинчаста-формована та рулонна-труба (JCOE, UOE або спіральна формування) виходить зі зварювальної лінії з деякою--округлістю, залишковою напругою формування та зміною діаметра вздовж своєї довжини - пластина чи котушка ніколи не згинається в ідеально однорідне коло під час першого проходу. Холодне розширення виправляє це, змушуючи весь корпус труби мати набагато більш жорсткий, послідовний круговий допуск, як правило, з точністю до часток відсотка від номінального зовнішнього діаметра.

API 5L офіційно визнає цей етап: труба, яка пройшла цей процес, позначається як "CE" (холодне розширення) у своєму маркуванні та сертифікації, а стандарт визначає коефіцієнт-розширення в холодному стані - відсоток збільшення окружності або діаметра, досягнутий під час процесу - як значення, яке виробник повинен оголосити та підтримувати узгодженим у межах випробувальної одиниці. На практиці це співвідношення невелике, зазвичай у діапазоні приблизно від 0,3% до 1,5%, оскільки метою є точна корекція, а не суттєва зміна розміру. Збільшення співвідношення понад визначене порогове значення від однієї тестової одиниці до наступної вимагає запуску нової тестової одиниціAPI 5Lрамки тестування, тому що механічні властивості труби можуть змінюватися залежно від холодної роботи.

Цей зсув є другим ефектом, який варто зрозуміти. Холодна обробка сталі шляхом пластичної деформації збільшує межу текучості в напрямку розширення (робочий матеріал -твердіє), що, як правило, є бажаним побічним ефектом для труби, яка відчуватиме внутрішній тиск. Це також вводить деяку анізотропію - межа текучості труби при стисненні в деяких напрямках може бути дещо знижена відносно її межі текучості при розтягуванні, цей ефект металурги називають ефектом Баушінгера. Для більшості застосувань лінійних труб це цілком у межах прийнятного конверта та враховано в кодах проектування; це стає більш гострим інженерним питанням лише в особливих випадках, таких як служба з високим -згортанням-опірності, коли розробнику може знадобитися чітке визначення того, яке саме холодне розширення було застосовано.

Гаряче розширення вирішує зовсім іншу проблему. Ротаційні прошивні стани - машини, які перетворюють суцільну круглу сталеву заготовку в порожнисту безшовну оболонку -, мають практичний максимальний діаметр. Більшість станів виробляють безшовні труби діаметром приблизно до 20 дюймів (508 мм) за один прохід гарячої{6}}прокатки. Попит на безшовні труби великого-діаметру існує, незважаючи на - певні проекти з транспортування нафти та газу, а спеціальні додатки, де зварна альтернатива неприйнятна, вимагають безшовних труб далеко за межі цієї стелі, приблизно до 40 дюймів (1016 мм).

Гаряче розширення — це процес, який заповнює цей розрив. Стандартна гарячекатана безшовна «основна труба», виготовлена ​​на максимальному діаметрі прошивного стану або близькому до нього, повторно нагрівається - зазвичай за допомогою середньочастотного індукційного нагріву - до гарячої-робочої температури, а потім пропускається через механічний розширювальний стан, де внутрішня оправка або розширювальний інструмент витягує нагріту стінку труби назовні до цільового більшого діаметру. Товщина стінки зменшується пропорційно зі збільшенням діаметра, дотримуючись тієї ж логіки-збереження об’єму, що й будь-який процес гарячого-формування.

Привабливість проста: він виробляє справді безшовну трубу (без зварювальних швів будь-якого діаметру) розмірів, яких не може досягти прошивний стан, як правило, за нижчу вартість, ніж альтернативні безшовні маршрути великого-діаметра, і з розумною ефективністю виробництва. Ось чому гарячерозширені безшовні труби знайшли стійкий ринок, особливо на китайських безшовних заводах, які створили спеціальні можливості на основі цього процесу.

Він також має компроміси,-про які повинен знати покупець, який вказує «безшовний» для вимогливої ​​програми. Основна труба містить не-металічні включення - сульфіди, оксиди та силікати -, які є нормальною -характерністю будь-якого сталеплавильного процесу. Під час гарячого розширення підвищена температура та деформація можуть сплющити ці включення до тонких пластин-форм, узгоджених із напрямком розширення, явище, яке може сприяти розшаруванню (внутрішньому поділу вздовж площини кочення) за певних умов напруги. Нерівномірне охолодження після розширення також може спричинити залишкові напруги в стінці труби, більш виражені, ніж у материнській трубі, яка ніколи-не перероблялася. Для-безшовних застосувань загального призначення належним чином контрольоване гаряче розширення створює трубу, яка надійно працює в межах своїх номінальних характеристик. Але для кислих - середовищ, що включають H2S, де водневе-індуковане розтріскування (HIC) і стійкість до сульфідного розтріскування (SSC) є керівним занепокоєнням - включення-ефекту сплющування є загальноприйнятим застереженням у промисловості, і деякі специфікації проекту виключають гаряче-розширену трубу з HIC/SSC-критичну послугу повністю або вимагають додаткового кваліфікаційного тестування, перш ніж прийняти її.

Ці два процеси також змінюють те, на чому перевірка повинна зосередитися після факту. Після холодного розширення перевірка розмірів (--округлість, діаметр уздовж довжини труби, прямолінійність) є основною перевіркою, оскільки процес є механічним і не викликає металургійних проблем, пов’язаних із повторним нагріванням. Ультразвукове випробування зварювального шва та корпусу досі відповідає тим самим вимогам, що й будь-яка зварена труба, але немає додаткової металургійної повторної -перекваліфікації на основі самого етапу визначення розміру.

Після гарячого розширення ультразвукове випробування виконує більш конкретну роль: це практичний спосіб перевірити ризик розшарування, описаний вище, оскільки сплющені включення та внутрішні поділи не видно зовні. Млин, на якому працює дисциплінований процес гарячого-розширення, скануватиме кінцеву розширену трубу, а не лише материнську трубу перед розширенням, саме тому, що сам етап розширення є тим, що створює ризик, який перевіряють. Якщо документація постачальника про якість показує лише випробування на етапі материнської труби, це варто поставити як питання перед розміщенням замовлення на розширену безшовну трубу, призначену для вимогливого обслуговування.

Час і вартість також різняться, що має значення на етапі пропозиції. Холодне розширення — це швидкий-етап кінцевої обробки, інтегрований у послідовність виробництва зварних труб, додаючи незначні витрати часу та витрат порівняно з основною трубою. Гаряче розширення — це окрема операція повторного нагріву та формування, яка виконується на вже-повній материнській трубі, яка додає окрему стадію виробництва, подовжує час виконання порівняно зі стандартними безшовними розмірами та відображається в реальній надбавці до вартості труби, яка входить у діапазон рідного діаметра прошивного стану - надбавка, яка часто є вирішальним фактором, чи обирає проект гарячерозширену безшовну трубу чи переходить на натомість зварна альтернатива великого-діаметра.

Оскільки «розширена труба» може означати будь-яке з цих питань, питання, які повинен поставити покупець, повністю залежать від того, яке з них стосується продукту, що продається.

Для холодно{0}}розширених зварних труб доречними є розміри та механічні питання: який-коефіцієнт холодного розширення було застосовано, чи зазначено це в сертифікаті заводу відповідно до вимог API 5L, і чи відповідає профіль властивостей (зокрема, якщо навантаження на стиск або опір руйнуванню має значення для застосування) тому, що передбачає проектна основа проекту. Це звичайна інформація для заводу, яка рідко має справжнє занепокоєння для стандартних послуг передачі або розподілу.

Для безшовної труби з гарячим-розширенням відповідні запитання йдуть далі: чи має труба гаряче{1}}розширений чи початковий діаметр-основної труби (про це має бути чітко вказано в сертифікаті заводу та замовлення на замовлення, оскільки вони не є взаємозамінними для кожного застосування), і якщо гаряче{3}}розширена труба, чи призначена експлуатація кислим, висока-в’язкість-критичною чи іншим чином чутливою до орієнтації включення і залишкова напруга. Якщо відповідь на останнє запитання ствердна, варто напряму запитати постачальника, чи має певний проект або клас задокументовану історію успішного випробування HIC/SSC на гарячому-розширеному матеріалі, а не припускати, що загальна відповідність API 5L вирішує питання.

• Стандартні лінії передачі (не-кислі):Зварна труба LSAW/SSAW зі стандартним холодним розширенням є економічно-вибором за умовчанням.
• Кислий сервіс (H2S / NACE MR0175):Уникайте гарячих-розширених безшовних труб через ризик-сплющення та розшарування; вибирайте не-розширену безшовну або холоднорозширену-зварну трубу з перевіреним коефіцієнтом розширення.
• General Industrial & Structural (>20" Безшовні):Гаряче{0}}розширена безшовна труба є ідеальною та економною, якщо підтверджено повне покриття UT.
• Застосування з високим-згортанням (глибоководні/обсадна колона):Перевірте коефіцієнт холодного{0}}розширення відповідно до проектних характеристик, оскільки холодне розширення знижує межу текучості при стиску (ефект Баушінгера).
• Стандартні розміри (висота менше або дорівнює 20"-P/висока-T):Стандартна не{0}}розширена безшовна труба є стандартним рішенням-процеси розширення не потрібні.
• Бюджетні-великі безшовні характеристики:Гаряче{0}}розширена безшовна труба є економічно{1}}ефективним вибором, коли «безшовна» суворо потрібна та умови експлуатації дозволяють.

Основний принцип:Вибір труб повинен ґрунтуватися на вимогах до служби (тиск, температура, вплив H2S, зовнішній ризик руйнування), узгоджуючи виробничий процес з умовами експлуатації.

Зв'язатися зараз