Холодное расширение и горячее расширение в производстве стальных труб: что на самом деле означают эти термины

Поищите «расширение труб» в контексте-поставок стали, и вы обнаружите два совершенно разных производственных процесса, имеющих одно и то же название. Один из них — это этап окончательной обработки сварных труб (ERW, LSAW, SSAW) для коррекции округлости и точности размеров после формовки. Другой — это процесс-увеличения размера, применяемый к бесшовным трубам и используемый для получения диаметра, превышающего тот, который может произвести прошивной стан за один проход. Оба метода подразумевают выталкивание или вытягивание диаметра трубы наружу -, и на этом сходство заканчивается. Путаница этих двух понятий или предположение, что «расширенная труба» всегда означает одно и то же, является реальным источником недопонимания на этапе предложения, особенно для покупателей, впервые занимающихся закупками линейных труб.

В этой статье эти два процесса разделены, объясняется, что каждый из них меняет в готовой трубе, и описывается, что следует проверить перед указанием или принятием любого типа в проекте.

Холодное расширение -, иногда называемое холодной калибровкой или механическим расширением -, применяется к сварным трубам (чаще всего LSAW и SSAW, иногда ERW большого-диаметра) сразу после формовки и сварки, пока труба находится при температуре окружающей среды. Трубу загружают в гидравлический расширитель, оснащенный сегментной головкой или расширительной головкой. Головка вставляется в трубу и механически выталкивается наружу серией контролируемых шагов по длине трубы, пластически деформируя стенку трубы наружу на небольшую, точно контролируемую величину.

Цель почти полностью пространственная. Труба -формованная-и рулонная-труба (JCOE, UOE или спиральная формовка) выходит из сварочной линии с некоторой-округлостью-округлостью, остаточным формовочным напряжением и изменением диаметра по длине - пластина или рулон никогда не сгибается в идеально однородный круг при первом проходе. Холодное расширение исправляет это, придавая всему телу трубы гораздо более жесткий и постоянный круговой допуск, обычно с точностью до долей процента от номинального наружного диаметра.

API 5L формально признает этот этап: труба, прошедшая этот процесс, имеет обозначение «CE» (холодное расширение) на своей маркировке и сертификации, а стандарт определяет коэффициент холодного расширения - - процентное увеличение окружности или диаметра, достигнутое в ходе процесса -, как значение, которое производитель должен заявить и поддерживать в пределах испытательной единицы. На практике это соотношение невелико, обычно в диапазоне примерно от 0,3% до 1,5%, поскольку целью является точная коррекция, а не значительное изменение размера. Увеличение соотношения сверх определенного порога от одного тестового блока к другому требует запуска нового тестового блока подAPI 5ЛЭто система испытаний, поскольку механические свойства трубы могут меняться в зависимости от объема примененной холодной обработки.

Этот сдвиг — второй эффект, который стоит понять. Холодная обработка стали за счет пластической деформации увеличивает предел текучести в направлении расширения (материал -затвердевает), что обычно является приятным побочным эффектом для труб, которые будут подвергаться внутреннему давлению. Это также вносит некоторую анизотропию - предел текучести трубы при сжатии в некоторых направлениях может быть несколько уменьшен по сравнению с пределом текучести при растяжении, металлурги называют этот эффект эффектом Баушингера. Для большинства трубопроводов это находится в пределах допустимого и учитывается в нормах проектирования; он становится более острым инженерным вопросом только в особых случаях, таких как работа с высоким -сопротивлением-сопротивлению сжатию, когда проектировщику может потребоваться точное представление о том, какое именно холодное расширение было применено.

Горячее расширение решает совершенно другую проблему. Ротационные прошивные станы - — машины, которые превращают сплошную круглую стальную заготовку в полую бесшовную оболочку - — имеют потолок практичного диаметра. Большинство заводов способны производить бесшовные трубы с наружным диаметром примерно до 20 дюймов (508 мм) за один проход горячей-прокатки. Спрос на бесшовные трубы большого-диаметра существует независимо от - некоторых проектов по транспортировке нефти и газа, а также специальные применения, где сварная альтернатива неприемлема, требуют бесшовных труб, диаметр которых значительно превышает этот потолок, примерно до 40 дюймов (1016 мм).

Горячее расширение — это процесс, который устраняет этот разрыв. Стандартную горячекатаную-бесшовную "материнскую трубу", произведенную с максимальным диаметром прошивного стана или близким к нему, повторно нагревают -, как правило, с использованием среднечастотного индукционного нагрева - до горячей-рабочей температуры, а затем пропускают через стан механического расширения, где внутренняя оправка или расширяющий инструмент выталкивает нагретую стенку трубы наружу до целевого большего диаметра. Толщина стенки уменьшается пропорционально увеличению диаметра, следуя той же логике-сохранения объема, что и при любом процессе горячего-формования.

Привлекательность очевидна: он производит действительно бесшовные трубы (без сварных швов любого диаметра) размеров, которые прошивной стан не может получить напрямую, как правило, с меньшими затратами, чем альтернативные бесшовные маршруты большого-диаметра, и с разумной производственной эффективностью. Вот почему горяче-расширенные бесшовные трубы нашли устойчивый рынок, особенно среди китайских бесшовных заводов, которые создали специальные возможности для этого процесса.

Это также имеет-компромиссы, о которых следует знать покупателю, выбирающему «бесшовный» вариант для требовательного приложения. В основной трубе присутствуют не-металлические включения - сульфиды, оксиды и силикаты -, которые являются нормальным явлением низкого уровня-в любом процессе производства стали. Во время горячего расширения повышенная температура и деформация могут сгладить эти включения в тонкие пластинчатые формы, соответствующие направлению расширения, - явление, которое может способствовать расслоению (внутреннему расслоению вдоль плоскости прокатки) при определенных условиях напряжения. Неравномерное охлаждение после расширения также может привести к появлению остаточных напряжений в стенке трубы, более выраженных, чем в исходной трубе, которая никогда не-обрабатывалась заново. Для бесшовных применений общего-цели правильно контролируемое горячее расширение позволяет получить трубу, которая надежно работает в пределах своих номинальных характеристик. Но для кислых условий эксплуатации -, содержащих H2S, где устойчивость к водородному-индуцированному растрескиванию (HIC) и сульфидному растрескиванию под напряжением (SSC) является основной проблемой, - эффект сплющивания включений является признанным предостережением в отрасли, и некоторые спецификации проекта полностью исключают горяче-расширяемую трубу из HIC/SSC-критической эксплуатации или требуют дополнительных квалификационных испытаний. прежде чем принять его.

Эти два процесса также меняют то, на чем инспекция должна сосредоточиться постфактум. После холодного расширения основной проверкой является проверка размеров (--круглость, диаметр по длине трубы, прямолинейность), поскольку процесс является механическим и не вызывает металлургических проблем, связанных с повторным нагревом. Ультразвуковой контроль сварного шва и корпуса по-прежнему соответствует тем же требованиям, что и любая сварная труба, но дополнительная металлургическая переат-аттестация, связанная с самим этапом калибровки, не требуется.

После горячего расширения ультразвуковой контроль приобретает более конкретную роль: это практический способ проверки описанного выше риска расслоения, поскольку сплющенные включения и внутренние разделения не видны снаружи. Завод, на котором выполняется дисциплинированный процесс горячего-расширения, будет сканировать UT окончательно расширенную трубу, а не только исходную трубу перед расширением, именно потому, что сам этап расширения представляет собой проверяемый риск. Если в документации поставщика по качеству указаны испытания только на этапе исходной трубы, этот вопрос стоит задать перед размещением заказа на расширенные бесшовные трубы, предназначенные для требовательного обслуживания.

Время выполнения заказа и стоимость также различаются, что имеет значение на этапе предложения. Холодное расширение — это быстрый, поточный этап отделки, интегрированный в процесс производства сварных труб, который требует незначительного увеличения времени и затрат по сравнению с основной трубой. Горячее расширение — это отдельная операция повторного нагрева и формовки, выполняемая на уже-готовой исходной трубе, которая добавляет отдельный этап производства, увеличивает время выполнения заказа по сравнению со стандартными бесшовными размерами и отражается в реальной надбавке к затратам по сравнению с трубой, которая попадает в исходный диапазон диаметров прошивного стана -, и эта надбавка часто является решающим фактором при выборе проекта горячей-бесшовной раскатки или вместо этого переходит на сварную альтернативу большого-диаметра.

Поскольку «расширенная труба» может означать любое из этих значений, вопросы, которые должен задать покупатель, полностью зависят от того, какой из них относится к продаваемому продукту.

Для холодно-расширенной сварной трубы актуальны вопросы размеров и механического характера: какая степень холодного-расширения была применена, указана ли она в сертификате завода в соответствии с требованиями API 5L и соответствует ли полученный профиль свойств (особенно если для применения важна сжимающая нагрузка или устойчивость к разрушению) тому, что предполагает проектная основа проекта. Это обычная информация, которую должен предоставлять завод, и она редко вызывает реальную озабоченность при стандартных услугах по передаче или распределению.

Для горячих-расширенных бесшовных труб соответствующие вопросы идут дальше: является ли труба горячим-расширенным или исходным-диаметром трубы (в сертификате завода и заказе на поставку должно быть указано это явно, поскольку они не являются взаимозаменяемыми для каждого применения), и если горяче-расширенный, является ли предполагаемая эксплуатация кислой, высокая-прочность-критична или иным образом чувствительна к ориентации включений и остаточному напряжению. Если ответ на последний вопрос положительный, стоит напрямую спросить поставщика, имеет ли конкретный проект или марка документированную историю успешных испытаний HIC/SSC на горячем-расширенном материале, вместо того, чтобы предполагать, что общее соответствие API 5L решает вопрос.

• Стандартные линии электропередачи (не-кислотные):Сварная труба LSAW/SSAW со стандартным холодным расширением — это экономически-эффективный выбор по умолчанию.
• Кислое обслуживание (H2S / NACE MR0175):Избегайте использования горячих-расширенных бесшовных труб из-за риска их-сплющивания и расслоения; выбирайте не-расширенную бесшовную или холодно-расширенную сварную трубу с проверенной степенью расширения.
• General Industrial & Structural (>20 дюймов (бесшовный):Бесшовные трубы горячего-расширения являются идеальными и экономичными при условии подтверждения полного покрытия UT.
• Приложения с сильным-обрушением (глубоководная/обсадная колонна):Проверьте коэффициент расширения-в холодном состоянии на соответствие проектным характеристикам, поскольку холодное расширение снижает предел текучести при сжатии (эффект Баушингера).
• Стандартные размеры (высота -P/высокая-T менее или равна 20 дюймов):Стандартная нерасширенная бесшовная труба — стандартное решение.-Процессы расширения не требуются.
• Большие цельные спецификации с ограниченным бюджетом-:Бесшовные трубы горячего-расширения представляют собой экономически-эффективный выбор, когда строго требуется "бесшовность" и позволяют условия эксплуатации.

Основной принцип:Выбор труб должен определяться эксплуатационными требованиями (давление, температура, воздействие H2S, риск внешнего обрушения), а также соответствием производственного процесса условиям эксплуатации.

Свяжитесь сейчас