Produksjon av sømløs stålrør: Billet til ferdig rør

Hvorfor piercingsruten eksisterer

Sveiset rør er laget av stripe som er formet og skjøtet, og skjøten er en metallurgisk og geometrisk diskontinuitet: en smal støpt struktur med en varmepåvirket sone ved siden av seg, og en geometri som aldri er helt i flukt med kroppen. Sømløse rør fjerner denne diskontinuiteten ved å starte fra et solid rundt emne og konvertere det til et hult skall uten noen sammenføyningsoperasjon, slik at det ferdige røret har kontinuerlig periferisk kornstrøm og ingen langsgående sveis noe sted i lengden. Det er grunnen til at sømløse rør forblir referanseproduktet for høytrykkskjeler, oljerørsvarer, hydrauliske komponenter og prosessrør der en søm ikke er en akseptabel risiko.

Prosessen er konseptuelt enkel - varm opp en solid sylinder, stikk et hull gjennom den, rull veggen til størrelse - men hvert trinn er en kontrollert metallurgisk operasjon. Temperaturvinduer må sitte innenfor austenittområdet uten å overopphete overflaten, stikkpluggen må overleve kontakt med stål ved smitemperatur, veggen må reduseres uten å introdusere innvendige overlappinger, og de endelige egenskapene må frembringes ved en dokumentert varmebehandling snarere enn ved en tilfeldighet. Et rør som er dimensjonalt riktig, men varmebehandlet utenfor vinduet vil mislykkes ved mølletesten, og et rør med riktige egenskaper, men en innrullet indre defekt vil bestå strekktesten og mislykkes i bruk.

Billetvalg og forberedelse

Billetten er en kontinuerlig støpt rundstang, og kvaliteten setter taket på rørkvalitet. Overflatedefekter, porøsitet under overflaten og inklusjonsklynger i emnet blir sømmer, overlapper og lamineringer i røret, så emner inspiseres og kondisjoneres før de går inn i ovnen. Kondisjonering ved sliping fjerner overflatesprekker som ellers ville blitt forlenget til lange sømmer, og kutting til nøyaktig lengde som matcher den ferdige rørlengden unngår for mye avlingstap i begge ender.

Billetdiameteren er valgt for å passe til den ferdige rørstørrelsen, fordi tverrsnittsarealet til billetten må være stort nok til å mate det gjennomhullede skallet og den påfølgende veggreduksjonen. Et emne som er for lite kan ikke produsere den nødvendige veggen etter forlengelse, og en som er for stor tvinger til overdreven reduksjon og øker risikoen for indre defekter. For legeringer og høye karbonkvaliteter er emnet ofte mykglødet eller overflateslipt før gjennomhulling for å redusere risikoen for sprekkdannelse under deformasjon.

Oppvarming for piercing

Billets varmes opp i en roterende peisovn eller en stråleovn til en temperatur som gjør stålet plastisk nok for gjennomboring, typisk mellom 1150 og 1280 grader Celsius avhengig av karakter, med det nøyaktige vinduet satt av karbon- og legeringsinnholdet. Ovnsatmosfæren er kontrollert for å begrense avkarbonisering og avleiring, fordi et avkullet overflatelag senker overflatehardheten og, på legeringsrør, kan påvirke responsen på varmebehandling.

Temperaturensartethet rundt og langs emnet betyr mer enn det nominelle settpunktet. En kald side deformeres ikke og produserer eksentrisk vegg; en overopphetet side brenner korngrensene og gir overflatesprekker som vises som lange sømmer etter rulling. Utløpstemperaturen i ovnen måles bit for bit, og piercingmøllen er innstilt til å ta imot billetten umiddelbart, fordi temperaturen faller raskt i overføringen.

Piercing the Shell

Roterende piercing skyver den oppvarmede emnet over en vannkjølt plugg mellom to eller tre roterende ruller hvis akser er skjevt til emneaksen. Kombinasjonen av rotasjon og aksialtrykk skaper et hulrom på frontflaten som pluggen utvider seg til en kontinuerlig boring, og produserer et tykkvegget skall. Mannesmann to-rulls piercer og tre-rull piercer er de vanlige konfigurasjonene, og begge avhenger av pluggformen for å kontrollere borediameteren og rulleformen for å kontrollere ovalitet og veggfordeling.

Piercing er der eksentrisiteten blir født. Hvis pluggen ikke er i midten, hvis rullene er slitt asymmetrisk, eller hvis emnetemperaturen er ujevn, har det resulterende skallet en tynn side og en tykk side, og ingen senere operasjon fjerner denne asymmetrien fullstendig. Dette er grunnen til at veggtoleransen til et sømløst rør er bredere enn for et sveiset rør, og hvorfor måling av helkroppsvegg er en del av aksepttestingen for kritiske karakterer.

Rulling av veggen og lengden

Etter piercing forlenges skallet og veggen reduseres med en av flere mølletyper, valgt i henhold til diameter, vegg og nødvendig overflatekvalitet.

Strekkreduserende følger valseverket for små og mellomstore størrelser. Røret passerer gjennom et tog av stativer med avtagende rullegap mens strekk påføres langs aksen, slik at veggen reduseres mens diameteren trekkes ned. Spenningskontroll er den kritiske variabelen: økende spenning tynner veggen, reduserer den gjør veggen tykkere, og operatøren setter tidsplanen slik at den ferdige veggen lander innenfor toleransebåndet i stedet for bare å treffe gjennomsnittet.

For presisjonsrør som DIN 2391 og EN 10305-4 kvaliteter, er den varmvalsede hulen kaldtrukket eller kaldpilert i flere omganger med mellomgløding og beising mellom passasjer. Kaldbearbeiding gir dimensjonsnøyaktigheten og overflatefinishen som hydraulikk- og instrumentslanger krever, og den endelige glødingen eller spenningsavlastningen avgjør om slangen leveres normalisert, glødet eller i kaldtrukket tilstand med en spesifisert hardhet.

Avkjøling, retting og kutt i lengde

Valsede rør avkjøles på et kjølelag under forhold som unngår ukontrollert herding, deretter rettes det ut i en roterende eller presserettet rettetang. Retting introduserer restspenning, og for kvaliteter hvor spenningskorrosjon er en risiko bør kjøper spesifisere en avspenningsbehandling etter oppretting. Rørendene kuttes deretter firkantet og lengden måles mot det bestilte området.

På dette tidspunktet er røret dimensjonalt ferdig, men metallurgisk ennå ikke ferdig. Veggtykkelse kontrolleres rundt omkretsen og langs lengden, og målt eksentrisitet registreres, fordi den blir begrensende vegg for trykkberegningen og for korrosjonstillegget.

Varmebehandling etter rulling

De fleste kvaliteter er varmebehandlet etter rulling, og behandlingen er det som produserer de spesifiserte egenskapene i stedet for rullingsplanen. Kjelerør i karbonstål er normalisert, typisk i området 900 til 950 grader Celsius, for å forfine kornstørrelsen og gi reproduserbar slagfasthet. Høystyrke linjerør- og foringsrørkvaliteter bråkjøles og tempereres, med tempereringstemperaturen valgt slik at flytegrensen lander innenfor graderingsvinduet mens hardheten holder seg under grensen som gjelder for sur service.

Legeringskjele og varmerør trenger en full normaliserings- og tempereringssyklus. Krommolybdenkvaliteter som ASTM A335 P11 og P22 blir normalisert og deretter temperert i området 650 til 700 grader Celsius for å utvikle den bainitiske eller ferritiske strukturen som gir krypestyrke. Grad T91 og P91 krever en høyere austenitiseringstemperatur, i området 1040 til 1080 grader Celsius, etterfulgt av temperering ved minimum 730 grader Celsius, og de spesifiserte mekaniske egenskapene kan ikke nås uten begge trinnene i riktig rekkefølge. Austenittisk rustfritt som ASTM A312 TP316L er løsningsglødet ved omtrent 1040 til 1120 grader Celsius og raskt avkjølt, mens duplekskvaliteter er løsningsbehandlet i området 1020 til 1100 grader Celsius med en kjølehastighet som er rask nok til å unngå sigmafasedannelse.

Ovnsprotokoller må knytte behandlingen til partiet. Sertifikatet skal angi behandling, temperaturområde, holdetid og kjølemetode, og for kontinuerlige ovner linjehastigheten som ga holdetiden. Et sertifikat som kun viser strekk- og flyteverdier kan ikke vise at behandlingen faktisk ble brukt på det røret.

Etterbehandling, avslutninger og merking

Ferdig rør kuttes til bestilt lengde, deretter sluttbehandles i henhold til applikasjonen: glatt ende for sveising, faset i 30 grader med rotflate for feltomkretssveising, gjenget og koblet til API 5B for foringsrør og rør, eller klargjort for en spesifikk tilkobling. Gjengene måles, og koblingene trekkes til og beskyttes med gjengeblanding og plasthetter. Hvert rør er stensilert med standard, kvalitet, utvendig diameter og vegg, lengde, varmenummer, prosess og inspektørstempel, og merkingen skal forbli leselig etter spesifisert overflatebehandling.

Overflatebeskyttelse velges for å matche leveringsvei og lagringsperiode. Bare rør er normalt lakkert, oljet eller svartmalt; linjerør kan motta fusjonsbundet epoksy, trelags polyetylen eller et tapesystem til en anerkjent standard som ISO 21809-2 for epoksy eller DIN 30670 for trelags polyetylen; og galvanisert rør er belagt i henhold til ISO 1461 eller en produktspesifikk standard med beleggmasse verifisert per arealenhet.

Inspeksjon og testing

Testing er lagdelt, og hvert lag adresserer en annen feilmodus. Dimensjonell inspeksjon dekker utvendig diameter, vegg på flere punkter, lengde, retthet, enderetthet og skrågeometri. Helkroppsultralydundersøkelse i henhold til ASTM E213 oppdager langsgående og tverrgående ufullkommenheter og lamineringer i veggen, og for austenittiske kvaliteter krever grovkornstrukturen de spesifikke teknikkene beskrevet i ASTM E309. Elektromagnetisk eller virvelstrømundersøkelse til ASTM E426 brukes for rustfritt og for overflatetilkoblede defekter ved høy hastighet. Hydrostatisk testing påfører internt trykk til et nivå beregnet fra veggen og den tillatte bøylespenningen, med standardformelen som relaterer testtrykket til to ganger veggtykkelsen ganger den tillatte spenningen delt på ytre diameter, holdt i minimumsperioden produktstandarden krever, og hvert rør kontrolleres for lekkasje.

Mekanisk testing verifiserer at varmebehandlingen ga de spesifiserte egenskapene. Strekktesting etablerer flyte- og strekkfasthet og forlengelse, hardhetstesting sjekker tempereringsresponsen og maksimal hardhetsgrense for sur bruk, utflatinging og faklingstester belaster røret bevisst for å avdekke dårlig duktilitet, og Charpy slagtesting av kroppen fastslår seigheten som en lav temperaturbasert design eller seighet er avhengig av. Alle disse testene utføres etter metodene i ASTM A370, og resultatene registreres mot varmenummeret på fabrikksertifikatet, med et EN 10204 3.1-sertifikat utstedt av produsenten eller et 3.2-sertifikat medsignert av en uavhengig inspektør.

Typiske defekter, deres årsaker og deres påvisning

Å lese defektmønsteret er nyttig ved mottak av inspeksjon. En klynge av indre skorper antyder en slitt plugg og en fres som ikke kontrollerer verktøyet, mens spredte lamineringer antyder billetkvalitet. Veggeksentrisitet konsentrert i én vinkelposisjon er et problem med rulle- eller pluggjustering, ikke en tilfeldig variasjon, og det rettferdiggjør en strengere veggkontroll på hele partiet i stedet for en enkelt re-test.

Hva prosessen betyr for kjøperen

Prosessen forklarer tre kommersielle fakta som ofte forveksles med leverandøratferd. For det første har sømløse rør en genuint bredere veggtoleranse enn sveiset rør, fordi eksentrisitet oppstår i gjennomboringsoperasjonen og ikke kan rulles helt ut; bestilling på minimum veggbasis er det riktige svaret. For det andre har den sømløse ruten en reell lengdegrense, pålagt av doren og mølleoppsettet, så veldig lange enkeltlengder krever en annen prosess. For det tredje reflekterer prispremien over sveiset rør lavere produktivitet og høyere avlingstap snarere enn en vilkårlig margin, og den smalner ved små diametre og utvider seg ved store.

For kritisk service bør spesifikasjonen nå utover karakteren og dimensjonen inn i prosessdetaljene: varmebehandlingstilstanden med dens temperaturområde, undersøkelsesstandarden og akseptnivået, vegggrunnlaget, hardhetsgrensen hvis tjenesten er sur, og sertifikattypen. Disse klausulene er det som lar en mottakende inspeksjon bekrefte at røret på lageret er røret som ble bestilt.

FAQ

Spørsmål: Ved hvilken temperatur er emnet gjennomboret?
Vanligvis mellom 1150 og 1280 grader Celsius, med det nøyaktige vinduet satt av karbon- og legeringsinnholdet i karakteren. Området må være varmt nok til at stålet kan flyte over pluggen uten å sprekke, men ikke så varmt at det oppstår korngrensebrenning eller overdreven avleiring, og temperaturen måles bit for bit før barren går inn i pierceren.

Spørsmål: Hvorfor har sømløse rør en bredere veggtoleranse enn sveiset rør?
Fordi veggen er dannet av gjennomhulling, og enhver ekstern plugg, gir ujevn emnetemperatur eller asymmetrisk rulleslitasje en tynn side og en tykk side som senere rulling ikke kan fjernes helt. Sveiset rør tar veggen fra en rullet spole med kontrollert krone, så dens omkretsvariasjon er naturlig nok mindre.

Spørsmål: Hvilken varmebehandling påføres krommolybden-kjelerøret?
En full normaliserings- og tempereringssyklus. Karakterer som ASTM A335 P11 og P22 normaliseres og deretter tempereres i området 650 til 700 grader Celsius, mens Grade P91 krever austenitisering rundt 1040 til 1080 grader Celsius etterfulgt av temperering ved minimum 730 grader Celsius for å nå sin spesifiserte styrke og seighet.

Spørsmål: Hvordan bestemmes det hydrostatiske testtrykket?
Fra bøylespenningsforholdet, hvor testtrykket er lik to ganger den tillatte spenningen ganger veggtykkelsen delt på ytre diameter, ved å bruke verdiene og holdetiden satt av produktstandarden. Testen påføres hvert rør og hvert rør kontrolleres for lekkasje, og trykket og varigheten er registrert på sertifikatet.

Spørsmål: Hva er forskjellen mellom varmtvalset og kaldt trukket sømløst rør?
Varmvalsede rør kommer av gjennomborings- og rulleruten med standard fresetoleranse og overflatefinish. Kaldtrukne eller kaldt pilgerede rør reduseres ytterligere ved romtemperatur over en dor med mellomgløding, som gir tettere dimensjonstoleranse, bedre konsentrisitet og en jevnere overflate, til en høyere kostnad per meter og i mindre størrelser.

Spørsmål: Hvilke standarder styrer undersøkelsen av det ferdige røret?
ASTM E213 for ultralydundersøkelse av kroppen, ASTM E309 for austenittisk materiale, ASTM E426 for elektromagnetisk undersøkelse av rustfritt rør, og ASTM A370 for de mekaniske testene. Produktstandarder som API 5L, ASTM A106 og ASTM A213 definerer hvilke av disse undersøkelsene som er obligatoriske og hvilke akseptgrenser som gjelder.