鋼管製造における冷間膨張と熱間膨張: 用語の実際の意味

鉄鋼調達のコンテキストで「パイプ拡張」を検索すると、偶然にも名前が同じである 2 つのまったく異なる製造プロセスが表示されます。{0} 1つは溶接パイプ（ERW、LSAW、SSAW）の成形後に真円度や寸法精度を整える仕上げ工程です。もう 1 つは、シームレス パイプに適用されるサイズ拡張プロセスであり、回転穿孔機が 1 回のパスで製造できる直径よりも大きな直径を作るために使用されます。どちらもパイプの直径を外側に押したり引いたりすることを伴います - が類似点です。この 2 つを混同したり、「拡張パイプ」が常に同じ意味であると思い込んだりすると、特にライン パイプの調達に慣れていないバイヤーにとって、見積段階での誤解の原因となります。

この記事では 2 つのプロセスを分離し、完成したパイプに関してそれぞれのプロセスで何が変更されるかを説明し、プロジェクトでどちらかのタイプを指定または受け入れる前に確認すべき内容を示します。

冷間膨張-は、冷間サイジングまたは機械膨張-とも呼ばれ、成形および溶接直後に、パイプが周囲温度にある状態で溶接パイプ（最も一般的にはLSAWおよびSSAW、場合によっては大径のERW）に適用されます。パイプは、セグメント化されたダイまたは拡張ヘッドが取り付けられた油圧拡張機にロードされます。ヘッドはパイプに挿入され、パイプの長さに沿って一連の制御されたステップで外側に機械的に押し出され、正確に制御された少量だけパイプ壁を外側に塑性変形させます。

目的はほぼ完全に次元的なものです。プレート-成形およびコイル-成形されたパイプ（JCOE、UOE、またはスパイラル成形）は、溶接ラインから出てきますが、真円度の多少の誤差、残留成形応力、長さに沿った直径の変動があり、--プレートやコイルは最初のパスでは完全に均一な円に曲がりません。-冷間膨張は、パイプ本体全体をより厳密でより一貫した円公差、通常は公称外径の数パーセント以内に強制することによってこれを修正します。

API 5L はこのステップを正式に認めています。このプロセスを経たパイプはマーキングと認証で「CE」（冷間膨張）と指定されており、規格では冷間膨張率 - プロセス中に達成される円周または直径の増加率 - をメーカーが宣言し、テストユニット内で一貫性を保つ必要がある値として定義しています。実際には、目標は大幅なサイズ変更ではなく精度補正であるため、この比率は小さく、通常は約 0.3% ～ 1.5% の範囲になります。あるテストユニットから次のテストユニットへの比率が定義されたしきい値を超えて増加するには、次の条件で新しいテストユニットを開始する必要があります。API 5Lパイプの機械的特性は、適用される冷間加工の量によって変化する可能性があるためです。

この変化は、理解する価値のある 2 番目の影響です。鋼を塑性変形させて冷間加工すると、膨張方向の降伏強度が増加します (材料の加工硬化)。これは一般に、内圧を受けるパイプにとっては歓迎すべき副作用です。-また、異方性も導入されます -。パイプの一部の方向の圧縮降伏強度は、引張降伏強度に比べて若干低下する可能性があります。冶金学者はこの効果をバウシンガー効果と呼んでいます。ほとんどのラインパイプ用途では、これは許容範囲内に十分収まっており、設計コードに組み込まれています。これは、設計者が冷間膨張がどの程度適用されたかを正確に把握したい場合がある、高い耐崩壊性サービスなどの特殊なケースでのみ、より鋭いエンジニアリングの問題になります。-崩壊-]。

ホット拡張はまったく別の問題を解決します。ロータリーピアシングミル - は、固体の丸い鋼ビレットを中空のシームレスシェルに変換する機械 - で、実用的な直径の天井を持っています。ほとんどの工場では、1 回の熱間圧延パスで最大外径 20 インチ (508 mm) のシームレス パイプを生産できます。- -直径の大きなシームレス パイプの需要は、-特定の石油およびガス輸送プロジェクトや溶接代替品が受け入れられない特殊用途に関係なく存在しており、その天井をはるかに超えて最大約 40 インチ (1016 mm) までのシームレス パイプが必要です。

ホットエクスパンションは、そのギャップを埋めるプロセスです。穿孔機の最大直径またはそれに近い直径で製造された標準的な熱間圧延シームレス「マザー パイプ」は、通常中周波誘導加熱を使用して-熱間加工温度まで再加熱されます-。その後、機械式拡張ミルを通過し、そこで内部のマンドレルまたは拡張ツールが加熱されたパイプ壁を外側に押し出して目標のより大きな直径にします。壁の厚さは、熱間成形プロセスと同じ体積保存ロジックに従って、直径が増加するのに比例して減少します。-

魅力は単純です。穿孔機が直接到達できないサイズの真のシームレス パイプ（どの直径でも溶接継ぎ目がありません）を製造でき、通常、代替の大口径シームレス ルートよりも低コストで、適度な生産効率で製造できます。{0}これが、ホットエキスパンドシームレスパイプ、特にこのプロセスに特化した機能を構築した中国のシームレス工場から安定した市場を獲得している理由です。{2}

また、要求の厳しいアプリケーションに対して「シームレス」を指定する購入者が知っておくべきトレードオフもあります。-母管には、非金属介在物-、硫化物、酸化物、ケイ酸塩-が含まれており、これらは製鋼プロセスにおける通常の低レベルの特徴です。-。熱間膨張中、高温と変形によりこれらの介在物は膨張方向に沿った薄い板状の形状に平らになる可能性があり、この現象は特定の応力条件下で層間剥離（圧延面に沿った内部剥離）を促進する可能性があります。拡張後の冷却が不均一であると、パイプ壁に残留応力が残る可能性があり、再加工されなかった母パイプよりも顕著になります。-汎用シームレス用途では、適切に制御された熱間膨張により、定格仕様内で確実に機能するパイプが生成されます。-しかし、酸性サービス-環境では、水素-誘起亀裂（HIC）と硫化物応力亀裂（SSC）耐性が最大の懸念事項である-介在物-平坦化効果が業界で認識されている注意点であり、一部のプロジェクト仕様では、HIC/SSC-重要なサービスからホット-拡張パイプを完全に除外しているか、追加の資格が必要です。受け入れる前にテストすること。

この 2 つのプロセスにより、事後に検査が何に重点を置く必要があるかも変わります。冷間膨張後、寸法検査（真円度、パイプの長さに沿った直径、真直度）が主なチェックとなります。これは、このプロセスが機械的であり、再加熱に伴う冶金学的問題が発生しないためです。溶接シームと本体の超音波試験は、溶接パイプと同じ要件に従いますが、サイジング ステップ自体によって追加の冶金的再認定が行われることはありません。-

熱間膨張後、超音波試験はより具体的な役割を果たします。平らになった介在物や内部剥離は外側からは見えないため、超音波試験は上記の層間剥離のリスクをチェックする実用的な方法です。規律ある熱間拡張プロセスを実行する工場では、拡張前の母管だけでなく、最終拡張されたパイプも UT スキャンします。これは、まさに拡張ステップ自体がリスクをチェックするものであるためです。-サプライヤーの品質文書にマザーパイプ段階でのテストのみが記載されている場合は、要求の厳しいサ​​ービスを目的とした拡張シームレスパイプを注文する前に、質問として提起する価値があります。

リードタイムとコストも、見積段階で重要な意味を持ちます。冷間膨張は、溶接パイプの製造シーケンスに組み込まれた高速のインライン仕上げステップであり、ベース パイプに比べて追加される時間とコストは無視できます。-熱間拡張は、すでに完成した母管に対して実行される個別の再加熱および成形操作です。これにより、明確な製造段階が追加され、標準のシームレス サイズと比較してリードタイムが延長され、穿孔機のネイティブ直径範囲内にあるパイプに対する実際のコスト プレミアムに反映されます。-このプレミアムは、プロジェクトが熱間拡張されたシームレスを選択するか、代わりに大口径の溶接代替品に切り替えるかを決定することがよくあります。-

「拡張されたパイプ」はこれらのいずれかを意味する可能性があるため、購入者が尋ねるべき質問は、見積もり対象の製品にどちらが当てはまるかによって完全に異なります。

冷間膨張溶接パイプの場合、関連する質問は寸法的かつ機械的なものです。つまり、適用された冷間膨張比はどれか、API 5L の要求に従って工場証明書に宣言されているか、結果として得られる特性プロファイル（特に圧縮荷重や耐崩壊性が用途に重要な場合）はプロジェクトの設計基準の範囲内に収まるかどうかです。-これは工場が提供する日常的な情報であり、標準的な送信または配信サービスにとって実際に懸念されることはほとんどありません。

熱間拡張シームレス パイプの場合、関連する質問はさらに詳しくなります。パイプの直径は熱間拡張されたものですか、それとも元のマザー パイプの直径ですか。（この 2 つはすべての用途で互換性があるわけではないため、工場証明書と PO にはそのように明示的に記載する必要があります）、熱間拡張された場合、意図した用途は厳しいか、高い-靭性-が重要か、あるいは介在物配向や残留応力の影響を受けやすいかなどです。-最後の質問に対する答えが「はい」の場合は、一般的な API 5L 準拠で問題が解決すると考えるのではなく、特定のプロジェクトまたはグレードに熱間膨張材料に対する HIC/SSC テストの成功の文書化された履歴があるかどうかをサプライヤーに直接尋ねる価値があります。-

• 標準送電線（非-）:標準の冷間膨張を使用した溶接 LSAW/SSAW パイプがデフォルトの費用対効果の高い選択肢です。-
• サワーサービス (H2S / NACE MR0175):介在物による平坦化や層間剥離のリスクによる熱膨張シームレス パイプを回避します。{{0}膨張率が確認された-非膨張シームレスまたは冷間膨張溶接パイプ-を選択してください。
• General Industrial & Structural (>20 インチ シームレス):ここでは、UT が完全にカバーされていることが確認されている限り、ホットエキスパンドシームレスパイプが理想的で経済的です。{0}
• 高崩壊用途（深海 / ケーシング）:冷間膨張は圧縮降伏強度を低下させるため（バウシンガー効果）、設計仕様に対する冷間膨張率を検証します。-
• 標準サイズ（高さ 20 インチ以下-P/高さ-T）:標準の非拡張シームレス パイプは、標準的なソリューションです。-拡張プロセスは不要です。-
• 予算-制約のある大規模なシームレス仕様:ホットエキスパンドシームレスパイプは、「シームレス」が厳密に要求され、サービス条件が許せば、費用対効果の高い選択肢となります。{0}

基本原則:パイプの選択は、製造プロセスを運用環境に合わせて、サービスの要求 (圧力、温度、H2S 曝露、外部崩壊のリスク) に応じて決定する必要があります。

今すぐ連絡する