Production et application des tuyaux en acier sans couture à paroi épaisse à parois épaisses
Production et application de tuyaux en acier sans couture à parois épaisses de grand diamètre
Les tuyaux en acier sans couture à parois épaisses de grand diamètre sont des composants essentiels dans les industries nécessitant des matériaux robustes capables de résister à des pressions élevées, températures extrêmes, et contraintes mécaniques. Ces tuyaux, caractérisé par des diamètres extérieurs dépassant 200 mm et épaisseurs de paroi souvent plus grandes que 20 mm, sont essentiels dans des applications telles que les cylindres hydrauliques à haute pression, oléoducs et gazoducs, et les machines lourdes. Ce document explore leurs processus de production, Propriétés des matériaux, comportement mécanique, et applications pratiques, en mettant l'accent sur les normes matérielles internationales.
1. Processus de production
La fabrication de tuyaux en acier sans couture à parois épaisses de grand diamètre implique des techniques sophistiquées pour assurer l'intégrité structurelle et la précision dimensionnelle. Voici les étapes clés:
1.1 Sélection des matières premières et préparation des billettes
La production commence par des billettes en acier de haute qualité, généralement produit via le four à arc électrique (AEP) ou four à oxygène basique (BOF) méthodes. Les matériaux communs incluent les aciers en carbone (par ex., ASTM A106 Gr.B, 20#) Et les aciers en alliage (par ex., 42CrMo, 34CrMo4). Les billettes sont inspectées pour la composition chimique et les défauts internes à l'aide de techniques comme la spectrométrie et les tests à ultrasons.
1.2 Perçage chaud
La billette est chauffée à 1100–1250 ° C dans un four à foyer rotatif, Puis percé à l'aide d'un moulin à percussion de Mannesmann pour créer une coquille creuse. Ce processus assure une structure transparente, avec des diamètres externes typiques allant de 100 mm à 500 mm et épaisseurs de paroi de 20 à 80 mm pour les tuyaux de grand diamètre.
1.3 Roulement ou extrusion à chaud
La coque creuse est traitée en outre via le roulement chaud (Utilisation d'un moulin à mandrel) ou extrusion chaude. Diamètres de combinaison roulants à chaud jusqu'à 600 mm, tandis que l'extrusion est préférée pour les sections à parois épaisses (Rapport d'épaisseur de paroi / diamètre extérieur >0.1), Offrir une uniformité et une force supérieures. Les températures sont maintenues au-dessus de 1000 ° C pour améliorer la ductilité.
1.4 Finition à froid (Facultatif)
Pour les applications nécessitant des tolérances précises (par ex., ± 0,1 mm) ou surfaces lisses, Le dessin à froid ou le roulement à froid est appliqué. Cela augmente la limite d'élasticité par le travail du travail et affine les dimensions du tuyau, critique pour les barils de cylindre hydraulique.
1.5 Traitement thermique
Le traitement thermique améliore les propriétés mécaniques:
- Normalisation: Chauffage à 850–900 ° C et refroidissement de l'air pour soulager les contraintes.
- Trempe et revenu: Trempage à 860 ° C et tremper à 500–600 ° C (par ex., pour 42crmo) Pour atteindre une force et une ténacité élevées.
Les surfaces intérieures peuvent être perfectionnées à une finition de RA ≤ 0.4 μm pour les applications hydrauliques.
1.6 Contrôle de qualité
Les tuyaux finis subissent des tests rigoureux, y compris les tests de pression hydrostatique (jusqu'à 100 MPa), Détection de défaut à ultrasons, et vérifications dimensionnelles, Assurer le respect des normes comme ASTM A519, DANS 10297-1, ou gb / t 8162.
2. Spécifications et propriétés du matériau
Le choix du matériau dépend de la pression, température, et les conditions environnementales. Deux tables sont fournies ci-dessous: un pour les notes chinoises communes (Normes GB) et un autre pour l'Europe (DANS) et américain (ASTM/ASME) grades largement utilisées sur les marchés internationaux.
2.1 Normes matérielles chinoises (GO)
| Grade | Standard | Limite d'élasticité (MPa) | Résistance à la traction (MPa) | Plage d'épaisseur de paroi (mm) | Éléments d'alliage clés |
|---|---|---|---|---|---|
| 20# | GB/T 8162 | ≥410 | ≥550 | 10–50 | C: 0.17–0.24, Mn: 0.35–0,65 |
| 45# | GB/T 8162 | ≥600 | ≥750 | 10–50 | C: 0.42–0,50, Mn: 0.50–0,80 |
| 16Mn (Q345) | GB/T 1591 | ≥345 | ≥470 | 15–60 | C: ≤0,20, Mn: 1.00–1,60 |
| 42CrMo | GB/T 3077 | ≥650 | ≥850 | 20–80 | C: 0.38–0,45, Cr: 0.90–1.20, Mo: 0.15–0,25 |
2.2 Normes matérielles européennes et américaines (Fr et ASTM / ASME)
| Grade | Standard | Limite d'élasticité (MPa) | Résistance à la traction (MPa) | Plage d'épaisseur de paroi (mm) | Éléments d'alliage clés |
|---|---|---|---|---|---|
| P355N | DANS 10216-3 | ≥355 | 490–630 | 10–60 | C: ≤0,20, Mn: 0.90–1,70 |
| 34CrMo4 | DANS 10297-1 | ≥650 | ≥900 | 20–80 | C: 0.30–0,37, Cr: 0.90–1.20, Mo: 0.15–0,30 |
| A106 Gr.B | ASTMA106 | ≥240 | ≥415 | 10–50 | C: ≤0,30, Mn: 0.29–1.06 |
| A519 4140 | ASTMA519 | ≥655 | ≥855 | 20–80 | C: 0.38–0,43, Cr: 0.80–1.10, Mo: 0.15–0,25 |
| A335 P22 | ASTMA335 | ≥205 | ≥415 | 15–60 | C: ≤0,15, Cr: 1.90–2,60, Mo: 0.87–1.13 |
Notes: Le rendement et les résistances à la traction peuvent varier en fonction du traitement thermique et de l'épaisseur de la paroi. Les notes européennes comme P355N et 34CRMO4 sont courantes dans les navires sous pression, tandis que les notes ASTM comme A519 4140 Excel dans les applications hydrauliques à haute pression.
3. Analyse mécanique
3.1 Stress du cerceau
Stress du cerceau (S_H) est le stress dominant dans les tuyaux sous pression:
S_h = (P × d_i) / (2 × t)
Exemple: P = 80 MPa, D_i = 300 mm, t = 40 mm, S_h = (80 × 300) / (2 × 40) = 300 MPa, sûr pour A519 4140 (S_y = 655 MPa).
3.2 Conception d'épaisseur de paroi
Épaisseur minimale de paroi (t_min) intègre un facteur de sécurité (Sf = 2):
t_min = (P × d_i) / (2 × S_Y / SF)
Pour p = 80 MPa, D_i = 300 mm, S_y = 655 MPa, t_min = (80 × 300) / (2 × 655 / 2) = 36.64 mm, donc t = 40 MM est adéquat.
3.3 Pression d'éclatement
Pression d'éclatement (P_BURST) indique le seuil de défaillance:
P_burst = (2 × S_U × T) / D_i
Pour A519 4140 (Σ_u = 855 MPa), P_burst = (2 × 855 × 40) / 300 = 228 MPa, Une marge significative ci-dessus 80 MPa.
3.4 Considérations de fatigue
Pour le chargement cyclique, la limite d'endurance (σ_e ≈ 0,4-0,5 × σ_u) doit dépasser l'amplitude de contrainte. Pour 34crmo4 (Σ_u = 900 MPa), σ_e ≈ 400–450 MPa, Assurer la durabilité.
4. Applications
4.1 Cylindres hydrauliques à haute pression
Grades comme A519 4140 et 34crmo4 sont utilisés dans l'équipement lourd (par ex., fouilles, presses), gérer 50–100 MPa et forces jusqu'à 1000 tonnes.
4.2 Transport pétrolier et gazier
Les tuyaux A106 Gr.B et P355N avec des murs de 30 à 60 mm transportent des hydrocarbures à haute pression, Résister à la corrosion et à la fatigue.
4.3 Machines lourdes et systèmes marins
Dans les grues et les plates-formes offshore, 42Les tuyaux CRMO ou A335 P22 endurent les charges dynamiques et les environnements durs.
4.4 Production d'énergie
A335 P22 et des grades similaires dans les chaudières électriques génèrent une vapeur à haute température jusqu'à 540 ° C et 10 MPa.
5. Exemple de conception pratique
Pour un cylindre hydraulique avec p = 90 MPa, diamètre extérieur = 400 mm, Utilisation de A519 4140:
- D_i = 340 mm, t = 30 mm
- S_h = (90 × 340) / (2 × 30) = 510 MPa (<655 MPa)
- t_min = (90 × 340) / (2 × 655 / 2) = 46.72 mm (nécessite un mur plus épais)
- P_burst = (2 × 855 × 30) / 340 = 150.88 MPa
UN 40 MM Mur donne σ_h = 382.5 MPa, Assurer la sécurité avec un réglage SF.
Tuyaux ERW NOIR. Soudé par résistance électrique (Restes explosifs de guerre) Les tuyaux sont fabriqués à partir de bobines laminées à chaud / Fentes. Toutes les bobines entrantes sont vérifiées sur la base du certificat de test reçu de l'aciérie pour leurs propriétés chimiques et mécaniques.. Le tuyau ERW est formé à froid pour lui donner une forme cylindrique, non formé à chaud.
Le tuyau sans soudure est fabriqué en extrudant le métal à la longueur souhaitée; par conséquent, les tuyaux ERW ont un joint soudé dans leur section transversale, tandis que le tuyau sans soudure n'a aucun joint dans sa section transversale sur toute sa longueur. Dans un tuyau sans soudure, il n'y a pas de soudure ni de joints et est fabriqué à partir de billettes rondes solides.
Les tuyaux sans soudure en acier au carbone sont utilisés dans une gamme d'applications dans toutes les industries différentes, y compris pétrochimique, environnemental, énergie, et plus. Merci à plus de 100 des années d'expérience combinée et de vastes connaissances dans plusieurs secteurs, nous pouvons vous aider à trouver le produit adapté à votre application unique. Notre amical, des représentants du service client compétents écouteront vos besoins et pourront vous proposer des suggestions pour vous procurer des produits qui répondent à vos exigences..
Le 3 éléments de dimension du tuyau Normes de dimension des tuyaux en acier au carbone et en acier inoxydable (ASME B36.10M & B36.19M) Tableau des tailles de tuyaux (Calendrier 40 & 80 tuyau en acier signifie) Moyens de taille nominale du tuyau (NPS) et diamètre nominal (DN) Tableau des dimensions des tuyaux en acier (Tableau des tailles) Calendrier des classes de poids des tuyaux (WGT)
Les tuyaux sans soudure sont fabriqués selon un procédé de perçage, où une billette solide est chauffée et percée pour former un tube creux. Tubes soudés, d'autre part, sont formés en joignant deux bords de plaques d'acier ou de bobines à l'aide de diverses techniques de soudage.
Le tuyau en acier au carbone est très résistant aux chocs et aux vibrations, ce qui le rend idéal pour le transport de l'eau., huile & gaz et autres fluides sous les chaussées. Dimensions Taille: 1/8″ à 48″ / Épaisseur DN6 à DN1200: Sch 20, MST, 40, XS, 80, 120, 160, Type XXS: Tube sans soudure ou soudé Surface: Apprêt, Huile antirouille, FBE, 2PE, 3Matériau enduit de LPE: ASTMA106B, A53, API 5L B, X42, X46, X52, X56, X60, X65, Service X70: Coupe, Biseautage, Enfilage, Rainurage, Revêtement, Galvanisation
