강관 제조에서 냉간 팽창과 열간 팽창: 용어의 실제 의미

철강-소싱 맥락에서 '파이프 확장'을 검색하면 우연히 이름을 공유하는 완전히 다른 두 가지 제조 공정을 만나게 됩니다. 하나는 용접파이프(ERW, LSAW, SSAW)에 적용하여 성형 후 진원도 및 치수정도를 교정하는 마무리 공정이다. 다른 하나는 회전 피어싱 밀이 한 번에 생산할 수 있는 것보다 더 큰 직경을 만드는 데 사용되는 이음매 없는 파이프에 적용되는 크기{3}}확장 프로세스입니다. 둘 다 파이프 직경을 바깥쪽으로 밀거나 당기는 작업을 포함하며 여기서 유사성은 끝납니다. 둘을 혼동하거나 "확장 파이프"가 항상 같은 것을 의미한다고 가정하는 것은 견적 단계에서 특히 라인 파이프 조달을 처음 접하는 구매자에게 잘못된 의사소통의 실제 원인입니다.

이 기사에서는 두 프로세스를 분리하고 완성된 파이프에 대해 각 프로세스가 변경하는 사항을 설명하며 프로젝트에서 두 유형 중 하나를 지정하거나 승인하기 전에 확인해야 할 사항을 설명합니다.

냉간 팽창 -(때때로 냉간 사이징 또는 기계적 팽창이라고도 함) -은 파이프가 주변 온도에 있는 동안 성형 및 용접 직후 용접 파이프(가장 일반적으로 LSAW 및 SSAW, 때로는 큰-직경 ERW)에 적용됩니다. 파이프는 분할된 다이 또는 확장 헤드가 장착된 유압 확장기에 로드됩니다. 헤드는 파이프에 삽입되고 파이프 길이를 따라 일련의 제어된 단계를 통해 기계적으로 바깥쪽으로 힘을 가해 파이프 벽을 작고 정밀하게 제어된 양만큼 바깥쪽으로 소성 변형시킵니다.

목적은 거의 전적으로 차원적입니다. 판-성형 및 코일{2}}성형 파이프(JCOE, UOE 또는 나선형 성형)는 약간의 진원도, 잔류 성형 응력 및 길이에 따른 직경 변화가 있는-- 용접 라인에서 나옵니다. - 판이나 코일은 첫 번째 패스에서 완벽하게 균일한 원으로 구부러지지 않습니다. 냉간 팽창은 전체 파이프 본체를 일반적으로 공칭 외부 직경의 몇 퍼센트 이내로 훨씬 더 엄격하고 일관된 원형 공차로 강제하여 이를 수정합니다.

API 5L은 이 단계를 공식적으로 인식합니다. 이 프로세스를 거친 파이프는 마킹 및 인증에서 "CE"(냉간 확장)로 지정되며 표준은 냉간-팽창 비율- 공정 중에 달성된 원주 또는 직경의 백분율 증가-를 제조업체가 테스트 장치 내에서 선언하고 일관되게 유지해야 하는 값으로 정의합니다. 실제로 이 비율은 작으며 일반적으로 대략 0.3% ~ 1.5% 범위입니다. 목표는 큰 크기 변경이 아니라 정밀 수정이기 때문입니다. 한 테스트 단위에서 다음 테스트 단위로 정의된 임계값을 초과하는 비율 증가는 아래에서 새 테스트 단위를 시작해야 합니다.API 5L의 테스트 프레임워크는 파이프의 기계적 특성이 적용된 냉간 가공의 양에 따라 바뀔 수 있기 때문입니다.

그 변화는 이해할 가치가 있는 두 번째 효과입니다. 소성 변형을 통한 냉간 가공 강철은 팽창 방향(재료 작업-경화)의 항복 강도를 증가시킵니다. 이는 일반적으로 내부 압력을 받는 파이프에 대한 환영받는 부작용입니다. 이는 또한 일부 이방성을 도입합니다. - 일부 방향에서 파이프의 압축 항복 강도는 인장 항복 강도에 비해 다소 감소할 수 있으며, 야금학자들은 이 효과를 Bauschinger 효과라고 부릅니다. 대부분의 라인 파이프 응용 분야에서 이는 허용 가능한 범위 내에 있으며 설계 코드에 반영됩니다. 이는 설계자가 정확히 얼마나 많은 냉간 팽창이 적용되었는지에 대한 가시성을 원할 수 있는 높은-붕괴-저항 서비스와 같은 특수한 경우에만 더욱 날카로운 엔지니어링 질문이 됩니다.

열팽창은 완전히 다른 문제를 해결합니다. 회전식 피어싱 밀 - 견고한 원형 강철 빌렛을 속이 빈 이음매 없는 쉘로 변환하는 기계 - 실용적인 직경 천장을 갖습니다. 대부분의 공장에서는 단일 열간 압연 패스에서 최대 약 508mm(20인치) OD의 이음매 없는 파이프를 생산할 수 있습니다.{6}} 대{8}}직경 이음매 없는 파이프에 대한 수요는 - 특정 오일 및 가스 전송 프로젝트에 관계없이 존재하며, 용접 대안이 허용되지 않는 특수 응용 분야에서는 해당 천장을 훨씬 넘어 최대 약 40인치(1016mm)까지 이음매 없는 파이프가 필요합니다.

핫 확장은 이러한 격차를 해소하는 프로세스입니다. 피어싱 밀의 최대 직경 또는 그 근처에서 생산되는 표준 열간 압연 이음매 없는 "모관"은 일반적으로 중간-주파수 유도 가열을 사용하여 -뜨거운-작동 온도로 -재가열된 다음 내부 맨드릴 또는 확장 도구가 가열된 파이프 벽을 더 큰 직경의 목표 바깥쪽으로 밀어내는 기계적 팽창 밀을 통과합니다. 열간 성형 공정과 동일한 부피-보존 논리에 따라 벽 두께는 직경이 증가함에 따라 비례적으로 감소합니다.

매력은 간단합니다. 피어싱 밀이 직접 도달할 수 없는 크기의 진정한 이음매 없는 파이프(직경에 관계없이 용접 이음매 없음)를 일반적으로 대체 대구경 이음매 없는 경로보다 저렴하고 합리적인 생산 효율성으로-생산합니다. 이것이 바로 열간-이음매 없는 파이프가 안정적인 시장을 찾은 이유입니다. 특히 이 프로세스에 대한 특정 기능을 구축한 중국의 이음매 없는 공장에서 그렇습니다.

또한 까다로운 애플리케이션에 대해 '원활함'을 지정하는 구매자가 알아야 할{0}}절충점이 있습니다. 모관에는 제강 공정에서 일반적으로 나타나는 낮은 수준의 특징인 비금속 개재물 - 황화물, 산화물 및 규산염 -이 포함되어 있습니다.- 열간 팽창 중에 상승된 온도와 변형은 이러한 개재물을 팽창 방향과 정렬된 얇은 판형- 모양으로 편평하게 만들 수 있으며, 이는 특정 응력 조건에서 박리(압연 평면을 따른 내부 분리)를 촉진할 수 있는 현상입니다. 팽창 후 냉각이 고르지 않게 되면 파이프 벽에 잔류 응력이 남을 수 있으며, 이는 재작업되지 않은 마더 파이프보다 더 두드러집니다.- 범용{11}}원활한 애플리케이션의 경우 적절하게 제어된 핫 익스팬션을 통해 정격 사양 내에서 안정적으로 작동하는 파이프가 생성됩니다. 그러나 수소-유도 균열(HIC) 및 황화물 응력 균열(SSC) 저항이 지배적인 문제인 H2S와 관련된 신맛이 나는 서비스 - 환경의 경우 - 포함- 평탄화 효과가 업계에서 인식된 주의 사항이며 일부 프로젝트 사양에서는 HIC/SSC- 중요 서비스에서 뜨거운-팽창 파이프를 완전히 제외하거나 승인하기 전에 추가 적격성 테스트를 요구합니다. 그것.

두 프로세스는 사후 검사에 초점을 맞춰야 하는 내용도 변경합니다. 냉간 팽창 후 치수 검사(-진원도, 파이프 길이에 따른 직경, 직진도)가 주요 검사입니다. 그 이유는 이 공정이 기계적이고 재가열에 따른 야금학적 문제를 일으키지 않기 때문입니다. 용접 이음새와 본체에 대한 초음파 테스트는 여전히 용접 파이프와 동일한 요구 사항을 따르지만 크기 조정 단계 자체에 따른 추가 야금학적 재{4}}인증은 없습니다.

열간 팽창 후 초음파 테스트는 보다 구체적인 역할을 수행합니다. 평평한 개재물과 내부 분리가 외부에서 보이지 않기 때문에 위에서 설명한 박리 위험을 확인하는 실용적인 방법입니다. 체계적인 열간-팽창 공정을 실행하는 공장은 확장 전 모파이프뿐만 아니라 최종 확장 파이프도 UT로 스캔합니다. 왜냐하면 확장 단계 자체가 검사 대상 위험을 초래하기 때문입니다. 공급업체의 품질 문서에 마더 파이프 단계에서의 테스트만 표시되어 있는 경우 까다로운 서비스를 위해 확장된 이음매 없는 파이프를 주문하기 전에 질문해 볼 가치가 있습니다.

리드타임과 비용 역시 견적 단계에서 중요한 차이를 보입니다. 냉간 팽창은 용접 파이프 생산 순서에 통합된 빠른 인라인 마감 단계로, 기본 파이프에 비해 시간과 비용이 거의 추가되지 않습니다. 열간 팽창은 이미 완성된 -모관에서 수행되는 별도의 재가열 및 성형 작업으로, 별도의 생산 단계를 추가하고, 표준 이음매 없는 크기에 비해 리드 타임을 연장하며, 피어싱 공장의 기본 직경 범위에 해당하는 파이프에 대한 실제 비용 프리미엄에 반영됩니다. - 이 프리미엄은 프로젝트가 열간 팽창 이음매 없는 -팽창을 선택할지 아니면 대구경 용접 대안으로 전환할지 결정하는 요소가 되는 경우가 많습니다.-

"확장 파이프"는 둘 중 하나를 의미할 수 있으므로 구매자가 물어봐야 할 질문은 전적으로 견적되는 제품에 적용되는 것이 무엇인지에 따라 달라집니다.

냉간-팽창 용접 파이프의 경우 관련 질문은 치수 및 기계적입니다. 어떤 냉간-팽창 비율이 적용되었는지, API 5L에서 요구하는 대로 압연 인증서에 선언되었는지, 결과 특성 프로파일(특히 적용 분야에서 압축 하중 또는 붕괴 저항이 중요한 경우)이 프로젝트의 설계 기준이 가정하는 범위에 포함됩니까? 이는 공장에서 제공하는 일상적인 정보이며 표준 전송 또는 배포 서비스에 대한 실질적인 관심 사항은 거의 없습니다.

열간-팽창된 이음매 없는 파이프의 경우 관련 질문은 더 나아갑니다. 파이프의 열간-팽창 또는 원래 모-파이프 직경(두 가지가 모든 응용 분야에서 상호 교환 가능하지 않기 때문에 밀 인증서와 PO에 명시적으로 명시되어야 함), 열간-팽창된 경우 의도된 서비스 신맛, 높은-인성-중요함 또는 함유 방향 및 잔류 응력에 민감한지 여부입니다. 마지막 질문에 대한 대답이 '예'라면 일반적인 API 5L 규정 준수로 질문이 해결된다고 가정하기보다는 특정 프로젝트나 등급에 뜨거운 확장 재료에 대한 성공적인 HIC/SSC 테스트 기록이 문서화되어 있는지 공급업체에 직접 문의하는 것이 좋습니다.-

• 표준 전송선(비-신맛):표준 냉간 팽창 방식의 용접 LSAW/SSAW 파이프가 기본적이고 비용 효율적인 선택입니다.-
• 사워 서비스(H2S / NACE MR0175):편평화 및 박리 위험으로 인해 열간-팽창된 이음매 없는 파이프-를 피하세요. 검증된 팽창 비율을 갖춘 비팽창 이음매 없는-팽창 용접 파이프를 선택하세요.
• General Industrial & Structural (>20" 이음매 없는):전체 UT 적용 범위가 확인된 경우 열-팽창 이음매 없는 파이프가 이상적이며 경제적입니다.
• 높음-붕괴 적용 분야(심해/케이싱):냉간 팽창은 압축 항복 강도(Bauschinger 효과)를 낮추므로 설계 사양과 비교하여 냉간 팽창 비율을 확인합니다.
• 표준 크기(20인치 이하 높이-P/높이-T):표준 비확장 이음매 없는 파이프는 표준 솔루션입니다.-확장 프로세스가 필요하지 않습니다.
• 예산-제약된 대형 연속 사양:열-팽창 이음매 없는 파이프는-"이음매 없는" 것이 엄격히 요구되고 서비스 조건이 허용되는 경우 비용 효과적인 선택을 제공합니다.

핵심 원리:파이프 선택은 서비스 요구사항(압력, 온도, H2S 노출, 외부 붕괴 위험)에 따라 이루어져야 하며 제조 공정을 운영 환경에 맞춰야 합니다.

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