Tubo per saldatura longitudinale ad arco sommerso (LSAW) API 5L X90
Panoramica di base
Una specifica standard pertubo in acciaio saldato ad arco longitudinalmente sommerso-sotto ilAPI5Lspecifica.Grado X90rappresenta unacciaio per tubazioni-ad altissima resistenzache si trova tra X80 e X100, offrendo un limite di snervamento minimo di90.000 psi (620 MPa). Rappresenta la metallurgia avanzata dell'acciaio e viene utilizzato nelle impegnative applicazioni di trasmissione di gas a lunga-distanza e di condutture ad alta-pressione dove è richiesto il massimo rapporto resistenza-in-peso.
Nome Spiegazione
| Parte | Senso |
|---|---|
| API | Istituto americano del petrolio |
| 5L | Specifiche per tubi per sistemi di trasporto di condotte |
| X90 | Designazione del grado –X= grado della pipeline,90= limite di snervamento minimo in ksi (90.000 PSI/620 MPa) |
| Saldatura longitudinale ad arco sommerso (LSAW) | Processo di produzione: le piastre di acciaio vengono formate e saldate lungo un'unica cucitura longitudinale diritta utilizzando la saldatura ad arco sommerso con l'aggiunta di metallo d'apporto. Noto anche come SAWL (Arco Sommerso Saldato Longitudinale) |
Caratteristiche principali del tubo API 5L X90 LSAW
| Caratteristica | Descrizione |
|---|---|
| Tipo materiale | Acciaio avanzato ad alta{0}}bassa{1}lega lega (HSLA).– micro-legato con niobio, vanadio, titanio ed eventualmente molibdeno; tipicamente prodotto tramite TMCP (Thermo-Mechanical Controlled Processing) per una struttura a grana ultra-fine |
| Produzione | LSAW (Saldatura longitudinale ad arco sommerso)– lamiere formate con processi UOE, JCOE o RBE, poi saldate con arco sommerso all'interno e all'esterno |
| Livelli delle specifiche del prodotto | PSL2 è effettivamente obbligatorioper X90 in tutte le applicazioni di servizio critiche, che richiedono test di impatto Charpy, controlli chimici più severi e limiti di resistenza massima specificati |
| Forza di snervamento | Minimo 620 MPa (90.000 psi).(Intervallo PSL2: tipicamente 620-760 MPa) |
| Resistenza alla trazione | Minimo 690 MPa (100.000 psi).(approssimativo; i valori effettivi dipendono dalla chimica e dalla lavorazione specifiche) |
| Allungamento | Minimo18-21%a seconda dello spessore della parete |
| Vantaggio chiave | Rapporto-resistenza-e-peso ultraelevato– consente pressioni di esercizio massime con uno spessore minimo delle pareti, riducendo i costi dei materiali, il peso di trasporto e i tempi di saldatura sul campo |
| Diametri tipici | da 508 mm a 1626 mm(da 20" a 64") – Il processo LSAW consente diametri di grandi dimensioni; Il processo JCOE può produrre fino a 1626 mm |
| Spessore tipico della parete | Da 6,0 mm a 30 mm(fino a 40-50 mm disponibili per progetti speciali) |
| Lunghezza | da 6 a 12,5 metristandard; lunghezze personalizzate disponibili |
Composizione chimica (API 5L X90 PSL2)
X90 richiede un controllo chimico preciso per raggiungere la sua resistenza mantenendo saldabilità e tenacità. Sebbene i limiti API 5L specifici per X90 seguano i requisiti generali PSL2, la composizione tipica include:
| Elemento | % massima tipica | Note |
|---|---|---|
| Carbonio (C) | 0,22 massimo | Carbonio ultra-basso per la saldabilità; i valori effettivi potrebbero essere inferiori |
| Manganese (Mn) | 1.4-1.9 | Manganese superiore per forza; combinato con micro-leghe |
| Fosforo (P) | 0,025 massimo | Controllo stretto per la tenacità |
| Zolfo (S) | 0,015 massimo | Controllo molto stretto per resistenza e tenacità HIC |
| Silicio (Si) | 0,45 massimo | Disossidante |
| Niobio (Nb) | Inferiore o uguale a 0,06 combinato | Micro-leghe per l'affinamento del grano |
| Vanadio (V) | Inferiore o uguale a 0,06 combinato | Micro-lega per il rafforzamento delle precipitazioni |
| Titanio (Ti) | Inferiore o uguale a 0,15 combinato | Forma TiN per l'affinamento del grano durante il TMCP |
| Molibdeno (Mo) | 0,15 massimo | Ulteriore rafforzamento |
| Carbonio equivalente (CE) | Tipicamente 0,22-0,26 | Calcolato e controllato per la saldabilità sul campo |
Nota:Nb + V Inferiore o uguale allo 0,06% e Nb + V + Ti Inferiore o uguale allo 0,15% secondo i requisiti API 5L PSL2.
Proprietà meccaniche (PSL2)
| Proprietà | Intervallo di valori | Note |
|---|---|---|
| Limite di snervamento (min) | 620 MPa (90 ksi) | Requisito minimo per API 5L |
| Limite di snervamento (max) | 760-820 MPa (110-119 ksi) | Il limite massimo previene la-forza eccessiva |
| Resistenza alla trazione (min) | 690 MPa (100 ksi) | Requisito minimo |
| Resistenza alla trazione (max) | 900-950 MPa (130-138 ksi) | Limite massimo |
| Rapporto resa-rispetto-a trazione (max) | 0.93-0.95 | Garantisce duttilità |
| Allungamento | 18-21% minimo | Dipende dallo spessore della parete |
| Charpy V-impatto con tacca | 40-100 J minimo medio | Temperatura specificata dal progetto (spesso da -20 gradi a -45 gradi per l'Artico/al largo) |
Ricerca sul comportamento alla corrosione:Gli studi sull'acciaio per tubi di linea X90 in ambienti simulati del suolo (soluzione NS4) mostrano che il materiale di base presenta una dissoluzione anodica senza passivazione. Il materiale di base è termodinamicamente più stabile del materiale del cordone di saldatura e la resistenza alla corrosione del metallo di base è migliore di quella del cordone di saldatura.
PSL1 e PSL2 per tubi X90 LSAW
| Aspetto | PSL1 | PSL2 |
|---|---|---|
| Utilizzo tipico per X90 | Raro: può essere specificato per un servizio non-critico | Standard per X90: obbligatorio per tutte le applicazioni di trasmissione tramite condotte |
| Chimica | Limiti standard | Controlli più severi(Do inferiore, S, P) |
| Forza | Min solo specificato | Min e Maxspecificato (previene la-forza eccessiva) |
| Test di impatto | Non richiesto | Obbligatorioalla temperatura specificata |
| Carbonio equivalente | Non richiesto | Calcolato e controllato |
| Requisiti NDT | Standard | Più rigorosa: ispezione non distruttiva obbligatoria |
| Rapporto snervamento-rispetto-a trazione | Non specificato | 0,93-0,95 massimo |
| Tracciabilità | Limitato | Tracciabilità completadopo il completamento delle prove |
Nota:Per X90, PSL2 è effettivamenteobbligatorio per tutte le applicazioni di trasmissione tramite condotte .
Metodi di produzione LSAW per X90
Metodi di formazione
| Metodo | Descrizione | Idoneità per X90 | Gradi disponibili |
|---|---|---|---|
| UOE | Piastra pressata a forma di U-, poi a forma di O-, espansa meccanicamente dopo la saldatura | Adatto per la produzione X90 | API 5L A-X90, GB/T9711 L190-L625 |
| JCOE | Fasi di formazione J-C-O progressive, espanse dopo la saldatura | Preferito per i gradi ad alta-resistenza– stress di formazione uniformemente distribuito, elevata uniformità | API 5L A-X100, GB/T9711 L190-L690 |
| JCOE (piegatura a rulli) | Asse continuo che si contorce J-C-O che si forma | Adatto per X80 (grado inferiore) | API 5L A-X80, GB/T9711 L190-L555 |
Fasi del processo
Selezione della piastra:Piastre in acciaio di alta-qualità prodotte tramite TMCP (Thermo-Mechanical Controlled Processing) con struttura a grana ultra-fine e micro-legatura precisa
Preparazione della piastra:Fresatura dei bordi per smussi precisi, controllo ad ultrasuoni per laminazioni
Formazione:La pressatura idraulica progressiva (JCOE o UOE) crea rotondità uniformi; per JCOE, i bordi della piastra vengono prima aggraffati, quindi formati in fasi incrementali
Saldatura a punti:Protegge temporaneamente la cucitura
Saldatura ad arco sommerso:La SAW multi-filo (fino a 5 fili) applica la saldatura interna, quindi la saldatura esterna per una penetrazione completa sotto flusso. Il processo di saldatura e i materiali influenzano in modo significativo il comportamento alla corrosione e le proprietà meccaniche
Espansione meccanica:Tubo espanso a dimensioni precise per ottenere tolleranze strette e ridurre lo stress residuo
NDT e test:Test ultrasonici al 100%, esame radiografico, test idrostatico
Finitura:Smussatura finale (secondo ANSI B16.25), applicazione del rivestimento come specificato
Disponibilità taglie
| Parametro | Processo UOE | Processo JCOE (Pressa Piegatura) | Processo JCOE (piegatura a rullo) |
|---|---|---|---|
| Diametro esterno | 508-1118 mm (20"-44") | 406-1626 mm (16"-64") | 406-1829 mm (16"-72") |
| Spessore della parete | 6,0-25,4 mm | 6,0-75 mm | 6,0-30mm |
| Lunghezza | 9-12.3 m | 3-12.5 m | 3-12.2 m |
| Gradi disponibili | API 5L A-X90, GB/T9711 L190-L625 | API 5L A-X100, GB/T9711 L190-L690 | API 5L A-X80, GB/T9711 L190-L555 |
Nota:Per la produzione X90, UOE e JCOE (presso piegatura) sono i processi rilevanti. Lo spessore della parete per X90 si colloca in genere nell'estremità inferiore degli intervalli disponibili a causa dei vincoli di produzione con materiali ad alta-resistenza.
Intervallo di spessore tipico della parete per diametro (estrapolato dai dati X80)
Sulla base dei dati X80 disponibili, X90 avrebbe probabilmente capacità di spessore massimo simili o leggermente ridotte:
| DE (pollici) | diametro esterno (mm) | Intervallo di spessore della parete X80 (mm) | Portata stimata X90 (mm) |
|---|---|---|---|
| 20" | 508 | 6.0-11.0 | 6.0-10.5 |
| 24" | 610 | 6.0-13.0 | 6.0-12.5 |
| 30" | 762 | 7.0-16.0 | 7.0-15.0 |
| 36" | 914 | 8.0-19.0 | 8.0-18.0 |
| 40" | 1016 | 8.0-21.0 | 8.0-20.0 |
| 48" | 1219 | 9.0-22.0 | 9.0-21.0 |
| 56" | 1422 | 10.0-22.0 | 10.0-21.0 |
| 60" | 1524 | 10.0-22.0 | 10.0-21.0 |
| 64" | 1626 | 10.0-22.0 | 10.0-21.0 |
Nota:Gli intervalli di spessore diminuiscono all'aumentare della resistenza: per X90, lo spessore pratico massimo è inferiore rispetto a X80 a causa di vincoli di produzione con materiali a resistenza-più elevata.
Caratteristiche di comportamento alla corrosione
La ricerca sull'acciaio per tubi di linea X90 ha identificato comportamenti specifici di corrosione:
| Aspetto | Trovare |
|---|---|
| Dissoluzione Anodica | X90 mostra la tipica dissoluzione anodica in una soluzione di terreno simulato quasi-neutra (NS4) |
| Passivazione | Nessun fenomeno di passivazione osservato quando X90 viene posto nella soluzione NS4 |
| Stabilità termodinamica | Il materiale di base è termodinamicamente più stabile del materiale del cordone di saldatura |
| Effetti di polarizzazione | Al di sotto di -850 mV il potenziale di polarizzazione, la resistenza alla polarizzazione e la resistenza alla corrosione aumentano con la durata della polarizzazione; la densità della corrente di corrosione diminuisce |
| Confronto della resistenza alla corrosione | Il materiale di base presenta una migliore resistenza alla corrosione rispetto al materiale del cordone di saldatura |
Requisiti di test e ispezione per X90 PSL2
| Tipo di prova | Scopo | Note |
|---|---|---|
| Analisi chimica | Verificare che la composizione soddisfi i limiti API 5L | Do ultra-basso, controllo stretto di S e P |
| Prova di trazione | Confermare lo snervamento e la resistenza alla trazione (metallo base e saldatura) | Entrambi i limiti minimo e massimo sono applicati |
| Prova di appiattimento | Controlla la duttilità | Obbligatorio |
| Prova di piegatura | Verificare l'integrità e la duttilità della saldatura | Necessario |
| Test di impatto (tacca Charpy a V-) | Obbligatorioalla temperatura specificata | Spesso da -20 gradi a -45 gradi per servizi critici |
| Prova idrostatica | Prova di tenuta-delle perdite | Ogni tubo testato individualmente |
| Esame ultrasonico | 100%del cordone di saldatura per difetti interni | Tutta la lunghezza, entrambi i lati |
| Esame radiografico (raggi X-) | Quando specificato da requisiti supplementari | Disponibile |
| Controllo dimensionale | Verificare il diametro esterno, lo spessore della parete, la rettilineità | Tolleranze API 5L |
| Ispezione visiva | Condizioni superficiali, aspetto della saldatura | 100% |
Certificato di prova del mulino:norma EN 10204/3.1; 3.2 per progetti critici .
Opzioni di rivestimento e protezione
| Tipo di rivestimento | Applicazione |
|---|---|
| Nero(spoglio) | Finitura standard, uso interno |
| Vernice/Olio antiruggine- | Protezione temporanea durante il transito |
| Pittura nera | Protezione di base dalla corrosione |
| 3LPE (polietilene a 3 strati) | Più comuneper condotte interrate, ambienti difficili |
| FBE (fusione epossidica legata) | Protezione dalla corrosione |
| Resina epossidica per catrame di carbone | Protezione-per impieghi gravosi |
| Zincato | Quando specificato |
| Rivestimento del peso del calcestruzzo (CWC) | Condotte offshore (galleggiabilità negativa) |
Tabella di confronto: X90 rispetto ai gradi adiacenti
| Grado | Resistenza allo snervamento (MPa) min | Resistenza alla trazione (MPa) min | Forza relativa |
|---|---|---|---|
| X70 | 483 | 565 | Linea di base |
| X80 | 552 | 621 | +14% rispetto a X70 |
| X90 | 620 | ~690 | +12% su X80, +28% su X70 |
| X100 | 690 | 760 | +11% rispetto a X90 |
Nota:X90 si trova tra X80 e X100 nella scala di grado API 5L, rappresentando aopzione di resistenza-molto elevataper applicazioni impegnative in cui X80 non è sufficiente ma X100 è eccessivamente-specificato o non ancora ampiamente adottato.
Dove si colloca X90 tra i gradi API 5L
| Grado | Resa (min, MPa) | Applicazione tipica |
|---|---|---|
| X52 | 359 | Trasmissione a media-pressione |
| X60 | 414 | Trasmissione ad alta-pressione |
| X65 | 448 | Trasmissione ad alta-pressione, offshore |
| X70 | 483 | Alta-pressione-a lunga distanza |
| X80 | 552 | Principali gasdotti che attraversano il paese- |
| X90 | 620 | Linee principali ad altissima-alta-pressione, condutture di prossima-generazione |
| X100 | 690 | Progetti sperimentali e limitati |
X90 rappresenta l'avanguardia dei materiali per tubazioni ad alta resistenza-disponibili in commercioed è oggetto di continue ricerche sul comportamento alla corrosione e sulle prestazioni di saldatura.
Applicazioni comuni
| Industria | Applicazioni |
|---|---|
| Trasmissione di gas-a lunga distanza | Gasdotti a pressione ultra-ultra{2}}di prossima generazione di generazione che richiedono il massimo rapporto resistenza-e-peso |
| Al largo | Condutture sottomarine in acque profonde dove la riduzione del peso è fondamentale |
| Gas ad alta-pressione | Condotte che operano a15+ MPa (2,175+ psi)pressione di progetto |
| Servizio artico | Tubazioni a bassa-temperatura che richiedono eccezionale tenacità e resistenza elevata |
| Progetti CCUS | Condotte per il trasporto di CO₂ che richiedono elevata resistenza |
| Sostituzione/Aggiornamento | Progetti di espansione della capacità delle condotte in cui è necessaria una pressione più elevata |
Disponibilità e stato commerciale
Sebbene X90 sia incluso negli elenchi di grado API 5L e offerto da alcuni produttori, lo èmeno comune di X80per diversi motivi:
| Fattore | Considerazione |
|---|---|
| Disponibilità commerciale | X90 è offerto dai principali produttori (ad esempio, elencato in API 5L A-X90 nelle specifiche UOE e JCOE) |
| Esperienza di progetto | Storico sul campo meno esteso rispetto a X70/X80; più comune nei contesti di ricerca |
| Complessità della saldatura | Richiede un controllo preciso dell'apporto termico e procedure qualificate; le proprietà della zona di saldatura richiedono un'attenzione particolare |
| Considerazioni sulla tenacità | La tenacità della ZTA deve essere gestita con attenzione; la ricerca mostra che il cordone di saldatura può avere caratteristiche di corrosione diverse rispetto al metallo base |
| Giustificazione economica | Conveniente solo-per progetti in cui la resistenza X80 non è sufficiente per ottenere la riduzione dello spessore della parete richiesta |
Elenchi dei produttori:X90 è incluso nelle offerte di qualità per:
Tubi UOE LSAW (508-1118 mm, 6,0-25,4 mm)
Tubi JCOE LSAW (406-1626 mm, 6,0-75 mm)
Vari fornitori tra cui PCK, Octal, Lefin, Ruixing, Kelly e United Steel
Note importanti sulla selezione
1. X90 rispetto ai gradi inferiori
X90è specificato perlinee principali ad altissima-alta-pressione e progetti di pipeline di prossima-generazionedove è richiesto il massimo rapporto tra resistenza-e-peso
Per la maggior parte dei progetti,X70 o X80rimangono le scelte standard con una vasta storia sul campo
Offerte X90Resistenza superiore del 12% circa rispetto all'X80, consentendo pareti più sottili o pressioni di esercizio più elevate
2. PSL2 è obbligatorio per X90
PSL2 è effettivamente richiestoper tutte le applicazioni di pipeline X90
I requisiti obbligatori includono:
Test di impatto con intaglio Charpy a V-alla temperatura specificata
Limiti massimi di snervamento e resistenza alla trazione
Controllo equivalente del carbonio
Tracciabilità completa
3. Considerazioni sulla corrosione
La ricerca indica che il metallo di base X90 ha una migliore resistenza alla corrosione rispetto al cordone di saldatura
Nessuna passivazione in ambienti quasi-neutri; la dissoluzione anodica è il meccanismo primario di corrosione
È stata studiata l'efficacia della protezione catodica; la polarizzazione a -850 mV migliora la resistenza alla corrosione nel tempo
4. Considerazioni sulla saldatura
Le proprietà del cordone di saldatura richiedono un'attenta qualificazione; la ricerca conferma che la zona di saldatura può avere un comportamento alla corrosione diverso
L'apporto di calore deve essere controllato con precisione per mantenere la tenacità della ZTA
Le procedure di saldatura pre-qualificate sono essenziali
5. Selezione del processo di produzione
UOE:Adatto per X90 nei diametri 20-44"
JCOE (Pressa Piegatura):Preferito per una gamma di diametri più ampia e qualità ad alta-resistenza fino a X100
Spessore della parete:Sarà nella fascia bassa degli intervalli disponibili a causa di vincoli di produzione
6. Test e certificazione
Certificazione standard:IT 10204 3.1(test indipendenti del produttore)
Per progetti critici:IT 10204 3.2(test con presenza di-parti terze)
Garantire che il certificato di test del mulino includa: composizione chimica, proprietà meccaniche, risultati NDT, risultati dei test idrostatici,risultati dei test di impatto alla temperatura specificata
Ispezione-di terze parti da parte diSGS, BV, Lloydscomunemente accettato
7. Adattamento dell'applicazione
Trasmissione del gas di prossima-generazione:X90 PSL2 con prova di impatto alla temperatura richiesta
Condotte offshore:Valutare se i vantaggi di X90 superano la cronologia limitata del campo rispetto a X80
Servizio artico:Specificare il test di impatto a -45 gradi o inferiore; la ricerca conferma che le proprietà di saldatura/metallo di base sono in fase di studio per tali applicazioni
Servizio acido:Consultare ingegneri dei materiali; gli acciai ad alta-resistenza possono presentare limitazioni negli ambienti H₂S
Asporto finale: Tubo API 5L X90 LSAWrappresenta unacciaio per tubazioni-ad altissima resistenzacon limite di snervamento minimo di90.000 psi (620 MPa) – 12% in più rispetto a X80E28% in più rispetto a X70. È posizionato tra X80 e X100 nella scala di grado API 5L ed è disponibile presso i principali produttori tramite processi UOE e JCOE in diametri daDa 20" a 64". X90 è oggetto di ricerche continue sul comportamento alla corrosione, con studi che dimostrano che il metallo di base ha una migliore resistenza alla corrosione rispetto al cordone di saldatura e che la protezione catodica a -850 mV migliora la resistenza alla corrosione a lungo termine . Sebbene sia disponibile in commercio, X90 ha una storia sul campo meno estesa di X70 o X80 ed è generalmente specificatolinee principali ad altissima-alta-pressione, progetti di trasmissione del gas di prossima-generazione e applicazioni in cui la resistenza X80 è insufficiente. Per tutte le applicazioni critiche,PSL2con la prova di impatto Charpy alla temperatura di servizio richiestaobbligatorio. Il processo di saldatura e i materiali di consumo richiedono un'attenta qualificazione per garantire che le proprietà della zona di saldatura corrispondano alle prestazioni del metallo di base.
