في قطاع نقل النفط والغاز،أنبوب فولاذي ملحوم ذو لحام مستقيم X100Mبصفتها ممثلةً للفولاذ عالي القوة المستخدم في صناعة أنابيب النقل وفقًا لمعيار API 5L، تُعيد هذه الأنابيب تشكيل المعايير الفنية للصناعة بفضل خصائصها الميكانيكية الفائقة وقابليتها للتكيف الهندسي. يتم تصنيع هذه الأنابيب الفولاذية الملحومة ذات اللحام المستقيم باستخدام عمليات اللحام بالمقاومة الكهربائية عالية التردد (ERW) أو اللحام بالقوس المغمور (SAWL)، وتتميز بحد أدنى لقوة الخضوع يبلغ 690 ميجا باسكال، وهو تحسن ملحوظ مقارنةً بـ 551 ميجا باسكال لأنابيب الفولاذ التقليدية X80، مما يوفر حلاً جديدًا للمواد المستخدمة في النقل لمسافات طويلة وتحت ضغط عالٍ.
أولاً، الإنجاز الكبير في علم المواد لأنابيب الصلب الملحومة ذات الدرزات المستقيمة X100M.
تكمن الميزة الأساسية لأنابيب الصلب الملحومة ذات اللحام المستقيم X100M في تصميمها المبتكر للسبيكة. فباستخدام تقنية السبائك الدقيقة المركبة من النيوبيوم والتيتانيوم والموليبدينوم، بالإضافة إلى عملية الدرفلة والتبريد المتحكم بهما (TMCP)، تحقق الصفيحة الفولاذية تقويةً دقيقة الحبيبات وتقويةً بالترسيب مع الحفاظ على قابلية لحام ممتازة. وقد حققت شركات محلية رائدة، مثل باوستيل، صلابةً في درجات الحرارة المنخفضة تتجاوز 200 جول من طاقة الصدم عند -45 درجة مئوية لصفيحة فولاذية X100M بسماكة 18.4 مم، متجاوزةً بذلك معيار DNV-OS-F101 لخطوط الأنابيب في القطب الشمالي. والجدير بالذكر أن التكنولوجيا المعدنية الحديثة، من خلال معالجة الكالسيوم لتحسين مورفولوجيا الكبريتيد، قد مكّنت معامل أداء المحور Z للأنبوب من تجاوز 0.8، مما يساهم بفعالية في معالجة تحدي تمزق الصفائح في أنابيب الصلب ذات الأقطار الكبيرة.
ثانيًا، التحكم الدقيق في عملية تصنيع أنابيب الصلب الملحومة ذات اللحام المستقيم X100M. خلال عملية تصنيع الأنابيب، تستخدم الشركات المحلية الرائدة، مثل شركة Zhujiang Steel Pipe، عملية التشكيل JCOE، التي تتيح التحكم في استدارة الأنابيب بنسبة ±0.5% من القطر (D) للأنابيب التي يبلغ قطرها 1422 مم وسماكة جدارها 32 مم. ويُستخدم اللحام بالقوس المغمور متعدد الأسلاك (حتى خمسة أسلاك متصلة على التوالي) أثناء عملية اللحام، بالإضافة إلى الاختبار بالموجات فوق الصوتية أثناء التشغيل والتمدد الكامل للأنبوب (إجهاد بنسبة 1.5%)، مما ينتج عنه معامل لحام يتجاوز 0.96. تُظهر بيانات الاختبارات الميدانية من مشروع خط أنابيب الغاز بين الشرق والغرب III أن عمر إجهاد اللحام لأنابيب الصلب الملحومة X100M يصل إلى 92% من عمر إجهاد اللحام للمعدن الأساسي، أي أعلى بنسبة 40% تقريبًا من عمر إجهاد اللحام لأنابيب الصلب الملحومة X70 التقليدية. كما يُتيح تطبيق نظام المصنع الرقمي تحكمًا دقيقًا بمستوى 0.1 مم في جميع مراحل العملية، بدءًا من طحن حواف الصفائح وحتى شطف نهايات الأنابيب.
ثالثًا، القيمة الثورية لأنبوب الصلب الملحوم ذو الدرزة المستقيمة X100M في التطبيقات الهندسية.
في مشروع خط أنابيب الغاز الطبيعي في آسيا الوسطى، أدى استخدام أنابيب الصلب ذات اللحام المستقيم X100M إلى زيادة ضغط التصميم من 12 ميجا باسكال لأنابيب الصلب X80 إلى 15 ميجا باسكال، مما زاد من سعة نقل الغاز السنوية للأنبوب الواحد بنسبة 25% مع تقليل سماكة الجدار بنسبة 14%، موفرًا بذلك 80 ألف طن من الصلب (استنادًا إلى خط أنابيب بطول 300 كيلومتر). والأهم من ذلك، أن معامل تصلب الإجهاد (قيمة n) يصل إلى 0.12، مما يسمح له بتحمل تشوه لدن بنسبة 1.5% دون انهيار في منطقة زلزالية بقوة 8 درجات. وتُظهر اختبارات المحاكاة التي أجراها معهد الأبحاث أن استخدام فولاذ X100M لخط أنابيب بطول 3000 كيلومتر يمكن أن يقلل تكاليف الصيانة بمقدار 320 مليون دولار أمريكي طوال دورة حياته.
رابعاً، التطور المنسق للنظام القياسي لأنابيب الصلب الملحومة ذات الدرزة المستقيمة X100M.
مع تطبيق الإصدار السادس والأربعين من معيار API SPEC 5L، أصبحت المتطلبات الفنية لفولاذ X100M نظامًا متكاملًا. يُشترط أن تكون نسبة مساحة القص لاختبار DWTT (اختبار التمزق بالوزن الساقط) عند درجة حرارة -15 درجة مئوية ≥ 85%، أي بتحسن قدره 10 نقاط مئوية مقارنةً بفولاذ X80. ويضيف المعيار المحلي GB/T 9711-2017 حلاً مبتكرًا، وهو معيار "الحل أ" لاختبار HIC (التشقق الناتج عن الهيدروجين)، والذي يشترط أن تكون نسبة طول الشق (CLR) ≤ 15%. وقد دفعت هذه المعايير الصارمة المصنّعين إلى تطوير تركيبات لحام منخفضة الكربون بمكافئ كربوني (CEIW) ≤ 0.43%، مما يقلل بشكل كبير من قابلية لحامات المحيط للتشقق البارد في مواقع العمل.
خامساً، تحقيق طفرة في القدرة على التكيف البيئي لأنابيب الصلب الملحومة ذات الدرزات المستقيمة X100M.
لتلبية الاحتياجات الفريدة لمنطقة القطب الشمالي، يحافظ أنبوب الصلب X100M المُطوَّر حديثًا على طاقة اختبار شاربي (CVN) تزيد عن 100 جول عند درجة حرارة -60 درجة مئوية. ويستخدم أنبوب X100M المُستخدَم في مشروع القطب الشمالي 2 نظام حماية مبتكرًا من التآكل ثنائي الطبقات من البولي إيثيلين السائل ثلاثي الطبقات + البولي بروبيلين. وبالإضافة إلى الحماية الكاثودية، يُطيل هذا النظام عمره التصميمي إلى 50 عامًا. وفي البيئات البحرية، تُبقي إضافة سبيكة مقاومة للتآكل تحتوي على 0.3% نحاس و0.05% أنتيمون معدل التآكل في منطقة الرذاذ أقل من 0.08 ملم/سنة، أي ما يُعادل خُمس معدل التآكل في الفولاذ الكربوني التقليدي.
سادساً، التحديات التقنية التي تواجه سلسلة الصناعة بأكملها لأنابيب الصلب الملحومة طولياً X100M
على الرغم من مزاياها الكبيرة، لا تزال أنابيب الصلب ذات اللحام المستقيم X100M تواجه تحديات عديدة في تصنيعها على نطاق واسع. يؤدي التليين في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) إلى انخفاض صلابة بعض مناطق اللحام النهائية إلى أقل من 220 HV10. حاليًا، يمكن لتقنية التسخين الحثي بعد اللحام خفض الصلابة إلى حوالي 245 HV10. يتمثل تحدٍ آخر في لحام المحيط في الموقع، مما يتطلب تطوير أسلاك لحام ذات مدخلات حرارية أقل من 80 كيلوجول/سم². على سبيل المثال، حققت مواد اللحام الاستهلاكية MG-S63TW من كوبيلكو أداءً ممتازًا بطاقة صدم تزيد عن 47 جول عند -40 درجة مئوية. تُظهر بيانات اختبارات جهات خارجية أن إزاحة فتح طرف الشق (CTOD) للحامات المحيطية X100M باستخدام عملية اللحام الآلية يمكن أن تصل إلى 0.25 مم، ما يفي تمامًا بالمتطلبات الصارمة لمعيار BS7910.
مع تقدم استراتيجية "الكربون المزدوج"، ستُظهر أنابيب الصلب X100M ذات اللحام المستقيم قيمةً أكبر في قطاع احتجاز الكربون وتخزينه. تدعم قدرتها على تحمل الضغط نقل ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج بضغط يتجاوز 15 ميجا باسكال، وقد طُبقت بنجاح في مشروع كويست الكندي. وتدرس مؤسسات البحث والتطوير المحلية مدى ملاءمة أنابيب الصلب X100M للبيئات القاسية التي تحتوي على 90% من كبريتيد الهيدروجين و10% من ثاني أكسيد الكربون. وقد أظهرت الاختبارات الأولية أنه من خلال خفض محتوى المنغنيز إلى أقل من 1.2% وإضافة 0.02% من التيتانيوم، يمكن زيادة الإجهاد الحرج لتآكل الإجهاد الكبريتي إلى 85% من حد الخضوع القياسي. ستجعل هذه الإنجازات أنابيب الصلب X100M ذات اللحام المستقيم مادةً أساسيةً للبنية التحتية للطاقة من الجيل القادم، حيث من المتوقع أن يتجاوز الطلب العالمي السنوي عليها 3 ملايين طن بحلول عام 2030.
تاريخ النشر: 8 أغسطس 2025