وفي قطاع نقل النفط والغاز،أنبوب فولاذي ملحوم بخياطة مستقيمة X100M، بصفتها مُمثلةً لفولاذ الأنابيب عالي القوة في معيار API 5L، تُعيد شركة جنرال إلكتريك صياغة المعايير التقنية للصناعة بفضل خصائصها الميكانيكية الفائقة وقدرتها على التكيف الهندسي. صُنع هذا الأنبوب الفولاذي الملحوم بخياطة مستقيمة باستخدام عمليات اللحام بالمقاومة الكهربائية عالية التردد (ERW) أو اللحام بالقوس المغمور (SAWL)، ويتميز بمقاومة خضوع لا تقل عن 690 ميجا باسكال، وهو تحسن كبير مقارنةً بـ 551 ميجا باسكال لأنابيب الفولاذ X80 التقليدية، مما يوفر حلاً ماديًا جديدًا للنقل لمسافات طويلة تحت ضغط عالٍ.
أولاً، الاختراق في علم المواد لأنبوب الفولاذ الملحوم بالدرز المستقيم X100M.
تكمن الميزة الأساسية لأنابيب الفولاذ الملحومة بدرزة مستقيمة X100M في تصميمها المبتكر للسبائك. فباستخدام تقنية السبائك الدقيقة المركبة من النيوبيوم والتيتانيوم والموليبدينوم، بالإضافة إلى عملية الدرفلة المُتحكم بها والتبريد المُتحكم به (TMCP)، تُحقق صفيحة الفولاذ تقويةً للحبيبات الدقيقة 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 التأثير عند -45 درجة مئوية لصفيحة فولاذية X100M بسمك 18.4 مم، متجاوزةً بذلك بكثير معيار DNV-OS-F101 لأنابيب القطب الشمالي. والجدير بالذكر أن التكنولوجيا المعدنية الحديثة، من خلال معالجة الكالسيوم لتحسين مورفولوجيا الكبريتيد، مكّنت معامل أداء المحور Z للأنبوب من تجاوز 0.8، مما يُعالج بفعالية تحدي التمزق الصفائحي في أنابيب الفولاذ كبيرة القطر.
ثانيًا، التحكم الدقيق في عملية تصنيع أنابيب الصلب الملحومة ذات اللحام المستقيم X100M. خلال عملية تصنيع الأنابيب، تستخدم شركات محلية رائدة، مثل Zhujiang Steel Pipe، عملية تشكيل JCOE، التي تتيح التحكم في التبيض بنسبة ±0.5%D للأنابيب التي يبلغ قطرها 1422 مم وسمك جدارها 32 مم. يُستخدم اللحام القوسي المغمور متعدد الأسلاك (حتى خمسة أسلاك متتالية) أثناء اللحام، إلى جانب الاختبار بالموجات فوق الصوتية عبر الإنترنت وتمدد الأنبوب بالكامل (1.5% إجهاد)، مما ينتج عنه معامل لحام يتجاوز 0.96. تُظهر بيانات الاختبار الميداني من مشروع خط أنابيب الغاز West-East Gas Pipeline III أن عمر إجهاد اللحام لأنبوب الصلب الملحوم X100M يصل إلى 92% من عمر المعدن الأساسي، أي أعلى بنحو 40% من عمر أنبوب الصلب الملحوم التقليدي X70. كما يُتيح تطبيق المصنع الرقمي تحكمًا دقيقًا بمستوى 0.1 مم طوال العملية بأكملها، بدءًا من طحن حافة اللوح وحتى تشطيب طرف الأنبوب.
ثالثًا، القيمة الثورية لأنبوب الفولاذ الملحوم بالدرز المستقيم X100M في التطبيقات الهندسية.
في مشروع خط أنابيب الغاز الطبيعي في آسيا الوسطى، أدى استخدام أنبوب الفولاذ ذي اللحامات المستقيمة X100M إلى زيادة الضغط التصميمي من 12 ميجا باسكال لأنبوب الفولاذ X80 إلى 15 ميجا باسكال، مما زاد من سعة نقل الغاز السنوية لأنبوب واحد بنسبة 25% مع تقليل سمك الجدار بنسبة 14%، مما وفر 80 ألف طن من الفولاذ بشكل مباشر (بناءً على خط أنابيب بطول 300 كيلومتر). والجدير بالذكر أن أسّ صلابة الانفعال (n) لهذا الأنبوب يصل إلى 0.12، مما يسمح له بتحمل تشوه بلاستيكي بنسبة 1.5% دون أي عطل في منطقة زلزالية بقوة 8 درجات. وتُظهر اختبارات المحاكاة التي أجراها معهد الأبحاث أن استخدام فولاذ X100M لخط أنابيب بطول 3000 كيلومتر يمكن أن يخفض تكاليف الصيانة بمقدار 320 مليون دولار أمريكي على مدار دورة حياته.
رابعا، التطور المنسق للنظام القياسي لأنبوب الفولاذ الملحوم بالدرز المستقيم X100M.
مع تطبيق الإصدار السادس والأربعين من معيار API SPEC 5L، أصبحت المتطلبات الفنية لفولاذ X100M نظامًا متكاملًا. تبلغ نسبة مساحة القص المطلوبة لاختبار التمزق بوزن السقوط (DWTT) عند درجة حرارة -15 درجة مئوية ≥85%، وهو تحسن بنسبة 10% مقارنةً بفولاذ X80. يضيف المعيار المحلي GB/T 9711-2017، بشكل مبتكر، معيارًا جديدًا لاختبار التشقق الناتج عن الهيدروجين (HIC)، والذي يتطلب نسبة طول التشقق (CLR) ≤15%. دفعت هذه المعايير الصارمة المصنّعين إلى تطوير تركيبات لحام منخفضة الكربون بمكافئ كربوني (CEIW) ≤0.43%، مما يقلل بشكل كبير من قابلية لحامات الحزام للتشقق البارد في الموقع.
خامسًا، تحقيق تقدم كبير في القدرة على التكيف البيئي لأنبوب الفولاذ الملحوم بالدرز المستقيم X100M.
لتلبية الاحتياجات الفريدة لمنطقة القطب الشمالي، يحافظ أنبوب الفولاذ X100M المُطوّر حديثًا على طاقة CVN (تأثير شاربي) تزيد عن 100 جول عند درجة حرارة -60 درجة مئوية. يستخدم أنبوب X100M المُستخدم في مشروع Arctic 2 نظام حماية من التآكل ثنائي الطبقة 3LPE+PP، وهو نظام مُبتكر. يُطيل هذا النظام، إلى جانب الحماية الكاثودية، عمر الأنبوب التصميمي إلى 50 عامًا. في البيئات البحرية، تُحافظ إضافة سبيكة مقاومة للتآكل تحتوي على 0.3% نحاس و0.05% أنثون على معدل تآكل أقل من 0.08 مم/سنة في منطقة الرش، أي ما يُعادل خُمس معدل التآكل في الفولاذ الكربوني التقليدي.
سادسًا، التحديات التقنية عبر سلسلة الصناعة بأكملها لأنابيب الصلب الملحومة الطولية X100M
على الرغم من مزاياها الكبيرة، لا تزال أنابيب الفولاذ ذات اللحام المستقيم X100M تواجه تحديات عديدة في تصنيعها. يؤدي التليين في المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ) إلى انخفاض صلابة بعض مناطق اللحام الطرفية إلى ما دون 220 HV10. حاليًا، يمكن لتقنية التسخين الحثي بعد اللحام خفض الصلابة إلى حوالي 245 HV10. يكمن تحدٍّ آخر في لحام محيط اللحام في الموقع، مما يتطلب تطوير سلك لحام ذي مدخل حراري أقل من 80 كيلوجول/سم². على سبيل المثال، حققت مستهلكات اللحام MG-S63TW من Kobelco أداءً ممتازًا مع طاقة تأثير تزيد عن 47 جول عند درجة حرارة -40 درجة مئوية. تُظهر بيانات اختبارات الجهات الخارجية أن إزاحة فتحة طرف الشق (CTOD) لحامات محيط X100M باستخدام عملية اللحام الآلية يمكن أن تصل إلى 0.25 مم، مما يلبي تمامًا المتطلبات الصارمة لمعيار BS7910.
مع تقدم استراتيجية "الكربون المزدوج"، سيُظهر أنبوب الفولاذ X100M ذو اللحامات المستقيمة قيمةً أكبر في قطاع احتجاز الكربون وتخزينه (CCUS). تدعم قدرته على تحمل الضغط نقل ثاني أكسيد الكربون فوق الحرج الذي يتجاوز 15 ميجا باسكال، وقد طُبق بنجاح في مشروع "كويست الكندي". وتستكشف مؤسسات البحث والتطوير المحلية مدى ملاءمة أنبوب الفولاذ X100M في البيئات القاسية التي تحتوي على 90% من كبريتيد الهيدروجين و10% من ثاني أكسيد الكربون. وقد أظهرت الاختبارات الأولية أنه من خلال تقليل محتوى المنغنيز إلى أقل من 1.2% وإضافة 0.02% من التيتانيوم، يمكن زيادة الإجهاد الحرج لتآكل إجهاد الكبريتيد (SSC) إلى 85% من SMYS. ستجعل هذه الإنجازات أنبوب الفولاذ X100M ذو اللحامات المستقيمة مادةً أساسيةً للجيل القادم من البنية التحتية للطاقة، حيث من المتوقع أن يتجاوز الطلب العالمي السنوي 3 ملايين طن بحلول عام 2030.
وقت النشر: ٨ أغسطس ٢٠٢٥