รายละเอียดเกี่ยวกับวัสดุ กระบวนการผลิต และการใช้งานของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X100M

ในภาคการขนส่งน้ำมันและก๊าซท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X100Mในฐานะที่เป็นตัวแทนของเหล็กกล้าท่อส่งที่มีความแข็งแรงสูงตามมาตรฐาน API 5L ท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรงนี้กำลังเปลี่ยนแปลงมาตรฐานทางเทคนิคของอุตสาหกรรมด้วยคุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่าและความสามารถในการปรับตัวทางวิศวกรรม ผลิตโดยใช้กระบวนการเชื่อมด้วยไฟฟ้าความถี่สูง (ERW) หรือการเชื่อมแบบจุ่มอาร์ค (SAWL) ท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรงนี้มีกำลังรับแรงดึงขั้นต่ำ 690 MPa ซึ่งดีกว่า 551 MPa ของท่อเหล็ก X80 ทั่วไปอย่างมาก ทำให้เป็นวัสดุทางเลือกใหม่สำหรับการขนส่งระยะไกลและแรงดันสูง

ประการแรก ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านวัสดุศาสตร์สำหรับท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X100M
ข้อได้เปรียบหลักของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X100M อยู่ที่การออกแบบโลหะผสมที่เป็นนวัตกรรมใหม่ โดยการใช้เทคโนโลยีการผสมไมโครอัลลอยด์คอมโพสิต Nb-Ti-Mo ร่วมกับกระบวนการรีดและระบายความร้อนแบบควบคุม (TMCP) ทำให้แผ่นเหล็กมีความแข็งแรงทั้งจากโครงสร้างเกรนละเอียดและความแข็งแรงจากการตกตะกอน ในขณะที่ยังคงรักษาคุณสมบัติการเชื่อมที่ดีเยี่ยม บริษัทชั้นนำในประเทศ เช่น Baosteel ได้ประสบความสำเร็จในการทนต่อแรงกระแทกที่อุณหภูมิต่ำได้มากกว่า 200 จูล ที่ -45°C สำหรับแผ่นเหล็ก X100M หนา 18.4 มม. ซึ่งเกินมาตรฐาน DNV-OS-F101 สำหรับท่อส่งในเขตอาร์กติกอย่างมาก ที่สำคัญ เทคโนโลยีโลหะวิทยาที่ทันสมัย ​​โดยการบำบัดด้วยแคลเซียมเพื่อปรับปรุงโครงสร้างซัลไฟด์ ทำให้ค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพแกน Z ของท่อเกิน 0.8 ซึ่งช่วยแก้ปัญหาการฉีกขาดแบบแผ่นในท่อเหล็กขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ประการที่สอง การควบคุมกระบวนการผลิตท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X100M อย่างแม่นยำ ในระหว่างการผลิตท่อ บริษัทชั้นนำในประเทศ เช่น Zhujiang Steel Pipe ใช้กระบวนการขึ้นรูป JCOE ซึ่งช่วยให้สามารถควบคุมความรีของท่อได้ที่ ±0.5%D สำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1422 มม. และความหนาของผนัง 32 มม. มีการใช้การเชื่อมแบบจุ่มอาร์คหลายเส้น (มากถึงห้าเส้นต่อกัน) ร่วมกับการทดสอบอัลตราโซนิกแบบออนไลน์และการขยายตัวของท่อเต็มที่ (ความเครียด 1.5%) ส่งผลให้ค่าสัมประสิทธิ์การเชื่อมเกิน 0.96 ข้อมูลการทดสอบภาคสนามจากโครงการท่อส่งก๊าซตะวันตก-ตะวันออก III แสดงให้เห็นว่าอายุการใช้งานของการเชื่อมท่อเหล็กเชื่อม X100M สูงถึง 92% ของโลหะพื้นฐาน สูงกว่าท่อเหล็กเชื่อม X70 แบบดั้งเดิมเกือบ 40% การประยุกต์ใช้โรงงานดิจิทัลยังช่วยให้สามารถควบคุมความแม่นยำระดับ 0.1 มม. ตลอดกระบวนการทั้งหมด ตั้งแต่การกัดขอบแผ่นไปจนถึงการลบคมปลายท่อ

ประการที่สาม คุณค่าอันปฏิวัติวงการของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X100M ในการใช้งานทางวิศวกรรม

ในโครงการท่อส่งก๊าซธรรมชาติเอเชียกลาง การใช้ท่อเหล็กตะเข็บตรง X100M ช่วยเพิ่มแรงดันออกแบบจาก 12 MPa สำหรับท่อเหล็ก X80 เป็น 15 MPa ทำให้ความสามารถในการส่งก๊าซต่อปีของท่อแต่ละท่อเพิ่มขึ้น 25% ในขณะที่ลดความหนาของผนังลง 14% ซึ่งช่วยประหยัดเหล็กได้โดยตรง 80,000 ตัน (สำหรับท่อส่งยาว 300 กิโลเมตร) ที่สำคัญกว่านั้น ค่าสัมประสิทธิ์การแข็งตัวของวัสดุ (ค่า n) สูงถึง 0.12 ทำให้สามารถทนต่อการเสียรูปพลาสติก 1.5% โดยไม่เสียหายในเขตแผ่นดินไหวขนาด 8 ริกเตอร์ การทดสอบจำลองที่ดำเนินการโดยสถาบันวิจัยแสดงให้เห็นว่า การใช้เหล็ก X100M สำหรับท่อส่งยาว 3,000 กิโลเมตร สามารถลดต้นทุนการบำรุงรักษาได้ 320 ล้านดอลลาร์สหรัฐตลอดอายุการใช้งาน

ประการที่สี่ การพัฒนาระบบมาตรฐานสำหรับท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X100M อย่างเป็นระบบ

ด้วยการนำมาตรฐาน API SPEC 5L ฉบับที่ 46 มาใช้ ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับเหล็กกล้า X100M จึงกลายเป็นระบบที่สมบูรณ์ ข้อกำหนดอัตราส่วนพื้นที่เฉือนสำหรับการทดสอบการฉีกขาดด้วยแรงกระแทก (DWTT) ที่อุณหภูมิ -15°C คือ ≥85% ซึ่งดีขึ้นกว่าเหล็กกล้า X80 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ มาตรฐานภายในประเทศ GB/T 9711-2017 ได้เพิ่มมาตรฐานโซลูชัน A สำหรับการทดสอบการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน (HIC) อย่างสร้างสรรค์ โดยกำหนดให้ CLR (อัตราส่วนความยาวรอยแตก) ≤15% มาตรฐานที่เข้มงวดเหล่านี้ได้ผลักดันให้ผู้ผลิตพัฒนาสูตรการเชื่อมคาร์บอนต่ำที่มีค่าเทียบเท่าคาร์บอน (CEIW) ≤0.43% ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการแตกร้าวจากความเย็นของรอยเชื่อมรอบวงในภาคสนามได้อย่างมาก

ประการที่ห้า ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมของท่อเหล็กเชื่อมตะเข็บตรง X100M

เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของภูมิภาคอาร์กติก ท่อเหล็ก X100M ที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ มีค่าพลังงาน CVN (Charpy Impact) มากกว่า 100 จูล ที่อุณหภูมิ -60°C ท่อ X100M ที่ใช้ในโครงการ Arctic 2 ใช้ระบบป้องกันการกัดกร่อนแบบสองชั้น 3LPE+PP อย่างล้ำสมัย เมื่อรวมกับการป้องกันด้วยกระแสไฟฟ้า ระบบนี้ช่วยยืดอายุการใช้งานได้ถึง 50 ปี ในสภาพแวดล้อมทางทะเล การเติมโลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนซึ่งประกอบด้วย Cu 0.3% และ Sb 0.05% ช่วยรักษาอัตราการกัดกร่อนในบริเวณที่น้ำกระเซ็นให้ต่ำกว่า 0.08 มม./ปี ซึ่งเพียงหนึ่งในห้าของเหล็กกล้าคาร์บอนทั่วไป

ประการที่หก ความท้าทายทางเทคนิคตลอดห่วงโซ่อุตสาหกรรมสำหรับท่อเหล็กเชื่อมตามยาว X100M
ถึงแม้ว่าท่อเหล็กตะเข็บตรง X100M จะมีข้อดีมากมาย แต่ก็ยังคงเผชิญกับความท้าทายหลายประการในการผลิตในระดับอุตสาหกรรม การอ่อนตัวในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ทำให้ความแข็งของบริเวณปลายรอยเชื่อมบางส่วนลดลงต่ำกว่า 220 HV10 ปัจจุบัน เทคโนโลยีการให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำหลังการเชื่อมสามารถลดความแข็งลงเหลือประมาณ 245 HV10 ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการเชื่อมรอบท่อในสถานที่ ซึ่งต้องมีการพัฒนาลวดเชื่อมที่มีปริมาณความร้อนต่ำกว่า 80 kJ/cm2 ตัวอย่างเช่น วัสดุสิ้นเปลืองสำหรับการเชื่อม MG-S63TW ของ Kobelco มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมด้วยพลังงานกระแทก >47 J ที่อุณหภูมิ -40°C ข้อมูลการทดสอบจากบุคคลที่สามแสดงให้เห็นว่า CTOD (ระยะการเปิดปลายรอยแตก) ของรอยเชื่อมรอบท่อ X100M โดยใช้กระบวนการเชื่อมแบบอัตโนมัติสามารถเข้าถึง 0.25 มม. ซึ่งตรงตามข้อกำหนดที่เข้มงวดของมาตรฐาน BS7910 อย่างครบถ้วน

เมื่อกลยุทธ์ “คาร์บอนคู่” ก้าวหน้าขึ้น ท่อเหล็กตะเข็บตรง X100M จะแสดงคุณค่าที่มากยิ่งขึ้นในภาคส่วน CCUS (การดักจับและกักเก็บคาร์บอน) ความสามารถในการรับแรงดันของท่อรองรับการขนส่ง CO2 ในสภาวะวิกฤตเกิน 15 MPa และได้รับการประยุกต์ใช้สำเร็จในโครงการ Quest ของแคนาดา สถาบันวิจัยและพัฒนาในประเทศกำลังสำรวจความเหมาะสมของท่อเหล็ก X100M ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงที่มี H2S 90% และ CO2 10% การทดสอบเบื้องต้นแสดงให้เห็นว่าการลดปริมาณ Mn ให้ต่ำกว่า 1.2% และเพิ่ม Ti 0.02% สามารถเพิ่มความเครียดวิกฤตสำหรับ SSC (การกัดกร่อนจากความเค้นของซัลไฟด์) เป็น 85% SMYS ความก้าวหน้าเหล่านี้จะทำให้ท่อเหล็กตะเข็บตรง X100M เป็นวัสดุหลักสำหรับโครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงานยุคใหม่ โดยคาดว่าความต้องการทั่วโลกต่อปีจะเกิน 3 ล้านตันภายในปี 2030