API 5L X46-Rohr: 317 MPa Mindestausbeute und Sortenauswahl

Die Nummer hinter dem X46-Namen

API 5L X46-Rohre haben eine spezifizierte Mindeststreckgrenze von 46.000 psi, umgerechnet in 317 MPa, und ihre metrische Bezeichnung in API Spec 5L und ISO 3183 ist L320. Die Mindestzugfestigkeit beträgt 63.000 psi oder 434 MPa. Diese beiden Zahlen, 317 MPa Streckgrenze und 434 MPa Zugfestigkeit, bilden die Gesamtheit der obligatorischen Festigkeitsanforderungen in PSL1; Alles Weitere bei einer X46-Bestellung ergibt sich aus den Abmessungen, der Produktform, dem Lieferzustand und etwaigen Zusatzanforderungen des Käufers.

Die Note sitzt an einer ungünstigen, aber sehr nützlichen Stelle in der Leiter. Es ist 27 MPa stärker als X42 und 43 MPa schwächer als X52, und dieses schmale Fenster erweist sich als genau richtig für einen Großteil der Sammelsysteme, Niederdruckverteilungszuführungen, Produktionswasserleitungen und allgemeine Industrierohre, bei denen die Wand ansonsten eher durch Handhabung und Korrosionsspielraum als durch Ringspannung festgelegt würde. Um zu verstehen, warum X46 gewählt wurde und wann es ein Fehler ist, muss man vor allem die Streckgrenze mit der Wand vergleichen, die man tatsächlich kauft.

Wo X46 in der API 5L Grade Ladder sitzt

Die Qualitäten unter X56 haben alle dieselbe metallurgische Familie: Ferrit plus Perlit, Kornverfeinerung mit Niob, Vanadium und Titan, wobei der Kohlenstoffgehalt niedrig genug gehalten wird, um Feldschweißen ohne Vorwärmen zu ermöglichen. Die Unterschiede zwischen benachbarten Qualitäten sind in absoluten Zahlen gering, weshalb die Wahl in der Regel eher von Kosten und Verfügbarkeit als von einem technologischen Fortschritt abhängt.

Zwei Merkmale dieser Tabelle sind leicht zu übersehen. Erstens weisen X42 und X46 hat bei seinen Minimalwerten ein Verhältnis von 0,73, was deutlich innerhalb jeder Codegrenze liegt, wohingegen X52 bei seinem PSL2-Maximum ein Verhältnis aufweist, das sorgfältig beobachtet werden muss. Zweitens bringt der Schritt von X46 zu

Chemie von X46 und den Suffixen N, Q und M

X46 ist ein schlankerer Stahl als X52, aber nicht viel. Kohlenstoff wird typischerweise zwischen 0,10 und 0,18 Prozent gehalten, Mangan zwischen 1,00 und 1,40 Prozent, und die Restgrenzen folgen der Produktspezifikation: PSL1 erlaubt bis zu 0,030 Prozent Phosphor und 0,030 Prozent Schwefel, während PSL2 beide auf 0,025 und 0,015 Prozent senkt und eine Siliziumobergrenze von 0,45 Prozent hinzufügt. Niob mit 0,02 bis 0,04 Prozent sorgt für den größten Teil der Kornfeinung, wobei Titan hinzugefügt wird, um die Korngröße in der Wärmeeinflusszone zu schützen, indem Stickstoff als Titannitrid gebunden wird.

PSL2-Sorten tragen ein Lieferbedingungssuffix, das das mechanische Ergebnis weitaus stärker verändert als die Sortennummer. X46R ist im Walzzustand die günstigste Option und eignet sich für mittelschwere Wände, bei denen die Zähigkeit bei Umgebungstemperatur die einzige Anforderung ist. X46N ist normalisiert, was bedeutet, dass das Rohr erneut über die obere kritische Temperatur erhitzt und an der Luft abgekühlt wird, was die Struktur homogenisiert und der traditionelle Weg für schwerere Wände und für Betriebstemperaturen über etwa 400 Grad Celsius ist, bei denen die gewalzte Struktur unvorhersehbar erweichen würde. X46Q wird aus einem vollständig austenitisierten Zustand heraus abgeschreckt und angelassen, wodurch eine angelassene Martensit- oder Bainitstruktur mit einer besseren Festigkeits- und Zähigkeitskombination als bei den beiden anderen Verfahren bei gleicher Streckgrenze entsteht. X46M wird thermomechanisch mit kontrollierter Endtemperatur und beschleunigter Abkühlung gewalzt, was die feinste Ferritkorngröße und damit die niedrigste Übergangstemperatur von duktil zu spröde bei gegebener Festigkeit ergibt.

Die praktische Regel für einen Käufer ist, dass das Suffix zur Dienstleistung passen muss. Eine normalisierte X46-Schweißkonstruktion verhält sich in der Wärmeeinflusszone anders als eine TMCP X46-Schweißkonstruktion, und ein für eine Lieferbedingung qualifiziertes Schweißverfahren ist nicht automatisch für die andere gültig, obwohl das Zertifikat die gleiche Streckgrenze von 317 MPa anzeigt.

Was sich PSL1 und PSL2 bei 317 MPa ändern

PSL1 legt keine Obergrenze für die Festigkeit und keinen obligatorischen Aufpralltest fest. Ein Werk kann X46 PSL1 mit einer Ausbeute von 430 MPa und einer Zugfestigkeit von 480 MPa liefern, und das Rohr ist konform. Bei den meisten Niederdruckanwendungen ist dies harmlos, da der Konstruktionsfaktor die Streckgrenze bereits berücksichtigt und das Rohr bei der Betriebstemperatur einer Gassammelleitung in einem gemäßigten Klima eine ausreichende Zähigkeit aufweist. Dies wird zu einem Problem, wenn das Rohr später einer plastischen Dehnung ausgesetzt wird, da eine Streckgrenze von 430 MPa gegenüber einer Zugspannung von 480 MPa ein Verhältnis von nahezu 0,90 und eine sehr geringe gleichmäßige Dehnung über die Streckgrenze hinaus ergibt.

PSL2 für X46 legt die Streckgrenze auf 317 bis 435 MPa und das Zugfenster auf 434 bis 655 MPa fest, begrenzt das Streckgrenze-zu-Zug-Verhältnis auf 0,93, erfordert Charpy-Tests des Rohrkörpers und legt einen Kohlenstoffäquivalentgrenzwert fest. Für geschweißte PSL2-Rohre beträgt der Grenzwert 0,43 nach der IIW-Formel, wenn der Kohlenstoff 0,12 Prozent übersteigt, oder 0,25 nach der Pcm-Formel, wenn der Kohlenstoff 0,12 Prozent oder weniger beträgt. PSL2 legt die Dehnungsanforderung auch durch die Formel 1940 x A^0,2 / U^0,9 fest, wobei A der anwendbare Probenquerschnitt in Quadratmillimetern und U die angegebene Mindestzugfestigkeit in Megapascal ist, sodass die erforderliche Dehnung in 50 mm mit abnehmender Probenfläche abnimmt.

Es gibt eine weitere PSL2-Konsequenz, die speziell für X46 erwähnt werden sollte. Da die Sorte für Niederdruckarbeiten häufig mit einer dünnen Wand bestellt wird, können Charpy-Proben in Untergröße vorliegen, und der Standard reduziert die erforderliche absorbierte Energie für Proben in Untergröße gemäß einem definierten Maßstab, anstatt dem Werk die freie Wahl zu überlassen. In einem Zertifikat, das 27 J anzeigt, sollte daher die Probengröße angegeben werden, da 27 J auf einer 10 x 5 mm großen Probe nicht der gleiche Beweis sind wie 27 J auf einer 10 x 10 mm großen Probe.

Wie viel Wand kostet 317 MPa tatsächlich?

Die Umfangsspannungsgleichung P=2 S t F / D zeigt, dass die Wanddicke umgekehrt proportional zur angegebenen Mindeststreckgrenze bei konstantem Druck und Durchmesser ist. Bei einer Leitung mit einem Außendurchmesser von 457 mm, einem Auslegungsdruck von 6,3 MPa und einem Auslegungsfaktor von 0,72 benötigt X46 6,3 x 457 / (2 x 317 x 0,72), was 6,31 mm entspricht und auf 6,35 mm aufgerundet wird. Die gleiche Belastung erfordert in X42 bei 290 MPa 6,89 mm, abgerundet auf 7,1 mm, und in X52 bei 360 MPa sind 5,55 mm, abgerundet auf 5,6 mm, erforderlich.

Die Masse pro Meter wird mit 0,02466 xtx (D - t) berechnet. Der Schritt von X42 auf X46 spart etwa 8 kg pro Meter, also rund 10 Prozent, und der weitere Schritt auf In der Praxis ist die Option Das ist der wahre Grund, warum X46 bei Niederdruckarbeiten dominiert: Es landet auf einer Wand, die dick genug ist, um mit herkömmlicher Ausrüstung gehandhabt und geschweißt zu werden, zu einem Stahlpreis, der nahe an X42 liegt, und mit einer Chemie, die vor Ort leicht zu schweißen ist.

Zähigkeit, Temperatur und die ERW-Naht

Für X46-Rohre, die gemäß PSL2 bestellt werden, beträgt die Charpy-Anforderung für den Rohrkörper einen durchschnittlichen Mindestdurchschnitt von 27 J mit einem Mindestwert von 20 J für eine einzelne Probe an Querproben in voller Größe, getestet bei der Temperatur, die die Norm der Güteklasse und der Prüfstückgröße zuordnet. Diese Zahl ist ein Boden für einen Pfeifenkörper mit einer Ferrit-Perlit-Struktur und wird bei Umgebungstemperatur leicht von einem kornverfeinerten X46 erreicht; Es wird zu einer Designbeschränkung, wenn die Leitung im Permafrost vergraben ist. In diesem Fall kommt normalerweise eine zusätzliche Anforderung für eine niedrigere Testtemperatur oder einen Fallgewichts-Reißtest hinzu, und die Lieferbedingung sollte dann X46M oder X46Q statt X46R sein.

Die Naht ist der Teil eines X46-Rohrs, der die Leistung bei niedrigen Temperaturen am häufigsten einschränkt. Bei ERW- und HFW-Rohren wird die Schweißnaht ohne Zusatzwerkstoff durch Widerstandserhitzen und Schmieden hergestellt, und die Schweißstruktur enthält eine schmale Zone aus groben, harten Bestandteilen mit geringer Zähigkeit. Moderne Walzwerke normalisieren oder vergüten die Naht in der Produktionslinie, wodurch die Zähigkeit wieder annähernd die des Ausgangsbandes erreicht wird. Käufer sollten einen Nachweis der Nahtwärmebehandlung und eines Naht-Charpy- oder Schweißzugergebnisses verlangen, anstatt nur einen Rohrkörpertest zu akzeptieren. Bei LSAW-Rohren verlagert sich das Risiko in die grobkörnige Wärmeeinflusszone der doppelseitigen Unterpulverschweißung, wo die Wärmezufuhr und das Niob- und Titangleichgewicht bestimmen, ob sich die Zone verfeinert oder vergröbert. Bei SSAW-Rohren kreuzt die Spiralnaht das Band in einem Winkel, daher sollten die Nahtzähigkeit und die Zähigkeit des Rohrkörpers getrennt bewertet werden und die Schweißmetallchemie sollte mit der übergeordneten Analyse kompatibel sein, um eine harte Naht mit geringer Zähigkeit zu vermeiden.

Schweißbarkeit und Feldverbindung von X46

X46 ist eine der verträglichsten Leitungsrohrqualitäten beim Schweißen. Mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,14 Prozent und einem Mangangehalt von etwa 1,20 Prozent liegt das IIW-Kohlenstoffäquivalent bei etwa 0,35 bis 0,40, was das Abwärtsgurtschweißen von Zellulose ohne Vorwärmen für Wände bis etwa 12 mm unter milden Bedingungen und das vertikale Aufwärtsschweißen mit niedrigem Wasserstoffgehalt und einer moderaten Vorwärmung für schwerere Wände oder Verbindungen mit hoher Festigkeit ermöglicht. Die Punkte, die noch kontrolliert werden müssen, sind Wasserstoffeintrag, Abkühlgeschwindigkeit und Härte.

Die Wasserstoffkontrolle erfolgt durch die Verwendung von Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt bei ordnungsgemäßer Aushärtung und Lagerung, durch die Reinigung der Verbindungsflächen und im Fall von Zelluloseelektroden durch die Aufnahme des Diffusionswasserstoffs, den der Prozess inhärent mit sich bringt, und den Ausgleich durch ein qualifiziertes Verfahren. Die Abkühlgeschwindigkeit wird durch die Wärmezufuhr und das Vorheizen gesteuert. Eine zu schnelle Abkühlung in einer dicken Wand erzeugt harten Martensit in der Grobkornzone, und eine zu langsame Abkühlung in einer dünnen Wand erzeugt eine weiche Zone, die das Härtekriterium bei saurem Betrieb nicht erfüllen kann. Im sauren Betrieb ist das übliche Akzeptanzkriterium eine maximale Härte von 250 HV10 in der Grundmetall-, Schweiß- und Wärmeeinflusszone, gemessen an einem Makroschnitt, zusammen mit den chemischen Kontrollen von API 5L Anhang H und den Materialauswahlregeln von ISO 15156 / NACE MR0175. Ein schlanker X46 mit einer gut vergüteten Naht erfüllt dieses Kriterium normalerweise; Bei einem X46 im gerollten Zustand mit einer harten ERW-Naht ist dies häufig nicht der Fall.

Inspektion, Testeinheiten und Dokumentation für einen X46-Auftrag

Die Zugprüfung wird pro Prüfeinheit durchgeführt, bei der es sich gemäß PSL2 um eine definierte Menge an Rohren derselben Qualität, Größe und Wand aus derselben Schmelze und demselben Herstellungsweg handelt. Das Werk kann nach einem Ausfall zwei weitere Proben erneut testen, vorausgesetzt, beide bestehen den Test. Charpy-Tests folgen der gleichen Testeinheitslogik. Für geschweißte PSL2-Rohre ist eine hydrostatische Prüfung mit dem aus der Ringspannungstabelle berechneten Druck erforderlich, wobei die Haltezeit durch den Durchmesser definiert wird. Außerdem ist eine zerstörungsfreie Prüfung der Schweißnaht gemäß API 5L Annex E-Methoden und Akzeptanzniveaus erforderlich. Dies ist auch die Voraussetzung für die Verwendung eines Schweißverbindungsfaktors von 1,00 in der Konstruktionsberechnung.

Ein vollständiges Zertifikatspaket sollte die Schmelzenzahl und Rohrnummern, die Pfannen- und Produktanalysen mit Kohlenstoff, Mangan, Phosphor, Schwefel und den Mikrolegierungselementen, das Kohlenstoffäquivalent nach der jeweiligen Formel, die Zugergebnisse mit Probenausrichtung und -typ, die Charpy-Ergebnisse mit Temperatur und Probengröße, den hydrostatischen Druck und die Haltezeit, die NDT-Methode und das Akzeptanzniveau sowie die Maßaufzeichnung enthalten. Für ein zu prüfendes Projekt sind die nützlichen Ergänzungen ein Härteverlauf über die Naht auf einer Stichprobenlänge und eine Überprüfung der Zähigkeitsergebnisse als Verteilung und nicht als einzelner Wert.

Fehler, die X46 durch ein Projekt begleiten

Der häufigste Fehler besteht darin, die Dimension X46 durch X52 zu ersetzen, ohne den Auslegungsdruck erneut zu überprüfen. Da sich die beiden Qualitäten um 43 MPa in der Ausbeute unterscheiden, weist eine in X52 mit 8 MPa entworfene und in X46 an derselben Wand gebaute Leitung bei demselben Designfaktor nur etwa 7,1 MPa auf. Der zweite Fehler besteht darin, den Lieferzustand als kommerzielles Detail zu behandeln: Ein X46N- und ein X46M-Rohr sind nicht austauschbar, wenn eine Anforderung an die Kälteeinwirkung oder ein qualifiziertes Schweißverfahren besteht. Die dritte besteht darin, PSL1 zu akzeptieren, wenn die Konstruktion auf einem Zähigkeitswert oder auf dem Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit basiert, da keines von beiden in PSL1 gesteuert wird. Viertens wird übersehen, dass die Wanddickentoleranz und nicht die durchschnittliche Wand die Druckstufe bestimmt, da die Konstruktionsgleichung die Nennwand verwendet, während die Wand im Lieferzustand möglicherweise an der unteren Toleranzgrenze liegt. Der fünfte verwendet X46 im sauren Bereich ohne Härteprüfung und der sechste bestellt ein Beschichtungs- oder Auskleidungssystem, ohne zu bestätigen, dass die Oberflächenvorbereitung und die Aushärtetemperatur mit dem Lieferzustand des Rohrs kompatibel sind.

FAQ

F: Wie hoch ist die Streckgrenze von API 5L X46-Rohren?
Die angegebene Mindeststreckgrenze beträgt 46.000 psi, was 317 MPa entspricht und die Grundlage für die ISO 3183-Bezeichnung L320 ist. Bei PSL2-Rohren darf die Streckgrenze ebenfalls 435 MPa nicht überschreiten.

F: Wie hoch ist die Zugfestigkeit für X46?
Die angegebene Mindestzugfestigkeit beträgt 63.000 psi oder 434 MPa. Für PSL2 darf außerdem die Zugfestigkeit 655 MPa nicht überschreiten und das Streckgrenzen-zu-Zug-Verhältnis darf 0,93 nicht überschreiten.

F: Was bedeuten die Suffixe X46N, X46Q und X46M?
Sie definieren den PSL2-Lieferzustand: N ist normalisiert, d. h. wieder über die obere kritische Temperatur erhitzt und luftgekühlt; Q ist vergütet; M wird thermomechanisch mit kontrollierter Kühlung gewalzt. X46R bezeichnet den gerollten Zustand.

F: Wie viel dünner ist das X46-Rohr als das X42-Rohr bei gleichem Druck?
Die Wandstärke ist umgekehrt proportional zur Streckgrenze, sodass die berechnete Wand bei gleichem Druck und Durchmesser von 6,89 mm bei X42 auf 6,31 mm bei X46 sinkt, was einer Reduzierung von etwa 8 Prozent entspricht, was etwa 10 Prozent weniger Masse pro Meter entspricht.

F: Ist X46 für sauren Service geeignet?
Es kann bei Bestellung als PSL2 mit den zusätzlichen Chemie- und Testanforderungen von API 5L Anhang H bestellt und gemäß ISO 15156 / NACE MR0175 bewertet werden. Ausschlaggebend sind eine Härte von maximal 250 HV10 im Grundwerkstoff, in der Schweißnaht und in der Wärmeeinflusszone sowie eine ausreichende Nahtzähigkeit.

F: Warum wird oft X46 anstelle des stärkeren X52 gewählt?
Denn bei Niederdruckleitungen wird die Wand eher durch Handhabung, Biegung und Korrosionsspielraum als durch Ringspannung festgelegt. Die X52-Wand, die die Berechnung zulässt, kann dünn genug sein, um Ovalisierung und Knickung als maßgebliche Nachweise zu ermöglichen, sodass X46 eine praktische Wand mit geringeren Stahlkosten und einfacherem Schweißen vor Ort liefert.