التركيب الكيميائي والخواص الميكانيكية وعملية تصنيع أنابيب الصلب ASME SA-106Gr.B

أولاً، الخصائص الأساسية لـأنبوب فولاذي ASME SA-106Gr.B
1. معايير وتطبيقات أنابيب الصلب ASME SA-106Gr.B
يتم إنتاج أنابيب الصلب غير الملحومة ASME SA-106Gr.B وفقًا لمعيار الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME) SA-106/SA-106M وهي من الدرجة B. وتستخدم بشكل أساسي في أنظمة الأنابيب التي تعمل في بيئات ذات درجات حرارة وضغوط عالية، كما هو الحال في صناعات النفط والغاز والكيماويات والطاقة.
2. التركيب الكيميائي لأنبوب الصلب ASME SA-106Gr.B
الكربون: ≤0.30% (يتم التحكم فيه إلى 0.18%-0.25% في بعض التطبيقات)، مما يضمن التوازن بين قابلية اللحام والمتانة.
المنغنيز: 0.29%-1.06% (عادةً 0.60%-0.90%)، يُقوّي بنية الفريت ويُحسّن المتانة ومقاومة الصدمات. الفوسفور/الكبريت: ≤0.035%، بنسبة محدودة للغاية لمنع تكوّن الشوائب وضمان نقاء المادة.
السيليكون: 0.10%-0.50%، يزيل الأكسدة ويعزز قوة الفولاذ.
عناصر السبائك: يمكن إضافة كميات ضئيلة من الكروم والموليبدينوم وعناصر أخرى لتحسين مقاومة التآكل وقوة درجات الحرارة العالية.
3. الخواص الميكانيكية لأنبوب الصلب ASME SA-106Gr.B
قوة الشد: ≥415 ميجا باسكال (≥485 ميجا باسكال مطلوبة في بعض التطبيقات)، قادرة على تحمل قوى الشد للسوائل عالية الضغط.
قوة الخضوع: ≥240 ميجا باسكال، مما يضمن تشوهًا بلاستيكيًا معتدلًا فقط تحت الضغط.
الاستطالة: ≥22% (≥30% في بعض التطبيقات)، مما يضفي صلابة ممتازة على المادة ويخفف من طاقة الصدمات.
متانة درجات الحرارة المنخفضة: تم التحقق منها من خلال اختبار الصدمات، وهي مناسبة للاستخدام في البيئات القاسية التي تتراوح من -29 درجة مئوية إلى 565 درجة مئوية.

ثانيًا، متطلبات معيار NACE MR0175
1. معلومات أساسية عن المعيار: NACE MR0175 هو معيار طورته الجمعية الوطنية لمهندسي التآكل (NACE). عنوانه الكامل هو "المواد المعدنية المقاومة لتشقق الإجهاد الكبريتي لمعدات حقول النفط". في عام 2003، تم تنقيح المعيار وتغيير اسمه إلى NACE MR0175/ISO 15156، "صناعات البترول والغاز الطبيعي - مواد للاستخدام في البيئات المحتوية على كبريتيد الهيدروجين في إنتاج النفط والغاز".
2. حدود التركيب الكيميائي:
- محتوى الكبريت: بالنسبة للمنتجات غير الملحومة، يجب ألا يتجاوز محتوى الكبريت 0.01%؛ وبالنسبة للمنتجات المدرفلة (الصفائح الفولاذية)، يجب ألا يتجاوز محتوى الكبريت 0.003%؛ وبالنسبة للمنتجات المطروقة، يجب ألا يتجاوز محتوى الكبريت 0.025%. يؤدي خفض محتوى الكبريت في الفولاذ إلى زيادة مقاومته للتآكل الناتج عن إجهاد الكبريتيد.
- محتوى الفوسفور: يُفضل عمومًا ألا يتجاوز محتوى الفوسفور 0.020%. فزيادة محتوى الفوسفور قد تُقلل من متانة الفولاذ ومقاومته للتآكل. - محتوى الكربون: يُفضل عمومًا ألا يتجاوز محتوى الكربون 0.10%. فزيادة محتوى الكربون بشكل مفرط تزيد من صلابة الفولاذ وتُقلل من متانته، مما يجعله أقل مقاومة لتشقق التآكل الناتج عن إجهاد الكبريتيد.
- محتوى النيكل: يقل محتوى النيكل في الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك عن 1%. قد يؤدي ارتفاع محتوى النيكل بشكل مفرط إلى زيادة قابلية الفولاذ للتشقق الناتج عن تآكل الإجهاد الكبريتي.
3. الخواص الميكانيكية والصلابة.
- الصلابة: يجب ألا تتجاوز صلابة الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك 22 HRC (صلابة روكويل). يجب ألا تتجاوز صلابة المشغولات المطروقة المنتجة وفقًا للمعيار ASTM A105 صلابة برينل (HBW) 187؛ أما بالنسبة للمعيارين ASTM A234 WPB وWPC، فيجب ألا تتجاوز صلابتهما صلابة برينل (HBW) 197. يجب ألا تتجاوز أقصى صلابة لمنطقة اللحام صلابة فيكرز (HV) 250 أو صلابة روكويل (HRC) 22.
- القوة: يجب أن تكون قوة الشد وقوة الخضوع متوافقة مع تلك الخاصة بأنابيب الصلب العامة وفقًا للمعايير ذات الصلة ويجب أن تفي بمتطلبات الخصائص الميكانيكية في ظل ظروف الخدمة الفعلية.
4. المعالجة الحرارية وعملية التصنيع.
يجب أن تكون المادة الأساسية من الفولاذ غير القابل للتشكيل بسهولة، وأن تخضع لإحدى عمليات المعالجة الحرارية التالية: الدرفلة على الساخن (للفولاذ الكربوني فقط)، التلدين، التطبيع، التطبيع والتطبيع، الأوستنة، التبريد السريع، والتطبيع. يجب إخضاع الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبائك لمعالجة حرارية لتخفيف الإجهاد (لا تقل عن 595 درجة مئوية) بعد الدرفلة أو التشكيل على البارد أو غيرها من عمليات التصنيع التي ينتج عنها تشوه دائم في الألياف الخارجية يتجاوز 5%. مع ذلك، لا تتطلب وصلات الخطوط المشكلة على البارد من نوع ASTM A53 B أو ASTM A106 B أو API 5L X42 أو ما يعادلها من الدرجات معالجة حرارية إذا لم يتجاوز التشوه على البارد 15% ولم تتجاوز الصلابة 197 HBW.

ثالثًا، دمج أنابيب الصلب ASME SA-106Gr.B مع معيار NACE MR0175.
1. تعديل التركيب الكيميائي: لتلبية معيار NACE MR0175، يجب على أنابيب الصلب ASME SA-106Gr.B تقليل محتوى الكبريت والفوسفور بشكل أكبر والتحكم في محتويات عناصر مثل الكربون والنيكل لتحسين مقاومة تشقق التآكل الناتج عن إجهاد الكبريتيد.
2. التحقق من الخصائص الميكانيكية: يتم التحقق من الخصائص الميكانيكية لأنبوب الصلب، مثل قوة الشد، وقوة الخضوع، والاستطالة، ومتانة درجات الحرارة المنخفضة، من خلال اختبارات الشد والصدم لضمان الاستقرار في البيئات المحتوية على كبريتيد الهيدروجين.
3. التحكم في الصلابة: يتم التحكم في صلابة الأنابيب الفولاذية بدقة لضمان عدم تجاوزها 22 HRC (صلابة روكويل) لتقليل خطر تشقق التآكل الناتج عن إجهاد الكبريتيد.
4. المعالجة الحرارية وتحسين عملية التصنيع: وفقًا لمتطلبات معيار NACE MR0175، تخضع الأنابيب الفولاذية لمعالجة حرارية مناسبة (مثل التلدين والتطبيع والتطبيع الحراري) لإزالة الإجهاد الداخلي، وضبط الصلابة، وتحسين البنية المجهرية. في الوقت نفسه، يتم تحسين عملية التصنيع لتجنب التشوه المفرط أثناء المعالجة وتقليل تركيز الإجهاد.