مقدمه
محصولات صنعت نفت امریکایی به‌عنوان یک API استاندارد شناخته می‌شوند. در واقع، ورق‌های API نوعی مواد فولادی خاص هستند که برای مصارف مختلف در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، و تصفیه تولید می‌شوند. مشخصات فنی و مکانیکی این محصولات به‌موجب استانداردهای موسسه آمریکایی محصولات صنعت نفت (API) تعیین می‌شوند. این ورق‌ها برای ساخت خطوط لوله به‌کار می‌روند و چندین مدل گرید فولاد با خصوصیات مکانیکی و ترکیب شیمیایی گسترده تولید می‌شوند. ورق‌های API تقریباً برای همه‌ی لوله‌های با قطر بزرگ در این صنعت، مطابق با استانداردهای API، مناسب هستند و تقاضای فعلی این صنعت به حدود 300000 تن در سال می‌رسد.
تا چند دهه اخیر، تمام مواد استفاده شده در تولید این نوع از محصولات فولادی، با رعایت این مشخصات، وارد بازار بین‌المللی شده‌اند. با این حال، با ایجاد نورد تخت تسهیلات و افزایش تولید میلگرد، امروزه به‌شدت افزایش یافته است.
به همین دلیل، برنامه جامع توسعه محصول برای تولید تجاری این نوع از محصولات با کیفیت بالا و با استحکام‌های مشخص، در دستور کار قرار گرفته است. در این برنامه، فرآیند کارآزمایشی گسترده برای تولید ورق‌های API اجرا شده است. این محصولات، نه‌تنها با مشخصات API هماهنگ هستند، بلکه نیازهای خاص مشتریان را نیز تأمین می‌کنند. امروزه، این استاندارد قادر به تأمین مواد با مشخصات بیشتر از نیازهای بازار محلی برای تولید ورق با مقاومت بالا جهت خطوط می‌باشد.
ورق و لوله‌های API را معرفی می‌کنیم:
خطوط لوله به عنوان وسیله‌ای حیاتی برای حمل و نقل جرمی مایعات در فواصل طولانی شناخته می‌شوند. اصلی‌ترین مصرف این خطوط برای انتقال منابع اولیه انرژی مانند نفت و گاز بوده است. با گذر زمان، کاربرد آنها گسترش یافته و به حمل و نقل آب آشامیدنی، صنعتی، محصولات شیمیایی، فاضلاب و حتی مواد جامد مثل زغال سنگ و سنگ‌های معدنی نیز پرداخته می‌شود.
برای افزایش بهره‌وری در حمل و نقل، طراحی خطوط لوله به سمت استفاده از قطر بزرگتر با فشار عملیاتی بالاتر گام برده است. این ارتقاء به نیاز به فولادهای با عملکرد بالا و استحکام کششی بیشتر از پیش احتیاج دارد.
آخرین قیمت ورق اسیدشویی را از صفحه قیمت ورق اسیدشویی استعلام کنید.
استفاده از خطوط لوله در مناطق قطبی یا حمل و نقل گاز طبیعی مایع (LNG) نیازمند مواد با سختی بالا در دماهای پایین عملیاتی و دماهای بالا، و به ویژه مقاومت به خردگی در محیط‌های اسیدی است.
یکی از موضوعات کلیدی، استفاده این محصولات در مخازن روغن خام و گاز است که نیاز به فولادهای خطی با مقاومت در برابر ترک خوردگی ناشی از هیدروژن (HIC) دارد. به علاوه از استحکام و سختی بیشتر، فناوری خطوط لوله نیاز به مقاومت در برابر خوردگی دارد که با اضافه کردن افزودنی‌های خاص آلیاژی و کنترل دقیق بر ترکیبات غیرفلزی استفاده شده، برآورده می‌شود.
هر دو نوع لوله جوشی و بدون درز در ساخت خطوط لوله به‌کار می‌روند، اما به دلیل اینکه لوله‌های جوشی با قطرهای بزرگتری تولید می‌شوند، اغلب خطوط لوله با ظرفیت بالا از لوله‌های جوشی ساخته می‌شوند. در صنعت خطوط لوله، از لوله‌های جوشی طولی و مارپیچی استفاده می‌شود.
برای انجام عملیات جوش‌زنی، ضرورت دارد که مواد مورد استفاده در خطوط لوله قابلیت جوش‌زنی داشته باشند، نه تنها در فرآیند تولید لوله، بلکه در محل‌هایی که کنترل جوشکاری دشوار است.
تمام این نیازها در گذشته از طریق ارائه فولاد با افزایش مقاومت در عملکرد، جوش‌پذیری بالا، و سختی کافی برای مهار گسترش تسلیم، پاسخ داده می‌شد.
با انتخاب ترکیب شیمیایی مناسب برای رفع نیازهای اساسی، فرآیند حرارتی مکانیکی به دستیابی به نیازهای خاص مشتری کمک می‌کند. بیشتر فولادهای خطی با مقاومت بالا، حالا در شرایط تحت کنترل عرضه می‌شوند.
از نظر تاریخی، لوله‌ها به پایان رسیده وارد بازار محلی شدند. با پیشرفت عظیم صنعت در گذشته، تکنولوژی تولید لوله نیز به تدریج پیشرفت یافت. این تولیدکنندگان ابتدا از ورق‌های API حاصل از نورد گرم به عنوان مواد خام خود استفاده می‌کردند. اما اکنون با راه‌اندازی تجهیزات نورد تخت، ورق‌های API نیز به عنوان محصولات مسطح با کیفیت در این بخش از بازار وارد شده‌اند.
تقاضا برای مواد خط لوله پروژه‌ها افزایش یافته است و به همین دلیل، بستگی به شرایط اقتصادی منطقه دارد. تقاضای سالانه خط لوله در منطقه حدود 300000 تن است که شامل ورق‌های API مختلف با ضخامت، عرض و درجه مختلف می‌شود. فناوری‌های پیشرفته‌ای که مطابق با استاندارد API ساخته شده‌اند، باعث می‌شود تا بیشترین تقاضای بازار برآورده شود.
2. مشخصات و الزامات تولید ورق API
یکی از اسناد بسیار اهم، که کیفیت مواد تولید لوله‌های خطی را مشخص می‌کند، استاندارد (API 5L (API، 2000) استاندارد آمریکایی (API) است. این استاندارد انواع ورق فولاد را با طیف وسیعی از خواص مانند خطوط لوله با گرید بالا و لوله‌های مارپیچی تعیین می‌کند.
مشخصات استاندارد API در سال 1948 معرفی شد و در آن زمان تنها یک کلاس با گرید X-42 و تراکم 42 کیلوگرم تولید می‌شد. از آن زمان، فولادهای با مقاومت بالاتر توسعه یافته‌اند و مشخصات در حال حاضر شامل نمرات تا X80 با تراکم 80 کیلوگرم است.
این مشخصات شامل طیف گسترده‌ای از ترکیب شیمیایی است، و تنها حداکثر سطح مجاز کربن، منگنز، گوگرد و فسفر را مشخص می‌کند. از سوی دیگر، مشخصات مصرف‌کننده در مورد ترکیب شیمیایی محدود است و برای به‌دست آوردن سطوح بالای چقرمگی و قابلیت فرم‌پذیری در سطح خاصی از قدرت عملکرد تعیین می‌شوند.
جوش‌پذیری فولاد با مقدار معادل کربن که توسط فرمول پیشنهاد شده توسط موسسه بین‌المللی جوشکاری (IIW) محاسبه می‌شود.
نکته: نیوبیوم، وانادیوم، تیتانیوم یا ترکیبی از آنها می‌تواند با توافق متقابل بین مشتری و سازنده مورد استفاده قرار گیرد.
آخرین قیمت ورق سیاه را از صفحه قیمت ورق سیاه استعلام کنید.
با این حال، یک نظر عمومی وجود دارد که فرمول IIW مناسب برای تعریف رفتار فولادهای مدرن با محتوای کم کربن نیست و بنابراین پارامتر ترک‌خوردگی ماده Pcm گاهی مورد ترجیح است.
همانطور که قبلاً ذکر شد، فرآیند حرارتی و مکانیکی فولاد اجازه می‌دهد تا مقاومت بالا در فولاد با محتوای کربن ایجاد شود و این موضوع تا حد زیادی موجب بهبود جوش‌پذیری در فولادهای خط لوله می‌شود.
در اکثر خطوط لوله، مواد تولید لوله از ورق‌هایی تحت استاندارد API طراحی شده‌اند که همگی براساس الزامات API و ایزو است. تولیدکنندگان ورق، هنگام تولید مواد اولیه، مشخصات خود را برای تولید مواد آماده می‌کنند و حتی بیشتر محدودیت‌ها را برای اطمینان از اینکه محصول نهایی همواره با نیاز مشتریان همخوانی دارد، سخت‌تر در نظر می‌گیرند.
پارامترهای مختلف نظیر عملکرد و استحکام کششی، نسبت تولید، طول عمر، ارزش ضربه و رفتارهای چقرمگی و شکست‌پذیری در جمله این مشخصات قرار می‌گیرند. محدودیت‌های موجود در ویژگی‌های ریز ساختارهای متریال نیز به عنوان بخشی از
مشخصات مشخص شده ورق طبق استاندارد API است. محبوب‌ترین نمونه‌های فولادهای مورد استفاده در ورق‌های لازم برای تولید خطوط لوله، API 5L-B، X-42، X-52، X-60، X-65 و X-70 هستند.
پیشنهاد سایت : نحوه محاسبه چگالی ورق گالوانیزه
3. ترکیبات ورق API برای تولید لوله
تقدم سریع در فناوری های تولید و فرآوری فولاد، علم توسعه آلیاژ را به یک هنر تبدیل کرده است. هر سازنده فولاد، ترکیب شیمیایی و پارامترهای فرآوری را برای دستیابی به خواص مورد نیاز و کیفیت بالای محصول خود به دقت تنظیم می‌کند.
| درجه | C% | Si% | Mn% | P% | S% | Ni% | Mo% | Cu% | Nb% | V% Ti% | B% |
| X65 | 0.02 | 0.14 | 1.59 | 0.018 | 0.003 | 0.04 | 0.017 | 0.001 | |||
| X65 | 0.03 | 0.16 | 1.61 | 0.016 | 0.003 | 0.17 | 0.05 | 0.016 | 0.001 | ||
| X65 | 0.06 | 1.35 | 0.025 | 0.005 | 0.25 | 0.33 | 0.04 | 0.07 | |||
| X70 | 0.03 | 0.14 | 1.91 | 0.018 | 0.003 | 0.05 | 0.018 | 0.001 | |||
| X70 | 0.08 | 1.60 | 0.04 | 0.07 | |||||||
| X80 | 0.07 | 1.65 | 0.022 | 0.002 | 0.22 | 0.05 | 0.08 | ||||
| X80 | 0.02 | 0.26 | 1.95 | 0.003 | 0.28 | 0.31 | 0.04 | 0.019 | 0.001 | ||
| X80 | 0.08 | 0.10 | 1.50 | 0.05 | 0.08 | ||||||
| X80 | 0.04 | 0.10 | 1.60 | 0.35 | 0.29 | 0.06 | |||||
جدول 1- ترکیب شیمیایی مواد مورد استفاده در تولید ورق‌های API.
4. فرآیند توسعه ورق فولادی با استاندارد API
آغاز تولید محصول با استفاده از مشخصات درخواستی مشتری اتفاق می‌افتد. این مشخصات با کیفیت داخلی مواد موجود مقایسه می‌شوند تا بررسی شود آیا هر محصول با مشخصات مشتری همخوانی دارد. اگر تجربه‌ای در دسترس باشد، آن را در برنامه‌های تولید اعمال کرده و تولید از طریق کانال‌های تایید شده استاندارد API انجام می‌شود.
اما محصولات جدید یا دارای مشخصات غیراستاندارد که در خط تولید ورق API قرار دارند، ابتدا از طریق فرآیند آزمایشگاهی تست و در صورت لزوم حذف می‌شوند. قبل از تصمیم‌گیری در مورد تست صنعتی، تحقیق گسترده‌ای برای تعریف ترکیب شیمیایی مناسب و شناسایی پارامترهای عملیاتی که می‌تواند خواص مواد و یکپارچگی ساختاری را کنترل کند، انجام می‌شود. مستندات آزمایشات به این ترتیب تهیه شده و ادارات مربوطه مطلع می‌شوند که نتایج در رایانه‌های کنترل پروسه را در آماده‌سازی برای آزمایش صنعتی نهایی در نظر بگیرند.
اگر نتایج آزمایشات با الزامات همخوانی داشته باشد، ورق API به صورت آزمایشی به مشتریان ارسال می‌شود تا بازخورد تولید را دریافت کنند. در غیر این صورت، تغییرات لازم در پارامترهای فرآیند انجام می‌شود تا خواص مورد نیاز و ویژگی‌های دیگر مورد نیاز به دست آید. زمانی که محصول تمام پارامترهای مورد نیاز را دارا باشد، به عنوان یک محصول نهایی در نظر گرفته می‌شود و قابلیت تحویل به مشتریان را دارد.
در چارچوب برنامه بهبود مستمر محصول، نظر مشتری به طور دوره‌ای بر روی عملکرد محصول درنظر گرفته می‌شود.
آخرین قیمت ورق گالوانیزه را از صفحه قیمت ورق گالوانیزه استعلام کنید.
5. برنامه توسعه نتایج تست ورق کلاس API
در گذشته دو سال، استاندارد ورق API با موفقیت مجموعه‌ای از ورق‌های API B، X-42، X-52، X-60 و X-65 را توسعه داده است. این ورق‌های فولادی که در ضخامت‌های مختلف تولید می‌شوند، نه تنها با مشخصات استاندارد API هماهنگ هستند، بلکه نیازهای صنعتی مخاطبان تولید را نیز پوشش می‌دهند.
برای مقادیر کمتر مانند API 5L-B، فولاد C-Mn به عنوان گزینه رایج انتخاب می‌شود. با این حال، با افزایش نیاز به مقاومت، به‌ویژه با محدودیت در ناحیه برشی در طول تست ضربه، استفاده از آلیاژهای میکرو با عناصری همچون Nb، Ti یا V به صورت جداگانه یا ترکیبی امر ضروری می‌شود.
5.2 مقادیر معادل کربن
استاندارد API حداکثر میزان کربن را تا 0.42 محدود می‌کند، در حالیکه مشتریان این پارامتر را به سطوح محدودتری می‌برند. معیار کربن (Ceq) و پارامترهای ترک خوردگی سرد (Pcm) همچنین با سایر مشخصاتی که از طریق استاندارد ورق API مشخص شده‌اند، مورد بررسی و مقایسه قرار گرفته‌اند.
5.3 خواص مکانیکی
به‌منظور به‌دست‌آوردن ویژگی‌های مکانیکی عالی و پاسخگویی به نیازهای مشتری، از تکنیک غلطکی کنترل شده با کنترل مؤثر پارامترهای حرارتی استفاده می‌شود.
استحکام فولادهای مختلف خطوط لوله که در استاندارد API توسعه یافته‌اند، در مقایسه با استانداردها و مشخصات مشتریان مورد بررسی قرار گرفته است. ملاحظه می‌شود که ویژگی‌های به‌دست‌آمده در محدوده‌های تعیین‌شده توسط مشتریان، بسیار مناسب می‌باشند.
تقسیم بندی فولادهای API در محیط نفتی و ترش به همراه رنگبندی
API با استانداردسازی، متنوع‌ترین درجات فولاد را که از نظر ترکیب شیمیایی، فرآیندهای تولید، عملیات حرارتی، و در نتیجه خواص مکانیکی گوناگون هستند، معرفی کرده است. این درجات، لوله‌ها را به سه گروه مختلف تقسیم کرده‌اند.
گروه 1 برای تولید لوله‌ها از ورق‌های H40، J55 و N80 مناسب است. گروه 2 مختص کلاس‌های L80، C90 و T95 برای لوله‌های خاص است و گروه 3 برای لوله‌های P110 بدون درز و با مقاومت بالا مخصوص است. API نام درجه را به طور خودکار انتخاب کرده تا یک نام یکتا برای هر فولاد ایجاد شود.
اعداد نشان‌دهنده حداقل مقاومت تسلیم فولاد به ازای هر هزار پوند در این استاندارد آمده است. توانمندی عملکرد برای مقاومت به تسلیم به عنوان استرس کششی مورد نیاز برای داشتن عمر خدمات طولانی در شرایط مختلف را مشخص می‌کند. دستورالعمل‌های مشخصی برای استفاده از نمرات API در لوله‌ها وجود دارد.
H40 – گرچه درجه H40 به طور کلی در تولید لوله‌ها استفاده نمی‌شود، زیرا عملکرد تسلیم آن نسبت به J55 کمتر است و هزینه استفاده از J55 حداقل است. تأمین‌کنندگان اغلب این درجه را ارائه نمی‌دهند.
J55 – این درجه معمولاً برای بسیاری از چاه‌ها مناسب است، اگر با معیارهای طراحی مطابقت داشته باشد. برخی از اپراتورها توصیه می‌کنند که در محیط‌های ترش (که ممکن است مشکلات خوردگی را ایجاد کند) یا در حضور دی‌اکسید کربن، از لوله‌های نرمالیزه کامل یا نرمالیزه شده و عملیات حرارتی استفاده شود. با این حال، این روش‌ها باعث افزایش هزینه‌ها می‌شوند. درجه J55 به عنوان استاندارد برای لوله‌ها در چاه‌های کم‌عمق (کمتر از ۹۰۰۰ فوت) و با فشار پایین (۴۰۰۰ PSI) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
C75 – این درجه دیگر به عنوان یک درجه رسمی API وجود ندارد و به طور کلی در دسترس نیست. این فولاد به عنوان یک جایگزین قوی تر برای محیط‌های ترش تولید شده است اما توسط L80 جایگزین شده است.
N80 – درجه N80 با شرایط اولیه شیمیایی باز است و حساسیت به SSC ناشی از H2S دارد. این درجه برای چاه‌های نفت و گاز شیرین مناسب است، اگر شرایط طراحی مناسب باشند. عملیات حرارتی گرما و خنک سازی برای این منظور توصیه می‌شود. درجه N80 معمولاً ارزان‌تر از لوله‌های L80 است.
آخرین قیمت ورق رنگی را از صفحه قیمت ورق رنگی استعلام کنید.
L80 – درجه L80 گریدی با مقاومت تسلیم محدود کننده با ۱۹ درصد کروم (Type 1) یا ۱۳ درصد کروم (Type 9) ارائه می‌شود. Type 1 ارزان‌تر از Type 9 است اما مقاومت بیشتری در برابر خوردگی دارد. L80 Type 1 به علت قدرت بالاتر نسبت به J55، به طور معمول در بسیاری از میدان‌های نفت و گاز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
L80 در مقابل حملات SSC تمام شرایط را پوشش می‌دهد، اما احتمالاً در مقابل خوردگی وزن کاسته می‌شود. اگرچه در گذشته برای چاه‌هایی با آلاینده‌های CO2 و H2S مناسب بود، اما نوع 9 Cr به طور عمده توسط نوع 13 Cr جایگزین شده است. لوله‌های L80 13 Cr به تازگی مورد توجه قرار گرفته‌اند، زیرا خواص مقاومت در برابر خوردگی در برابر CO2 را دارند. با این حال، هزینه بالاتری دارند. ممکن است در شرایط سرویس نهائی، نوع 13 Cr مناسب نباشد. به طور معمول، فشار بخار H2S برای استفاده ایمن از L80 Type 13 Cr باید کمتر از 1.5 psi باشد. کاربر باید دستورالعمل‌های API را رعایت کند.
C90-A – یک درجه نسبتاً جدید با دو نوع نیاز شیمیایی متفاوت: نوع 1 و نوع 2. تنها نوع 1 برای استفاده در سرویس ترش توصیه می‌شود. این درجه به طور کلی توسط T95 جایگزین شده است.
T95-A – یک درجه بالای ورق برای تولید لوله‌ها با نیازهای شیمیایی متفاوت: نوع 1 و نوع 2. تنها نوع 1 برای محیط‌های ترش توصیه می‌شود. T95 مقاوم است، اما در برابر از دست دادن وزن مقاوم نیست.
P110 – درجه P105 قدیمی برای تولید ورق لوله بود، که امکان تطبیق با روش‌های عملیات حرارتی طبیعی و نرمال‌کردن ورق را فراهم می‌کرد. اما اکنون متوقف شده و روش تولید P110 با ریخته‌گری که محدود به عملیات حرارتی و کوئنچ‌کردن است، تصویب شده است. این لوله با مقاومت بالا معمولاً در چاه‌های شیرین نفت و گاز با فشار بالا استفاده می‌شود. این درجه حساس به شکست SSC است، مگر اینکه درجه حرارت نسبتاً بالا باشد (> 175 درجه فارنهایت). کلاس P110 کمی گرانتر از L80 Type 1 است اما معمولاً ارزان‌تر از نمرات C90 و T95 به‌طبق API دارای گرید مقاومت تسلیم محدود است.
Q125 – گرچه درجه خاصی از ورق لوله سازی مطابق API نیست، کاربران می‌توانند لوله Q125 API را سفارش دهند. لذا ترکیب شیمیایی نوع 1 ترجیح داده می‌شود.
پیشنهاد سایت : ورق استنلس استیل چیست ؟ + کاربردها و ویژگی‌ها
