ข้อต่อท่อเชื่อมชนสแตนเลส

มาตรฐานยุโรป $\text{EN 10216}$ แสดงถึงความสำเร็จอันยิ่งใหญ่ในการสร้างมาตรฐานวัสดุที่กลมกลืนกัน, โดยเฉพาะการกำหนดเงื่อนไขการส่งมอบทางเทคนิคที่เข้มงวดสำหรับ ท่อเหล็กไร้รอยต่อเพื่อวัตถุประสงค์ด้านแรงดัน. มาตรฐานนี้เป็นรากฐานสำหรับการจัดหาวัสดุในการผลิตไฟฟ้าทั่วโลก, ปิโตรเคมี, และภาคก๊าซอุตสาหกรรม, ทำให้มั่นใจได้ว่าส่วนประกอบของท่อที่ใช้ในด้านความปลอดภัยมีความสำคัญ, สภาพแวดล้อมที่มีความเครียดสูงสามารถคาดเดาได้, ตรวจสอบได้, และคุณสมบัติที่ถูกควบคุม. โครงสร้างที่ครอบคลุมของ $\text{EN 10216}$- แบ่งออกเป็นห้าส่วนที่แตกต่างกันตามอุณหภูมิการบริการ, ระดับความเครียด, และการสัมผัสที่มีฤทธิ์กัดกร่อน—แสดงให้เห็นถึงความลึก, แนวทางที่มีข้อมูลทางวิทยาศาสตร์เพื่อลดความเสี่ยง. การวิเคราะห์ทางเทคนิคโดยละเอียดเผยให้เห็นว่าจุดแข็งของมาตรฐานนี้ไม่ได้อยู่ที่การแสดงเกรดเหล็กเท่านั้น, แต่ในวิศวกรรมโลหะวิทยาที่ซับซ้อนและระเบียบการประกันคุณภาพที่เข้มงวดซึ่งได้รับคำสั่งสำหรับการจำแนกประเภทแต่ละประเภท, ดังที่เห็นได้จากองค์ประกอบเหล็กที่ระบุมากมาย, ซึ่งมีตั้งแต่แบบธรรมดา, เหล็กเฟอร์ริติกที่ไม่ใช่โลหะผสมถึงมีความซับซ้อนสูง, โลหะผสมออสเทนนิติกที่ทนต่อการคืบและทนต่อการกัดกร่อน.

อนุกรมวิธานของ $\text{EN 10216}$: การทำแผนที่ประสิทธิภาพกับวัสดุ

ผลงานทางปัญญาหลักของ $\text{EN 10216}$ คือระบบการจำแนกแบบลำดับชั้น, โดยที่แต่ละส่วนเป็นการตอบสนองต่อความท้าทายทางวิศวกรรมที่เฉพาะเจาะจง. การกำหนดวัสดุ, โดยทั่วไปจะเริ่มต้นด้วย 'P’ (ความดัน), มีการเชื่อมโยงอย่างเป็นระบบกับสภาพการทำงานที่ต้องการ, เรียกร้องให้มีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและการบำบัดความร้อนที่สอดคล้องกัน.

1. $\text{EN 10216-1}$: บรรทัดฐานของการควบคุมแรงดัน (คุณสมบัติอุณหภูมิห้องที่ระบุ)

$\text{EN 10216-1}$ ตอบสนองความต้องการขั้นพื้นฐานที่สุด: การบรรจุแรงดันที่ปลอดภัยที่อุณหภูมิแวดล้อมหรือใกล้เคียง. เกรดที่ระบุไว้ที่นี่, เช่น P195TR1/TR2, P235TR1/TR2, และ P265TR1/TR2, ไม่ใช่โลหะผสม (คาร์บอน) เหล็ก. การกำหนดเป็นตัวเลข ($\text{195}$, $\text{235}$, $\text{265}$) สอดคล้องกับการรับประกันขั้นต่ำ ความแข็งแรงให้ผลผลิต ($\text{R}_{\text{e}}$) ใน $\text{MPa}$.

'ทีอาร์’ ส่วนต่อท้ายหมายถึงคลาสข้อกำหนดทางเทคนิค, แยกแยะระหว่าง $\text{TR1}$ และ $\text{TR2}$ ที่ไหน $\text{TR2}$ กำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้น. เช่น, $\text{TR2}$ อาณัติ:

• ซัลเฟอร์สูงสุดที่ต่ำกว่า ($\text{S}$) และฟอสฟอรัส ($\text{P}$) เนื้อหา: ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความสะอาดและลดความเสี่ยงที่จะเกิดการลัดวงจรจากความร้อนและการฉีกขาดของแผ่นชั้นระหว่างการเชื่อม.

• การทดสอบแบบไม่ทำลายภาคบังคับ ($\text{NDT}$): $\text{TR2}$ กำหนดให้มี $100\%$ $\text{NDT}$ (อัลตราโซนิกหรือแม่เหล็กไฟฟ้า) เพื่อตรวจหาข้อบกพร่องตามยาว, มาตรการความปลอดภัยที่สำคัญสำหรับส่วนประกอบแรงดัน, ซึ่งอาจเป็นทางเลือกหรือเข้มงวดน้อยกว่าก็ได้ $\text{TR1}$.

• การทดสอบแรงกระแทกเฉพาะ: แม้จะไม่ใช่เกรดที่มีอุณหภูมิต่ำเป็นหลักก็ตาม, $\text{TR2}$ อาจต้องการ $\text{Charpy V-Notch Impact Testing}$ ที่ $0^\circ \text{C}$ สำหรับความหนาของผนังด้านบน $10 \text{ mm}$, แสดงให้เห็นถึงพื้นฐานของความทนทานต่อการแตกหักซึ่งไม่จำเป็นสำหรับ $\text{TR1}$.

โดยทั่วไปเกรดเหล่านี้จะใช้ในระบบท่อที่ไม่สำคัญ, การลำเลียงของเหลวทั่วไป, และภาชนะรับความดันที่ไม่มีความเครียดจากความร้อนและอุณหภูมิต่ำ. การมุ่งเน้นด้านโลหะวิทยาคือการได้รับความแข็งแรงตามที่กำหนดขั้นต่ำและความเหนียวที่ยอมรับได้ผ่านการปรับสภาพให้เป็นปกติหรือสภาวะแบบม้วนอย่างง่าย.

2. $\text{EN 10216-2}$: เบ้าหลอมแห่งความร้อน (คุณสมบัติอุณหภูมิที่สูงขึ้นที่ระบุ)

$\text{EN 10216-2}$ เป็นแกนนำของมาตรฐานสำหรับอุตสาหกรรมพลังงานและปิโตรเคมี, การกำหนดเหล็กที่ปรับให้เหมาะสมสำหรับการทำงานที่ยั่งยืนที่อุณหภูมิสูงซึ่งปรากฏการณ์ของ คืบคลาน เป็นข้อจำกัดในการออกแบบเบื้องต้น. เกรดที่นี่มีลักษณะเฉพาะคือ 'GH'’ คำต่อท้าย (เช่น, P235GH, P265GH, P195GH), บ่งบอกถึงคุณสมบัติที่รับประกันอุณหภูมิสูง.

หัวใจสำคัญของเกรดเหล่านี้คือการใช้องค์ประกอบโลหะผสมอย่างมีกลยุทธ์, สะดุดตาที่สุด โมลิบดีนัม ($\text{Mo}$) และ โครเมียม ($\text{Cr}$), มองเห็นได้ชัดเจนในเหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำเช่น 16ม3 ($\text{1.5415}$), 13CrMo4-5 ($\text{1.7335}$), และ 10CrMo9-10 ($\text{1.7380}$).

• โมลิบดีนัม: องค์ประกอบนี้เป็นสารเสริมหลักของ ความแข็งแกร่งของการคืบคลาน. ช่วยชะลอการหยาบของโครงสร้างจุลภาคและเพิ่มความเสถียรของคาร์ไบด์ที่อุณหภูมิสูง, ป้องกันการสูญเสียความแข็งแกร่งตลอดระยะเวลาการให้บริการที่ยาวนาน.

• โครเมียม: $\text{Cr}$ ให้สิ่งสำคัญ ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนที่ร้อน, ปกป้องพื้นผิวท่อจากการปรับขนาดในสภาพแวดล้อมการเผาไหม้ที่อุณหภูมิสูง.

สำหรับภาวะวิกฤตยิ่งยวด (ยูเอสซี) โรงไฟฟ้า, มาตรฐานรวมถึงขั้นสูง เหล็กเฟอริติก-มาร์เทนซิติก เช่น $\text{9-12\% Cr}$ เหล็ก: X10CrMoVNb9-1 ($\text{1.4903}$, เทียบเท่ากับ $\text{P91}$), X11CrMoWVNb9-1-1 ($\text{1.4905}$, เทียบเท่ากับ $\text{P92}$), และ X10CWMOVNB9-2 ($\text{1.4901}$, เทียบเท่ากับ $\text{P93}$). สิ่งเหล่านี้จำเป็นต้องมีการบังคับ การดับและการแบ่งเบาบรรเทา ($\text{QT}$) เพื่อให้ได้ความแข็งแรงสูงที่จำเป็น, โครงสร้างจุลภาคมาร์เทนซิติกที่ทนต่อการคืบ. ข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับเกรดเหล่านี้ไม่ใช่แค่คุณสมบัติแรงดึงที่อุณหภูมิห้องเท่านั้น, แต่เป็นเอกสาร ความเครียดการแตกหักของคืบขั้นต่ำ หลังจาก $100,000$ ชั่วโมงที่อุณหภูมิการออกแบบสูงสุด, ข้อมูลที่สนับสนุนความเชื่อมั่นของมาตรฐานต่อวัสดุเหล่านี้. ความซับซ้อนของเกรดขั้นสูงเหล่านี้จำเป็นต้องมีการควบคุมเป็นพิเศษ $\text{Heat-Affected Zone}$ ($\text{HAZ}$) ระหว่างการเชื่อมสนาม, มักต้องมีการอุ่นเครื่องอย่างเข้มงวด, การรักษาความร้อนหลังการเชื่อม ($\text{PWHT}$), และวัสดุสิ้นเปลืองเฉพาะเพื่อป้องกันความล้มเหลวที่เปราะ.

3. $\text{EN 10216-3}$: การเชื่อมต่อความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่ง (โลหะผสมเหล็กเม็ดละเอียด)

$\text{EN 10216-3}$ มุ่งเน้นไปที่ โลหะผสมเหล็กเม็ดละเอียด มีไว้สำหรับการใช้งานที่มีความแข็งแรงสูงกว่าที่ยอดเยี่ยม ความเหนียวแตกหัก และเหนือกว่า ความสามารถในการเชื่อม จำเป็น, มักใช้ในส่วนประกอบที่ทำงานภายใต้แรงดันสถิตสูงหรือภายในระบบแรงดันโครงสร้างขนาดใหญ่. เกรด, เช่น P275N/นิวแฮมป์เชียร์/NL1/NL2 และเกรดที่มีความแข็งแรงสูง P460N/นิวแฮมป์เชียร์/NL1/NL2, เป็นไมโครอัลลอยด์, โดยทั่วไปแล้วด้วย $\text{Niobium}$ ($\text{Nb}$), $\text{Vanadium}$ ($\text{V}$), และ $\text{Titanium}$ ($\text{Ti}$).

คุณสมบัติที่สำคัญคือ:

• โครงสร้างเกรนละเอียด: บรรลุผลโดยหลักๆแล้ว normalizing ($\text{N}$), ตามที่ระบุไว้ในคำต่อท้าย, หรือผ่านกระบวนการควบคุมด้วยความร้อนเชิงกลขั้นสูง ($\text{TMCP}$). ขนาดเกรนที่ละเอียดช่วยเพิ่มความแข็งแกร่งทั้งสองอย่าง (ผ่านทาง $\text{Hall-Petch}$ ความสัมพันธ์) และความเหนียว.

• ความแข็งแรงของผลผลิตสูง: เกรดเหมือน. P460NH หรือ P690Q/QH ให้ความแข็งแกร่งที่สูงกว่าอย่างเห็นได้ชัด $\text{P235}$ เกรด, ส่งผลให้ความหนาและน้ำหนักของผนังลดลง, ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับท่อที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่หรือส่วนประกอบโครงสร้างของภาชนะรับความดัน.

• การจำแนกประเภทความเหนียว: คำต่อท้าย 'N', 'เอ็นเอช', 'NL1', และ 'NL2’ มีความสำคัญ:

  • $\text{N}$: ทำให้เป็นมาตรฐาน, ระบุไว้ที่อุณหภูมิลงไปที่ $-20^\circ \text{C}$.

  • $\text{NH}$: ทำให้เป็นมาตรฐานสำหรับการบริการที่อุณหภูมิสูง (คล้ายกับ $\text{GH}$ แต่ควบคุมความละเอียดได้).

  • $\text{NL1}$: ทำให้เป็นมาตรฐาน/ดับสำหรับบริการที่อุณหภูมิต่ำ, มักต้องมีการทดสอบแรงกระแทกที่ $-40^\circ \text{C}$.

  • $\text{NL2}$: ทำให้เป็นมาตรฐาน/ดับเพื่อให้บริการที่อุณหภูมิต่ำลง, มักต้องมีการทดสอบแรงกระแทกที่ $-50^\circ \text{C}$.

• ดับและนิรภัย (ถาม/QH/QL): การ $\text{P620Q}$ และ $\text{P690Q}$ ซีรีส์นี้ผ่านการอบชุบและอบคืนตัวเพื่อความแข็งแรงสูงสุด, เรียกร้องอย่างเข้มงวดที่สุด $\text{QC}$ และ $\text{PWHT}$ ระหว่างการผลิตและการประดิษฐ์.

ส่วนนี้ของมาตรฐานมีความสำคัญเมื่อมีทั้งความแข็งแรงสูงและการรับประกัน $\text{Ductile-to-Brittle Transition Temperature}$ ($\text{DBTT}$) ด้านล่าง $-20^\circ \text{C}$ จำเป็น, สร้างความสมดุลระหว่างต้นทุนและประสิทธิภาพสำหรับการติดตั้งที่มีความต้องการสูง.

4. $\text{EN 10216-4}$: การป้องกันไครโอเจนิค (คุณสมบัติอุณหภูมิต่ำที่ระบุ)

$\text{EN 10216-4}$ มุ่งมั่นที่จะรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยในสภาวะที่เย็นจัด, การประมวลผลด้วยความเย็นและอุณหภูมิต่ำเป็นหลัก ($\text{LNG}$, การทำความเย็นด้วยสารเคมี). จุดเน้นทางเทคนิคหลักคือ การปราบปราม $\text{DBTT}$ ต่ำกว่าอุณหภูมิโดยรอบมาก.

เกรดที่สำคัญ, เช่น P215NL และ P265NL, เป็นเหล็กไม่ผสมหรือเหล็กโลหะผสมต่ำโดยที่ $\text{Carbon}$ เนื้อหาจะลดลง, และ นิกเกิล ($\text{Ni}$) มีการแนะนำเนื้อหา. $\text{Nickel}$ เป็นองค์ประกอบที่มีศักยภาพมากที่สุดในการเพิ่มความเหนียวที่อุณหภูมิต่ำโดยการปรับโครงสร้างจุลภาคและยับยั้ง $\text{DBTT}$. ผลกระทบนี้เห็นได้ชัดเจนจากการรวมเหล็กกล้านิกเกิลสูงเข้าด้วยกัน: 12Ni14 ($\text{1.5637}$), X12Ni5 ($\text{1.5680}$), และเชิงวิพากษ์วิจารณ์, X10Ni9 ($\text{1.5682}$, $9\%$ $\text{Ni}$ เหล็ก), ซึ่งเป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับ $\text{LNG}$ ท่อ, รับประกันการบริการลงไปที่ $-196^\circ \text{C}$ (อุณหภูมิไนโตรเจนเหลว).

คำสั่งทางเทคนิคที่นี่คือ การทดสอบแรงกระแทกแบบชาร์ปี V-Notch ที่อุณหภูมิต่ำที่กำหนด ($\text{-40}^\circ \text{C}$, $\text{-50}^\circ \text{C}$, หรือ $\text{-196}^\circ \text{C}$ สำหรับ $9\%$ $\text{Ni}$ เหล็ก). มาตรฐานกำหนดพลังงานดูดกลืนขั้นต่ำที่จำเป็นสำหรับตัวอย่างสามตัวอย่าง, ให้ความมั่นใจทางสถิติว่าวัสดุจะล้มเหลวในลักษณะเหนียวที่อุณหภูมิการออกแบบ, ป้องกันการแตกหักเปราะอย่างรุนแรง. ข้อจำกัดในการผลิตเกี่ยวข้องกับการบำบัดความร้อนอย่างเข้มงวด (มักจะทำให้เป็นปกติหรือดับและแบ่งเบาบรรเทา) เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ $\text{Ni}$-โครงสร้างจุลภาคที่หลากหลายสำหรับการบริการที่อุณหภูมิต่ำ.

5. $\text{EN 10216-5}$: อุปสรรคการกัดกร่อน (ท่อสแตนเลส)

$\text{EN 10216-5}$ เป็นการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในด้านวัสดุศาสตร์, ครอบคลุม ท่อสแตนเลส ที่ไหน ทนต่อการกัดกร่อน และ สุขอนามัย เป็นลำดับความสำคัญหลัก, โดยเฉพาะในกระบวนการแปรรูปทางเคมี, อาหาร, และอุตสาหกรรมยา. ส่วนนี้มีจำนวนเกรดมากที่สุด, ครอบคลุมออสเตนนิติก, เฟอริติก-ออสเทนนิติก (ดูเพล็กซ์), และโลหะผสมมาร์เทนซิติก.

• เหล็กกล้าออสเทนนิติก (เช่น, X5CrNi18-10, X2CrNiMo17-12-2): เหล่านี้คือเกรดที่ใช้ได้จริง ($\text{304}$ และ $\text{316}$ เทียบเท่า). นอกจากนี้ของ $\text{Nickel}$ และ $\text{Chromium}$ รับประกันโครงสร้างลูกบาศก์ที่มีใบหน้าเป็นศูนย์กลาง, ให้ความต้านทานการกัดกร่อนและความเหนียวที่ดีเยี่ยม. การ $\text{X2Cr…}$ เกรด (ต่ำ $\text{Carbon}$) นิยมเชื่อมส่วนที่หนาเพื่อบรรเทา การกัดกร่อนตามขอบเกรน (รอยเชื่อมผุ).

• ดูเพล็กซ์สตีล (เช่น, X2CrNiMoN22-5-3, X2CrNiMoN25-7-4): โลหะผสมขั้นสูงเหล่านี้มีโครงสร้างจุลภาคที่สมดุล $\text{Ferrite}$ และ $\text{Austenite}$, ให้ความแข็งแกร่งและความต้านทานที่เหนือกว่าอย่างเห็นได้ชัด การกัดกร่อนจากความเครียด และ การกัดกร่อนของรูพรุน เมื่อเทียบกับเหล็กกล้าออสเทนนิติกมาตรฐาน. มีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง เช่น น้ำมันและก๊าซนอกชายฝั่ง และท่อเครื่องปฏิกรณ์เคมีเฉพาะ. การรวมตัวของ $\text{Nitrogen}$ ($\text{N}$) เพิ่มความแข็งแรงและต้านทานการกัดกร่อน.

• เกรดที่มีเสถียรภาพ (เช่น, X6CrNiTi18-10): เกรดเจือด้วย $\text{Titanium}$ ($\text{Ti}$) หรือ $\text{Niobium}$ ($\text{Nb}$) ถูกนำมาใช้เพื่อทำให้สารเคมีคงตัว $\text{Carbon}$, ป้องกันการเกิดโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเกรนระหว่างการเชื่อม, จึงช่วยลดความเสี่ยงของการกัดกร่อนตามขอบเกรนในการใช้งานที่ $\text{Post-Weld Heat Treatment}$ ($\text{PWHT}$) ไม่สามารถทำได้.

ข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับเกรดเหล่านี้มักรวมถึงการทดสอบการกัดกร่อนแบบพิเศษ (เช่น, $\text{ASTM A262}$ สำหรับการกัดกร่อนตามขอบเกรน) และข้อจำกัดที่เข้มงวดเกี่ยวกับองค์ประกอบที่ตกค้างซึ่งอาจส่งผลต่อชั้นพาสซีฟออกไซด์ซึ่งจำเป็นต่อประสิทธิภาพการทำงาน.

อาณัติทางเทคนิคที่รวมเป็นหนึ่ง: ความไร้รอยต่อ, $\text{NDT}$, และการรับรอง

ทั่วทั้งห้าส่วน, $\text{EN 10216}$ บังคับใช้ข้อบังคับทางเทคนิคที่กำหนดคุณภาพและความปลอดภัยของท่อแรงดัน:

1. การผลิตที่ไร้รอยต่อ: ข้อกำหนดสำหรับการผลิตที่ราบรื่นโดยเนื้อแท้จะขจัดโหมดความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดในท่อแรงดัน ซึ่งก็คือตะเข็บเชื่อมตามยาว ซึ่งรับประกันความเป็นเนื้อเดียวกันและไอโซโทรปีของผนังท่อ, จำเป็นสำหรับการกระจายความเค้นสม่ำเสมอภายใต้ความกดดันสูง.

2. การทดสอบอุทกสถิต: ทุกท่อจะต้องผ่านการ การทดสอบอุทกสถิต ที่ความดันที่คำนวณได้ทำให้เกิดระดับความเครียดสูงถึง $70\%$ ของกำลังรับผลผลิตที่กำหนด. ทางตรงนี้, การทดสอบเต็มรูปแบบจะตรวจสอบความสามารถในการกักเก็บแรงดันและความสมบูรณ์ของโครงสร้างของท่อ.

3. $\text{EN 10204}$ การรับรอง: การปฏิบัติตามมีการรับประกันโดยผู้ได้รับคำสั่ง ใบรับรองการตรวจสอบ ($\text{3.1}$ หรือ $\text{3.2}$). การ $\text{3.1}$ ใบรับรองยืนยันว่าผลการทดสอบทางเคมีและทางกล (ที่ต้องพบเจอ $\text{EN 10216}$ขีดจำกัดของ) มาจากเลขความร้อนเท่ากัน, ในขณะที่ $\text{3.2}$ ใบรับรองกำหนดให้ผลลัพธ์ต้องได้รับการตรวจสอบโดยผู้ตรวจสอบอิสระบุคคลที่สามที่ได้รับอนุญาต, เพิ่มชั้นความมั่นใจที่สำคัญสำหรับการใช้งานที่สำคัญ.

การ $\text{EN 10216}$ series เป็นมากกว่ารายการตัวเลขและตัวอักษร; เป็นภาษาทางเทคนิคที่ได้รับการออกแบบอย่างพิถีพิถันซึ่งช่วยให้นักออกแบบและผู้ประดิษฐ์สามารถเลือกท่อที่รับประกันพฤติกรรมทางโลหะวิทยาที่ตรงกับความต้องการของแรงดันสูงอย่างแม่นยำ, อุณหภูมิสูง, หรือสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง, รับประกันความปลอดภัยสูงสุดและอายุการใช้งานของโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ. การเพิ่มเกรดภายในมาตรฐานสะท้อนให้เห็นถึงข้อกำหนดที่ซับซ้อนและหลากหลายของวิศวกรรมกระบวนการสมัยใหม่, ย้ายจากแนวทางเดียวที่เหมาะกับทุกความต้องการไปสู่โซลูชันวัสดุเฉพาะทาง.