ASTM B338 Gr1 Gr2 Gr5 티타늄 합금 파이프 오일 가스 특수 파이프 굽기 용접 절단

석유 및 가스 산업이 티타늄 튜빙을 채택한 것은 부식 관리에서 부식 제거로의 전환을 의미합니다. 스테인리스강, 이중 합금, 심지어 니켈 기반 합금도 결국 구멍, 틈새 부식 또는 응력 부식 균열에 굴복하는 환경에서 티타늄은 면역성을 유지합니다. 이러한 내성은 부식 속도가 미미하게 향상되는 것이 아니라 금속의 기본 특성입니다.

티타늄의 내식성은 금속이 산소나 물에 노출될 때 즉시 형성되는 강인하고 자가 치유되는 수동 산화막에서 비롯됩니다. 이 필름은 모든 깊이와 온도의 해수, 황화수소와 이산화탄소를 함유한 생산수, 산화성 산, 모든 농도의 염화물 용액, 동반된 물과 산성 가스를 운반하는 탄화수소 흐름 등 매우 광범위한 조건에서 안정적입니다. 티타늄을 공격하는 유일한 환경은 농축된 염산, 황산, 불화수소산과 같은 산과 뜨거운 무수 염화물 염을 환원하는 것입니다. 석유 및 가스 생산과 처리의 정상적인 작동 영역에서 티타늄은 사실상 불활성입니다.

티타늄 튜빙의 경제적 근거는 이러한 내성에 달려 있습니다. 해수 냉각 서비스에 사용되는 스테인리스 스틸 튜브는 결국 구멍이 생기고 튜브 막힘, 번들 교체 및 생산 중단 시간이 필요합니다. 스테인레스 스틸 지정으로 인한 초기 비용 절감은 유지 관리, 검사, 생산 손실 및 최종 교체의 누적 비용으로 인해 종종 몇 배 이상 소비됩니다. 티타늄 튜브는 수명주기 방정식에서 이러한 비용을 제거합니다. 한 번 설치하면 부식 허용치, 억제제 주입, 음극 보호 및 예정된 교체 간격 없이 시설의 설계 수명 동안 작동됩니다.

황화수소가 많은 합금에 응력 부식 균열 위험을 야기하는 신맛이 나는 환경에서 티타늄의 내성은 추가적인 안전성을 제공합니다. 티타늄이 민감해지는 임계값 황화수소 분압은 없습니다. 튜브에는 강철 합금의 서비스 관리 요구 사항을 충족시키지 못하는 환경 제어, 재료 경도 제한 또는 검사 프로그램이 필요하지 않습니다. 이러한 고유한 안전성은 잠재적인 고장 메커니즘을 제거하는 동시에 운영자의 엔지니어링, 모니터링 및 관리 부담을 줄여줍니다.

ASTM B338에 따라 제공되는 세 가지 등급은 설계자가 응용 분야의 특정 요구 사항에 맞출 수 있는 특성의 스펙트럼을 나타냅니다. 차이점을 이해하면 서비스에 대해 튜브가 과소 지정되거나 불필요한 비용으로 과도하게 지정되지 않습니다.

1등급은 상업적으로 판매되는 순수 티타늄 등급 중 가장 부드럽고 가장 연성이 높습니다. 일반적으로 약 170-240 MPa의 낮은 항복 강도와 최소 24%의 뛰어난 연신율이 결합되어 모든 티타늄 등급 중에서 최고의 성형성을 제공합니다. Gr1은 좁은 반경으로 구부릴 수 있고, 플레어링하고, 스웨이징하고, 균열 없이 복잡한 모양으로 냉간 성형할 수 있습니다. 이러한 성형성은 다운홀 제어 라인 라우팅, 좁은 반경의 엄빌리컬 튜브 성형, 기존 구조에 맞춰 튜브 모양을 조정해야 하는 현장 굽힘 기구 튜브 등 설치 중 심한 튜브 굽힘이 필요한 응용 분야에 선호되는 등급입니다. Gr1은 또한 용접 아크 아래에서 쉽게 흐르는 부드럽고 완전히 어닐링된 미세 구조를 통해 티타늄 등급 중 최고의 용접성을 제공합니다.

2등급은 상업적으로 순수한 티타늄 계열의 주력 제품이자 모든 산업 분야에서 가장 일반적으로 지정되는 티타늄 등급입니다. 275-450 MPa의 항복 강도는 벤딩, 플레어링 및 용접을 포함한 일반적인 제조 작업에 충분한 연성을 유지하면서(최소 신율 20%) 유용한 구조적 기능을 제공합니다. Gr2는 적당한 강도, 우수한 내식성, 우수한 성형성 및 비용 효율성의 균형이 필요한 용도에 지정됩니다. 석유 및 가스 서비스에서 Gr2 튜브는 열교환기 튜브, 해수 냉각 라인, 계기용 공기 튜브 및 Gr5의 더 높은 강도가 필요하지 않은 일반 부식성 유체 취급을 위한 표준입니다. Gr2는 완전히 용접 가능하며 용접 영역의 내식성을 복원하기 위해 용접 후 열처리가 필요하지 않습니다.

5등급(Ti-6Al-4V)은 강철 무게의 약 절반으로 고강도(최소 인장 강도 895MPa, 일반 값 950MPa 초과)를 제공하는 티타늄 합금입니다. 6% 알루미늄 첨가는 알파상을 안정화 및 강화시키는 반면, 4% 바나듐 첨가는 베타상을 안정화시키고 열처리 반응을 향상시킵니다. 생성된 알파-베타 미세 구조는 용액 처리 및 노화를 통해 최적화되어 800MPa 이상의 항복 강도를 생성할 수 있습니다. Gr5는 고압 유압 배관, 해저 장비의 구조적 관형 구성 요소, 드릴 파이프 및 작업 라이저 구성 요소, 중량 감소가 직접적으로 작동 성능을 향상시키는 항공 우주 유래 석유 및 가스 장비와 같이 강도, 경량 및 내식성의 조합이 상업적으로 순수한 등급에 비해 프리미엄을 정당화하는 응용 분야에 지정되었습니다. Gr5는 일치하는 Ti-6Al-4V 필러 금속을 사용하여 용접할 수 있으며, 피로 또는 파손이 중요한 응용 분야의 서비스에 권장되는 용접 후 응력 완화 기능이 있습니다.

티타늄 튜브의 가치는 재료 자체를 넘어 직선형 튜브를 즉시 설치 가능한 구성 요소로 변환하는 가공까지 확장됩니다. 당사의 굽힘, 용접 및 절단 서비스는 티타늄의 재료 특성과 치수 무결성을 보존하는 통제된 조건에서 이러한 변환을 제공합니다.

티타늄 튜브를 구부리려면 재료의 독특한 성형 거동을 이해해야 합니다. 티타늄은 강철보다 탄성 계수가 낮습니다(탄소강의 경우 약 110GPa, 탄소강의 경우 200GPa). 이는 굽힘 공정에서 더 큰 스프링백을 수용해야 함을 의미합니다. 또한 적절한 윤활 없이 툴링 위에 끌어당기면 재료가 마모되는 경향이 있습니다. 당사의 굽힘 기능은 벽 두께 감소, 타원형 및 스프링백을 제어하는 ​​맨드릴 굽힘 및 CNC 로터리 드로우 굽힘 공정을 통해 이러한 특성을 해결합니다. 튜브를 지정된 각도와 반경으로 구부려 내부 맨드릴이 굽힘을 통해 튜브 벽을 지지함으로써 단면 진원도를 유지하고 내부 반경의 주름을 방지합니다. 굽힘 각도, 굽힘 반경, 접선 길이 및 3차원 구성의 다중 굽힘 방향을 지정하는 고객 도면에 굽힘을 생성할 수 있습니다.

티타늄 용접에는 절대적인 청결성과 불활성 가스 차폐가 필요합니다. 티타늄은 용접 온도에서 반응성이 매우 높아 적절하게 보호되지 않으면 대기 중 산소, 질소 및 수소를 흡수합니다. 이러한 흡수는 용접 영역을 취약하게 만들어 연성과 내식성을 감소시킵니다. 당사의 용접 절차에서는 포괄적인 아르곤 차폐 기능을 갖춘 GTAW(TIG)를 사용합니다. 즉, 토치 측면의 트레일링 차폐, 튜브 보어를 통한 내부 퍼지 가스, 가장 중요한 응용 분야를 위해 퍼지 챔버 내에서 용접하는 경우가 많습니다. 용접 영역과 열 영향 영역은 차폐 적절성을 나타내는 신뢰할 수 있는 지표인 색상으로 평가됩니다. 밝은 은색 또는 연한 밀짚 색상은 허용 가능한 차폐를 나타내고 파란색, 회색 또는 흰색 산화물은 절단 및 재용접이 필요한 오염을 나타냅니다. 모든 용접공은 티타늄에 적용되는 ASME 섹션 IX 또는 EN ISO 용접 절차 사양에 대한 자격을 갖추고 있습니다.

길이에 맞게 절단하는 작업은 티타늄에 적합한 방법을 사용하여 수행됩니다. 연마 절단, 바이메탈 블레이드를 사용한 밴드 쏘잉 및 냉간 쏘잉을 통해 버가 최소화되고 열 영향을 받는 부분이 없는 깨끗하고 정사각형 끝이 생성됩니다. 벽이 얇은 튜브의 경우 회전식 튜브 절단은 궤도 용접 장착에 필요한 정사각형 디버링 끝을 사용하여 치수적으로 정확한 길이를 생성합니다. 레이저 절단 및 워터젯 절단은 복잡한 끝단 프로파일과 튜브 벽의 구멍 관통에 사용할 수 있습니다.

ASTM B338 티타늄 튜브는 어닐링된 상태로 공급됩니다. 어닐링은 표면 오염을 방지하기 위해 진공 또는 불활성 가스 분위기에서 수행됩니다. 어닐링된 미세 구조는 특정 등급에 필요한 연성 및 내식성을 제공합니다. 어닐링 후에는 표면 산화물을 제거하고 부식 서비스에 필요한 깨끗하고 균일한 표면 마감을 보장하기 위해 튜브를 산세척합니다.

각 튜브는 재료 등급, 열 번호 및 치수 사양으로 식별되며 밀 테스트 보고서에서 추적 가능합니다. 문서에는 EN 10204 3.1에 따른 재료 테스트 인증서가 포함되어 있어 티타늄의 기계적 특성에 결정적인 영향을 미치는 침입형 원소인 산소, 질소 및 수소를 포함한 열의 화학적 분석과 인장 강도, 항복 강도 및 연신율을 포함한 기계적 테스트 결과를 제공합니다. ASTM B338 요구 사항에 따라 수압 테스트 또는 비파괴 전기 테스트 결과가 보고되어 모든 튜브의 무결성을 확인합니다.

단일 프로토타입 벤딩 시험이든 해외 개발을 위한 생산 수량이든 특정 튜브 사양, 프로젝트 BOM 또는 논의할 서비스 조건이 있는 경우 치수 및 재료 조언을 제공하고, 벤딩 타당성에 대한 튜브 라우팅 도면을 검토하고, 필요한 튜브 공급 및 처리 서비스를 포함한 견적을 준비할 수 있습니다.