Pipeline vs Piping

Onshore vs Offshore Pipeline and Piping

導入

In the realm of energy transportation, the distinction between onshore and offshore pipelines and piping systems plays a crucial role in the efficiency, safety, and environmental impact of resource extraction and distribution. Onshore pipelines, typically situated on land, are designed to transport oil, gas, and other fluids over varying distances, benefiting from relatively more straightforward access for maintenance and monitoring. Conversely, offshore pipelines, laid on the seabed or suspended in water, present unique engineering challenges due to harsh marine conditions and logistical complexities. Understanding the Onshore vs Offshore Pipeline and Piping in design, construction, and operational considerations between these two types of pipelines is essential for optimizing infrastructure development and ensuring sustainable practices in the energy sector.

Definition: Onshore vs Offshore Pipeline and Piping

What is Pipeline?

Pipeline is a long series of pipes, usually of large diameter, running underground, aboveground and underwater, such as a submarine pipeline, and equipped with fittings, such as valves and pumps, to control the flow of large quantities of fluid over long distances. Pipelines have large diameters, making it easy to transport liquids or gases in bulk from one place to another, sometimes for thousands of miles.

Pipeline

Pipeline

What is Piping?

配管 is a system of pipes used to convey fluids (liquids and gases) from one location to another within the designated boundaries or spaces of petrochemical plants, power plants, refineries, etc. It is also equipped with valves and fittings to control the flow of fluids from one facility to another as needed, but only within the plant’s designated boundaries. Never skip these essential topics when taking an online course on piping engineering. Piping diameters range from 1/2 inch to 80 inches, depending on the facility’s design requirements for fluid transportation, usually from one facility to another within the facility’s boundaries.

配管

配管

What is Onshore Pipeline?

Onshore pipelines refer to networks of pipelines and related equipment used to transport fluids such as oil, natural gas, water, and chemicals in a land environment. These pipelines are integral to long-distance oil and gas transportation from oil fields to refineries, from natural gas wells to gas stations, and from crude oil and refined oil tank farms, chemical tank farms, LNG tank farms, and aircraft refueling pipeline operations.

Onshore Pipeline

Onshore Pipeline

What is Offshore Pipeline?

Offshore pipelines refer to the network of pipes and related equipment used to transport fluids such as oil, gas, water, and chemicals in an offshore environment. These pipelines are integral to operating offshore oil rigs, platforms and floating production storage and offloading units (FPSOs). The unique conditions of the offshore environment, such as high salinity, extreme temperatures, and strong currents, present significant challenges to the design and maintenance of these systems.

Offshore Pipeline

Offshore Pipeline

Main Differences: Onshore vs Offshore Pipeline and Piping

Comparison Table: Onshore vs Offshore Pipeline and Piping

仕様 陸上 オフショア
Pipeline 配管 Pipeline 配管
デザインコード – ASME B31.4: Pipeline Transportation Systems for Liquids and Slurries
– ASME B31.8: Gas Transmission and Distribution Piping Systems
ASME B31.3: Process Piping – DNVGL-ST-F101: Submarine pipeline systems
– API RP 1111: Design, Construction, Operation, and Maintenance of Offshore Hydrocarbon Pipelines (Limit state design)
ASME B31.3: Process Piping
範囲 Outside plant boundary
(Villages, fields, rivers, canals, railways, highways, cities, deserts, forests, hills, etc.)
Within plant boundary Outside plant boundary Within plant boundary
Type of pipe API Spec 5L: Specification for Line pipes – ASTM
– BS
– API 5L
API Spec 5L: Specification for Line pipes
– DNVG-ST-F101: Submarine Pipeline Systems
ASTM規格
バルブ – API 6D: Specification for Pipeline and Piping Valves
– Full Bore (FB) Ball Valves are used for pigs.
– BS
– API Standard
– Full bore (FB) and Reduced bore (RB)
– Full bore Valves: for smooth passage of intelligent pigs
– API 6D SS: Specification on Subsea Pipeline Valves
– RB valves
– BS/API standards
溶接 – API Std. 1104: Welding of Pipelines and Related Facilities
– Type of welding: Automatic / Semi-Automatic/ Manual
– ASME Sec. IX: Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers and Welding and Brazing Operators
– Type of welding: Manual (mostly)
– API Std. 1104: Welding of Pipelines and Related Facilities
– Mostly automatic welding on pipelay barge.
– ASME Sec. IX: Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers and Welding and Brazing Operators
– Manual welding at the fabrication yard.
Weld joint inspection (NDT requirements) 100% by Automatic UT or RT (by using X-Ray) 5% to 100%
(mostly by using gamma rays)
100% by Automatic UT From 10% to 100% as required
Analyses – Wall Thickness Analysis
– Elastic Bend Radius Analysis
– Stability Analysis for Water Bodies/ Marshy Areas
– Horizontal directional drilling design analysis
– Railroad/ Highway Crossing Analysis
– Casing Pipe Analysis for Crossings
– Seismic Analysis
– Piping wall thickness calculation
– Piping Stress Analysis
Static Analysis
Dynamic Analysis
Wind Analysis
Flange Leakage Analysis
Seismic Analysis
– Wall thickness Analysis
– On-bottom Stability
– Span Analysis
– Global Buckling – Lateral and Upheaval
– Pipeline Expansion Analysis
– Riser Design (Span, Stress & Flexibility Analysis)
– Riser Clamp Design
– Pipeline Crossing Design and Analysis
– Deck piping stress analysis
インストール Buried (mostly) Above ground/On rack/slippers/T-postal etc. Subsea (in water on the seabed or buried in the seabed) Deck Platform Piping
(similar to plant)
Special Installations – Across rivers
– Horizontal Directional Drilling (HDD) method
– Micro-tunnelling method
– Across road/ rail/ highway
– Auger boring/ jacking boring method
– Shallow HDD
– Ghats/ Hills
– Modular installations
– Finning
– Studding
– Jacketing
– Spooling inside warehouse
– U/G piping for cooling water
– S-lay Method (for shallow water installation)
– J-Lay Method (for deep water installation)
– Shore pull/ barge pull near Land Fall Point (LFP)
Along with the deck structure
Special Equipment – Sectionalizing Valves (Remote operated)
– Insulating Joints
– Scraper Launcher/ Receiver
– Stem Extended Valves (for buried valves)
– Flow Tee
– Long Radius bends (R=6D)
– Cold field bends (R = 30D or 40D)
– Expansion Joints
– Motor Operator Valves (MOV)
– Cryogenic Valves
– Springs
– Subsea Isolation Valve (SSIV)
– LRベンド
– フローティー
– パイプラインエンドマニホールド(PLEM)
– シングルポイント係留(SPM)システム
– 潜水艦用ホース
– フローティングホース
– ケーブルとアンビリカルケーブルの設置
– ピギーバックパイプライン
適用できない
調査 – 地形調査
(パイプラインルート沿いすべて)
– 地質調査
(パイプラインルート沿いすべて)
– 土壌抵抗率調査
(パイプラインルート沿いすべて)
– 水域の水文調査(洗掘深の計算用)
– 地籍調査(RoU取得用)
– 気象学からの風のプロファイル
– 敷地の地震調査
– サイドスキャンソナー、サブボトムプロファイラー、エコーサウンダーを使用した物理探査/水深測量
– 気象海洋データ収集
– パイプラインルートの地質データ
適用できない
腐食防止コーティング 3層ポリエチレン(3LPE)コーティング
3層ポリプロピレン(3LPP)コーティング
フュージョンボンドエポキシ(FBE)コーティング
– コールタールエナメル(CTE)コーティング
絵画 次のようなコーティング:
– コールタールエナメルコーティング(CTE)
3層ポリエチレンコーティング(3LPE)
3層ポリプロピレンコーティング(3LPP)
– 二層溶融接着エポキシコーティング(2FBE)
絵画
陰極保護システム – 印加電流陰極防食(ICCP)システム
– 犠牲陽極(場所が限られている)
適用できない 犠牲陽極防食(SACP)システム 適用できない
水圧試験 – 最高パイプ厚のIDの95%のゲージプレートラン
– テスト圧力
最小: 設計圧力の1.25倍(液体パイプラインの場合)
設計圧力の1.25~1.5倍(ガスパイプラインの場合)
最大:パイプ材質SMYSの95%のフープ応力に相当する圧力
– 保留期間: 24時間
– ゲージプレートの検査は行われません。一般的に、配管を洗浄するために段ボールブラストが行われます。
– テスト圧力
最小値: 1.5 × 設計圧力 × 温度係数
最大: ラインスケジュールに基づく
– 保留期間: 2~6時間
– 最も厚いパイプラインの ID の 95% のゲージ プレート ラン。
– テスト圧力
最小: 設計圧力の1.25倍
– 保留期間: 24時間
– 計測は行われません。
– テスト圧力
最大: ラインスケジュールによる
– 保留期間: 2時間
保存 – 腐食抑制水または不活性ガス(N2)の充填によるパイプラインの保全 適用できない
ピギング インテリジェントピギング 適用できない 準拠 適用できない
設置に必要な機械・設備 – トレンチャー
– バックホー/掘削機
– サイドブーム
– 冷間フィールド曲げ機
– 休日検出機
– 空気圧/油圧式内部クランプ
クレーン/ヒドラ – パイプレイバージ
– デリック・バージ
– ダイビング支援船
– ダイナミックポジショニング(DP)バージ(深海用)
プレハブデッキ配管

結論: 陸上と海上のパイプラインと配管

要約すれば、 陸上パイプライン 通常、石油、天然ガス、飲料水、下水、海水、スラリーなどを輸送するために陸上に埋設または設置されます。 陸上配管 石油化学工場、発電所、製油所、防火システム、水処理システムなどに設置されるのが一般的ですが、 沖合パイプライン 海底に埋もれています。 オフショア配管 通常、海洋掘削プラットフォーム上の伝送および構造サポート パイプライン システムで構成されます。特殊な海洋機器には、水中遮断弁、T 字継手、海底ホースなどがあります。海洋調査には、地球物理学、水深測量、海洋データの収集が含まれ、陸上調査は地形および地質工学の研究に重点を置いています。

L80-9Cr 対 L80-13Cr

L80-9Cr と L80-13Cr: 知っておくべきこと

適切なケーシングとチューブの材質を選択すると、石油とガスの掘削と探査の安全性と効率性が確保されます。L80-9Cr と L80-13Cr は、石油のケーシングとチューブによく使用される 2 つの合金鋼グレードです。各グレードには独自の特性と用途があります。 L80-9Cr 対 L80-13Crこの記事では、これらの素材の違いについて詳しく説明し、情報に基づいた決定を下せるようお手伝いします。

1. L80グレードの概要

L80 は石油・ガス産業で使用される合金鋼です。優れた強度と耐腐食性で知られています。通常、高温高圧環境で使用され、石油とガスの生産の両方に適しています。

1.1 L80-9Cr

組成: 9% クロムを含み、高温での材料の耐酸化性を高めます。
特徴:
耐腐食性: CO2 環境で優れた性能を発揮し、酸性ガスパイプラインに適しています。
機械的強度: 優れた強度を備え、高温での動作に適しています。
用途: 油田の高温ガスパイプラインでよく使用されます。

1.2 L80-13Cr

成分: 13% クロムを含み、耐腐食性が高くなります。
特徴:
耐腐食性: H2S および CO2 を含む環境でも優れた性能を発揮し、過酷な条件に適しています。
機械的強度: より高い強度を提供し、複雑な動作環境に最適です。
用途: 腐食性の高い環境や深井戸の作業に使用されます。

L80-9Cr 対 L80-13Cr

石油・ガス掘削・探査におけるL80-9CrおよびL80-13Crケーシングとチューブ

2. 比較: L80-9Cr と L80-13Cr

2.1 化学組成

標準 学年 ミネソタ S Cr
API 5CT L80-9Cr ≤ 0.15 ≤ 1.00 0.30-0.60 ≤ 0.020 ≤ 0.010 8.00-10.00 0.90-1.10 ≤ 0.50 ≤ 0.25
L80-13Cr 0.15-0.22 ≤ 1.00 0.25-1.00 ≤ 0.020 ≤ 0.010 12.00-14.00 ≤ 0.50 ≤ 0.25

2.2 機械的性質

標準 学年 降伏強度(Mpa) 引張強度(Mpa) 伸長(%) 硬度最大
最大。 人権擁護団体 HBW
API 5CT L80-9Cr 552 655 655 API 5CT
表C.7
23 241
L80-13Cr 552 655 655 23 241

2.3 衝撃試験

標準 学年 シャーピーインパクトエネルギー(J)
カップリング パイプ本体
API 5CT L80-9Cr L-10-40-0 T-10-20-0 L-10-27-0 T-10-14-0
L80-13Cr L-10-40-0 T-10-20-0 L-10-27-0 T-10-14-0

2.4 耐食性

L80-9Cr: 9% のクロム含有量は中程度の耐腐食性を提供し、通常はそれほど攻撃的ではない環境に見られる、低から中程度の濃度の H₂S (硫化水素) または CO₂ (二酸化炭素) の環境に適しています。

L80-13Cr: 13% のクロム含有量により、酸性サービス (H₂S レベルが高い環境) および高 CO₂ 環境に対する耐性が向上します。深井戸や沖合掘削などの厳しい条件に適しています。

2.5 温度と酸味のサービス

L80-9Cr: 一般的に中程度の温度の環境に適しています。

L80-13Cr: より高い温度に耐えることができ、高濃度の H₂S または CO₂ を含む酸性サービス条件にもより適しています。

2.6 コスト

L80-9Cr: L80-9Cr はクロム含有量が少ないため、L80-13Cr よりも安価です。環境の腐食性や酸性度がそれほど高くない場合は、L80-9Cr の方がコスト効率の高い選択肢となる可能性があります。

L80-13Cr: より高価ですが、過酷な条件でも優れた耐性を発揮し、時間の経過とともにメンテナンスコストや故障を削減できる可能性があります。

2.7 アプリケーション

L80-9Cr: 中程度の温度、圧力、酸性ガス条件の井戸に適しています。従来の石油・ガス井戸やそれほど過酷ではないサービス環境でよく使用されます。

L80-13Cr: 厳しい環境条件の高圧井戸、特に酸性ガス処理、深井戸、または高い耐腐食性が重要となる沖合の石油・ガス事業に最適です。

粗鋼生産

2024年9月の粗鋼生産量

2024年9月、世界鉄鋼協会(世界鉄鋼)に報告している71カ国の世界粗鋼生産量は1億4,360万トン(Mt)で、2023年9月より4.7%減少しました。

粗鋼生産

粗鋼生産

地域別粗鋼生産量

アフリカは2024年9月に1.9 Mtを生産し、2023年9月より2.6%増加しました。アジアとオセアニアは105.3 Mtを生産し、5.0%減少しました。EU(27)は10.5 Mtを生産し、0.3%増加しました。ヨーロッパ、その他は3.6 Mtを生産し、4.1%増加しました。中東は3.5 Mtを生産し、23.0%減少しました。北米は8.6 Mtを生産し、3.4%減少しました。ロシアとその他のCIS +ウクライナは6.8 Mtを生産し、7.6%減少しました。南米は3.5 Mtを生産し、3.3%増加しました。

表1. 地域別粗鋼生産量

地域 2024年9月(山岳部) % 9月24日/23日の変更 2024年1月~9月(山岳部) %変更1月-9月24/23
アフリカ 1.9 2.6 16.6 2.3
アジア・オセアニア 105.3 -5 1,032.00 -2.5
欧州連合(27) 10.5 0.3 97.8 1.5
ヨーロッパ、その他 3.6 4.1 33.1 7.8
中東 3.5 -23 38.4 -1.5
北米 8.6 -3.4 80 -3.9
ロシアとその他のCIS諸国+ウクライナ 6.8 -7.6 64.9 -2.5
南アメリカ 3.5 3.3 31.4 0
合計71か国 143.6 -4.7 1,394.10 -1.9

この表に含まれる71か国は、2023年の世界粗鋼生産量全体の約98%を占めています。

表に含まれる地域と国:

  • アフリカ: アルジェリア、エジプト、リビア、モロッコ、南アフリカ、チュニジア
  • アジア・オセアニア: オーストラリア、中国、インド、日本、モンゴル、ニュージーランド、パキスタン、韓国、台湾(中国)、タイ、ベトナム
  • 欧州連合(27): オーストリア、ベルギー、ブルガリア、クロアチア、チェコ共和国、フィンランド、フランス、ドイツ、ギリシャ、ハンガリー、イタリア、ルクセンブルク、オランダ、ポーランド、ポルトガル、ルーマニア、スロバキア、スロベニア、スペイン、スウェーデン
  • ヨーロッパ、その他: マケドニア、ノルウェー、セルビア、トルコ、イギリス
  • 中東: バーレーン、イラン、イラク、ヨルダン、クウェート、オマーン、カタール、サウジアラビア、アラブ首長国連邦、イエメン
  • 北米: カナダ、キューバ、エルサルバドル、グアテマラ、メキシコ、米国
  • ロシアおよびその他のCIS諸国+ウクライナ: ベラルーシ、カザフスタン、ロシア、ウクライナ
  • 南アメリカ: アルゼンチン、ブラジル、チリ、コロンビア、エクアドル、パラグアイ、ペルー、ウルグアイ、ベネズエラ

鉄鋼生産国トップ10

中国の2024年9月の生産量は77.1 Mtで、2023年9月より6.1%減少しました。インドの生産量は11.7 Mtで、0.2%減少しました。日本の生産量は6.6 Mtで、5.8%減少しました。米国の生産量は6.7 Mtで、1.2%増加しました。ロシアの生産量は5.6 Mtと推定され、10.3%減少しました。韓国の生産量は5.5 Mtで、1.3%増加しました。ドイツの生産量は3.0 Mtで、4.3%増加しました。トルコの生産量は3.1 Mtで、6.5%増加しました。ブラジルの生産量は2.8 Mtで、9.9%増加しました。イランの生産量は1.5 Mtと推定され、41.2%減少しました。

表2. 鉄鋼生産量上位10カ国

地域  2024年9月(山岳部) % 9月24日/23日の変更 2024年1月~9月(山岳部) %変更1月-9月24/23
中国 77.1 -6.1 768.5 -3.6
インド 11.7 -0.2 110.3 5.8
日本 6.6 -5.8 63.3 -3.2
アメリカ合衆国 6.7 1.2 60.3 -1.6
ロシア 5.6 電子 -10.3 54 -5.5
韓国 5.5 1.3 48.1 -4.6
ドイツ 3 4.3 28.4 4
トルコ 3.1 6.5 27.9 13.8
ブラジル 2.8 9.9 25.2 4.4
イラン 1.5 電子 -41.2 21.3 -3.1

e – 推定。生産国上位10カ国のランキングは、年初来の累計に基づいている。

API 5L と ISO 3183 の比較

違いを知る: API 5L と ISO 3183

ISO 3183 と API 5L は、主に石油、ガス、その他の流体輸送産業で使用される鋼管に関する規格です。API 5L と ISO 3183 の 2 つの規格には大きな重複部分がありますが、その範囲、適用範囲、および背後にある組織には大きな違いがあります。

1. 発行組織: API 5L と ISO 3183

API 5L: アメリカ石油協会 (API) が発行したこの規格は、主に石油およびガス業界で使用されています。石油、ガス、水を輸送する鋼管の技術要件を詳細に規定しています。
ISO 3183: 国際標準化機構 (ISO) によって発行されたこの規格は国際的に認められており、石油およびガス輸送分野の鋼管に世界中で使用されています。

2. 適用範囲: API 5L と ISO 3183

API 5L: 高圧下で石油、天然ガス、その他の流体を輸送するための鋼管を対象としています。北米、特に米国で広く使用されています。
ISO 3183: この規格は主に石油およびガスパイプラインで使用される鋼管の設計、製造、品質管理に焦点を当てていますが、その使用はより国際的であり、世界中のさまざまな国に適用できます。

3. 主な違い: API 5L と ISO 3183

地理的および市場の焦点:

API 5L は北米市場 (特に米国) 向けにカスタマイズされていますが、ISO 3183 は国際的に適用可能であり、世界中の多くの国で使用されています。

鋼のグレードと要件:

API 5L は、L175、L210、L245 などの鋼のグレードを定義しており、数字はメガパスカル (MPa) 単位の最小降伏強度を表します。
ISO 3183 でも同様のグレードが定義されていますが、国際的な業界慣行に合わせて、材料特性、製造プロセス、検査プロトコルに関するより詳細な要件が定められています。
追加仕様:
API 5L は品質管理、認証、および生産要件を重視していますが、ISO 3183 は国際貿易を考慮してより広い範囲をカバーし、温度、環境、特定の機械的要件など、さまざまな条件の仕様を提供します。

4. 技術要件: API 5L と ISO 3183

API 5L は、鋼管の材料特性、製造プロセス、寸法、試験方法、品質管理を規定しています。X42、X60、X70 など、L (低強度) から X グレード (高強度) までの鋼グレードが定義されています。
ISO 3183 は、材質、熱処理、表面処理、パイプの端部など、鋼管製造の同様の側面をカバーしています。また、パイプラインの設計圧力、環境への配慮、さまざまなパイプライン付属品の詳細な仕様も規定しています。

5. パイプグレードの比較: API 5L と ISO 3183

API 5L: グレードは L グレード (降伏強度が低い) から X グレード (降伏強度が高い) まであります。たとえば、X60 は降伏強度が 60,000 psi (約 413 MPa) のパイプを指します。
ISO 3183: 同様の等級分けシステムを使用しますが、より詳細な分類と条件が含まれる場合があります。また、グローバルなパイプラインの設計と運用の実践との整合性も確保します。

6. 標準間の互換性:

多くの場合、API 5L と ISO 3183 は互換性があります。つまり、API 5L の要件を満たす鋼管は、通常、ISO 3183 の要件も満たし、その逆も同様です。ただし、特定のパイプライン プロジェクトでは、場所、クライアントの好み、または規制要件に応じて、どちらかの標準に従う場合があります。

7. 結論:

API 5L は米国およびその周辺地域でより一般的であり、石油およびガスパイプライン業界に焦点を当て、生産と品質管理を強く重視しています。
ISO 3183 は、世界的な石油およびガスパイプライン プロジェクトのための国際規格です。より詳細で世界的に整合された要件により、国際市場でより広く受け入れられます。

どちらの規格も、材料、製造、試験の仕様に関しては非常に似ています。しかし、ISO 3183 はより広く、よりグローバルに適用可能な範囲を持つ傾向があり、API 5L は北米市場に特化したままです。これらの規格の選択は、パイプライン プロジェクトの地理的な場所、仕様、規制上のニーズによって異なります。

ステンレス鋼と亜鉛メッキ鋼

ステンレス鋼と亜鉛メッキ鋼

導入

ステンレス鋼と亜鉛メッキ鋼環境、必要な耐久性、メンテナンスの必要性を考慮することが重要です。ステンレス鋼は、比類のない耐腐食性、強度、外観を備えており、過酷な環境での要求の厳しい用途に適しています。一方、亜鉛メッキ鋼は、それほど攻撃的ではない環境でコスト効率の高い腐食保護を提供します。

1. 組成と製造工程

ステンレス鋼

ステンレス鋼は、主に鉄、クロム (少なくとも 10.5%)、場合によってはニッケルとモリブデンで構成された合金です。クロムは表面に保護酸化層を形成し、優れた耐腐食性を与えます。304 や 316 などの異なるグレードは合金元素が異なり、極端な温度や高塩分を含むさまざまな環境に対応できます。

亜鉛メッキ鋼

亜鉛メッキ鋼は、亜鉛の層でコーティングされた炭素鋼です。亜鉛層は腐食に対するバリアとして鋼を保護します。最も一般的な亜鉛メッキ方法は溶融亜鉛メッキで、鋼を溶融亜鉛に浸します。もう 1 つの方法は電気亜鉛メッキで、電流を使用して亜鉛を塗布します。どちらの方法も耐腐食性を高めますが、一般的にステンレス鋼よりも過酷な環境での耐久性は劣ります。

2. 耐腐食性

ステンレス鋼

ステンレス鋼の耐腐食性は、不活性な酸化クロム層を形成する合金組成によるものです。モリブデンを含むグレード 316 ステンレス鋼は、塩化物、酸、その他の強力な化学物質による腐食に対して優れた耐性を発揮します。腐食性物質に日常的にさらされる海洋、化学処理、石油・ガス産業では、この鋼が好まれます。

亜鉛メッキ鋼

亜鉛メッキ鋼の亜鉛層は犠牲保護を提供します。亜鉛は下層の鋼より先に腐食するため、ある程度の耐腐食性があります。ただし、亜鉛層は時間の経過とともに劣化するため、この保護には限界があります。亜鉛メッキ鋼は穏やかな環境や一般的な建設では十分な性能を発揮しますが、ステンレス鋼ほど強力な化学物質や海水への曝露に耐えることはできません。

3. 機械的性質と強度

ステンレス鋼

ステンレス鋼は一般的に亜鉛メッキ鋼よりも頑丈で、 より高い引張強度と耐久性圧力下での弾力性と信頼性が求められる用途に最適です。ステンレス鋼はまた、 優れた耐衝撃性と耐摩耗性インフラストラクチャや大型産業アプリケーションにメリットをもたらします。

亜鉛メッキ鋼

亜鉛メッキ鋼の強度は主に 炭素鋼コア一般的にステンレス鋼よりも強度が劣ります。亜鉛層を追加しても強度に大きく影響しません。亜鉛メッキ鋼は、 中型用途 耐腐食性は必要だが、極端または高ストレスの環境では必要ない場合。

4. 外観と美観

ステンレス鋼

ステンレス鋼は、滑らかで光沢のある外観をしており、建築用途や目立つ設備によく使用されます。見た目の美しさと耐久性により、目立つ構造物や設備に好まれています。

亜鉛メッキ鋼

亜鉛メッキ鋼は、亜鉛層により鈍いマットな灰色の仕上がりとなり、ステンレス鋼よりも見た目が劣ります。時間が経つと、風雨にさらされて表面に白っぽい緑青が現れることがあります。これにより、見た目が悪くなる可能性がありますが、性能には影響しません。

5. コストの考慮

ステンレス鋼

ステンレス鋼は一般的に より高価 クロムとニッケルという合金元素と複雑な製造工程のため、 寿命が長くなる 特に要求の厳しい環境では、最小限のメンテナンスで初期コストを相殺できます。

亜鉛メッキ鋼

亜鉛メッキ鋼は より経済的 特に短期から中期の用途では、ステンレス鋼よりも優れています。 限られた予算と中程度の耐腐食性のニーズ.

6. 代表的なアプリケーション

ステンレス鋼の用途

石油・ガス: 耐腐食性と強度に優れているため、パイプライン、貯蔵タンク、オフショアプラットフォームに使用されます。
化学処理: 酸性または腐食性の化学物質に毎日さらされる環境に最適です。
海洋工学: ステンレス鋼は海水に対する耐性があるため、ドック、船舶、機器などの海洋用途に適しています。
インフラストラクチャ: 耐久性と美観が重要な橋梁、手すり、建築構造物に最適です。

亜鉛メッキ鋼の用途

一般建設: 建物のフレーム、フェンス、屋根の支持部によく使用されます。
農業機器: 土壌や湿気にさらされる機器に、耐腐食性とコスト効率のバランスを提供します。
水処理施設: 腐食の少ない環境における配管や貯蔵タンクなど、重要でない水インフラに適しています。
屋外構造物: 穏やかな気象条件にさらされることが予想される道路の障壁、ガードレール、ポールなどによく使用されます。

7. メンテナンスと寿命

ステンレス鋼

ステンレス鋼には 最小限のメンテナンス 本質的に耐腐食性があるためです。ただし、過酷な環境では、時間の経過とともに保護酸化層が損なわれる可能性のある塩分、化学物質、堆積物を除去するために、定期的な洗浄をお勧めします。

亜鉛メッキ鋼

亜鉛メッキ鋼には 定期的な点検とメンテナンス 亜鉛層をそのまま維持するためです。亜鉛層に傷がついたり劣化したりした場合は、腐食を防ぐために再度亜鉛メッキするか、追加のコーティングを施す必要があります。これは、亜鉛層がより早く劣化するリスクがある海洋または工業用途では特に重要です。

8. 例: ステンレス鋼と亜鉛メッキ鋼

財産 ステンレススチール (316) 亜鉛メッキ鋼 比較
保護の仕組み 酸素の存在下で自己修復し、長期的な耐腐食性を実現する保護酸化層。 製造時に鋼鉄に保護用の亜鉛コーティングが施されます。損傷した場合、周囲の亜鉛が露出した鋼鉄を陰極保護します。 ステンレス鋼の保護層はより耐久性があり、自己修復が可能です。ステンレス鋼の保護は、材料の損失や厚さの減少によって低下することはありません。
外観 非常に明るい電解研磨仕上げから研磨仕上げまで、さまざまな仕上げをご用意しています。魅力的な高品質の外観と感触。 スパンコールの可能性があります。表面は明るくなく、年月とともに徐々に鈍い灰色に変化します。 美的なデザインの選択。
表面の感触 とても滑らかで滑りやすいです。 ざらざらとした感触があり、年月が経つにつれてそれが顕著になります。 美的なデザインの選択。
グリーン認証 新しい構造物に再利用される可能性があり、構造物の寿命後はスクラップとしての価値があり、その収集価値があるため、リサイクル率も高くなります。 炭素鋼は一般的に寿命が尽きると廃棄されるため、価値は低くなります。 ステンレス鋼は、製造段階と使用済み段階の両方で広くリサイクルされています。すべての新しいステンレス鋼には、かなりの割合でリサイクル鋼が含まれています。
重金属流出 無視できるレベル。 特に幼少期には亜鉛の流出が顕著です。 ヨーロッパの一部の高速道路では、環境中の亜鉛汚染を避けるために、手すりがステンレス製に変更されています。
一生 表面が維持される限り無期限。 亜鉛が溶解するまで、全般的な腐食がゆっくり進行します。亜鉛/鉄層が腐食し、最終的に下地の鋼が腐食すると、赤錆が発生します。表面の約 2% に赤い斑点が現れる前に、修理が必要です。 ステンレス鋼の寿命を延ばすことを意図している場合、ライフサイクル コストのメリットは明らかです。環境やその他の要因によっては、経済的な損益分岐点は 6 年ほど短くなる場合があります。
耐火性 火災時に適度な強度とたわみを持つオーステナイト系ステンレス鋼に最適です。 亜鉛が溶けて流れ出ると、化学工場内の隣接するステンレス鋼が破損する可能性があります。炭素鋼の基材は強度を失い、たわみが生じます。 ステンレス鋼は耐火性に優れており、亜鉛メッキを使用する場合でも溶融亜鉛のリスクを回避できます。
現場での溶接 これは、熱膨張に配慮したオーステナイト系ステンレス鋼の作業手順です。溶接部は周囲の金属表面に溶け込む可能性があります。溶接後のクリーンアップと不動態化は不可欠です。 炭素鋼は簡単に自己溶接できますが、亜鉛は煙が出るので除去する必要があります。亜鉛メッキ鋼とステンレス鋼を溶接すると、亜鉛の残留物によってステンレス鋼が脆くなります。亜鉛を多く含む塗料は亜鉛メッキよりも耐久性が劣ります。厳しい海洋環境では、3 ~ 5 年で表面がさびる可能性があり、その後 4 年/mm で鋼の腐食が発生します。 短期的な耐久性は同様ですが、接合部の亜鉛を多く含むコーティングにはメンテナンスが必要です。厳しい条件下では、亜鉛メッキ鋼はひどい錆びが発生し、穴が開くことさえあります。特に海側の見えない部分では、手を傷つける可能性もあります。
塩分の多い環境で、湿った多孔質の材料(木製のくさびなど)に接触した場合。 錆びや隙間腐食は発生する可能性はありますが、構造上の欠陥は発生しません。 保管中の汚れと同様に、穴が開くことで亜鉛が急速に失われ、長期的には劣化につながります。 どちらにとっても望ましくないことですが、長期的には亜鉛メッキされた柱の根元に破損を引き起こす可能性があります。
メンテナンス 適切にメンテナンスしないと、茶渋や微細な穴が開くことがあります。 適切にメンテナンスしないと、亜鉛が全体的に失われ、鋼板の基材が腐食する可能性があります。 どちらの場合も、開けた場所での雨や、保護された地域での洗浄が必要です。
ASTM A335 ASME SA335 P92 SMLSパイプ

異なる等温温度における P92 鋼の微細構造の進化

異なる等温温度における P92 鋼の微細構造の進化

P92鋼 主に超々臨界ボイラー、超高圧パイプライン、その他の高温高圧設備に使用されています。P92鋼は、P91鋼の化学組成にW元素とB元素の微量元素の添加を基本とし、Mo含有量を減らし、粒界強化と分散強化をさまざまな方法で行い、P92鋼の総合性能を向上させています。P92鋼はP91鋼よりも耐酸化性能と耐腐食性が優れています。P92鋼管の製造には、熱間加工プロセスが不可欠です。熱処理技術により、製造プロセスで発生する内部欠陥を排除し、鋼の性能を作業条件のニーズに合わせることができます。熱間加工プロセスにおける組織の種類と状態は、性能が標準を満たすかどうかに影響を与える重要な要因です。したがって、本論文では、異なる等温温度における P92 鋼管の組織を分析し、さまざまな温度における P92 鋼管の組織の進化を明らかにします。これは、実際の熱間加工プロセスの組織分析と性能制御に情報サポートを提供するだけでなく、熱間加工プロセスの開発のための実験的基礎も築きます。

1. 試験材料と方法

1.1 試験材料

試験に使用した鋼材は使用状態のP92鋼管(1060℃焼入れ+760℃焼戻し)であり、その化学成分は表1に示すとおりである。完成した管の中央部の長さ方向の特定位置からφ4mm×10mmの円筒形試験片を切り出し、焼入れ膨張計を使用して異なる温度での組織変態を調べた。

表1 P92鋼の主な化学組成(質量分率別)(%)

要素 ミネソタ Cr アル B いいえ
% 0.13 0.2 0.42 8.67 0.25 0.48 0.19 0.008 0.002 0.05 1.51 バランス

1.2 テストプロセス

L78急冷熱膨張計を使用し、0.05℃/sで1050℃まで15分間加熱し、200℃/sで室温まで冷却しました。材料の相変化の臨界点を測定したところ、Ac1は792.4℃、Ac3は879.8℃、Msは372.3℃でした。試験片は10℃/秒の速度で1050℃まで加熱され、15分間保持された後、150℃/秒の速度で異なる温度(770、740、710、680、650、620、520、430、400、370、340、310、280、250、190、および160℃)まで冷却され、異なる時間(620℃以下で1時間、620℃以上で25時間保持)保持された。620℃以上で25時間保持)、等温端の電源をオフにして、試験片を室温まで空冷する。1.3 試験方法

異なる工程で試験片の表面を研磨した後、王水を使用して試験片の表面を腐食しました。AXIOVERT 25 Zeiss 顕微鏡と QWANTA 450 環境走査型電子顕微鏡を使用して組織を観察および分析しました。HVS-50 ビッカース硬度計 (荷重 1kg) を使用して、各試験片の表面の数か所で硬度を測定し、その平均値を試験片の硬度値としました。

2. テスト結果と分析

2.1 異なる等温温度の構成と分析

図1は、1050℃で異なる時間と温度で完全オーステナイト化を行った後のP92鋼の微細構造を示しています。図1(a)は、190℃で1時間等温化した後のP92鋼の微細構造を示しています。図1(a2)から、常温組織はマルテンサイト(M)であることがわかります。図1(a3)から、マルテンサイトがラス状特性を示していることがわかります。鋼のMs点は約372℃であるため、Ms点未満の等温温度でマルテンサイト相変態が起こり、マルテンサイトが形成されます。P92鋼の炭素含有量は低炭素組成の範囲に属し、ラス状の形態がマルテンサイトの特徴です。

図1(a)は、190℃で1時間等温保持した後のP92鋼の微細組織を示す。

図1(a)は、190℃で1時間等温保持した後のP92鋼の微細組織を示す。

図1(b)は、430℃で1時間等温保持したP92鋼の微細組織です。等温温度が430℃まで上昇すると、P92鋼はベイナイト変態域に達します。鋼にはMo、B、W元素が含まれているため、これらの元素はベイナイト変態にほとんど影響を与えず、パーライト変態を遅らせます。そのため、P92鋼を430℃で1時間保持すると、一定量のベイナイトが組織化されます。その後、残りの過冷却オーステナイトは空冷時にマルテンサイトに変態します。

図1(b) P92鋼の430℃等温1時間における微細組織

図1(b) P92鋼の430℃等温1時間における微細組織

図1(c)は、520℃で1時間等温保持したP92鋼の微細組織を示す。等温保持温度が520℃になると、Cr、Mo、Mnなどの合金元素によってパーライト変態が抑制され、ベイナイト変態開始点(Bs点)が下がるため、特定の温度範囲で過冷却オーステナイトの安定化領域が現れる。図1(c)は、520℃で1時間保持した後、過冷却オーステナイト変態が起こらず、その後空冷してマルテンサイトを形成し、最終的に室温でマルテンサイト組織になった様子を示している。

図1(c)は、520℃等温1時間におけるP92鋼の微細組織を示す。

図1(c)は、520℃等温1時間におけるP92鋼の微細組織を示す。

図1(d)はP92鋼の650℃等温25hのマルテンサイト+パーライトの微細組織である。図1(d3)に示すように、パーライトは不連続なラメラ特性を示し、表面の炭化物は短棒状の析出を示している。これは、P92鋼のCr、Mo、Vなどの合金元素が過冷却オーステナイトの安定性を同時に向上させ、P92鋼のパーライト形態が変化することによるもので、つまり、パーライト体中の炭化物が短棒状の炭化物になり、このパーライト体はパーライト類と呼ばれる。同時に、組織中に多くの微細な第二相粒子が見られた。

図1(d)P92鋼の650℃等温25時間におけるマルテンサイト+パーライトの微細組織

図1(d)P92鋼の650℃等温25時間におけるマルテンサイト+パーライトの微細組織

図1(e)は、740℃等温25時間におけるP92鋼の微細組織を示しています。740℃等温では、最初に共晶塊状フェライト析出が起こり、その後オーステナイト共晶分解が起こり、パーライト様組織になります。650℃等温(図1(d3)参照)と比較すると、等温温度の上昇に伴いパーライト組織は粗くなり、パーライトの2相特性、すなわちフェライトと短い棒状の炭化物がはっきりと見えます。

図1(e)はP92鋼の740℃等温25時間における微細組織を示す。

図1(e)はP92鋼の740℃等温25時間における微細組織を示す。

図1(f)は、770℃等温で25時間保持したP92鋼の微細組織を示しています。770℃等温では、等温時間が長くなるにつれて、最初にフェライトの析出が起こり、次に過冷却オーステナイトが共晶分解してフェライト+パーライト組織を形成します。等温温度の上昇に伴い、最初の共晶フェライト含有量が増加し、パーライト含有量が減少します。P92鋼の合金元素、つまりオーステナイトに溶解してオーステナイトの硬化性を高める合金元素のために、共晶分解の難しさはより広範囲に及ぶため、共晶分解、つまりパーライト組織の形成を起こすには、十分に長い等温時間が必要です。

図1(f)は、770℃の等温温度で25時間保持したP92鋼の微細組織を示す。

図1(f)は、770℃の等温温度で25時間保持したP92鋼の微細組織を示す。

図1(f2)の異なる形態の組織に対してエネルギースペクトル分析を行い、組織の種類をさらに識別しました。表2に示します。表2から、白い粒子の炭素含有量が他の組織よりも高く、合金元素のCr、Mo、Vが多いことがわかります。この粒子を冷却過程で析出した複合炭化物粒子について分析すると、比較すると、不連続なラメラ組織の炭素含有量は2番目に低く、塊状組織の炭素含有量は最も低いです。パーライトは炭化物とフェライトの2相組織であるため、平均炭素含有量はフェライトよりも高く、等温温度と形態分析を組み合わせると、ラメラ組織はパーライト様であり、塊状組織は第一共晶フェライトであることがさらに判明しました。

770 °C で 25 時間等温処理した P92 鋼のスペクトル分析 (原子分率による表形式で記述) (%)

構造 いいえ ティ Cr ミネソタ
白い顆粒 11.07 0.04 0.94 0.02 2.16 8.36 2.64 54.77 2.84
ブロック構造 9.31 0.04 0.95 0.2 0.32 8.42 0.74 85.51 10.21
階層構造 5.1 0 0.09 0.1 0.33 7.3 0.35 85.65 0.69

2.2 微小硬度と分析

一般的に言えば、WやMoなどの元素を含む合金鋼の冷却過程で、過冷却オーステナイトに3種類の組織変態が発生します。低温域ではマルテンサイト変態、中温域ではベイナイト変態、高温域ではパーライト変態です。異なる組織進化は異なる硬度につながります。図2は、異なる等温温度におけるP92鋼の硬度曲線の変化を示しています。図2から、等温温度の上昇に伴い、硬度は最初に低下し、次に増加し、最後に低下する傾向を示していることがわかります。等温温度が160〜370℃の場合、マルテンサイト変態が発生し、ビッカース硬度は516HVから457HVに増加します。等温温度が400〜620℃の場合、少量のベイナイト変態が発生し、硬度478HVが484HVに増加します。ベイナイト変態が小さいため、硬度はあまり変化しません。等温温度が 650 ℃のとき、少量のパーライトが形成され、硬度は 410 HV です。等温温度が 680 ~ 770 ℃のとき、フェライト + パーライト組織が形成され、硬度は 242 HV から 163 HV です。P92 鋼の変態により、異なる温度での組織遷移が異なり、低温マルテンサイト変態の領域では、等温温度が Ms 点よりも低い場合、温度の上昇とともに、マルテンサイト含有量が減少し、硬度が低下します。P92 鋼の異なる温度での変態の途中で、等温温度が Ms 点よりも低い場合、温度の上昇とともに、マルテンサイト含有量が減少し、硬度が低下します。中温ベイナイト変態領域では、ベイナイト変態量が少ないため、硬度はあまり変化しません。高温パーライト変態領域では、等温温度の上昇に伴い、第一共晶フェライト含有量が増加し、硬度が低下し続けるため、等温温度の上昇に伴い、材料の硬度は一般的に低下傾向にあり、硬度の変化の傾向と組織の分析はその傾向と一致しています。

異なる等温温度における P92 鋼の硬度曲線の変化

異なる等温温度における P92 鋼の硬度曲線の変化

3. 結論

1) P92鋼の臨界点Ac1は792.4℃、Ac3は879.8℃、Msは372.3℃である。

2) P92 鋼は、異なる等温温度で得られる室温組織が異なります。160 ~ 370 ℃ 等温 1 時間では、室温組織はマルテンサイトです。400 ~ 430 ℃ 等温 1 時間では、少量のベイナイト + マルテンサイトの組織です。520 ~ 620 ℃ 等温 1 時間では、組織は比較的安定しており、短時間 (1 時間) 内に変態は発生せず、室温組織はマルテンサイトです。650 ℃ 等温 25 時間では、室温組織はパーライトです。h、室温組織はパーライト + マルテンサイトです。680 ~ 770 ℃ 等温 25 時間では、組織はパーライト + 第一共晶フェライトに変態しました。

3) P92鋼はAc1以下の等温でオーステナイト化され、等温温度の低下とともに、材料全体の硬度が増加する傾向があり、等温770℃で最初の共晶フェライト析出、パーライト変態が発生した後、硬度は最低の約163HVになります。等温160℃でマルテンサイト変態が発生した後、硬度は最高の約516HVになります。