Компания XinYe производит кованые изделия из нержавеющей стали в закрытой и открытой штамповке для фланцев нефтегазопроводов.

Последние десять лет я помогал инженерам по закупкам выбирать правильный метод ковки фланцев из нержавеющей стали для нефтегазопроводов. Практически во всех случаях разница между успехом проекта и задержкой сводилась к пониманию того, когда следует использовать ковку в закрытых штампах, а когда — в открытых.

В этой статье я сравниваю оба метода по таким параметрам, как допуски, структура зерна, выход материала, стоимость оснастки и сроки поставки. Я также привожу примеры реального применения из Норвегии, Саудовской Аравии, Нигерии и США. Если вы заказываете кованый фланец из нержавеющей стали для нового трубопровода или планового технического обслуживания, я считаю, что это руководство сэкономит вам время и снизит риски при закупках.

Что такое ковка в закрытых штампах и как она работает?

По нашему опыту, при ковке в закрытых штампах, которую иногда называют ковкой в ​​прессовых штампах, используются две половины штампа с обработанной полостью, имеющей форму готового фланца. Гидравлический пресс с огромной силой вдавливает нагретую заготовку из нержавеющей стали в полость. Поскольку металл заключен со всех сторон, он точно заполняет штамп и позволяет получить деталь, близкую к окончательной форме.

На нашем заводе в Нинбо мы используем гидравлические прессы японского производства мощностью от 1000 до 4000 тонн. Штампы из инструментальной стали H13 обрабатываются на станках с ЧПУ, обеспечивая допуски на размеры полостей в пределах 0,1 мм. При обсуждении нового заказа на фланцы с покупателем я начинаю с изучения чертежа и модели, чтобы подтвердить пригодность закрытого штампа. Большинство фланцев ANSI B16.5 от NPS 1/2 до NPS 24 подходят для этого метода.

Основные преимущества ковки в закрытых штампах для изготовления фланцев

По нашему опыту, главное преимущество — это точность размеров. Поскольку каждая деталь выковывается в одной и той же штамповочной полости, размеры после ковки различаются всего на +/-0,5 мм по таким важным параметрам, как диаметр окружности отверстий для болтов и высота выступающей поверхности. Эта точность имеет значение при сборке трубопровода с сотнями фланцевых соединений. Ваша монтажная бригада тратит меньше времени на шлифовку и подгонку, а процент успешного прохождения гидростатических испытаний повышается.

Второе преимущество — это выход годной продукции. При ковке в закрытых штампах используется меньший вес исходной заготовки, поскольку металл принимает точно необходимую форму. Я наблюдал экономию материала на 15-25% по сравнению с ковкой в ​​открытых штампах при том же размере фланца.

По нашему опыту, третье преимущество — это превосходная текучесть зерна. В процессе ковки в закрытых штампах структура зерна повторяет контур фланца. Эта непрерывная текучесть зерна обеспечивает готовой детали более высокую усталостную прочность и лучшую устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением, что имеет решающее значение для эксплуатации в средах с высоким содержанием хлоридов и в агрессивной среде.

Что такое ковка в открытых штампах и когда её следует использовать?

По нашему опыту, при открытой штамповке металл формируется между плоскими или простыми профилированными штампами, которые не охватывают заготовку. Оператор позиционирует заготовку, а пресс наносит многократные удары для формирования фланца. Поскольку штампы открыты, металл свободно растекается во всех направлениях и должен быть перемещен между ударами.

Я использую открытую штамповку преимущественно для фланцев большого диаметра (более 36 NPS), единичных прототипов и экзотических сплавов, где затраты на оснастку в закрытой штамповке не оправданы. Это также предпочтительный метод, когда заказчику нужен фланец с приварной горловиной, очень длинной ступицей или нестандартным профилем.

Где ковка в открытых штампах достигает своих превосходных результатов

Главное преимущество ковки в открытых штампах — это гибкость. Мы можем производить фланцы практически любого диаметра, толщины стенки или длины ступицы без инвестиций в оснастку. Для нефтеперерабатывающего завода в Джубайле, Саудовская Аравия, мы однажды изготовили шесть 60-дюймовых фланцев класса 300 с приварной горловиной из дуплексной стали 2205 методом ковки в открытых штампах. Заказчику они были нужны в течение восьми недель, а на изготовление оснастки для ковки в закрытых штампах потребовалось бы двенадцать недель. Ковка в открытых штампах была единственным вариантом, который позволил уложиться в сроки.

Открытая штамповка также позволяет достичь очень высоких коэффициентов обжатия. Начиная с большого слитка, мы обрабатываем его молотком, чтобы укрепить микроструктуру и устранить любую пористость. Для критически важных подводных фланцев в норвежских проектах в Северном море такая структурная целостность соответствует требованиям Norsok M-630.

Ограничения, о которых вам следует знать.

По нашему опыту, компромисс заключается в точности размеров. Фланцы, изготовленные открытыми штампами, обычно покидают кузницу с допусками по размерам +/-2 мм или более, что требует более значительных допусков при механической обработке. Для партии из 200 фланцев дополнительные часы механической обработки могут превысить экономию средств за счет отказа от штамповочной оснастки.

По нашему опыту, при открытой штамповке структура зерна также менее мелкая. Поскольку деформация металла происходит за меньшее количество дискретных этапов, линии зерна могут не так точно следовать рисунку отверстий для болтов, что может снизить усталостную долговечность при высокоциклических нагрузках, например, в фланцах морских стояков.

Сравнение допусков: закрытая и открытая матрицы для фланцев трубопроводов.

Допуски — это параметр, который я чаще всего обсуждаю с инженерами-трубопроводчиками. Ниже приведено сравнение допусков, которые мы обычно соблюдаем на нашем предприятии в Нинбо.

По нашему опыту, цифры говорят сами за себя. Если ваши технические требования предусматривают точное выравнивание отверстий под болты и минимальную механическую обработку, то ковка в закрытых штампах — оптимальный вариант. Если же приоритетом является получение цельного фланца большого диаметра без затрат на оснастку, то практичным выбором станет ковка в открытых штампах.

Марки нержавеющей стали, которые мы используем для изготовления фланцев для нефтегазопроводов.

В компании Ningbo Jiangbei XinYe Metal Works я работаю с аустенитными, дуплексными и супердуплексными марками нержавеющей стали. Выбор марки зависит от условий эксплуатации. Вот марки, которые я чаще всего обсуждаю с покупателями:

Сталь 304L (UNS S30403) — это основной материал для трубопроводов, работающих с низкохлоридными, не содержащими сероводорода веществами. Я часто вижу её в качестве материала для трубопроводов для закачки воды и систем сбора газа низкого давления на наземных месторождениях в Техасе и Альберте.

Сталь 316L (UNS S31603) содержит молибден, что повышает её стойкость к питтинговой коррозии. Это стандартный материал для морских трубопроводов в Мексиканском заливе, Северном море и Западной Африке. Как производитель кованой нержавеющей стали, мы храним на складе заготовки из стали 316L диаметром от 100 до 600 мм для быстрой обработки заказов.

Дуплексная сталь 2205 (UNS S31803 / S32205) обладает вдвое большей прочностью на разрыв, чем сталь 316L, и лучшей стойкостью к коррозии под воздействием хлоридов. Я видел, как её используют для подводных трубопроводов и надводных конструкций в норвежском и британском секторах Северного моря. Ковка дуплексной стали требует тщательного контроля температуры; мы выдерживаем заготовку при температуре 1100-1200 градусов Цельсия и охлаждаем её на воздухе, чтобы избежать осаждения сигма-фазы.

Супердуплексная сталь 2507 (UNS S32750) обеспечивает еще более высокую коррозионную стойкость. Она предназначена для работы в самых агрессивных средах с высоким содержанием кислых и хлоридных веществ, таких как скважины высокого давления и высокой температуры в норвежском Северном море и глубоководные месторождения у берегов Бразилии. Мы кованые фланцы из стали 2507 с закрытой штамповкой до NPS 36 и открытой штамповкой до NPS 60.

Сценарии внедрения: как метод "формирования" применяется в реальных проектах

Сценарий 1: Подводная врезка трубопровода в Северном море, Норвегия

По нашему опыту, норвежскому EPC-подрядчику потребовалось 320 фланцев с приварной горловиной класса 900 диаметром 12 дюймов из дуплексной стали 2205 для подводного анкерного соединения. Спецификация требовала размеров по стандарту ASME B16.5 с допуском на болтовое отверстие +/-0,25 мм и 100% ультразвуковым контролем в соответствии со стандартом ASME SA-388.

Мы рекомендовали ковку в закрытых штампах. Инвестиции в оснастку оправдали объем работ, а жесткие допуски на болтовые отверстия обеспечили идеальное выравнивание с подводным соединителем фонтанной арматуры. Мы поставили полностью обработанные фланцы за 10 недель с контролем качества, подтвержденным DNV. Заказчик сообщил об отсутствии брака при подгонке.

Сценарий 2: Расширение наземного газопровода, Саудовская Аравия

По нашему опыту, одному из саудовских партнеров по проектированию, закупкам и строительству потребовалось 18 фланцев класса 150 длиной 48 дюймов из стали 316L для газокомпрессорной станции в Восточной провинции. Фланцы оказались слишком большими для стандартных штамповочных комплектов, и количество не оправдывало изготовление оснастки на заказ.

Мы использовали открытую штамповку. Начиная с заготовки из стали 316L весом 2800 кг, мы выковали ее до приблизительных размеров, а затем обработали на станке с соблюдением допусков ASME B16.47 серии A. Срок выполнения заказа в 14 недель соответствовал графику строительства.

Сценарий 3: Трубопроводы на верхней палубе плавучей установки для добычи, хранения и отгрузки нефти (FPSO), Нигерия.

По нашему опыту, для плавучей установки для добычи, хранения и отгрузки нефти (FPSO) на верфи в Лагосе потребовалось 600 фланцев с приварной горловиной класса 300 диаметром 8 дюймов из стали 316L для надводных трубопроводов. Срок поставки составлял 8 недель с момента заказа до поставки на условиях CIF в Лагос.

Мы выбрали метод ковки в закрытых штампах и использовали уже имеющуюся полость штампа с точностью до 0,5 мм от требуемых размеров, что позволило сократить время на механическую обработку штампа. Ковка началась в течение 48 часов, а первая партия была отгружена через 5 недель. Заказчик добился 98% успеха гидростатических испытаний с первого раза, что, по нашему мнению, обусловлено жесткими допусками фланцев закрытых штампов.

Сценарий 4: Плановый ремонт нефтеперерабатывающего завода, США

Для планового останова нефтеперерабатывающему заводу на побережье Мексиканского залива в Техасе потребовалось 24 глухих фланца класса 600 диаметром 24 дюйма из супердуплексной стали 2507, доставка в порт Хьюстона должна была занять 6 недель.

Поскольку объем заказа был небольшим, а сплав — дорогим, мы использовали открытую штамповку, чтобы избежать затрат на штамповочную оснастку. Мы выковали заготовку из сплава 2507 в диск методом осадочной ковки, пробили центральное отверстие и обработали с допусками ASME B16.5. Мы выполнили заказ в срок.

Факторы стоимости: оснастка, выход годных материалов и механическая обработка.

Когда покупатели сравнивают ковку в закрытых и открытых штампах, они часто сосредотачиваются на стоимости штамповочной оснастки и упускают из виду различия на последующих этапах. Я всегда представляю общую картину затрат, состоящую из четырех пунктов:

1. Штамповочная оснастка. Закрытый штамповочный комплект для стандартного фланца ANSI B16.5 стоит от 3000 до 12000 долларов США в зависимости от размера и сложности. Это единовременное вложение, которое можно использовать в течение многих лет. При ковке в открытых штампах затраты на изготовление штампов отсутствуют.

2. Выход годной продукции. При ковке в закрытых штампах используется на 15-25% меньше исходного материала. Для дорогостоящих сплавов, таких как дуплексная сталь 2205 или супердуплексная сталь 2507, эта экономия может компенсировать затраты на штамповочную оснастку уже при первом заказе.

3. Время обработки. Для поковок, изготовленных в открытых штампах, требуются более значительные припуски на механическую обработку. При производстве партии из 200 фланцев я наблюдал разницу в стоимости обработки от 15 до 40 долларов США за деталь в зависимости от размера.

4. Процент брака. Поковки, изготовленные в открытых штампах, иногда не проходят контроль размеров, поскольку форма после ковки отклоняется от чертежной формы. Поковки, изготовленные в закрытых штампах, имеют гораздо более низкий процент брака, поскольку штамп обеспечивает контроль размеров.

Я всегда говорю покупателям: не сравнивайте только стоимость штампов. Сравнивайте общую стоимость с учетом материалов, обработки и брака. Для заказов свыше 50 штук ковка в закрытых штампах обычно обеспечивает более низкую общую стоимость, несмотря на инвестиции в оснастку.

Контроль качества и испытания кованых фланцев из нержавеющей стали

Каждый изготовленный нами кованый фланец из нержавеющей стали проходит многоступенчатую программу контроля качества:

Химический анализ. Для проверки химического состава мы проводим оптический эмиссионный анализ (ОЭС) каждой плавки. Для стали 316L мы подтверждаем содержание углерода ниже 0,030% и молибдена в диапазоне от 2,00% до 3,00% в соответствии со стандартом ASTM A182.

Механические испытания. Мы проводим испытания образцов на растяжение и ударную вязкость в соответствии со стандартом ASTM A370. Для дуплексных и супердуплексных марок мы проверяем, составляет ли баланс феррита и аустенита 40-60% с помощью ферритоскопа Фишера.

Неразрушающий контроль. Мы предлагаем ультразвуковой, магнитомеханический и капиллярный контроль в соответствии со стандартами ASME. Для подводных и работающих в кислой среде фланцев мы проводим 100% ультразвуковой контроль каждой поковки.

Контроль размеров. Каждый фланец проверяется на откалиброванном координатно-измерительном оборудовании. Мы регистрируем наружный диаметр, внутренний диаметр, окружность отверстий для болтов и размеры выступающей поверхности.

Испытания на коррозию. Для дуплексных и супердуплексных марок стали мы проводим испытания по стандартам ASTM A923 и ASTM G48 для проверки эффективности термообработки.

Как выбрать между ковкой в ​​закрытых и открытых штампах

При консультировании клиентов по выбору метода ковки я руководствуюсь следующей схемой принятия решений:

Выбирайте ковку в закрытых штампах, если: объем вашего заказа составляет 50 или более деталей одного размера; диаметр вашего фланца находится в пределах нашего существующего диапазона штампов (до NPS 24); ваши технические требования предусматривают жесткие допуски на отверстия для болтов и минимальную механическую обработку; и вам необходима оптимальная структура зерна для циклической эксплуатации или работы в агрессивных средах.

Выбирайте ковку в открытых штампах, если: объем вашего заказа менее 20 штук; диаметр фланца превышает NPS 36; вам требуется нестандартная длина ступицы или профиль по индивидуальному заказу; ваш график не позволяет учесть время изготовления штампа; или ваш бюджет не позволяет изготовить оснастку для разового заказа.

Если вы не уверены, какой метод вам подходит, пришлите мне свой чертеж, и я предоставлю вам расценки на оба варианта, а также технические рекомендации. Вы можете связаться со мной через наш сайт.ковка из нержавеющей сталистраница или через нашпоставщик кованых деталей на заказФорма запроса.

Клиентам из автомобильной и аэрокосмической отраслей, которые также рассматривают варианты ковки, я рекомендую посетить наш специализированный сайт.Услуги ковки для автомобильной и аэрокосмической промышленностистраница, на которой рассматриваются марки материалов и требования к испытаниям, специфичные для этих отраслей.

Отраслевые стандарты и спецификации

Кованые фланцы из нержавеющей стали для нефтегазопроводов должны соответствовать множеству отраслевых стандартов. Я считаю, что понимание этих стандартов помогает покупателям составлять четкие заказы на закупку и избегать двусмысленности при проверке.

Стандарт ASME B16.5 охватывает фланцы для труб диаметром от NPS 1/2 до NPS 24 в классах давления от 150 до 2500, определяя размеры, допуски, материалы и маркировку.

Стандарт ASME B16.47 охватывает фланцы большого диаметра от NPS 26 до NPS 60 в классах от 150 до 900. Серия A тяжелее, серия B легче. В проектах по строительству морских сооружений в Северном море обычно используется серия A.

Стандарт ASTM A182 описывает кованые фланцы и фитинги из легированных и нержавеющих сталей, предназначенные для эксплуатации при высоких температурах, и определяет химический состав, механические свойства, термообработку и методы испытаний.

Стандарт NACE MR0175 / ISO 15156 определяет требования к материалам для работы в средах, содержащих сероводород. Если по вашему трубопроводу транспортируется H2S, материал фланцев должен быть сертифицирован в соответствии с этим стандартом.

Norsok M-630 — это норвежский стандарт для технических характеристик материалов трубопроводов, часто используемый в проектах на норвежском континентальном шельфе. Он дополняет стандарт ASTM A182 требованиями к ударопрочности, коррозионной стойкости и ферритостойкости.

Для дальнейшего ознакомления я рекомендую следующее:Статья Википедии о подделке, тоМинистерство энергетики США, АШРАЕ, иSAE Internationalсоответствует стандартам автомобильной промышленности.

Часто задаваемые вопросы

Заключение: Выберите метод, подходящий для вашего проекта.

Я рассмотрел основные различия между ковкой в ​​закрытых и открытых штампах при изготовлении фланцев из нержавеющей стали. На мой взгляд, вот краткое изложение:

Для крупномасштабных проектов, где важны допуски, плотность зерна и общая стоимость, я рекомендую ковку в закрытых штампах. Она обеспечивает стабильность, необходимую вашей бригаде на откосе, и структурную целостность, необходимую вашему трубопроводу для безопасной эксплуатации в течение десятилетий.

Для небольших партий фланцев большого диаметра или нестандартного профиля я считаю, что ковка в открытых штампах обеспечивает гибкость без необходимости вкладывать средства в штампы. Просто нужно учитывать более тяжелую механическую обработку и более широкие допуски.

В любом случае, я здесь, чтобы помочь вам. Я ежедневно работаю с международными покупателями, занимаясь проверкой чертежей, выбором материалов и планированием заказов. Наш завод использует оборудование японского производства в сочетании со строгой программой контроля качества, чтобы поставлять кованые фланцы из нержавеющей стали, отвечающие самым высоким требованиям нефтегазовой отрасли.