Koudgetrokken buis is naadloze mechanische buizen op maat gemaakt door ze door een matrijs en over een doorn te trekken om nauwkeurige toleranties en hoge vloeigrens te bereiken. Hoewel dit voornamelijk wordt geregeld door ASTM A519 , wordt de toepassing ervan in zure serviceomgevingen strikt beperkt door NACE MR0175/ISO 15156 . Het is alomtegenwoordig in hydraulische cilinders en boorgatgereedschappen, maar faalt catastrofaal via Sulfide Stress Cracking (SSC) als het resterende koudewerk aan het oppervlak de 22 HRC overschrijdt.
VRAGEN IN HET VELD OVER KOUDGETROKKEN BUIS
Waarom slagen mijn ASTM A519-slangen niet voor de SSC-tests ondanks het behalen van de MTR's van de fabriek?
Standaard molen-MTR's rapporteren de hardheid gemeten bij de middenwand (middenstraal) volgens ASTM A370. Dit mist de gelokaliseerde, door werk geharde 'huid' (0,1-0,5 mm diep) op de ID/OD, veroorzaakt door de trekmatrijs. Deze huid overschrijdt vaak de NACE 22 HRC-limiet, waardoor scheuren ontstaan, zelfs als de kern soepel is.
Is de voorwaarde 'Stress Relieved' (SR) voldoende voor naleving van de NACE?
Over het algemeen niet. Standaard spanningsontlastingstemperaturen zijn vaak te laag om de sterk belaste oppervlaktekorrels die door koudtrekken ontstaan, volledig te herkristalliseren. Om een uniform hardheidsprofiel van minder dan 22 HRC (250 HV) door de hele wand te garanderen, vereist de buis doorgaans normaliseren of afschrikken en temperen (Q&T).
Kunnen we de oppervlaktehardheid verifiëren met behulp van draagbare Leeb- of UCI-testers?
Nee. Draagbare rebound (Leeb) of ultrasone contactimpedantie (UCI) testers hebben niet de diepteresolutie om nauwkeurig een dunne huid van 200 micron te meten. Ze lezen het onderliggende bulkmateriaal. Alleen microhardheidstests in het laboratorium (Vickers/Knoop) op een gepolijste doorsnede leveren geldige gegevens op voor de conformiteit van het oppervlak.
De technische scheiding: ASTM A370 versus NACE MR0175
Het belangrijkste technische gevaar bij koudgetrokken buizen in zure toepassingen is de 'compliance gap' tussen productienormen en toepassingsfysica. ASTM A519 is een mechanische slangspecificatie, geen drukvat- of lijnleidingstandaard. Het houdt niet inherent rekening met kraakmechanismen in de omgeving.
Het koudtrekproces – het trekken van staal door een matrijs om de buitendiameter te verminderen en over een doorn om de binnendiameter in te stellen – genereert extreme plastische vervorming aan het oppervlak. Dit resulteert in een 'huideffect' waarbij de buitenste en binnenste 500 micron hardheidspieken van 35–40 HRC kunnen vertonen, terwijl de middenwand een soepele 19 HRC blijft.
Waarom veroorzaakt een dunne oppervlaktelaag een totaal catastrofaal falen?
In zure omgevingen is H2S-kraken een door het oppervlak geïnitieerd mechanisme. Zodra zich een microscheurtje vormt in de broze, niet-meegevende huid (meer dan 250 HV), werkt deze als een scherpe inkeping. Deze inkeping verhoogt de spanningsintensiteitsfactor dramatisch, waardoor de scheur zich dynamisch kan voortplanten door het zachtere, meegevende middenwandmateriaal.
De tabel met nalevingsgeschillen
Ingenieurs krijgen vaak te maken met weerstand van fabrieken als ze warmtepartijen afwijzen op basis van oppervlaktemetingen. Het begrijpen van de tegengestelde logica is van cruciaal belang voor arbitrage.
Partijargument
Technische
Realiteit
Molen (Leverancier)
'Getest volgens ASTM A370 in het midden van de straal. Resultaat: 19 HRC. Materiaal voldoet aan de eisen.'
ASTM A370 meet bulkeigenschappen. Het voldoet juridisch aan de aankoopspecificaties, maar negeert de fysica van SSC-initiatie.
Gebruiker (ingenieur)
'Het laboratorium heeft 280 HV (27 HRC) op het ID-oppervlak gevonden. Warmte afwijzen.'
NACE MR0175 §7.3.3 schrijft voor dat het bevochtigde oppervlak <22 HRC moet zijn. Als de vloeistof de huid raakt, moet de huid zacht zijn.
Techniek: Accepteer nooit een generieke 'NACE Compliant'-verklaring op een MTR voor koudgetrokken buizen zonder de specifieke testlocatieprotocollen te bekijken die door de fabriek worden gebruikt.
Wanneer koudgetrokken buis de verkeerde keuze is
As-Drawn of Stress-Relieved in Zone 3 Sour Service: Zonder volledige warmtebehandeling (Normalisatie/Q&T) is het risico op pieken in de oppervlaktehardheid te hoog voor kritische H2S-partiële drukken.
Onbewerkte oppervlakken in vermoeidheidstoepassingen: De microdefecten en matrijssporen die inherent zijn aan het tekenproces fungeren als spanningsverhogers; als de buis niet wordt geslepen of machinaal bewerkt, wordt de levensduur van de vermoeiing aangetast.
Hogedrukwaterstofservice zonder volumetrische BDE: ASTM A519 schrijft standaard geen ultrasoon testen (UT) voor. Lamineringen of insluitsels die door het trekken worden uitgerekt, kunnen in waterstof onder hoge druk blaren veroorzaken.
Inkoopmandaten: overschrijven van ASTM A519
Om koudgetrokken buizen veilig te kunnen gebruiken in zure omgevingen, moet het inkoopbeleid expliciet de leemte in de naleving dichten. Het vertrouwen op standaard onderdeelnummers is onvoldoende.
Belangrijkste bestelspecificaties
Warmtebehandeling: Specificeer 'Genormaliseerd' of 'Quench & Tempered' in plaats van 'Stress Relieved' (SRA). Dit zorgt ervoor dat de microstructuur wordt gereset, waardoor de door het werk verharde huid wordt geëlimineerd.
Verificatie van de hardheid: Voeg een aanvullende vereiste toe: 'Hardheidstesten omvatten metingen van de buitendiameter en binnendiameter (HV5 of HV10) naast de standaard tests in het midden van de straal. Max. 250 HV10 op alle bevochtigde oppervlakken.'
Conditie van het oppervlak: Specificeer 'Vrij van stempels, ronden en zware oxiden', omdat defecten in de topologie van het oppervlak de opname van waterstof verergeren.
Wat is de impact op de kosten van het aanvragen van oppervlaktehardheid dwars?
Het toevoegen van specifieke dwarsvlakken met microhardheid voegt doorgaans <5% toe aan de testkosten, maar voorkomt 100% van de 'Skin Effect'-fouten. De kosten van een enkele veldstoring zijn vele malen groter dan de testkosten.
Gespecialiseerde veelgestelde vragen: naleving van koudgetrokken buizen
Hoe lossen we hardheidsgeschillen op als de resultaten van het veldlaboratorium in tegenspraak zijn met de MTR's van fabrieken?
Geschillen ontstaan vrijwel altijd vanuit de testlocatie. Als de molen de middenmuur heeft getest (A370) en het veldlab de ondergrond heeft getest (NACE-intentie), dan heeft het veldlab gelijk wat betreft geschiktheid voor gebruik. Om dit op te lossen kunt u een gezamenlijke getuigentest van een derde partij aanvragen, waarbij de nadruk ligt op een microhardheidstraject (elke 0,1 mm van oppervlak tot kern getest). Als het hardheidsprofiel 'U-vorm' bestaat, was het spanningsverlichtingsproces van de molen onvoldoende.
Wat is de minimale materiaalverwijdering die nodig is om de koudbewerkte huid te verwijderen?
Hoewel variabel op basis van de reductieverhouding, is een conservatieve vuistregel dat de huid met hoge hardheid 0,25 mm tot 0,5 mm in de muur steekt. Als de buis wordt gekocht als 'bewerkingsmateriaal' (bijvoorbeeld voor voeringen), wordt bij machinale bewerking op 1,0 mm van de binnendiameter/buitendiameter effectief de niet-conforme laag verwijderd, waardoor de eigenschappen van het bulkmateriaal weer relevant worden.
Garandeert de 'Peel and Polish'-verwerking NACE-conformiteit voor koudgetrokken buizen?
Niet inherent. Door het afpellen worden de buitendiameterdefecten en een deel van de door het werk geharde laag verwijderd, maar wordt de ID (binnendiameter) niet aangepakt. In buisvormige toepassingen waarbij de procesvloeistof intern is (bijvoorbeeld stroomleidingen, injectiepennen), is een afgepelde buitendiameter niet relevant voor het corrosiemechanisme dat op de binnendiameter optreedt. De ID moet worden aangescherpt of chemisch worden behandeld, of de buis moet thermisch worden genormaliseerd.
Waarom is ASTM A519 ondanks de hoge sterkte vaak verboden in offshore structurele toepassingen?
ASTM A519 mist de Charpy V-Notch (CVN) slagvastheidseisen die standaard gelden in specificaties voor structurele buizen zoals API 5L of EN 10225. Koudtrekken verhoogt de vloeigrens maar vermindert de ductiliteit en taaiheid aanzienlijk. In offshore-omgevingen met lage temperaturen creëert dit een risico op brosse breuk, onafhankelijk van de problemen met de naleving van de servicevoorschriften.
