Трубы из углеродистой стали (сокращенно трубы CS) являются основой мировых нефтегазовых, промышленных и инфраструктурных трубопроводных систем. Ежегодно устанавливается больше труб из углеродистой стали, чем труб из всех других материалов вместе взятых. Эта категория охватывает все: от труб общего назначения класса 40 до толстостенных газотранспортных труб API 5L X70, объединенных одной определяющей характеристикой: углерод, а не легирующие элементы, придает стали прочность.
ZC Steel Pipe производит и экспортирует трубы из углеродистой стали по трем основным стандартам — ASTM A53, ASTM A106 и API 5L — как в бесшовных, так и в сварных формах (ERW, LSAW/DSAW). Это руководство представляет собой рабочий справочник для инженеров и менеджеров по закупкам, определяющих трубы CS: чем различаются марки, когда применяется каждый стандарт, какие размеры доступны и как избежать наиболее распространенных ошибок в спецификациях.
1. Что такое трубы из углеродистой стали?
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Труба из углеродистой стали — это стальная труба, в которой углерод является основным легирующим элементом без значительного преднамеренного добавления хрома, никеля, молибдена или других легирующих элементов. Содержание углерода обычно колеблется от 0,04% до 0,35% в зависимости от марки и стандарта. Марганец, кремний, фосфор и сера присутствуют в небольших количествах в виде остатков или преднамеренных добавок для раскисления и контроля механических свойств, но они не являются доминирующим механизмом легирования. Это отличает углеродистую сталь от легированной стали (куда такие элементы, как Cr, Mo, V добавляются для придания особых жаропрочных или коррозионных свойств) и нержавеющей стали (где Cr ≥ 10,5%).
Трубы из углеродистой стали подразделяются по содержанию углерода на три диапазона, которые в целом определяют прочность и свариваемость:
| Классификация |
Содержание углерода |
Характеристики |
Типичное использование труб |
| Низкоуглеродистая (мягкая сталь) |
0,04–0,25% |
Высокая пластичность, хорошая свариваемость, низкая прочность. |
A53 Gr.A, API 5L B–X52, конструкционная труба |
| Средний углерод |
0,25–0,45% |
Сбалансированная прочность/пластичность, умеренная свариваемость. |
A106 Gr.C, механические трубки, котельная труба |
| Высокоуглеродистый |
0,45–0,65% |
Высокая прочность, пониженная свариваемость, хрупкость. |
Редко используется в напорных трубах; буровые штанги конструкционные |
На практике подавляющее большинство труб CS, используемых в нефтегазовой и промышленной сферах, относятся к низко- и среднеуглеродистому диапазону. Более прочные марки API 5L (X65, X70, X80) достигают своей прочности за счет микролегирования и термомеханической прокатки, а не за счет увеличения содержания углерода, поэтому современные высококачественные трубопроводные трубы могут иметь содержание углерода всего 0,10%.
Примечание о закупке — «Труба CS» в ведомости материалов
Когда в MTO трубопровода просто говорится «Труба CS» без указания стандарта, это почти всегда означает ASTM A106, класс B в мире перерабатывающих предприятий и API 5L в мире трубопроводов. Если вы запрашиваете MTO, а стандарт не указан, спросите об этом перед заказом. Неправильный стандарт, доставленный на объект, может не пройти проверку, даже если механические свойства трубы технически схожи — соответствие нормам имеет значение на этапе сварки и сертификации конструкции.
2. Три основных стандарта: A53, A106, API 5L.
Три стандарта охватывают подавляющее большинство труб из углеродистой стали, используемых в мировой нефтегазовой, нефтехимической и промышленной отраслях. Каждый из них имеет отдельную область действия и написан для конкретного контекста службы.
| Характеристика |
ASTM A53 |
ASTM A106 |
API 5L |
| Объем |
Общего назначения — транспорт жидкости, конструкционный |
Высокотемпературная бесшовная работа под давлением |
Передача нефти и газа по трубопроводам |
| Форма |
Бесшовные и сварные (Тип Е, S, F) |
Только бесшовные |
Бесшовные и сварные (ERW, LSAW, SSAW) |
| Оценки |
А, Б |
А, Б, С |
Б, X42–X80 (PSL1 и PSL2) |
| Макс. температура |
~370°С (700°Ф) |
~593°С (1100°Ф) |
Обычно температура окружающей среды до ~120°C (зависит от условий эксплуатации) |
| Гидростатические испытания |
Необходимый |
Необходимый |
Обязательно (PSL1 и PSL2) |
| Испытание на удар (CVN) |
Не требуется |
Не требуется |
Только PSL2 (обязательно) |
| Применимый код (завод) |
АСМЭ Б31.3, Б31.1 |
АСМЭ Б31.3, Б31.1 |
АСМЭ Б31.4, Б31.8 |
| Типичное использование |
Вода, пар, общие жидкости, конструкционные |
Технологическое предприятие, нефтеперерабатывающий завод, трубопроводы котла |
Линии транспортировки сырой нефти, газа, продукта |
Более подробное описание каждого стандарта можно найти в специальных руководствах ZC:
Критический инженерный момент: никогда не заменяйте стандарты без проверки норм
ASTM A106, класс B и API 5L, класс B, имеют почти одинаковый минимальный предел текучести и предел прочности при растяжении. Инженеры иногда считают их взаимозаменяемыми. Это не так — каждый стандарт имеет разные таблицы химического состава, частоту испытаний, требования к термообработке и требования к маркировке. Что еще более важно, A106 написан для кодов заводских трубопроводов (ASME B31.3), а API 5L — для кодов трубопроводов (ASME B31.4/B31.8). Замена одного на другое без явной проверки кода и технического одобрения является несоответствием, которое может привести к аннулированию сертификата проекта. Видеть:
ASTM A106 и API 5L — могут ли они использоваться взаимозаменяемо? →
3. Марки и механические свойства
Классы ASTM A53
| Марка |
SMYS (МПа / тыс.фунтов на квадратный дюйм) |
SMTS (МПа / тыс.фунтов на квадратный дюйм) |
Макс. C (%) |
Форма |
| А53 Класс А |
205/30 |
330/48 |
0,25 (С) / 0,30 (Вт) |
Бесшовные и сварные |
| А53 Класс Б |
241 / 35 |
414/60 |
0,30 (С) / 0,30 (Вт) |
Бесшовные и сварные |
Степень B, безусловно, является наиболее часто определяемой из двух. Тип S (бесшовный) и тип E (электросварка) являются распространенными формами; Тип F (стыковая сварка в печи) редко используется в новых проектах. Полную таблицу химических показателей и испытаний A53: Руководство поставщика ASTM A53 →
Классы ASTM A106
| Марка |
SMYS (МПа/фунт/дюйм) |
SMTS (МПа/фунт на квадратный дюйм) |
Макс. C (%) |
Типичная эксплуатация |
| А106 Класс А |
207/30 |
331 / 48 |
0.25 |
Низкое давление, умеренная температура |
| А106 Класс Б |
241 / 35 |
414/60 |
0.30 |
Стандартные трубопроводы технологической установки |
| А106 Класс С |
276 / 40 |
483 / 70 |
0.35 |
Высокое давление, повышенная температура |
Подавляющее большинство труб А106, заказываемых по всему миру, приходится на марку B. Марка C используется там, где расчетное давление требует более высокого предела текучести без перехода на легированную сталь. А106 — только бесшовный — сварной формы в этом стандарте нет. Для полной спецификации: Руководство поставщика ASTM A106 →
Классы API 5L
| Марка |
SMYS (МПа / тыс.фунтов на квадратный дюйм) |
SMTS (МПа / тыс.фунтов на квадратный дюйм) |
PSL1 |
PSL2 |
Применение |
| Оценка Б |
241 / 35 |
414/60 |
Да |
Да |
Сборы, линии низкого давления |
| х42 |
290/42 |
414/60 |
Да |
Да |
Сбор, распространение |
| Х52 |
359/52 |
455/66 |
Да |
Да |
Газ и жидкость среднего давления |
| Х60 |
414/60 |
517/75 |
Да |
Да |
Магистральные газопроводы |
| х65 |
448 / 65 |
531/77 |
Да |
Да |
Газ высокого давления, морской |
| Х70 |
483 / 70 |
565/82 |
Да |
Да |
Передача газа на большие расстояния |
| х80 |
552/80 |
621/90 |
Нет |
только PSL2 |
Газопроводы сверхвысокого давления |
API 5L поставляется в двух уровнях спецификации продукта. PSL1 — это базовый вариант с минимальными требованиями к химическому составу и прочности на растяжение. PSL2 добавляет более строгие химические характеристики, обязательные испытания на удар CVN, ультразвуковой контроль сварных швов и ограничения на соотношение Y/T, что требуется большинством национальных норм и правил трубопроводов для работы под высоким давлением. Полное руководство по классам API 5L →
Инженерный взгляд — почему высокие марки API 5L являются низкоуглеродистыми.
В трубах X70 и X80 часто содержится меньше углерода, чем в X52, иногда всего лишь 0,06–0,10%. Высококачественная труба API 5L достигает предела текучести за счет микролегирования (добавки Nb, V, Ti на уровне 0,05–0,10%) в сочетании с термомеханической контролируемой обработкой (TMCP), а не за счет добавления большего количества углерода. Более высокое содержание углерода ухудшит ударную вязкость сварного шва и повысит склонность к водородному растрескиванию в кислых средах. Это противоречивый факт, который бросается в глаза инженерам по снабжению, незнакомым с современной металлургией линейных труб.
4. Бесшовные и сварные трубы из углеродистой стали
Трубы из углеродистой стали производятся двумя принципиально разными способами, и выбор между ними влияет на стоимость, доступность, производительность и применимые стандарты.
Бесшовный (СМЛС)
Процесс:
прокалывание и рулон заготовки
Диапазон наружного диаметра:
6–610 мм (до ~24 дюймов)
Однородность стены:
Хорошая (эксцентриситет ≤12,5%)
Сварной шов:
нет
Стандарты:
A53-S, A106, API 5L бесшовные.
Предпочтительно для:
высокого давления, кислой среды, высокой температуры.
Стоимость по сравнению со сварными:
выше (15–35%)
ВПВ (электросварка)
Процесс:
полоса → рулонная форма → контактная сварка.
Диапазон наружного диаметра:
21–610 мм.
Равномерность стены:
отличная (прокатка полосы)
Сварной шов:
Продольный, без присадочного металла.
Стандарты:
A53-E, API 5L ERW
Предпочтительно для:
распределения, умеренного давления.
Стоимость по сравнению с бесшовным:
ниже
ЛСАВ / ДСАВ
Процесс:
Пластина → JCOE/UOE → Сварной шов SAW.
Диапазон наружного диаметра:
406–1626 мм (16–64 дюйма)
Равномерность стен:
Хорошая (прокатка листового металла)
Сварной шов:
Продольный, внутри + снаружи ПАВОЙ.
Стандарты:
API 5L LSAW/DSAW, ASTM A252.
Предпочтительно для:
линий электропередачи большого диаметра.
Стоимость по сравнению с бесшовным:
ниже при большом наружном диаметре
SSAW (Спиральная ПИЛА)
Процесс:
Полоса → спиральная форма → сварной шов SAW.
Диапазон наружного диаметра:
219–3048 мм.
Однородность стены:
Умеренная
Сварной шов:
Спиральный (винтовой)
Стандарты:
API 5L SSAW, GB/T 9711.
Предпочтительно для:
воды, свай, газа низкого давления.
Стоимость по сравнению с бесшовностью:
самая низкая при большом OD
Выбор между бесшовными и сварными изделиями зависит от диаметра, давления, температуры, условий эксплуатации и применимых норм, а не просто от стоимости. Подробное руководство: Бесшовные или сварные трубы из углеродистой стали — как выбрать →
Примечание: когда допустимо и неприемлемо ERW
Трубы ERW исторически имели репутацию уязвимых сварных швов при работе в кислых средах, но современные высокочастотные ERW (HF-ERW) с ультразвуковым контролем сварных швов по всей длине широко применяются в приложениях API 5L, включая сбор малосернистого газа. Проблемы наследия связаны с трубами из низкочастотных ВПВ (LF-ERW), произведенными до 1980-х годов. Для новых проектов в средах H₂S подтвердите у ответственного инженера, исключены ли ВПВ проектом NACE или спецификацией кислого обслуживания — некоторые операторы придерживаются общей политики «только бесшовного» обслуживания кислого газа независимо от текущих стандартов качества HF-ERW.
5. Диапазоны размеров и размеры
Калибровка труб из углеродистой стали осуществляется по двум параллельным системам — номинальный размер трубы (NPS) для заводских стандартов трубопроводов и наружный диаметр (НД) в мм для линейных труб API 5L. Толщина стенки указывается либо по номеру спецификации (заводской трубопровод), либо по номинальной толщине стенки в мм (линейная труба).
| Стандартный |
диапазон наружного диаметра |
Толщина стенки |
Длина |
Размер Стандартный номер |
| АСТМ А53 |
НПС ⅛ – 26 (НД 10,3–660 мм) |
Щ 10 – Щ 160, XXS |
R1/R2/R3 или случайный |
АСМЭ Б36.10М |
| АСТМ А106 |
НПС ⅛ – 48 (НД 10,3–1219 мм) |
Щ 10 – Щ 160, XXS |
R1/R2/R3 или случайный |
АСМЭ Б36.10М |
| API 5L (бесшовный) |
НД 10,3–508 мм (до ~20 дюймов) |
2,0–50,0 мм |
R1/R2/R3, стандартная длина 12 м |
API 5L Таблицы 3–8 |
| API 5L (ВПВ) |
НД 10,3–508 мм |
1,7–25,4 мм |
R1/R2/R3, стандартная длина 12 м |
API 5L Таблицы 3–8 |
| API 5L (LSAW/DSAW) |
НД 406–1626 мм (16–64 дюйма) |
6,0–40,0 мм |
6–18 м, стандарт 12 м |
API 5L Таблицы 3–8 |
Для марок от 40 (тонкостенные) до XXS (сверхпрочные) компания ZC может удовлетворить требования к размерам ASME B36.10M. Толщина стенок, выходящая за рамки стандартных спецификаций, доступна по индивидуальному заказу с минимальным количеством заказа.
6. Приложения по стандарту
ASTM A53 — Общее назначение и конструкция
A53 предназначен для эксплуатации при умеренной температуре и умеренном давлении: системы противопожарной защиты, водоснабжения, паропроводы низкого давления, трубопроводы систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и конструкционные секции, где требуются полые стальные секции. Это наиболее гибкий стандарт с точки зрения формы изготовления: тип S (бесшовный), тип E (ERW) и тип F (сварной в печи) входят в сферу его применения. Класс B является стандартной спецификацией для большинства подрядчиков и дистрибьюторов. Марка A53, характеристики и применение →
ASTM A106 — Обслуживание высокотемпературных технологических установок
A106 класса B является стандартным стандартом для бесшовных труб из углеродистой стали на нефтеперерабатывающих, нефтехимических заводах и электростанциях, где рабочая температура превышает 200°C. Это требуется согласно ASME B31.3 Process Piping для работы при высоких температурах. Более строгий контроль содержания углерода и марганца по сравнению с A53 обеспечивает достаточную прочность на надрез после длительного термического воздействия. Типичные области применения: трубопроводы питательной воды котлов, верхние трубопроводы перегонки сырой нефти, коллекторы пара и патрубки теплообменника. Полное руководство по техническим характеристикам A106 →
API 5L — Трубопроводная передача нефти и газа
API 5L является руководящим стандартом для всех труб из углеродистой стали, используемых в магистральных нефте- и газопроводах. PSL1 охватывает основные механические и химические требования для систем сбора и распределения с низким уровнем риска. PSL2 добавляет обязательные испытания на удар CVN и UT сварных швов и требуется большинством стандартов операторов и национальных правил трубопроводов для работы с газом под высоким давлением. Серия класса X (от X52 до X80) обеспечивает повышенный предел текучести для повышения эффективности стенок в конструкциях, работающих под высоким давлением. ZC поставляла трубы API 5L X65 и X70 для трубопроводных проектов в Западной Африке и на Ближнем Востоке. Полное руководство по классам API 5L →
Применение в механике и котельных трубах
Помимо трех основных стандартов, трубы из углеродистой стали также производятся по ASTM A192 (котельные трубы, низкоуглеродистые), ASTM A210 (среднеуглеродистые трубы котлов и перегревателей) и ASTM A519 (механические трубы, углеродистая и легированная сталь). Это изделия с более жесткими допусками и малым диаметром, используемые в теплообменниках, котлах и прецизионных механических узлах. ZC производит марки котельных и механических труб — см. страница продукта котельная труба → и Страница продукта с механической трубкой →
7. Как выбрать правильный стандарт
Стандартное решение о выборе сводится к четырем факторам: рабочая среда (температура, давление, тип жидкости), применимые нормы трубопровода, форма изготовления (бесшовная или сварная) и диаметр. Приведенное ниже дерево решений охватывает наиболее распространенные сценарии:
| Условия эксплуатации |
Рекомендуемые стандартные |
примечания |
| Общезаводские трубопроводы, температура окружающей среды до 370°C |
ASTM A53, класс B (бесшовный или ERW) |
Самый экономичный для некритических услуг |
| Высокотемпературная технологическая установка (выше 200°C) |
ASTM A106, класс B (только бесшовные) |
Обязательно согласно ASME B31.3 для повышенных температур. |
| Нефтегазопровод, умеренное давление |
API 5L PSL1 класса B или X42–X52 |
Линии сбора, раздачи, сладкое обслуживание |
| Передача газа под высоким давлением |
API 5L PSL2 X60–X70 |
PSL2 обязателен; проверьте применимый код конвейера |
| Трубопровод большого диаметра (>24 дюйма) |
API 5L LSAW/DSAW (PSL1 или PSL2) |
Бесшовность непрактична при наружном диаметре более ~610 мм. |
| Кислый сервис (присутствует H₂S) |
Соответствие API 5L PSL2 + NACE MR0175 |
Применяются ограничения по твердости; подтвердить объем тестирования HIC |
| Морской трубопровод или стояк |
API 5L PSL2 + дополнительные требования |
DNV-ST-F101 или уровни спецификации проекта поверх API 5L |
| Структурный полый профиль |
ASTM A53, ASTM A500 или EN 10219. |
Не является стандартом для напорных труб — подтвердите применимость норм. |
Подробное сравнение бесшовных труб A53 и API 5L: ASTM A53 и API 5L — ключевые различия →
Для A106 и API 5L в перерабатывающих предприятиях: ASTM A106 и API 5L — могут ли они использоваться взаимозаменяемо? →
Инженерный взгляд — углеродистая сталь, легированная сталь или нержавеющая сталь: когда следует модернизировать
трубы из углеродистой стали — правильный выбор для подавляющего большинства нефтегазовых и промышленных применений. Переход на легированную сталь (хромомолибденовую, например P11, P22, P91) оправдан, если рабочая температура превышает ~450°C, при которой углеродистая сталь теряет сопротивление ползучести. Переход на нержавеющую сталь или CRA (коррозионностойкий сплав) оправдан, если хлоридная коррозия или коррозия CO₂ настолько серьезны, что ингибирование или внутреннее покрытие недостаточны. Решение о модернизации имеет значительные финансовые последствия: легированная сталь обычно в 2–4 раза дороже углеродистой стали, а CRA – в 5–20 раз.
Сравнение легированной стали и углеродистой стали →
8. Кластер содержания труб из углеродистой стали ZC
ZC Steel Pipe опубликовала подробные технические руководства по всем основным темам труб из углеродистой стали. Используйте ссылки ниже, чтобы перейти к конкретному стандарту, стандарту сравнения или типу трубы, соответствующему вашему проекту.
Бесшовные трубы из углеродистой стали
Сварная труба из углеродистой стали
Специальная труба из углеродистой стали
9. Часто задаваемые вопросы
Что такое трубы из углеродистой стали?
Труба из углеродистой стали — это стальная труба, основным легирующим элементом которой является углерод, без значительных преднамеренных добавок хрома, никеля, молибдена или других легирующих элементов. Содержание углерода обычно составляет от 0,04% до 0,35% в зависимости от марки. Это наиболее широко используемый материал для труб во всем мире, охватывающий транспортировку нефти и газа (API 5L), обслуживание высокотемпературных технологических установок (ASTM A106) и транспортировку жидкостей общего назначения (ASTM A53). Термин «труба CS» в ведомости материалов или заказе на поставку означает трубу из углеродистой стали.
В чем разница между ASTM A53, ASTM A106 и API 5L?
ASTM A53 — это стандарт общего назначения для бесшовных и сварных труб из углеродистой стали, охватывающий эксплуатацию при умеренных температурах и конструкционные применения. ASTM A106 предназначен только для бесшовных труб и специально разработан для работы при высоких температурах под давлением на технологических предприятиях — он имеет более строгий химический контроль и соответствует требованиям ASME B31.3 для трубопроводов с повышенными температурами. API 5L — это стандарт для трубопроводов нефти и газа, охватывающий бесшовные и сварные трубы классов от X42 до X80 с уровнями PSL1 (базовый) и PSL2 (повышенная прочность и неразрушающий контроль). Стандарты написаны для разных контекстов обслуживания и разных норм трубопроводов — они не являются взаимозаменяемыми без инженерной проверки.
Какие марки труб из углеродистой стали?
Оценки различаются в зависимости от стандарта. ASTM A53: класс A (SMYS 205 МПа) и класс B (SMYS 241 МПа). ASTM A106: класс A (207 МПа), класс B (241 МПа), класс C (276 МПа). API 5L: классы от B до X80, где число после X означает минимальный предел текучести в тысячах фунтов на квадратный дюйм (359 МПа), X65 = 65 тысяч фунтов на квадратный дюйм (448 МПа), X70 = 70 тысяч фунтов на квадратный дюйм (483 МПа) и так далее. На практике большая часть труб из углеродистой стали, заказываемых во всем мире, приходится на марки A106 класса B и API 5L X52–X65.
Что такое труба CS?
Труба CS — это стандартное отраслевое сокращение для труб из углеродистой стали. Он указывается в ведомостях материалов трубопроводов, заказах на поставку и изометрических чертежах как сокращение для любой трубы, изготовленной в основном из углеродистой стали без антикоррозионных легирующих добавок. В контексте заводских трубопроводов «труба CS» обычно означает бесшовную трубу ASTM A106 класса B; в контексте конвейера это обычно означает API 5L. Если вы видите трубу CS без указанного стандарта, всегда подтверждайте предполагаемый стандарт перед заказом — механические свойства могут быть схожими, но применимый код, требования к испытаниям и маркировка различаются между A106 и API 5L.
В чем разница между бесшовными и сварными трубами из углеродистой стали?
Бесшовная труба изготавливается путем прошивки цельной заготовки — она не имеет сварного шва и предпочтительна для работы под высоким давлением, высокой температурой и кислой средой. Сварную трубу формируют из пластины или полосы и соединяют по шву: ERW для меньших диаметров контактной сваркой, LSAW/DSAW для больших диаметров сваркой под флюсом. Бесшовные трубы стоят дороже (обычно наценка 15–35%) и ограничены меньшими диаметрами (обычно менее 24 дюймов). Сварные трубы более экономичны для труб большого диаметра и низкого давления. Современные высокочастотные трубы ERW с полным неразрушающим испытанием принимаются для большинства надежных применений API 5L. Подробное руководство по выбору: Бесшовные или сварные — как выбрать →
Можно ли использовать трубы ASTM A106 и API 5L взаимозаменяемо?
Не обошлось и без инженерной экспертизы. A106 Grade B и API 5L Grade B имеют одинаковый минимальный предел текучести и предел прочности на разрыв, что заставляет инженеров иногда рассматривать их как эквивалентные. Но каждый стандарт имеет разные таблицы химического состава, частоту испытаний, требования к термообработке и требования к маркировке. Что еще более важно, на A106 ссылаются коды заводских трубопроводов (ASME B31.3), а на API 5L — коды трубопроводов (ASME B31.4/B31.8). Замена одного на другое требует подтверждения того, что замена приемлема в соответствии с применимыми нормами и сертификатом конструкции. Смотрите полный анализ: ASTM A106 против API 5L — можно ли их заменить? →
Запросить трубу из углеродистой стали — Стальная труба ZC
ZC Steel Pipe производит и экспортирует трубы из углеродистой стали в соответствии с ASTM A53, ASTM A106 и API 5L в бесшовных и сварных формах (ERW, LSAW/DSAW). Мы осуществляем поставки напрямую с нашего завода в городе Хайань, Китай, а также реализуем проекты в Африке, на Ближнем Востоке и в Южной Америке. Доступны сторонние проверки, серийные MTR и квалификационные пакеты для конкретного проекта.
Мэнди. w@zcsteelpipe.com
WhatsApp: +86-139-1579-1813
→ Запросить цену
