Een uitgebreide analyse van de kwaliteitsindeling van naadloze koolstofstaalbuizen: van nationale normen tot toepassingscenario's

Inleiding: Waarom is de kwaliteitsindeling van naadloze koolstofstaalpijpen cruciaal?

Naadloze koolstofstaalpijpen, die fungeren als de 'bloedvaten' van de industrie, vervullen een vitale rol bij het transporteren van vloeistoffen, het overbrengen van druk en het ondersteunen van constructies in sectoren zoals olie- en gaswinning, chemie, energieopwekking en machinebouw. Verschillende bedrijfsomstandigheden stellen zeer uiteenlopende eisen aan de prestaties van pijpmaterialen — van het transporteren van gewone vloeistoffen bij normale temperatuur en druk tot stoomleidingen onder hoge temperatuur en druk, en van algemene gebouwconstructies tot kernapparatuur in kerncentrales. Het juist kiezen van de kwaliteitsklasse van naadloze koolstofstaalpijpen heeft niet alleen invloed op de kwaliteit en veiligheid van het project, maar beïnvloedt ook direct de economische haalbaarheid van de projectinvestering.

Dit artikel geeft systematisch een overzicht van het classificatiesysteem voor naadloze koolstofstaalbuizen, van toepassingsnormen, materiaalkwaliteiten en productieprocessen tot inspectievereisten, om u te helpen de meest wetenschappelijke beslissingsweg te vinden in het complexe doolhof van materiaalselectie.

I. Kernclassificatie-dimensies van naadloze koolstofstaalbuizen
De classificatie van naadloze koolstofstaalbuizen wordt voornamelijk weerspiegeld in vier dimensies: normklasse volgens de toepassingsstandaard, materiaalklasse, kwaliteitsklasse van de fabricage en klasse van de bedrijfsomstandigheden.

1.1 Classificatie op basis van toepassingsstandaarden
De productie en toepassing van naadloze koolstofstaalbuizen in ons land volgt voornamelijk de volgende kernnationale normen, die op zichzelf al een belangrijke classificatie vormen:

Normcode | Normnaam | Kerntoepassing

GB/T 8163 Naadloze stalen buizen voor vloeistoftransport | Algemene vloeistoftransporttoepassingen, zoals olie, aardolie- en aardgas, water, lucht, enz.

GB 3087 Naadloze stalen buizen voor ketels met lage en middelhoge druk | Oververhitte stoom, kokend water, enz. in ketels met lage en middelhoge druk

GB 6479 Naadloze stalen buizen onder hoge druk voor meststofapparatuur | Apparatuur en leidingen voor meststofproductie onder hoge druk, inclusief toepassingen bij lage temperaturen

GB 9948 Naadloze stalen buizen voor aardoliecracking | Eenheidsinstallaties voor aardoliecracking, waarbij GB 8163 niet geschikt is

GB/T 5310 Naadloze stalen buizen voor ketels onder hoge druk | Leidingen voor oververhitte stoom in ketels onder hoge druk

GB/T 8162 Naadloze stalen buizen voor constructietoepassingen | Algemene constructieve en mechanische constructies, zoals bouw- en machineonderdelen

GB/T 9711 Staalbuizen voor het transport van olie en gas in de olie- en gasindustrie | Langeafstands-olie- en gasleidingen

Het is opmerkelijk dat speciale sectoren, zoals kerncentrales, specifieke classificatiestandaarden hebben. Bijvoorbeeld specificeert GB/T 24512.1 de classificatievereisten voor naadloze koolstofstaalbuizen die worden gebruikt in kerncentrales, en is van toepassing op apparatuur van klasse 1, 2 en 3.

1.2 Classificatie op basis van materiaalkwaliteit

Veelvoorkomende materiaalkwaliteiten voor naadloze koolstofstaalbuizen zijn:

Laagkoolstofstaalsoorten: staalsoort 10, staalsoort 20 – voornamelijk gebruikt voor buisleidingen voor vloeistoftransport

Middelkoolstofstaalsoorten: staalsoort 35, staalsoort 45 – voornamelijk gebruikt voor onderdelen voor mechanische fabricage

Laaggelegeerde staalsoorten: Q345 (16Mn), 09MnV – gebruikt voor toepassingen waarbij hogere sterkte vereist is.

II. Diepgaande analyse van kernstandaardkwaliteiten

2.1 Naadloze stalen buizen voor vloeistoftransport (GB/T 8163)

Dit is de meest basale norm voor naadloze koolstofstaalbuizen en is van toepassing op olie-, aardolie- en nutsvoorzieningsmedia onder omstandigheden met een ontwerptemperatuur lager dan 350 ℃ en een druk lager dan 10,0 MPa.

Materiaalkwaliteiten: 10, 20, Q345, enz.

Inspectievereisten: Chemische samenstellinganalyse, trekproeven, platdrukproeven en hydrostatische proeven zijn verplicht. Vlaring- en koudbuigproeven kunnen vereist zijn op basis van de overeenkomst.

Productieproces: Wordt voornamelijk gesmolten in openhaardovens of convertors, wat relatief meer onzuiverheden en interne gebreken oplevert.

Toepassingsgebieden: Algemene industriële pijpleidingen, waterzuiveringsystemen en transport van vloeistoffen onder lage druk.

2.2 Naadloze stalen buizen voor ketels met lage en middelhoge druk (GB 3087): Een norm die specifiek is ontworpen voor ketelsystemen en van toepassing is op leidingen voor oververhitte stoom en kokend water in ketels met lage en middelhoge druk.

Materiaalkwaliteiten: 10, 20

Inspectievereisten: Naast de algemene proeven is een koudbuigproef verplicht.

Productieproces: Vergelijkbaar met 8163; wordt gesmolten in openhaardovens of convertors, met iets strengere eisen aan de kwaliteitscontrole.

Toepassingsgebieden: Openbare stoomleidingen in ketels, elektriciteitscentrales, verwarmingssystemen en petrochemische installaties.

2.3 Naadloze staalbuizen voor petroleumcracking (GB 9948): Specifiek ontworpen voor eenheden voor de raffinage van aardolie; geschikt voor toepassingen waarbij GB/T8163-staalbuizen niet geschikt zijn.

Materiaalkwaliteiten: 10, 20; De chroom-molybdeenstaalsoorten omvatten onder andere 12CrMo, 15CrMo.

Inspectievereisten: Naast basisproeven zijn uitwaaierings- en slagproeven vereist; de inspectievereisten zijn streng.

Vervaardigingsproces: Gebruikt voornamelijk elektrische oven-smelten met ladle-refining, wat resulteert in relatief minder chemische en interne gebreken.

Toepassingsgebieden: Olie- en olie-gasmedia met ontwerptemperaturen boven 350 ℃ of drukken hoger dan 10,0 MPa; leidingen die in de buurt van waterstof werken; omgevingen die gevoelig zijn voor spanningscorrosie.

2.4 Naadloze stalen buizen voor hogedrukmeststoffenapparatuur (GB 6479) Geschikt voor hogedrukmeststoffenapparatuur en -leidingen, geschikt voor zware bedrijfsomstandigheden van -40 ℃ tot 400 ℃ en 10,0 tot 32,0 MPa.

Materiaalkwaliteiten: 10, 20G, 16Mn, enz.

Inspectievereisten: Strikte, wettelijk voorgeschreven uitwaaierings- en slagproeven, met bijzondere eisen aan de slagtaaiheid bij lage temperaturen.

Vervaardigingsproces: De norm zelf specificeert vereisten voor ladle-refining, waardoor onzuiverheden en interne gebreken worden geminimaliseerd, wat resulteert in de hoogste kwaliteit.

Toepassingsgebieden: Lage-temperatuuromgevingen (onder -20 ℃); hogedrukchemische media; toepassingen met uiterst hoge veiligheidseisen.

2.5 Naadloze stalen buizen voor hogedrukketels (GB/T 5310) Een specifieke norm voor hogedrukketelsystemen, toepasbaar op oververhitte stoommedia in hogedrukketels.

Materiaalkwaliteiten: 20G; chroom-molybdeenstaalsoorten, waaronder 15MoG, 20MoG, 12CrMoG, 15CrMoG, enz.

Inspectievereisten: Gelijkwaardig aan 6479, strikt naleving van de uitwaaierings- en slagproeven.

Productieproces: Loodsrefining, uiterst hoge materiaalkwaliteit.

Internationale benchmarking: 20G volgens GB/T 5310 komt overeen met ASME SA-106 Gr.B; beide kunnen in internationale engineering wederzijds worden gebruikt.

2.6 Naadloze stalen buizen voor structureel gebruik (GB/T 8162): In tegenstelling tot de hierboven genoemde toepassingen voor vloeistoftransport wordt dit type product gebruikt voor algemene constructies en mechanische constructies.

Materiaalsoorten: 10, 20, 35, 45, Q345, 20Cr, 40Cr, 15CrMo, enz.

Afmetingsnauwkeurigheid: Geclassificeerd in vier kwaliteitsklassen D1 t/m D4 op basis van de afwijking van de buitendiameter; de hoogste nauwkeurigheid bedraagt ±0,50% (minimaal ±0,10 mm).

Toepassingsgebieden: Bruggen, gebouwen, machineonderdelen, dragende auto-onderdelen, hydraulische steunsystemen, enz.

III. Rangschikking en selectielogica van de productiekwaliteitsklasse

3.1 Rangschikking van kwaliteitsklassen van laag naar hoog

Op basis van smeltprocessen, inspectievereisten en prestaties in praktijktoepassingen zijn de kwaliteitsniveaus voor de productie van de bovengenoemde normen voor stalen buizen als volgt gerangschikt:

GB/T 8163 < GB 3087 < GB 9948 < GB/T 5310 < GB 6479

De rangschikking verloopt van laag naar hoog. Het is opmerkelijk dat GB 6479, vanwege de bijzondere eisen ten aanzien van slagtaaiheid bij lage temperatuur en de strengste regels voor kuipverfijning, het hoogste kwaliteitsniveau inneemt.

3.2 Kernselectielogica

Bij daadwerkelijke technische selectie moeten de volgende besluitvormingsprincipes worden gevolgd:

**Principe van overeenstemming met bedrijfsomstandigheden:** Gebruik 8163 voor algemene bedrijfsomstandigheden en 9948 of 6479 voor hoge temperatuur en hoge druk.

**Principe van temperatuurprioriteit:** Bij ontwerptemperaturen boven 350 ℃ of onder -20 ℃ wordt direct het hogere kwaliteitsniveau gekozen.

**Principe van media-specifieke eisen:** Voor toepassingen met waterstofblootstelling en omgevingen met spanningscorrosie wordt 9948 of 6479 geselecteerd.

**Principe van regelgevende naleving:** Stoomleidingen binnen het toezichtsgebied van de ketel moeten gemaakt zijn van staalbuizen volgens norm 3087 of 5310.

**Economisch principe:** Hogerwaardige stalen buizen zijn duurder (bijv. is 9948 bijna 1/5 duurder dan 8163), wat een evenwicht vereist tussen betrouwbaarheid en kosten.

3.3 Belangrijke beperkingen
Volgens de eisen van normen zoals de "Veiligheidstechnische toezichtregeling voor drukleidingen":

GB 3087- en GB-staalbuizen conform norm 8163 mogen niet worden gebruikt voor drukleidingen van klasse GC1 (tenzij elke buis onderworpen is aan ultrasoononderzoek en de kwaliteit niet lager is dan klasse L2.5, en de ontwerpdruk ≤ 4,0 MPa bedraagt).

IV. Klasse-indeling voor speciale toepassingsgebieden zoals scheepsbouw en kerncentrales

4.1 Naadloze stalen buizen voor schepen (GB/T 5312)
De leidingssystemen op schepen zijn ingedeeld in drie klassen: I, II en III, op basis van ontwerpdruk en -temperatuur:

Leidingsklasse | Eisen voor ontwerpdruk/temperatuur | Typische toepassingen

Klasse I | Hogere parameters (bijv. stoom >1,6 MPa/300 ℃) | Hoogdrukstoom-, stookoliepijpleidingen

Klasse II | Middelparameters | Middeldruksystemen

Klasse III | Lagere parameters | Laagdruk hulpinstallaties
Staalsoorten zijn 320, 360, 410, 460 en 490, waarbij de cijfers de minimale treksterkte (MPa) aangeven.

4.2 Naadloze stalen buizen voor kerncentrales (GB/T 24512.1): Naadloze koolstofstaalbuizen voor kerncentrales zijn ingedeeld volgens veiligheidsniveaus als volgt:

Niveau 1: Kernveiligheidsapparatuur van het hoogste niveau

Niveau 2: Belangrijke veiligheidsapparatuur

Niveau 3: Algemene veiligheidsapparatuur

Niet-kernkwaliteit: Conventionele eilanden en hulpinstallaties

V. Meest recente kwaliteitsclassificatie- en beoordelingssysteem Naast het traditionele standaardclassificatiesysteem heeft de sector in de afgelopen jaren een verfijnder kwaliteitsclassificatie- en beoordelingssysteem ingevoerd. Volgens T/CAS ES470700003-2022 "Regels voor kwaliteitsclassificatie en -beoordeling van industrieproducten – naadloze pijpfittingen van koolstofstaal en gelegeerd staal":

Beoordelingsdimensies:

Basiskwalificatiebeoordeling (afzonderlijk veto)

Beoordeling van de productieverzekeringscapaciteit (afzonderlijke score)

Productprestatietests (afzonderlijke score)

Kwaliteitsclassificatie: Op basis van de totale beoordelingsscore wordt onderscheid gemaakt tussen negen klassen, van hoog naar laag:

AAA, AA, A (Uitstekende klasse)

BBB, BB, B (Goede klasse)

CCC, CC, C (Geschikte klasse)

Deze classificatiemethode geeft een veel completer beeld van het werkelijke kwaliteitsniveau van het product en voldoet aan de gedifferentieerde behoeften van gebruikers met betrekking tot productkwaliteit.

VI. Richtlijnen voor selectiebeslissingen en veelvoorkomende misvattingen

6.1 Vierstapsselectiemethode
Verduidelijk de toepassing: vloeistoftransport? ketelleidingen? structurele belastingdragers?

Beoordeling van de bedrijfsomstandigheden: temperatuur, druk, media-eigenschappen, omgevingsomstandigheden

Standaarden toewijzen: selecteer toepasselijke normen op basis van de bovenstaande analyse.

Bepalen van de kwaliteit: selecteer de meest economische materiaalkwaliteit binnen het normbereik.

6.2 Veelvoorkomende misvattingen bij selectie
Misvatting 1: "8163 is veelzijdig en kan in alle situaties worden gebruikt."
Correctie: 8163 is strikt verboden bij speciale bedrijfsomstandigheden zoals hoge temperatuur, hoge druk, lage temperatuur en blootstelling aan waterstof.

Misvatting 2: "Hoe hoger de normkwaliteit, hoe veiliger het is."

Correctie: De standaardkwaliteit moet aansluiten bij de werkelijke behoeften; te ruime keuze leidt tot verspilling (bijv. wordt 5310 gebruikt voor algemene watervoorzieningsbuizen).

Misverstand 3: "Kijk alleen naar de norm, niet naar het smeltproces."

Correctie: Zelfs bij dezelfde norm beïnvloeden verschillen in het smeltproces tussen verschillende fabrikanten de werkelijke kwaliteit.

Misverstand 4: "Negeer de verschillen in inspectievereisten."

Correctie: Het kernvoordeel van hoogwaardige kwaliteitsnormen ligt in strengere inspectievereisten.

Conclusie: Wetenschappelijke selectie creëert technische waarde. De kwaliteitsindeling van naadloze koolstofstaalbuizen vormt een compleet systeem, van basis- naar hoogwaardige kwaliteit, en van algemeen naar gespecialiseerd gebruik. Een juiste materiaalkeuze dient gebaseerd te zijn op een nauwkeurige beoordeling van de bedrijfsomstandigheden, een grondige kennis van de normen en realistische kwaliteitseisen, om het optimale evenwicht te vinden tussen betrouwbaarheid en economie.

Bij het tegemoetkomen van complexe bedrijfsomstandigheden of onzekerheden wordt aanbevolen om advies in te winnen bij een professionele materiaalkundige en, indien nodig, kleine proefopstellingen uit te voeren ter verificatie. Uiteindelijk wegen de verliezen ten gevolge van een leidingbreuk als gevolg van onjuiste materiaalkeuze verreweg zwaarder dan de redelijke meerprijs die voor het materiaal is betaald.