製造プロセス: ピアス加工 vs. 成形および溶接
継目無鋼管と溶接鋼管の基本的な違いは、それぞれの製造方法にあります。シームレス パイプは、約 2,200°F (1,200 °C) に加熱された固体丸鋼ビレットから製造され、回転式ピアシング ミルを使用して中心を貫通して中空シェルを作成します。この中空管は、その後、圧延または引抜き技術によって引き伸ばされ、成形され、必要な寸法と壁厚が得られます。その結果、モノリシックで連続した構造を持ち、縦方向または螺旋状の溶接継ぎ目のないパイプが得られます。
対照的に、溶接パイプは、鋼板またはコイルを管状に成形し、長手方向またはスパイラル状の端部を溶接することによって製造されます。用途に応じてさまざまな溶接方法が使用されます。電気抵抗溶接 (ERW) では、溶加材を使用せずに溶融するまで電流を使用してスチール コイルの端を加熱し、大量生産に適した滑らかで一貫した継ぎ目を形成します。縦方向サブマージアーク溶接 (LSAW) は、大口径パイプに深い溶接溶け込みと強力なシーム品質を提供します。ヘリカル サブマージ アーク溶接 (HSAW/SSAW) は、より長い長さと設計の柔軟性を備えたパイプの製造を可能にするスパイラル シームを作成します。この製造方法の根本的な違いにより、パイプの種類ごとに異なる性能特性、コスト プロファイル、および用途の適合性が生じます。
性能特性と機械的性質
溶接継ぎ目が存在しないため、要求の厳しい用途においてシームレスパイプに明確な性能上の利点がもたらされます。溶接のないシームレスパイプは弱点を排除した均一な構造を提供し、その結果、高圧耐性と漏れ防止性能が向上します。シームレスパイプの破裂圧力は、通常、同じ仕様の溶接パイプの破裂圧力より 20 ～ 30% 高くなります。シームレスパイプは、溶接の弱い部分がないため、より高い引張強度、優れた耐食性、およびより優れた高温安定性も備えています。シームレス製造プロセスにより、残留応力が非常に低く、パイプ本体全体にわたって一貫した機械的特性を備えたパイプが製造されます。
しかし、溶接パイプは最新の溶接技術により品質が大幅に向上しました。最新の ERW および HFW プロセスでは、母材金属と同等以上の強度を持つ接合部が生成されます。それでも、溶接シームには熱影響部 (HAZ) が生じ、母材とは異なる機械的特性を持つ可能性があります。 ASME B31.3 の溶接継手効率係数 (E) は、試験基準に応じて溶接パイプの場合は 0.85 ～ 1.0 の範囲ですが、シームレス パイプは一貫した E = 1.0 を維持します。溶接パイプも熱影響部により異方性の機械的特性を示しますが、適切な熱処理により性能を向上させることができます。寸法精度の点では、溶接パイプは通常、シームレスパイプ (偏心率 ±12.5% が標準) と比較して、壁の均一性が優れています (±10% 以上)。
サイズ範囲、コスト、入手可能性
シームレスパイプと溶接パイプのサイズ機能は大きく異なります。シームレス パイプは通常、NPS 1/8 から約 NPS 24 までの公称パイプ サイズで入手できます。対照的に、溶接パイプは、NPS 1/2 から NPS 80 以上の範囲のはるかに大きな直径で製造できます。 API 5L アプリケーションの場合、シームレス実行は通常 28 インチまで利用可能ですが、溶接実行 (特に LSAW) は 80 インチ以上に達することがあります。
経済的な観点から見ると、溶接パイプは一般にシームレスパイプよりも 20 ～ 40% 安価です。継目無鋼管の製造コストは高く、材料利用率は70～80％程度となります。しかし、溶接鋼管は材料利用率が 95% を超えて継続的に生産できるため、特に大口径のパイプセグメントでは価格面で大きなメリットがあります。リードタイムも異なります。シームレスパイプはサイズが大きい場合に長いリードタイムを必要としますが、溶接パイプはリードタイムが短く、在庫が豊富にあるという利点があります。表面仕上げももう 1 つの特徴的な要素です。シームレス パイプは一般に粗い表面 (熱間仕上げ) を持ちますが、溶接パイプはより滑らかな表面仕上げを提供します。
アプリケーションドメインと選択基準
シームレスパイプと溶接パイプのどちらを選択するかは、特定の用途要件、圧力条件、極端な温度、予算の制約によって決定する必要があります。シームレスパイプは、重要な高圧および高温の用途には必須であるか、または強く推奨されます。これらには、継手係数が 1.0 未満の溶接パイプの ASME B31.3 制限を超える設計圧力、熱影響部の亀裂リスクを最小限に抑える必要がある過酷な使用環境 (NACE MR0175/ISO 15156)、400°C を超える高温使用 (ASTM A335 合金グレード)、および -46°C 未満の低温使用 (ASTM A333) が含まれます。一般的なシームレス パイプの用途には、高圧流体輸送用の石油およびガスのパイプライン、化学および石油化学処理システム、発電および熱交換器のチューブ、自動車および航空宇宙の油圧ライン、衛生的なフロー システムを必要とする製薬および食品加工プラントなどがあります。継目無鋼管は、使用圧力が 10MPa を超える油圧システム、温度が 350°C を超える蒸気管、腐食性媒体の輸送パイプラインにも指定されています。
溶接パイプは、シームレス オプションが利用できないか法外に高価な大口径パイプライン (NPS 24 以上)、ASTM A500 または EN 10219 に準拠した構造用途、送水および低圧公共事業、コストと納期が決定要因となるプロジェクトでは、一般に許容されるか推奨されます。溶接パイプは、建築構造のサポート、低圧流体供給システム、および現場での変更が必要な非標準パイプに一般的に使用されます。都市ガスパイプラインや低圧水道パイプラインなどの従来の用途では、一般に、よりコスト効率の高い溶接パイプが最適な選択となります。
品質管理と検査の要件
品質保証と検査の要件は 2 つのパイプ タイプで異なります。シームレスパイプでは、肉厚の均一性と楕円性のテストに重点を置く必要があります。溶接パイプは、溶接の完全性を検証するために、X 線探傷検査や超音波検査などの溶接部の包括的な非破壊検査を受ける必要があります。シームレス パイプの一般的な仕様には ASTM A106、A335、API 5L が含まれますが、溶接パイプの仕様は一般的に ASTM A53 Type E、API 5L、および ASTM A671/A672 に基づいて指定されます。 NDT 要件では、シームレス パイプに対して ASTM/API 規格に基づく超音波試験が義務付けられていますが、溶接パイプでは特に溶接継ぎ目に対する X 線撮影または超音波試験が必要です。パイプを正しく選択するには、圧力レベル、媒体の特性、使用条件を総合的に考慮する必要があります。多くの産業用途では、費用対効果を最適化するために、シームレスパイプと溶接パイプを同じシステム内で組み合わせて使用できます。製造、性能、アプリケーションの適合性におけるこれらの基本的な違いを理解することで、エンジニアや調達専門家は、特定のプロジェクトごとに技術要件と経済的考慮事項のバランスをとった情報に基づいた意思決定を行うことができます。
