12
API 5L-X70 !" # $% &’ ()" *+, -%& , ./ * 0’ 1% 2 ** 3434 1./ *** 05+ 67+ 89- 2$-( 8(- ) : 0 2 ;! ) : / / ! " #$ %&$ : ’( / / )* ( 8(< = !"# $# %" &’ ( )* )# +#,- ./ - ! %+) 0& . # 2/ + 3# 4 - ,# 56 ANSYS 7 8 # &9 : ! %+) % % ! )* )# +#,- ./ ; 8<’ =,* > &) . ? ?< > 9 .6 $ +# !,+( @! A0 B> C/D/ > *9 ; 4 ( E> 9/) F( F C/D/B> ) ! G’ , ) > )* H5( C/D/B> . </* * # ( >I (+/6 ( API 5L-X70 ! #J H5( , . %K <) +/6 ( F >I C/D/B> H/> + 5* #J L @)+# B 5# !,+( (+/6 M> ) ! %+ . N# <) < O* P %+) !6 Q ( "> , E> ! %+) Q/ . . 0>? . : +#,- R/ @+ 5* F @- )* @C/D/B> @!,+( * " , -./ ** " *** " -./

API 5L-X70

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: API 5L-X70

��� �������� ��� ��� ��������� ���

����� ��� �� � ������ � � �������� ��������� ���API 5L-X70 ������ �� �

���� ��!"� #� $%� � �� &��' ��() " '� *+�, �-�%�&

���, �./*0�'��� �1�%� 2**�34�34 �1��./ ��� ���***

0��5+� �67�+ 8�9�-�� 2$�-�( ����� 8�(�-��

� �� � ���) ��:�0���� 2���� ;�!

)����� ���� � :��/��/�!"#���$ �%&$ ���� � :'(/'/)*(

8��(<=���� ��� � �� �� ������� � ���� �� �� ���� �� ��� ����� ��� �� �� ��� � !�"# $����#� �� %��"���� ���� ��&' ������ ��( ����)�* �� )�# +#� ,- ���./� ����- ��� !�� %+) �0��&�.���#� �� ��2/� ��+ 3�# 4��� �� �������- ,��# ��56�ANSYS ��7 8���� ��

��#��� &9:!��� %+�) %��� %��� !�� ����)�* �� )�# +#� ,- ���./� ���; 8<' �� =,* �> &���) �� � ���� .?���� � ����?��<� � �> ���� � �9�� ��.6 $� �� �� +#� !,���+��( @!�� A��0�B�> C/�D/��� ��> *���9 ������ ����; 4���� �(� ���� E >

� ��9�/) F�( F�� � C/�D/B�> � ��) !�� ���G�'� ���, )�� �> ����)�* � H��5 ( C/�D/B�> .�</* �� * �� ����� ��� �� �# ��(���� ��� ��>I� ��(+/���6 ��� ��(API 5L-X70!�� ��#J H��5 ( �,���� �.�%�K���<) +/���6 ���� ���( F�� �� ��>I�� C�/�D/B�>

���� H�/>�� ��+�� ��5*� ����� ��� �� ��#J � L @��)�+# �� ��� �� ����� ��� �B��� 5�# !,���+��( � �(+/���6 ��� M�>�� )!�� %+.N���# ��<) �������<��� O*��� �P�� �� %+) !6�� �Q� ��(������� � "�> �,���� E > �!�� %+) Q/� �..

0�>?�����.� : +#� ,- R/� @��+�� ��5*� F�� @����-��� ����)�* @C/�D/B�> @!,���+��(

*",� -�.� �/ **" ������ ***"-�.� �/

Page 2: API 5L-X70

��� �������� ��� ��� ��������� ��'

Effects of Hydrotest and Quenching Processes on Residual Stresses Due to

SAW of API 5L-X70 Pipes Using FEM

A. Heidari, M. R. Forouzan, and S. J. Golestaneh

Department of Mechanical Engineering, Isfahan University of Technology Sadid Pipe and Equipment Co., Tehran, Iran

Abstract: This paper explores the effects of three of the most important post-welding processes on the residual stresses of large-diameter oil and gas pipes. The analysis is one of uncoupled thermo-mechanical applied for both 2D and 3D models of the pipe. The pipe body is assumed to be prestressed due to prior submerged arc welding of its seam. To analyze the processes, parametric programming in the ANSYS commercial software is utilized. The processes are hydrotest, quenching by Houcsh method, and quenching by the last pass heat sink welding, which is the most cost-effective technique. The processes are, respectively, performed by applying very high internal pressure to the pipe, induction heating plus spray cooling of the pipe, and cooling the weld zone simultaneously with the last past welding. The novel aspects of the study include investigation of the above processes for API 5L-X70 pipes and application of FE analysis to simulate the quenching of pipes for both the Houcsh method and the last past heat sink method. The effects of the processes on the residual stresses are compared. The simulations are verified qualitatively using experimental results reported in the literature. Keywords: Hydrotest, Quenching, SAW, FEM, Residual stress.

���� ��� ch����$ 0��12���3�4�5 #��5

eqh�4�5 ���6� 2���3 ����$ 0��1 #��5"#67678 rh����$ 0��12���3 ���6� #67678

θ2���9&5 :;�

@=� �A

� �4 �<= 2����� � >4�?.� @A�?/ B 2C�?$ 2�1��8 @�D

B #??E�F 2C�??��.G8 �H�??�5 D??<= �??I$ 2�A �7??/ � #??�I$

�?/ 2 �F �4 �� ����� 2�<J�7K �6��8 ���� L�;= �=��

M�?8 N�?3 2B�?E N�?3 B �I$ >4�.� N ONB��2(H S) � �?/

#� 2��7<4 O��I�� ���4 �5�8 � �� ���/ ���P3 ��� .#?��F N

�8 ���� 2�<3 �/ �4 B ,<� ��?��$ L�?;= � �N � 2�R�� 2�A

@<?S � H��5 L��$ #TU � 2,� �4 B ,$B N�3 B �I$

�� ����3 .���� V� 2B W��<�X8 M��&3 V��4�.4 2�?� �?A

��,4 #�� .���� ���� B 9<��&� M�5 N � 2�A ��<Y� 2�A B�

���� ,<��8 � O,�Z MB �N � 2�A,$.���� [<�X8 V� � 2�A

#� #� �4 � �� 9<��&� M�5 N � ���.

#7??.8 #3� �??= \�??8 O,??�,S ]??� HB,??4�V��??���� N

7��K������ � O,� ��^� 2�?� N�?3 B �I$ ����$ 2�A.V?�

_??<�X8 B V<J��??� 2�??A �^I$ �??4 �??^.� 2� �??� � O,??�,S

�.�DA �?� O,?� #�5�?8 _?4�U #��?� B #$�?5 2�?A .R̀�?�6�

�?A �a<X� #3,$ �= �<b�= D<$ B 2 �7� B #77/ 2�AB�<$

#8R�E � #�B ,$ ,$ Dc� 0��%8 � #$,.K �d #���.8 �4 e,/

�?4 �^.� �,../ _�Z 9A �4 O,$ �= a<X� B #77/ 2�AB�<$ �/

#� Dc� >��� e,�$ ,$��]�B.[N 2�<3�?c5 2�?4 V��4�?.4

7.8 2�X$ �4 ,��4 #7.8 #3� �= \�8 ,$��&?S 2�� #7?7/

@A�/ �� B�8?E,7?.8 �?4 H�?G� ?/ _�,?h8 2 �7?� 2����.

N O��I�?� �?i.� V?� 2�?4 O,?� ���.7<S #�6.b 2�A �GA

�&8B ,��A ,.����� O,� ���./ j.<k.l�/ W�<c�Z �� .

2�A,?.��� N _?b�E �d V���� � #6� H���X� N 2�,68

,$��/ M�5 N ,64 #c<�G8 .�V?� � �?A �/ V������ �4 ��N

�� O,� ��=��S �.<�N.

m��cG���]�[��� ��nn! #;<X� M�5 � �/ �� H�7$

Page 3: API 5L-X70

���� ��� ���� ��� ��� �����������o

*()B=# � #� � ������ � ]D[

B=�� � F=# " '� G=$6.H I=�(��6(�� J�K�� L=�>�A�� M=NO J�A6-� ��" P=NO Q)�& J'�-

*()F=��() " � 0� !%� ������ � ]BR[

,$��&?S @.?8 �&?8B ,��A ,.��� �����pq#?� rp,?b �

#� @A�/ ,A�.2�4 �d V� �?��� 9<��&?� N � M�5 �?��/ �?A

�� .H�J.</ #��F N]�[��� �qq #cZ �/ ��/ H�<4 9s

#� @A�/ ��7<4 ,$��&S @.8 � �7� @�D� �4 �G.� ��N #?�B ,4

#?� �?��� #?4�= t?Z�4 #��F ��?� .2�?4 2 �7?� �?^<�$ �

V<?4 #?;<X� @.?8 ,$��4 �/ �� 0��.� �&8B ,��Anq�?8

�qq,./ ��^� ���� � 9<c&8 @.8 �.<�/ ,b � .

uv/]p[#�$ �/ �� O�� H�7$ ��= ����� � �?4 H�8 ,?.���

��?� L�&?h$��?��� � �&?8B ,��A ,?.��� B� 2�?A M�??5 N

�?I�/ O,$ �= a<X� �4 O��A �7��S L�;= � ��<Y� B 9<��&�

#7?7/ ,$��&?S @.8 w�%� W�d �4 �c4��� 2�4 ,��4 �Gc4 ���/

@A�?/ #?.6� ���?4 @.8 2�4 0��.� a��� H��/ �<�� ��h$� �4

�?� V?� �?/ 2 �7?� ,$��&?S @.8 ��^� B #77/ ,$��&S @.8

�4 j.<k.l�/ W�<c�Z ]� ]�/�� ��PY$�G� O,� ���./.

�K ,.$�� H���X� N #x64]![#G?�B�5���y �]r[2B B

]�[��&$�8 �/ ,$ � �Z� �4 ,$ N ,?64 #��?��3 W�?<c�Z ]?�/

2 �G��5�@A�?/ M�?5 N _?b�E #7?7/ ,$��&S @.8

@A�?/ Hz ,?� B ,?$N,$�<4 [?��68 �?4 \�8 {B�� �O��

,.A� .��� N � �?� B� �?.<�N V?� � W���.7?<S V��?� a?��8

y B M�A� ��cJ$ ]nB�q[���.7<S O,� ,$

M�A {��=]n[��� � �n�� ,� �l .@�D� 2�4 2B

���� ��B��� 2�A $,<� �4�4 � 2�R�� �2,<?� 2�� N O��I�?�

#b�= j.<k.l�/ MB ���.7<S �Hz e�^$ �4 �/ �� �&?$�8

�h� � 2�A �#c= �8 �|/,E 2 �7� @.8 ���� q%9<c&?8 @.8

/ ��^�.,. � �/ MB V� _G� )�(�?� O,?� O�� @��?�$

���� #� ��U O,� 2 �G��5 2�R�� 2�A ����$ 2�4 �8 �N��

,$�� O��I�� �I$ �� 2,<� 2�AN�3 .

� ��cJ$y MB �]�q[��� � �/ qqq [4�?;� ,� {,4

� �k$z _G?� )(�?4 H�?�D�A j?.<k.l�/ O,?� O�� @��?�$

2 �7� @.8 ,<��8 2�4 2 �G��5 O��I�?� #?� ��?�.V?� �

_?=� N �?��� �#?$B�<4 2��?��S H�� M�?5 �4 H��D�A MB

N�3 �� wz a��82CO].= #� 2 �/ ��� .

�?4 j?.<k.l�/ B �&?8B ,��A 2�A,?.��� �?d [?<�X8 V� �

B ���� 2B �4 M�A Mm.5 N 2�R�� 2�AAPI 5L-X70 �?/

O,?� 2 �G?��5 9<��&� M�5 N � W �b �4 �hU �?4 ,?$ ]?�/

�<h� O,� #� �4 �B,X� 2D5 MB �4 2N�� �� . �?i.� V�,?4

Page 4: API 5L-X70

��� �������� ��� ��� ��������� ��~

*()G=�� ����� J� ��7

_?<cX8 N�<.7?<S #G�C ����� ��=�� B ,$��&S @.8 H,<� V�&$�

�??�.�D5 �<h??� � O��I�??� � �??� MB W�??< ,??.��� 2N�??�

�?� O,?� �7?�.� H�3,.&��$ a��8 �̀hU 2 �G��5]�� B�[.

B #??G�D<� ��??= w�&??�$ B V<??<68 #J$�??JK V<??.k�A

�4 H��� �A �4 O��� #G�D<����8 �?��$�4 ]�/ � �?/ #?c=� 2�?A

D� e�$ a<X�ANSYS �xE ,b � �4 ��&4B �� O,� �<�8

{�$ �A �?� O,?� O�� :<1�8 #G�C ����� ��=�� � N��]�.[

���� 2�4 ����� V� � ?�� �?/ 2 2��7?.8 2 � Hz H�?�� �?4 H�

2 �G?��5 W�?<c�Z N #?��$ WB�I�� #G�D<� ��= B ,$��&S

B �&?8 B ,?��A ,?.��� B� N ]?� �?A a��?� �?� ���� N �

N #?��$ ���?�$ B 2N�&�,� �:��78 M�A j.<k.l�/ �?A ��?�Z

�4 2 �G��5 N �d��� �<E�$ ,$��&S @.8 H,<� �4 ]� O,�z ���

�� .

�?�� H�?���3 N #b�= {�$ ���Z �d [<�X8 #���$ @%4 �

�?X8 M�?5 �?<E�$ @����?� ��?$ �4 H,<7%4 W,� N #��$

,$��&?S 2��7?.8 2B �4 2 �G��5 �4 H��D�A j.<k.l�/ H�.Z

N � 2 �G��5 W�<c�Z � ���� �<h?� �?��� O,?� 2N�?� B �?�

������ �4 �&���� � �� ,.��� V� N �cb�E ,$��&S 2��7.8 H,<�

�<h� N �cb�E �<i$ ���� #h</�8 2N�� �?4 �/ �� ����3 �U #��A

O,� 2 �G��5 2��Z W �b �B Ym,?.��� B� 0?</�8 �cE��

#� #F M�A j.<k.l�/ B �&8 B ,��A ,../ .

?.��� �d �l �?��� ,$��&?S 2��7?.8 H,?<� �?4 �&?8B ,��A ,

N #??��$ 2�??AN�� �??<<�8 �??d V���??3 �??i$ � �??4 O,??� 2 �G??��5

j?.<k.l�/ ,?.��� �?d �?l �O��?� #G<$�?G� ��= �4 2 �G��5

N m??S O,?� 2 �G?��5 �??��� ,$��&?S 2��7?.8 H,??<� �?4 M�?A

�?4 O,?� 2 �G?��5 ���� ,$��&S 2��7.8 H,<� �l B �&8B ,��A

MB LPHSW�4 �4 V<�B 2�4 #J�A �/ #?c<cX8 MB ]� ]�/

#� W �b ���PS[<�X8 V� 2��� Bz �$ V������ �c�5 N ,$.

S=8�� ;��+ KT

���� m.5API 5L-X70#� ,��4 V?� �?4 L�?4�� ��?= �/

�?� O,?� �?<�8 O,?../ ,?<��8 e�Z -�� �4 �R�� .��?=

8 �R�� #G�D<����8 B #G<$�G� #� ��� N #64� ,?��4 ._G?�)((

��� >4�8 ��D.8 �� N�� � O��� V� ��= @���$#�,A�.

U=���� ��!"� J�

#�<��&?� M�5 N � ���� [<�X8 V� � �?;U �?4 #5 �?=

�� ���%??1 B �?��<c<� �/�n�??� O,?� #??� �4 �?��<c<� .

_G� )�(��,.A ��2,64 �4 ���� �,� W�T?�%� O�J��� O��A

#� H�7$ O,� w�%�$ ,A� ._G� �4 ����XB O,� O�� M�8

�?4 �cE�� �A � B � �= N mY� B _=� N ,�4 �cE�� B� �

0<8�8 �4 M�5 9<� B�DCBAC 9?A N #/,?$ �cb�� � �/

#� O�� M�5 2 ��S ��N MB �4 ,$ � �U ���.

Page 5: API 5L-X70

���� ��� ���� ��� ��� �����������(

*()I=0�%�� ��7�� J� ���

J��"B=# � #� � ������ � ������ ����6 ��&]D[

2�B B H�8 MWp/q

2��cE �3��� H�<� N ���� �hZ �Z�� mm / secp/r

2��cE �3��� 2�.�S cmp

wz �5 2�.�S cmp

wz �5 B �3��� V<4 �cb�� cmpq

wz @��S 9^E lit / mqqq

G=B=�'� V���) � ��� 0�%��

�<h� 2�4 �c�&� H ��8 �4 �5�8 �4 �?�.8 �,.��� �� �A 2N��

�� O,� ����3 �i$ � 9&5 N #�<$.H��� O�X$ ?4 2,?.4 2�

� 2,64B� �,�_G�)�(�� O,� O�� @���$./�8 #$��� 9

�<E�$ � O��I�� � �� �?U� �/ ,��4 2�X$ �4 ,��4 2 �G��5

�<h� � �i$ � �� ��?� _?b�E 2 �G?��5 ,?.��� 2N�?� . �

#��?��3 _?<cX8 e�J.A H�?�� N #��?��3 2,?64B� �,?� 2�?4

Plane55 �� �,� � BH��� N #����3 2,64Solid70 O��I�?�

�� O,� 0<8�8 �4 #G<$�G� �,� � B2��$��� N Plane42 �4

�XIb @$�/ ��� L�� B 2Solid45 B 2,?64 B� 2��cE �

�� O,� O��I�� 2,64 ��.

�<h?� [<�X8 V� � D^� �c�&� �� �/ �^$z N O,?� 2N�?�

B a<?X� 2�?�� � ���� � �� �<c/ � �/ ��� �5�8 ,��4 ,�4

�3 �i$ N �K �AN�� � H ���� 2N�� a��� �X8 N �K B #���

� � �U #G<$�G� �i$ .H��?/ �B,?X� �4 #G<$�G� 2��c<cX8 �

2��?� � M�?5 �?<E�$ � � B ���%1 #$�<� �;�$ �/�E

�?� O,?�z _?�Z �4 2�<3�c5 Hz 0cb �/�E N ���� {�6� .

2N�� a����� O,� O�� ��� ��h$� �4 ,.��� �A ��=:

G=B=B=��������

�A ,.��� � W �?b 2,?�,5 #��?��3 W�?<c�Z �&8B ,�

#�$ #G<$�G� 2N�� L�� ]� ��.8 B ,��<3 :;?� �4 �4�d �7�

#� ���Z 9&5 #c=� ��� .#?�$ �7� V� ̀�A�� ,.K�A ,?$�8

�� N #?��$ ,$��&?S 2��7?.8 ��?5B _<�� �4 �� ,./ 9<c&8 ��

#� 9<c&8 #E�$ #=�4 � ���� 2 �G��5 ����?� eNR P?�

cX8���PS e�^$ #;= �<s W �b �4 _<.

G=B=F=# � ������ �

�B,5)�( � #��?�Z #��?��3 2N�?� a��� [<U� �F �4

#� �%7� ,.��� V� /,..#?$B�<4 :;� N #�E�&� � ,�4

Page 6: API 5L-X70

��� �������� ��� ��� ��������� ���

H�?8 �?��� #5 �?= a<?X� B �3��� 2�.�S �4 ����MWp/q

���� �4 �=�.G� W,��4 #� ���Z ���.2D?5 �,?� � H�K

#� ��� �4�d ���� �B,X� ��� �?<E�$ ����� �Z�� �4 �5�8 �4

#� �/�E H��N �4 ��&4B ���3 ���Z ,?./ .�c?b�� �p/q�?��

�?<E�$ � �3��� N mS a<?X� B wz �?5 y�N�?$ 2�?.�S �?4 2

�4�5 2N�� L�� ���� #c=� wz W � @?��5 �4 O��A #��5

�4�5 0��1 �5�8 _4�U #��52 0W / m Cpr!qh =w�^�

#� ,./]��.[���� �Z�� �4 �B,X� 2D5 �,� � D<$ �<E�$ V�

#� �/�E �?� O,?� ��� �4�d �,� � ���� �/ �K ,./ . �

�4�5 2N�� L�� L��$ �<�4 �?;4 -�?� �4 ��� �4 ��&4B #��5

O,� ���Z ��N��:

)�(2eq c rh h h 10 0.06 Wm C−= + = + θ �

����$ 0��1 Hz � �/���3 ���6� )eqh(0��1 >�5 _b�E

����$ �?��3 �?4�5 #��?5)ch(B#67?678)rh(Bθ2�?��

�� 9&5 :;� .�G8 N mS �/ #��^$z N ��N M�5 ,.��� _<

N M�?5 _y3 j.<k.l�/ B �&8B ,��A e�^$ N _hU B 2 ��S

#� O�B�N Hz 2B �;4 ����)�(D?<$ M�?5 O��?3 2�4 #�E

�� �h�6� .2 P?3 �4 �?$�Jk<A ,?.��� V?� #G<$�?G� _<cX8

�4 2,�,5 @?%4 � O,?� �h?��X� #����3 �k%� �8 ���Z D5

� ,$ #����3 .N�� a��� �<c/ �?4 N�?<$ ��� �4 ��&4B #����3 2

���$�4 ,$ � D^� #c=� 2�A.

G=B=G=��() " � 0� !%� ������ �

2N�?� a��?� �?4 �4�7?� �̀?�<U� @%4 V� � 2N�� a���

#��?^$z N �?/ WB�I8 V� �4 �� 2 ��S��N 2 �G��5 ,.���

�/ �#� �/�E wz ���� _=� L�?�$ �?<c/ ,?./ 2 � #?c=�

�1 �4�5 0� #��52 0W / m C�!qqh =#?4z �?4 ��h� B O��4

#?� W �?E ���?h8 a<X� 2��� �4/,?..]��[.wz H�?��5 V?�

� � O,?�Z �4 M�5 �4 H��D�A �.l�/ �I<�B.@?%4 V?� �

�4 2 �G?��5 �Z�� �4 �/ \,c3 2�x<4B� 2���3 >�N�8 D5

#� �/�E �<$ ,./ ���$�4 �4 2N �?4�5 #?c=� 2�A a��?� #��?5

�&<$ #����3 2N�� .-�?� �?4 D<$ ,.��� V� #G<$�G� _<cX8

_??<cX8 � O,??� �h??��X� �??��3 N #??��$ 2 P??3 �4 �??k%� �8

#� V<<68 �F�4�� #����3 ��� .

G=F=����6�� ��� �'�� ���

�� 9^E �<<�8�>4�?.� N #?G� H�?.Z �?4 ���X�� 2��� � O

@.8 ��^� 9�� B #��� ,$��&S �� �6;U �.��?|� H�.Z �4

�?A ��?�D.8 �� �?4 �<.�?�z _��/ _�,h8 B 2N�� ���X�� �d �

�^E @�D� H��� ̀�h���8 #�4�4 �/~_��/ _�,h8 2�4 B ,b �

�?4 �?4�4 �̀h���8 #�^E @�D� H��� �A ��<��S �4 �<.��z*/�

�?�� ,A�= ,b � .�?4 �?5�8 �?4 9?^E @�D?� H��?4 9?/

���X�� #� ��<��S �4 �<.��z H�8 2 �<&?4 � �K �/ ���� �

��b N�� �<<�8 �d N ���P3 W��<�X8 N �� O,� �i$]�.[��

,.��� �LPHSW _?4�U @?%4 @����?� ��$ @�D� _<�� �4

�5�8 #?� ���X�?� ��D.8 �� N�� �4 O��� N 2 V<?<68 P?� �,?4��

�� H,<� �� 2 B�1 �<&4 O,� _<G78 2�AN .�4 �� V� ]�/

D� e�$ �X8 �/ #c=� ,/ ]�ANSYS #� _�Z /[?�X� ,.

#� ��� ._S�/ �<s _<cX8 N #���� �k%� �8 P= ,/ V� -��

<.X.� �4 Hz �&���� B #����3 2��CCT �?� �?i$ � �� �R�� .

D.8 �?� ���X�?� N #?��$ 2���^E @�D� ���Z 2�4 �?4 #��

#� ��$��� ��� ON�4 � H�8#����3 L�&h$ 0��1 ���X�� ���6�

���?6� 9&?5 @$�/ HD<� _/ �/ ��/ V<<68 2�X$ �4 9&5

N #��$ #F�&h$ @$�/ B H,���� N #��$ #1�h�$ @$�/ _/

,��4 9^E @�D� .�/ #.6� V�,4 �?6;U H,?� ��� ,.��� � �

z 2��� �4 H��� 2��� H,<� �4 ��?5B �?4 #��D.8 �?� ���X�� N�s

L�&?h$ 0��?1 H��4 #I.� _<�� �4 �6;U 2��� #^� ,8 @A�/

#����3 �9&5 #� @�D� H��� 9^E ,4�� .H��� 2��� H,<� �4

B �?h|� ,�� �4 #����3 L�&h$ 0��1 ���X�� H���S 2��� �4

#� ��= #6UB #� �U��� H��� 9^E @�D� ,$B B ,� ���

BH,� ��� ��� �4 9&5 #� @A�/ H��� 9^E �,4�� .�4 OB�Z

��?= �?<c/ 2�4 ,��4 2N�� ���6� V� #;= L�&h$ 0��1

��<3 e�^$ O��� . � �?$��$ H�?.Z �4 _G?�)p(� �?� ��?=

���X�� 2�4 O��I�� �� O,� ���T8 #��D.8 �� .

Page 7: API 5L-X70

���� ��� ���� ��� ��� �����������*

Unit Material Properties Symbol

1010 Pa×Young 's modulus E− −�

o10W / m C×Conductivity k− −�

2 o10 J / Kg C×Specific heat c− −�

2 310 Kg / m×Density − − ρ�

m / mPoisson 's ratio − − υ�

Unit Material Properties Symbol

710 Pa×Yield stress y− − σ�

710 Pa×Plastic modulus TE− −�

m / m Cµ �Thermal expansion − −α�

*()W=�X � �(�!�� �� � �(�-�( Y� T X70]@U[

*()M=�X � Z�.�� Q�� X70 [.6\ ���'�� �

� � � �6���]BG[

,.��� �4 OB�ZLPHSW ��=�?� H,?<� V<?<68 Hz � �?/

_??<cX8 � �??� �??<�A Dl�??E �<&??4 O��??� � O,??� _<G7??8

��� �?<�A D?<$ M�A j.<k.l�/ B �&8B ,��A #h</�8 2�A,.

�?� 2 �G?��5 � �6�� 2��c<cX8 N ��7<4 H,<� V� V<<68 .

2�?AN�� � O��?� ��?= �?5�8 _?4�U W�?<<�8 �?� V� �cZ

�?� ]<�?��S #E�?$ _<G7?8 9?�C �?4 Hz �<d�8 B WB�I�� .

_G??� )!(2N �??4 WB�??I�� 2�??AN�� � O��??� 9<c&??8 @.??8

�� #� H�7$ �c�%� 2�A� ,A�.@.?8 ���?= �?/ ,?<./ �?5�8

2��cG??� � 9<c&??8)p(B)!(�??d 2N�??� ���??6� �<d�??8 N

���X�� ��<&<���S ?$ O��?� 9<c&8 �4 27W�#?� ��?<3 . � P?�

�<h� �cE�� {B�� 2N�� l�/ B �&8B ,��A 2�A,.��� j?.<k.

2N�?� ���X�� �/P� 2�A,.��� � �G$z _<�� �4 M�A ��?;�

�?4 O��?� ��?= H�?�� �?4 H�?�� �#c=� ���$�4 ]� �&<$

,?�,5 �<?b�= H�.Z �4 B V<<68 N�� �A �xE ,b � -��

,??.��� _??<cX8 � O��I�??� � �??� ���??6� ��??= V�DJ��??5

#� 2 �G��5 ./,._G�)r(B �B,?X� 2D?5 _?<cX8 _E��

#� �%7� �T�= �4 @%4 �A W�<1�� /,..G?� V� � _

�?4 �c�&?� �?��68 B ��?= w�&�$ �/ #c<;�&� 2��/�c4

�?A W�h?��X� _G� #x<4 2��/�c4 � �/ #��E � ,$ � O,�Z

#� e�^$ �4 @%4 ,?� . D?� e�?$ a<?X� � �?/ #��?�8�<c�Z

ANSYS �?/ #���8�<c�Z B ���%1 9/ 2��/�c4 � O,� [�X�

���<%1 2��/�c4 � ,$ � D^� #c=� ,/ �4 N�<$ O�� @��?�$

Page 8: API 5L-X70

��� �������� ��� ��� ��������� ��)

*()P=0� !%� ������ � � �� & ��' ��() " ��������� ���� ��!"� *�.�� � ;�3��� ��� � )L(2

��������)H(# � ������ � �)Q(

O,� ,$ .�J7���$ ���Z) ��<$�� (�?/ �� #F��$ O,.A� H�7$

#� Hz N �c�&� @%4 �A 2��%��S H�8 ��3 >�N�8 N 9Z B �

@.8 �� ���� ��/�.

I=_� � `��6-

I=B=�a ������ � � �������� ������ ���b� ���

�� � # � #���-�%�& ���

�&8B ,��A ,.��� e�^$ 2�4 0��.� �7� ,?$��4 �?/ np

�?4�4 ,./ ��^� ���� � 9<c&8 @.8 �.<�/ ,b ��/�r �?4

��.���.7?<S �?4 �.4 [<�X8 V� � >?5�� ]�[2 �7?� V<?.K

�4 �&8B ,��A �7� H�.Z #� ���Z ���� #c=� O ,5 �4 ��� .

�B,5 � V<.k�A)�(j?.<k.l�/ ,.��� �4 L�4�� 2�A��� �S

2B ���.7<S �4�.4 M�A MB �4]n[�� O,� �/�.

cG�2�� )�(B)n(2B �4 #��F B #1�Z ,$��&S 2��7.8

0&E �4 #c=� :;� <X� �cb�� N ,?64 M�5 D/�� N #;

�?4 j?.<k.l�/ B �&?8B ,��A �2 �G��5 ,.��� �� �A e�^$

#� @���$ M�A MB ,?A� .:;?� �?4 L�?4�� �4�7?� ���?�$

� #5 �=cG�2��)�q(B)��(�� O,�z .

H��A �/ �F cG� V� ���#� �iE�� ��?� ,?.��� �<d�?8

7.8 2B �4 �&8B ,��A �7?K #?1�Z ,$��&S 2�� �?� �<J .

�4 �/ 2 �F �Z �.<7<4 @.8 #1!��?� �?���� @A�?/ ,b � .

�?� �?��/ #��F ,$��&S 2��7.8 2B �4 �<d�8 V� .�?<E�$ �

Hz � #��?F ,$��&?S @.8 9��D/�� �/ #��5 #.6� M�5 O��3

#� ��I8 B O��?G$ �?d #J�&?5�4 _?<�� �4 #;<X� @$�/ �,��

#� O,A�7� #/,$ @A�/ ��� .�A ��h� ,$��&S @.8 �.<7<4 ,.K

#��F�/q � ,$��&S @.8 �.<7<4 #�B �� ����� @A�/ ,b �

2 �G??��5 N �d�??�� �??<E�$p�p�??� �??���� @A�??/ ,??b � .

Page 9: API 5L-X70

���� ��� ���� ��� ��� ������������

*()c=��� �1�/ �-�%�& ��� d�, � �.T�� ef� ���

# " !�� '� �f�� �.+�� )������ 2��() " ������ '� �7

� ������ � ��������# � #� � ������ (

*()D=��� �-�%�& ���� 4 �d�, � �.T�� ef� ���

# " !�� '� �f�� �.+�� )������ 2��() " ������ '� �7

# � #� � ������ � ������ � ��������(

*()BR=��� �1�/ �-�%�& ��� d�, � �"�T ef� ���

# " !�� '� �f�� �.+�� )��� '� �7 ������ 2��() " ���

# � #� � ������ � ������ � ��������(

*()BB=��� �-�%�& ���� 4 �d�, � �"�T ef� ���

# " !�� '� �f�� �.+�� )������ 2��() " ������ '� �7

# � #� � ������ � ������ � ��������(

H��A #� O,A�7� �/ �F � ��7?<4 @$�?/ _<�� �4 ��� �?�5

2B �?4 �&?8B ,��A ,?.��� �#��?F �?�5 �4 �h&$ #;<X�

7.8 7.8 �4 �h&$ #1�Z ,$��&S 2������7?<4 #��?F ,$��&S 2

�� ���P3 �<d�8 .

#� H�7$ ����$ �?/ ,A� e�?^$ N ,?64 MB �?4 j?.<k.l�/

M�A ,A�?� #?c=� :;?� ��F N ���%1 e��B� � �̀h���8

9<�&?A 2 �7?� #?1�Z ,$��&S @.8 .N@.?8 ����?�� #?��F

D� #5 �= :;� 2B �4 #1�Z ,$��&S �?� ����� @� .,?��4

Page 10: API 5L-X70

��� �������� ��� ��� ��������� �'�

J��"S=;�A�A���9�� � �-�%�& ������ � # " '� g& �.�%(� ��������� ��� �5�� ����A

�<�/ @.8 #1�Z :;� #c=� @.8 #1�Z :;� #5 �= @.8 #��F :;� #c=� @.8 #��F :;� #5 �=

,.���

,��

(MP) /@A�(%) ,��

(MP) @A�/(%) ,��

(MP) @A�/(%) ,��

(MP) @A�/(%)

[<�X8 V� [<�X8 V� [<�X8 V� [<�X8 V� SAW

�� "

�J��

>5�� �o "

�J��

>5�� ~~o "

�J��

>5�� ~~) "

�J��

>5��

H)�(o�(��� *''o"�') !o��q� �o�

Q)'(�*"�') >��� o���"�)� (�<*���� (�<*�

)�(:�&���� >5�� ��&8B ,��A]o[)':(�&���� >5�� �M�A j.<k.l�/]�[

a?���� ��?� O,7?$ 2 P?3 �4 ���� �/ #��J.A �/ ��/ �5�8

�� �Ib ���68 ����6� -�� �4 O ,5 #;<X� 2��7.8 .�5�8

O,7$ 2 P3 �4 ���� �/ #��J.A �/ ��/ 2��7?.8 a?���� ���

�?� �I?b ���?68 �?���6� -�� �4 O ,5 #;<X� .V?� N B

,.��� e�^$ � H�8 @�D� [?�Z �?/ 2�?X$ �?4 j.<k.l�/

� ��?�N 2��7?.8 t?Z�4 ,?A� @�D?� 2 �7� @.8 �<E�$

O ,5 ,� ,A�= #5 �= .#3���z �/ #8 �b � {�1�� V�

�� #5 �= :;� N #7.8 #3� �= {�UB ,?��4 ���� ��5B ��

#� ,��4 \�$�;= ,$�8 .�?.<�4 N O��I�?� �?4 #?� 2N�?� H�?8

O�B,X� � D<$ #5 �= #;<X� 2��7.8 ��/ ���./ #h��.� .

7.8 @A�/ _?4�U ,.��� V� e�^$ N ,64 D<$ #��F ,$��&S 2��

�� �5�8 �$�3 �4 Hz �.<7<4 �/ 2��?���� @A�?/ ,?b �

�� .,64 �/ ,.K �A #$,?.K �?<<�8 �&?8B ,��A ,?.��� N

��,$.

M�?A]�[�?��� 2B �?4 #?c�Z 2�?�$��Nz e�?^$ �?4 2�?A

,$��&?S 2��7?.8 �?4 �<d�8 �c�%� 2���B O,� 2 �G��5

�?� O��/ #� �4 .2B O��I�?� � �?� �?��� m.?5 ,?.K �?A

#?I</ ����$ �� �� [<�X8 V� � �6��;� � �� ���� �4 WB�I��

;� B� V� #� H�7$ #4�= [4�;8 �6�� A�.,.�4H�?G� ��?|� �?F

�?<E�$ #5 �= :;� �4 #1�Z 2��7.8 �PEHAZ �?4 ]?�/

�?4 �?�$z H��/ #I.� H�G� �� B �&8B ,��A MB MB ]?�/

@A�/ H�G� B j.<k.l�/*� � �?/ #��?F 2��7?.8 2,b �

�/ �� 2� �� �c�5 N ,� ,<��8 #I</ �F �4 D<$ [<�X8 V�

4 M�A �?hd �?4 {�?�= H�?.Z �?4 ��?= MB ��$z ��.�� �

�� O,$�� ]�.[W�7���Nz B ��c<cX8 ����$ �4 [<�X8 V� ����$

m��cG���]o[� � [4�;$ D<$ .���� 2�4 2B \N�$ ,5 2�A �/

-�S ]� �4V#� O�� M�5 ,$�?�(��?8 *�2�?4 B ,?b �

??�����<%??1 2�??A �??4 -�??S ,??.K �??� B� �??4 �??/ �� W �??bX

#� 2 �G��5 ,$��)[<�X8 V� � #� �4 � �� ���� ,.$�� (o�

�??8(�e�??^$ �??d � #��??F ,$��&??S @.??8 @A�??/ ,??b �

�� O��/ M D3 �&8B ,��A �?1�E �?/ �Xb ,��� �/

�� .�&���� V� �b�= � �A�B,5 )'(�� O,� O� Bz.

I=F=�aa 0�aa !%� ������ ��aa����� ���baa� �aa��

() "��� � ���-�%�& ���

2 �G??��5 �??4 H�??�D�A j??.<k.l�/ ,??.��� �!a��??� �

].= 2 �/ B �4�7� �� O,� ��X� M�A M.WB�?I8 V?� �4

�/ ]?.= #?$B�<4 2����S yH�� M�5 H��N � 2 �?/ W �?b

#� ��<3 . �cG�2��)�(B)��(7?.8 B #?1�Z ,$��&?S 2��

<X� �c?b�� 0&E �4 #c=� :;� 2B �4 #��F D?/�� N #?;

M�5)x(j?.<k.l�/ �?4 B #��?�6� 2 �G?��5 ���E B� �

�� O,� �&���� H��D�A .#� H�7$ ����$ �/ ,A� ?4�2a��?�

Page 11: API 5L-X70

���� ��� ���� ��� ��� ����������'�

*()BF=��� �1�/ �-�%�& ��� d�, � �.T�� ef� ���

# " !�� '� �f�� �.+�� )������ � ��() " ������ '� �7

��() " � 0� !%� ������ �(

)*(BG=��� �-�%�& ����� 4 d�, � �.T�� ef� ���

# " !�� '� �f�� �.+�� )������ � ��() " ������ '� �7

��() " � 0� !%� ������ �(

V� �?4 ��?U 2 �G?��5 �?4 H�?�D�A j.<k.l�/ ,.��� �[<�X8

7.8 ��^� �&<$ ,$��&S 2�� ,.K �A �?4 j?.<k.l�/ ,?.��� �/

a��� M�A MB 2�?4 #h?��.� :;?� � ,$��&?S @.?8

#� 9A�� #c=� /.,.

L=�:�6- ���>

�6��;� � �� a��� 2�4 [<�X8 V� ��/ ,� O�� H�7$:

�. #1�Z ,$��&S @.8 �.<7<4 �&8B ,��A ,.��� N @<?4

�q#� @A�/ ,b � ,A�.

.�&8B ,��A ,.��� �.<7<4 � #��?F ,$��&?S @.?8 �?�;.�

�5 N �d��� N @<4 2 �G�p@A�/ ,b � #�,?A� . �

V� B�<$ ����$ L�;= ��I$ e,Z _<�� �4 M�5 O��3 ��;.�

�� D<K�$ @A�/ .

�.,$��&??S @.??8 M�?A MB �??4 j?.<k.l�/ ,??.��� N ,?64

2 �7?� #?c=� ��F N ���%1 e��B� � �̀h���8 #1�Z

#� ���.

�.?F ,$��&S @.8 �.<7<4 M�A MB �4 j.<k.l�/ ,.��� #��

N @<4pp#� @A�/ ,b � ,A�.

p.�?4 #$,?.K �<d�?8 2 �G?��5 �4 H��D�A j.<k.l�/ ,.���

7.8 2B � ,$ ,$��&S 2��.

!.O��I�� ,.��� N ,?.��� N ,?64 M�?A MB �4 j.<k.l�/

,?.��� �?4 �h&?$ @.8 2�4 2���4 a��� �&8B ,��A

#� ��^� 2 �G��5 �4 H��D�A j.<k.l�/ ,./.

�h�-��

B �?��� �/�?� �?���E �?X8 _?��/ �?F �4 [<�X8 V�

�?� O,<� e�^$ �4 ,�,� WD<�^8 .�?$��$ �?<c/ �?A � �?� 2

�<h� �/�� V� ,<��8 L�;= W�Z�F 2�.h� �4 �6��;� B 2N��

�??4 O��I�??� � �??� ��??� ��??= >��??5 W�??Z�F V<??.k�A

Hz O,?../ ,?<��8 2�?� N ,�,?� �/�?� ���= �"�/�?�

�G��Sr#4�.5 O�/ "N �?/ �� ����3 �U H���X� �<�= �

#� �G78 HD�DZ �<c/ 2 �G�A ���.#$� ,?U 0?8�� V<.k�A

R��3 �&�B�S 2 �G�A N #7AB�S OB�3������ �4 �h&$

B �B,?X� 2D?5 O�J7���Nz � #���$ 2��%��S P= B �5 �

2N�� �.<�4n�?G$B � �?<h�c/ @<���?4 O�J7$� e�?Z ��?$�/ B

#� � �.

Page 12: API 5L-X70

��� �������� ��� ��� ��������� �''

� �- 8?��

1. stress corrosion cracking (SCC) 2. hydrotest 3. cold expanded

4. post weld heat treatment 5. heat affected zone (HAZ) 6. last pass heat sink welding (LPHSW)

7. Posco 8. Gadala 9. FE and design optimization lab

�� i"

1. Contreras, A., Albiter, A., Salazar, M., and P´erez, R., “Slow Strain Rate Corrosion and Fracture Characteristics of X-52 and X-70 Pipeline Steels,” Materials Science and Engineering, Vol. 407, pp. 45–52, 2005.

2. Manfredi, C., and Otegui J.L. “Failures by SCC in Buried Pipelines,” Engineering Failure Analysis,Vol.9 , pp. 495–509, 2002.

3. Michaleris, P., “Residual Stress Distributions for Multipass Welds in Pressure Vessel and Piping Components,” Residual Stresses in Design Fabrication, Assessment and Repair, ASME, PVP-Vol. 327, 1996.

4. Qingren, X., Yaorong, F., and Chunyong, H., “The Measurement and Control of Residual Stress in Spiral Sub-Merged arc Welded Pipe,” 4th International Pipeline Conference, Alberta, Canada, 2002.

5. Koch, F.O., Peek, A., and Elfinger, F.X., “Influence of Weld Residual Stresses on the Stress Corrosion Cracking Behavior of Submerged arc Welded Pipes,” Residual Stresses Science and Technology, Vol.2, Garmisch-partenkirchen, FRG, 1986.

6. Cho, J. R., Lee, B. Y., Moonb, Y. H., and Van Tyne, C. J., “Investigation of Residual Stress and Post Weld Heat Treatment of Multi-Pass Welds by Finite Element Method and Experiments,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 155-156, pp. 1690–1695, 2004.

7. Sterjovski, Z., Dunne, D.P., and Ambrose, S., “Evaluation of Cross-Weld Properties of Quenched and Tempered Pressure Vessel Steel Before and After PWHT,” International Journal of Pressure Vessels and Piping, Vol. 81, pp. 465-470, 2004.

8. Ravi, S., Balasubramaniana, V., and Nemat Nasser, S., “Influences of Post weld Heat Treatment on Fatigue Life Prediction of Strength Mis-Matched HSLA Steel Welds,” International Journal of Fatigue, Vol. 27, pp. 547–553, 2005.

9. Hoesch, A., “Method for Making Steel Tubes or Pipes of Increased Acidic Gas Resistance,” United states patent, P.N. 4721536, 1988.

10. Engelhard, G., Habip, L. M., Pellkofer, D., Schmidt, J., and Weber, J., “Optimization of Residual Welding Stresses in Austenitic Steel Piping: Prooftesting and Numerical Simulation of Welding and Postwelding Processes,” Nuclear Engineering and Design,Vol. 198, pp. 141–151, 2000.

١١.{ �2 ,<E.�"�<h� �2 �G?��5 2�A,.��� #h</�8 2N��

���� j.<k.l�/ B �&8B ,��A 2��7?.8 #?� �4 �i.� �4 �A

��B,X� 2D5 MB ]�/ �4 ,$��&S "#?�,.�� O,G7?$�

�H��Ib #�6.b O�J7$� �]<$�G����p.

١٢.e �HNB��. .{ �2 ,<E �.� ������<� �.e �,.�B�<$ �. .B �

� ��$��&c3.�"�<h� #� �4 �i.� �4 2 �G��5 ,.��� 2N��

�B,?X� 2D?5 MB a?��8 ,$��&?S 2��7.8"�?Z��^� �

WR��� ]?<$�G� #�,.�� #cc�� V<4 m$�I./ V<�A� ��K �

�H��Ib���p.

13. Forouzan, M.R., and Choo, W.Y., personal conversation.

14. Kaviany, M., Principles of Heat Transfer, Wiley-IEEE, 2001