液化天然氣（LNG）基礎設施低溫輸送管線系統冷作彎管製程可行性分析報告 (Feasibility Analysis Report on Cold Bending Process for Cryogenic Pipeline System in Liquefied Natural Gas (LNG) Infrastructure)

1. 摘要與策略建議

1.1 LNG 服務中冷作彎管可行性概述

在液化天然氣（LNG）接收站、液化廠、儲存設施以及LNG運輸船等低溫輸送管線系統中採用冷作彎管（Cold Bending）製程，具有顯著的技術和經濟潛力。該製程是指在環境溫度或接近環境溫度下對管線進行塑性變形彎曲，以取代傳統的銲接彎頭或管件。

本分析確認，冷作彎管在消除多餘銲縫、提高流體動力學效率及縮短施工週期方面表現出優勢 ¹。然而，其可行性絕非普遍適用，而是關鍵性地依賴於材料選擇（特別是奧氏體不銹鋼 vs. 9% 鎳鋼）以及對於高應變彎曲處嚴格執行彎後熱處理（Post-Bending Heat Treatment, PBHT）或等效應力消除措施 ³。

由於冷作產生的高殘餘應力、應變誘發馬氏體相變（在不銹鋼中）以及隨之而來的疲勞和應力腐蝕開裂（SCC）風險，使得冷作彎管在LNG極低溫（約 −162∘C）服務中的應用必須經過嚴謹的冶金學驗證和法規審核。

1.2 實施策略建議（採納/不採納決策標準）

針對LNG低溫管線系統，採用冷作彎管應依循以下策略性標準：

採納標準（Go Criteria）：

適用於中小口徑管線 small bore pipe（例如公稱管徑 ≦NPS 8 , R/D≧3以上）且管壁相對較厚（例如 Schedule 40 或更高）。
材料限於低碳奧氏體不銹鋼（如 304L/316L）或其他適用於極低溫的鎳合金。
大口徑管線 large bore pipe彎曲半徑與管徑比（R/D Ratio）需保持較大，建議 R/D≥5 以將壁厚減薄限制在 10% 以內 ⁵。
在確保變形應變足夠低以避免強制性固溶退火（Solution Annealing, SA）要求的前提下，實施嚴格的非破壞檢測（NDT）程序 ³。

不採納標準（No-Go Criteria）：

高壓或厚壁管線系統，因為這會導致成形應變增加，殘餘應力難以控制。
需要複雜幾何形狀或緊密彎曲半徑（R/D <3D），因為這會導致壁厚減薄超過 ASME B31.3 標準允許的範圍，且通常強制要求 PBHT ⁵。
任何因成本或物流原因無法實際或經濟地執行 PBHT 的應用，因為未消除的殘餘應力在高應變區域會導致不可接受的熱疲勞和脆性風險 ⁵。

2. 低溫管線基礎與操作驅動因素

2.1 LNG 操作環境的定義（約 −162∘C）

LNG低溫管線系統的服務溫度約為 −162∘C（液化天然氣的沸點），屬於極低溫範疇。這一溫度環境對結構材料提出了極為嚴苛的要求。在如此低的溫度下，許多金屬材料，特別是碳鋼，會遭受韌性到脆性轉變溫度（Ductile-to-Brittle Transition Temperature, DBTT）現象的影響 ⁸。當溫度低於 DBTT 時，材料會突然失去延展性並變得脆性 ⁸。

因此，LNG服務中選擇的材料必須具備出色的低溫韌性，即使在極冷溫度下也能保持強度並抵抗脆化 ¹⁰。奧氏體不銹鋼和高鎳合金之所以成為首選，正是因為它們的 DBTT 遠低於 LNG 的操作溫度，因此不會表現出與標準碳鋼相同的脆化趨勢 ⁹。

2.2 低溫管線特有的關鍵設計挑戰

低溫管線設計面臨的主要挑戰源於材料暴露於極端溫度變化時的行為：

2.2.1 熱收縮與熱應力管理

低溫管線在冷卻過程中會經歷顯著的線性收縮（Thermal Contraction） ¹²。設計必須納入吸收變形的元件，例如膨脹彎管（Expansion Bends）、波紋管或彈性佈線，以防止管線因熱應力引起變形、破裂或洩漏 ¹²。膨脹彎管的設置是工程上常用的解決方案，旨在吸收管線在膨脹和收縮過程中的變形，確保LNG管線系統的穩定運行 ¹⁴。

2.2.2 熱弓曲與分層流問題

熱弓曲（Thermal Bowing）是低溫管線在啟動或冷卻期間特有的嚴重問題 ¹⁶。當極冷的液體（如LNG）流入原本處於環境溫度的管線時，由於液體密度和傳熱特性的差異，冷液體會沉積在管線底部，導致管壁橫截面的溫度分佈極不均勻 ¹⁴。管線底部溫度極低，而頂部仍維持相對高溫，造成巨大的溫度梯度。這種不均勻的溫度分佈不僅產生高的局部熱應力，還可能導致巨大的管線弓曲位移，若處理不當，會損壞管線本身及其連接設備 ¹⁶。

冷作彎管工藝具有一個潛在的被動優勢：與傳統焊接彎頭相比，冷彎管線提供的平滑、漸進的轉向幾何形狀，能夠減少流體在轉向處產生的局部湍流和流體不規則性 ¹。流體動力學的改善有助於減少在冷卻過程中可能加劇熱分層現象的局部擾動或沸騰，從而間接有助於穩定管線內部的溫度場分佈，減輕熱弓曲效應 ¹⁶。

2.3 低溫服務的材料選擇範式

低溫管線材料必須具備出色的低溫韌性、良好的可銲性和低熱膨脹率 ¹⁰。

奧氏體不銹鋼合金（Austenitic Stainless Steel）： 304 和 316 牌號是極受歡迎的選擇，尤其 304L 和 316L（低碳等級）因其優異的機械性能和低溫韌性而廣泛應用於LNG系統 ¹⁰。它們在低溫下仍保持高抗拉強度和延展性 ¹⁷。
高鎳合金（High Nickel Alloys）： 9% 鎳鋼（9% Ni Steel）是一種低碳鐵素體合金，自1954年以來被ASME規範認可，適用於極低溫應用，能夠在 −196∘C 及以下仍保持缺口延展性 ⁹。它廣泛用於大型LNG儲槽 ¹¹。
其他材料： 鋁合金和銅合金也適用於低溫，前者輕質耐腐蝕，後者熱導率極高，但對於大型終端輸送管線，不銹鋼仍是主流 ¹⁰。

3. 冷作對低溫材料的冶金影響

3.1 冷作彎曲力學與材料應變概述

冷作彎曲是在低於材料轉變溫度下進行的成形過程（通常在環境溫度或接近環境溫度） ⁵。當管線被彎曲時，彎曲外側表面承受拉伸應力，而內側表面承受壓縮應力 ¹⁹。這種塑性變形導致材料加工硬化（Work Hardening）和殘餘應力（Residual Stress）的產生 ²⁰。冷作的優勢在於其更高的尺寸精度和更光潔的表面 ²²。然而，加工硬化會提高材料的屈服強度和耐久性 ²¹，但代價是材料延展性的降低 ¹⁹。對於極低溫應用，如何在提高強度與維持必要的低溫韌性餘裕之間取得平衡，是評估冷作可行性的核心問題。

3.2 奧氏體不銹鋼（304L/316L）分析

3.2.1 應變硬化與強度提升

冷變形顯著增加了奧氏體不銹鋼的機械強度 ²¹。例如，對於SA-240 304不銹鋼，在經過冷拉伸後，其在低溫應用中的ASME允許應力可以從 20,000 psi 顯著增加到 39,300 psi ²⁴。這反映了冷作對屈服強度帶來的提升，使得設計者可以在特定情況下利用這些增強的強度特性。

3.2.2 應變誘發馬氏體相變（DIT）動力學

奧氏體不銹鋼（300系列）在室溫下是亞穩態的。塑性變形（冷作）會誘發晶體結構發生相變，產生應變誘發馬氏體（Strain-Induced Martensite，通常為 α′ 或 ϵ′ 相） ⁴。馬氏體的形成程度取決於局部應變、應變速率和彎曲過程中達到的溫度 ²⁵。

這種相變的影響是：馬氏體相變雖然提高了強度，但對低溫韌性是極為不利的。這是因為馬氏體結構屬於鐵素體（Ferritic）相，而鐵素體材料恰恰會表現出 DBTT 現象 ⁴。因此，冷作彎曲本質上增加了奧氏體不銹鋼中出現脆性相的風險，使得材料的有效 DBTT 向更高的操作溫度移動，從而大大增加在遭受衝擊或熱衝擊時發生脆性斷裂的可能性 ⁴。

3.2.3 對韌性到脆性轉變溫度（DBTT）的影響

儘管奧氏體鋼本身不應表現出 DBTT ⁸，但應變誘發馬氏體的產生直接引入了具有脆性轉變行為的相。因此，對於高應變的冷作 304/316 不銹鋼，其風險評估必須考慮到DBTT 上升的可能性 ⁴。這是要求對高應變奧氏體鋼彎曲件進行固溶退火的主要冶金依據，目的在於將有害的馬氏體相轉變回穩定的奧氏體結構。

3.3 高鎳合金（9% 鎳鋼）分析

3.3.1 固有低溫韌性與 DBTT 耐受性

9% 鎳鋼是一種專門用於低溫應用的合金，它具有極低的脆性轉變溫度，在 −196∘C 下仍保持韌性 ⁹。它不屬於奧氏體鋼，但其特殊的熱處理使其在極端低溫下表現優異，成為LNG儲存和處理的首選材料之一 ¹¹。

3.3.2 冷作對韌性的相對敏感性

與奧氏體不銹鋼不同，9% 鎳鋼不會經歷應變誘發的馬氏體相變 ⁹。雖然過度的冷作仍然可能通過位錯堆積和微觀結構變化略微降低其韌性 ²⁶，但其固有的相穩定性使其對冷作的冶金降解敏感性低於奧氏體不銹鋼。這意味著在處理極厚壁或大口徑管線時，9% 鎳鋼在冷作後可能對 PBHT 的要求不那麼嚴苛，儘管仍需要仔細驗證其最終的低溫韌性 ¹¹。

以下表格總結了兩種主要低溫材料的冷作反應和後續要求：

低溫材料與冷作反應對比表

材料牌號	LNG 服務溫度 (≈−162∘C)	主要優勢	冷作風險	彎後要求（ASME UHA-44 背景）
奧氏體不銹鋼 (304/316)	適用（高韌性） ¹⁰	耐腐蝕性、顯著的強度增加 ²⁴	應變誘發馬氏體 (α′), SCC 敏感性 ⁴	若成形應變/溫度超過限值，則強制要求固溶退火 ³。
9% 鎳鋼	高度適用（極低 DBTT） ⁹	高斷裂韌性，抵抗熱衝擊	潛在的位錯硬化，邊際韌性降低 ²⁶	通常不需要 PBHT，但需驗證韌性。
鋁合金	適用（低密度，高 K） ¹⁰	卓越的導熱性、輕量化 ¹³	易發生扁平化/開裂，若超過極限 ¹⁹	一般不需要 PBHT；可採用低溫處理消除殘餘應力 ²⁸。

4. 製造要求與尺寸完整性（ASME B31.3 合規性）

4.1 冷作彎曲製程與設備適用性

冷作彎曲通常在現場或工廠使用多種方法實施，包括輥彎（Roll Bending）、使用芯軸（Mandrel）的拉伸彎曲（Yawl and Mandrel Bending）或三輥彎曲 ¹⁹。為了防止管壁塌陷或橢圓度過大，特別是對於薄壁管，使用內部支撐或芯軸是至關重要的 ¹⁹。

冷作彎曲雖然製程簡單、成本效益高 ¹，但其成功的關鍵在於操作員的技能和對參數的精確控制，包括彎曲速度、施加的力和芯軸選擇 ²⁹。為了確保最終產品滿足壓力阻力和結構完整性的要求，必須執行嚴格的彎曲資格測試（Bend Qualification Test, BQT） ³⁰。

4.2 ASME B31.3 容差合規性分析（Section 332）

ASME B31.3《製程管線規範》是指導LNG管線設計和施工的主要標準 ³¹。它對冷彎過程產生的幾何變化規定了嚴格的限制 ⁵。

4.2.1 最小彎曲半徑（R/D 比例）與壁厚減薄評估

壁厚減薄是冷彎製程中對壓力容器完整性的首要考量 ²⁹。ASME B31.3 及其衍生標準規定了根據彎曲半徑對壁厚減薄的具體限制：

對於彎曲半徑 R≥5D（管徑的 5 倍及更大），壁厚減薄不得超過 10% ⁵。
對於彎曲半徑 R≤3D（管徑的 3 倍及更小），壁厚減薄不得超過 21% ⁵。

在大型管道運輸應用中，通常建議使用更大的半徑（例如 R/D≥25） ³⁰，以將應變和減薄最小化。

4.2.2 橢圓度與起皺（Buckling/Wrinkle）控制

彎曲後的扁平化或橢圓度（Ovality），即最大和最小直徑之間的差異，必須嚴格控制以確保內部壓力下的結構穩定性 ⁵。

對於承受內部壓力的管線，橢圓度不得超過公稱外徑的 8% ⁵。
彎曲內側的起皺（Wrinkles）或波紋的深度（從波峰到波谷的測量）不得超過公稱管徑的5% ⁵。

4.2.3 縱向銲縫位置限制

如果使用帶有縱向銲縫的管線而不是無縫管，ASME B31.3 要求縱向銲縫的位置必須距離彎曲平面（Plane of Bend）至少 30 度，以避免將銲縫置於最大塑性應變區，從而防止在成形過程中產生缺陷 ⁵。

ASME B31.3 冷作彎曲製造容差 (管線)

參數	彎曲半徑 R≥5D	彎曲半徑 R≤3D	規範限制/要求	資料來源
最大壁厚減薄	10%	21%	相對於公稱厚度的最大減薄量	⁵
最大橢圓度（內壓）	8% 的公稱外徑	8% 的公稱外徑	最大與最小直徑的差異	⁵
最大內部起皺/波紋	1.5% 的公稱管徑	1.5% 的公稱管徑	波峰到波谷的測量深度	⁵
縱向銲縫位置	N/A	N/A	必須位於彎曲平面 30 度以外	⁵

5. 殘餘應力管理與彎後處理

5.1 冷作彎曲後的殘餘應力分佈與量級

冷作彎曲引入了顯著的殘餘應力，包括周向應力和軸向應力 ²⁰。這些應力是由於管壁塑性變形不均勻引起的。未經消除的殘餘應力會與管線在操作中承受的應力（壓力、熱載荷和機械載荷）疊加，從而顯著降低組件的疲勞壽命餘裕 ⁷。軸向殘餘應力的平均降低率可能超過 74%，但周向應力在輥彎後仍可能很高，需要重點關注 ²⁰。

5.2 彎後熱處理（PBHT）與規範強制性要求

5.2.1 奧氏體不銹鋼固溶退火（SA）的必要性

對於奧氏體不銹鋼，ASME 壓力容器規範（如 UHA-44）規定，如果冷作溫度低於最低熱處理溫度，並且設計金屬溫度或成形應變超過特定限制，則必須對冷成形區域進行固溶退火 ³。由於LNG服務溫度（−162∘C）屬於極低溫，且冷彎在遠高於此溫度的環境溫度下進行，因此對於高應變的 304/316 不銹鋼彎頭，固溶退火通常是強制性的 ³。

固溶退火的目的是為了恢復材料的原始微觀結構，消除冷作引入的殘餘應力，並使應變誘發的馬氏體相變逆轉，從而恢復材料在極低溫下的固有韌性 ³。如果省略 SA，不僅會增加脆性斷裂的風險，還會由於高殘餘拉伸應力而極大地增加應力腐蝕開裂（SCC）的風險 ²⁷。

5.2.2 經濟悖論：SA 的成本影響

固溶退火製程要求將管件加熱到高溫（通常約 1,050∘C 到 1,120∘C），隨後進行快速冷卻（水淬或快速風冷） ³。對於大型、複雜的LNG管線組件來說，這需要大型專門的爐具、複雜的處理步驟和嚴格的質量保證，這會產生巨大的物流和成本。因此，如果強制要求對冷彎管件進行 SA，將極大地削弱甚至完全抵消冷作彎管在初始施工和 NDT 方面的所有經濟優勢 ³。只有在應變被控制在足夠低的水平，從而避免強制性 SA 的情況下，冷作彎管的成本效益才能真正實現。

5.2.3 替代方法：利用低溫處理消除殘餘應力

新興的研究表明，受控的低溫處理（Cryogenic Treatment，可降至 −300∘F 或 113 K）可以有效減輕某些合金（例如 6061 鋁合金）中的殘餘應力，其中軸向殘餘應力平均降低率超過 74% ²⁰。如果這項技術能夠擴展並被證明對奧氏體不銹鋼同樣有效，且不會導致不利的微觀結構變化，那麼低溫應力消除可能會提供一種無需高溫 SA 即可解決冷作殘餘應力的方法。這將有望恢復冷作彎管在大型、複雜LNG管線段上的經濟可行性。

6. 結構可靠性與失效機制分析

6.1 冷作與應力集中導致的疲勞壽命退化

雖然冷作提高了材料的靜態強度，但塑性變形引入了位錯結構和微裂紋，降低了材料的低週疲勞（Low-Cycle Fatigue, LCF）阻力 ⁷。研究表明，與退火材料相比，冷作後的 304 不銹鋼樣本的疲勞轉變壽命顯著降低 ³⁴。在低溫下，疲勞過渡壽命進一步縮短 ³⁴。

6.2 LNG 彎曲處的熱循環疲勞（冷卻/升溫循環）

LNG設施的管線會頻繁經歷熱循環（從環境溫度約 20∘C 冷卻到操作溫度 −162∘C，以及隨後的升溫） ³⁶。熱循環對彎曲等幾何不連續處施加嚴重的熱應力。

關鍵風險鏈： 冷作彎曲產生的高殘餘應力會與操作中的熱應力結合。在熱循環作用下，這種疊加應力會顯著加速裂紋的萌生和擴展 ⁷。冷作不銹鋼在高溫或低溫熱疲勞測試下表現出較差的疲勞壽命 ⁷。在這種情況下，管線組件的預期壽命將主要由既有的製造缺陷在循環載荷下的裂紋擴展速率（da/dN）所決定 ³⁶。

6.3 冷作奧氏體鋼的應力腐蝕開裂（SCC）風險評估

應力腐蝕開裂（SCC）的發生需要三個條件同時滿足：易感材料、拉伸應力以及腐蝕性環境（例如氯化物） ²⁷。

操作安全影響： 冷作彎曲在彎曲外側產生了極高的殘餘拉伸應力 ²⁰。若LNG接收站或運輸船位於海洋環境附近，外部保溫層可能允許氯離子滲入或冷凝（低溫管線面臨水氣滲透和冷凝引起的外部腐蝕挑戰） ³⁸。在這種情況下，未經 SA 處理的高應變冷作外表面將對 SCC 破壞變得極為敏感 ²⁷。這是一種潛在的災難性失效模式，因此 PBHT 是防止此類失效的關鍵安全措施。

以下表格對比了冷彎與銲接管件在結構風險方面的差異：

風險概況轉變：低溫服務中的冷彎與銲接彎頭

風險領域	銲接彎頭（管件）	冷作彎曲（管線）	冷彎的緩解策略
主要結構缺陷	銲縫完整性（氣孔、未熔合、熱影響區韌性） ³⁹	冶金不穩定性（馬氏體、SCC、殘餘應力） ⁴	強制性 PBHT（固溶退火）或先進的應力消除處理（低溫處理） ³。
尺寸失效	未對準導致銲縫處局部高應力	過度的壁厚減薄、橢圓度、起皺 ⁵	嚴格遵守 ASME B31.3 容差；100% 超聲波/壁厚驗證 ⁴⁰。
長期劣化	銲縫疲勞失效（由於循環壓力/溫度）	殘餘應力集中加速熱疲勞開裂 ⁷	消除殘餘應力至臨界閾值以下；採用耐疲勞材料等級。

7. 質量保證與非破壞檢測（NDT）輔佐

7.1 彎曲資格測試（BQT）程序

在開始現場彎曲之前，必須針對特定管線壁厚和材料等級進行彎曲資格測試（BQT），以驗證彎曲設備和操作員的能力 ³⁰。BQT的驗收標準通常包括幾何檢查（橢圓度、壁厚量測） ³⁰。

7.2 冷成形組件所需的 NDT 覆蓋範圍

冷作彎曲組件必須進行嚴格的檢測以確保完整性，特別是檢查成形過程中可能產生的表面缺陷：

目視檢查（Visual Examination）： 彎曲後成品表面必須進行 100% 目視檢查，以確保其無裂紋，且基本上沒有起皺或屈曲 ⁵。
表面檢測（MT/PT）： 對於感應彎曲（Induction Bent Pipe）等高度受控的彎曲製程，通常要求 100% 進行磁粉檢測（MT）或液體滲透檢測（PT） ⁶。這類表面 NDT 用於檢測塑性變形過程中可能產生的表面開裂 ⁶。
壁厚驗證（UT/RT）： 對於大口徑的 Class I 管線（高壓/關鍵服務），如果對壁厚減薄是否符合設計要求存在疑問，則需要使用超聲波（UT）或其他可接受的非破壞性方法進行檢查 ⁴⁰。

7.3 認證要求與可追溯性

管線材料和組件必須具有可追溯性，以證明其符合規定的要求 ⁵。如果冷成形的管線需要進行新的熱處理（例如固溶退火），則必須進行重新認證（Re-certification），通常需要符合 EN 10 204 Type 3.1 等標準，以確保材料特性已經恢復並滿足原始設計規範 ⁶。

8. 經濟與操作可行性比較

8.1 成本比較：冷作彎管 vs. 銲接管件

從整體項目成本來看，冷作彎管具有顯著的經濟優勢：

初始材料成本： 冷作彎曲使用標準直管材料，而非價格較高的專用工廠製造彎頭和管件，降低了採購成本 ²。
人工與時間節省： 銲接需要高技能的合格銲工、精確的切割對齊以及耗時的多層銲道。相比之下，冷作彎曲所需人工較少，週期時間更快，從而大大節省了總體勞動力和時間成本 ¹。在液壓系統中，採用無銲連接和現場彎曲可節省 35% 至 45% 的總體成本，這一效益可推廣到大型LNG管線安裝 ²。
NDT 節省： 雖然冷彎需要 100% 表面檢查，但它消除了對關鍵管線銲縫進行成本高昂且耗時的體積檢測（如射線照相 RT 或超聲波 UT）的需求 ²。
經濟性矛盾分析： 正如第五節所述，如果高應變的奧氏體不銹鋼彎曲件必須進行成本和物流密集的固溶退火（SA），那麼冷作彎曲在初始施工和 NDT 方面的所有成本節省將被 SA 的成本所吞噬甚至超越 ³。因此，冷作彎曲的真正成本效益只有在應變控制在無需強制 SA 的程度時才能實現。

8.2 生產力分析：週期時間與安裝速度

CNC（計算機數控）控制的冷作彎曲設備能夠實現快速設置和更快的產量 ¹。對於大型 LNG 項目，快速的現場安裝和裝配能夠縮短調試時間表，帶來巨大的項目經濟效益 ²。冷作彎曲消除了對高壓銲縫所需的“動火許可”和“安全監護”等安全管理要求，進一步簡化了施工流程 ²。

8.3 液壓性能：減少湍流與流阻

冷作彎曲產生的平滑、漸進的曲線過渡，顯著優於銲接管件形成的突然方向改變 ¹。這種優異的內部幾何形狀減少了流體湍流和壓力損失 ²。

操作效益： 較低的壓力降轉化為對泵和壓縮機的功率需求降低，從而節省運營成本（馬力節省） ²。此外，在低溫管線中，平滑的流動至關重要，因為它可以最大限度地減少局部沸騰、閃蒸和流動不規則性，這些因素都可能加劇冷卻期間發生的熱分層問題 ¹⁶。

經濟與操作對比：冷作彎曲 vs. 銲接彎頭

因素	冷作彎曲製程	銲接管件製程	對 LNG 項目可行性的影響
初始材料成本（管件）	低（使用標準直管）	高（需要專門的工廠管件）	有利於冷作彎曲 ²。
製造人工時間	快速，週期短，所需技能勞工較少 ¹	緩慢，步驟多，需要合格銲接專業人員 ¹	有利於冷作彎曲。
非破壞檢測 (NDT)	集中在彎曲區域的表面檢測 (MT/PT) ⁶	關鍵銲縫必須進行體積檢測 (RT/UT) ²	有利於冷作彎曲（假設冶金完整性得到驗證）。
液壓效率	卓越（過渡平滑，壓力損失小） ¹	中等（湍流增加，壓力損失高）	有利於冷作彎曲；有助於減輕熱分層 ¹⁶。
彎後處理風險	若要求固溶退火（SA），則成本極高 ³	一般較低（PWHT取決於材料/厚度）	關鍵風險因素；決定了冷作彎曲的實際成本效益。

9. 結論與最終建議

本分析表明，在LNG低溫輸送管線系統中實施冷作彎管製程，在技術上是可行的，並且在操作和經濟層面具有顯著優勢。其優勢包括更優異的液壓流動特性、更短的施工週期以及因減少高壓焊接和相應 NDT 所帶來的成本節約。

然而，冷作彎曲的可行性依賴於對其冶金後果的嚴格控制。對於奧氏體不銹鋼（304L/316L），塑性變形導致的應變硬化和應變誘發馬氏體相變，極大地增加了材料在 −162∘C 操作條件下發生脆性斷裂和應力腐蝕開裂的風險 ⁴。

成功的實施要求項目嚴格遵守 ASME B31.3/UHA-44 等規範。這意味著：

應變控制： 必須採用大彎曲半徑（R/D ≥5D）以將塑性應變和壁厚減薄（≤10%）降至最低 ⁵。
強制性 PBHT 評估： 對於任何高應變彎曲，強制執行固溶退火（SA）是減輕殘餘應力和馬氏體形成的非協商條件 ³。若因成本或物流原因無法執行 SA，則該冷作彎曲方案應被視為不可接受。
質量保證： 必須實施嚴格的 NDT 檢驗，包括 100% 表面檢測和壁厚驗證 ⁶。

最終建議：

應優先在管線中採用冷作彎曲，用於製造曲率平緩、半徑較大的彎管。在這些低應變條件下，可以充分實現冷作彎曲的經濟效益和優異的液壓性能，同時避免觸發強制性、成本高昂的固溶退火要求。

對於需要極緊密小半徑或涉及極厚壁的關鍵 LNG 系統，建議繼續使用經工廠製造並具有冶金認證的管件，以確保材料性能穩定性和最小的殘餘應力風險。此外，低溫應力消除等創新技術的發展，值得持續關注，因為它們可能在未來為冷作彎曲帶來更廣泛的應用。

參考文獻

Should You Weld or Bend Pipes? – JMC Automotive Equipment, https://jmcautomotiveequipment.com/blog/should-you-weld-or-bend-pipes/
Cost Comparison Charts – Tube-Mac Piping Technologies, https://tube-mac.com/resources/cost-comparison-charts/
Requirement of Solution Annealing for SS DIshed head after forming – Google Groups, https://groups.google.com/g/materials-welding/c/0itjxJl0mcA
(PDF) Effects of deformation-induced martensite and grain size on ductile-to-brittle transition behavior of austenitic 18Cr10Mn-N stainless steels – ResearchGate, https://www.researchgate.net/publication/251330268_Effects_of_deformation-induced_martensite_and_grain_size_on_ductile-to-brittle_transition_behavior_of_austenitic_18Cr10Mn-N_stainless_steels
ASME B31.3 Process Piping Guide – LANL Engineering Standards, https://engstandards.lanl.gov/esm/pressure_safety/Section%20REF-3-R0.pdf
L-001et ASME B31-3 332 (Cold Bending) | PDF – Scribd, https://www.scribd.com/document/763881636/L-001et-ASME-B31-3-332-cold-bending
A Study on Thermally Fatigued Phase Transformation and Bending Fracture Mechanisms of 310S Stainless Steel – PMC, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12155832/
Analysis of Ductile-to-Brittle Transition Temperature of Stainless steel of 304 grades, https://oaji.net/articles/2014/1511-1419828708.pdf
9% Nickel Steel for LNG and Cryogenic Applications – Masteel UK, https://masteel.co.uk/news/9-nickel-steel-lng-cryogenic-applications/
Cryogenic Piping | VS Carbonics, https://vscarbonics.com/cryogenic-piping
Welding of Ferritic Cryogenic Steels – TWI, https://www.twi-global.com/technical-knowledge/job-knowledge/welding-of-ferritic-cryogenic-steels-100
2024 Cryogenic Piping Design Guidelines – CRYOTECH, https://cryotechcn.com/2024-cryogenic-piping-design-guidelines/
Pipe Fabrication for Cryogenic Systems: Unique Challenges – Ansgar Industrial, https://www.ansgarindustrial.com/blog/2025/01/02/pipe-fabrication-for-cryogenic-systems-unique-challenges/
Study on Flow and Heat Transfer Characteristics of LNG Expansion Bend – Atlantis Press, https://www.atlantis-press.com/article/126010799.pdf
Study on Flow and Heat Transfer Characteristics of LNG Expansion Bend – Atlantis Press, https://www.atlantis-press.com/proceedings/icaesee-24/126010799
SPECIAL THERMAL PROBLEMS – ASME Digital Collection, https://asmedigitalcollection.asme.org/ebooks/book/chapter-pdf/2794907/802854_ch11.pdf
Stainless Steel for Cryogenic Applications | 304L & 316L Materials for LNG & Gas, https://www.actionstainless.com/cryogenic-applications
Arcelormittal 9 Percent Nickel | PDF | Heat Treating | Steel – Scribd, https://www.scribd.com/document/624083587/Arcelormittal-9-Percent-Nickel
comparing cold bending and hot bending in pipe bending – lined pipe, clad pipes, induction bends, Pipe Fittings – Piping System Solutions, https://www.ltdpipeline.com/cold-bending-and-hot-bending-pipe/
Residual Stress Relief in 2219 Aluminium Alloy Ring Using Roll-Bending – MDPI, https://www.mdpi.com/1996-1944/13/1/105
Cold Forming vs Hot Bending: Which Pipe Fitting Process Is Better？ – Rayoung Pipeline, https://blog.hb-steel.com/cold-forming-vs-hot-bending-which-pipe-fitting-process-is-better
How to Bend Sheet Metal: Cold vs. Hot Working Methods – EZG Manufacturing, https://ezgmfg.com/how-to-bend-sheet-metal-cold-vs-hot-working-methods/
Most Effective Cold Bending Processes for Stainless Steel Pipes – New Mexico Metals LLC, https://newmexico-metals.com/what-are-the-most-effective-cold-bending-processes-for-stainless-steel-pipes/
Registration of Cold Stretched Vessels – Pressure Vessel Engineering, https://www.pveng.com/registration-of-cold-stretched-vessels/
Influence of Deformation Temperature and Strain Rate on Martensitic Transformation of Duplex Stainless Steel and Its Corresponding Kinetic Model – MDPI, https://www.mdpi.com/2075-4701/15/6/581
Cryogenic Processing of Steel Part 2 – Toughness and Strength – Knife Steel Nerds, https://knifesteelnerds.com/2018/12/10/cryogenic-processing-of-steel-part-2/
Stress corrosion cracking – Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Stress_corrosion_cracking
Effect of Cryogenic Treatment on Residual Stress and Microstructure of 6061 Aluminum Alloy and Optimization of Parameters – PMC, https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11477555/
Cold bending properties of ASTM A53 Gr B pipe – Longma, https://www.longma-group.com/knowledge/cold-bending-properties-of-astm-a53-gr-b-pipe
Cold Bend – Technobend, https://technobend.com/product/cold-bends/
Custom ASME B31.3 Cryogenic Piping Systems – Meyer Tool & Manufacturing, https://www.mtm-inc.com/custom-asme-b313-piping-systems.html
PIPE BENDING METHODS, TOLERANCES, PROCESS AND MATERIAL REQUIREMENTS, https://asbending.com/wp-content/uploads/2023/09/PFI-ES-24-Pipe-Bending-Methods-Tolerances-etc.pdf
Cryogenic Metal Stress Relief | Nitrofreeze, https://www.nitrofreeze.com/services/conventional-cryogenic-treatment/residual-stress-relieving/
Effect of Cryogenic Temperature on Low-Cycle Fatigue Behavior of AISI 304L Welded Joint, https://www.mdpi.com/2075-4701/8/9/657
Study of cryogenic storage tank fatigue life : low temperature mechanical testing of AISI 304 and 310 stainless steels – GovInfo, https://www.govinfo.gov/content/pkg/GOVPUB-C13-3a15d531d8ae14e016ad3570bb36ba46/pdf/GOVPUB-C13-3a15d531d8ae14e016ad3570bb36ba46.pdf
Fatigue Characteristics of STS 304 Stainless Steel for LNG Storage Tank at Low Temperature – INIS-IAEA, https://inis.iaea.org/records/wkn1x-vqv69
Stress Corrosion Cracking – CRP UK, https://crp.co.uk/stress-corrosion-cracking/
Piping Stress Analysis For Cryogenic Systems – Rishabh Engineering Services, https://www.rishabheng.com/blog/cryogenic-pipe-stress-analysis/
Reducing Elbow vs. Welded Elbow – Key Differences – Max Pipes & Fittings Inc., https://www.maxpipefittings.com/blog/reducing-elbow-vs-welded-elbow-understanding-the-differences/
46 CFR Part 56 Subpart 56.80 — Bending and Forming – eCFR, https://www.ecfr.gov/current/title-46/chapter-I/subchapter-F/part-56/subpart-56.80