ASTM A335 ASME SA335 P92 SMLS 파이프

다양한 등온 온도에서 P92 강의 미세 구조 진화

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다양한 등온 온도에서 P92 강의 미세 구조 진화

P92강철 주로 초초임계 보일러, 초고압 파이프라인 및 기타 고온 고압 장비에 사용됩니다.P92강은 W 및 B 원소의 미량 원소를 첨가한 P91강 화학 조성에 따라 Mo 함량을 줄이고 다양한 방법으로 강화 및 분산 강화된 결정립계를 통해 P92강의 종합적 성능을 개선합니다.P92강은 P91강보다 산화 저항 성능과 내식성이 우수합니다.열간 가공 공정은 P92강 파이프를 생산하는 데 필수적입니다.열 가공 기술은 생산 공정에서 발생하는 내부 결함을 제거하고 강철 성능이 작업 조건의 요구를 충족시킬 수 있습니다.열간 가공 공정에서 조직의 유형과 상태는 성능이 표준을 충족하는 데 영향을 미치는 핵심 요소입니다. 따라서 본 논문에서는 다양한 등온 온도에서 P92 강관의 조직을 분석하여 다양한 온도에서 P92 강관의 조직 진화를 밝혀냈습니다. 이는 실제 열간 가공 공정의 조직 분석 및 성능 제어에 대한 정보 지원을 제공할 뿐만 아니라 열간 가공 공정 개발을 위한 실험적 기초를 마련합니다.

1. 시험재료 및 방법

1.1 시험재료

시험한 강은 사용 조건의 P92 강관(1060℃ 경화 + 760℃ 템퍼링)이며, 화학 성분은 표 1에 나타냈다. 완성된 관의 중앙부에서 길이 방향으로 특정 위치에서 ϕ4 mm × 10 mm의 원통형 시편을 절단하고, 급냉 팽창계를 사용하여 다양한 온도에서 조직 변형을 연구했다.

표 1 질량분율에 따른 P92강의 주요 화학성분(%)

요소 씨 시 망 Cr 니 모 V 알 비 NB 여 철
% 0.13 0.2 0.42 8.67 0.25 0.48 0.19 0.008 0.002 0.05 1.51 균형

1.2 테스트 프로세스

L78 급냉 열팽창계를 사용하여 0.05℃/s로 1050℃까지 가열하여 단열 15분, 200℃/s로 실온까지 냉각합니다. 재료의 상변화 임계점을 측정합니다. Ac1은 792.4℃, Ac3은 879.8℃, Ms는 372.3℃입니다. 시편은 10°C/s의 속도로 1050°C까지 가열하여 15분간 유지한 다음, 150°C/s의 속도로 다른 온도(770, 740, 710, 680, 650, 620, 520, 430, 400, 370, 340, 310, 280, 250, 190 및 160°C)까지 냉각시키고 다른 시간 동안 유지했습니다(620°C 이하 1시간, 620°C 이상 25시간). 620℃ 이상 유지 25시간), 전원의 등온 끝은 꺼져 시편이 실온으로 공랭됩니다.1.3 시험 방법

시편 표면을 다양한 공정으로 연삭 및 연마한 후 왕수를 사용하여 시편 표면을 부식시켰다. AXIOVERT 25 Zeiss 현미경과 QWANTA 450 환경 주사 전자 현미경을 사용하여 조직을 관찰 및 분석했으며, HVS-50 비커스 경도 시험기(부하 중량 1kg)를 사용하여 각 시편 표면의 여러 위치에서 경도를 측정하여 평균값을 시편의 경도 값으로 취했다.

2. 테스트 결과 및 분석

2.1 등온 온도의 다양한 구성 및 분석

그림 1은 다른 온도에서 다른 시간 동안 1050°C에서 완전한 오스테나이트화 후의 P92 강의 미세조직을 보여준다.그림 1(a)는 190℃에서 1시간 동안 등온화 후의 P92 강의 미세조직을 보여준다.그림 1(a2)에서 알 수 있듯이, 상온 조직은 마르텐사이트(M)이다.그림 1(a3)에서 알 수 있듯이, 마르텐사이트는 라스형 특성을 보인다.강의 Ms점은 약 372°C이므로, Ms점 아래의 등온에서 마르텐사이트 상변태가 일어나 마르텐사이트를 형성하고, P92 강의 탄소 함량은 저탄소 조성 범위에 속한다.라스형 형태가 마르텐사이트의 특징이다.

그림 1(a)는 190°C에서 1시간 등온 처리 후 P92강의 미세조직을 나타낸 것이다.

그림 1(a)는 190°C에서 1시간 등온 처리 후 P92강의 미세조직을 나타낸 것이다.

그림 1(b)는 430℃ 등온 1h에서 P92 강의 미세구조를 나타낸 것이다. 등온 온도가 430℃로 증가함에 따라 P92 강은 베이나이트 변태대에 도달한다. 이 강에는 Mo, B, W 원소가 포함되어 있기 때문에 이러한 원소는 베이나이트 변태에 거의 영향을 미치지 않지만 펄라이트 변태는 지연시킨다. 따라서 P92 강은 430℃ 절연 1h에서 일정량의 베이나이트를 조직한다. 그런 다음 남은 과냉각 오스테나이트는 공랭 시 마르텐사이트로 변태된다.

그림 1(b)는 430℃ 등온 1h에서의 P92강의 미세조직을 나타낸 것이다.

그림 1(b)는 430℃ 등온 1h에서의 P92강의 미세조직을 나타낸 것이다.

그림 1(c)는 520℃ 등온 1h에서 P92강의 미세조직을 나타낸다. 등온온도가 520℃일 때 합금원소인 Cr, Mo, Mn 등이 펄라이트변태를 억제하고 베이나이트변태점(Bs점)의 시작이 감소하므로 특정 온도범위에서 과냉각 오스테나이트의 안정화대가 나타난다. 그림 1(c)는 520℃ 절연 1h 후 과냉각 오스테나이트가 변태 후 발생하지 않고 공랭하여 마르텐사이트를 형성한 것을 볼 수 있다. 최종 상온조직이 마르텐사이트이다.

그림 1(c)는 520℃ 등온 1h에서의 P92강의 미세조직을 나타낸 것이다.

그림 1(c)는 520℃ 등온 1h에서의 P92강의 미세조직을 나타낸 것이다.

그림 1(d)는 마르텐사이트+펄라이트의 650℃ 등온 25h 미세구조를 갖는 P92강에 대한 것이다. 그림 1(d3)에서 보듯이 펄라이트는 불연속적인 층상구조를 보이고, 표면의 탄화물은 짧은 막대모양의 석출을 보인다. 이는 P92강 합금원소인 Cr, Mo, V 등이 과냉각 오스테나이트의 안정성을 동시에 향상시켜 P92강 펄라이트 형태가 변하기 때문인데, 즉 짧은 막대모양의 탄화물인 펄라이트체 내의 탄화물을 펄라이트계라고 한다. 동시에 조직 내에서 미세한 2차상 입자가 많이 발견되었다.

그림 1(d)는 650℃ 등온 25h P92강의 마르텐사이트+펄라이트 미세구조를 나타낸 것이다.

그림 1(d)는 650℃ 등온 25h P92강의 마르텐사이트+펄라이트 미세구조를 나타낸 것이다.

그림 1(e)는 740℃ 등온 25h에서 P92 강의 미세조직을 보여준다. 740℃ 등온에서 먼저 공융 괴상 페라이트가 석출되고 그다음 오스테나이트 공융 분해가 일어나 펄라이트와 같은 조직이 형성된다. 650℃ 등온과 비교했을 때(그림 1(d3) 참조), 펄라이트 조직은 등온 온도가 높아질수록 더 거칠어지고, 펄라이트의 2상 특성, 즉 짧은 막대 형태의 페라이트와 카뷰라이트가 명확하게 보인다.

그림 1(e)는 740℃ 등온 25h에서의 P92강의 미세조직을 나타낸 것이다.

그림 1(e)는 740℃ 등온 25h에서의 P92강의 미세조직을 나타낸 것이다.

그림 1(f)는 770°C 등온에서 25시간 동안 P92 강의 미세 구조를 보여줍니다. 770°C 등온에서 등온 시간이 길어짐에 따라 페라이트의 석출이 먼저 일어나고, 그다음 과냉각된 오스테나이트가 공정 분해를 거쳐 페라이트+펄라이트 조직을 형성합니다. 등온 온도가 증가함에 따라 첫 번째 공정 페라이트 함량이 증가하고 펄라이트 함량은 감소합니다. P92 강의 합금 원소, 합금 원소가 오스테나이트에 용해되어 오스테나이트 경화성이 증가하기 때문에 공정 분해의 어려움이 더 광범위해지므로 공정 분해, 펄라이트 조직 형성을 할 수 있을 만큼 충분히 긴 등온 시간이 필요합니다.

그림 1(f)는 770°C 등온에서 25시간 동안 P92강의 미세조직을 나타낸 것이다.

그림 1(f)는 770°C 등온에서 25시간 동안 P92강의 미세조직을 나타낸 것이다.

그림 1(f2)에서 서로 다른 형태의 조직에 대해 에너지 스펙트럼 분석을 수행하여 조직 유형을 더욱 자세히 식별하였으며, 표 2에 나타냈다. 표 2에서 알 수 있듯이, 백색 입자의 탄소 함량이 다른 조직보다 높고 합금 원소인 Cr, Mo, V가 더 많은 것을 알 수 있으며, 이 입자를 냉각 과정에서 침전된 복합 카바이드 입자로 분석한 결과, 불연속 층상 조직의 탄소 함량이 두 번째로 낮고, 괴상 조직의 탄소 함량이 가장 낮았다. 펄라이트는 탄화물과 페라이트의 2상 조직이기 때문에 평균 탄소 함량이 페라이트보다 높으며, 등온 및 형태 분석을 결합하여 층상 조직이 펄라이트와 유사하고 괴상 조직이 먼저 공정 페라이트임을 추가로 확인했다.

770 °C에서 25시간 동안 등온 처리한 P92강의 스펙트럼 분석, 원자 분율로 표 형식으로 작성(%)

구조 씨 NB 모 티 V Cr 망 철 여
흰색 과립 11.07 0.04 0.94 0.02 2.16 8.36 2.64 54.77 2.84
블록 구조 9.31 0.04 0.95 0.2 0.32 8.42 0.74 85.51 10.21
계층 구조 5.1 0 0.09 0.1 0.33 7.3 0.35 85.65 0.69

2.2 미소경도 및 분석

일반적으로 W, Mo 등의 원소를 함유한 합금강의 냉각 과정에서 과냉각 오스테나이트에서 세 가지 조직 변형이 발생합니다. 저온 영역에서는 마르텐사이트 변형, 중온 영역에서는 베이나이트 변형, 고온 영역에서는 펄라이트 변형입니다. 서로 다른 조직적 진화는 서로 다른 경도로 이어집니다. 그림 2는 서로 다른 등온 온도에서 P92 강의 경도 곡선 변화를 보여줍니다. 그림 2에서 등온 온도가 증가함에 따라 경도는 먼저 감소한 다음 증가한 다음 마지막으로 감소하는 경향을 보입니다. 등온 온도가 160 ~ 370℃일 때 마르텐사이트 변형이 발생하고 비커스 경도는 516HV에서 457HV로 증가합니다. 등온 온도가 400 ~ 620℃일 때 소량의 베이나이트 변태가 발생하고 478HV의 경도가 484HV로 증가합니다. 베이나이트 변태가 작기 때문에 경도는 크게 변하지 않습니다. 등온 온도가 650℃일 때 소량의 펄라이트가 형성되어 경도는 410HV입니다. 등온 온도가 680 ~ 770℃일 때 페라이트 + 펄라이트 조직이 형성되어 경도가 242HV에서 163HV로 변합니다. P92강은 다른 온도에서 변태되기 때문에 전이 조직이 다르고 저온 마르텐사이트 변태 영역에서 등온 온도가 Ms점보다 낮을 때 온도가 증가함에 따라 마르텐사이트 함량이 감소하고 경도가 감소합니다. P92강이 다양한 온도에서 변태하는 도중, 등온 온도가 Ms점보다 낮을 때는 온도가 증가함에 따라 마르텐사이트 함량이 감소하고 경도가 감소합니다. 중온 베이나이트 변태 영역에서는 베이나이트 변태량이 적기 때문에 경도 변화가 크지 않습니다. 고온 펄라이트 변태 영역에서는 등온 온도가 상승함에 따라 1차 공정 페라이트 함량이 증가하여 경도가 계속 감소하므로 등온 온도가 증가함에 따라 재료 경도는 전반적으로 감소 추세이며 경도 변화 추세와 조직 분석도 그 추세와 일치합니다.

다양한 등온 온도에서 P92강의 경도 곡선 변화

다양한 등온 온도에서 P92강의 경도 곡선 변화

3. 결론

1) P92강의 임계점 Ac1은 792.4℃, Ac3는 879.8℃, Ms는 372.3℃이다.

2) P92강은 등온이 다르면 상온조직이 다르다; 160~370℃ 등온 1h에서는 상온조직이 마르텐사이트이고; 400~430℃ 등온 1h에서는 소량의 베이나이트+마르텐사이트 조직이고; 520~620℃ 등온 1h에서는 조직이 비교적 안정적이며, 단시간(1h) 내에 변태가 일어나지 않으면 상온조직이 마르텐사이트이고; 650℃ 등온 25h에서는 상온조직이 펄라이트이다.h에서는 상온조직이 펄라이트+마르텐사이트이고; 680~770℃ 등온 25h에서는 조직이 펄라이트+1차 공정 페라이트로 변태한다.

3) P92강은 Ac1 이하 등온에서 오스테나이트화되고, 등온 온도가 낮아짐에 따라 재료 전체의 경도는 증가하는 경향을 보이며, 등온 770℃에서 첫 번째 공정 페라이트 석출 발생 후 펄라이트 변태가 발생하고 경도가 가장 낮아 약 163HV이다. 등온 160℃에서 마르텐사이트 변태 발생 후 경도가 가장 높아 약 516HV이다.

ASME B31.3 대 ASME B31.1

ASME B31.1 대 ASME B31.3: 배관 설계 코드 알아보기

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소개

배관 설계 및 엔지니어링에서 적절한 배관 코드를 선택하는 것은 안전, 효율성 및 산업 표준 준수를 보장하는 데 필수적입니다. 가장 널리 알려진 배관 설계 코드 중 두 가지는 다음과 같습니다. 영어: ASME B31.1 표준 그리고 영어: ASME B31.3 표준. 둘 다 미국 기계 기술자 협회(ASME)에서 나왔고 파이프 시스템의 설계 및 건설을 관장하지만, 그 적용 분야는 상당히 다릅니다. ASME B31.1 대 ASME B31.3 발전소, 화학 처리, 산업 시설 등 프로젝트에 적합한 코드를 선택하려면 토론이 필수적입니다.

개요: ASME B31.1 대 ASME B31.3

What is ASME B31.3 or Process Piping Code?

영어: ASME B31.1 표준 발전소 배관 시스템의 설계, 건설 및 유지 관리를 규정하는 표준입니다. 발전소, 산업 플랜트 및 발전이 관련된 기타 시설의 배관 시스템에 적용됩니다. 이 코드는 고압 증기, 물 및 고온 가스를 처리하는 시스템의 무결성에 중점을 둡니다.

일반적인 응용 프로그램: 발전소, 난방 시스템, 터빈 및 보일러 시스템.
압력 범위: 고압 증기 및 유체 시스템.
온도 범위: 고온 서비스, 특히 증기 및 가스 응용 분야에 적합합니다.

What is ASME B31.1 or Power Piping Code?

영어: ASME B31.3 표준 applies to the design and construction of piping systems used in chemical, petrochemical, and pharmaceutical industries. It governs systems that transport chemicals, gases, or liquids under different pressure and temperature conditions, often including hazardous materials. This code also covers the associated support systems and the safety considerations of handling chemicals and dangerous substances.

일반적인 응용 프로그램: 화학 처리 공장, 정유소, 제약 시설, 식품 및 음료 공장.
압력 범위: 일반적으로 ASME B31.1의 압력 범위보다 낮으며 유체 유형과 분류에 따라 다릅니다.
온도 범위: varies depending 화학 유체에서는 일반적으로 극한 조건보다 낮습니다. 영어: ASME B31.1 표준.

Difference Between ASME B31.3 and ASME B31.1 (ASME B31.3 vs ASME B31.1)

ASME B31.3 대 ASME B31.1

ASME B31.3 대 ASME B31.1

Sr No 매개변수 ASME B31.3-Process Piping ASME B31.1-Power Piping
1 범위 Provides rules for Process or Chemical Plants Provides rules for Power Plants
2 Basic Allowable Material Stress Basic allowable material stress value is higher (For example the allowable stress value for A 106 B material at 250 Deg C is 132117.328 Kpa as per ASME B31.3) Basic allowable material stress value is lower (For example the allowable stress value for A 106 B material at 250 Deg C is 117900.344 Kpa as per ASME B31.3)
3 Allowable Sagging (Sustained) The ASME B31.3 code does not specifically limit allowable sagging. An allowable sagging of up to 15 mm is generally acceptable. ASME B31.3 does not provide a suggested support span. ASME B31.1 clearly specifies the allowable sagging value as 2.5 mm. Table 121.5-1 of ASME B31.1 provides suggested support span.
4 SIF on Reducers Process Piping Code ASME B31.3 does not use SIF (SIF=1.0) for reducer stress calculation Power Piping code ASME B31.1 uses a maximum SIF of 2.0 for reducers while stress calculation.
5 Factor of Safety ASME B31.3 uses a factor of safety of 3; relatively lower than ASME B31.1. ASME B31.1 uses a safety factor of 4 to have higher reliability as compared to Process plants
6 SIF for Butt Welded Joints ASME B31.3 uses a SIF of 1.0 for buttwelded joints ASME B31.1 uses a SIF of up to 1.9 max in stress calculation.
7 Approach towards SIF ASME B31.3 uses a complex in-plane, out-of-plane SIF approach. ASME B31.1 uses a simplified single SIF Approach.
8 Maximum values of Sc and Sh As per the Process Piping code, the maximum value of Sc and Sh are limited to 138 Mpa or 20 ksi. For the Power piping code, the maximum value of Sc and Sh are 138 Mpa only if the minimum tensile strength of the material is 70 ksi (480Mpa); otherwise, it depends on the values provided in the mandatory appendix A as per temperature.
9 Allowable Stress for Occasional Stresses The allowable value of occasional stress is 1.33 times Sh As per ASME B31.1, the allowable value of occasional stress is 1.15 to 1.20 times Sh
10 The equation for Pipe Wall Thickness Calculation The equation for pipe wall thickness calculation is valid for t<D/6 There is no such limitation in the Power piping wall thickness calculation. However, they add a limitation on maximum design pressure.
11 Section Modulus, Z for Sustained and Occasional Stresses While Sustained and Occasional stress calculation the Process Piping code reduces the thickness by corrosion and other allowances. ASME B31.1 calculates the section modulus using nominal thickness. Thickness is not reduced by corrosion and other allowances.
12 Rules for material usage below -29 Deg. C ASME B31.3 provides extensive rules for the use of materials below -29 degrees C The power piping code provides no such rules for pipe materials below -29 degrees C.
13 Maximum Value of Cyclic Stress Range Factor The maximum value of cyclic stress range factor f is 1.2 The maximum value of is 1.0
14 Allowance for Pressure Temperature Variation As per clause 302.2.4 of ASME B31.3, occasional pressure temperature variation can exceed the allowable by (a) 33% for no more than 10 hours at any one time and no more than 100 hours/year, or (b) 20% for no more than 50 hours at any one time and no more than 500 hours/year. As per clause 102.2.4 of ASME B31.1, occasional pressure temperature variation can exceed the allowable by (a) 15% if the event duration occurs for no more than 8 hours at any one time and not more than 800 hours/year or (b) 20% if the event duration occurs for not more than 1 hour at any one time and not more than 80 hour/year.
15 디자인 라이프 Process Piping is normally designed for 20 to 30 years of service life. Power Piping is generally designed for 40 years or more of service life.
16 PSV reaction force ASME B31.3 does not provide specific equations for PSV reaction force calculation. ASME B31.1 provides specific equations for PSV reaction force calculation.

결론

중요한 차이점은 다음과 같습니다. ASME B31.1 대 ASME B31.3 논쟁은 산업 응용 분야, 재료 요구 사항 및 안전 고려 사항에 관한 것입니다. 영어: ASME B31.1 표준 발전 및 고온 시스템에 이상적이며 기계적 무결성에 중점을 둡니다. 동시에, 영어: ASME B31.3 표준 is tailored for the chemical and process industries, emphasizing the safe handling of hazardous materials and chemical compatibility. By understanding the distinctions between these two standards, you can decide which code best suits your project’s requirements, ensuring compliance and safety throughout the project’s lifecycle. Whether you are involved in power plant design or system’ processing, choosing the correct piping code is crucial for a successful project.

ASME BPVC 섹션 II 파트 A

ASME BPVC 섹션 II 파트 A: 철 소재 사양

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소개

ASME BPVC 섹션 II 파트 A: 철 소재 사양 의 한 부분입니다 철계 재료(주로 철)에 대한 사양을 다루는 ASME 보일러 및 압력 용기 코드(BPVC) 보일러, 압력 용기 및 기타 압력 유지 장비의 건설에 사용됩니다. 이 섹션에서는 탄소강, 합금강 및 스테인리스강을 포함한 강철 및 철 재료에 대한 요구 사항을 구체적으로 다룹니다.

튜브 및 플레이트에 대한 관련 자료 사양

튜브:

SA-178/SA-178M – 전기저항용접 탄소강 및 탄소망간강 보일러 및 과열기 튜브
SA-179/SA-179M – 이음매 없는 냉간 인발 저탄소강 열교환기 및 응축기 튜브
SA-192/SA-192M – 고압 서비스용 이음매 없는 탄소강 보일러 튜브
SA-209/SA-209M – 이음매 없는 탄소-몰리브덴 합금강 보일러 및 과열기 튜브
SA-210/SA-210M – 이음매 없는 중탄소강 보일러 및 과열기 튜브
SA-213/SA-213M – 이음매 없는 페라이트 및 오스테나이트 합금강 보일러, 과열기 및 열교환기 튜브
SA-214/SA-214M – 전기 저항 용접 탄소강 열교환기 및 응축기 튜브
SA-249/SA-249M – 용접 오스테나이트강 보일러, 과열기, 열교환기 및 응축기 튜브
SA-250/SA-250M – 전기 저항 용접 페라이트 합금강 보일러 및 과열기 튜브
SA-268/SA-268M – 일반 서비스용 이음매 없는 용접 페라이트 및 마르텐사이트 스테인리스 강관
SA-334/SA-334M – 저온 서비스용 이음매 없는 탄소 및 합금강 튜브
SA-335/SA-335M – 고온 서비스용 이음매 없는 페라이트 합금강 파이프
SA-423/SA-423M – 이음매 없는 전기용접 저합금강관
SA-450/SA-450M – 탄소 및 저합금강관에 대한 일반 요구 사항
SA-556/SA-556M – 이음매 없는 냉간 인발 탄소강 급수 히터 튜브
SA-557/SA-557M – 전기 저항 용접 탄소강 급수 가열기 튜브
SA-688/SA-688M – 이음매 없는 용접 오스테나이트 스테인리스 스틸 급수 히터 튜브
SA-789/SA-789M – 일반 서비스용 이음매 없는 용접 페라이트/오스테나이트 스테인리스 강관
SA-790/SA-790M – 이음매 없는 용접 페라이트/오스테나이트 스테인리스 강관
SA-803/SA-803M – 이음매 없는 용접 페라이트 스테인리스 스틸 급수 히터 튜브
SA-813/SA-813M – 단일 또는 이중 용접 오스테나이트 스테인리스 강관
SA-814/SA-814M – 냉간가공용접 오스테나이트계 스테인리스강 파이프

영어: ASME BPVC 표준

영어: ASME BPVC 표준

플레이트:

SA-203/SA-203M – 압력 용기 판, 합금강, 니켈
SA-204/SA-204M – 압력용기 판, 합금강, 몰리브덴
SA-285/SA-285M – 압력 용기 판, 탄소강, 저인장강도 및 중간인장강도
SA-299/SA-299M – 압력용기 판, 탄소강, 망간-실리콘
SA-302/SA-302M – 압력용기 판, 합금강, 망간-몰리브덴 및 망간-몰리브덴-니켈
SA-353/SA-353M – 압력 용기 판, 합금강, 이중 정규화 및 템퍼링 9% 니켈
SA-387/SA-387M – 압력용기 판, 합금강, 크롬-몰리브덴
SA-516/SA-516M – 중간 및 저온 서비스용 압력 용기 플레이트, 탄소강
SA-517/SA-517M – 압력 용기 판, 합금강, 고강도, 담금질 및 템퍼링
SA-533/SA-533M – 압력 용기 판, 합금강, 담금질 및 템퍼링, 망간-몰리브덴 및 망간-몰리브덴-니켈
SA-537/SA-537M – 압력 용기 판, 열처리, 탄소-망간-실리콘 강
SA-542/SA-542M – 압력 용기 판, 합금강, 담금질 및 템퍼링, 크롬-몰리브덴 및 크롬-몰리브덴-바나듐
SA-543/SA-543M – 압력 용기 판, 합금강, 담금질 및 템퍼링, 니켈-크롬-몰리브덴
SA-553/SA-553M – 압력 용기 판, 합금강, 담금질 및 템퍼링 7, 8 및 9% 니켈
SA-612/SA-612M – 압력 용기 판, 탄소강, 고강도, 중간 및 저온 서비스용
SA-662/SA-662M – 압력 용기 플레이트, 탄소-망간-실리콘 강철, 중간 및 저온 서비스용
SA-841/SA-841M – 열기계제어공정(TMCP)으로 생산된 압력용기판

결론

결론적으로, ASME BPVC 섹션 II 파트 A: 철 소재 사양은 보일러, 압력 용기 및 기타 압력 유지 장비를 구성하는 데 사용되는 철 소재의 안전성, 신뢰성 및 품질을 보장하는 데 중요한 리소스입니다. 탄소강, 합금강 및 스테인리스강과 같은 소재의 기계적 및 화학적 특성에 대한 포괄적인 사양을 제공함으로써 이 섹션은 소재가 고압 및 고온 응용 분야에 필요한 엄격한 표준을 충족하도록 보장합니다. 제품 형태, 테스트 절차 및 산업 표준 준수에 대한 자세한 지침은 압력 장비 설계 및 건설에 참여하는 엔지니어, 제조업체 및 검사원에게 없어서는 안 될 것입니다. 따라서 ASME BPVC 섹션 II 파트 A는 압력 용기와 보일러가 엄격한 기계적 응력 조건에서 안전하고 효율적으로 작동해야 하는 석유화학, 핵 및 발전 산업에 필수적입니다.

SAE4140 이음매 없는 강관 담금질

담금질 SAE 4140 원활강관의 링형균열 원인 분석

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SAE 4140 원활강관의 파이프 끝단에서 링형 균열이 발생한 이유는 화학 성분 시험, 경도 시험, 금속 조직 관찰, 주사 전자 현미경 및 에너지 스펙트럼 분석을 통해 연구되었습니다. 결과에 따르면 SAE 4140 원활강관의 링형 균열은 일반적으로 파이프 끝에서 발생하는 담금질 균열입니다. 담금질 균열의 원인은 내벽과 외벽 사이의 냉각 속도가 다르기 때문이며 외벽 냉각 속도가 내벽 냉각 속도보다 훨씬 높아 내벽 위치 근처의 응력 집중으로 인해 균열이 발생합니다. 링형 균열은 담금질 시 강관 내벽의 냉각 속도를 높이고 내벽과 외벽 사이의 냉각 속도 균일성을 개선하고 담금질 후 온도를 150~200℃ 이내로 제어하여 자체 템퍼링으로 담금질 응력을 줄임으로써 제거할 수 있습니다.

SAE 4140은 CrMo 저합금 구조강으로, 미국 ASTM A519 표준 등급이며, 국가 표준 42CrMo에서 Mn 함량 증가를 기반으로 합니다. 따라서 SAE 4140 경화성이 더욱 향상되었습니다. SAE 4140 원활 강관은 솔리드 단조품 대신 다양한 유형의 중공 샤프트, 실린더, 슬리브 및 기타 부품의 압연 빌릿 생산으로 생산 효율성을 크게 개선하고 강철을 절약할 수 있습니다. SAE 4140 강관은 석유 및 가스 광산 나사 드릴링 도구 및 기타 드릴링 장비에 널리 사용됩니다. SAE 4140 원활 강관 템퍼링 처리로 열처리 공정을 최적화하여 다양한 강철 강도 및 인성 일치 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 그래도 생산 공정에서 제품 납품 결함에 영향을 미치는 것으로 종종 발견됩니다. 이 논문은 주로 파이프 끝의 벽 두께 중간에서 담금질 공정에서 SAE 4140 강관에 초점을 맞추고 링 모양의 균열 결함 분석을 생성하고 개선 조치를 제시합니다.

1. 시험재료 및 방법

한 회사가 ∅ 139.7 × 31.75 mm SAE 4140 강종 원활강관에 대한 규격을 작성하였는데, 생산 공정은 빌렛 가열 → 피어싱 → 압연 → 사이징 → 템퍼링(850℃ 침지 시간 70분 담금질 + 파이프 회전 외부 수냉 냉각 + 735℃ 침지 시간 2시간 템퍼링) → 결함 탐지 및 검사입니다. 템퍼링 처리 후 결함 탐지 검사에서 그림 1과 같이 파이프 끝의 벽 두께 중간에 고리 모양의 균열이 있는 것으로 나타났습니다. 고리 모양의 균열은 외부에서 약 21~24 mm 떨어진 곳에 나타났으며, 파이프의 원주를 돌았고, 부분적으로 불연속적이었지만 파이프 본체에는 그러한 결함이 발견되지 않았습니다.

그림 1 파이프 끝부분의 링모양 균열

그림 1 파이프 끝부분의 링모양 균열

강관 담금질 시료를 일괄 채취하여 담금질 분석 및 담금질 조직 관찰, 강관 성분의 분광 분석 등을 실시하는 동시에, 템퍼링 강관 균열 부위에서 고배율 시료를 채취하여 균열 미세형태, 입자크기 등을 관찰하고, 분광기가 장착된 주사전자현미경으로 균열 부위의 내부 성분을 미세면적으로 분석한다.

2. 테스트 결과

2.1 화학성분

표 1은 화학성분 스펙트럼 분석 결과를 보여주며, 원소의 조성은 ASTM A519 규격의 요구 사항에 부합합니다.

표 1 화학성분 분석 결과 (질량분율, %)

요소 씨 시 망 피 에스 Cr 모 구리 니
콘텐츠 0.39 0.20 0.82 0.01 0.005 0.94 0.18 0.05 0.02
ASTM A519 요구 사항 0.38-0.43 0.15-0.35 0.75-1.00 ≤ 0.04 ≤ 0.04 0.8-1.1 0.15-0.25 ≤ 0.35 ≤ 0.25

2.2 튜브 경화성 시험

담금질된 전체 벽 두께 담금질 경도 시험의 샘플에서, 전체 벽 두께 경도 결과는 그림 2와 같이, 그림 2에서 볼 수 있으며, 담금질 외부에서 21 ~ 24 mm에서 경도가 크게 떨어지기 시작했고, 21 ~ 24 mm 외부에서 파이프의 고온 템퍼링이 링 균열 영역에서 발견되었으며, 벽 두께 아래와 위의 영역의 경도는 벽 두께 영역의 위치 사이의 극심한 차이가 5(HRC) 정도에 도달했습니다. 이 영역의 하단과 상단 벽 두께 사이의 경도 차이는 약 5(HRC)입니다. 담금질 상태의 금속 조직은 그림 3에 나와 있습니다. 그림 3의 금속 조직에서; 파이프의 바깥쪽 영역의 조직은 소량의 페라이트+마르텐사이트인 반면, 안쪽 표면 근처의 조직은 담금질되지 않고 소량의 페라이트와 베이나이트가 존재하여 파이프 바깥쪽 표면에서 파이프 안쪽 표면까지 21mm 거리에서 낮은 담금질 경도를 보인다. 파이프 벽의 링 균열의 일관성이 높고 담금질 경도 차이가 큰 위치는 링 균열이 담금질 공정에서 발생할 가능성이 있음을 시사한다. 링 균열의 위치와 낮은 담금질 경도 사이의 일관성이 높으므로 링 균열은 담금질 공정 중에 발생했을 수 있음을 시사한다.

그림 2 전체 벽 두께의 담금 경도 값

그림 2 전체 벽 두께의 담금 경도 값

그림 3 강관의 담금질 구조

그림 3 강관의 담금질 구조

2.3 강관의 금속조직학적 결과는 각각 그림 4와 그림 5에 나타내었다.

강관의 매트릭스 조직은 템퍼링 오스테나이트 + 소량의 페라이트 + 소량의 베이나이트이며, 입자 크기는 8로 평균 템퍼링 조직입니다. 균열은 종방향으로 확장되며, 이는 결정 균열을 따라 속하며, 균열의 양쪽은 전형적인 결합 특성을 가지고 있습니다. 양쪽에 탈탄 현상이 있으며, 균열 표면에 고온 회색 산화물 층이 관찰됩니다. 양쪽에 탈탄이 있으며, 균열 표면에 고온 회색 산화물 층이 관찰될 수 있으며, 균열 부근에는 비금속 개재물이 보이지 않습니다.

그림 4 균열 형태 관찰

그림 4 균열 형태 관찰

그림 5 균열의 미세구조

그림 5 균열의 미세구조

2.4 균열파괴형태 및 에너지스펙트럼 해석결과

균열이 열린 후, Fig. 6과 같이 주사 전자 현미경으로 균열의 미세 형태를 관찰하면 균열이 고온에 노출되었고 표면에 고온 산화가 발생했음을 알 수 있다. 균열은 주로 결정 균열을 따라 발생하며, 입자 크기는 20~30μm 범위이고, 조립질 입자와 비정상적인 조직 결함은 발견되지 않는다. 에너지 스펙트럼 분석 결과 균열 표면은 주로 철과 그 산화물로 구성되었으며, 비정상적인 이물질은 보이지 않는다. 스펙트럼 분석 결과 균열 표면은 주로 철과 그 산화물로 구성되었으며, 비정상적인 이물질은 없다.

그림 6 균열의 파괴 형태

그림 6 균열의 파괴 형태

3 분석 및 논의

3.1 균열 결함 분석

균열 미세 형태학의 관점에서 균열 개구부는 직선이고 꼬리는 곡선이고 날카로우며 균열 확장 경로는 결정을 따라 균열이 생기는 특성을 보이고 균열의 양쪽은 전형적인 맞물림 특성을 가지고 있는데 이는 담금질 균열의 일반적인 특성이다. 그래도 금속 조직 검사 결과 균열 양쪽에 탈탄 현상이 있는 것으로 나타났는데, 이는 전통적인 담금질 균열의 특성과 일치하지 않으며, 강관의 템퍼링 온도가 735℃이고 SAE 4140에서 Ac1이 738℃인 점을 감안할 때 담금질 균열의 기존 특성과 일치하지 않는다. 파이프에 사용된 템퍼링 온도가 735℃이고, SAE 4140의 Ac1이 738℃로 서로 매우 가까운 점을 고려할 때, 균열 양쪽의 탈탄은 템퍼링 시(735℃) 고온 템퍼링과 관련이 있으며, 파이프의 열처리 이전에 이미 존재했던 균열이 아니라고 추정됩니다.

3.2 균열의 원인

담금질 균열의 원인은 일반적으로 담금질 가열 온도, 담금질 냉각 속도, 야금학적 결함 및 담금질 응력과 관련이 있습니다. 성분 분석 결과 파이프의 화학 성분은 ASTM A519 표준의 SAE 4140 강종 요구 사항을 충족하며 초과 원소는 발견되지 않았습니다. 균열 근처에 비금속 개재물이 발견되지 않았으며 균열 파단 시 에너지 스펙트럼 분석 결과 균열 내 회색 산화 생성물은 Fe 및 그 산화물이며 비정상적인 이물질은 보이지 않았으므로 야금학적 결함으로 인해 환형 균열이 발생한 것으로 배제할 수 있습니다. 파이프의 입자 크기 등급은 등급 8이고 입자 크기 등급은 등급 7이고 입자 크기는 등급 8이고 입자 크기는 등급 8입니다. 파이프의 입자 크기 수준은 8입니다. 입자는 미세하고 거칠지 않아 담금질 균열이 담금질 가열 온도와 관련이 없음을 나타냅니다.

담금질 균열의 형성은 담금질 응력과 밀접한 관련이 있으며, 열 응력과 조직 응력으로 나뉩니다. 열 응력은 강관의 냉각 과정으로 인해 발생합니다. 강관의 표면층과 중심부의 냉각 속도가 일치하지 않아 재료의 수축과 내부 응력이 고르지 않게 됩니다. 결과적으로 강관의 표면층은 압축 응력을 받고 중심부는 인장 응력을 받습니다. 조직 응력은 강관의 조직이 마르텐사이트 변태로 담금질되어 내부 응력이 생성되는 불일치 체적이 확장되고, 결과적으로 생성된 응력 조직은 인장 응력의 표면층, 인장 응력의 중심입니다. 강관의 이 두 가지 응력은 같은 부분에 존재하지만 방향 역할은 반대입니다. 결과의 결합 효과는 두 응력 중 하나의 지배적 요인인 열 응력이 지배적인 역할은 공작물 중심부 인장, 표면 압력의 결과입니다. 조직 응력이 지배적인 역할은 공작물 심장 인장 압력 표면 인장의 결과입니다.

SAE 4140 강관 담금질은 회전 외부 샤워 냉각 생산을 사용하며, 외부 표면의 냉각 속도는 내부 표면보다 훨씬 크고, 강관의 외부 금속은 모두 담금질되지만, 내부 금속은 완전히 담금질되지 않아 페라이트와 베이나이트 조직의 일부를 생성하고, 내부 금속은 내부 금속으로 인해 마르텐사이트 조직으로 완전히 전환될 수 없으며, 강관의 내부 금속은 마르텐사이트 외부 벽의 확장으로 인해 발생하는 인장 응력을 불가피하게 받으며, 동시에 조직의 유형이 다르기 때문에 내부 금속과 외부 금속 사이의 특정 체적이 다릅니다. 동시에, 다양한 종류의 조직으로 인해 금속의 내부 및 외부 층의 특정 체적이 다르고 냉각 중 수축 속도가 같지 않으며, 인장 응력은 두 가지 유형의 조직의 계면에서 생성되고 응력 분포는 열 응력에 의해 지배되며, 두 가지 유형의 조직의 계면에서 생성되는 인장 응력은 내부 파이프가 가장 크며, 링 켄칭 균열이 파이프의 벽 두께 중 내부 표면에 가까운 부분(외부 표면에서 21~24mm 떨어짐)에서 발생합니다. 또한 강관의 끝은 전체 파이프의 기하학적으로 민감한 부분으로 응력이 발생하기 쉽습니다. 또한 파이프의 끝은 전체 파이프의 기하학적으로 민감한 부분으로 응력 집중이 발생하기 쉽습니다. 이 링 균열은 일반적으로 파이프 끝에서만 발생하며 파이프 본체에서는 이러한 균열이 발견되지 않았습니다.

요약하면, 담금질된 SAE 4140 두꺼운 벽 강관 링 모양 균열은 내벽과 외벽의 불균일한 냉각으로 인해 발생합니다. 외벽의 냉각 속도는 내벽의 냉각 속도보다 훨씬 높습니다. SAE 4140 두꺼운 벽 강관을 생산하여 기존 냉각 방법을 변경하면 냉각 공정 외부에서만 사용할 수 없으므로 강관 내벽의 냉각을 강화하여 두꺼운 벽 강관의 내벽과 외벽의 냉각 속도 균일성을 개선하여 응력 집중을 줄이고 링 균열을 제거해야 합니다. 링 균열.

3.3 개선방안

담금질 균열을 피하기 위해 담금질 공정 설계에서 담금질 인장 응력의 발달에 기여하는 모든 조건은 가열 온도, 냉각 공정 및 배출 온도를 포함하여 균열 형성 요인입니다. 제안된 개선된 공정 조치는 다음과 같습니다. 830-850℃의 담금질 온도; 파이프 중심선과 일치하는 내부 노즐 사용, 적절한 내부 분무 흐름 제어, 두꺼운 벽 강관의 내벽과 외벽의 냉각 속도가 균일하도록 내부 구멍의 냉각 속도 개선; 150-200℃의 담금질 후 온도 제어, 자체 템퍼링의 강관 잔류 온도 사용, 강관의 담금질 응력 감소.

개선된 기술을 사용하면 수십 개의 강관 규격에 따라 ∅158.75 × 34.93 mm, ∅139.7 × 31.75 mm, ∅254 × 38.1 mm, ∅224 × 26 mm 등이 생성됩니다. 초음파 결함 검사 후 제품은 합격이며 링 켄칭 균열이 없습니다.

4. 결론

(1) 관균열의 거시적, 미시적 특성에 따르면 SAE 4140강관의 관끝단부 환상균열은 주로 관끝단부에서 발생하는 담금질응력에 의한 균열파괴에 속한다.

(2) 담금질 SAE 4140 두꺼운 벽 강관 링 모양 균열은 내벽과 외벽의 불균일한 냉각으로 인해 발생합니다. 외벽의 냉각 속도는 내벽보다 훨씬 높습니다. 두꺼운 벽 강관의 내벽과 외벽의 냉각 속도 균일성을 개선하기 위해 SAE 4140 두꺼운 벽 강관 생산은 내벽의 냉각을 강화해야 합니다.

ASME SA213 T91 원활강관

ASME SA213 T91: 당신은 얼마나 알고 있나요?

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배경 및 소개

ASME SA213 T91, 강철 번호 미국 SME SA213/SA213M 표준은 1970년대부터 1980년대까지 미국 Rubber Ridge National Laboratory와 미국 Combustion Engineering Corporation의 Metallurgical Materials Laboratory가 협력하여 개발한 개량형 9Cr-1Mo강에 속합니다. 원자력(다른 분야에서도 사용 가능) 고온 가압 부품 재료에 사용되는 이전의 9Cr-1Mo강을 기반으로 개발된 3세대 고온 강도강 제품입니다. 그 주요 특징은 탄소 함량을 낮추고 탄소 함량의 상하한을 제한하는 동시에 P 및 S와 같은 잔류 원소의 함량을 보다 엄격하게 제어하는 동시에 미량 N(0.030-0.070%)과 미량 고체 탄화물 형성 원소인 V(0.18-0.25%) 및 Nb(0.06-0.10%)를 첨가하여 입자 요구 사항을 미세화하고 강의 소성 인성과 용접성을 개선하고 고온에서 강의 안정성을 개선하며 이러한 다중 복합 보강재를 형성하여 새로운 유형의 마르텐사이트 고크롬 내열 합금강을 형성합니다.

ASME SA213 T91은 일반적으로 소구경 튜브용 제품을 생산하며, 주로 보일러, 과열기, 열교환기에 사용됩니다.

T91강철의 국제적 대응 등급

국가

 미국 독일 일본 프랑스 중국
동등한 강철 등급 SA-213 T91 X10CrMoVNNb91 HCM95 TUZ10CDVNb0901 10Cr9Mo1VNbN

여기서 우리는 여러 측면에서 이 강철을 인식하게 될 것입니다.

I. 화학성분 ASME SA213 T91의

요소 씨 망 피 에스 시 Cr 모 니 V NB N 알
콘텐츠 0.07-0.14 0.30-0.60 ≤0.020 ≤0.010 0.20-0.50 8.00-9.50 0.85-1.05 ≤0.40 0.18-0.25 0.06-0.10 0.030-0.070 ≤0.020

II. 성과 분석

2.1 재료 특성에 대한 합금 원소의 역할: T91강 합금원소는 고용체 강화 및 확산 강화 역할을 하며 강의 산화 및 내식성을 향상시킵니다. 구체적으로 분석하면 다음과 같습니다.
2.1.1 탄소는 강철 원소의 가장 명백한 고용체 강화 효과입니다. 탄소 함량이 증가함에 따라 강철의 단기 강도, 가소성 및 인성이 감소하고 T91과 같은 강철은 탄소 함량의 증가로 인해 탄화물 구형화 속도와 응집 속도가 가속화되고 합금 원소의 재분배가 가속화되어 강철의 용접성, 내식성 및 내산화성이 감소하므로 내열강은 일반적으로 탄소 함량의 양을 줄이고자 합니다. 그래도 탄소 함량이 너무 낮으면 강철의 강도가 감소합니다. T91 강철은 12Cr1MoV 강철에 비해 탄소 함량이 20%로 감소하여 위의 요인의 영향을 신중하게 고려한 것입니다.
2.1.2 T91강은 미량의 질소를 함유하고 있습니다. 질소의 역할은 두 가지 측면에서 반영됩니다. 한편으로는 고용 강화의 역할, 실온에서 강철 용해도의 질소는 최소이며, T91강 용접 열 영향부는 용접 가열 및 용접 후 열처리 과정에서 VN의 고용 및 침전 과정이 연속적으로 발생합니다. 용접 가열 열 영향부는 VN의 용해로 인해 오스테나이트 조직 내에 형성되었으며 질소 함량이 증가하고 그 후 실온 조직의 과포화 정도가 증가하여 용접의 후속 열처리에서 약간의 VN 침전이 발생하여 조직의 안정성이 증가하고 열 영향부의 지속적인 강도 값이 향상됩니다. 다른 한편으로, T91강은 소량의 A1도 함유하고 있습니다. 질소는 A1N과 결합하여 형성되며, A1N은 1,100℃ 이상에서 매트릭스에 대량으로 용해된 후 더 낮은 온도에서 재침전되어 더 나은 확산 강화 효과를 발휘할 수 있습니다.
2.1.3 크롬을 첨가하는 것은 주로 내열강의 내산화성, 내식성을 개선하기 위한 것이며, 크롬 함량이 5% 미만이면 600℃에서 격렬하게 산화되기 시작하지만, 크롬 함량이 5% 이상이면 내산화성이 우수하다. 12Cr1MoV강은 580℃ 이하에서 내산화성이 양호하고, 부식 깊이는 0.05mm/a, 600℃에서는 성능이 저하되기 시작하여 부식 깊이는 0.13mm/a이다. 크롬 함량이 1~100℃인 T91은 매트릭스에 대량으로 용해되고, 낮은 온도에서 재침전되어 건전한 확산 강화 효과를 낼 수 있다. /T91 크롬 함량이 약 9%로 증가하면 사용 온도가 650℃에 도달할 수 있으며, 주요 대책은 매트릭스에 더 많은 크롬을 용해시키는 것이다.
2.1.4 바나듐과 니오븀은 필수적인 카바이드 형성 원소입니다. 탄소와 함께 미세하고 안정적인 합금 카바이드를 형성하기 위해 첨가하면 고체 확산 강화 효과가 있습니다.
2.1.5 몰리브덴을 첨가하면 주로 강의 열 강도가 향상되고 고용체가 강화됩니다.

2.2 기계적 특성

T91 빌렛은 최종 열처리를 거쳐 정규화 + 고온 템퍼링 처리 후 상온 인장 강도 ≥ 585 MPa, 상온 항복 강도 ≥ 415 MPa, 경도 ≤ 250 HB, 신장률(표준 원형 시편 50mm 간격) ≥ 20%, 허용응력값 [σ] 650℃ = 30 MPa를 갖는다.

열처리 공정 : 정상화 온도 1040℃, 유지 시간 10분 이상, 템퍼링 온도 730~780℃, 유지 시간 1시간 이상.

2.3 용접 성능

국제용접협회(IWIA)에서 권장하는 탄소당량 공식에 따르면 T91강 탄소당량은 2.43%로 계산되며, 육안으로 확인되는 T91 용접성은 좋지 않습니다.
강철은 재가열되는 경향이 없습니다.

2.3.1 T91용접의 문제점

2.3.1.1 열영향부 경화조직의 균열
T91 냉각 임계속도가 낮고, 오스테나이트는 매우 안정적이며, 표준 펄라이트 변태 중에 냉각이 빠르게 일어나지 않습니다. 마르텐사이트와 조대 조직으로 변태하려면 더 낮은 온도(약 400℃)로 냉각해야 합니다.
다양한 조직의 열영향부에서 생산된 용접은 밀도, 팽창 계수가 다르고, 가열 및 냉각 과정에서 격자 형태가 다르므로 필연적으로 다른 체적 팽창 및 수축이 수반됩니다. 반면에 용접 가열이 불균일하고 고온 특성을 가지고 있기 때문에 T91 용접 조인트는 엄청난 내부 응력입니다. 복잡한 응력 상태에 있는 경화된 거친 마르텐사이트 조직 조인트는 동시에 용접 냉각 과정에서 용접부에서 이음매 근처 영역으로 수소 확산이 발생하여 수소의 존재가 마르텐사이트 취성에 기여했으며 이러한 효과의 조합으로 담금질된 영역에서 차가운 균열이 발생하기 쉽습니다.

2.3.1.2 열영향부 입자성장
용접 열 사이클은 용접 접합부의 열 영향부, 특히 최대 가열 온도에 바로 인접한 용융부에서 입자 성장에 상당한 영향을 미칩니다. 냉각 속도가 작을 때 용접 열 영향부는 거친 거대한 페라이트와 카바이드 조직으로 나타나 강의 가소성이 상당히 감소합니다. 거친 마르텐사이트 조직이 생성되어 냉각 속도가 상당하지만 용접 접합부의 가소성도 감소합니다.

2.3.1.3 연화된 층의 생성
T91강은 템퍼링 상태에서 용접하면 열영향부에서 불가피한 연화층이 생성되는데, 이는 펄라이트 내열강의 연화보다 더 심합니다. 가열 및 냉각 속도가 느린 사양을 사용할 경우 연화가 더 두드러집니다. 또한 연화층의 폭과 용융선으로부터의 거리는 용접, 예열 및 용접 후 열처리의 가열 조건 및 특성과 관련이 있습니다.

2.3.1.4 응력부식균열
T91강은 용접 후 열처리 전 냉각 온도가 일반적으로 100℃ 이상입니다. 냉각이 실온이고 환경이 비교적 습한 경우 응력 부식 균열이 발생하기 쉽습니다. 독일 규정: 용접 후 열처리 전에 150℃ 이하로 냉각해야 합니다. 두꺼운 작업물, 필렛 용접 및 형상이 불량한 경우 냉각 온도는 100℃ 이상입니다. 실온 및 습도에서 냉각하는 것이 엄격히 금지되어 있는 경우 응력 부식 균열이 발생하기 쉽습니다.

2.3.2 용접 공정

2.3.2.1 용접 방법 : 수동 용접, 텅스텐-극 가스 차폐 용접, 용융-극 자동 용접을 사용할 수 있습니다.
2.3.2.2 용접재료: WE690 용접와이어 또는 용접봉을 선택할 수 있습니다.

용접재료 선택:
(1) 동종강의 용접 - 수동용접으로 CM-9Cb 수동용접봉을 만들 수 있고, 텅스텐가스 차폐용접으로 TGS-9Cb를 만들 수 있으며, 용융극 자동용접으로 MGS-9Cb 와이어를 만들 수 있다.
(2) 이종강 용접 - 오스테나이트계 스테인리스강과 같은 이종강 용접에는 ERNiCr-3 용접 소모품을 사용할 수 있습니다.

2.3.2.3 용접 공정 포인트:
(1) 용접 전 예열온도의 선택
T91강 Ms점은 약 400℃이며, 예열 온도는 일반적으로 200~250℃로 선정한다. 예열 온도는 너무 높을 수 없다. 그렇지 않으면 접합부 냉각 속도가 감소하여, 카바이드 석출의 결정립계에서 용접 접합부에서 발생하고 페라이트 조직이 형성되어 실온에서 강철 용접 접합부의 충격 인성이 크게 감소한다. 독일은 180~250℃의 예열 온도를 제공하고, USCE는 120~205℃의 예열 온도를 제공한다.

(2) 용접채널/층간온도의 선택
층간 온도는 예열 온도의 하한보다 낮아서는 안 됩니다. 그래도 예열 온도 선택과 마찬가지로 층간 온도는 너무 높아서는 안 됩니다. T91 용접 층간 온도는 일반적으로 200 ~ 300℃로 제어됩니다. 프랑스 규정: 층간 온도는 300℃를 초과하지 않습니다. 미국 규정: 층간 온도는 170 ~ 230℃ 사이에 위치할 수 있습니다.

(3) 용접후 열처리 시작온도의 선택
T91은 Ms점 이하로 용접 후 냉각을 필요로 하며, 템퍼링 처리 전에 일정 기간 동안 유지해야 하며, 용접 후 냉각 속도는 80~100℃/h입니다. 단열되지 않으면 접합부 오스테나이트 조직이 완전히 변형되지 않을 수 있습니다. 템퍼링 가열은 오스테나이트 입계를 따라 탄화물 침전을 촉진하여 조직을 매우 취성적으로 만듭니다. 그러나 T91은 용접 후 템퍼링 전에 실온으로 냉각할 수 없습니다. 용접 접합부가 실온으로 냉각되면 냉간 균열이 위험하기 때문입니다. T91의 경우 최상의 용접 후 열처리 시작 온도는 100~150℃이고 1시간 동안 유지하면 완전한 조직 변형을 보장할 수 있습니다.

(4) 용접후 열처리 템퍼링 온도, 유지시간, 템퍼링 냉각속도 선택
템퍼링 온도: T91강의 냉간 균열 경향이 더 현저하고, 특정 조건에서는 지연 균열이 발생하기 쉽기 때문에 용접 접합부는 용접 후 24시간 이내에 템퍼링해야 합니다. T91 용접 후 래스 마르텐사이트 조직 상태는 템퍼링 후 템퍼링 마르텐사이트로 변경될 수 있습니다. 그 성능은 래스 마르텐사이트보다 우수합니다. 템퍼링 온도가 낮습니다. 템퍼링 효과가 나타나지 않습니다. 용접 금속은 노화 및 취성이 쉽습니다. 템퍼링 온도가 너무 높습니다(AC1 라인 이상). 접합부가 다시 오스테나이트화될 수 있으며, 이후 냉각 공정에서 재급냉될 수 있습니다. 동시에 이 논문에서 앞서 설명한 대로 템퍼링 온도를 결정할 때는 접합부 연화층의 영향도 고려해야 합니다. 일반적으로 T91 템퍼링 온도는 730~780℃입니다.
유지 시간: T91은 조직이 템퍼링 마르텐사이트로 완전히 변환되도록 최소한 1시간의 용접 후 템퍼링 유지 시간이 필요합니다.
템퍼링 냉각 속도: T91강 용접부의 잔류응력을 줄이기 위해 냉각 속도는 5℃/분 미만이어야 합니다.
전반적으로 온도 제어 공정에서 T91강 용접 공정은 아래 그림과 같이 간략하게 표현할 수 있다.

T91강관 용접공정에서의 온도제어공정

T91강관 용접공정에서의 온도제어공정

III. ASME SA213 T91에 대한 이해

3.1 T91강은 합금원리에 따라, 특히 니오븀, 바나듐 등 미량원소를 소량 첨가하여 12 Cr1MoV강에 비해 고온강도와 내산화성이 크게 향상되었으나, 용접성능이 좋지 않다.
3.2 T91강은 용접 시 냉간균열이 발생하기 쉬우므로 200~250℃로 예열한 예비용접을 실시하고, 층간 온도를 200~300℃로 유지하여 냉간균열을 효과적으로 방지해야 합니다.
3.3 T91강의 용접후 열처리는 100~150℃로 냉각하고, 절연은 1시간, 가열 및 템퍼링 온도는 730~780℃로 하며, 절연시간은 1시간 이상, 마지막으로 5℃/min 이하의 속도로 냉각하여 실온으로 한다.

IV. ASME SA213 T91 제조 공정

SA213 T91의 제조 공정에는 제련, 피어싱, 압연을 포함한 여러 가지 방법이 필요합니다. 제련 공정은 강관이 우수한 내식성을 갖도록 화학 성분을 제어해야 합니다. 피어싱 및 압연 공정은 필요한 기계적 특성과 치수 정확도를 얻기 위해 정밀한 온도 및 압력 제어가 필요합니다. 또한 강관은 내부 응력을 제거하고 내식성을 개선하기 위해 열처리해야 합니다.

V. ASME SA213 T91의 적용

ASME SA213 T91 고크롬 내열강으로, 주로 고온 과열기 및 재열기, 금속벽 온도가 625°C를 넘지 않는 아임계 및 초임계 발전소 보일러의 기타 가압 부품 제조에 사용되며, 압력 용기 및 원자력의 고온 가압 부품으로도 사용할 수 있습니다. SA213 T91은 크립 저항성이 뛰어나고 고온 및 장기 하중에서 안정적인 크기와 모양을 유지할 수 있습니다. 주요 응용 분야로는 보일러, 과열기, 열교환기 및 전력, 화학 및 석유 산업의 기타 장비가 있습니다. 석유화학 산업의 고압 보일러, 에코노마이저 튜브, 과열기, 재열기 및 튜브의 수냉 벽에 널리 사용됩니다.

NACE MR0175 ISO 15156 대 NACE MR0103 ISO 17495-1

NACE MR0175/ISO 15156 대 NACE MR0103/ISO 17495-1

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소개

석유 및 가스 산업, 특히 육상 및 해상 환경에서는 공격적인 조건에 노출된 재료의 수명과 신뢰성을 보장하는 것이 가장 중요합니다. 여기서 NACE MR0175/ISO 15156 대 NACE MR0103/ISO 17495-1과 같은 표준이 작용합니다. 두 표준 모두 부식성 서비스 환경에서 재료 선택에 대한 중요한 지침을 제공합니다. 그러나 두 표준 간의 차이점을 이해하는 것은 작업에 적합한 재료를 선택하는 데 필수적입니다.

이 블로그 게시물에서는 다음의 주요 차이점을 살펴보겠습니다. NACE MR0175/ISO 15156 대 NACE MR0103/ISO 17495-1, 그리고 이러한 표준을 탐색하는 석유 및 가스 전문가에게 실질적인 조언을 제공합니다. 또한 특히 혹독한 석유 및 가스 필드 환경의 맥락에서 이러한 표준이 제공하는 구체적인 응용 프로그램, 과제 및 솔루션에 대해서도 논의할 것입니다.

NACE MR0175/ISO 15156과 NACE MR0103/ISO 17495-1은 무엇입니까?

NACE MR0175/ISO 15156:
이 표준은 황화수소(H₂S)가 존재하는 사워 가스 환경에서 재료 선택 및 부식 제어를 관리하는 데 있어 전 세계적으로 인정받고 있습니다. 육상 및 해상 석유 및 가스 작업에 사용되는 재료의 설계, 제조 및 유지 관리에 대한 지침을 제공합니다. 목표는 파이프라인, 밸브 및 웰헤드와 같은 중요 장비의 무결성을 손상시킬 수 있는 수소 유도 균열(HIC), 황화물 응력 균열(SSC) 및 응력 부식 균열(SCC)과 관련된 위험을 완화하는 것입니다.

NACE MR0103/ISO 17495-1:
반면에, NACE MR0103/ISO 17495-1 주로 정유 및 화학 처리 환경에서 사용되는 재료에 초점을 맞추고 있으며, 사워 서비스에 노출될 수 있지만 범위가 약간 다릅니다. 이는 경미한 부식 조건에 노출된 장비에 대한 요구 사항을 다루며, 재료가 증류 또는 분해와 같은 특정 정유 공정의 공격적인 특성을 견딜 수 있는지 확인하는 데 중점을 둡니다. 이러한 정유 공정의 부식 위험은 상류 석유 및 가스 작업보다 비교적 낮습니다.

NACE MR0175 ISO 15156 대 NACE MR0103 ISO 17495-1

NACE MR0175 ISO 15156 대 NACE MR0103 ISO 17495-1

주요 차이점: NACE MR0175/ISO 15156 대 NACE MR0103/ISO 17495-1

이제 각 표준에 대한 개요를 살펴보았으므로 현장에서 재료 선택에 영향을 미칠 수 있는 차이점을 강조하는 것이 중요합니다. 이러한 구별은 재료의 성능과 작업의 안전에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

1. 적용범위

주요 차이점은 다음과 같습니다. NACE MR0175/ISO 15156 대 NACE MR0103/ISO 17495-1 적용 범위에 따라 다릅니다.

NACE MR0175/ISO 15156 황화수소가 존재하는 사워 서비스 환경에서 사용되는 장비에 맞게 제작되었습니다. 석유 및 가스의 탐사, 생산 및 운송과 같은 상류 활동, 특히 사워 가스(황화수소가 포함된 가스)를 다루는 해상 및 육상 유전에서 매우 중요합니다.

NACE MR0103/ISO 17495-1, 여전히 산성 서비스를 다루기는 하지만 정유 및 화학 산업, 특히 정유, 증류 및 분해와 같은 공정에 산성 가스가 관련된 산업에 더 중점을 두고 있습니다.

2. 환경적 심각성

환경적 조건 또한 이러한 표준을 적용하는 데 중요한 요소입니다. NACE MR0175/ISO 15156 더 심각한 부식성 서비스 조건을 다룹니다. 예를 들어, 더 높은 농도의 황화수소를 포함하며, 이는 더 부식성이 강하고 수소 유도 균열(HIC) 및 황화물 응력 균열(SSC)과 같은 메커니즘을 통해 재료가 저하될 위험이 더 높습니다.

이와 대조적으로, NACE MR0103/ISO 17495-1 황화수소 노출 측면에서 덜 심각할 수 있지만 정유 및 화학 공장 환경에서는 여전히 중요한 환경을 고려합니다. 정유 공정에 관련된 유체의 화학적 구성은 사워 가스전에서 발생하는 것만큼 공격적이지 않을 수 있지만 여전히 부식 위험이 있습니다.

3. 자재 요구 사항

두 표준 모두 재료 선택에 대한 구체적인 기준을 제공하지만, 엄격한 요구 사항에서 차이가 있습니다. NACE MR0175/ISO 15156 황화수소의 농도가 매우 낮아도 발생할 수 있는 재료의 수소 관련 부식을 방지하는 데 더 큰 중점을 둡니다. 이 표준은 부식성 환경에서 SSC, HIC 및 부식 피로에 강한 재료를 요구합니다.

반면에, NACE MR0103/ISO 17495-1 수소 관련 분해에 대해서는 덜 규정적이지만 정유 공정에서 부식성 물질을 처리할 수 있는 재료가 필요하며, 종종 특정 수소 관련 위험보다는 일반적인 내식성에 더 중점을 둡니다.

4. 테스트 및 검증

두 표준 모두 재료가 각각의 환경에서 성능을 발휘하는지 확인하기 위해 테스트와 검증이 필요합니다. 그러나 NACE MR0175/ISO 15156 사워 서비스 조건에서 재료 성능에 대한 보다 광범위한 테스트와 보다 자세한 검증이 필요합니다. 테스트에는 사워 가스 환경과 관련된 SSC, HIC 및 기타 고장 모드에 대한 특정 지침이 포함됩니다.

NACE MR0103/ISO 17495-1재료 시험도 요구하지만 시험 기준 측면에서 보다 유연한 경우가 많습니다. 특히 황화수소 관련 위험에 초점을 맞추기보다는 재료가 일반적인 내식성 표준을 충족하는지 확인하는 데 중점을 둡니다.

NACE MR0175/ISO 15156과 NACE MR0103/ISO 17495-1을 왜 신경써야 하나요?

이러한 차이점을 이해하면 재료 고장을 예방하고, 운영 안전을 보장하고, 업계 규정을 준수하는 데 도움이 될 수 있습니다. 해상 석유 굴착 장치, 파이프라인 프로젝트 또는 정유소에서 작업하든 이러한 표준에 따라 적절한 재료를 사용하면 비용이 많이 드는 고장, 예상치 못한 가동 중단 및 잠재적인 환경적 위험으로부터 보호할 수 있습니다.

특히 육상 및 해상 부식성 서비스 환경에서의 석유 및 가스 작업의 경우 NACE MR0175/ISO 15156 는 표준입니다. 재료가 가장 혹독한 환경을 견뎌내도록 보장하여 SSC 및 HIC와 같은 위험을 완화하여 치명적인 고장으로 이어질 수 있습니다.

이와 대조적으로 정유 또는 화학 처리 작업의 경우, NACE MR0103/ISO 17495-1 더욱 맞춤화된 지침을 제공합니다. 석유 및 가스 추출에 비해 부식성 가스가 있는 환경에서 재료를 효과적으로 사용할 수 있지만 공격적인 조건은 덜합니다. 여기서는 처리 환경에서의 일반적인 부식 저항성에 더 중점을 둡니다.

석유 및 가스 전문가를 위한 실용 지침

두 가지 범주의 프로젝트에 필요한 재료를 선택할 때 다음 사항을 고려하세요.

주변 환경을 이해하세요: 귀하의 작업이 사워 가스 추출(상류) 또는 정제 및 화학 처리(하류)에 관련되어 있는지 평가합니다. 이는 어떤 표준을 적용할지 결정하는 데 도움이 됩니다.

재료 선택: 환경 조건과 서비스 유형(사워가스 대 정제)에 따라 관련 표준을 준수하는 재료를 선택합니다. 스테인리스강, 고합금 재료 및 내식성 합금은 종종 환경의 심각성에 따라 권장됩니다.

테스트 및 검증: 모든 재료가 해당 표준에 따라 테스트되었는지 확인하십시오. 사워 가스 환경의 경우 SSC, HIC 및 부식 피로에 대한 추가 테스트가 필요할 수 있습니다.

전문가와 상담하세요: 부식 전문가 또는 해당 분야에 익숙한 재료 엔지니어와 상의하는 것이 항상 좋습니다. NACE MR0175/ISO 15156 대 NACE MR0103/ISO 17495-1 최적의 재료 성능을 보장합니다.

결론

결론적으로, 다음의 차이점을 이해합니다. NACE MR0175/ISO 15156 대 NACE MR0103/ISO 17495-1 상류 및 하류 석유 및 가스 응용 분야의 재료 선택에 대한 정보에 입각한 결정을 내리는 데 필수적입니다. 운영에 적합한 표준을 선택하면 장비의 장기적인 무결성을 보장하고 부적절하게 지정된 재료로 인해 발생할 수 있는 치명적인 고장을 방지하는 데 도움이 됩니다. 해상 유전에서 사워 가스를 사용하거나 정유소에서 화학 처리를 수행하든 이러한 표준은 자산을 보호하고 안전을 유지하는 데 필요한 지침을 제공합니다.

어떤 표준을 따라야 할지 확실하지 않거나 재료 선택에 대한 추가 지원이 필요한 경우 맞춤형 조언을 위해 재료 전문가에게 문의하세요. NACE MR0175/ISO 15156 대 NACE MR0103/ISO 17495-1 프로젝트가 안전하고 업계 모범 사례를 준수하도록 보장하세요.