탄소강 파이프, 플랜지, 부속품의 취성 파괴를 방지하는 모범 사례

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편집자 주: 이 기사는 "연성 스풀 부품 고장의 원인과 해결 방법" 및 "ASME가 파이프, 피팅, 플랜지에 대한 테스트 요구 사항을 검토합니다."에 대한 후속 기사입니다.

전통적인 합금은 금속이 의료 기기용 스테인리스강이든 해양 제품용이든 금속 제조에서 표준 역할을 합니다. 자동차 산업을 위해 지난 수십 년 동안 개발된 모든 세대의 고성능 강철; 또는 알루미늄 및 티타늄과 같은 금속은 중량 대비 강도가 높고 내식성이 높아 항공우주, 정유, 화학 처리 응용 분야에 특히 적합합니다.

일부 탄소강 합금, 특히 특정 양의 탄소와 망간을 함유한 합금의 경우도 마찬가지입니다. 이들 중 일부는 합금 원소의 양에 따라 화학 처리 공장 및 정유소용 플랜지, 피팅 및 파이프 제작에 사용하기에 매우 적합합니다. 모두 한 가지 공통점이 있습니다. 이러한 응용 분야에 사용되는 재료는 취성 파괴 및 응력 부식 균열(SCC)에 저항할 수 있을 만큼 충분히 연성이 있어야 합니다.

ASME(American Society of Manufacturing Engineers) 및 ASTM Intl.과 같은 표준 조직. (이전에는 미국재료시험협회(American Society of Testing and Materials)로 알려짐)가 이 문제에 대한 지침을 제공합니다. 두 가지 관련 산업 코드(BPVD(보일러 및 압력 용기 코드) 섹션 VIII, Division 1 및 ASME B31.3, 공정 배관)에는 탄소강(0.29%~0.54% 탄소 및 0.60%~1.65% 망간을 함유한 모든 철 재료)을 고려합니다. 더운 기후, 온화한 지역 및 온도가 화씨 -20도까지 낮아지는 지역에서 사용하기에 충분히 연성이 있습니다. 그러나 최근 주변 온도에서의 고장으로 인해 사용되는 다양한 미세 동맹 요소의 양과 비율에 대해 면밀한 조사가 이루어졌습니다. 이러한 플랜지, 피팅 및 파이프 제조에 사용됩니다.

최근까지 ASME나 ASTM에서는 화씨 -20도 정도의 낮은 온도에서 사용되는 많은 탄소강 품목의 연성 거동을 확인하기 위해 충격 시험을 요구하지 않았습니다. 특정 제품을 면제하기로 한 결정은 재료의 역사적 특성에 기초했습니다. 예를 들어 A105 플랜지, A234-WPB 피팅, 벽 두께가 ½인치(25mm) 이하인 A106 등급 B 탄소강 파이프와 같은 탄소강 제품은 MDMT(최소 설계 금속 온도)에서 사용됩니다. -20°F는 이러한 응용 분야에서의 전통적인 역할로 인해 충격 테스트에서 면제되었습니다.

그러나 역사적 수용과 전통적인 적용이 반드시 영원히 지속되는 것은 아닙니다. ASME VIII-1, UCS-66(그림 1 참조)의 2017 개정판의 곡선 B에 해당하는 일부 재료는 최근에 -20°F 이상의 온도에서 취성 파괴로 인한 파손 기록이 있으며 많은 경우 따뜻한 온도에서. 따라서 주로 시동, 정지, 수압 시험 및 급속 감압(자동 냉동) 중에 주변 온도에서 취성 파괴의 위험이 있는 것으로 간주됩니다.

0.18%~0.23%의 탄소를 함유한 중탄소강을 제조하는 동안 의도적으로 미량원소를 첨가하는 관행은 열처리 온도와 가공 시간을 줄이기 위한 것일 수 있습니다. 지난 수십 년 동안 사용된 이 기술은 A105 등급 플랜지, A234-WPB 피팅 및 A106-B 탄소강 파이프의 취성 균열이라는 의도하지 않은 결과를 가져왔습니다. 이 현상은 주변 온도에서 발생하는 것으로 알려져 있습니다.

이 문제는 SCC가 발생하기 쉬운 자재를 특정 서비스 조건에 배치할 때 심각해집니다. NACE(National Association of Corrosion Engineers) MR0103에 따르면 부적절한 설계, 가공(절단, 굽힘, 용접), 설치 또는 취급으로 인해 저항성 재료가 SCC에 취약해질 수 있습니다. 부식 구멍과 같은 국부적인 노치에 응력이 집중되면 용접부가 SCC에 취약해집니다. 용접으로 인한 잔류 인장 응력도 외부 응력 없이 균열을 시작하는 것으로 알려져 있습니다. 응력이 완화되지 않은 용접부와 냉간 가공된 부품은 특히 취약합니다. 사양의 열처리, 기계적, 화학적 요구 사항을 충족하지 못하는 것은 야금학적 검사를 통해서만 확인할 수 있습니다. 용접 플랜지의 가공 표면 결함은 체적 비파괴 평가를 통해서만 감지할 수 있습니다.