테크노넷 - A321 Pipe 용접부의 Crack

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장걸 2013-06-04 15:25:12

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정유화학 Plant중 Reformer와 연결되는 Piping으로

1.재질 : Pipe : A312 TP321H / Filler : ER347
2.Operating Temp` : App. 600℃
3.Process : Naphtha+Steam
4.Size : 14"Sch.120 (t30) + 20"Sch.120(t39)
5.Grain Size : No.3~2
6.용접후 Stabilizing 실시하지 않음

위의 제작조건으로 제작 시공된 Piping이 가동후 6개월 만에 2개소(관통+내부)에서 Crack이 발생하였고,
그후 1년6개월만에(Total 2년) 재검사(PT+PAUT+UT)결과 전체 46개의 용접개소중 22개소에서 Crack이 발견됨.
Cracking 형상은 circum`(종)방향, Longi`(횡)방향,
Cracking 유형은 관통, 미관통(표면부터 진행 or Back Bead부터 진행), Bead 내부, 표면,
발생위치는 용접부가 20개소, HAZ부 1개소, HAZ에 인접한 모재에 1개소 입니다.

복합적인 결함요인으로 Cracking이 발생 했겠지만 기존의 유사한 Piping에서는 이렇게 많은 부분에서
일어나지 않았던 현상인데요
어떤조건에 차이가 Cracking의 주원인지 가르침을 바라오며
더 필요하신 사항은 남겨주시면 추가로 작성 드리겠습니다.

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관리자[senior] 2013-06-04 15:57

이미 많은 논문 자료에서 해당 온도에서 사용되는 321H 및 347H의 재열 균열에 대한 Damage Mechanism과 그에 따른 손상 사례를 소개하고 있습니다. 이를 해결하기 위해서는 원소재 및 용접부에 대해서 Stabilization Heat Treatment를 해 주어야 합니다. 그렇지 않으면 시간이 지남에 따라 국부적인 Creep 변형에 이은 Reheat Cracking이 발생하게 됩니다. 유사한 손상의 원인으로는 Ductility Dip 균열도 있습니다. 하지만 역시 가장 좋은 원인 분석과 대안 강구는 직접 해당 시편을 분석하고 운전 조건에 따른 손상 원인을 찾는 것입니다. 정밀한 원인 분석이 필요하시다면 본 화면 상단의 Contact Us를 눌러서 별도로 연락주시거나 기술자문방을 이용하여 추가 질의해 주세요.

윤강중[yoon] 2013-06-05 09:13

안정화 열처리에 의해 Reheat Crack의 예방은 어려울 것 같습니다.

장걸 2013-06-10 17:07

도움 주셔서 감사합니다. 한가지 더 여쭙겠는데요.. 위의 질문에서 원자재(Pipe)의 Grain Size가 Code Req.보다 조대합니다. 그에 따른 영향은 어느정도 되겠습니까?

관리자[senior] 2013-06-11 11:28

Grain Size가 조대하다면 고온에서 Creep 강도 측면에서는 더 유리합니다.

장걸[jgidox] 2013-06-18 12:59

소중한 답변 감사드립니다. 저는 size가 크면 구조적으로 취약할 것이라고 간단히 생각했었는데 고온에서 Creep 강도 측면에서는 더 유리하군요! 어떤 원리로 그렇게 되는지 간단한 설명을 부탁드려도 되겠습니까. 죄송합니다.

전정구[jkjun59] 2013-06-19 09:35

결정립의 크기와 강도는 영향을 고려해 볼 필요가 있는것 같습니다. 결정립이 미세할 수록 강도가 커 진다고 알려져 있는데 이는 고온 영역이 아닌 구간에서의 상황인것 같습니다. 아마 저온에서는 결정립이 미세할수록 전위의 이동이 어려워 조대한 결정립보다 강하나, 고온에서는 역으로 결정립이 미세할수록 전위의 이동이 쉬워져서 더 불리할 것으로 보입니다. 고온 영역에서는 Creep 현상은 전위(Dislocation) 와 관련이 있으며, 정상 Creep(2차 Creep) 에서는 가공경화와 가열에 의한 회복과의 평형 상태로 보시면 됩니다. 참고로 ASTM A515 의 경우 Intermediate and High Temperature Service 이므로 Coarse austenite grain 이 요구되며, 비슷한 재질인 ASTM A516 의 경우 Moderate-and Lower Temperature Service 이므로 Fine austenite grain 이 요구됩니다.

이규확[ghlee66] 2013-07-01 23:02

Grain Size 와 강도의 연관관계에 대해 website 를 찾아보니 아래와 같이 씌여 있습니다. (GrainSize 와 HallPetch Effect) • Grain size is a critically important aspect of polycrystalline materials. • In the case of the Hall-Petch effect, in most materials, both the strength and the toughness increase as the grain size is reduced. This effect can be explained by the resistance of the boundaries to plastic flow (in the case of strength) and/or the decreased microcrack size in the case of fracture. • Grain size can play a major role in controlling creep resistance. Grain size has the opposite effect at high temperatures than at ambient conditions. Larger grain size increases creep resistance - hence the use of single crystals where feasible, especially for superalloys. 감사합니다.

장걸[jgidox] 2013-07-03 23:09

도움 주셔서 대단히 감사 드립니다.

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