곽동현
2016-04-13 11:33:02
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High Strength Structural Steel Plate S690QL 열처리 적용 여부 문의드립니다. 배관 조건은 다음과 같습니다.
배관 조건 : size - OD 3400mm, thickness - 35 ~50mm, 재질 - S690QL, 운전압 - 90bar, service - water
Project spec. 상 적용code가 명확하지 않고 ASME code를 적용하라고 되어있으며, spec. 상 용접 후 열처리를 하겠끔 언급되어 있습니다. 업체에서 제출한 WPS를 보면 열처리가 누락되어 있으며, 제출한 시공계획서에는 다음과 같은 이유로 필요없다고 되어있습니다.
- The high strenth steel shall not be stress released by heat treatment, after welding, it shall be kept temperature and slowly cool down.
상기 재질에 대한 경험이 없어 검토하기가 쉽지 않습니다. 배관이라기 보다는 vessle로 봤을때, 열처리 조건에 해당되는데, 이 경우, 어떤 code를 적용해야 하는게 맞으며, 열처리는 면제조건에 들어갈 수 있는지, 전문가님들의 조언을 구하고자 합니다.
감사합니다.
이 경우에 ASME의 어느 코드를 참고해야 할 지는 저도 잘 모르겠습니다만,, B31.3(2014 Ed.) Table 331.1.3에 보면 재질별로 어떤 조건을 만족하였을때 후열처리를 하지 않아도 된다는 면제조항이 있습니다. 모재의 두께가 어느 이하이거나, 예열을 충실히 하거나 혹은 Miltiple pass 시공을 하고 화학성분(C 함량)이 기준 이하이거나 하면 후열처리를 하지 않아도 된다는 것입니다. 그런데 S690은 어디에 끼워맞춰야 할 지,,^^;
후열처리의 주 목적은 잔류응력을 제거하는 것이고 부차적으로 HAZ부 경도 완화가 얻어집니다. S690QL의 경우, QT재이기 때문에 기본적으로 높은 CE값을 가지고 있고 용접재도 그에 준하는 강도의 것을 선택해야 하기 때문에 HAZ/WM의 저온균열 감수성이 높습니다. 또한, 90bar 정도의 높은 압력이 걸린다면 또 압력이 정압력이 아니라 맥동이 있는 경우라면 배관이 감내할 수 있는 하중에 (용접 중 발생하는)잔류응력이 크리티컬하게 영향을 미칠 수 있기 때문에 후열처리를 통해 잔류응력을 이완시켜주는 것이 바람직하다고 생각합니다.
그런데, 직경이 상당히 큰(3400mm) 파이프이던데 만약에 개선을 V 가 아닌 X로 하여 양면용접하였다면 잔류응력을 상쇄시킬 수 있을테고 HAZ부 경도만 제어한다면 후열처리가 면제될 수 있지 않을까도 생각해봤습니다. 업체측에서 언급한 말 'Stress relief는 하지 않아도 되고 다만 용접 중에는 특정 온도를 유지하고 용접 후에는 서냉시키면 된다.'라는 것이 '잔류응력은 크게 고려되지 않는다'라는 의도가 아닌가 생각됩니다. 저의 경험에 비추어 볼 때, S690은 예열 150도, 용접후 직후열 250도씨에서 2시간 정도면 DNV 경도 기준인 420HV는 만족하기 때문에 잔류응력만 어떤 식으로든 제어할 수 있다면 예열과 직후열만으로도 후열처리를 피해갈 수 있는 기술적 백그라운드는 마련된다고 봐집니다.
S690은 구조용으로 대륙붕의 유전을 뚫는 Jack-up RIG의 Leg(Rack and Chord)에도 적용이 되고 있습니다. 후열처리(PWHT) 기준은 없으며 예열만 150도씨 정도로 높게 관리하고 직후열을 통해 경화가능성을 낮추는 방향으로 시공절차가 정립되어 있습니다. 설계는 잘 모르지만 이 경우, 주 하중은 압축일 것이고 준정하중일 것이므로 잔류응력이 있다하더라도 크게 문제가 되지 않을 것 같습니다.
PWHT가 잔류응력 이완에 효과적이긴 하지만 후열처리로 인하여 오히려 물성저하와 같은 역효과가 발생할 수도 있기 때문에 온도에 다소 민감한 QT나 TMCP재는 신중한 검토가 필요합니다.
공지사항
위의 요건을 해석해보면, shall(꼭 해야 한다)을 문장에 2번 쓰고 있습니다.
고강도강은 열처리에 의한 응력제거를 하지 않아야 한다. 용접후에 온도를 유지하면서, 서냉을 한다면.
위와같이 용접을 하려면, 예열, 층간온도, 후열(Post-heating:용접후열처리 아님!!)을 잘 해야 합니다.
그렇게 하면, 용접후열처리(PWHT)가 요구되지 않는다는 말이죠.
그러므로 예열, 층간온도 유지, 후열에 대해 잘 관리하시면 됩니다.
두께나 여러모로 봤을 때, ASME B31.1의 유사 재료에 대해 PWHT를 실시하는 것이 일반적입니다.
첨부화일을 참조하세요.
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