안녕하세요, Alloy 800H Solid(UNS N08810) 재질의 설비 설계/제작 중 문의 사항 입니다.
Design Temp. : 574 degC
Design Pressure : 35kg/cm2g
위와 같은 Design condition이며, ASME Sec.VIII, Div.1의 UNF-56 (d)(1) 에 따라 PWHT는 적용 예정 입니다.
이와는 별개로 API 942-B의 4.4.4에 따르면 Alloy 800H 재질에 대하여 rolling/forming 후 stabilization heat treatment를 하도록 명기되어 있습니다. 이 구절에는 별도의 온도에 대한 requirement가 없어서 적용 여부에 대해 의문점이 있습니다..
기타 Ref.나 실적 상 위 조건에 따른 stabilization heat treatment는 적용하는 것이 좋을까요? (UNF-56의 PWHT와는 별개로)
추가로, UNF-79에는 forming strain rate에 따른 열처리 조건이 있는데, 이 조건이 상기 API 942-B에서 요구하는 열처리와 같은 목적의 열처리 일까요?
두서 없는 글 읽어주셔서 감사드리고, 조언 부탁 드립니다.
친절한 답변 감사합니다!
우선 현재 진행 상황은 아래와 같습니다.
- 발주 시, 원 소재의 requirement는 solution annealed condition으로 요청
- 강도 계산 상 required th'k(incl. C.A)는 약 44~70t로, nominal th'k는 약 +2mm 로 반영되어 있습니다. (비교적 고가의 소재이다보니 PJT 예산상 C.A를 더 부여하긴 어려운 조건 이었습니다..
- Vendor에서 제시한 열처리 조건은 PWHT 900+-15 degC, Holding Min. 220 분과
Top Head의 경판부는 추가로 Stabilizing Heat Treatment 985~1000 degC, Holding min. 180분 입니다.
(Top Head도 강도 계산상 Forming rate(EFE)는 2.06%로 높지는 않아 보입니다.)
Required Code로 API 942-B를 제시하진 않았기 때문에, 전체에 대한 SB열처리를 강제하긴 어려워 Vendor에서 제시한 조건으로 accept를 해둔 상태 입니다.
이후 진행 및 추가 협의사항이 생긴다면 정보 공유차 업데이트 해놓도록 하겠습니다!
쉽게 간과할 수 있는 사항인데 참 좋은 질문을 하신 것 같습니다.
좋은 답글에 보태어 조금 더 쉽게 이해하기 위해 요약해 봅니다.
우선 Alloy 800H의 각 열처리의 목적을 다음과 같이 확인할 필요가 있다고 봅니다.
Stress Relieving (SR) or PWHT : 주로 심한 가공경화와 용접 작업에 의해 발생하는 잔류응력을 제거하기 위함임 (dislocation density를 낮춤). Alloy 800H의 경우 고온 설비의 운전 중 Weld HAZ 에서 Stress Relaxation Cracking (SRC)가 종종 보고되어 PWHT를 실시하게 함 [PWHT at min. 885°C (1625°F) or Solution heat Treatment* [at min. 1120°C (2050°F)] *더 추천됨 --- References: ASME Sec.VIII, Div.1, UNF-56 & ASME Sec.VIII, Div.1, UNF-79, API TR942-A의 3.2.4.5 and API TR942-A의 5.5 (for Alloy 800H)
Solution Heat Treatment (SHT): 고용화열처리 (모든 석출물을 재고용하는 과정임-목표 석출물의 Solvus Temperature 보다 100C 이상 높은 온도에서 실시하여 석출물을 거의 완전 제거함 ). ASS & Ni Alloy 소재는 거의 모두 SHT를 강제규정으로 적용되며 제작 후도 필요 시 적용함. 제작 후 적용이 요구되면 상기의 SR or PWHT 은 실시할 필요가 없습니다. [at min. 1120°C (2050°F)] --- References: 해당 Material Standard, ASME Sec.VIII, Div.1, UNF-79 and API TR942-A의 5.5 (for Alloy 800H)
Thermal Stabilization Heat Treatment (TSHT, 열적 안정화 열처리) : 안정화 원소 Ti, Nb 등을 포함한 ASS, Ni Alloys에 대해 이들 석출물-탄화물이 완전 재고용되는 온도 (고용화열처리 온도) 보다 140-250C 정도 낮은 온도에서 실시, 주목적은 Cr-carbides의 형성을 최소화하기 위해 미리 충분한 Ti-C, Nb-C 탄화물을 형성시키는 과정임. Alloy 800/800H의 경우 Grain Growth 효과도 가져옴. TSHT는 구매자 (Spec)의 요구에 의해 ASS에서는 Polythionic acid SCC environment (PASCC)에 있는 321 SS & 347 SS 모재에 적용하게 되나 심한 PASCC environment에서는 Products에 대해 추가로 적용을 요구되고, Alloy 800H의 경우는 고온 운전 중 노출되는 Cr-탄화물이 SRC에 노출될 가능성이 높은 경우나 심한 냉간가공 후나 Creep 강도 높은 Grain Growth가 필요한 경우에 주로 모재에 대해 TSHT를 실시합니다. API 942-B의 4.4.4 는 SRC에 대한 것이므로 탄화물과 냉간 가공이 주요 관심사가 될 것으로 봅니다. TSHT는 상기 SR, PWHT, SHT를 대행하지 않는 추가 요구가 됩니다. [about 982 °C (1800 °F) for 3 hours] --- References: API TR942-B의 4.4.4 and API TR942-A의 3.2.4.3 (for Alloy 800H)
그 결과와 연관되는 grain size, specific elements, microstructure analysis, strength, WPS (including filler materials)등의 요구사항들은 별도로 확인되어야 합니다.
위 답변 주신 사항과 관련하여 추가적으로 의문점이 있어 문의 드립니다.
UNF-56에 따라 PWHT를 적용하고, API 942-B에 따라 Vendor에서 제시하는 대로 Forming Head에 대해 TSHT를 적용 예정 입니다.
API 942-B Para. 4.4.4 문구 중 "after rolling, forming or other manufacturing steps" 라는 구절이 있는데 이는 Welding이 포함되어
용접 후 열처리를 뜻하는 건지 혹은 Head Forming후 적용해야 하는지에 대해 고민 입니다.
바쁘시겠지만, 조언 부탁 드립니다!
alloy 800 에 대한 열처리 process를 한눈에 알아보기 쉽게 정리해주셔서 많은 도움이 된 것 같습니다.
위 대댓글에도 명기해놓았지만 사전 study가 부족하여 TSHT에 대해서는 별도 requirement로 명기해두지는 못하고 발주가 진행되었습니다.
(API 942-B 적용에 대하여 미 명기, 추가 열처리 적용에 대해서는 조금 더 공부해봐야 할 것 같습니다.)
언급해주신 조직 관련 및 WPS/PQR 등에 대해서도 추가 study를 하고 면밀히 검토해보도록 하겠습니다. 조언 감사합니다!
아래 요건은 API TR 942-b, 2017년판의 4.4.2항의 내용입니다.
질문하신 것을 보면, 모재생산자의 행위와 제작자의 행위에 있어 약간의 혼동이 있으신 듯 합니다. 위의 답변에서 말씀들을 하셨는데,
바로 위의 두번째 질문에서 'other manufacturing steps'에 용접이 포함되는가에 대한 질문이셨는데, 그 모재를 생산중에 용접하는 부분이 있을까요? 아래의 요건은 철저히 모재에 대한 내용이므로, 제작사는 구매시에 필요하다면, Spec.에 넣고, 확인해야 할 사항이라 생각합니다.
다시말해 모재 생산업체가 그들의 제작 스팩에 용접할 수 있는 부분이 있으면, 포함될 수 있지만, 그렇지 않으면 용접은 포함되지 않는다는 말씀입니다. 정황상 주강에 생산시 용접보수가 있는데, 단조품에는 없지 않나 생각됩니다. 이것은 모재 생산업체에 명확하게 확인하시는 것이 옳지 않나 생각됩니다.
Require stabilization heat treatment of base materials. A stabilization heat treatment at 982 °C (1800 °F) for 3 hours should be performed on Alloy 800H base materials after rolling, forming or other manufacturing steps. This heat treatment is done after the ASTM-required solution annealing and is at a lower temperature. A stabilization heat treatment creates benefits by generating coarse particles within the grains and on the grain boundaries. These carbides form by reacting with age-hardening elements such as Ti, Al, Nb, etc. The result is that at operating temperature, less of these elements are available for the formation of fine carbides within the grains.
의견 감사합니다!! 말씀 해주신 API 구절 중 "after rolling, forming or other manufacturing steps"에만 focusing하다보니 당연히 제작단계라고만 생각 했던 것 같습니다.
아마 현재 진행중인 제작사에서도 동일하게 생각하여 head forming 후 stabilization heat treatment를 열처리 절차서에 포함한 것으로 보이는데,
해당 절차에 대해 삭제 혹은 수정하도록 고려해 보아야 할 것 같습니다.
Stabilization 열처리는 금속조직이 바뀌는 상황입니다.
용접이나 Solution Annealing과 같은 이전의 열간 작업을 통해 조직의 변화가 발생할 상황이 아니었다면, 굳이 이걸 다시 할 이유는 없습니다.
안녕하십니까? 위 여러 전문가분들의 좋은 의견과 더불어 800H를 제작해 본 제작처의 입장에서 말씀드리겠씁니다.
일반적으로 ASME Code만 적용할 경우에는 아시는 것처럼 Stabilization Heat Treatment는 요구되지 않습니다.
그러나 고객 성향에 따라 Forming or Forming & Rolling 후 용접 전 단계에서 Stabilization Heat Treatment을 요구하는 경우가 있습니다.
제작 경험상 Rolling 후에는 Bending Stress가 많이 발생하지 않아 Stabilization Heat Treatment는 필요하지 않는 것으로 판단됩니다.
그러나 Forming 후에는 Stabilization Heat Treatment를 적용하지 않아 용접을 진행할 경우 HAZ부 Crack 발생이 많이 발견되었습니다.
따라서 Head의 경우, 용접부가 없는 1piece Type으로 설계하거나 만약 용접심이 필요하다면 Segment Type으로 Forming 후 Stabilization Heat Treatment를 적용한 다음 용접을 진행하고 있습니다.
사유는 만일을 대비하여 발생할 수 있는 용접부 Crack를 방지하기 위하여 가장 Stress가 높은 Head에만 한정적으로 적용하고 있습니다.
제작처 입장에서도 Stabilization Heat Treatment를 적용할 경우 추가 Cost가 발생하나 Risk 감소 차원에서 내부적으로 진행하고 있습니다.
참고하시기 바랍니다.
사실 저로서는 이런 질문이 제일 반갑고 또 그 과정에서 생각지 못했던 부분들이 느껴지기에 고맙기도 합니다.
뭘 잘알아서 반갑고 고마운게 아니라 함께 고민할 수 있어서 고마운 거죠
PWHT는 해야 하겠고, 그 온도는 885도라서 왠지 다른 문헌에 나오는 982도의 Stabilization 열처리 온도 보다는 낮은 것 같아서 그걸로 충분할지 고민인 상황으로 이해합니다.
저라면 이렇게 하겠습니다.
우선 원소재가 현재 어떤 열처리 조건으로 구매되었는지, 요구 사항이 뭔지를 먼저 확인하겠습니다.
만약 원소재가 이미 Solution Annealing + Stabilization 상태라면, 더 고민할 것 없이 두가지를 다 해 주는 게 좋겠습니다.
만약 그게 아니라면, Stabilization 열처리가 Creep 강도를 확보하기 위한 대안이니 우선적으로 해당 구조물의 강도 계산에서 어느 정도 여유가 있는지를 확인하고 (아마도 고온 설비이기에 안전을 고려하여 강도 계산상의 기준 보다 두께 여유가 충분할 것으로 예상합니다.), 그 두께가 충분히 여유가 있다면 굳이 Stabilization 열처리를 하지 않아도 될 수 있겠습니다.
하지만, 그래도 이런 저런 고민으로 인해 할지 말지를 고민해야 한다면, 어차피 PWHT의 온도가 Min. 조건이기에 그 보다 조금 더 높은 온도에서 PWHT를 한다고 해서 크게 문제가 될 것으로는 예상하지 않습니다.
용접부는 이미 SA 상태라고 바도 되고, 그 상태에서 조금 높은 온도에서 SR을 겸한 SB열처리를 한다면 두가지 목표를 모두 달성할 수 있겠습니다.
그런데 어느 경우이건 간에 HAZ가 견뎌야 할 열처리 이력에 대한 부분은 추가로 고민이 필요합니다.
어떤 열처리를 하건 간에 무조건 Carbide가 생성될 것인데, 그게 내가 원하는 Carbide일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있기 때문이죠.
진행 과정이 궁금합니다. 어떤 결론으로 진행하셨는지 후일담도 공유해 주시면 감사하겠습니다.