Tp347H 재질의 안정화강 열처리의 요구는 용접부에 남아있는 Free한 C, Nb가 결합하는 온도범위에서 추가로 노출시켜 NbC를 형성시키기 위한 열처리입니다. 이를 통해 서비스 중 예민화현상을 줄여주시 위함입니다. 아시다시피, 예민화현상은 약 420~815C 구간에서 장시간 노출시 Cr23C6 의 금속간화합물이 생겨 입계로 석출되는 현상인데 이 현상으로 인해 Cr 고갈현상이 생기며, 피막층의 CrO층이 없으지므로 부식에 취약해지는 현상입니다. 안정화강 열처리 후 Cooled by Air to Ambient Temp의 목적은 냉각 중 예민화온도 구간을 서서히 지나면 또 예민화가 발생할 수 있다는 가정하에 빨리 냉각시켜라는 의미인 것으로 보입니다만, 일반적으로 이는 예민화발생 제품에 대해 수행하는 Solution Annealing(1050~1100C 구간이며, CrC -> Cr + C 분해) Heat Treatment시 해당되는 얘기입니다. 저희들의 Spec.은 370C까지 Rapid Cooling을 요구하고 있음. 그러나, 안정화강 열처리의 목적은 다르며, 기 결합된 NbC의 경우는 서서히 냉각시킨다 하더라도 다시 예민화가 되지는 않습니다. 즉, 급냉할 필요는 없다는 것입니다. Ferrite의 변화는 열처리 후 줄어드는 것이 당연합니다. Ferrite의 의미는 냉각시 충분한 시간이 주어지지 않음에 따른 잔류Delta Ferrite에 기인한 것이므로, 열처리 과정 중 시그마상으로 변태를 합니다. 그러므로 페라이트는 Before PWHT에서 측정을 해야 합니다.. 페라이트를 관리하는 사유는 Hot Crack의 가능성을 확인하기 위함임을 알고 계실 것입니다.

관련해서 API RP 571을 찾아보았는데, Ferrite 와 Hot Crack 의 연관관계는 못찾았습니다. 참고로 관련항목을 아래와 같이 송부드립니다. API RP571, para 4.2.19 Reheating Cracking (2003 edition) 4.2.19.3 Critical Factors Important parameters include the type of material (chemical composition, impurity elements), grain size, residual stresses from fabrication (cold working, welding), section thickness (which controls restraint and stress state), notches and stress concentrators, weld metal and base metal strength, welding and heat treating conditions. From the various theories of reheat cracking for both 300 Series SS and low alloy steels, cracking features are as follows: a) Reheat cracking requires the presence of high stresses and is therefore more likely to occur in thicker sections and higher strength materials. b) Reheat cracking occurs at elevated temperatures when creep ductility is insufficient to accommodate the strains required for the relief of applied or residual stresses. c) In many cases, cracks are confined to the heat affected zone, initiate at some type of stress concentration, and may act as an initiation site for fatigue. d) Reheat cracking can either occur during PWHT or in service at high temperature. In both cases, cracks are intergranular and show little or no evidence of deformation. e) Fine intragranular precipitate particles make the grains stronger than the grain boundaries and force the creep deformation to occur at the grain boundaries. f) Stress relief and stabilization heat treatment of 300 Series SS for maximizing chloride SCC and PTASCC resistance can cause reheat cracking problems, particularly in thicker sections.

제 생각에는 냉각속도 차이에 의한 Grain Size 크기 차이가 Reheating Crack 관련이 있지 않나 싶습니다. API 571 4.2.19.6 을 보면, 4.2.19.6 Prevention / Mitigation a) Joint configurations in heavy wall sections should be designed to minimize restraint during welding and PWHT. Adequate preheat must also be applied. b) The grain size has an important influence on the high temperature ductility and on the reheat cracking susceptibility. A large grain size results in less ductile heat affected zones, making the material more susceptible to reheat cracking. c) Metallurgical notches arising from the welding operation are frequently the cause of heat affected zone cracking (at the boundary between the weld and the heat affected zone). d) In design and fabrication, it is advisable to avoid sharp changes in cross section, such as short radius fillets or undercuts that can give rise to stress concentrations. Long-seam welds are particularly susceptible to mismatch caused by fitup problems.

재열균열은 두가지 관점입니다. 입계에 Nb의 석출로 인해 균열이 발생하는 것과 Fusion Boundary 부근에서 석출물이 전혀 없기 때문에 운전 과정에서 국부적인 creep이 발생하여 균열을 야기하는 두가지 경우입니다. 전자에 대해서 일부에서는 NbC를 의심하기도 하는데, NbC의 석출 온도가 제법 높기 때문에 열처리나 층간 온도 과열로 인해 NbC가 석출되기에는 전체적인 여건이 그리 만만치 않습니다. 다만, 347에 비해 347H의 재열균열 발생온도가 약 100도 정도 더 낮고 발생 경향도 크기 때문에 C의 영향을 완전히 배제하기는 어려울 것 같네요. 후자에 대해서는 국내 발전사들을 비롯하여 정유나 석유화학공정에서 많은 유사한 사례를 볼 수 있습니다. 파단면에서 Creep에 준한 손상을 발견할 수 있었습니다. 그러다 보니 결국 Stabilization 열처리를 해도 문제가 될 수 있고, 안해도 문제가 발생하는 상황이 발생하게 됩니다. 그래서 아예 용접봉을 347이 아닌 316 계열로 선정해서 적용하는 무리수를 두기도 합니다.

참고로 일부 회사의 경우에는 아예 347 용접부의 최대 두께를 제한하여 용접과정에서 발생하는 열에 의한 석출물 형성을 제한하기도 합니다. Stabilization 열처리에서 핵심은 고온에서 미리 탄화물을 충분하고 적절하게 만들어 내는 과정입니다. 따라서 최소 850도 이상의 온도에서 4시간 이상 충분하게 유지하여 탄화물 형성을 이루었다면 그 이하의 온도에서 냉각 속도가 조금 늦었다고 해도 추가적으로 탄화물(Cr-C)가 형성될 가능성이 별로 없기에 큰 문제가 되지 않을 수 있습니다. 지금 안정화 열처리가 적절했는지의 판단은 결국 해당 조직의 분석을 통해 확인하는 것이 필요한데.. 문제는 그게 그냥 어설픈 광학으로는 별로 차이가 나지 않을 것 같기에 조금 우려됩니다. 열처리 이후에 Ferrite의 함량이 줄어든 것은 초기에 강재 제조 과정에서 고용화 열처리에 의해 Delta Ferrite가 Austenite로 변태할 시간없이 급냉되어 상온까지 억제되어 있던 Ferrite가 뒤 늦게 Austenite로 바뀌어 변화된 것이기에 지금의 안정화 열처리 효과와 직접적으로 설명하기는 다소 거리가 있다고 봅니다. 이런 저런 논란을 잠재우기 위해 고용화 열처리 혹은 그에 준한 온도까지 올려서 Cr-C를 모두 분해하고 난 후에 다시 안정화 열처리를 하는 것은 조직학적으로는 좋은 선택이 될 수 있으냐, 발생될 수 있는 변형을 고려하면 쉽게 추천하기는 어렵네요. 제품의 형상을 보고 판단하시는 게 좋겠습니다. 좋은 결과 있으시길 바랍니다.

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많은 의견이 올라왔네요.. 너무 기본적인 답변을 드린 것 같은데, 관리자께서 추가 의견을 잘 주셨네요. 어찌됐든 재열균열 측면에서는 Tp347H or Tp321H계열이 상당한 불리함을 가지고 있는 것은 사실입니다. 상기 재질의 재열균열을 막기 위해 관리자님이 추천하신 316 계열을 사용한 적이 있습니다...WEL16-8-2 용접봉입니다...그리고, Tp308을 최종면에 적용한 적도 있구요.. 이를 방지하기 위해 Nb의 함량를 max. 0.5wt%로 제한 한 적도 있구요. 이 경우는 안정화강의 목적을 조금 포기해야 합니다만... 그리고, 안정화강 열처리 효과에 대해 테스트를 한 적이 있습니다. 아시다시피 내부에 존재하는 Nb or C 가 극히 소량이므로 안정화강열처리 vs. Non-안정화강 을 비교 시, 결론은 "안정화 강 열처리를 수행하면 도움은 된다" 물론 900C X 4시간 -> 서냉 조건을 적용했고, 조직분석 및 부식실험을 통해 얻은 결과입니다. 라이센스와 잘 협의해 보시기 바랍니다

처음엔 어떻게 처리할지 이해가 안 가는 부분이 많았는데, 관리자 선배님께서 좋은 답변을 주셔서 이젠 어느정도 감이 잡히는 것 같습니다. 실력이 좋으시네요. 한동안 실력이 나와 비슷한줄 착각하고 살았었습니다. 죄송합니다. 늘 건강하세요