테크노넷 - Cr-Mo 용접 후 열처리 (Grade 22 및 Grade 91 차이점)

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Cr-Mo 용접 후 열처리 (Grade 22 및 Grade 91 차이점)

이희영 2010-05-10 15:19:08

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API 934A (2008) 및 API technical report 938-B 를 보던 중에 궁금증이 생겨 문의드립니다.

때문에 Cr-Mo-V reactor 관련하여는 API, job spec 등의 관련도서에는 용접과정중의 trap 된 hydrogen 을 제거하기 위한 DHT 를 (long, circum seam 위주) 수행한 후 상온으로 온도를 낮출 수 있다…. 라는 정도만 개괄적으로 알고 있습니다.

(이후 ISR 및 final PWHT 는 별개로 진행). (또한 Nozzle seam 등 high restrained joint 은 DHT 는 수행하지 않고 ISRàPWHT 로 예정 중)

최근에 F91 (9Cr-1Mo-V) 의 열교환기가 crack 발견된 사례를 접하여서 API technical report 938-B 를 참고문헌으로 보고 있던 중에, 두 API 간의 열처리 및 cooling 간에 다른점이 눈에 띄는데 얼른 이해가 되지 않는 군요,,..

언뜻 보기엔 두 재질 다 비슷한 V modified Cr-Mo-V steel 인데도 불구하구요,,,,

즉, grade 91에서는 API 938B 6.4.4.3 에는 cooling for transformation 이 요구되며 (잔류 austenite 제거 및 완전한 martensite 성립을 위하여) - Mf 온도인 93도 이하로 cooling 및 그 이후에는 - para 6.4.5 에 따르면 - 즉 상온까지 cooling 된 기기를 PWHT 이전에 DHT 를 먼저 하여야 한다고 되어 있습니다

의문점은, F22V steel 의 경우 180도 가량의 preheat 온도가 DHT (or ISR,PWHT) 수행하기 전까지는 유지되어야 한다고 알고 있습니다.

즉, 일반 long / circum seam 의 경우는 DHT 를 하지 않는 한 온도를 180 의 비교적 높은 온도를 유지하여야 한다는 것으로 이해하고 있는데, grade 91 (9Cr-Mo-V) 은 오히려 93 도 이하로 낮추어야 한다고 되어 있군요.

각각의 경우에 있어서의 온도가 다르게 적용/처리되어야 하는 그 목적은 API 문헌에 간단히 설명되어 있지만, grade 22 및 grade 91 이 Cr 값만 틀린데도 – 저 같이 비 전문인가 입장에선 비슷하지만서도.. – 가열된 재질의 cooling 시에 전혀 다른 온도 control 이 있군요.

1, 무슨 다른 각도의 시각이 필요한지요?

2, 또한, 그리고 grade 91 은 ISR 이라는 개념은 API 에서 보이지는 않습니다.

ISR 은 필요 없고 Welding à Cooling à DHT à PWHT 만 있어도 된다는 의미겠지요?

(추신: 위 내용 중 제가 잘못 알고 있는 부분이 또 있다면 고쳐 주시길 부탁드립니다.)

수정 삭제

이희영 2010-05-11 10:25

감사합니다. 종종 질문 올리겠습니다. 대전에서 그런 세미나가 있었는지 몰랐는데 좀 아쉽군요, 용접학회 홈 페이지에 종종 들어가보아야 겠습니다.

관리자 2010-05-10 19:23

글쎄요... 이미 본문을 통해 공부하신 내용에 답이 어느 정도 나열되어 있다고 보여 집니다. 금속조직은 고온으로 가열했다가 냉각하는 과정에서 변태를 하게 되는 데, 이 변태가 늘 완전하게 다 이루어지지 않고 조금은 남게 됩니다. 그렇게 남는 조직이 우리가 흔히 얘기하는 잔류오스테나이트이지요 이게 Cr이 조금 들어 있는 강종에서는 별로 문제가 되지 않는 데, 가급적 조직이 전체가 Full Martensite가 되어야 하는 경우에는 좀 문제가 되겠지요 그래서 냉각시의 온도를 더 낮게 가져가는 것으로 이해하시면 됩니다. Austenite는 고온에 안정하고 상온에서는 불안정하게 되므로, 더 낮은 온도 까지 냉각을 하여 미처 변태하지 않은 조직이 완전하게 변태할 수 있도록 Motive Force를 가해주는 것이지요 ISR은 미처 변태하지 않은 조직까지를 포함한 용접부 전체의 응력제거가 목적인데, Full Martensite 조직에서 굳이 ISR이 의미를 가질까요? 그것 보다는 안정적으로 잔류오스테나이를 없애고 최종적으로 잔류응력을 제거하는 것이 좀더 현실적인 대안이 될 수 있겠지요. 지난주에 대전에서 용접학회 주최로 Heavy Wall Reactor의 용접에 관한 Seminra가 있었습니다. 향후에도 그런 자리가 종종 있을 것으로 예상합니다. 그런 자리를 통해서 이렇게 스스로 공부하고 느낀 아쉬움들을 함께 공유할 수 있으면 더욱 좋겠습니다.

손재실 2010-05-12 11:28

API code 상의 내용에 대해서는 제가 잘 모르겠는데요........ grade 22와 91의 용접 후 냉각시 온도 control이 다른 점은 야금학적 관점에서는 다음과 같이 설명할 수 있겠습니다. grade 91의 경우 Cr 함량이 grade 22보다 매우 높은데, Cr은 소입성을 향상시키며 Ms점을 저하시키므로 냉각 시에 잔류오스테나이트가 많이 남을 것으로 사료됩니다. 잔류오스테나이트가 많으면 경도, 강도 측면에서 손해를 보며 또 불안정하여 경년변화를 일으킬수 있으므로 제거해 줌이 바람직할 것 입니다. 그래서 91의 경우에는 먼저 Mf 이하까지 냉각시키는 것으로 생각됩니다. 관리자님 의견에 좀 더 부연 설명을 붙였습니다. 참조바랍니다.

양근석 2010-05-15 22:52

미루다 보니 늦게 답변을 올리었네요. 우선 F91자재는 ASME Code 2009년 Addenda에서 P. No. 15로 변경되었습니다. 기존에는 다른 2-1/4Cr-1Mo 자재들과 같이 P.No.5였지만 그 배경 자체가 다른 자재이기 때문에 별도의 P.NO.를 지정하게 된 것입니다. 부연설명 드리면, F91자재는 Creep strength enhanced ferritic alloy(CSEFA) 자재로서 조직자체를 Martensite or Banite화해서 Creep Strength를 강화시킨 Ferritic 자재로서 Welding 후 ISR과 같은 처리는 이 자재의 기본적인 조직 자체를 변경시켜버릴 수가 있기 때문에 ISR은 기본적으로 실시하면 안됩니다. 답변이 되었기를 바랍니다.

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