내부의 압력을 받는 배관의 원주 방향 용접부에 대한 크리프 거동의 분석(Creep analysis of pressurized circumferential pipe weldments - A review)

전문가 제언

☐ 고온·고압의 증기조건에서 장시간 사용하는 내열재료가 갖추어야 할 크리프 파단 강도는 원주 용접으로 제작된 가압배관, 보일러 등과 같은 내열구조물의 수명을 좌우하는 매우 핵심적인 기술요소이다. 크리프 파단은 주어진 온도환경에서 일정응력을 받으면서 방치가 계속되는 경우에 재료의 인장강도보다 낮은 응력에서도 변형이 진행되어 파단 하는 현상을 말한다.

□ 용접으로 구조물을 제작하면 용착금속은 조질 압연과 열처리 등을 통해 제조된 미세립 조직의 원 모재와 다른 주조조직의 성격을 갖는 비 균질적인 이음을 형성한다. 특히 CrMoV계강과 같은 페라이트 계 용착금속은 입계 페라이트, 위드만스테텐 페라이트, 침상 페라이트 등이 포함되는 복합적인 미세조직을 갖는다. 한편 용착금속과 모재의 강도 크기에 따라 모재/용접열영향부/용착금속의 2차 크리프 변형속도가 변하게 된다. 따라서 용착금속의 미세조직 성분이 크리프 거동에 미치는 영향과 효과를 분석하는 것이 필요하다.

□ CrMoV계 페라이트강의 용접재료는 CrMoV계 페라이트 강 모재와 동일한 수준의 크리프 파단강도를 갖는 동시에 일정한 충격성능도 갖추어야 한다. 그런데 크리프 파단강도와 충격성능은 서로 상반되는 특성이 있다. 따라서 CrMoV계 페라이트강의 용접재료는 용접부의 크리프 파단강도와 충격성능을 모두 얻을 수 있도록 Cr, Ni, Mo, W의 균형을 맞추어 제작한 것을 선택하여 사용하는 것이 중요하다. 일반적으로. Cr은 크리프 파단시간을 연장시켜 용접부의 수명을 길게 하여 주나 용착금속 내에 δ­페라이트를 잔류시켜 충격성능이 떨어진다. Ni는 Cr과는 반대로 크리프 파단시간을 짧게 만드나 충격성능은 향상 시킨다

□ 일반적으로 가압배관 원주 용접부와 같은 내열구조물을 용접 후열처리하면 잔류응력이 제거됨으로서 용접 후열처리를 실시하지 않은 용착금속에 비해 국부적인 변형이 작고 크리프 수명도 길어진다. 그런데 CrMoV계 페라이트강의 용착금속은 모재의 템퍼링 온도보다 낮은 온도에서 용접 후 열처리를 받아야 한다. 또한 용착금속의 AC1 변태점이 760℃ 이상이 되도록 조절해 주어야 한다. 왜냐하면 용접이음부에 대한 용접 후열처리 온도가 AC1 변태점을 상회하는 경우 용착금속의 미세조직이 변화되어 크리프 파단강도가 떨어지기 때문이다. 따라서 내열구조물의 용접을 위해 용접재료를 선정할 때는 크리프 파단강도와 충격성능을 모두 얻을 수 있도록 용접부에 대한 연구를 사전에 철저히 해야 한다.

□ 원자력 발전·화력발전 등의 에너지 산업, 석유화학 장치산업, 제철·제강 산업 등은 고온·고압의 환경에서 공장이 가동되는 국가의 기간산업이다. 우리나라의 경제를 내실화하고 국제경쟁력을 확보하기 위해서는 내열구조물을 비롯한 용접구조물의 품질과 안전을 향상시키는 것이 필요하다. University of Nottingham에서 정리한 가압배관 원주 용접부의 크리프 거동과 관련한 기술 정보는 향후 고온·고압용 내열설비와 내열구조물의 용접기술 연구개발에 좋은 참고 자료로 활용할 수 있을 것으로 생각된다.

저자

Hyde, T.H.; Sun, W.; Williams, J.A.

자료유형

원문언어

영어

기업산업분류

재료

연도

2003

권(호)

38(1)

잡지명

Journal of Strain Analysis for Engineering Design

과학기술
표준분류

재료

페이지

1~29

분석자

김*태

분석물

• 내부의 압력을 받는 배관의 원주방향.pdf [315,004 byte]

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