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유정용 강관 및 라인파이프의 제조기술

전문가 제언: ○ 2000년 이후에 개발된 석유 및 천연가스 유정의 70%는 해저유정으로 채굴 깊이는 점점 깊어지는 추세에 있다. 유정의 심해화에 따른 채굴환경의 고온, 고압화와 부식성 가스(CO2, H2S)의 증가로 인하여 고강도와 고내식성을 겸비한 유정용 강관의 수요가 증가하고 있다. 또 극한지 유정의 개발에 따라 채굴된 석유와 천연가스 수송용 라인파이프는 5,000km 이상으로 장거리화 되고 있으며 대량수송을 위한 유체의 고압화와 파이프의 대구경화에 따라 고강도와 고인성 특성이 요구되고 있다.

○ 유정관이나 라인파이프의 종류는 강관의 제조법에 따라 ①맨드릴 압연에 의한 용접이음매가 없는 심리스강관, ②강대(steel band)를 U자형으로 가공한 후 양측의 단면을 아크용접으로 접합하는 UOE강관, ③열연코일을 원형단면으로 성형한 후 전기저항열로 용융시켜 용접하는 전봉강관으로 대별된다. 이들 강관에서 요구되는 고강도, 고인성, 고내식 특성은 TMCP압연/열처리에 의한 조직제어 기술, 부동태 피막의 형성을 위해 Cr, Mo, Ni, Nb 등을 첨가하는 합금설계기술에 의해 달성된다.

○ 용접으로 제조되는 UOE강관과 전봉강관은 용접열영향부(HAZ)의 인성이 특히 중요하다. HAZ인성의 향상에는 ① TiN에 의한 피닝효과를 이용하는 결정립 성장 억제, ② 비금속 게재물에 의한 입내 페라이트(IGF)의 생성, ③ 초미립자에 의한 결정립 성장 억제 기술 등이 이용된다. 유정관과 라인파이프의 재질에는 미국석유협회의 API(American Petroleum Institute)규격이 적용되며, 최근 고압화, 고강도화, 대구경화의 추세에 따라 API X100～120X급(수치는 ksi단위의 항복강도)이 실용화되었다.

○ 국내의 철강업체에서도 TMCP압연을 위시한 조직제어 기술을 구사하여 API X42급에서 X120급까지 생산하여 수출하고 있다. 세계의 에너지 수요는 증가일로에 있어 유정관의 경우 2015년 세계 수요는 1,730만 톤으로 예측되고 있다. 에너지의 채굴환경과 수송환경은 심해와 극한지로 확대되고 있으므로 강관용 강재의 강도, 인성, 내식성 등을 더욱 고도화하는 조직제어 기술과 합금설계 기술의 연구개발 노력이 필요하다.

저자: Yasushi Kato et al
자료유형: 학술정보