입계부식(Intergranular corrosion)

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 16. 21:40
,

1. 입계부식이란?

 

오스테나이트계 스텐레스강을 500∼800℃로 가열시키면 결정입계에 탄화물(Cr23C6)가 생성하고 인접부분의 Cr량은 감소하여 Cr결핍증(Cr depleted area)이 형성된다. 이러한 상태를 만드는 것을 예민화처리(Sensitization treatment)라 한다. 이렇게 처리된 강을 산성용액 중에 침지하면 Cr결핍층이 현저히 부식되어 떨어져 나간다. 이러한 것을 입계부식(intergranular corrosion)이라 한다.

> 크롬의 농도가 감소되면 내식성이 저하되기 때문에 Stainless Steel 고유의 특성인 금속의 전성, 연성을 상실하여 재료가 파단될 수 있다.

 

 

 

 

 

2. 오스테나이트계 스테인리스강의 입계부식 방지법

 

1) 용접 후 고온 용체화 처리를 한다. 용접 접합부를 500℃～800℃로 가열 후 수냉시키면, 크롬탄화물이 재용해되어 고용체로 된다.

2) 탄소화 결합하는 합금원소를 첨가해 크롬탄화물이 형성되지 못하게 한다. 347형과 321형에 Nb와 Ti를 첨가하는데, 이것을 안정화 조건이라고 한다.

3) 탄소 함량을 0.03wt% 이하로 낮추어 상당한 양의 크롬탄화물이 생성되는 것을 방지한다. 예를 들면, 304L 스테인레스강이 이정도의 낮은 탄소 함량을 가지고 있다.

 

 


 

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금속재료의 변형

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 14. 22:44
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1. 금속은 어떻게 변형이 되는가?

 

만약 금속에서의 전위가 움직일 수 없다면 소성변형은 일어나지 않는다. 즉, 재료가 변형이 되기 위해서는 전위운동이 필수적인 요소이다.

 

 

위의 그림과 같이 금속에 작은 하중 (또는 응력)을 가하면, 탄성한계를 넘어서지 않는 한도 내에서 하중을 없애면 전위는 원래의 위치로 복원된다. 이 현상을 탄성변형이라 한다.

 

 

하지만 위의 그림과 같이 금속에 큰 하중을 가하게 되면 (탄성한도를 넘어서는) 소성변형이 생기는데... 이때 한개의 Edge 전위가 Slip 면에서 벗어나 Half Plane (Slip Plane의 절반)을 유지하면서 이웃면으로 미끄러져 나간다. => 소성변형은 이 Slip에 의해 생긴다.

 

 

전위의 이동방향은 응력방향과 동일하며, 전위는 Slip 면과 수직인 Slip 방향으로 움직인다.

 

 

2. 슬립계 (Slip System)

 

1) 슬립면 (Slip Plane): Slip이 가장 잘 일어나는 면 (전위가 쉽게 움직이는 면)

2) 슬립방향 (Slip Direction) : 전위의 운동방향

 

 

  

 

>> FCC 금속의 경우에 슬립면은 4개 및 슬립방향은 3개로 슬립계는 총 12개이다. 

 

 

3. 금속의 종류에 따른 Slip System

 

 

 

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재료의 파괴

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 13. 20:15
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1. 파괴

1) 연성파괴 (Ductile Fracture) : 파괴가 될 때까지 소성변형이 크고, 파괴 전에 국부적인 단면 수축이 생기는 위치에서 파단된다. 

2) 취성파괴 (Brittle Fracture) : 단면수축이 거의 없이 돌연 파괴되면서 분리된다.

 

 

 

2. 응력-변형률 곡선에서의 비교

 

 

 

3. 연성파괴 & 취성파괴 비교

 

 

(a) 연성파괴 : 연성파괴의 특성을 가지는 시편에 인장응력을 가하는 경우, 아래의 그림과 같이 최대 응력값에서 네킹과 국부수축으로 인한 기공이 형성된다. 그리고 이들 기공이 성장하거나 합쳐져서 균열에 형성되는 단계에 이른다. 이 후 균열이 증가하여 인장축 대비 45도 정도 기울어지는 방향으로 파단된다.

 

 

(b) 취성파괴 : 취성파괴에 의해 생기는 파단면은 파단 부근에서 소성변형이 거의 없고 파단면이 인장응력에 작용하는 방향과 수직이다.

 

 

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크리프 특성

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 13. 19:54
,


 

1. 정의

: 재료가 고온환경(절대융점의 약 1/2 이상), 특정온도에서 일정한 응력이 단면적의 변화에 관계없이 계속 일정하게 유지되면, 응력이 항복응력과는 무관하게 일정하게 변형이 일어나는 것을 creep 특성이라고 한다.

 

=> 즉, 일정한 응력 하에서 재료가 점차적으로 변형하는 현상.

=> 고온에서 재료의 인장성이 변형속도와 시험시간에 따라 달라지는 것이 원인이다.

 

 

2. 시간에 따른 변형률

> 크리프 곡선의 기울기를 크리프 속도라 하며, 일반적으로 3개의 영역으로 구분한다.

 

1차 크리프 (=천이 크리프) : 크리프 속도가 감소하는 지역으로 재료의 저항성이 변형에 의해 증가하는 구역

 2차 크리프 (=정상상태 크리프) : 가공경화와 회복의 경쟁이 서로 균형을 이뤄 거의 일정한 크리프 속도를 나타내는 구간

(=> 구조물의 근간이 되는 재료의 수명을 결정하는 데 중요한 요소가 된다.) 

 3차 크리프 (=가속 크리프) : 주로 높은 응려과 높은 온도하에서 일어남.

(=> 국부수축 또는 내부 기공형성 등의 사유로 재료의 단면적의 실질적인 감소가 이뤄진다.)

 

 * 석출물의 조대화,재결정 등 금속학적 변화와 관계 有 

 

 

3. Creep 변형기구

1) 전위 활주 : 전위들이 슬립 평면을 따라 움직이며 열적활성화에 의해 장애물을 통과 

2) 전위 크리프 : 전위들이 열의 도움을 받는 기구에 의해 장애물을 넘어감.

3) 확산 크리프 : 공공과 침입형원자들이 부과응력의 영향하 결정내에서 유동함  

4) 결정 입계 미끄럼 : 결정립들이 상대적으로 미끄림

 

 

4. Creep 변형억제  

1) 결정립 조대화  ▶  Al 규제

 - 등강도온도 이상 에서는 결정립이 큰 재료가 높은 강도를 나타내며,  고온시  입내파괴 ⇒ 입계파괴

 - 등강도 온도 : 결정립과 결정입계간에 강도가 같아지는 온도

2) 석출물(탄화물)의 미세분포 높은 크리프 저항성

3) 합금 원소 첨가 - Mo, Cr 이 유효  

 

 

5. Creep 도중 조직변화 

저온 (Slip에의한 입내변형) ⇒ 고온 (아결정립 형성) ⇒ 더욱 고온(공공전위 증가 , 결정입계 미끄럼)


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Stabilized Stainless Steel (안정화 스테인리스강) 이란?

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 13. 18:16
,




1. "안정화 스테인리스강"이라 불리며, 스테인리스강에 합금원소 Ta, Ti, Nb를 첨가하여 입계부식을 방지하기 위한 Stainless강을 일컫는다. 안정화 스테인리스강 재질로는 347, 321형 stainless가 있다.

 

2. 안정화 스테인리스강에 후열처리를 할 경우, 입계부식에 대한 내성이 있기 때문에 PWHT 전/후로 Chemical 성분이나 Ferrite 값에는 큰 변화가 없다.

 

3. 고객사 Specification 에 Stabilized Stainless Steel에 PMI를 하는 경우에 Cb, Ti 등을 추가로 check가 필요한 경우가 있다.


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EN1024 Type 3.1 & 3.2 의 차이점

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 13. 00:52
,

1. 개요

 

EN10204는 European Standard Code로써 자재시험의 정의와 DIN 50049의 Certificate type을 위해 채택되어졌다. 1991년 초판에는 Certificate type이 독일표준 정의에 가깝게 2.1, 2.2, 3.1A, 3.1B, 3.1C, 및 3.2로 정의되었다. 이후 EN 10204는 2004년에 개정되어, Certificate type의 범위가 간단하게 정의되어 발행되었다. 또한 EN 10204는 Certificate type (자재성적서)이지만, 강재표준은 아니다.

<Table>

Certificate Type

Title

Status

Summary of EN10204 requirements

Notes

2.1

Declaration 

of compliance 

with the order

C

Statement of compliance with the order by the manufacturer


 

No test 

results shown

2.2

Test report

C

Statement of compliance with the order by the manufacturer based on non-specific

Inspection(tests)by the manufacturer

test 

results shown

3.1

Inspection

certificate

C

Statement of compliance with the order by the manufacturer with results of specific

inspection

제작팀으로부터 독립되어 있는 품질관리팀이 검사하고 서명한 자재시험성적서

3.2

Inspection

certificate

C

Statement of compliance with the order

And indication of results of specific

inspection

제작팀으로부터 독립되어 있는 품질관리팀이 검사하고, 3rd Party 검사자가 입회 시험하고 서명한 자재시험성적서

 

 

 

2. EN1024 type 3.1

 

① Material을 생산하고 난 후, 독립된 부서나 기관에서 Material 검사를 실시하여 자재성적서 (Mill certificate)에 직접 서명해야한다는 조항이다.

 

② 일반적으로 아시아, 유럽은 자재성적서에 독립된 부서나 기관의 담당자가 서명을 하지만, 기타 미국 등의 나라에서 생산되는 자재는 검사관의 서명이 종종 없기 때문에 자재검사 시 논란의 여지가 있다.


③ Point
- 제조사에 의해 발행되는 서류는 Test 결과와 구매요건에 부합되어야 한다.
- 시행된 시험단위와 시험은 자재사양서, 법규 그리고 그에 상응하는 규율과 구매에 의해 정의되어야 한다.
- 그 서류는 제조사의 공인된 부서 또는 대표자에 한해 유효하다.

=> EN 10204 3.1 / DIN 50049 3.1 / ISO 10474 3.1

<For example>

 


  

3. EN1024 type 3.2

: EN1024 type 3.1의 조항과 제조사 or 구매자(제작사)의 검사관 양측에 의해 자재 인증이 가능하다.  

=> EN 10204 3.2 / DIN 50049 3.2 / ISO 10474 3.2


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F-number

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 13. 00:26
,

 

QW-432의 전극봉이나 용접봉에 대한 아래의 F-number의 분류는 주어진 용가재로 용접사가 성공적으로 용접할 수 있는 능력을 기본적으로 판단할 때 사용하도록 근거를 두고 분류한 것이다.

 

이 분류는 체계적으로 행하는 기능 검정과 용접절차의 수를 줄이기 위한것이다. 이런 분류는 야금학적 특성, 용접 후열처리, 설계, 사용처 및 기계적인 특성 등에 대한 적합성을 고려하지 않고 검정시험에 사용되었던 재질 대신에 같은 Group 내에 있는 모재나 용가재로 무분별하게 대체하여 사용해도 된다는 것을 의미하지 않는다.
 

(a) Steel and Steel Alloy                       : 1~6

(b) Aluminum and Aluminum Alloy         : 21~25

(c) Copper and Copper Alloy                 : 31-~37 

(d) Nickel and Nickel Alloy                    : 43~46  

(e) Titanium and Titanium Alloy             : 51~56

(f) Zirconium and Zirconium Alloy           : 61 

(g) Hard-Facing Weld Metal Overlay        : 71~72


 

 

 

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내공식지수 (PREN : Pitting Resistance Equivalent Number)

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 12. 22:11
,

 

1. PREN 이란?

스테인리스강의 내식성을 평가하는 여러 지수 중 Pitting 에 대한 내성을 평가하는 값이 PREN이다. PREN 값이 30 이상이면 해안지역에서 사용가능하며, 특히 PRE 지수가 40 이상인 경우에는 다량의 Mo와 N을 첨가하여 만든 제품으로 원자력발전소, 탈황설비, 해수설비 및 화학 Plant 등 고내식 환경에서 주로 사용 되는 Super Stainless Steel 이 있다. 

 

PREN Indicaotr = Cr + 3.0 Mo + (16~30) N

 

2. SPEC. Requirement

1) 압력용기가 해양플랜트 및 선박에 설치

2) 고객社 요구사항 중에서 PREN Indicator > 34 (i.e Cr > 22%wt, Mo > 3%wt, N > 0.14%wt)를 요구.

3) 자재성적서는 PREN 값이 34 이상이나, Mo = 3% 임을 확인.

4) %wt는 질량백분율 단위이며, 일반적인 %는 Volume에 대한 백분율이므로 단위가 다르므로 합격처리됨.

 


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ASME Material Numbrs 구분

For 플랜트자료/재 료 2017. 5. 12. 21:56
,

 

1. P-number 구분목적

WPS & BPS (Welding / Brazing Procedure Qualification)의 번호를 줄이기 위해, ASME BPVC에 의해 모재 (Base Metal)가 화학적 조성, 용접성, 기계적 특성에 따라 P-numbr로 구분되어 진다.

 

 

2. G-number 구분목적

충격시험 (Impact Test) 요건을 가지는 규정된 Ferrous metal은 P-number 안에서 Group number로 구분된다. 즉, P-number 안에서 충격시험을 요구하는 PQ Test를 위해 분류되어진다고 할 수 있다.

 

 

3. P-number 구분요쇼

P-number 안에서 비교가 가능한 Group number는 아래의 요소로 구분되어 진다.

 

① Chemical Composition (화학적 조성)

② Weldability (용접성)

③ Mechanical Properties (기계적 특성)

 

 

4. UNS 번호지정과 함께 모재가 P-number로 지정될 때, 동일한 UNS number와 함께 다른 ASME material specification에 나열된 모재 (Base metal)은 P-number로 간주된다.

 

* P-number로 구분되는 ASME material


P-Numbers

 Base Metal (Typical or Example)

1

 Carbon Manganese Steels (four Group Numbers) ==> SA516-60,70..,etc

2

 Not Used

3

 1/2 Molybdenum or 1/2 Chromium, 1/2 Molybdenum (three Group Numbers)

4

 1 1/2 Chromium, 1/2 Molybdenum (two Group Numbers) ==> SA387-Gr11.,etc

5A

 2 1/2 Chromium, 1 Molybdenum

5B

 5 Chromium, 1/2 Molybdenum or 9 Chromium, 1 Molybdenum

 (two Group Numbers)

5C

 Chromium, Molybdenum, Vanadium (five Group Numbers)

6

 Martensitic Stainless Steels (Grade 410, 415, 429) (six Group Numbers)

7

 Ferritic Stainless Steels (Grade 409, 430)

8

 Austenitic Stainless Steels

       Group 1 - Grades 304, 316, 317, 347 

       Group 2 - Grades 309, 310 

       Group 3 - High Manganese Grades 

       Group 4 - High Molybdenum Grades

9A, B, C

 Two to four Nickel Steels

10A, B, C, F

 Various low alloy steels

10H

 Duplex and Super Duplex Stainless Steel (Grades 31803, 32750)

10I

 High Chromium Stainless Steel

10J

 High Chromium, Molybdenum Stainless Steel

10K

 High Chromium, Molybdenum, Nickel Stainless Steel

11A

 Various high strength low alloy steels (six Group Numbers)

11B

 Various high strength low alloy steels (ten Group Numbers)

12 to 20

 Not Used

21

 High Aluminum content (1000 and 3000 series)

22

 Aluminum (5000 series - 5052, 5454)

23

 Aluminum (6000 series – 6061, 6063)

24

 Not Used

25

 Aluminum (5000 series - 5083, 5086, 5456)

26 to 30

 Not used

31

 High Copper content

32

 Brass

33

 Copper Silicone

34

 Copper Nickel

35

 Copper Aluminum

36 to 40

 Not Used

41

 High Nickel content

42

 Nickel, Copper - (Monel 500)

43

 Nickel, Chromium, Iron - (Inconel)

44

 Nickel, Molybdenum – (Hastelloy B2, C22, C276, X)

45

 Nickel, Chromium

46

 Nickel, Chromium, Silicone

47

 Nickel, Chromium, Tungsten

47 to 50

 Not Used

51, 52, 53

 Titanium Alloys

61, 62

 Zirconium Alloys

 
 

 

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