KR100412771B1 - 산업 보일러용 강관의 제조방법 - Google Patents

Abstract

산업 보일러용 강관에 있어서, 중량 wt%로, C:0.1∼0.3%, Mn:0.4∼0.8%, Si:0.1∼0.3%, P:0.02% 이하, S:0.005% 이하를 기본성분으로 하고, 여기에 Al:Max.0.03%, Mo:0.4~0.7% 중 어느 하나 또는 두가지 성분이 같이 첨가된 내부품질이 엄격히 관리된 열간압연강판을 이용하여 제조된 강관을 풀 보비(FULL BOBY) 열처리(광휘 소준)에 의해 제조되도록 한 것을 특징으로 하는 산업 보일러용 강관의 제조방법에 관한 것이다.

Description

산업 보일러용 강관의 제조방법{Manufacture method of Steel pipe and tube for industrially used boiler}

본 발명은 화력발전소등의 내열용소재로 사용되는 산업 보일러용 강관의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 플랜트 효율 향상을 기하고, 에너지 산업 환경 문제로 인한 발전 산업 환경 변화로 화력 발전시 증기 고온 고압화 및 고온 장치 역활 증대에 따른 핵심 소재로서의 완벽한 용접성, 고온강도, 고온내식성 (고청정성), 시공성(곡률가공), 치수 정밀도 및 엄격한 검사 조건(파괴시험 및 비파괴 시험) 등이 요구되는 산업 보일러용 강관의 제조방법에 관한 것이다.

산업 보일러용 강관은 화력발전소 고온도 증기 터빈 열전달 매체로 사용되는 산업 보일러용 강관으로서, 종래 열에 대한 저항성, 즉, 내열성이 떨어지고, 제조코스트가 고가라는 문제점이 있었으므로, 적절한 화학성분조성과 열처리에 의해 내열강도를 높이기 위한 시도와 연구가 이루어져 왔었다. 그러나, 종래의 방법을 이용한 탄소강소재로 산업 보일러용 강관으로는 소정의 내열강도를 얻기가 어려웠다.

따라서, 본 발명은 특수금속이나 특수비철금속, 귀금속 등의 성분을 가진 소재가 아닌 탄소강소재로도 강재의 성분조성의 특정화, 열처리에 의하여 우수한 내열성을 가진 산업 보일러용 강관을 제공하는데 그 목적이 있다.

제 1 도는 일 실시예로서의 로내 온도 승온 방식도

제 2 도는 일 실시예로서의 열처리 승온곡선도

제 3 도는 일 실시예로서의 열처리전·후 각 현미경조직사진

본 발명은 내부 품질이 엄격화된 소재를 이용하여 최종 안정적인 품질 확보을 위한 강관을 제조하기 위한 방법에 있어서, 중량 wt%로, C:0.1∼0.3%, Mn:0.4∼0.8%, Si:0.1~0.3%, P:0.02%이하, S:0.005% 이하를 기본성분으로 하고, 여기에 Al:Max.0.03% 또는 Mo:0.4∼0.7% 중 어느 하나 또는 두가지 성분이 같이, 다시말해 Al:Max.0.03% 또는 Mo:0.4~0.7% 또는 이들 Al과 Mo이 같이 첨가된 내부 품질이 엄격히 관리된 열간압연강판을 풀보비(FULL BOBY) 열처리, 즉 광휘 소준된 산업 보일러용 강관에 관한 것이다.

상기 C:0.1∼0.3%인 강은 내산화성 및 고온강도를 증가시키는 원소로서, 얻기 쉬운 통상의 탄소강 성분조성이다. 또한 0.1∼0.3% 첨가하는 Si은 강력한 탈산재로서의 역할을 하며 소재 내부에 함유된 산화물계 개재물들을 구상분리시켜 고청정성 및 내산화성 확보를 위해 Si함량은 상기의 함량으로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Mn은 강의 강도와 인성을 증가시키고 오스테나이트(Austenite)를 안정화시키는 원소로서 그러나 0.03%를 초과하는 과다한 Mn의 첨가는 비금속개재물의 양을 증가시키고 편석도를 증가시키며 열간 압연 후 빠른 냉각속도를 유지하지 않으면 층상의 퍼얼라이층을 형성시켜 두께방향으로의 연신율을 저하시키는 경향을 보이므로 상기 Mn의 함량은 0.4∼0.7% 범위로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 P는 열간 압연 강판 제조시 중심 편석의 형성 등으로 재질 열화를 일으키므로, 또한 S는 MnS로 작용하여 강의 가공성과 용접성을 저하시키므로 특히 산업 보일러용으로는 가능한 한 낮게 관리하는 것이 바람직하다.

또한, Al함량을 0.03% 초과하여 첨가하면 고온 강도 확보에 필수요소인 조직의 결정립 조대화의 역할로 작용하기 때문에 Al함량을 0.03% 이하로 제한하는 것이 가장 바람직하다.

한편, 상기 강의 제반조성 외에 추가적으로 Mo : 0.4% 이상 첨가시키면 탄질화물의 석출 및 응집 강화 효과, 즉 페라이트립내에 다수의 석출물이 존재하고 이들은 고온에서 인장응력을 받을때 이동하는 전위를 고착하여 본 발명이 지닌 고온강도효과를 한층더 확보할수 있도록 품질 설계가 가능하다. 반면 0.7% 초과하여 첨가시에는 항복강도의 상승이 극심하게 되어 시공성(곡률가공성)을 해치므로 상기 C함량에 Mo을 0.4∼0.7%로 첨가하는 것이 가장 바람직하다.

여기에서, 주의할 것은 Si와 Al이 다량으로 첨가되면 고주파 용접으로 강관 조관시 용접중 산화물(Sl₂O₃·SiO₂)의 형성으로 페너트레이터(PENETRATOR)라는 용접부 결함을 생성시키기 쉬우며 제강공정에 있어 강의 유동성을 해치기 쉬우므로 본 발명재에서는 Si량을 0.1∼0.3%로 엄격히 관리하고, 또한 Al량도 Max.0.03%로 특별관리하는 것이 중요하다.

상기 조성으로 된 본 발명상의 제품을 다음의 일 실시예에서 보는 바와 같이 다수의 시편군 1, 2로 나누어 그 평균치를 취한 것을 표 1 및 표 2에 나타내었다.

또한, 상기 조성으로 된 시편들을 첨부도면 제 2 도에서와 같이 항온노르말라이징(normalizing)으로 열처리하고, 열처리시의 항온유지시간을 7.17~53.75분과 5.33~64.19분으로 나누어 하였으며, 열처리 로내의 역(zone)별로 온도를 측정관리하였다.

상기 열처리결과를 각각 도 4의 현미경조직사진으로 발명재 1, 발명재 2로 r각각 나누어 나타내었다.

제 1 도는, 본 발명상의 일 실시예로서의 상기 로내온도승온방식도로서, 각 역(zone)에서의 노르말라이징 온도와 그 관리할 온도허용오차범위를 작업공정도와 같이 나타낸 것이다. 또한 제 2 도는 시간별 승온곡선을 개략적으로 나타낸 열처리 승온곡선도이다. 여기에서 중요한 것은, 특히 항온노르말라이징 온도에서의 온도허용오차를 ±10℃ 내로 엄격히 관리하여야 보다 균일한 결정립을 얻을 수 있다는 점이다. 왜냐하면, 이들 결정조직이 온도에 따라 급격히 변화하기 때문인데, 제 3 도 현미경 사진에서 보는 바와 같이, 본 발명재의 열처리 전과, 열처리 후의 현미경 조직상의 결정립이 판이하게 달라지는 것을 알 수 있고, 특히 Mo을 추가한 발명재 2의 경우에는, 결정립이 보다 선명히 발달된 조직을 갖고 있음을 알 수 있다.

따라서, 상기 조직을 만들기 위해, 광휘 노르말라이징처리를 행하므로써 보다 엄격한 온도 범위내에서의 항온열처리를 통해 균일한 강의 결정립을 얻는다는데 본 발명의 특징이 있다. 예컨대 대략 920℃에서의 항온노르말라이징 온도에서의 온도관리를 ±10℃ 내로 엄격히 관리하는 것이 매우 중요한데 이는 균일한 결정립분포가 이 온도관리 여부에 따라 심히 차이가 생기므로 그 범위를 엄격히 관리하므로써 보다 결정립의 균일도를 높이기 위한 것이다.

실시예

기계적 성질이 표 1, 화학성분이 표 2와 같은 본 발명 소재(시편 1, 시편 2) 고주파 전기저항 용접방식을 적용하여 제조된 강관으로 최대 21M 길이로 생산한 후 광휘 노르말라이징으로 내에 장입시키고 가스발생원인 액화천연가스(LNG)에 대기중의 공기를 일정량 주입시켜서 발생되는 연소과정에서 비산화성 분위기 가스인 DX-가스(GAS)를 사용하여 광휘 노르말라이징 열처리시 분위기 가스로 작용케하여 영역 구간별 열사이클 및 승온단계(제 1 도 및 제 2 도)를 거쳐 최종 풀 보비(FULL BOBY) 광휘노르말라이징 처리 한 후 제품의 최종 검사단계인 비파괴 시험(ECT+UT), 파괴시험(플랜지 테스트), 파괴시험(CRUSH TEST), 편평시험 (FLATTENING TEST) 및 400℃에서의 고온강도 시험을 거쳐 50Kg급의 강도를 유지하는 시편 1 과 시편 2를 개발하게 되었다.본 발명에서는 도 2에서 보는 바와 같이 조온이 대략 600℃ 정도되는 시점에서도 온도를 승온시키고, 680℃에서부터 비산화성 분위기 가스(DX-가스)를 엷게 투입하다가 920℃ 온도 가까이 도달되면, 항온 노르말라이징 처리를 위하여 농도짙은 DX-부화(rich)가스를 투입하여 로내에서의 강재의 산화를 방지하도록 하였다.

표 1. 광휘노르말라이징 처리 후의 기계적 성질

상기 표 1에 나타나 있는 바와 같이, 비교재의 경우에는 열처리 전에는 물론 열처리 후에도 고온강도 TS 50Kg급 확보가 어려움을 보여주고 있다.

본 발명 시편 1, 2는 열처리후의 강관에서 우수한 TS 50Kg급의 고온강도 확보가 가능함을 알 수 있었다.

표 2. 화학 성분

본 발명에 따라, 범용강재의 성분범위를 가진 소재로도 내열효과가 양호한 산업 보일러용 강관을 제공할 수 있게 되었다. 특히 종래 재료선택이 까다로운 내열강관소재를 지양하고 범용의 탄소강관조성에 일부 첨가성분범위를 엄격히 관리하고, 열처리조건을 엄격관리하므로써 효과적인 내열용강관을 개발하게 된 점에 특징이 있다.

Claims (2)

1. 산업 보일러용 강관에 있어서, 중량 wt%로, C:0.1∼0.3%, Mn:0.4∼0.8%, Si:0.1∼0.3%, P:0.02% 이하, S:0.005% 이하를 기본성분으로 하고, 여기에 Al:Max.0.03% 또는 Mo:0.4~0.7% 또는 이들 Al과 Mo이 같이 첨가된 열간압연강판을 이용하여 제조된 강관을 풀 보비(FULL BOBY) 열처리하고, 상기 성분조성강관을 풀보비 열처리할 때 920℃의 항온노르말라이징 온도에서의 온도관리상의 허용오차를 ±10℃ 이내로 엄격히 관리하는 것을 특징으로 하는 우수한 고온강도를 지닌 산업 보일러용 강관의 제조방법.
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