KR20010024759A - 극저온 유체를 내장 및 운송하기에 적합한 공정 부품,컨테이너 및 파이프 - Google Patents

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켈리론니알.
켈리브루스티.
킴블이.로렌스
릭비제임스알.
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Abstract

본 발명은, 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된 공정 부품(12), 컨테이너(15,11) 및 파이프에 관한 것이다.

Description

극저온 유체를 내장 및 운송하기에 적합한 공정 부품, 컨테이너 및 파이프{Process components, containers, and pipes suitable for containing and transporting cryogenic temperature fluids}
다양한 용어가 다음 명세서에서 정의된다. 편의상, 본원에서 용어 해설은 청구의 범위 바로 앞에 배치하였다.
당해 산업 분야에서는 종종, 극저온, 즉 약 -40℃(-40℉) 미만의 온도에서 유체를 누출 없이 가공, 내장 및 운송하기에 충분한 인성을 갖는 가공 부품, 컨테이너 및 파이프를 필요로 한다. 이는 특히 탄화수소 및 화학약품 가공 분야에 있어서 절실하다. 예를 들면, 극저온 가공은 탄화수소 액체 및 가스 중에서 성분을 분리하는 데 사용된다. 극저온 가공은 또한 산소 및 이산화탄소와 같은 유체의 분리 및 저장에 사용된다.
당 산업 분야에 사용되는 기타 극저온 가공은, 예를 들면, 저온 발전 사이클, 냉각 사이클 및 액화 사이클을 포함한다. 저온 발전에 있어서, 역 란킨(Rankine) 사이클과 이의 유도 사이클이 극저온 공급원으로부터 입수되는 저온 에너지를 회수함으로써 전력을 발전시키는 데 전형적으로 사용된다. 이러한 사이클의 가장 간단한 형태로는, 에틸렌과 같은 적합한 유체를 저온에서 응축시킨 다음, 펌핑에 의해 가압하여 증기화시킨 후 발전기와 커플링된 작동 터어빈을 통해 팽창시킨다.
온도가 약 -73℃(-100℉) 미만일 수 있는 공정 및 냉각 시스템에서 극저온 유체를 유동시키기 위해 펌프가 사용되는 다양한 적용 대상이 있다. 추가로, 가연성 유체가 가공 동안 연소 시스템으로 도입되어 연소되는 경우, 유체의 압력은, 예를 들면, 압력 안전 밸브를 거쳐서 감압된다. 이러한 압력 강하는 유체의 온도 감소를 수반한다. 압력 강하가 충분히 큰 경우, 생성된 유체 온도가 매우 낮아져서 연소 시스템에 통상적으로 사용되는 탄소 강의 인성이 충분하지 않을 수 있다. 전형적인 탄소 강은 극저온에서 파단될 수 있다.
다수의 산업적인 적용 대상에 있어서, 유체는 고압 상태로, 즉 압축 가스로서 내장 및 운송된다. 전형적으로, 압축 가스를 저장 및 운송하기 위한 컨테이너는 시판 중인 표준 탄소 강 또는 알루미늄으로부터 제조되어, 자주 취급되는 유체 운송 컨테이너에 요구되는 인성을 제공하며, 컨테이너의 벽은 고압 압축 가스를 내장하는 데 요구되는 강도를 제공할 수 있도록 비교적 두꺼워야 한다. 특히, 가압 가스 실린더는 몇 가지만 거론하자면 산소, 질소, 아세틸렌, 아르곤, 헬륨 및 이산화탄소와 같은 가스를 저장 및 운송하는 데 널리 사용된다. 또한, 유체 온도를 낮춰서 포화 액체를 생성시킬 수 있으며, 심지어 필요하다면 서브쿨링(subcooling)시켜 유체를 액체로서 내장 및 운송할 수 있다. 유체는 유체에 대한 기포점 조건에 상응하는 압력 및 온도 조합에서 액화될 수 있다. 유체의 특성에 따라, 가압 극저온 유체를 내장 및 운송하는 데 있어서 비용면에서 효율적인 수단이 입수 가능하다면, 가압 극저온 조건에서 유체를 내장 및 운송하는 것이 경제적으로 유리할 수 있다. 가압 극저온 유체를 운송하는 몇 가지 방법, 예를 들면, 탱크 트럭, 트레인 탱크카 또는 해상 운송이 가능하다. 가압 극저온 유체가 가압 극저온 조건에서 지방 배급자에 의해 사용되는 경우, 상술한 저장 및 운송용 컨테이너 이외의 대체 운송 방법은 유동라인 배급 시스템, 즉 극저온 유체의 대량 공급이 이루어지고/지거나 축적되는 중앙 저장소와 지방 배급자 또는 사용자 사이의 파이프이다. 이러한 운송 방법은 모두 유체 압력을 높게 유지시키기에 충분한 강도와 누출을 방지하기에 충분한 극저온 인성을 갖는 재료로부터 제조된 저장 컨테이너 및/또는 파이프의 채용을 필요로 한다.
연성-취성 전이 온도(DBTT)는 구조적인 강에서 2가지 파단 체제를 나타낸다. DBTT 미만의 온도에서, 강의 내장 실패는 저에너지 분해(취성) 파괴에 의해 발생하는 경향이 있는 반면, DBTT 초과의 온도에서의 실패는 고에너지 연성 파괴에 의해 발생하는 경향이 있다. 상술한 바와 같이 극저온에 적용되고 기타 하중 지지 극저온 서비스를 제공하기 위한 공정 부품 및 컨테이너를 제조하는데 사용되는 용접 강은 저에너지 분해 파괴에 의한 실패를 피하기 위해 기재 강 및 HAZ 둘 다에서 서비스 온도보다 훨씬 낮은 DBTT를 가져야 한다.
극저온 구조 적용에 편리하게 사용되는 니켈 함유 강, 예를 들면, 니켈 함량이 약 3중량% 초과인 강은 DBTT가 낮지만, 인장 강도가 상대적으로 낮다. 전형적으로, 시판 중인 Ni 3.5중량% 강, Ni 5.5중량% 강 및 Ni 9중량% 강은 DBTT가 각각 약 -100℃(-150℉), -155℃(-250℉) 및 -175℃(-280℉)이고, 인장 강도가 각각 약 485MPa(70ksi), 620MPa(90ksi) 및 830MPa(120ksi) 이하이다. 강도와 인성의 이들 조합을 달성하기 위하여, 이러한 강은 일반적으로 고가의 가공, 예를 들면, 이중 어닐링 처리를 수행한다. 극저온 적용의 경우, 상업용 니켈 함유 강이 저온에서의 인성이 우수하기 때문에 공업적으로 현재 사용되지만, 이의 상대적으로 낮은 인장 강도에 입각하여 설계해야 한다. 설계는 일반적으로 고하중 극저온 용도에 대해 지나친 강 두께를 필요로 한다. 따라서, 고하중 극저온 용도로 이러한 니켈 함유 강을 사용하는 것은 필요한 강 두께와 더불어 강의 높은 비용으로 인하여 고가인 경향이 있다.
일부 시판 중인 탄소 강이 약 -46℃(-50℉) 정도로 낮은 DBTT를 갖기는 하지만, 탄화수소 및 화학공정용으로 시판 중인 공정 부품 및 컨테이너의 제조에 통상적으로 제조되는 탄소 강은 극저온 조건에서 사용될 정도로 충분한 인성을 갖지 않는다. 탄소 강보다 극저온 인성이 우수한 재료, 예를 들면, 상술한 시판 니켈 함유 강(Ni 3½중량% 내지 9중량%), 알루미늄 강(Al-5083 또는 Al-5085), 또는 스텐레스 강이, 극저온 조건하의 시판 중인 공정 부품 및 컨테이너를 제조하는 데 통상 사용된다. 또한, 티탄 합금 및 특수 에폭시 함침 제직 섬유유리 복합체와 같은 특수 재료가 사용되는 경우가 있다. 그러나, 이러한 재료로 제조된 공정 부품, 컨테이너 및/또는 파이프는 종종 강도 요구치를 만족시키기 위해 두꺼운 벽 두께를 갖는다. 지지 및/또는 운송되어야 하는 부품 및 컨테이너에 대한 이러한 중량 증가는 종종 프로젝트의 비용을 크게 증가시킨다. 추가로, 이러한 재료는 표준 탄소 강에 비해 더 고가이다. 벽 두께가 두꺼운 부품 및 컨테이너의 지지 및 운송 비용 추가와 더불어 제작 재료 비용의 증가가 프로젝트의 경제적 매력을 감소시키는 경향이 있다.
극저온 유체를 경제적으로 내장하여 운송하기에 적합한 공정 부품 및 컨테이너가 요구된다. 또한, 극저온 유체를 경제적으로 내장하여 운송하기에 적합한 파이프가 요구된다.
결과적으로, 본 발명의 첫번째 목적은 극저온 유체를 경제적으로 내장하여 운송하기에 적합한 공정 부품 및 컨테이너와 극저온 유체를 경제적으로 내장하여 운송하기에 적합한 파이프를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 가압 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도 및 파단 인성을 갖는 재료로부터 제조된 공정 부품, 컨테이너 및 파이프를 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명의 상기 기술된 목적에 따라, 극저온 유체를 내장 및 운송하기 위한 공정 부품, 컨테이너 및 파이프가 제공된다. 본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프는 니켈을 약 9중량% 미만, 바람직하게는 약 7중량% 미만, 보다 바람직하게는 니켈 약 5중량% 미만, 이보다 더 바람직하게는 약 3중량% 미만을 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된다. 당해 강은 초고강도, 예를 들면, 인장 강도(위에서 정의한 바와 같음)가 830MPa(120ksi)를 초과하고, DBTT(위에서 정의한 바와 같음)가 약 -73℃(-100℉) 미만이다.
이러한 신규 공정 부품 및 컨테이너는, 예를 들면, 천연 가스 액체 회수용 극저온 팽창장치 설비, 액화 천연 가스("LNG") 처리 및 액화 공정, 엑손 프로덕션 리서치 캄파니에 의해 창시된 제어 냉각대("CFZ") 공정, 극저온 냉각 시스템, 저온 발전 시스템, 및 에틸렌 및 프로필렌의 제조와 관련된 극저온 공정에서 유리하게 사용된다. 이러한 신규한 공정 부품, 컨테이너 및 파이프의 용도는 극저온 서비스에서 통상적인 탄소 강에서 일반적으로 수반되던 냉각 취성 파단의 위험성을 감소시키는 이점을 갖는다. 추가로, 이러한 공정 부품 및 컨테이너는 프로젝트의 경제적인 매력을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 극저온 유체를 내장하고 운송하기에 적합한 공정 부품, 컨테이너 및 파이프에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 인장 강도가 830Mpa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강으로부터 제조되는 가공 부품, 컨테이터 및 파이프에 관한 것이다.
본 발명의 이점은 하기의 상세한 설명 및 다음 첨부된 도면을 참조하여 보다 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 발명의 공정 부품의 일부가 메탄 제거기 가스 설비에서 어떻게 사용되는지를 예시하는 전형적인 공정 흐름도이고,
도 2는 본 발명에 따르는 고정 튜브시트상 1회 통과식 열교환기를 도시한 것이며,
도 3은 본 발명에 따르는 케틀 리보일러 열교환기를 도시한 것이고,
도 4는 본 발명에 따르는 팽창 공급물 분리기를 도시한 것이고,
도 5는 본 발명에 따르는 연소 시스템을 도시한 것이고,
도 6은 본 발명에 따르는 유동라인 배급 네트웍 시스템을 도시한 것이고,
도 7은 역 란킨 사이클에서 사용되는 본 발명에 따르는 응축기를 도시한 것이고,
도 8은 캐스캐이드 냉각 사이클에서 사용되는 본 발명에 따르는 응축기를 도시한 것이고,
도 9는 캐스캐이드 냉각 사이클에서 사용되는 본 발명에 따르는 증기화기를 도시한 것이고,
도 10은 본 발명에 따르는 펌프 시스템을 도시한 것이고,
도 11은 본 발명에 따르는 공정 탑 시스템을 도시한 것이고,
도 12는 본 발명에 따르는 다른 공정 탑 시스템을 도시한 것이고,
도 13a는 CTOD 파단 인성과 잔여 응력의 함수로서, 소정의 흠 길이에 대한 임계 흠 깊이의 플롯을 나타낸 것이며,
도 13b는 흠의 기하학적 형태(길이 및 깊이)를 나타낸 것이다.
본 발명은 이의 바람직한 양태와 관련하여 설명할 것이지만, 본 발명이 이로 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 반대로, 본 발명은 부가한 청구의 범위에서 정의한 바와 같이, 본 발명의 의도 및 영역 내에 포함될 수 있는 모든 대안, 변경 및 동등물을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명은 극저온 유체를 가공, 내장 및 운송하기에 적합한 신규한 공정 부품, 컨테이너 및 파이프에 관한 것이며, 추가로 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조되는 공정 부품, 컨테이너 및 파이프에 관한 것이다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금강은 기재 판에서와 용접되는 경우 열 영향대(HAZ) 둘 다의 극저온 인성이 우수하다.
극저온 유체를 가공 및 내장하기에 적합한 공정 부품, 컨테이너 및 파이프가 제공되며, 당해 공정 부품, 컨테이너 및 파이프는 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금 강은 니켈을 약 7중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 5중량% 미만 함유한다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금 강은 인장 강도가 860MPa(125ksi)를 초과하며, 보다 바람직하게는 약 900MPa(130ksi)를 초과한다. 이보다 더 바람직하게는, 본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 약 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된다.
각각 발명의 명칭이 "액화 천연 가스를 가공, 저장 및 운송하기 위한 개선된 시스템"인 5개의 동시 계류중인 미국 가특허원("PLNG 특허 출원")에는 약 1035kPa(150psi) 내지 약 7590kPa(1100psia)의 넓은 범위의 압력 및 -123℃(-190℉) 내지 약 -62℃(-80℉)의 넓은 범위의 온도에서 가압 액화 천연 가스(PLNG)를 저장하고 해양 수송하기 위한 컨테이너 및 유조선이 기재되어 있다. 가장 최근의 상기 PLNG 특허 출원은 우선일이 1998년 5월 14일이며, 출원인에 의해서는 도켓 번호 제97006P4호로서, 미국 특허상표청("USPTO")에 의해서는 출원 번호 제60/085467호로서 확인되어 있다. 상기 제1 PLNG 특허 출원은 우선일이 1997년 6월 20일이고, USPTO에 의하여 출원 번호 제60/050280호로서 인증되어 있다. 상기 제2 PLNG 특허 출원은 우선일이 1997년 7월 28일이고 USPTO에 의하여 출원 번호 제60/053966호로서 인증되어 있다. 상기 제3 PLNG 특허 출원은 우선일이 1997년 12월 19일이고 USPTO에 의하여 출원 번호 제60/068226호로서 인증되어 있다. 상기 제4 PLNG 특허 출원은 우선일이 1998년 3월 30일이고 USPTO에 의하여 출원 번호 제60/079904호로서 인증되어 있다. 추가로, PLNG 특허원은 PLNG를 가공, 저장 및 운송하기 위한 시스템 및 컨테이너를 기재하고 있다. 바람직하게는, PLNG 연료는 약 1725kPa(250psi) 내지 약 7590kPa(1100psia)의 압력 및 -112℃(-170℉) 내지 약 -62℃(-80℉)의 온도에서 저장된다. 보다 바람직하게는, PLNG 연료는 약 2415kPa(350psi) 내지 약 4830kPa(700psia)의 압력 및 -101℃(-150℉) 내지 약 -79℃(-110℉)의 온도에서 저장된다. 이보다 더 바람직하게는, PLNG 연료의 압력 및 온도 범위의 하한은 약 2760kPa(400psia) 및 -96℃(-140℉)이다. 이로써 본 발명을 한정하려는 의도는 없지만, 본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프는 바람직하게는 PLNG를 가공하는 데 사용된다.
공정 부품, 컨테이너 및 파이프를 제조하기 위한 강
본원에 기술된 바와 같은 파쇄 역학의 공지된 원리에 따라, 작업 조건에서, PLNG와 같은 극저온 유체를 내장하기에 충분한 인성을 갖고 니켈을 9중량% 미만 함유하는 모든 초고강도 저합금 강이 본 발명의 파이프 및 기타 부품을 제조하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 사용하기 위한 강의 예는, 이로써 본 발명을 제한하려는 것은 아니지만, 극저온 작업 조건에서 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고, 파괴 개시, 즉 내장 실패의 경우를 방지하는 충분한 인성을 가지며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 용접성 초고강도 저합금 강이다. 본 발명에 사용하기 위한 또 다른 강의 예는, 이로써 본 발명을 제한하려는 것은 아니지만, 극저온 작업 조건에서 인장 강도가 1000MPa(145ksi) 이상이고, 파괴 개시, 즉 내장 실패의 경우를 방지하는 충분한 인성을 가지며 니켈을 약 3중량% 미만 함유하는 용접성 초고강도 저합금 강이다. 바람직하게는 이들 예시 강은 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이다.
강 제조 기술의 최근의 진보로, 탁월한 극저온 인성을 갖는 신규한 초고강도 저합금 강을 제조할 수 있게 되었다. 예를 들면, 쿠(Koo) 등에 허여된 3개의 미국 특허 제5,531,842호, 제5,545,269호 및 제5,545,270호에는, 신규한 강, 및 이러한 강을 가공하여 인장 강도가 약 830MPa(120ksi), 965MPa(140ksi) 및 그 이상의 값을 갖는 강판을 제조하기 위한 방법이 기재되어 있다. 상기 문헌에 기재된 강 및 가공 방법은 개선되고 개질되어 조합 강 화학 및 용접되는 경우 기재 강 및 열 영향대 모두에 탁월한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강을 제조하기 위한 공정을 제공하여 왔다. 이들 초고강도 저합금 강은 또한 시판 중인 표준 초고강도 저합금 강보다 인성이 개선되었다. 개선된 강은, "극저온 인성이 탁월한 초고강도 강"을 발명의 명칭으로 하고 우선일이 1997년 12월 19일이며 미국 특허 및 상표청("USPTO")에 의해 출원 번호 제60/068194호로 인증되어 동시 계류중인 미국 가특허원; "극저온 인성이 탁월한 초고강도 오스에이징된 강"을 발명의 명칭으로 하고 우선일이 1997년 12월 19일이며 USPTO에 의해 출원 번호 제60/068252호로 인증되어 동시 계류중인 미국 가특허원; "극저온 인성이 탁월한 초고강도 이중상 강"을 발명의 명칭으로 하고 우선일이 1997년 12월 19일이며 USPTO에 의해 출원 번호 제60/068816호로 인증되어 동시 계류중인 미국 가특허원(집합적으로는, "강(steel) 특허출원"임)에 기재되어 있다.
강 특허출원에 기재되고 추가로 하기의 실시예에 기재된 신규한 강은, 당해 강이 바람직하게는 두께가 약 2.5cm(1in) 이상인 강판에 대하여 다음 특성을 갖는다는 점에서 본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프를 제조하는데 특히 적합하다: (i) 기재 강에서 및 용접 HAZ에서, DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만, 바람직하게는 약 -107℃(-160℉) 미만이고, (ii) 인장 강도가 830MPa(120ksi) 초과, 바람직하게는 약 860MPa(125ksi) 초과, 보다 바람직하게는 약 900MPa(130ksi) 초과이며, (iii) 용접성이 뛰어나고, (iv) 전체 두께의 미세 구조 및 특성이 사실상 균일하며, (v) 시판 중인 표준 초고강도 저합금 강에 비해 인성이 개선되었다. 이보다 더 바람직하게는, 이러한 강은 인장 강도가 약 930MPa(135ksi)를 초과하거나, 약 965MPa(140ksi)를 초과하거나, 또는 약 1000MPa(145ksi) 초과이다.
강의 제1 예
위에서 논의한 바와 같이, 우선일이 1997년 12월 19일이고 "극저온 인성이 탁월한 초고강도 강"을 발명의 명칭으로 하며 USPTO에 의해 출원 번호 제60/068194호로 인증되어 동시 계류중인 미국 가특허원에는, 본 발명에 사용하기에 적합한 강이 기재되어 있다. 여기서, (a) (i) 강 슬랩을 실질적으로 균질화시키고 (ii) 강 슬랩 중의 니오븀 및 바나듐의 거의 모든 카바이드 및 카보니트라이드를 용해시키며 (iii) 강 슬랩 중의 미세 초기 오스테나이트 그레인을 달성하기에 충분히 높은 재가열 온도로 강 슬랩을 가열하는 단계, (b) 강 슬랩을 환원시켜 오스테나이트가 재결정화하는 제1 온도 범위에서 1회 이상의 열간 압연 조작으로 강판을 형성하는 단계, (c) 대략 Tnr온도 미만, Ar3변태 온도 초과의 제2 온도 범위에서 1회 이상 열간 압연 조작으로 강판을 추가로 환원시키는 단계, (d) 강판을 약 10 내지 약 40℃/sec(18 내지 72℉/sec)의 냉각 속도로 대략 Ms변태 온도 + 200℃(360℉) 미만의 급냉 중지 온도(QST)로 급냉시키는 단계, (e) 급냉을 중지하는 단계, 및 (f) 강판을 약 400℃(752℉) 내지 대략 Ac1변태 온도 이하, 바람직하게는 Ac1변태 온도 미만의 뜨임 온도에서 경화 입자, 즉 하나 이상의 ε-구리, Mo2C 또는 니오븀 및 바나듐의 카바이드 및 카보니트라이드를 침강시키기에 충분한 시간 동안 뜨임하는 단계를 포함하는, 주로 뜨임 미립화 라스 마르텐사이트, 뜨임 미립화 저베이나이트 또는 이들의 혼합물을 포함하는 미세 구조를 갖는 초고강도 강판을 제조하기 위한 방법이 제공되어 있다. 경화 입자를 침강시키기에 충분한 시간은 강판의 두께, 강판의 화학 조성 및 뜨임 온도에 주로 좌우되며, 당해 기술분야의 숙련가에 의해 측정 가능하다. (주로, 경화 입자, Tnr온도, Ar3, Ms 및 Ac1변태 온도 및 Mo2C의 정의에 대해서는 용어 해설을 참조한다.)
주변 온도 및 극저온 인성을 보장하기 위하여, 이러한 강의 제1 예에 따르는 강은 바람직하게는 주로 뜨임 미립화 저베이나이트, 뜨임 미립화 라스 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물로 구성된 미세 구조를 갖는다. 고베이나이트, 쌍정 마르텐사이트 및 MA와 같은 취성 성분의 형성을 실질적으로 최소화시키는 것이 바람직하다. 강의 제1 예 및 청구의 범위에 사용되는 용어 "주로"는 약 50용적% 이상을 의미한다. 보다 바람직하게는, 미세 구조는 뜨임 미립화 저베이나이트, 뜨임 미립화 라스 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 약 60 내지 약 80용적% 포함한다. 이보다 더 바람직하게는, 미세 구조는 뜨임 미립화 저베이나이트, 뜨임 미립화 라스 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 약 90용적% 이상 포함한다. 보다 바람직하게는, 미세 구조는 미립화 라스 마르텐사이트를 실질적으로 100% 포함한다.
이러한 강의 제1 예에 따라 가공된 강 슬랩은 통상적인 방식으로 제조하고, 하나의 양태에서, 철 및 다음 합금 원소를 다음 표 I에 나타낸 중량 범위로 포함한다.
합금 원소 범위(중량%)
탄소(C) 0.04 내지 0.12, 보다 바람직하게는 0.04 내지 0.07
망간(Mn) 0.5 내지 2.5, 보다 바람직하게는 1.0 내지 1.8
니켈(Ni) 1.0 내지 3.0, 보다 바람직하게는 1.5 내지 2.5
구리(Cu) 0.1 내지 1.5, 보다 바람직하게는 0.5 내지 1.0
몰리브덴(Mo) 0.1 내지 0.8, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.5
니오븀(Nb) 0.02 내지 0.1, 보다 바람직하게는 0.03 내지 0.05
티탄(Ti) 0.008 내지 0.03, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.02
알루미늄(Al) 0.001 내지 0.05, 보다 바람직하게는 0.005 내지 0.03
질소(N) 0.002 내지 0.005, 보다 바람직하게는 0.002 내지 0.003
때로는 바나듐(V)을 바람직하게는 약 0.10중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.02 내지 약 0.05중량%로 강에 첨가한다.
때로는 크롬(Cr)을 바람직하게는 약 1.0중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.6중량%로 강에 첨가한다.
때로는 규소(Si)를 바람직하게는 약 0.5중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.01 내지 약 0.5중량%, 이보다 더 바람직하게는 약 0.05 내지 0.1중량%로 강에 첨가한다.
때로는 붕소(B)를 바람직하게는 약 0.0020중량%, 보다 바람직하게는 약 0.0006 내지 약 0.0010중량%로 강에 첨가한다.
강은 바람직하게는 니켈을 약 1중량% 이상 함유한다. 강의 니켈 함량은 용접 후 성능을 강화시킬 필요가 있을 경우 약 3중량% 초과로 증가시킬 수 있다. 니켈을 각각 1중량% 첨가하면 강의 DBTT를 약 10℃ 강하시키는 것으로 예상된다. 니켈 함량은 바람직하게는 9중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 6중량% 미만이다. 니켈 함량은 바람직하게는 최소화하여 강의 비용을 최소화시킨다. 니켈 함량이 약 3중량% 초과로 증가하는 경우, 망간 함량은 약 0.5 내지 0.0중량%로 감소시킬 수 있다. 그러므로, 넓은 의미에서는, 망간 약 2.5중량%가 바람직하다.
추가로, 잔사는 바람직하게는 강에서 실질적으로 최소화시킨다. 인(P) 함량은 바람직하게는 0.01중량% 미만이다. 황(S) 함량은 바람직하게는 0.004중량% 미만이다. 산소(O) 함량은 바람직하게는 0.002중량% 미만이다.
다소 상세히 설명하자면, 강의 제1 예에 따르는 강은 다음에 기술된 목적하는 조성물의 슬랩을 형성하여 제조한다: 슬랩을 약 955 내지 약 1065℃(1750 내지 1950℉)의 온도로 가열하고; 슬랩을 열간 압연하여 오스테나이트가 재결정화하는 제1 온도 범위, 즉 대략 Tnr온도 초과에서 약 30 내지 약 70% 환원이 일어나는 1회 이상의 조작으로 강판을 형성하고, 강판을 대략 Tnr온도 미만이고 대략 Ar3 변태 온도 초과의 온도인 제2 온도 범위에서 약 40 내지 약 80% 환원을 일으키는 1회 이상의 조작으로 강을 추가로 열간 압연한다. 이어서, 열간 압연 강판을 약 10 내지 약 40℃/sec(18 내지 72℉/sec)의 냉각 속도로 급냉하고, 대략 Ms변태 온도 + 200℃(360℉) 미만에서 급냉을 종결한다. 이러한 강의 제1 예의 하나의 양태에서, 강판은 후속적으로 주위 온도로 공기 냉각된다. 이러한 공정은 바람직하게는 주로 미립화 라스 마르텐사이트, 미립화 저베이나이트 또는 이들의 혼합물을 포함하거나, 보다 바람직하게는 실질적으로 100% 미립화 라스 마르텐사이트를 포함하는 미세 구조를 생성하는데 사용된다.
강의 제1 예에 따르는 강에서 직접 급냉된 마르텐사이트는 강도가 높지만 이의 인성은 약 400℃(752℉) 초과, 대략 Ac1변태 온도 이하의 적합한 온도에서 뜨임하여 개선시킬 수 있다. 이러한 온도 범위 내의 강의 뜨임은 또한 차례로 인성을 증가시키도록 유도하는 급냉 응력의 감소가 유도된다. 뜨임이 강의 인성을 강화시키는 반면, 이는 통상적으로 강도의 실질적 손실을 유도한다. 본 발명에서, 뜨임으로 인한 통상적인 강도 손실은 침강물 분산 경화의 유발에 의해 상쇄된다. 미세한 구리 침강물 및 혼합된 카바이드 및/또는 카보니트라이드로부터의 분산 경화는 마르텐사이트 구조를 뜨임하는 동안 강도 및 인성을 최적화시키는데 사용된다. 이러한 제1 예의 강의 독특한 화학 조성은 급냉 강도의 현저한 손실이 전혀 없이 약 400 내지 약 650℃(750 내지 1200℉)의 넓은 범위 내에서 뜨임을 허용한다. 당해 강판은 바람직하게는 약 400℃(752℉) 초과, Ac1변태 온도 미만의 뜨임 온도에서 경화 입자(본원에서 정의된 바와 같음)의 침강을 초래하기에 충분한 시간 동안 뜨임한다. 이러한 공정은 강판의 미세 구조를 주로 뜨임 미립화 라스 마르텐사이트, 뜨임 미립화 저베이나이트 또는 이들의 혼합물로 변태시키는 것을 용이하게 한다. 역시, 경화 입자를 침강시키기에 충분한 시간은 주로 강판의 두께, 강판의 화학 조성 및 뜨임 온도에 좌우되고, 당해 기술분야의 숙련가에 의해 측정될 수 있다.
강의 제2 예
위에서 논의한 바와 같이, 우선일이 1997년 12월 19일이고 "극저온 인성이 탁월한 초고강도 오스에이징된 강"을 발명의 명칭으로 하며 USPOT에 의해 출원 번호 제60/068252호로 인증되어 동시 계류중인 미국 가특허원에는 본 발명에 사용하기에 적합한 다른 강이 기재되어 있다. 여기서, (a) (i) 강 슬랩을 실질적으로 균질화시키고 (ii) 강 슬랩 중의 니오븀 및 바나듐의 실질적으로 모든 카바이드 및 카보니트라이드를 용해시키며 (iii) 강 슬랩 중의 미세 초기 오스테나이트 그레인을 달성하기에 충분히 높은 재가열 온도로 강 슬랩을 가열하는 단계, (b) 강 슬랩을 환원시켜 오스테나이트가 재결정화 하는 제1 온도 범위에서 1회 이상의 열간 압연 조작으로 강판을 형성하는 단계, (c) 대략 Tnr온도 미만 내지 Ar3변태 온도 초과의 제2 온도 범위에서 1회 이상 열간 압연 조작으로 강판을 추가로 환원시키는 단계, (d) 강판을 약 10 내지 40℃/sec(18 내지 72℉/sec)의 냉각 속도로 대략 Ms변태 온도 + 200℃(360℉) 미만의 급냉 중지 온도(QST)까지 급냉시키는 단계, (e) 급냉을 중지시키는 단계를 포함하는, 오스테나이트 필름 층 약 2 내지 약 10용적% 및 주로 미립화 마르텐사이트 및 미립화 저베이나이트의 라스 약 90 내지 약 98용적%를 포함하는 미세적층형 미세 구조를 갖는 초고강도 강판을 제조하기 위한 방법이 제공되어 있다. 하나의 양태에서, 당해 강의 제2 예의 방법은 강판을 QST로부터 주위 온도로 공기 냉각시키는 단계를 포함한다. 또 다른 양태에서, 당해 강의 제2 예의 방법은 강판을 주위 온도로 공기 냉각시키기 전에 약 5분 이하 동안 QST에서 강판을 실질적으로 등온으로 유지하는 단계를 추가로 포함한다. 또 다른 양태에서, 당해 강의 제2 예는 강판을 주위 온도로 공기 냉각시키기 전에 약 5분 이하 동안 약 1.0℃/sec(1.8℉/sec) 미만의 속도에서 QST로부터 강판을 서서히 냉각시키는 단계를 추가로 포함한다. 이러한 공정은 강판의 미세 구조를 오스테나이트 필름 층 약 2 내지 약 10용적%와 주로 미립화 마르텐사이트 및 미립화 저베이나이트의 라스 약 90 내지 약 98용적%로 변태시키는 것을 용이하게 한다. (주로, Tnr온도, Ar3, 및 Ms 변태 온도의 정의에 대해서는 용어 해설을 참조한다.)
주변 온도 및 극저온 인성을 보장하기 위하여, 미세적층형 미세 구조의 라스는 바람직하게는 저베이나이트 또는 마르텐사이트를 포함한다. 고베이나이트, 쌍링 마르텐사이트 및 MA와 같은 취성 성분의 형성을 실질적으로 최소화시키는 것이 바람직하다. 당해 강의 제2 예 및 청구의 범위에 사용되는 용어 "주로"는 약 50용적% 이상을 의미한다. 미세 구조의 잔여물은 추가의 미립화 저베이나이트, 추가의 미립화 라스 마르텐사이트 또는 페라이트를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 미세 구조는 베이나이트 또는 마르텐사이트를 약 60 내지 약 80용적% 포함한다. 이보다 더 바람직하게는, 미세 구조는 저베이나이트 또는 라스 마르텐사이트를 약 90용적% 이상 포함한다.
이러한 강의 제2 예에 따라 가공된 강 슬랩은 통상적인 방식으로 제조하고, 하나의 양태에서, 바람직하게는 철 및 다음 합금 원소를 다음 표 II에 나타낸 중량 범위로 포함한다.
합금 원소 범위(중량%)
탄소(C) 0.04 내지 0.12, 보다 바람직하게는 0.04 내지 0.07
망간(Mn) 0.5 내지 2.5, 보다 바람직하게는 1.0 내지 1.8
니켈(Ni) 1.0 내지 3.0, 보다 바람직하게는 1.5 내지 2.5
구리(Cu) 0.1 내지 1.0, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.5
몰리브덴(Mo) 0.1 내지 0.8, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.4
니오븀(Nb) 0.02 내지 0.1, 보다 바람직하게는 0.02 내지 0.05
티탄(Ti) 0.008 내지 0.03, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.02
알루미늄(Al) 0.001 내지 0.05, 보다 바람직하게는 0.005 내지 0.03
질소(N) 0.002 내지 0.005, 보다 바람직하게는 0.002 내지 0.003
때로는 크롬(Cr)을 바람직하게는 약 1.0중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.6중량%로 강에 첨가한다.
때로는 규소(Si)를 바람직하게는 약 0.5중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.01 내지 약 0.5중량%, 이보다 더 바람직하게는 약 0.05 내지 0.1중량%로 강에 첨가한다.
때로는 붕소(B)를 바람직하게는 약 0.0020중량%, 보다 바람직하게는 약 0.0006 내지 약 0.0010중량%로 강에 첨가한다.
강은 바람직하게는 니켈을 약 1중량% 이상 함유한다. 강의 니켈 함량은 용접 후 성능을 강화시킬 필요가 있을 경우 약 3중량% 초과로 증가시킬 수 있다. 니켈을 각각 1중량% 첨가하면 강의 DBTT를 약 10℃(18℉) 강하시키는 것으로 예상된다. 니켈 함량은 바람직하게는 9중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 6중량% 미만이다. 니켈 함량은 강의 비용을 최소화시키기 위해 최소화하는 것이 바람직하다. 니켈 함량이 약 3중량% 초과로 증가하는 경우, 망간 함량은 약 0.5 내지 0.0중량%로 감소될 수 있다. 그러므로, 넓은 의미에서는, 망간 약 2.5중량% 이하가 바람직하다.
추가로, 잔사는 강에서 실질적으로 최소화시키는 것이 바람직하다. 인(P) 함량은 바람직하게는 약 0.01중량% 미만이다. 황(S) 함량은 바람직하게는 약 0.004중량% 미만이다. 산소(O) 함량은 바람직하게는 약 0.002중량% 미만이다.
다소 상세히 설명하자면, 제2 예에 따르는 강은 다음에 기술된 바와 같이 목적하는 조성의 슬랩을 형성하여 제조한다: 슬랩을 약 955 내지 약 1065℃(1750 내지 1950℉)의 온도로 가열하고; 슬랩을 열간 압연하여 오스테나이트가 재결정화하는 제1 온도 범위, 즉 대략 Tnr온도 초과에서 약 30 내지 약 70%의 환원을 일으키는 1회 이상의 조작으로 강판을 형성하고, 강판을 대략 Tnr온도 미만이고 대략 Ar3변태 온도 초과의 온도인 제2 온도 범위에서 약 40 내지 약 80% 환원을 일으키는 1회 이상의 조작으로 추가로 열간 압연한다. 이어서, 열간 압연 강판을 약 10 내지 약 40℃/sec(18 내지 72℉/sec)의 냉각 속도로 급냉하고, 대략 Ms변태 온도 + 100℃(180℉)에서 급냉을 종결한다. 이러한 강의 제2 예의 하나의 양태에서, 급냉을 종결한 후 강판을 QST로부터 주위 온도로 공기 냉각시킨다. 당해 강의 제2 예의 또 다른 양태에서, 급냉을 종결한 후 강판을 바람직하게는 약 1분 이하 동안 QST에서 실질적으로 등온으로 유지시킨 다음, 주위 온도로 공기 냉각시킨다. 또 다른 양태에서는 강판을 바람직하게는 약 5분 이하 동안 공기 냉각 속도보다 더 느린 속도, 즉 1℃/sec(1.8℉/sec) 미만의 속도로 서서히 냉각시킨다. 당해 강의 제2 예의 하나 이상의 양태에서는, Ms변태 온도는 약 350℃이고, 따라서 Ms 변태 온도 + 100℃(180℉)는 약 450℃(842℉)이다.
강판은 당해 기술분야의 숙련가에게 공지된 바와 같이, 어떠한 적합한 수단에 의해서도 예를 들면, 강판에 열 블랭킷을 배치시킴으로써 QST에서 실질적으로 등온적으로 유지될 수 있다. 강판은 급냉이 어떠한 적합한 수단에 의해 종결된 후에, 당해 기술분야의 숙련가에게 공지된 바와 같이, 예를 들면 절연 블랭킷을 강판에 배치시킴으로써 서서히 냉각시킬 수 있다.
강의 제3 예
위에서 논의한 바와 같이, 우선일이 1997년 12월 19일이고 "극저온 인성이 탁월한 초고강도 이중상 강"을 발명의 명칭으로 하며 USPOT에 의해 출원 번호 제60/068816호로 인증되어 동시 계류중인 미국 가특허원에는 본 발명에 사용하기에 적합한 다른 강이 기재되어 있다. 여기서, (a) (i) 강 슬랩을 실질적으로 균질화시키고 (ii) 강 슬랩 중의 니오븀 및 바나듐의 실질적으로 모든 카바이드 및 카보니트라이드를 용해시키며 (iii) 강 슬랩 중의 미세 초기 오스테나이트 그레인을 달성하기에 충분히 높은 재가열 온도로 강 슬랩을 가열하는 단계, (b) 강 슬랩을 환원시켜 오스테나이트가 재결정하는 제1 온도 범위에서 1회 이상의 열간 압연 조작으로 강판을 형성하는 단계, (c) 대략 Tnr온도 미만, Ar3변태 온도 초과의 제2 온도 범위에서 1회 이상 열간 압연 조작으로 강판을 추가로 환원시키는 단계, (d) 대략 Ar3변태 온도 미만, 대략 Ar1변태 온도 초과의 제3 온도 범위(즉, 임계간 온도 범위)에서 1회 이상의 열간 압연 조작으로 상기 강판을 추가로 환원시키는 단계, (e) 강판을 약 10 내지 약 40℃/sec(18 내지 72℉/sec)의 냉각 속도로 대략 Ms변태 온도 + 200℃(360℉) 미만의 급냉 중지 온도(QST)까지 급냉시키는 단계, (f) 급냉을 중지하는 단계를 포함하는, 실질적으로 100용적%(즉, 실질적으로 순수 또는 "본질적으로")의 제1 상 약 10 내지 약 40용적% 및 주로 미립화 라스 마르텐사이트, 미립화 저베이나이트 또는 이들의 혼합물의 제2 상 약 60 내지 약 90용적%를 포함하는 미세 구조를 갖는 초고강도, 이중 상 강판을 제조하기 위한 방법이 제공되어 있다. 당해 강의 제3 예의 또 다른 양태에서, QST는 바람직하게는 대략 Ms변태 온도 100℃(180℉) 미만, 보다 바람직하게는 약 350℃(662℉) 미만이다. 당해 강의 제3 예의 하나의 양태에서는, 강판을 단계(f) 후에 주위 온도로 공기 냉각시킨다. 이러한 공정은 강판의 미세 구조를 페라이트의 제1 상 약 10 내지 약 40용적% 및 주로 미립화 라스 마르텐사이트, 미립화 저베이나이트 또는 이들의 혼합물 약 60 내지 약 90용적%로 변태시키는 것을 촉진한다. (Tnr온도, Ar3, 및 Ar1변태 온도의 정의에 대해서는 용어 해설을 참조한다.)
주변 온도 및 극저온 인성을 보장하기 위하여, 강의 제3 예의 강의 제2 상의 미세 구조는 주로 미립화 저베이나이트, 미립화 라스 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 제2 상의 고베이나이트, 쌍정 마르텐사이트 및 MA와 같은 취성 성분의 형성을 실질적으로 최소화시키는 것이 바람직하다. 당해 강의 제3 예 및 청구의 범위에 사용되는 용어 "주로"는 약 50용적% 이상을 의미한다. 제2 상 미세 구조의 잔여물은 추가의 미립화 저베이나이트, 추가의 미립화 라스 마르텐사이트 또는 페라이트를 포함할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제2 상의 미세 구조는 미립화 저베이나이트, 미립화 라스 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 약 60 내지 약 80용적% 포함한다. 이보다 더 바람직하게는, 제2 상의 미세 구조는 미립화 저베이나이트, 미립화 라스 마르텐사이트 또는 이들의 혼합물을 약 90용적% 이상 포함한다.
이러한 강의 제3 예에 따라 가공된 강 슬랩은 통상적인 방식으로 제조하고, 하나의 양태에서, 철 및 다음 합금 원소를 바람직하게는 다음 표 III에 나타낸 중량 범위로 포함한다.
합금 원소 범위(중량%)
탄소(C) 0.04 내지 0.12, 보다 바람직하게는 0.04 내지 0.07
망간(Mn) 0.5 내지 2.5, 보다 바람직하게는 1.0 내지 1.8
니켈(Ni) 1.0 내지 3.0, 보다 바람직하게는 1.5 내지 2.5
니오븀(Nb) 0.02 내지 0.1, 보다 바람직하게는 0.02 내지 0.05
티탄(Ti) 0.008 내지 0.03, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.02
알루미늄(Al) 0.001 내지 0.05, 보다 바람직하게는 0.005 내지 0.03
질소(N) 0.002 내지 0.005, 보다 바람직하게는 0.002 내지 0.003
때로는 크롬(Cr)을 바람직하게는 약 1.0중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.6중량%로 강에 첨가한다.
때로는 몰리브덴(Mo)을 바람직하게는 약 0.8중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.3중량%로 강에 첨가한다.
때로는 규소(Si)를 바람직하게는 약 0.5중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.01 내지 약 0.5중량%, 이보다 더 바람직하게는 약 0.05 내지 0.1중량%로 강에 첨가한다.
때로는 구리(Cu)를 바람직하게는 약 0.1 내지 약 1.0중량%, 보다 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.4중량%의 범위로 강에 첨가한다.
때로는 붕소(B)를 바람직하게는 약 0.0020중량% 이하, 보다 바람직하게는 약 0.0006 내지 약 0.0010중량%로 강에 첨가한다.
강은 바람직하게는 니켈을 약 1중량% 이상 함유한다. 강의 니켈 함량은 용접 후 성능을 강화시킬 필요가 있을 경우 약 3중량% 초과로 증가시킬 수 있다. 니켈을 각각 1중량% 첨가하면 강의 DBTT를 약 10℃(18℉) 강하시키는 것으로 예상된다. 니켈 함량을 9중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 6중량% 미만이다. 니켈 함량을 최소화하여 강의 비용을 최소화시키는 것이 바람직하다. 니켈 함량이 약 3중량% 초과로 증가하는 경우, 망간 함량은 약 0.5 내지 0.0중량%로 감소될 수 있다. 그러므로, 넓은 의미에서는, 망간 약 2.5중량% 이하가 바람직하다.
추가로, 잔사는 바람직하게는 강에서 실질적으로 최소화시킨다. 인(P) 함량은 바람직하게는 0.01중량% 미만이다. 황(S) 함량은 바람직하게는 0.004중량% 미만이다. 산소(O) 함량은 바람직하게는 0.002중량% 미만이다.
다소 상세히 설명하자면, 제3 예에 따르는 강은 다음에 기술된 바와 같이 목적하는 조성의 슬랩을 형성하여 제조한다: 슬랩을 약 955 내지 약 1065℃(1750 내지 1950℉)의 온도로 가열하고; 슬랩을 열간 압연하여 오스테나이트가 재결정화하는 제1 온도 범위, 즉 대략 Tnr온도 초과에서 약 30 내지 약 70% 환원을 일으키는 1회 이상의 조작으로 강판을 형성하고, 대략 Tnr온도 미만, 대략 Ar3변태 온도 초과의 온도인 제2 온도 범위에서 약 40 내지 약 80% 환원을 일으키는 1회 이상의 조작으로 강판을 추가로 열간 압연하며, 대략 Ar3변태 온도 미만, 대략 Ar1변태 온도 초과의 임계간 온도 범위에서 약 15 내지 약 50% 환원을 일으키는 1회 이상의 조작으로 강판의 압연을 종결한다. 이어서, 열간 압연 강판을 약 10 내지 약 40℃/sec(18 내지 72℉/sec)의 냉각 속도에서 적합한 급냉 중지 온도(QST)까지 바람직하게는 대략 Ms변태 온도 + 120℃(360℉)까지 급냉시킨 다음, 이때 급냉을 종결한다. 본 발명의 또 다른 양태에서, QST는 바람직하게는 Ms변태 온도 + 100℃(180℉), 보다 바람직하게는 약 350℃(662℉) 미만이다. 당해 강의 제3 예의 하나의 양태에서, 강판은 급냉을 종결한 후에 주위 온도로 공기 냉각시킨다.
상기 강의 세가지 예에서, Ni는 고가의 합금 원소이기 때문에, 강 중의 Ni 함량은 강의 바용을 실질적으로 최소화하기 위하여 바람직하게는 3.0중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 2.5중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 2.0중량% 미만, 이보다 더 바람직하게는 약 1.8중량% 미만이다.
본 발명에 관련하여 사용하기에 적합한 다른 강은, 니켈 약 1중량% 미만을 함유하고 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 저온 인성이 탁월한 초고강도 저합금 강이 기재되어 있는 다른 문헌에 기재되어 있다. 예를 들면, 이러한 강은 1997년 2월 5일에 공개되고 국제 출원 번호가 제PCT/JP96/00157호이고 국제 공개번호가 제WO 96/23909호(1996.08.08., Gazette 1996/36)인 유럽 특허원(이러한 강은 바람직하게는 구리 함량이 0.1 내지 1.2중량%)과, 우선일이 1997년 7월 28일이고 "초저온 인성이 탁월한 초고강도 용접성 강"을 발명의 명칭으로 하여 USPTO에 의해 출원 번호 제60/053915호로서 인증되어 계류 중인 미국 가특허원에 기재되어 있다.
상기 언급된 강 중의 어느 것에 대해서도, 당해 기술분야의 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이, 본원에서 사용된 "두께 감소율(%)"은 언급된 감소 이전에 강 슬랩 또는 강판의 두께 감소율(%)을 나타낸다. 단지 설명하기 위해서이고 이로써 본 발명을 제한하려는 것은 아니지만, 두께가 약 25.4cm(10in)인 강 슬랩은 제1 온도 범위에서 약 12.7cm(5in)의 두께로 약 50% 감소(50% 감소)한 다음, 제2 온도 범위에서 약 2.5cm(1in)의 두께로 약 80% 감소(80% 감소)할 수 있다. 역시, 설명하기 위해서이고 이로써 본 발명을 제한하려는 것은 아니지만, 약 25.4cm(10in)의 강 슬랩은 제1 온도 범위에서 약 17.8cm(7in)의 두께로 약 30% 감소(30% 감소)하고, 제2 온도 범위에서 약 3.6cm(1.4in)의 두께로 약 80% 감소(80% 감소)한 다음, 제3 온도 범위에서 약 2.5cm(1in)의 두께로 약 30% 감소(30% 감소)할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "슬랩"은 임의의 치수의 강 조각을 의미한다.
상기 언급된 강 중의 어느 것에 대해서도, 당해 기술분야의 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이, 강 슬랩은 거의 슬랩 전체, 바람직하게는 슬랩 전체의 온도를 목적하는 재가열 온도로 상승시키기 위한 적합한 수단에 의해서, 예를 들면, 일정 기간 동안 슬랩을 노에 배치시킴으로써 재가열하는 것이 바람직하다. 상기 언급된 강 조성 중의 어느 것에 대해서도 사용되어야 하는 특정 재가열 온도는 당해 기술분야의 숙련가에 의해 실험으로 또는 적합한 모델을 이용한 계산으로 용이하게 측정될 수 있다. 추가로, 거의 슬랩 전체, 바람직하게는 슬랩 전체의 온도를 목적하는 재가열 온도로 상승시키는데 필요한 노 온도 및 재가열 시간은 표준 산업 문헌을 참조하여 당해 기술분야의 숙련가에 의해 용이하게 측정할 수 있다.
상기 언급된 강 중의 어느 것에 의해서도, 당해 기술분야의 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이, 재결정화 범위 및 재결정화하지 않는 범위 사이의 경계를 정의하는 온도, 즉 Tnr온도는 강의 화학조성과, 보다 구체적으로는 압연 전의 재가열 온도, 탄소 농도, 니오븀 농도 및 압연 조작시 주어지는 환원량에 따라 좌우된다. 당해 기술분야의 숙련가는 이러한 온도를 각각의 강 조성에 대하여 실험으로 또는 모델 계산으로 측정한다. 게다가, 본원에서 언급된 Ac1, Ar1, Ar3및 Ms변태 온도는 실험으로 또는 모델 계산으로 각각의 강 조성에 대하여 당해 기술분야의 숙련가에 의해 결정될 수 있다.
상기 언급된 강 중의 어느 것에 대해서도, 당해 기술분야의 숙련가에 의해 이해되는 바와 같이, 거의 슬랩 전체에 적용되는 재가열 온도를 제외하고는, 본 발명의 가공 방법을 기술하는 데 있어서 언급되는 후속적인 온도는 강의 표면에서 측정된 온도이다. 강의 표면 온도는 광학 고온계를 사용하여 또는 강의 표면 온도를 측정하기에 적합한 기타 장치에 의하여 측정할 수 있다. 본원에서 언급된 냉각 속도는 플레이트 두께의 중앙에서 또는 거의 중앙에서의 속도이고; 급냉 중지 온도(QST)는 강판의 중간 두께로부터 전달된 열 때문에, 급냉이 중지된 후에 강판 표면에 이르는 최고 또는 거의 최고 온도이다. 예를 들면, 본원에 제공된 실시예에 따르는 강 조성의 실험적 열처리 동안에, 열전쌍을 강판 중앙 온도의 측정을 위해 강판 두께의 중앙 또는 거의 중앙에 배치시키는 한편, 표면 온도는 광학 고온계를 사용하여 측정한다. 동일하거나 실질적으로 동일한 강 조성의 후속적인 가공 동안에 중앙 온도와 표면 온도 사이의 상호관계를 사용하여, 표면 온도의 직접 측정을 통해 중앙온도를 측정할 수 있다. 또한, 목적하는 가속 냉각 속도를 달성하는 급냉 유체의 필요 온도 및 유속은 표준 산업 문헌을 참조하여 당해 기술분야의 숙련가에 의해 측정될 수 있다.
당해 분야의 숙련가는 본 발명의 파이프 및 기타부품을 제조하는데 사용되기에 적합한 높은 강도와 인성을 갖는 초고강도 저합금강을 제조하기 위해 본원에 제공된 정보를 사용하기 위한 필수 지식 및 기술을 갖고 있다. 기타 적합한 강이 현존하거나 추후에 개발될 수 있다. 이러한 모든 강은 본 발명의 영역내에 있다.
당해 기술분야의 숙련가는 본 발명의 시스템을 제조하는데 사용하기 위한 적합한 고강도 및 적합한 극저온을 갖는 강판을 여전히 제조하면서, 본원에 제공된 실시예에 따라 제조되는 강판의 두께와 비교하여 개질된 두께를 갖는 초고강도 저합금 강판을 제조하는 본원에 제공된 정보를 사용하는 필수적인 지식 및 기술을 갖고 있다. 예를 들면, 당해 기술분야의 숙련가는 본 발명의 파이프 및 기타 부품을 제조하는데 사용하기 위한, 두께가 약 2.54cm(1in)이고 적합한 고강도 및 적합한 극저온 인성을 갖는 강판을 제조하는 본원에서 제공된 정보를 사용할 수 있다. 다른 적합한 강이 현존하거나 추후에 개발될 수 있다. 이러한 모든 강은 본 발명의 영역 내에 있다.
이중상 강이 본 발명에 따르는 파이프를 제조하는데 사용되는 경우, 이중상 강은 바람직하게는 강이 이중상 구조를 생성하기 위한 임계간 온도 범위에서 유지되는 동안의 일정 기간이 냉각 또는 급냉 단계를 촉진시키기 전에 존재하는 방법으로 가공된다. 바람직하게는, 당해 공정은 Ar3변태 온도 내지 대략 Ar1변태 온도의 강을 냉각시키는 동안 이중상이 형성되도록 한다. 본 발명에 따르는 파이프의 제조에 사용하기 위한 강에 대하여 추가로 바람직하게는, 당해 강은 인장 강도가 830MPa(120ksi)이고 DBTT가, 가속화된 냉각 또는 급냉 단계의 완료시, 즉 뜨임과 같은 강의 재가열을 필요로 하는 어떠한 추가의 가공도 없이, 약 -73℃(-100℉) 미만이다. 보다 바람직하게는 급냉 또는 냉각 단계의 완료시 강의 인장 강도는 약 860MPa(125ksi) 초과, 보다 바람직하게는 900MPa(130ksi) 초과이다. 일부 출원에서는, 급냉 또는 냉각 단계의 완료시 인장 강도가 약 930MPa(135ksi) 초과이거나, 965MPa(140ksi) 초과이거나, 1000MPa(145ksi) 초과인 강이 바람직하다.
공정 부품, 컨테이너 및 파이프를 제조하기 위한 접합방법
본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프를 제조하기 위하여 강판을 접합하는 적합한 방법이 요구된다. 본 발명에 사용되기에 충분한 강도 및 인성을 접합부에 부여하는 모든 접합방법이 적합한 것으로 간주된다. 바람직하게는, 내장되거나 운송되는 유체를 내장하기에 충분한 강도 및 파괴 인성을 제공하기에 적합한 용접 방법이 본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프를 제조하는데 사용된다. 바람직하게는, 이러한 용접 방법은 적합한 소모성 와이어, 접합한 소모성 가스, 적합한 용접방법 및 적합한 용접과정을 포함한다. 예를 들면, 강 가공 산업분야에 널리 공지되어 있는 가스 금속 아크 용접(Gas Metal Arc Welding; GMAW)과 텅스텐 불활성 가스(TIG) 용접은 적합한 소모성 와이어-가스 조합물이 사용되는 조건하에 둘 다 강판 접합에 사용될 수 있다.
처음 예시된 용접방법에서, 가스 금속 아크 용접(GMAW) 방법은 철과 탄소 약 0.07중량%, 망간 약 2.05중량%, 규소 약 0.32중량%, 니켈 약 2.20중량%, 크롬 약 0.45중량%, 몰리브덴 약 0.56중량%, 인 약 110ppm 미만 및 황 약 50ppm 미만을 포함하는 용접 금속 화학 조성물을 제조하는 데 사용된다. 산소 약 1중량% 미만을 갖는 아르곤계 차폐 가스를 사용하여 상술한 강 중의 하나와 같은 강에 대해 용접을 수행한다. 용접열 도입량은 약 0.3 내지 약 1.5kJ/mm(7.6 내지 38kJ/in)의 범위이다. 이러한 방법에 의한 용접은, 인장 강도가 약 900MPa(130ksi) 초과, 바람직하게는 약 930MPa(135ksi) 초과, 보다 바람직하게는 약 965MPa(140ksi) 초과, 이보다 더 바람직하게는 약 1000MPa(145ksi) 이상인 용접부(용어해설 참조)를 제공한다. 추가로, 이러한 방법에 의한 용접은, DBTT가 -73℃(-100℉) 미만, 바람직하게는 약 -96℃(-140℉) 미만, 보다 바람직하게는 약 106℃(-160℉) 미만, 이보다 더 바람직하게는 약 -115℃(-175℉) 미만인 용접 금속을 제공한다.
또 다른 예시 용접방법에서, GMAW 방법은 철과 탄소 약 0.10중량%(바람직하게는 탄소 약 0.10중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 0.07 내지 약 0.08중량%), 망간 약 1.60중량%, 규소 약 0.25중량%, 니켈 약 1.87중량%, 크롬 약 0.87중량%, 몰리브덴 약 0.51중량%, 인 약 75ppm 미만 및 황 약 100ppm 미만을 포함하는 용접 금속 화학 조성물을 제조하는 데 사용된다. 용접열 도입량은 약 0.3 내지 약 1.5kJ/mm(7.6 내지 38kJ/in)의 범위이며, 약 100℃(212℉)의 예열이 채용된다. 산소 약 1중량% 미만을 갖는 아르곤계 차폐 가스를 사용하여 상술한 강 중의 하나와 같은 강에 대해 용접을 수행한다. 이러한 방법에 의한 용접은, 인장 강도가 약 900MPa(130ksi) 초과, 바람직하게는 약 930MPa(135ksi) 초과, 보다 바람직하게는 약 965MPa(140ksi) 초과, 이보다 더 바람직하게는 약 1000MPa(145ksi) 이상인 용접부를 제공한다. 추가로, 이러한 방법에 의한 용접은, DBTT가 -73℃(-100℉) 미만, 바람직하게는 약 -96℃(-140℉) 미만, 보다 바람직하게는 약 106℃(-160℉) 미만, 이보다 더 바람직하게는 약 -115℃(-175℉) 미만인 용접 금속을 제공한다.
또 다른 예시 용접방법에서, 텅스텐 불활성 가스 용접(TIG) 방법은 철과 탄소 약 0.07중량%(바람직하게는 탄소 약 0.07중량% 미만), 망간 약 1.80중량%, 규소 약 0.20중량%, 니켈 약 4.00중량%, 크롬 약 0.5중량%, 몰리브덴 약 0.40중량%, 구리 약 0.02중량%, 알루미늄 약 0.02중량%, 타타늄 약 0.010중량%, 지르코늄(Zr) 약 0.015중량%, 인 약 50ppm 미만 및 황 약 30ppm 미만을 포함하는 용접 금속 화학 조성물을 제조하는 데 사용된다. 용접열 도입량은 약 0.3 내지 약 1.5kJ/mm(7.6 내지 38kJ/in)의 범위이며, 100℃(212℉)의 예열이 채용된다. 산소 약 1중량% 미만을 갖는 아르곤계 차폐 가스를 사용하여 상술한 강 중의 하나와 같은 강에 대해 용접을 수행한다. 이러한 방법에 의한 용접은, 인장 강도가 약 900MPa(130ksi) 초과, 바람직하게는 약 930MPa(135ksi) 초과, 보다 바람직하게는 약 965MPa(140ksi) 초과, 이보다 더 바람직하게는 약 1000MPa(145ksi) 이상인 용접부를 제공한다. 추가로, 이러한 방법에 의한 용접은, DBTT가 -73℃(-100℉) 미만, 바람직하게는 약 -96℃(-140℉) 미만, 보다 바람직하게는 약 106℃(-160℉) 미만, 이보다 더 바람직하게는 약 -115℃(-175℉) 미만인 용접 금속을 제공한다.
실시예에 언급된 유사한 용접 금속 화학 조성물은 GMAW 또는 TIG 용접방법을 사용하여 제조될 수 있다. 그러나, TIG 용접은 GMAW에 비해 불순물의 함량이 더 낮고 미세 구조가 보다 고도로 정제되어 저온 인성이 개선된다.
당 분야의 숙련가들은, 본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프를 제조하는데 사용하기 위한 적합한 높은 강도 및 파괴 인성을 갖는 접합부를 제조하기 위한 초고강도 저합금 강판을 용접하기 위해 본원에서 제공된 정보를 사용하는 필수 지식 및 기술을 사용한다. 기타 적합한 접합 및 용접 방법은 현존하거나 추후 개발될 수 있다. 이러한 모든 접합 또는 용접 방법은 본 발명의 범주 내에 포함된다.
공정 부품, 컨테이너 및 파이프의 제조
인장강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조되는 공정 부품, 컨테이너 및 파이프가 제공된다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금 강은 니켈을 약 7중량% 미만 함유하며, 보다 바람직하게는 니켈을 약 5중량% 미만 함유한다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금 강은 인장강도가 860MPa(125ksi)를 초과하고, 보다 바람직하게는 약 900MPa(130ksi) 초과이다. 이보다 더 바람직하게는, 본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프는 인장강도가 약 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된다.
본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프는 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로 이루어진 분리된 강판들로부터 제조되는 것이 바람직하다. 부품, 컨테이너 및 파이프의 접합부는 초고강도 저합금 강판과 거의 동일한 강도 및 인성을 갖는 것이 바람직하다. 어떤 경우에는, 강도를 약 5 내지 약 10% 낮게 조절하는 것이 보다 낮은 응력의 위치에 대해 유리할 수 있다. 바람직한 특성을 갖는 접합부는 적합한 접합 기술에 의해 제조될 수 있다. 예시적인 접합기술이 "공정 부품, 컨테이너 및 파이프를 제조하기 위한 접합방법"라는 부제하에 본원에 기술되어 있다.
당 분야의 숙련가에게 익숙한 바와 같이, 샤피 V-노치(CVN) 시험이 가압 극저온 유체를 가공 및 운송하는 공정 부품, 컨테이너 및 파이프의 설계에 있어서 파단 인성 평가와 파단 제어의 목적으로, 특히 연성-취성 전이 온도(DBTT)를 사용함으로써, 채용될 수 있다. DBTT는 구조적인 강에서 2가지 파단 체제를 나타낸다. DBTT 미만의 온도에서, 샤피-V-노치 시험의 실패는 저에너지 분해(취성) 파괴에 의해 발생하는 경향이 있는 반면, DBTT 초과의 온도에서의 실패는 고에너지 연성 파괴에 의해 발생하는 경향이 있다. 고하중 극저온 서비스를 위해 용접 강으로부터 제조된 컨테이너는 샤피 V-노치 시험에 의해 측정되는 DBTT가 취성 실패를 피하기 위해 구조물의 서비스 온도보다 훨씬 낮은 온도이어야 한다. 설계, 서비스 조건 및/또는 적용 가능한 분류 단체의 요건에 따라, 요구되는 DBTT 온도 범위는 서비스 온도보다 5 내지 30℃(9 내지 54℉) 정도 낮을 수 있다.
당 분야의 숙련가들에게 익숙한 바와 같이, 가압 극저온 유체를 운송하기 위한 용접 강으로부터 제조되는 저장 컨테이너의 설계시 고려되는 작동조건은 기타 조건들 중에서도 작동 압력과 작동 온도 뿐만 아니라 강 또는 용접부(용어해설 참조)에 부과될 수 있는 추가의 응력을 포함한다. (i) 평면-변형 파괴 인성의 척도인 임계 응력 강도 인자(KIC) 및 (ii) 탄성-가소성 파괴 인성의 척도로 사용될 수 있는 균열 말단 개방 변위(crack tip opening displacement; CTOD)와 같은 당 분야의 숙련가들에게 익숙한 표준 파괴 역학적 특성을 사용하여 강 및 용접부의 파괴 인성을 측정할 수 있다. 예를 들면, 흔히 "PD 6493 : 1991"로 인용되는 문헌[BSI publication "Guidance on methods for assessing the acceptablility of flaws in fusion welded structues"]에 제시된 바와 같은 강 구조 설계에 통상 허용되는 산업 코드를 사용하여 강 및 용접부(HAZ 포함)의 파괴 인성과 컨테이너에 부과되는 응력을 토대로 컨테이너의 최대로 허용 가능한 흠 크기를 측정할 수 있다. 당 분야의 숙련가는 (i) 부과되는 응력을 최소화하는데 적합한 컨테이너 설계, (ii) 결함을 최소화하기 위한 적합한 제조 품질 제어, (iii) 컨테이너에 부과되는 라이프 사이클 하중 및 압력의 적합한 제어 및 (iv) 컨테이너의 흠 및 결함을 신뢰성있게 검측하는 적합한 조사 프로그램을 통해 파괴 개시를 완화시키는 파괴 제어 프로그램을 개발할 수 있다. 본 발명의 시스템에 바람직한 설계 철학은 당 분야의 숙련가들에게 익숙한 바와 같이 "실패 전 누출"이다. 이러한 고찰은 일반적으로 "파괴 역학의 공지된 원리"로서 본원에서 인용된다.
다음은 본 발명에 따르는 공정 컨테이너와 같은 가압 용기에서 파괴 개시를 방지하기 위한 파괴 제어 계획에 사용되는 소정의 흠 길이에 대한 임계 흠 깊이를 계산하기 위한 과정에서 상기한 파괴 역학의 공지된 원리를 적용하는 비제한적 실시예이다.
도 13b는 길이가 315이고 깊이가 310인 흠을 도시한 것이다. PD6493을 사용하여 파이프에 대한 다음 설계 조건을 토대로 도 13a에 도시한 임계 흠 크기 플롯 300에 대한 수치를 계산한다:
용기 직경 : 4.57m(15ft)
용기 벽 두께: 25.4mm(1.00ft)
설계 압력: 3445kPa(500psi)
허용되는 후프 응력: 333MPa(48.3ksi)
이러한 실시예의 목적상, 표면 흠 길이, 예를 들면, 용접 접합부에 위치한 축상 흠이 100mm(4in)로 측정된다. 이제 도 13a를 참조하면, 플롯 300은 잔여 응력 수준이 항복 응력의 15%, 50% 및 100%인 경우, 임계 흠 깊이의 수치를 CTOD 파괴 인성과 잔여 응력의 함수로서 나타낸다. 잔여 응력은 제조 및 용접으로 인해 발생될 수 있고, PD6493은, 용접후 가열처리(PWHT) 또는 역학적 응력 해제와 같은 기술을 사용하여 용접부에서 응력이 제거되지 않은 한, 용접부(HAZ 포함)의 항복 응력의 100%를 잔여 응력 수치로 사용할 것을 추천한다.
최저 서비스 온도에서 강의 CTOD 파괴 인성을 기준으로 하여, 파이프 용접 과정은 잔여 응력을 감소시키도록 조절할 수 있으며, 임계 흠 크기에 대한 대조용으로 흠을 검측하기 위한 조사 프로그램(초기 조사 및 서비스 도중의 조사 둘 다에 대한 프로그램)을 가설할 수 있다. 이러한 경우의 예에서, 강의 CTOD 인성(실험실의 시료를 사용하여 측정한 값)이 최저 서비스 온도에서 0.025mm이고 잔여 응력이 강 항복 강도의 15%로 감소되는 경우, 임계 흠 깊이의 값은 약 4mm이다(도 13a의 포인트 320 참조). 유사한 계산 과정을 따라, 당 분야의 숙련가들에게 널리 공지된 바와 같이, 임계 흠 깊이는 각종 흠의 기하학적 형태 뿐만 아니라 각종 흠 길이에 대해 측정될 수 있다. 이러한 정보를 사용하여, 품질 제어 프로그램 및 조사 프로그램(기술, 검측 가능한 흠 치수, 빈도)이 개발되어 흠이 임계 흠 깊이에 도달하기 전 또는 설계 하중에 적용되기 전에 검측 및 조치되도록 할 수 있다. CVN, KIC및 CTOD 파괴 인성 사이의 공개된 실험 상관관계를 토대로, CTOD 인성 0.025mm는 통상 약 37J의 CVN과 상관관계에 있다. 이러한 실시예들은 어떠한 방식으로도 본 발명을 제한하지 않는다.
강의 굴곡, 예를 들면, 컨테이너용 원통형 또는 파이프용 관형으로의 굴곡이 요구되는 공정 부품, 컨테이너 및 파이프에 대해, 강은 강의 우수한 극저온 인성에 치명적인 영향을 미치지 않도록 주변 온도에서 목적하는 형태로 굴곡시키는 것이 바람직하다. 강이 굴곡 후 목적하는 형태를 취하도록 가열시켜야 하는 경우, 강은 상술한 바와 같은 강 미세 구조의 유리한 효과를 보존하기 위해 약 600℃(1112℉) 이하의 온도로 가열하는 것이 바람직하다.
극저온 공정 부품
인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조되는 공정 부품이 제공된다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금 강은 니켈을 약 7중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 5중량% 미만 함유한다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금 강은 인장 강도가 860MPa(125ksi) 초과, 보다 바람직하게는 약 900MPa(130ksi) 초과이다. 이보다 더 바람직하게는, 본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된다. 바람직하게는, 이러한 공정 부품은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다.
극저온 발전 사이클에서, 기본 공정 부품은, 예를 들면, 응축기, 펌프 시스템, 증기화기 및 증발기를 포함한다. 냉각 시스템, 액화 시스템 및 공기 분리 설비에서, 기본 공정 부품은, 예를 들면, 열교환기, 공정 컬럼, 분리기 및 팽창 밸브 및 터어빈을 포함한다. 연소 시스템은 종종 극저온에서 처리되는데, 예를 들면, 저온 분리 공정에서 에틸렌 또는 천연 가스 제거 시스템에 사용되는 경우가 이에 해당한다. 도 1은 메탄제거기 가스 설비에서 이들 부품의 일부가 어떻게 사용되는지를 도시하고 있으며, 이에 대해서는 다음에 추가로 논의하였다. 이로써 본 발명을 한정하려는 것은 아니지만, 본 발명에 따라 제조된 특정 부품을 다음에 보다 상세하게 기재하였다.
● 열 교환기
본 발명에 따라 제조된 열 교환기 또는 열 교환기 시스템이 제공된다. 이러한 열 교환기 시스템의 부품은 바람직하게는 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 이로써 본 발명을 한정하려는 의도는 없지만, 다음 실시예에서 본 발명에 따르는 열 교환기 시스템의 각종 유형을 예시하였다.
예를 들면, 도 2는 본 발명에 따르는 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)을 도시한 것이다. 한 양태에서, 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)은 열 교환기 본체(20a), 채널 커버(21a, 21b), 튜브시트(22)[튜브시트(22) 헤더는 도 2에 도시되어 있다], 배기구(23), 배플(24), 배수구(25), 튜브 유입구(26), 튜브 배출구(27), 쉘 유입구(28) 및 쉘 배출구(29)를 포함한다. 이로써 본 발명을 한정하려는 의도는 없지만, 다음 적용 예들은 본 발명에 따르는 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)의 유용성을 예시한 것이다.
고정 튜브시트 예 1
적용예 1에서, 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)은 쉘 측에 메탄제거기 오버헤드가 도입되고 튜브 측에 유입 가스가 도입되는 극저온 가스 설비에서 유입 가스 상호 교환기로서 사용된다. 유입 가스가 튜브 유입구(26)을 통해 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)에 유입되고 튜브 배출구(27)를 통해 배출되며, 메탄제거기 오버헤드 유체는 쉘 유입구(28)를 통해 유입되어 쉘 배출구(29)를 통해 배출된다.
고정 튜브시트 예 2
적용예 2에서, 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)은 튜브 측에 예냉 공급물이 도입되고 쉘 측에 극저온 탑 사이드스트림 액체 비등물이 도입되는 극저온 메탄제거기 상의 사이드 리보일러로서 사용되어 탑저 생성물로부터 메탄을 제거한다. 예냉 공급물은 튜브 유입구(26)을 통해 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)에 유입되고 튜브 배출구(27)를 통해 배출되며, 극저온 탑 사이드스트림 액체는 쉘 유입구(28)를 통해 유입되어 쉘 배출구(29)를 통해 배출된다.
고정 튜브시트 예 3
적용예 3에서, 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)은 리안 홀메스(Ryan Homes) 생성물 회수탑에서 사이드 리보일러로 사용되어 탑저 생성물로부터 메탄 및 CO2을 제거한다. 예냉 공급물은 튜브 유입구(26)를 통해 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)에 유입되고 튜브 배출구(27)를 통해 배출되며, 극저온 탑 사이드스트림 액체는 쉘 유입구(28)를 통해 유입되어 쉘 배출구(29)를 통해 배출된다.
고정 튜브시트 예 4
적용예 4에서, 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)은 쉘 측에 극저온 액체 사이드 스트림이 도입되고 튜브 측에 예냉 공급 가스가 도입되는 CFZ CO2제거탑 상의 사이드 리보일러로서 사용되어 CO2를 다량 함유하는 탑저 생성물로부터 메탄과 기타 탄화수소를 제거한다. 예냉 공급물은 튜브 유입구(26)를 통해 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)에 유입되고 튜브 배출구(27)를 통해 배출되며, 극저온 액체 사이드스트림을 쉘 유입구(28)을 통해 유입되어 쉘 배출구(29)를 통해 배출된다.
고정 튜브시트 예 1 내지 예 4에서, 열 교환기 본체(20a), 채널 커버(21a, 21b), 튜브시트(22), 배기구(23) 및 배플(24)은 바람직하게는 가공되는 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성을 갖고 니켈 함량이 약 3중량% 미만인 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 바람직하게는, 열 교환기 본체(20a), 채널 커버(21a, 21b), 튜브시트(22), 배기구(23) 및 배플(24)은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따르는 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)을 도시한다. 한 양태에서, 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)은 케틀 리보일러 본체(31), 개방 채널 유속 측정 수단(32), 열 교환 튜브(33), 튜브측 유입구(34), 튜브측 배출구(35), 케틀 유입구(36), 케틀 배출구(37) 및 배수구(38)를 포함한다. 이로써 본 발명을 한정하려는 의도는 없지만, 다음 적용 예들은 본 발명에 따르는 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)의 유용성을 예시한 것이다.
케틀 리보일러 예 1
예 1에서, 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)은 케틀 측에 약 -40℃(-40℉)에서 증기화하는 프로판이 도입되고 튜브 측에 탄화수소 가스가 도입되는 극저온 가스 액체 회수 설비에서 사용된다. 탄화수소 가스는 튜브측 유입구(34)를 통해 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)에 유입되고 튜브측 배출구(35)를 통해 배출되며, 프로판은 케틀 유입구(36)를 통해 유입되어 케틀 배출구(37)를 통해 배출된다.
케틀 리보일러 예 2
예 2에서, 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)은 케틀 측에 약 -40℃(-40℉)에서 증기화하는 프로판이 도입되고 튜브 측에 희박 오일(lean oil)이 도입되는 냉각 희박 오일 설비에서 사용된다. 희박 오일은 튜브측 유입구(34)를 통해 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)에 유입되고 튜브측 배출구(35)를 통해 배출되며, 프로판은 케틀 유입구(36)를 통해 유입되어 케틀 배출구(37)를 통해 배출된다.
케틀 리보일러 예 3
예 3에서, 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)은 케틀 측에 약 -40℃(-40℉)에서 증기화하는 프로판이 도입되고 튜브 측에 생성물 회수탑 오버헤드 가스가 도입되는 리안 홀메스 생성물 회수탑에서 사용되어 탑의 리플럭스를 응축시킨다. 생성물 회수탑 오버헤드 가스는 튜브측 유입구(34)를 통해 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)에 유입되고 튜브측 배출구(35)를 통해 배출되며, 프로판은 케틀 유입구(36)를 통해 유입되어 케틀 배출구(37)를 통해 배출된다.
케틀 리보일러 예 4
예 4에서, 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)은 케틀 측에 증기화하는 냉각제가 도입되고 튜브 측에 CFZ 탑 오버헤드 가스가 도입되는 엑슨사의 CFZ 공정에서 사용되어 탑 리플럭스용 액체 메탄을 응축시키고 오버헤드 메탄 생성물 스트림으로부터 CO2를 유지시킨다. CFZ 탑 오버헤드 가스는 튜브측 유입구(34)를 통해 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)에 유입되고 튜브측 배출구(35)를 통해 배출되며, 냉각제는 케틀 유입구(36)를 통해 유입되어 케틀 배출구(37)를 통해 배출된다. 냉각제는 바람직하게는 프로필렌 또는 에틸렌을 포함할 뿐만 아니라 이들과 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 및 펜텐을 포함하는 그룹으로부터의 하나 이상의 성분과의 혼합물일 수도 있다.
케틀 리보일러 예 5
예 5에서, 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)은 케틀 측에 탑 탑저 생성물이 도입되고 튜브 측에 고온 유입 가스 또는 고온 오일이 도입되는 극저온 메탄제거기 상의 저부 리보일러로서 사용되어 탑저 생성물로부터 메탄을 제거한다. 고온 유입 가스 또는 고온 오일은 튜브측 유입구(34)를 통해 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)에 유입되고 튜브측 배출구(35)를 통해 배출되며, 탑 탑저 생성물은 케틀 유입구(36)를 통해 유입되어 케틀 배출구(37)를 통해 배출된다.
케틀 리보일러 예 6
예 6에서, 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)은 케틀 측에 탑 탑저 생성물이 도입되고 튜브 측에 고온 공급 가스 또는 고온 오일이 도입되는 리안 홀메스 생성물 회수탑 상의 저부 리보일러로서 사용되어 탑저 생성물로부터 메탄과 CO2를 제거한다. 고온 공급 가스 또는 고온 오일은 튜브측 유입구(34)를 통해 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)에 유입되고 튜브측 배출구(35)를 통해 배출되며, 탑 탑저 생성물은 케틀 유입구(36)를 통해 유입되어 케틀 배출구(37)를 통해 배출된다.
케틀 리보일러 예 7
예 7에서, 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)은 케틀 측에 탑 저부 액체가 도입되고 튜브 측에 고온 공급 가스 또는 고온 오일이 도입되는 CFZ CO2제거탑에서 사용되어 CO2를 다량 함유하는 액체 저부 스트림으로부터 메탄과 기타 탄화수소를 제거한다. 고온 공급 가스 또는 고온 오일은 튜브측 유입구(34)를 통해 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)에 유입되고 튜브측 배출구(35)를 통해 배출되며, 탑 저부 액체는 케틀 유입구(36)를 통해 유입되어 케틀 배출구(37)를 통해 배출된다.
케틀 리보일러 예 1 내지 예 7에서, 케틀 리보일러 본체(31), 열 교환 튜브(33), 개방 채널 유속 측정 수단(32), 튜브측 유입구(34), 튜브측 배출구(35), 케틀 유입구(36) 및 케틀 배출구(37)는 바람직하게는 가공되는 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성을 갖고 니켈 함량이 약 3중량% 미만인 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 바람직하게는, 케틀 리보일러 본체(31), 열 교환 튜브(33), 개방 채널 유속 측정 수단(32), 튜브측 유입구(34), 튜브측 배출구(35), 케틀 유입구(36) 및 케틀 배출구(37)는 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 케틀 리보일러 열 교환기 시스템(30)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
본 발명에 따르는 열 교환기 시스템의 설계 항목 및 제조방법은 당 분야의 숙련가에게 익숙하며, 특히 본원에 기재된 설명을 참고로 할 때 더욱 그러하다.
● 응축기
본 발명에 따라 제조된 응축기 또는 응축기 시스템이 제공된다. 보다 상세하게는, 본 발명에 따라 제조된 하나 이상의 부품을 갖는 응축기 시스템이 제공된다. 이러한 응축기 시스템의 부품은 바람직하게는 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 이로써 본 발명을 한정하려는 의도는 없지만, 다음 실시예에서 본 발명에 따르는 열 교환기 시스템의 각종 유형을 예시하였다.
응축기 예 1
도 1을 참고하면, 본 발명에 따르는 응축기는 공급 가스 스트림이 메탄제거탑(11)에 의해 잔사 가스 및 생성물 스트림으로부터 분리되는 메탄제거기 가스 설비(10)에서 사용된다. 이러한 특정 양태에서, 메탄제거탑(11)로부터의 오버헤드는 약 -90℃(-130℉)의 온도에서 리플럭스 응축기 시스템(12)에 의해 리플럭스 축적기(분리기)(15)로 응축된다. 리플럭스 응축기 시스템(12)은 팽창기(13)로부터 기상 배출 스트림과 열을 교환한다. 리플럭스 응축기 시스템(12)은 기본적으로 열 교환기 시스템이며, 바람직하게는 위에서 논의한 유형이다. 특히, 리플럭스 응축기 시스템(12)은 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기[예: 도 2에 도시되어 있고 위에서 논의한 바와 같은 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기(20)]일 수 있다. 다시 도 2를 참고로 하면, 팽창기(13)으로부터의 배출 스트림이 튜브 유입구(26)을 통해 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)에 유입되고 튜브 배출구(27)을 통해 배출되며, 메탄제거탑 오버헤드는 쉘 유입구(28)를 통해 유입되어 쉘 배출구(29)를 통해 배출된다.
응축기 예 2
도 7을 참고하면, 본 발명에 따르는 응축기 시스템(70)은 가압 액화 천연 가스(PLNG ; 용어해설 참고) 또는 통상적인 LNG(용어해설 참고)와 같은 저온 에너지 공급원으로부터 저온 에너지를 사용하여 발전하는 역 란킨 사이클(reverse Rankine)에서 사용된다. 특정 예에서, 발전 유체는 밀폐된 열역학적 주기에서 사용된다. 발전 유체는 가스 상태로 터빈(72)에서 팽창한 다음, 가스로서 응축기 시스템(70)에 공급된다. 발전 유체는 응축기 시스템(70)에서 단일상 액체로서 배출되어 펌프(74)에 의해 펌핑된 후 증기화기(76)에 의해 증기화된 다음, 터빈(72)의 유입구로 복귀한다. 응축기 시스템(70)은 기본적으로 열 교환기 시스템이며, 바람직하게는 위에서 논의한 유형이다. 특히, 응축기 시스템(70)은 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기[예: 도 2에 도시되어 있고 위에서 논의한 바와 같은 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기(20)]일 수 있다.
다시 도 2를 참고로 하면, 응축기 예 1 및 예 2에서, 열 교환기 본체(20a), 채널 커버(21a, 21b), 튜브시트(22), 배기구(23) 및 배플(24)은 바람직하게는 가공되는 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성을 갖고 니켈 함량이 약 3중량% 미만인 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 또한, 바람직하게는, 열 교환기 본체(20a), 채널 커버(21a, 21b), 튜브시트(22), 배기구(23) 및 배플(24)은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 응축기 시스템(70)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
응축기 예 3
도 8을 참고하면, 본 발명에 따르는 응축기는 여러 단계의 압축 사이클로 이루어진 캐스캐이드 냉각 사이클(80)에서 사용된다. 캐스캐이드 냉각 사이클(80) 장치에서 주요 항목은 프로판 압축기(81), 프로판 응축기(82), 에틸렌 압축기(83), 에틸렌 응축기(84), 메탄 압축기(85), 메탄 응축기(86), 메탄 증발기(87) 및 팽창 밸브(88)를 포함한다. 각 단계는 완전한 냉각 사이클에 요구되는 온도 범위에 도달하는 비점을 갖는 일련의 냉각제를 선택함으로써 저온에서 연속적으로 수행된다. 당해 예 3의 캐스캐이드 사이클에서, 3개의 냉각제, 즉 프로판, 에틸렌 및 메탄이 도 8에 지시된 전형적인 온도를 갖는 LNG 공정에서 사용될 수 있다. 당해 예 3에서, 메탄 응축기(86)와 에틸렌 응축기(84)의 모든 부품은 바람직하게는 가공되는 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성을 갖고 니켈 함량이 약 3중량% 미만인 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 또한, 바람직하게는, 메탄 응축기(86)와 에틸렌 응축기(84)의 모든 부품은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 캐스캐이드 냉각 사이클(80)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
본 발명에 따르는 응축기 시스템의 설계 항목 및 제조방법은 당 분야의 숙련가에게 익숙하며, 특히 본원에 기재된 설명을 참고로 할 때 더욱 그러하다.
● 증기화기/증발기
본 발명에 따라 제조된 증기화기/증발기, 또는 증기화기 시스템이 제공된다. 보다 상세하게는, 본 발명에 따라 제조된 하나 이상의 부품을 갖는 증기화기 시스템이 제공된다. 이러한 증기화기 시스템의 부품은 바람직하게는 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 이로써 본 발명을 한정하려는 의도는 없지만, 다음 실시예에서 본 발명에 따르는 증기화기 시스템의 각종 유형을 예시하였다.
증기화기 예 1
당해 예 1에서, 본 발명에 따르는 증기화기 시스템은 가압 LNG(본원에 정의되어 있음) 또는 통상적인 LNG(본원에 정의되어 있음)와 같은 저온 에너지 공급원으로부터 저온 에너지를 사용하여 발전하는 역 란킨 사이클(reverse Rankine)에서 사용된다. 이러한 특정 예에서, 운송 저장 컨테이너로부터의 PLNG 공정 스트림은 증기화기에 의해 완전히 증기화된다. 가열 매질은 역 란킨 사이클과 같은 밀폐된 열역학적 사이클에서 사용되어 발전 작용을 하는 발전 유체일 수 있다. 또한, 가열 매질은 PLNG를 완전히 증기화시키기 위한 개방 루프에 사용되는 단일 유체로 이루어지거나 PLNG를 증기화시킨 다음 이를 주변 온도로 가온시키는 데 사용되는 연속적으로 조금씩 더 높은 동결점을 갖는 여러 개의 상이한 유체로 이루어질 수 있다. 모든 경우, 증기화기는 열 교환기의 기능을 수행하며, 바람직하게는 "열 교환기"란 부제하에 본원에서 상세하게 기술한 유형일 수 있다. 증기화기의 적용 방식 과 가공되는 스트림(들)의 조성 및 특성이 요구되는 열 교환기의 특정 유형을 결정한다. 예를 들면, 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)의 용도가 적용될 수 있는 도 2를 다시 참고로 하면, PLNG와 같은 공정 스트림은 튜브 유입구(26)를 통해 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)에 유입되고 튜브 배출구(27)를 통해 배출되며, 가열 매질은 쉘 유입구(28)를 통해 유입되어 쉘 배출구(29)를 통해 배출된다. 당해 예 1에서, 열 교환기 본체(20a), 채널 커버(21a, 21b), 튜브시트(22), 배기구(23) 및 배플(24)은 바람직하게는 가공되는 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성을 갖고 니켈 함량이 약 3중량% 미만인 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 또한, 바람직하게는, 열 교환기 본체(20a), 채널 커버(21a, 21b), 튜브시트(22), 배기구(23) 및 배플(24)은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 고정 튜브시트상 1회 통과식 열 교환기 시스템(20)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
증기화기 예 2
당해 예 2에서, 본 발명에 따르는 증기화기는 도 9에 도시되어 있는 바와 같이 여러 단계의 압축 사이클로 이루어진 캐스캐이드 냉각 사이클에서 사용된다. 도 9를 참고로 하면, 캐스캐이드 사이클(90)에서 두 단계의 압축 사이클의 각 단계는 완전한 냉각 사이클에 요구되는 온도 범위에 도달하는 비점을 갖는 일련의 냉각제를 선택함으로써 연속적으로 보다 저온에서 수행된다. 캐스캐이드 냉각 사이클(90) 장치에서 주요 항목은 프로판 압축기(92), 프로판 응축기(93), 에틸렌 압축기(94), 에틸렌 응축기(95), 에틸렌 증발기(96) 및 팽창 밸브(97)를 포함한다. 당해 예 2에서, 2개의 냉각제, 즉 프로판 및 에틸렌이 지시된 전형적인 온도를 갖는 PLNG 액화 공정에서 사용될 수 있다. 에틸렌 증발기(96)는 바람직하게는 가공되는 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성을 갖고 니켈 함량이 약 3중량% 미만인 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 또한, 바람직하게는, 에틸렌 증발기(96)의 모든 부품은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 캐스캐이드 냉각 사이클(90)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
본 발명에 따르는 증기화기 시스템의 설계 항목 및 제조방법은 당 분야의 숙련가에게 익숙하며, 특히 본원에 기재된 설명을 참고로 할 때 더욱 그러하다.
● 분리기
니켈 함량이 약 3중량% 미만인 초고강도 저합금 강으로부터 제조(i)되고 가공되는 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성(ii)을 갖는 분리기 또는 분리기 시스템이 제공된다. 보다 특정하게는, 니켈 함량이 약 3중량% 미만인 초고강도 저합금 강으로부터 제조(i)되고 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만(ii))인 분리기 시스템이 제공된다. 바람직하게는, 이러한 분리기 시스템의 부품들은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다. 이로써 본 발명을 한정하려는 의도는 없지만, 다음 예들은 본 발명에 따르는 분리기 시스템을 예시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따르는 분리기 시스템(40)을 도시한 것이다. 한 양태에서, 분리기 시스템(40)은 용기(41), 유입구(42), 액체 배출구(43), 가스 배출구(44), 지지 스커트(45), 액체 수위 제어기(46), 분리 배플(47), 연무 추출기(48) 및 압력 해제 밸브(49)를 포함한다. 한 적용예에서는, 이로써 본 발명이 한정되려는 의도는 없지만, 본 발명에 따르는 분리기 시스템(40)은 팽창기의 응축 액체 업스트림을 제거하기 위해 극저온 가스 설비에서 팽창기 공급물 분리기로서 유리하게 사용된다. 당해 예에서, 용기(41), 유입구(42), 액체 배출구(43), 지지 스커트(45), 연무 추출기 지지체(48) 및 압력 해제 밸브(49)는 바람직하게는 가공되는 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성을 갖고 니켈 함량이 약 3중량% 미만인 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 또한, 바람직하게는, 용기(41), 유입구(42), 액체 배출구(43), 지지 스커트(45), 연무 추출기 지지체(48) 및 분리 배플(47)은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 분리기 시스템(40)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
본 발명에 따르는 분리기 시스템의 설계 항목 및 제조방법은 당 분야의 숙련가에게 익숙하며, 특히 본원에 기재된 설명을 참고로 할 때 더욱 그러하다.
● 공정 탑
본 발명에 따라 제조된 공정 탑 또는 공정 탑 시스템이 제공된다. 바람직하게는, 이러한 공정 탑 시스템의 부품은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조될 수 있다. 이로써 본 발명을 한정하려는 의도는 없지만, 다음 예들은 본 발명에 따르는 공정 탑 시스템의 각종 유형을 예시한 것이다.
공정 탑 예 1
도 11은 본 발명에 따르는 공정 탑 시스템을 도시한 것이다. 한 양태에서, 메탄제거기 공정탑 시스템(110)은 탑(110), 분리기 벨(112), 제1 유입구(113), 제2 유입구(114), 액체 배출구(121), 증기 배출구(115), 리보일러(119) 및 팩킹(120)을 포함한다. 한 적용예에서는, 이로써 본 발명이 한정되려는 의도는 없지만, 본 발명에 따르는 공정 탑 시스템(110)은 기타 응축된 탄화수소로부터 메탄을 제거하기 위해 극저온 가스 설비에서 메탄제거기로서 유리하게 사용된다. 당해 예에서, 탑(110), 분리기 벨(112), 팩킹(120) 및 당해 공정 탑 시스템(110)에서 통상 사용되는 기타 내부 부품은 바람직하게는 가공되는 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성을 갖고 니켈 함량이 약 3중량% 미만인 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 또한, 바람직하게는, 탑(110), 분리기 벨(112), 팩킹(120) 및 당해 공정 탑 시스템(110)에서 통상 사용되는 기타 내부 부품은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 공정 탑 시스템(110)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
공정 탑 예 2
도 12는 본 발명에 따르는 공정 탑 시스템(125)을 도시한 것이다. 당해 예에서, 공정탑 시스템(125)은 메탄으로부터 CO2를 분리시키기 위한 CFZ 공정에서 CFZ 탑으로서 유리하게 사용된다. 당해 예에서, 탑(126), 용융 트레이(127) 및 접촉 트레이(128)는 바람직하게는 가공되는 극저온 유체를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성을 갖고 니켈 함량이 약 3중량% 미만인 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 또한, 바람직하게는, 탑(126), 용융 트레이(127) 및 접촉 트레이(128)는 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 공정 탑 시스템(125)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
본 발명에 따르는 공정 탑 시스템의 설계 항목 및 제조방법은 당 분야의 숙련가에게 익숙하며, 특히 본원에 기재된 설명을 참고로 할 때 더욱 그러하다.
● 펌프 부품 및 시스템
본 발명에 따라 제조된 펌프 또는 펌프 시스템이 제공된다. 바람직하게는, 이러한 펌프 시스템의 부품은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조될 수 있다. 이로써 본 발명을 한정하려는 의도는 없지만, 다음 예들은 본 발명에 따르는 펌프 시스템을 예시한 것이다.
이제 도 10을 참고로 하면, 펌프 시스템(100)이 본 발명에 따라 제조된다. 펌프 시스템(100)은 사실상 원통형인 부품과 판형 부품으로부터 제조된다. 극저온 유체가 유입구 플랜지(102)에 부착된 파이프로부터 원통형 유체 유입구(101)에 도입된다. 극저온 유체가 원통형 케이싱(103) 내부에서 펌프 유입구(104)로 유동하여 다단계 펌프(105)로 도입되고, 여기서 압력 에너지를 증가시킨다. 다단계 펌프(105)와 구동 샤프트(106)가 원통형 베어링 및 펌프 지지체 하우징(도 10에 도시되지 않음)에 의해 지지된다. 극저온 유체는 유체 배출구 플랜지(109)에 부착된 파이프 속의 유체 출구(108)를 통해 펌프 시스템(100)을 떠난다. 전기 모터(도 10에 도시되지 않음)와 같은 구동 수단은 구동 탑재형 플랜지(210)에 탑재되고 구동 커플링(211)을 통해 펌프 시스템(100)에 부착된다. 구동 탑재형 플랜지(210)은 원통형 커플링 하우징(212)에 의해 지지된다. 당해 예에서, 펌프 시스템(100)을 파이프 프랜지들(도 10에 도시되지 않음) 사이에 탑재하되, 탱크 또는 용기 중의 잠수 펌프 시스템(100)과 같은 기타 탑재 시스템이 또한 적용 가능하여, 극저온 액체가 접속 파이프 없이 유체 유입구(101)에 직접 도입될 수 있다. 또한, 펌프 시스템(100)은 다른 하우징 또는 "펌프 포트"에 설치하고, 여기서 유체 유입구(101)와 유체 배출구(108)를 펌프 포트에 접속시키고, 펌프 시스템(100)이 유지 또는 보수시 용이하게 제거될 수 있도록 한다. 당해 예에서, 펌프 케이싱(213), 유입구 플랜지(102), 구동 커플링 하우징(212), 구동 탑재 플랜지(210), 탑재 플랜지(214), 펌프 말단 판(215), 및 펌프 및 베어링 지지 하우징(217)은 모두 바람직하게는 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 또한, 펌프 케이싱(213), 유입구 플랜지(102), 구동 커플링 하우징(212), 구동 탑재 플랜지(210), 탑재 플랜지(214), 펌프 말단 판(215), 및 펌프 및 베어링 지지 하우징(217)은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 펌프 시스템(100)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
본 발명에 따르는 펌프 부품 및 시스템의 설계 항목 및 제조방법은 당 분야의 숙련가에게 익숙하며, 특히 본원에 기재된 설명을 참고로 할 때 더욱 그러하다.
● 연소 부품 및 시스템
본 발명에 따라 제조된 연소 부품 및 연소 시스템이 제공된다. 바람직하게는, 이러한 연소 시스템의 부품은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조될 수 있다. 이로써 본 발명을 한정하려는 의도는 없지만, 다음 예들은 본 발명에 따르는 펌프 시스템을 예시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따르는 연소 시스템(50)을 도시한 것이다. 한 양태에 있어서, 연소 시스템(50)은 블로우다운 밸브(56), 파이핑[예: 측면 라인(53), 수집 헤더 라인(52) 및 연소 라인(51)], 연소 스크러버(54), 연소 스택 또는 붐(55), 액체 배수 라인(57), 배수 펌프(58), 배수 밸브(59) 및 보조장치(도 5에 도시되지 않음)[예: 점화기 및 퍼지 가스]를 포함한다. 연소 시스템(50)은 전형적으로 가공 조건으로 인해 극저온 상태에 있으며 연소 시스템(50)에 대한 압력 제거시, 즉 압력 제거 밸브 또는 블로우다운 밸브(56)를 통한 큰폭의 압력 강하가 이루어지는 경우 극저온으로 냉각되는 연소성 유체를 취급한다. 연소 라인(51), 수집 헤더 라인(52), 측면 라인(53), 연소 스크러버(54), 및 연소 시스템(50)에 노출되는 추가의 관련 파이핑 또는 시스템은 모두 바람직하게는 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 또한, 바람직하게는 연소 라인(51), 수집 헤더 라인(52), 측면 라인(53), 연소 스크러버(54), 및 연소 시스템(50)에 노출되는 추가의 관련 파이핑 또는 시스템은 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 연소 시스템(50)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
본 발명에 따르는 연소 부품 및 시스템의 설계 항목 및 제조방법은 당 분야의 숙련가에게 익숙하며, 특히 본원에 기재된 설명을 참고로 할 때 더욱 그러하다.
위에서 논의한 바와 같은 본 발명의 기타 이점 이외에도, 본 발명에 따라 제조된 연소 시스템은 압력 제거 속도가 높은 연소 시스템에서 발생할 수 있는 진동에 대한 내성이 우수하다.
극저온 유체를 저장하기 위한 컨테이너
인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된 컨테이너가 제공된다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금 강은 니켈을 약 7중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 5중량% 미만 함유한다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금 강은 인장 강도가 860MPa(125ksi) 초과, 보다 바람직하게는 약 900MPa(130ksi) 초과이다. 이보다 더 바람직하게는, 본 발명의 컨테이너는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 약 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된다. 이러한 컨테이너는 바람직하게는 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다.
위에서 논의한 바와 같은 본 발명의 다른 이점, 즉 운송, 취급 및 하부구조 요건에 있어서의 절감과 함께 전체 중량의 감소와 같은 이점 이외에도, 본 발명의 저장 컨테이너의 우수한 극저온 인성은 식품 및 음료 산업에서 사용되는 CO2를 저장하기 위한 실린더와 같은 재충전을 위해 자주 취급되고 운송되는 실린더에 있어서 특히 유리하다. 최근, 저온에서 CO2를 대량 판매하는 것이 압축 가스의 고압을 방지할 수 있다는 산업 계획이 공표되어 있다. 본 발명에 따르는 저장 컨테이너 및 실린더는 최적화된 조건에서 액화 CO2를 저장 및 운송하는 데 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따르는 극저온 유체를 저장하기 위한 컨테이너의 설계 항목 및 제조방법은 당 분야의 숙련가에게 익숙하며, 특히 본원에 기재된 설명을 참고로 할 때 더욱 그러하다.
파이프
인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된 파이프를 포함하는 유동라인 배급 네트웍 시스템이 제공된다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금 강은 니켈을 약 7중량% 미만, 보다 바람직하게는 약 5중량% 미만 함유한다. 바람직하게는, 당해 초고강도 저합금 강은 인장 강도가 860MPa(125ksi)를 초과하고, 보다 바람직하게는 약 900MPa(130ksi)를 초과한다. 이보다 더 바람직하게는, 본 발명의 유동라인 배급 네트웍 시스템 파이프는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된다. 이러한 파이프는 바람직하게는 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다.
도 6은 본 발명에 따르는 유동라인 배급 네트웍 시스템(60)을 도시한다. 한 양태에서, 유동라인 배급 네트웍 시스템(60)은 파이핑[예: 1차 배급 파이프(61), 2차 배급 파이프(62) 및 3차 배급 파이프(63)], 주요 저장 컨테이너(64) 및 종착지의 저장 컨테이너(65)를 포함한다. 주요 저장 컨테이너(64) 및 종착지의 저장 컨테이너(65)는 모두 극저온 서비스를 위해 설계된다. 즉, 적합한 절연 처리가 이루어진다. 임의의 적합한 절연 유형이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 이로써 본 발명이 한정되지는 않지만, 고진공 절연, 팽창된 발포체, 가스 충전 분말 및 섬유상 재료, 배기된 분말 또는 다층 절연이 사용될 수 있다. 적합한 절연 유형의 선택은 성능 요건에 따라 좌우되며, 이는 극저온 공학 분야의 숙련가에게 익숙하다. 주요 저장 컨테이너(64), 파이핑[예: 1차 배급 파이프(61), 2차 배급 파이프(62) 및 3차 배급 파이프(63)] 및 종착지의 저장 컨테이너(65)는 바람직하게는 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조되며, 보다 바람직하게는 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 3중량% 미만 함유하는 강으로부터 제조된다. 추가로, 주요 저장 컨테이너(64), 파이핑[예: 1차 배급 파이프(61), 2차 배급 파이프(62) 및 3차 배급 파이프(63)] 및 종착지의 저장 컨테이너(65)는 바람직하게는 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강으로부터 제조된다. 배급 네트웍 시스템(60)의 기타 부품 또한 본원에 기술된 우수한 극저온 인성을 갖는 초고강도 저합금 강 또는 기타 적합한 재료로부터 제조될 수 있다.
유동라인 배급 네트웍 시스템을 통해 극저온 조건에서 사용되는 유체를 배급하는 것이 가능해짐에 따라, 당해 유체를 유조선 또는 철로로 운송하는 경우에 비해 필요한 원위치 저장 컨테이너가 적어진다. 기본적인 이점은 가압 극저온 유체를 주기적으로 배급하지 않고 지속적으로 배급한다는 사실로 인해 이들 유체를 저장할 필요가 감소된다는 점이다.
본 발명에 따르는 극저온 유체의 유동라인 배급 네트웍 시스템의 파이프의 설계 항목 및 제조방법은 당 분야의 숙련가에게 익숙하며, 특히 본원에 기재된 설명을 참고로 할 때 더욱 그러하다.
본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프는 대기압에서 가압 극저온 유체 또는 극저온 유체를 내장 및 운송하는데 유리하게 사용된다. 추가로, 본 발명의 공정 부품, 컨테이너 및 파이프는 극저온 상태가 아닌 가압 유체를 내장 및 운송하는데에도 유리하게 사용된다.
전술한 발명은 하나 이상의 바람직한 양태의 견지에서 기술되었지만, 기타 변형이 후술되는 청구범위에 나타낸 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 이루어질 수 있음을 이해해야 한다.
용어해설:
Ac1변태 온도: 오스테나이트가 가열 동안 형성되기 시작하는 온도;
Ac3변태 온도: 페라이트의 오스테나이트로의 변태가 가열 동안 완결되는 온도;
Ar1변태 온도: 오스테나이트의 페라이트로의 또는 페라이트 및 시멘타이트로의 변태가 냉각 동안 완결되는 온도;
Ar3변태 온도: 오스테나이트가 냉각 동안 페라이트로 변태되기 시작하는 온도;
CFZ: 제어 냉각대;
통상적인 LNG: 약 대기압 및 약 -162℃(-260℉)에서의 액화 천연 가스;
냉각 속도: 판 두께의 중앙, 또는 거의 중앙에서의 냉각 속도;
극저온: 약 -40℃(-40℉) 이하의 온도;
CTOD: 균열 말단 개방 변위;
DBTT(연성-취성 전이 온도): 구조적인 강에서 2개의 파괴 양식을 나타내며; DBTT 이하의 온도에서, 저에너지 균열(취성) 파괴에 의해 내장 실패가 발생하는 경향이 있는 반면, DBTT 이상의 온도에서, 고에너지 연성 파괴에 의해 내장 실패가 발생하는 경향이 있다;
필수적으로: 실질적으로 100용적%;
GMAW: 가스 금속 아크 용접;
경화 입자: 하나 이상의 ε-구리, Mo2C, 또는 니오브 및 바나듐의 카바이드 및 카보니트라이드;
HAZ: 열 영향대;
임계간 온도 범위: 가열시의 약 Ac1변태 온도 내지 약 Ac3변태 온도, 및 냉각시의 약 Ar3변태 온도 내지 약 Ar1변태 온도;
KIC: 임계 응력 강도 계수;
kJ: 킬로주울;
저합금 강: 철과 총 합금 부가물 약 10중량% 미만을 함유하는 강;
MA: 마르텐사이트-오스테나이트;
최대 허용 가능한 흠 크기: 임계 흠 길이 및 깊이;
Mo2C: 몰리브덴 카바이드 형태;
Ms변태 온도: 냉각 동안 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태되기 시작하는 온도;
가압 액화 천연 가스(PLNG): 약 1035kPa(150psia) 내지 약 7590kPa(1100psia)의 압력 및 약 -123℃(-190℉) 내지 약 -62℃(-80℉)의 온도에서의 액화 천연 가스 ;
ppm: 백만분의 1
주로: 약 50용적% 이상;
급냉: 공기 냉각에 반대하여, 강의 냉각 속도를 증가시키는 경향에 대해 선택된 유체를 사용하는 임의의 수단에 의한 가속 냉각;
급냉 중지 온도: 판의 중간 두께로부터 전달된 열로 인해, 급냉을 중지한 후, 판의 표면에 도달된 최고 또는 거의 최고 온도;
QST: 급냉 중지 온도;
슬랩: 임의의 치수를 갖는 강편;
인장 강도: 인장 시험에서, 원래 단면적에 대한 최대 부하 비율;
TIG 용접: 텅스텐 불활성 가스 용접;
Tnr온도: 오스테나이트가 재결정화되지 않는 온도 이하;
USPTO: 미국 특허 상표청; 및
용접부: (i) 용접 금속, (ii) 열 영향대(HAZ) 및 (iii) HAZ의 "인접"에서의 베이스 금속을 포함하는 용접된 접합부. HAZ의 "인접"내인 것으로 간주되어서 용접부의 일부인 베이스 금속 부분은 당해 기술분야의 숙련가에게 공지된 인자, 예를 들면, 이로서 제한되는 것은 아니나, 용접부의 넓이, 용접되는 품목의 크기, 품목을 제조하는데 요구되는 용접부의 개수 및 용접부간의 거리에 따라 다양하다.

Claims (30)

  1. 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된, 가압 극저온 유체를 내장하기에 적합한 열 교환기.
  2. 제1항에 있어서, 열 교환기 본체, 제1 채널 커버, 제2 채널 커버, 튜브시트, 배기구 및 다수의 배플을 포함하는 열 교환기.
  3. 제2항에 있어서, 열 교환기 본체, 제1 채널 커버, 제2 채널 커버, 튜브시트, 배기구 및 다수의 배플이 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 약 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조되는 열 교환기.
  4. 제1항에 있어서, 가압 극저온 유체가, 압력이 약 1035kPa(150psia) 내지 약 7590kPa(1100psia)이고 온도가 약 -123℃(-190℉) 내지 약 -62℃(-80℉)인 가압 액화 천연 가스인 열 교환기.
  5. 니켈 함량이 9중량% 미만인 초고강도 저합금 강으로부터 제조(i)되고 압력이 약 1725kPa(250psi) 내지 약 4830kPa(700psia)이고 온도가 -112℃(-170℉) 내지 약 -79℃(-110℉)인 가압 액화 천연 가스를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성(ii)을 갖는, 압력이 약 1725kPa(250psi) 내지 약 4830kPa(700psia)이고 온도가 -112℃(-170℉) 내지 약 -79℃(-110℉)인 가압 액화 천연 가스를 내장하기에 적합한 열 교환기.
  6. 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된, 가압 극저온 유체를 내장하기에 적합한 응축기 시스템.
  7. 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된, 가압 극저온 유체를 내장하기에 적합한 증기화기 시스템.
  8. 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된, 가압 극저온 유체를 내장하기에 적합한 분리기 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 용기, 유입구, 액체 배출구, 지지체 스커트, 다수의 연무 추출기 지지체 및 하나 이상의 분리 배플을 포함하는 분리기 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 용기, 유입구, 액체 배출구, 지지체 스커트, 다수의 연무 추출기 지지체 및 하나 이상의 분리 배플이 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 약 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조되는 분리기 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 가압 극저온 유체가, 압력이 약 1035kPa(150psia) 내지 약 7590kPa(1100psia)이고 온도가 약 -123℃(-190℉) 내지 약 -62℃(-80℉)인 가압 액화 천연 가스인 분리기 시스템.
  12. 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된, 가압 극저온 유체를 내장하기에 적합한 공정 탑 시스템(process column system).
  13. 제12항에 있어서, 탑, 분리기 벨 및 팩킹을 포함하는 공정 탑 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 탑, 분리기 벨 및 팩킹이 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 약 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조되는 공정 탑 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 가압 극저온 유체가, 압력이 약 1035kPa(150psia) 내지 약 7590kPa(1100psia)이고 온도가 약 -123℃(-190℉) 내지 약 -62℃(-80℉)인 가압 액화 천연 가스인 공정 탑 시스템.
  16. 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된, 가압 극저온 유체를 내장하기에 적합한 펌프 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 펌프 케이싱, 유입구 플랜지, 구동 커플링 하우징, 구동 탑재 플랜지, 탑재 플랜지, 펌프 말단 판, 및 펌프 및 베어링 지지 하우징을 포함하는 펌프 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 펌프 케이싱, 유입구 플랜지, 구동 커플링 하우징, 구동 탑재 플랜지, 탑재 플랜지, 펌프 말단 판, 및 펌프 및 베어링 지지 하우징이 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 약 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조되는 펌프 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 가압 극저온 유체가, 압력이 약 1035kPa(150psia) 내지 약 7590kPa(1100psia)이고 온도가 약 -123℃(-190℉) 내지 약 -62℃(-80℉)인 가압 액화 천연 가스인 펌프 시스템.
  20. 니켈 함량이 9중량% 미만인 초고강도 저합금 강으로부터 제조(i)되고 압력이 약 1725kPa(250psi) 내지 약 4830kPa(700psia)이고 온도가 -112℃(-170℉) 내지 약 -79℃(-110℉)인 가압 액화 천연 가스를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성(ii)을 갖는, 압력이 약 1725kPa(250psi) 내지 약 4830kPa(700psia)이고 온도가 -112℃(-170℉) 내지 약 -79℃(-110℉)인 가압 액화 천연 가스를 내장하기에 적합한 펌프 시스템.
  21. 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된, 가압 극저온 유체를 내장하기에 적합한 연소 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 연소 라인, 수집 헤더 라인, 측면 라인 및 연소 스크러버를 포함하는 연소 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 연소 라인, 수집 헤더 라인, 측면 라인 및 연소 스크러버가 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 약 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조되는 연소 시스템.
  24. 제21항에 있어서, 가압 극저온 유체가, 압력이 약 1035kPa(150psia) 내지 약 7590kPa(1100psia)이고 온도가 약 -123℃(-190℉) 내지 약 -62℃(-80℉)인 가압 액화 천연 가스인 연소 시스템.
  25. 니켈 함량이 9중량% 미만인 초고강도 저합금 강으로부터 제조(i)되고 압력이 약 1725kPa(250psi) 내지 약 4830kPa(700psia)이고 온도가 -112℃(-170℉) 내지 약 -79℃(-110℉)인 가압 액화 천연 가스를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성(ii)을 갖는, 압력이 약 1725kPa(250psi) 내지 약 4830kPa(700psia)이고 온도가 -112℃(-170℉) 내지 약 -79℃(-110℉)인 가압 액화 천연 가스를 내장하기에 적합한 연소 시스템.
  26. 인장 강도가 830MPa(120ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 9중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조된, 가압 극저온 유체를 배급하기 위한 유동라인 배급 네트웍 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 주요 저장 컨테이너, 하나 이상의 1차 배급 파이프 및 하나 이상의 종착지 저장 컨테이너를 포함하는 유동라인 배급 네트웍 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 주요 저장 컨테이너, 하나 이상의 1차 배급 파이프 및 하나 이상의 종착지 저장 컨테이너가 인장 강도가 1000MPa(145ksi)를 초과하고 DBTT가 약 -73℃(-100℉) 미만이며 니켈을 약 3중량% 미만 함유하는 초고강도 저합금 강을 포함하는 재료로부터 제조되는 유동라인 배급 네트웍 시스템.
  29. 제26항에 있어서, 가압 극저온 유체가, 압력이 약 1035kPa(150psia) 내지 약 7590kPa(1100psia)이고 온도가 약 -123℃(-190℉) 내지 약 -62℃(-80℉)인 가압 액화 천연 가스인 유동라인 배급 네트웍 시스템.
  30. 니켈 함량이 9중량% 미만인 초고강도 저합금 강으로부터 제조(i)되고 압력이 약 1725kPa(250psi) 내지 약 4830kPa(700psia)이고 온도가 -112℃(-170℉) 내지 약 -79℃(-110℉)인 가압 액화 천연 가스를 내장하기에 충분한 강도와 파단 인성(ii)을 갖는, 압력이 약 1725kPa(250psi) 내지 약 4830kPa(700psia)이고 온도가 -112℃(-170℉) 내지 약 -79℃(-110℉)인 가압 액화 천연 가스를 내장하기에 적합한 유동라인 배급 네트웍 시스템.
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