KR930011627B1

KR930011627B1 - 내 수소유기 균열 특성을 갖는 원유 또는 천연가스 수송용강관 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR930011627B1
Application number: KR1019910014686A
Authority: KR
Inventors: 이윤형
Original assignee: 주식회사 부산파이프; 이윤형
Priority date: 1991-08-24
Filing date: 1991-08-24
Publication date: 1993-12-16
Also published as: KR930004493A

Abstract

내용 없음.

Description

내 수소유기 균열 특성을 갖는 원유 또는 천연가스 수송용강관 및 그 제조방법

제1도는 본 발명의 제조공정에 따른 개략적인 장치도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 강관제조기 2 : 공기분사장치

3 : 무산화 분위기 제공장치 4 : 관성형부

5 : 원자재(강판) 6 : 강관

7 : 열처리장치 A : 용접부위

본 발명은 원유 또는 천연가스를 수송하는 강관에 관한 것으로, 특히 그 사용용도에 따른 특이성에 의해 H₂S, CO₂와 같은 산화가스(Sour Gas) 분위기에 노출되어 사용됨에 따라 수송용 강관에서의 수소유기 균열(Hydrogen Cracking)에 의한 여러 형태의 배관사고 발생을 억제 및 방지를 도모하기 위해 강관의 합금조성과 특이한 제조공정을 발명하게 된 내 수소유기균열(Hydrogen Induced Cracking) 특성을 갖는 원유 또는 천연가스 수송용 강관 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 원유 또는 천연가스를 수송하는데 전용하여 사용되는 강관은 수송의 대상물에 의해 H₂S, CO₂와 같은 형태의 산화가스 분위기 상태에서 사용된다는 용도의 특이성을 지닌다.

이와 같은 강관을 원유 또는 천연가스 수송을 위한 용접가공에 의해 제조하게 되는 경우 용접가공에 의한 용접부 냉각과정에서 문제의 수소유기균열에 민감성이 높은 베이타이트(Bainite) 조직, 마르텐사이트(Martensite) 조직과 같은 저온변태 조직을 지님으로써 강관의 용접부에서 강관의 모재 부위보다 수소유기균열이 민감하게 발생되는 결점이 있다.

한편, 이와 같은 수소유기균열 발생방지 및 억제를 위한 방법으로서는 ＂부식억제법＂과 ＂재질개선법＂이 있으며, 부식억제법의 경우는;

① 강관표면에 에폭시코팅, 폴리에틸렌코팅 등을 시행하는 방법

② 강관내(內) 유체의 pH조절방법

③ H₂S 이온화방지법

④ 강관 내면에 부식억제제 투입방법 등에 있으며, 재질개선 방법의 경우는;

① 강관표면에 보호막을 형성시켜 강내부로 흡수되는 수소량을 줄이기 위한 Cu, Ni 첨가방법

② 균열 생성핵으로 작용하는 개재물 생성을 억제하기 위한 강(鋼)중의 S함량 저감방법

③ 균열 전파 방지를 위하여 제강 후 연주시 EMS(Electro Magnetic Stirring)을 실시하여 Mn과 P의 중심편석을 줄이는 방법 등이 소개되고 있다.

이와 같은 여러 방법들이 소개되고 있으나 내 수소유기균열 증대와 부식방지 효과를 증대시키는데 한계가 있을 뿐 아니라 일부 방법은 제조단가 상승요인이 되는 제반 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 원유 또는 천연가스 수송용 강관이라는 적용분야에 특이성을 고려하여 용접가공시 비금속 개재물 생성억제를 위해 조건을 갖는 가공단위 공정에 적용되는 새로운 용접강관 제조방법과, 내(耐) 수소유기균열 특성을 갖는 새로운 합금조성을 갖는 강관재(材)을 발명하게 된 것으로서 그 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의해 결정된 용접강관의 합금조성과 종래 일반적으로 사용되고 있는 용접강관의 합금조성을 보면 표 1과 같다.

[표 1]

상기 표 1과 같이 대비되는 바와 같이 본 발명에 의한 합금조성에서 관리대상이 된 화학성분의 함량결정 이유 및 그 특징은 다음과 같다.

· P의 경우는 강중에 함유하는 Mn편석이 나타나는 편석대에서 Mn과 함께 편석되어 편석대의 경도를 높이게 되므로서 경도증가는 수소유기 균열의 민감성이 높은 것으로서 max 0.025중량%로 낮게 관리하여 수소유기균열의 전파방지를 할 수 있도록 결정된 함량이다.

· S의 경우는 강중에서 높은 함량을 지니며 내식성, 인성을 저하시켜며, 특히 MnS 비금속 개재물 생성이 많아져 수소유기 균열전파의 핵으로서 역할을 하게 되므로 본 발명에서 S를 최대한 규제할수록 수소유기 균열을 억제할 수 있으나, 현재 제강기술 수준과 경제성을 고려하여 max 0.005중량%로 규제 관리하게 되었다.

· Cu의 경우는 본 발명의 강관소재에서 보호피막을 형성하는 특성에 따른 보호피막에 의해 수소유기 균열을 가져오는 강 내부로 수소흡수량을 줄이는 역할과 내식성 증대를 위해 여러 시험을 통해 최적절한 량 0.001-0.30중량%로 한정하게 되었다.

· Ca의 경우는 강(鋼) 중의 S함량을 저감시키는 역할과, 또한 제강시 완전탈산에 따른 연신된 비금속 개재물을 구상화시켜 수소유기 균열발생 민감도를 낮추는 역할을 하는 것으로서 가장 적절한 량 0.001-0.0080중량%로 결정하게 된 것이다.

이와 같은 본 발명에 의한 새로운 합금조성은 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 일부 화학성분의 새로운 첨가 내지는 함량조절에 의해 결정되어짐과 종래 합금조성과 대조를 이루게 되고, 또한 상기한 본 발명의 합금조성을 결정하기까지의 배경에서 확인할 수 있는 바와 같이 내(耐) 수소유기 균열특성을 갖는 소재로서의 만족하게 된 것이다.

한편, 본 발명에서 여러 실시예를 통해 결정되어진 상기의 합금조성으로 된 강재(鋼材)을 이용하여 강관을 용접가공으로 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

도면은 본 발명에 의한 용접강관의 제조공정을 개략적으로 도시한 장치배치도로서, 부호(1)번은 강관제조기를 표시한 것으로서 강관(6)을 제조하는데 사용되는 원자재(강판)(5)를 상기 강관제조기(1)를 통과시키게 되면 점차적으로 관(管) 형태로 성형되면서 관성형부(4)에서 용접가공으로 강관제조가 완료되는 일반 형태이다. 여기서 본 발명에서는 강관제조기(1)를 통과하면서 용접가공으로 최종 강관제조성형이 완료되는 강관성형부(4)를 통과하기 직전의 공정에 강관제조기(1)를 통과하는 과정에서 용접하고자 하는 부위에 발행할 수 있는 이물질, 외부로부터 접근될 수 있는 불순물, 원자재에 붙어 있는 불순물들을 제거 내지는 접근되는 것을 방지하는 수단으로 공기분사장치(2)를 구비함과, 그 직후 공정위치에 해당하는 관성형부(4)에서의 용접가공이 실행되는 영역에 대해 무산화 분위기를 제공하기 위한 무산화 분위기 제공장치(3)를 배치 부설하여 무산화가스인 질소 또는 아르곤가스를 분산하여 용접부에서의 열적작용에 의한 비금속 개재물 생성을 억제토록 하는 한편, 상기 관성형부(4)를 통과하여 용접가공에 의해 강관형태 제조가 완료된 강관의 용접부위(A)에 대해 용접가공시 열적작용으로 수소유기균열 생성에 민감한 금속조직으로 변화되어 있는 상태의 것을 수소유기균열 생성이 일어나지 않는 금속조직(폐라이트+퍼얼라이드) 제공하기 위한 용접부 열처리장치(7)를 배치 부설하여서 된 것이다. 이와 같은 일련의 용접강관 제조장치의 개략적인 배치관계는 도면에서 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기와 같은 제조장치에 의한 일련의 제조공정에서 제조된 용접강관(6)으로부터 내수소유기 균열특성을 부여하기 위해서는 무산화 분위기 제공장치(3)에서 무산화가스인 질소 또는 아르곤가스를 3-6Kg/㎠ 압력으로 분사토록 유지함에 따라 적절한 용접분위기를 제공하는 것으로 나타났다. 그리고, 용접가공된 용접부에서는 열적작용과 냉각과정에서 수소유기 균열에 민감한 베이나이트조직 내지는 마르텐사이트 조직과 같은 저온 변태 조직으로 변화됨을 확인할 수 있어 이러한 수소유기균열에 민감한 금속조직이 생성되지 않도록 하기 위하여 A₃변태점 이상 온도인 890-980℃로 가열한 다음 노말라이징(Normalizing) 처리하여 용접부위(A)에 대해 수소유기 균일생성이 일어나지 않는 금속조직에 해당하는 균일한 페라이트(ferrite)+퍼얼라이트(Pearlite) 조직이 되게 하였다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 원유 또는 천연가스 수송용 강관이라는 특정분야에서 전용하여 사용하는 강관에서 배관사고의 주요인으로 작용되는 수소유기균열(Hydrogen Cracking)을 방자하기 위하여 표 1과 같은 재질개선법에 해당하는 화학성분의 첨가 및 조절에 의한 새로운 합금조성과 함께 그 제조공정에서 용접가공이라는 필연적인 가공단위공정에 의한 용접부위(A)에서의 금속조직 변화에 의한 수소유기 균열생성에 민감한 상태에서 놓여지는 금속조직 내지 용접 분위기 제공을 방지하기 위해 공기분사장치(Air Blowing System)와 용접가공시 무산화 분위기 제공하는 수단과, 제조완료된 강관의 용접부위에 대한 노말라이징(Normalizing) 처리하여 강관제조를 완료하게 되므로서 원유 및 천연가스 수송을 위한 전용의 강관으로서 최소한 수소유기 균열에 의한 제반 배관사고 발생을 방지함과 강관의 수명을 연장시키게 된 새로운 강관을 제공하게 된 것이다.

Claims

강관을 제조를 위한 용접가공 직전의 공정에 용접대상부위의 이물질 제거를 위한 공기분사공정과, 상기 용접가공시 무산화용접 분위기를 제공하기 위한 무산화 가스를 용접가공영역에 분사하는 공정과, 용접가공된 강관의 용접부위에 대해 균일화 페라이트+퍼얼라이트 금속조직을 갖도록 하는 열처리공정을 거쳐 제조완료하게 되는 일련의 제조공정을 특징으로 하는 내 수소유기 균열특성을 갖는 원유 또는 천연가스 수송용 강관의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 용접가공영역에 질소 또는 아르곤가스를 3-6Kg/㎠ 압력으로 분사하여 무산화 분위기를 제공하게 됨을 특징으로 하는 내 수소유기균열 특성을 갖는 원유 또는 천연가스 수송용 강관의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 용접가공된 강관의 용접부위에 대해 A₃변태점이상 890-980℃로 가열한 다음 노말라이징(Normalizing) 처리함을 특징으로 하는 내수소유기균열 특성을 갖는 원유 또는 천연가스 수송용 강관의 제조방법.
C 0.30% 이하, Si 0.35% 이하, Mn 1.60% 이하, P 0.025% 이하, S 0.005% 이하, Nb 0.010-0.060%, V 0.010-0.050%, Al 0.010-0.050%, Cu 0.001-0.30%, Ca 0.001-0.008%(단위 : 중량%임)와 기타의 불가피 불순물을 포함한 Fe의 합금조성을 특징으로 하는 내 수소유기균열 특성을 갖는 원유 또는 천연가스 수송용 강관.