내부식 보증용 후육 강관개발api ( ) 최종보고서 - itfind · 2011-12-20 · - 2 - 제...

내부식 보증용 후육 강관개발내부식 보증용 후육 강관개발내부식 보증용 후육 강관개발내부식 보증용 후육 강관개발APIAPIAPIAPI

최종보고서최종보고서최종보고서최종보고서( )( )( )( )

2004 . 8 .2004 . 8 .2004 . 8 .2004 . 8 .

주관기관주관기관주관기관주관기관 :::: 주 창원밴딩주 창원밴딩주 창원밴딩주 창원밴딩( )( )( )( )위탁기관위탁기관위탁기관위탁기관 :::: 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

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제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하ㆍㆍㆍㆍ

본 보고서를 내부식 보증용 후육 강관 개발 에 관한 신뢰성향상 지원 개발기" API " (

간 과제의 최종보고서로 제출합니다:2003. 7. 1.~2004. 6. 30.) .

2004. 8. .2004. 8. .2004. 8. .2004. 8. .

주관기관명주관기관명주관기관명주관기관명 :::: 주 창원밴딩주 창원밴딩주 창원밴딩주 창원밴딩( )( )( )( )

주관책임자주관책임자주관책임자주관책임자 :::: 이 준이 준이 준이 준

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 이 병 규이 병 규이 병 규이 병 규

위탁기관명위탁기관명위탁기관명위탁기관명 :::: 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 김 희 진김 희 진김 희 진김 희 진

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 유 회 수유 회 수유 회 수유 회 수

연 구 원연 구 원연 구 원연 구 원 :::: 김 가 희김 가 희김 가 희김 가 희

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목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 연구배경제 절 연구배경제 절 연구배경제 절 연구배경1111

제 절 배관 재료 및 강관 사양 변화 추세제 절 배관 재료 및 강관 사양 변화 추세제 절 배관 재료 및 강관 사양 변화 추세제 절 배관 재료 및 강관 사양 변화 추세2 PNG2 PNG2 PNG2 PNG

제 절 국내 외 강관업체 기술 비교제 절 국내 외 강관업체 기술 비교제 절 국내 외 강관업체 기술 비교제 절 국내 외 강관업체 기술 비교3333

제 절 향후 세계 시장수요 분석제 절 향후 세계 시장수요 분석제 절 향후 세계 시장수요 분석제 절 향후 세계 시장수요 분석4444

제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용2222

제 절 연구목표 설정 배경제 절 연구목표 설정 배경제 절 연구목표 설정 배경제 절 연구목표 설정 배경1111

제 절 정량적 최종목표제 절 정량적 최종목표제 절 정량적 최종목표제 절 정량적 최종목표2222

제 절 연구 내용제 절 연구 내용제 절 연구 내용제 절 연구 내용3333

제 장 용접시험편 제작제 장 용접시험편 제작제 장 용접시험편 제작제 장 용접시험편 제작3333

제 절 시험편 제작용 강판제 절 시험편 제작용 강판제 절 시험편 제작용 강판제 절 시험편 제작용 강판1111

제 절 용접시험편 제작제 절 용접시험편 제작제 절 용접시험편 제작제 절 용접시험편 제작2222

제 절 미세 조직 분석제 절 미세 조직 분석제 절 미세 조직 분석제 절 미세 조직 분석3333

제 절 비금속 개재물 분석제 절 비금속 개재물 분석제 절 비금속 개재물 분석제 절 비금속 개재물 분석4444

제 장 용접부 물성제 장 용접부 물성제 장 용접부 물성제 장 용접부 물성4444

제 절 인장 시험제 절 인장 시험제 절 인장 시험제 절 인장 시험1111

제 절 경도시험제 절 경도시험제 절 경도시험제 절 경도시험2222

제 절 충격 시험제 절 충격 시험제 절 충격 시험제 절 충격 시험3333

제 절 굽힘 시험제 절 굽힘 시험제 절 굽힘 시험제 절 굽힘 시험4444

제 장 내 수소유기균열 저항성 평가제 장 내 수소유기균열 저항성 평가제 장 내 수소유기균열 저항성 평가제 장 내 수소유기균열 저항성 평가5555

제 절 시험의 개요제 절 시험의 개요제 절 시험의 개요제 절 시험의 개요1111

제 절 시험결과제 절 시험결과제 절 시험결과제 절 시험결과2 HIC2 HIC2 HIC2 HIC

제 절 인증 여부 판단제 절 인증 여부 판단제 절 인증 여부 판단제 절 인증 여부 판단3333

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제 장 내황화수소 응력부식균열 저항성 평가제 장 내황화수소 응력부식균열 저항성 평가제 장 내황화수소 응력부식균열 저항성 평가제 장 내황화수소 응력부식균열 저항성 평가6666

제 절 에 의한 평가제 절 에 의한 평가제 절 에 의한 평가제 절 에 의한 평가1 Constant Load Test(CLT)1 Constant Load Test(CLT)1 Constant Load Test(CLT)1 Constant Load Test(CLT)

제 절 점 굽힘시헙에 의한 평가제 절 점 굽힘시헙에 의한 평가제 절 점 굽힘시헙에 의한 평가제 절 점 굽힘시헙에 의한 평가2 42 42 42 4

제 절 평가 결과 및 검토제 절 평가 결과 및 검토제 절 평가 결과 및 검토제 절 평가 결과 및 검토3333

제 장 용접강관 시제품 제조 및 신뢰성 인증제 장 용접강관 시제품 제조 및 신뢰성 인증제 장 용접강관 시제품 제조 및 신뢰성 인증제 장 용접강관 시제품 제조 및 신뢰성 인증7777

제 절 제조공정제 절 제조공정제 절 제조공정제 절 제조공정1111

제 절 기계적성질 평가제 절 기계적성질 평가제 절 기계적성질 평가제 절 기계적성질 평가2222

제 절 내수소유기균열 인증시험 결과제 절 내수소유기균열 인증시험 결과제 절 내수소유기균열 인증시험 결과제 절 내수소유기균열 인증시험 결과3333

제 절 내황화수소 응력부식균열 인증시험 결과제 절 내황화수소 응력부식균열 인증시험 결과제 절 내황화수소 응력부식균열 인증시험 결과제 절 내황화수소 응력부식균열 인증시험 결과4444

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론8888

부 록 용접강관의 수소유기균열 발생기구 및 특성부 록 용접강관의 수소유기균열 발생기구 및 특성부 록 용접강관의 수소유기균열 발생기구 및 특성부 록 용접강관의 수소유기균열 발생기구 및 특성1.1.1.1.

부 록 수소유기균열 저항성 평가기준부 록 수소유기균열 저항성 평가기준부 록 수소유기균열 저항성 평가기준부 록 수소유기균열 저항성 평가기준2.2.2.2.

부 록 수소유기균열 저항성 평가방법부 록 수소유기균열 저항성 평가방법부 록 수소유기균열 저항성 평가방법부 록 수소유기균열 저항성 평가방법3.3.3.3.

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제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 연구 배경제 절 연구 배경제 절 연구 배경제 절 연구 배경1111

원유 및 천연가스를 수송하는 라인 파이프와 구조물들은 사용환경 조건이 점차 가

혹해짐에 따라 요구되는 기계적 화학적 성질이 점점 디 까다로워지고 있다 경제성, .

측면에서도 수송효율 및 안정성 증대를 위하여 내부식 특성 충격인성 및 저항복형,

둥을 개발이 요구되고 있다 최근에 매장량의 고갈로 유전 깊이가 점차 깊어지고.

원료의 순도가 낮아짐에 따라 원유 및 천연 가스 속에 불순물 함량 특히 산성 유,

화수소(Sour gas H2 등이 많이 함유 되어 부식을 촉진 하고 있어 천연 가스 원유S) ,

등의 운송 수단인 라인 파이프에서 부식에 의한 많은 사고 발생으로 인해 내부식성

강관의 필요성이 한층 증대되고 있는 추세이다 따라서 원유 및 천연가스의 수송.

시 요구되는 수소 유기 균열 이하 및 황화수소(Hyd.ogen Induced Cracking, , HIC)

응력부식 균열 이하 에 대한 소재 및 강(Sulfide Stress Corrosion Cracking, SSCC)

관 용접부의 건전성 확보는 라인 파이프용 용접강관 개발의 핵심요구기술이다.

년 만의 에 설치된 내산성 원유 라인 파이프에서 파괴가 일어1972 Gulf Ummshaif

났는데 이것이 또는 에 의한 첫 번째 파단 사례로 알려져 있다 는HIC SSCC . HIC

그 양상을 크게 단계로 구분할 수 있는데3 H2 로 포화된 또는 의S gas pH 5.2 3.0

강산성 분위기에서 라인 파이프강은 부식반응에 의해 수소원자가 강중에 존재하는

비금속 개재물 등에 포집되어 높은 압력을 나타내는 분자상의 수소 가스로 변화되

는 균열 발생단계 그리고 경화조직 및 대상조직 을 따라 균열이, (banded structure)

전파되는 균열전파 단계로 구분할 수 있으며 각각의 단계에 있어서 억제할 수 있는

방법이 제안되어 있고 또한 사용되고 있으나 완벽하게 및 를 억제하기는HIC SSCC

현실적으로 어려운 실정이었다 그러나 국외의 유럽 및 일본 철강 제조사에서는 내.

및 를 보증하기 위한 많은 실험과 오류를 거듭한 끝에 금속 야금학적 제HIC SSCC

조조건 및 성분 제어 범위를 체계화시키는 단계에 도달하여 년대 초반부터 유럽80

및 일본의 소수 원재료 제조사 및 강관 제조회사에서는 및 라이 파이프HIC SSCC

용 원자재를 개발하게 되었다.

이러한 노력의 결과로 라인 파이프용 용접강관이 본격적인 양산화 단계에 이르게

되어 현재 등급까지의 상업 생산 체제를 구축하여 고부가가치 창출API X70~80

및 그 수요영역을 확대해 나가고 있는 실정이다.

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반면에 국내의 연구 동향을 살펴보면 년 초반을 기점으로 극한지 천연가스 배1990

관용 강관에 적합한 저온인성 향상에 중점을 둔 강재 개발 연구가 꾸준히API X65

진행하여 현재 저온 인성 보증용으로 두께 의 강재까지 기 개발되API X65 25mm

어 상업 생산 되고 있는 실정이다 그러나 천연 가스 수송용 강관이 갖추어야 될.

품질 조건 중 가장 큰 주안점으로 대두되는 내 부식 저항성 품질 보증용 강재는 개

발 수준에 머무르로 있는 실정이다 또한 제한적인 원자재 개발인 국내 사정으로.

인하여 강관업계측에서는 용접부에 대한 내 부식성 연구 기초 테이터도 전혀 없는

실정이며 현재 국내의 어떠한 강관업계에서도 아직 상업 생산 실적이 없는 실정 이

다.

본 연구에서는 상기의 두 가지 주안점인 소재 측면과 강관에서의 용접부 품질 보증

측면에서 특히 용접부에 대한 부식 균열 거동에 미치는 인자를 분석 평가함으로써,

향후 수주 대비 및 선진 제조사의 기술 격차를 줄여 세계강관 시장에서의 기존 점

유율을 지키고 고부가가치 품목으로 시장을 확대할 목적으로 내부식 보증용 용접강

관을 개발하고자 하였다.

제 절 배관 재료 및 강관 사양 변화 추세제 절 배관 재료 및 강관 사양 변화 추세제 절 배관 재료 및 강관 사양 변화 추세제 절 배관 재료 및 강관 사양 변화 추세2 PNG2 PNG2 PNG2 PNG

대량의 수송의 경제성은 고압 공급 대구경 배관 사용에 의해 확보되는데 이PNG , ,

를 위해서는 고강도 고인성 고내식성 및 용접성이 우수한 강관을 사용하여야 한, ,

다 에 의한 천연가스의 공급은 주로 유럽과 북미지역에서 이루어지고 있으며. PNC ,

사용 배관은 대량 천연가스 수송을 위하여 점차로 급에서 으API X60 API X70, X80

로 고강도화 되는 추세이다 천연가스 배관을 에서 으로 변경함에. API X60 API X70

따라 배관 벽두께와 무게를 감소시킬 수 있으며 에서 으로 변14% , API X70 API X80

화시킴에 따라 를 감소시킬 수 있어 배관 건설비 및 시공기간을 단축할 수12.5%

있다 강관은 주로 일본의. API X80 , , ,新日本製鐵日本製鐵住友金屬工業川崎製鐵

그리고 독일의 과 같은 대형 제철소에서 제작되고 있으며Europipe, Manessmann

에 대한 연구도 진행 중이다 표 은 을 생산하는 강관회API X100 . 1-1 API X70, X80

사에 대한 분류표이다 이러한 등급 이상의 고강도배관은 년대부터. API 5L X70 1970

가스배관으로 사용되기 시작하여 현재 전 세계적으로 사용빈도가 증가하고 있는 추

세이다 고강도배관을 사용한 대표적인 배관건설 프로젝트를 요약하면 그림 및. 1-1

표 와 같다1-2 .

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표 은 가스배관 및 석유배관에서 요구되는 특성에 대한 변화양상을 나타낸 것1-3

이다 모재부 흡수에너지와 용접부 충격흡수에너지의 요구치가 점차 저온에서 보다.

높은 값을 필요로 함을 알 수 있으며 낙하충격에너지 값도 요구하고 있다, (DWTT) .

표 도 마찬가지로 배관사양 변천을 나타낸 것으로 표 와 유사한 경향을 보1-4 1-3

이고 있는데 특히 내부식성이 추가적으로 요구되는 경향을 보여 주고 있다, .

그림 세계 파이프라인 프로젝트 동향그림 세계 파이프라인 프로젝트 동향그림 세계 파이프라인 프로젝트 동향그림 세계 파이프라인 프로젝트 동향1-1.1-1.1-1.1-1.

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표 세계 주요 배관 생산 업체 현황표 세계 주요 배관 생산 업체 현황표 세계 주요 배관 생산 업체 현황표 세계 주요 배관 생산 업체 현황1-1.1-1.1-1.1-1.

주) SMLS : Seamless

ERW : Electric Resistance

DSAW : Double Submerged Arc Weld

EFW-DSA : Electric Fusion Wed Double Submerged Arc

ERW-HF : Electric Resistance Weld High Frequency

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표 이상 등급 배관의 시공 현황표 이상 등급 배관의 시공 현황표 이상 등급 배관의 시공 현황표 이상 등급 배관의 시공 현황1-2. X-701-2. X-701-2. X-701-2. X-70

년대1970

독일에서 세계죄초로 배괸 설치X 70

(StE 480.7 TM to DIN 17172)

년대1980

최초 적용GRS 550 (X-80)

(StE 550.7 TM to DIN 17172)

독일- Megal ll. 1,118 × 13.6 ,3.2㎜㎞

체코스로바키아 구간 가스 배관- 4 1,420 x15.5 ,1.5㎜㎞

년대1990

가스관 설치Alberta Empress East compressor station

(X-80 : 42" x 10.6 )㎜

년대1992-93

독일 에서 까지 으로Werne Schlchtern 250 GRS 550 to DIN 17172(X-80)㎞

세계최초의 라인파이프 설치 (48" x 18.3 )㎜

년대1994

을 적용한 파이프라인 프로젝트 수행Albert 54 X-80 NOVA Matzhiwn㎞

(Spiral pipe, 48" x 12.1 )㎜

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표 배관 요구 조건의 변화표 배관 요구 조건의 변화표 배관 요구 조건의 변화표 배관 요구 조건의 변화1-3.1-3.1-3.1-3.

- 11 -

표 연도별 배관 요구 사양 변화표 연도별 배관 요구 사양 변화표 연도별 배관 요구 사양 변화표 연도별 배관 요구 사양 변화14.14.14.14.

주 용액 용액( )BP: B, NACE: A

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제 절 국내 외 강관업체 기술 비교제 절 국내 외 강관업체 기술 비교제 절 국내 외 강관업체 기술 비교제 절 국내 외 강관업체 기술 비교3 .3 .3 .3 .

현재 국내 유수 조선사들이 석유 회사인 엑슨 모빌 및 로부터(Exxon Mobil) Shell社

년간 약 조원규모에 달하는 부유식 원유생산 및 저장 설비선인6 FPSO(floating

해양 공사를 수주 받아 진행 중에 있다 이 해양Production Storage Off-loading) .

공사는 수심 미터의 깊은 심해로부터 가스를 채취 정제하여 해저 파이프라인을970 ,

통해 육상터미널로 이송하는 설비로 심해용 특수설비인, TLP(Tension-Leg

와 부유가스 정제 설비 심해 파이프라인으Platform) FPU(Floafng Production Unit: ),

로 구성된다 이에 사용되는 들은 수요가측의 요구사양에 따라 부위별 구조 및. PIPE (

배관용 적용되는 각각의 에 있어 용접부 열영향부 포함 저온 인성이 보증된) PIPE ( )

을 사용하도록 요구되어져있는 반면에 국내 후육관 제조사들의 용접 기술 개발PIPE

미흡에 따라 국내 조선사에서는 의 공급을 국외 유럽 및 일본 등 에 전량 의존PIPE ( )

할 수밖에 없는 실정이다 표 는 국내 외 강관업체의 기술 수준을 요약하여 보. 1-5. ㆍ

고한 것이다.

표 국내 외 강관업체 기술 비교표 국내 외 강관업체 기술 비교표 국내 외 강관업체 기술 비교표 국내 외 강관업체 기술 비교1-5.1-5.1-5.1-5. ㆍㆍㆍㆍ

구 분구 분구 분구 분 국 내 업 체국 내 업 체국 내 업 체국 내 업 체해 외 업 체해 외 업 체해 외 업 체해 외 업 체

일본 유럽일본 유럽일본 유럽일본 유럽( , )( , )( , )( , )

의 제조방법鋼管 PRESS BENDING

롤벤딩 및 U.O.E

(U-ing,O-ing,

Expanding)

최대 생산능력

톤 년( / )50,000 3,000,000

제조가능

SIZE

외경범위 18" ~ 50" 22~ 60"

두께범위 9.5 ~ 60mm 6.0 ~ 30.0 mm

길 이 최대 18M (60feet) 최대 18M (60feet)

요소기술

개발현황

고강도재

제조실적

·A672 C6O-CL32

·API 2W Gr.50T

·API X65~X8O(30" X17.5t)

·A672 C6O-CL32

·API 2W Gr.50T

·API X65~X80

용접부

저온 인성

개발 준비중

·A672 C60-CL32

후:NORMALIZING 18J-46↑ ℃

·API 2W Gr.50T 46J/-40↑ ℃

·API X65~X80 ( 66J at-40 )↑ ℃

개발 완료

용접성

평가기술

및 초음파X-Ray (UST)

C.V.N TEST좌 동

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제 절 향후 세계 시장수요 분석제 절 향후 세계 시장수요 분석제 절 향후 세계 시장수요 분석제 절 향후 세계 시장수요 분석4444

표 은 년 현재의 파이프라인용 용접강관의 수요를 보여주고 있는데 향후1-6. 2003 ,

에도 이러한 수요는 지속될 것으로 예상된다 그리고 그 수요는 년간 약 만톤에. 200

이를 것으로 예상된다 그리고 그러한 수요는 특히 아시아지역에서 급격히 증가할.

것으로 예상된다 이들중에서 내부식성이 요구되는 강관은 전체 수요의 약 정. 20%

도로 예상되며 년간 약 만톤 정도일 것으로 예상된다, 40 .

표 파이프라인용 용접강관의 수요 현황 및 향후 예측표 파이프라인용 용접강관의 수요 현황 및 향후 예측표 파이프라인용 용접강관의 수요 현황 및 향후 예측표 파이프라인용 용접강관의 수요 현황 및 향후 예측1-6.1-6.1-6.1-6.

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제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용제 장 연구 목표 및 내용2222

제 절 연구목표 설정 배경제 절 연구목표 설정 배경제 절 연구목표 설정 배경제 절 연구목표 설정 배경1111

수소유기균열 과 황화수소응력부식균열(Hydrogen-Induced Cracking, HIC)

은 라이 파이프의 유효수명(Hydrogen Sulfide Stress Corrosion Cracking, SSCC)

에 치명적인 손상을 주는 가장 중요한 부식문제로 산성가스 혹은 산성(sour gas)

원유 를 수송하는 라인파이프에서 습윤 황화수소(sour crude oil) (H2 에 의한 발S)

생되는 균열문이다 이와 같은 부식에 의한 재료의 파괴사고는 년 만의. 1972 Gulf

뿐만 아니라 페르시아만의 해저 파이프라인에서도 발생하였다 이후 파Ummshaif .

단기구 와 그 해결책에 대한 많은 연구가 신중하게 진행되었고(failure mechanism) ,

내 와 내 강재 개발이 꾸준히 진행되어왔다HIC SSCC .

및 보증용 강관 특성은 일반 보증용 강관이 지니고 있는 특성과는 크게HIC SSCC

차별화 되어져 있어 수소칩입에 의한 강의 취화 현상으로서 부식(embrittlement) ,

반응에 의하여 발생하는 수소가 강중으로 칩입하는 경우에는 어떠한 환경 하에서

는 특히 용접부에서 와 가 일어날 가능성이 있다 와 의 균열, HIC SSCC . HIC SSCC

발생에 영향을 주는 주요인자를 크게 가지로 요약해보면 원재료 측면 성분계 강3 ( ,

도 청정성등 가공 및 사용조건에 의한 인장 응력 잔류응력 소성변형 열조업등, ), ( , , )

및 부식 환경 문제 온도 용존산소 수분함량 및(pH, , , H2 등 를 들 수 있다 본 연구S ) .

에서는 상기의 주요 인자 중에서 가장 크게 대두되는 부식 환경 문제를 해소하고자

국내의 원자재 제조사 강재 및 용접재료 와 공동으로 이러한 수송용 라이 파이프용( )

강관을 개발하고자 하였다 이를 위하여 강재는 국산강재를 사용하였으며 용접재료. ,

는 국산과 외산을 비교하여 국산제품의 사용가능성 뿐만 아니라 최적의 재료를 선,

정하여 강관의 신뢰성을 보다 고급화 하고자 하였다 구체적인 연구개발 목표는 표.

과 같다2-1. .

제 절 정량적 최종목표제 절 정량적 최종목표제 절 정량적 최종목표제 절 정량적 최종목표2222

내 수소유기균열 보중 용접강관 의 신뢰성 확보 및 평가 인증내 수소유기균열 보중 용접강관 의 신뢰성 확보 및 평가 인증내 수소유기균열 보중 용접강관 의 신뢰성 확보 및 평가 인증내 수소유기균열 보중 용접강관 의 신뢰성 확보 및 평가 인증1. " "1. " "1. " "1. " "

신뢰성 인증규격 에 준하여 평가하되 용액 의 시험조건에서 다음의RS D 0004 , "A"

기준을 만족하는 용접강관의 개발을 목표로 하였다.

- CLR(Crack Length Ratio) 이하: 15%

- 15 -

- CLR(Crack Length Ratio) 이하: 5%

- CSR(Crack Sensitivity Ratio) 이하: 1.5%

내 황화수소응력부식균열 보증 용접강관 신뢰성 확보 및 평가 인증내 황화수소응력부식균열 보증 용접강관 신뢰성 확보 및 평가 인증내 황화수소응력부식균열 보증 용접강관 신뢰성 확보 및 평가 인증내 황화수소응력부식균열 보증 용접강관 신뢰성 확보 및 평가 인증2. " "2. " "2. " "2. " "

신뢰성 인증규격 에 준하여 점 굽힘시험RS D 0005 4 (4 PPPPoint BBBBeam TTTT 에 의한est)

평가를 수행하며 인증 조건은 규정최저항복강도, (SSSSpecified MMMMinimum YYYYield

SSSS 의 또는 의 응력조건에서 시간 동안 균열이 발생하지trength, SMYS) 72% 85% 720

않도록 하며 궁극적으로는 개발된 강관이 수준에서 인증을 받는 것을 최하목, 72%

표로 설정 하였다.

기계적 성질 확보기계적 성질 확보기계적 성질 확보기계적 성질 확보3.3.3.3.

용접부의 기계적성질은 등급에 요구되는 모든 사항을 만족하도록 한다API X-65 .

이들의 자세한 사항은 다음표에서 보여 주는 바와 같다 충격치의 경우는 규격. API

에서 에서 을 요구하고 있지만 최근 수요가들은 에서 의 충격치를0 27J , -20 27J℃ ℃

요구하고 있기 때문에 이를 고려하여 최종목표는 에서 로 하였다, -20 100J .℃

표 정량적 연구개발 목표표 정량적 연구개발 목표표 정량적 연구개발 목표표 정량적 연구개발 목표2-1.2-1.2-1.2-1.

평가항목평가항목평가항목평가항목

기술적 성능지표기술적 성능지표기술적 성능지표기술적 성능지표( )( )( )( )단위단위단위단위

전체전체전체전체

항목에서항목에서항목에서항목에서

차지하는차지하는차지하는차지하는

비중비중비중비중(%)(%)(%)(%)

세계 최고수준세계 최고수준세계 최고수준세계 최고수준

보유기업보유기업보유기업보유기업((((

국가국가국가국가/ )/ )/ )/ )

연구개발전연구개발전연구개발전연구개발전

국내수준국내수준국내수준국내수준최종 목표최종 목표최종 목표최종 목표

시험기준시험기준시험기준시험기준

평가규격평가규격평가규격평가규격( )( )( )( )

1.API 5L-X65

강관 품질 평가

인장강도( )

Mpa 10 독일 만네스만/ · 594(X65)≥ · 627(X65)≥

·AWS D1.1,

ASME SEC.IX

·ASTM E8:2000

2.API 5L-X65

모재부 품질 특성

충격 인성( )

J 10 독일 만네스만/ · 180J/-20≥ ℃ · 100J/-20≥ ℃

·AWS D1.1,

ASME SEC.IX

·ASTM E23:2000

3.API 5L-65

용접부 품질 특성

충격 인성( )

J 10 독일 만네스만/ · 174J/-20≥ ℃ · 100J/-20≥ ℃

·AWS D1.1,

ASME SEC.IX

·ASTM E23:2000

4.API 5L-X65

제조 표준서 제시- 15

캐나다 일본 독/ /

일없음 제시·MIP ·API 5L SPEC.

5.API 5L-X65

용접 표준화 제시- 15

캐나다 일본 독/ /

일없음

제·WPS & PQR

시

·API 5L,

ASME SEC.IX

신뢰성6.API 5L-X65

인증 시험(HIC )% 20 미국 일본 독일/ / 없음

·CLR/CTR/CSR

:15/5/3.5%

·RS D0004

NACE TM

0284-96

신뢰성7.API 5L-X65

인증 시험(SSCC )% 20 미국 일본 독일/ / 없음

·SMYS

에서72%

No Crack

·RS D0005

·NACE TM

0177-96

합 계 100

- 16 -

제 절 연구 내용제 절 연구 내용제 절 연구 내용제 절 연구 내용3333

용접 작업 표준서 수립용접 작업 표준서 수립용접 작업 표준서 수립용접 작업 표준서 수립1. (WPS & PQR)1. (WPS & PQR)1. (WPS & PQR)1. (WPS & PQR)

상기한 규격의 신뢰성 인증을 받기에 충분한 용접품질을 확립하기 위하여 용접작업

을 표준화한다 수립된 용접작업절차서는 시생산 뿐만 아니라 상업생산에도 적용될.

수 있도록 생산성을 고려하여 작성한다.

제조 표준서 수립제조 표준서 수립제조 표준서 수립제조 표준서 수립2. (MIP: Manufacture Inspection Procedure)2. (MIP: Manufacture Inspection Procedure)2. (MIP: Manufacture Inspection Procedure)2. (MIP: Manufacture Inspection Procedure)

후육강관 제조를 위한 전반적인 작업 표준서 작성하며 강재 입고 검사로부터 제작,

단계별 표준서를 작성하여 비치하며 최종 출고단계까지 종합적인 표준서를 작성한,

다.

신뢰성 인증을 위한 내 부식성 평가 시험신뢰성 인증을 위한 내 부식성 평가 시험신뢰성 인증을 위한 내 부식성 평가 시험신뢰성 인증을 위한 내 부식성 평가 시험3.3.3.3.

가 내 수소유기균열 보증 용접강관 신뢰성 평가. " "

신뢰성 인증규격 에 준하여 평가하며 용액 의 시험조건에서RS D 0004 , "A"

CLR(Crack Length Ratio), CTR(Crack Thickness Ratio), CSR(Crack Sensitivity

평가 시험 수행Ratio)

나 내 황화수소응력부식균열 보증 용접강관 신뢰성 평가. " "

신뢰성 인증규격 에 준하여 점 굽힘시험 에 의거RS D 0005 4 (4 Point Beam Test) ,

규정 최저항복강도 의 및 의(Specified Minimum Yield Strength, SMYS) 72% 85%

응력조건에서 평가한다 보다 보수적인 평가를 위하여 동일한 조건에서. NACE TM

규격의 일정하중인장시험 에 의한 평가 병0177 (Constant Load Tensile Test, CLT)

행 수행한다.

- 17 -

제 장 용접시험편 제작제 장 용접시험편 제작제 장 용접시험편 제작제 장 용접시험편 제작3333

제 절 시험편 제자용 강판제 절 시험편 제자용 강판제 절 시험편 제자용 강판제 절 시험편 제자용 강판1111

본 시험에 사용된 모재는 에서 규격에 의거하여 생산된 강재로써POSCO API-X-65

제품의 개요 화학성분 및 기계적 성질은 표 표 표 과 같다, 3-1, 3-2, 3-3 .

표 표 표표 표 표표 표 표표 표 표3-1, 3-2, 3-33-1, 3-2, 3-33-1, 3-2, 3-33-1, 3-2, 3-3

- 18 -

제 절 용접시험편 제작제 절 용접시험편 제작제 절 용접시험편 제작제 절 용접시험편 제작2222

강관 시제품을 제작하기 전에 시편을 제작하여 기계적 성질 내부식성을 평가하고

자 하였다 이러한 시험결과를 토대로 하여 최적의 용접재료 및 제작 조건을 설정.

하여 시제품을 생산하고 양상에 대비코자 한 것이다 시험을 위한 대상 강관소재는.

급을 사용하여 용접법으로 제작한 것이API 5L-X65 SAW(Submerged Arc Welding)

다 앞에서 보여 준 바와 같이 원자재의 항복강도는. 50.4kgf/mm2인장강도는,

60.7kgf/mm2그리고 신율은 이다 상기한 원자재를 절단하여 개선, 43.7% . 2:1 X-

가공하고 이를 용접한 상태에서 시험편을 채취하여 평가시험을 실시하였다 본 실, .

험에서는 준비된 강재에 세 가지 종류의 용접재료인 링컨재 와이어( : Lincoln weld

플럭스 이하 재료 라고 함 티센재 와이어 플럭761, : L-61, -A ), ( : UNION S2 NiMo1,

스 이하 재료 라고 함 현대종합금속 와이어 플럭스: UV418 TTRW, -B ), ( : A-3, :

이하 재료 라고 함 를 구매하여 용접하였다 와이어는 모두 직경S-777MXH, -C ) .

인 것을 사용하였다4.0mm .

본 용접에 들어가기 전에 개선부에 직경 용접재료를 사용하여ER70S-6( 1.2mm) ,

보호가스는 탄산가스로 하여 용접으로 실링비드를 넣고 본 용접을 시작100% GMA ,

하였다 본 용접은 내면 용접을 패스 한 다음 외면에서 루트부를 백가우징을 하. 1 ,

고 외면 용접을 실시하였다 외면용접은 입열을 달리하여 두 가지 입열조건에서. SA

용접을 실시하였는데 고입열 조건의 경우에는 용접 패스수가 패스이었으며 저입, 4 ,

열의 경우는 용접패스수가 패스로 용접되었다 패스 시편은 모두 극성으로6 . 6 DCRP

용접으로 실시하였는데 패스 시편의 경우는 외편의 두 번째 패스를1pole , 4 2

로 용접을 실시하였다 내외면 각각의 경우에 있어서 용접조건은pole(DCRP+AC) .

표 및 표 와 같다 패스 용접에서의 평균입열은 인데 패스 시3-4 3-5 . 6 18kJ/cm , 4

편은 로써 약 배의 차이를 보여 준다 그림 은 저입열 용접에 의해36kJ/cm 2 . 3-1

제작된 용접시편의 외양을 보여 주는 것이다 용접에 의해 변형이 다소 일어나고.

있음을 볼 수 있다 그림 는 각각의 용접입열에서 얻어진 용접부의 단면 마크로. 3-2

사진이다.

- 19 -

표 외면 패스 시편의 용접조건표 외면 패스 시편의 용접조건표 외면 패스 시편의 용접조건표 외면 패스 시편의 용접조건34. 434. 434. 434. 4

표 외면 패스 시편의 용접조건표 외면 패스 시편의 용접조건표 외면 패스 시편의 용접조건표 외면 패스 시편의 용접조건3-5. 63-5. 63-5. 63-5. 6

- 20 -

표 은 용접 후 세 가지 용접부에 대한 화학조성을 보여준다 그리고 각각의 화3-6 .

학조성으로부터 계산된 탄소당량은 표 과 같다 모재의 탄소당량이 임에 비3-7 . 0.33

해 이들 용착금속의 탄소당량은 매우 높게 나타나고 있다 특히 제품과 현. Tyssen

대종합급속의 제품에서는 이상의 탄소당량을 보여 주었다 이러한 차이는 함금0.4 .

조성에 있어서 등이 차이가 있기 때문이다C, Ni, Mo .

그림 용접이 완료된 시험편 외양그림 용접이 완료된 시험편 외양그림 용접이 완료된 시험편 외양그림 용접이 완료된 시험편 외양3-1.3-1.3-1.3-1.

(a) (b)

그림 용접부 단면 마크로 사진 외면 용접부 외면 용접부그림 용접부 단면 마크로 사진 외면 용접부 외면 용접부그림 용접부 단면 마크로 사진 외면 용접부 외면 용접부그림 용접부 단면 마크로 사진 외면 용접부 외면 용접부3-2. : (a) 6pass , (b) 4pass3-2. : (a) 6pass , (b) 4pass3-2. : (a) 6pass , (b) 4pass3-2. : (a) 6pass , (b) 4pass

- 21 -

표 용착금속부 화학조성표 용착금속부 화학조성표 용착금속부 화학조성표 용착금속부 화학조성3-6. (wt,%)3-6. (wt,%)3-6. (wt,%)3-6. (wt,%)

표 탄소당량표 탄소당량표 탄소당량표 탄소당량3-7.3-7.3-7.3-7.

ItemItemItemItem Material-AMaterial-AMaterial-AMaterial-A Material-5Material-5Material-5Material-5 Material-CMaterial-CMaterial-CMaterial-C

Carbon(wt%) 0.045 0.072 0.053

C equivalent*

0.351 0.426 0.402

*Ceq = C +Mn/6 +(Cr+Mo+V)/5 +(Cu+Ni)/15

제 절 미세 조직 분석제 절 미세 조직 분석제 절 미세 조직 분석제 절 미세 조직 분석3333

그림 에 각각의 시료에서 얻어진 용접부 미세조직사진을 보여준다 이들은 모두3-2 .

저입열 용접부 최종비드에서 관찰한 결과이다 탄소 및 탄소당량이 높은 재료 의. -B

경우에 침상형페라이트조직이 대부분이나 재료 와 재료 의 경우에는 입계페라이-C -A

트 의 함량이 높아짐을 알수 있다 특히 재료 의 경우에는(gain boundary ferrite) . -C

저온 변태 조직이 잘 발달되어 있는데 이러한 조직은 충격치가 낮고 확산성수소에,

의한 저온균열에 매우 취약한 조직이라고 알려져 있다.

- 22 -

(a) Material-A

(b) Material-B

(c) Material-C

그림 최종 용접 비드의 용착금속 미세조직그림 최종 용접 비드의 용착금속 미세조직그림 최종 용접 비드의 용착금속 미세조직그림 최종 용접 비드의 용착금속 미세조직3-2.3-2.3-2.3-2.

- 23 -

제 절 비금속 개재물 분석제 절 비금속 개재물 분석제 절 비금속 개재물 분석제 절 비금속 개재물 분석4444

그림 은 비금속개재물의 분포를 보여주는 관학현미경 사진인데 이 그림에서 보3-3 ,

듯이 재료 에서 불순물이 가장 높았으며 재료 재료 순으로 나타났다 이를-B -C, -A .

정량화 한 것이 그림 이다 강중에 존재하는 비금속개재물은 의 개시점으3-4 . SSCC

로 작용할 수 있어 이에 대한 검토를 위하여 준비하였다, .

(a) (b) (C)

그림 비금속개재물의 분포그림 비금속개재물의 분포그림 비금속개재물의 분포그림 비금속개재물의 분포3-3.3-3.3-3.3-3.

(a)Material-A, (b)Material-B and (c) Material-C(a)Material-A, (b)Material-B and (c) Material-C(a)Material-A, (b)Material-B and (c) Material-C(a)Material-A, (b)Material-B and (c) Material-C

그림 비금속개재물 양의 비교그림 비금속개재물 양의 비교그림 비금속개재물 양의 비교그림 비금속개재물 양의 비교34. (by image analyser)34. (by image analyser)34. (by image analyser)34. (by image analyser)

- 24 -

제 장 용접부 물성제 장 용접부 물성제 장 용접부 물성제 장 용접부 물성4444

제 절 인장 시험제 절 인장 시험제 절 인장 시험제 절 인장 시험1111

시편 채취 위치시편 채취 위치시편 채취 위치시편 채취 위치1.1.1.1.

판재의 기본적인 물성치 평가 방법인 인장시험을 이용하여 각각의 파이프의 조관

공정 전 후의 소재 대비 용접부의 기계적 성질 항복강도 인장강도 총연신율( , , ,ㆍ

의 변화를 분석하여 선정된 용접재에 따른 조관후 용접부 건전성을 규격에R.A) , API

의거 파악하였다 이 때 파이프는 그림 과 같이 시편을 절취하여. 4-1 , Base metal

압연방향 압연 수직방향 대비 용접부 포함 그리고 길이방향과( , ) (All weld metal ),

원주방향의 물성치 차이를 분석하였다.

그림 인장시험편 채취위치그림 인장시험편 채취위치그림 인장시험편 채취위치그림 인장시험편 채취위치4-1.4-1.4-1.4-1.

인장시험 결과인장시험 결과인장시험 결과인장시험 결과2.2.2.2.

용착금속부를 제외한 모든 인장시험 결과는 규격치를 만족하였다 표 은 용착금. 4-1

속부에서 환봉 인장시편을 채취하여 인장시험한 결과를 보여 주는데 인장강도 및,

항복강도는 패수수의 영향을 거의 받지 않고 있었다 즉 입열이 본 연구에서 적용.

한 입열 범위에서는 크게 영향을 미치지 않는 다고 하는 것이다 그런데 사. Lincoln

를 제외한 나머지 두 회사 제품은 인장강도가 규격치를 초과하고 있었다 이는 탄.

소당량의 높다는 사실에서 예측되었던 것인데 이러한 결과로부터 사와 현대, Tyssen

종합금속사 제품은 보다 고입열로 용접할 경우나 급 이상의 강관 제조에 보다X-70

적합한 용접재료라고 판단된다.

- 25 -

표 용착금속의 인장시험 결과표 용착금속의 인장시험 결과표 용착금속의 인장시험 결과표 용착금속의 인장시험 결과4-1.4-1.4-1.4-1.

제 절 경도시험제 절 경도시험제 절 경도시험제 절 경도시험2222

파이프 용접부의 내 외면 두께 단면부에 대해서 용접부 열영향부 및 모재부의 경,ㆍ

도분포를 측정하여 각 부위별 경화성을 분석하고 용접 입열 상태에 대해 마크로.

조직사진을 촬영한 후 이를 고찰하고 또한 경도시험 결과와 비교하여 용접부의 건,

전성을 확인하였다 그림 는 각각의 시편에 대해 스케일로 측정한 경도치. 4-2 HRB

차이를 보여 주고 있다.

- 26 -

그림 용접부 경도 측정 결과그림 용접부 경도 측정 결과그림 용접부 경도 측정 결과그림 용접부 경도 측정 결과4-2.4-2.4-2.4-2.

제 절 충격 시험제 절 충격 시험제 절 충격 시험제 절 충격 시험3333

열영향부 및 모재부의 저온 충FACE W.M , ROOT W.M, (f.L, F.L+hnm, f.L+Smm)

격치

를 측정하여 인성과 취성을 파악하고 이를 통해 적정 용가재 및 용접 입열량

를 선정하(kl/cm)

여 은도 변화에 따른 인성치의 상관계를 분석하였디 충격시험편 채취 위치는 그-.

림 과 같다4-3 .

- 27 -

그림 충격시험편 채취위치 및 노치 위치그림 충격시험편 채취위치 및 노치 위치그림 충격시험편 채취위치 및 노치 위치그림 충격시험편 채취위치 및 노치 위치4-3.4-3.4-3.4-3.

제 절 굽힘 시험제 절 굽힘 시험제 절 굽힘 시험제 절 굽힘 시험4444

및 의 건전성 확보를 위해 가이드 벤드 및 사이드 밴드를FACE W.M ROOT W.M

실시하여 용접부에서 파단 여부를 확인하였다 굽힘시험은 그림과 같은 지그를 사.

용하여 굽힘각도는 도로 하였다 시험결과 모든 시편에서 균열은 발생하지 않았180 .

다.

- 28 -

그림 굽험시험 지그의 개략도그림 굽험시험 지그의 개략도그림 굽험시험 지그의 개략도그림 굽험시험 지그의 개략도44.44.44.44.

- 29 -

제 장 내 수소유기균열 저항성 평가제 장 내 수소유기균열 저항성 평가제 장 내 수소유기균열 저항성 평가제 장 내 수소유기균열 저항성 평가5555

제 절 시험의 개요제 절 시험의 개요제 절 시험의 개요제 절 시험의 개요1111

시편채취 위치시편채취 위치시편채취 위치시편채취 위치1.1.1.1.

내 수소유기균열시험 을 실시하기 위하여 각각의(Hydrogen Induced Cracking Test)

시편을 신뢰성 평가 규격 에 의거하여 채취하여야 한다 하지만 본 실(RS D 0004) .

험에서는 용접부에 대해서만 신뢰성 실험을 실시하기로 하였다 따라서 각 용접재.

료 메이커의 용접재료에 따라 여섯 개의 용접강판이 준비되었고 각 용접강판의 용,

접부에서 각각 씩 총 개의 시편을 제작하였다 그림 은 창원밴딩에3ea , 18 HIC . 5-1

서 제공받은 용접강판 중 대표적으로 사의 것 을 용접부단면 사진과LINCON (NO.1)

함께 촬영한 것이다 용접부에서 채취하는 시편은 길이방향이 용접방향과 수직이.

되어야 하고 시편의 크기는 길이 폭 최대의 두께가 되도록 채취하, 100mm( )x20mm( )x

여야 한다 그림 과 같이 용접된 단면에서 채취 가능한 최대 시편 두께는. 5-1

이였다 그림 는 용접부에서 시편의 채취위치를 나타낸 것이다 다음 표21mm . 5-2 .

에 시편명을 표기 하였다5-1 .

표 시편명 표기표 시편명 표기표 시편명 표기표 시편명 표기5-1.5-1.5-1.5-1.

- 30 -

(a)

(b) (c)

그림 용접강관 용접강판 단면 단면그림 용접강관 용접강판 단면 단면그림 용접강관 용접강판 단면 단면그림 용접강관 용접강판 단면 단면5-1. (No.1) (a) (b) (4pass) (c) (6pass)5-1. (No.1) (a) (b) (4pass) (c) (6pass)5-1. (No.1) (a) (b) (4pass) (c) (6pass)5-1. (No.1) (a) (b) (4pass) (c) (6pass)

그림 시편채취그림 시편채취그림 시편채취그림 시편채취5-2. HIC .5-2. HIC .5-2. HIC .5-2. HIC .

가공된 시편은 절단시에 발생하는 소성변형부가 충분히 제거 되도록 모든 면을 기

계가공한 뒤 번의 연마지로 최종 연마한 후 최종적으로 아세톤으로 탈지하였, 320 ,

다.

- 31 -

시험장치 및 내용시험장치 및 내용시험장치 및 내용시험장치 및 내용2.2.2.2.

시험은 모두 한국생산기술연구원 금속소재신뢰성평가센터에 구축된 시험장비를HIE

사용하였다 본 시험장비의 부식조는 시험용액과 화학적으로 반응하지 않고 외부에.

서 시편을 관찰 할 수 있도록 모든 용기가 유리로 제작되어 있다 이는. H2 가스의S

방출여부를 쉽게 확인할 수 있을 뿐만 아니라 시험 중인 시편의 상태도 화인할 수,

있다 또한 시험용액의 온도제어를 위해 실내를 항상 내외로 유지하고 있으며. 24 ,℃

용기내부에는 자동온도 조절시스템이 장착되어 있다 시 험 온도( : 24±2 ).℃

표면처리를 마친 시편은 시편의 넓은 쪽 표면이 바닥과 수직되도록 용기에 장입하

며 용기와 시편이 접촉되지 않도록 그리고 시편과 시편이 접촉되지 않도록 시편,

사이에 절연봉을 삽입한다 삽입되는 절연봉의 직경은 이상이어야 한다 다음. 6mm .

의 그림 은 투명한 시험용기를 통해 시편을 관찰할 수 있는 시험장치를 보여주5-3

는 사진이다 이 사진은 시편이 장입된 상태로써 내부의 시편을 자세히 관찰할. HIC

수 있다.

시험조는 시험용액의 입 출구와 아르곤 및 황화수소가스의 입 출구를 가지고 있ㆍ ㆍ

으며 시험중 방출된 유독가스는 배기구를 통해 실험실외부의 로 배출되, scrubber

어 중화된 후 대기중으로 방출된다, .

그림 시편이 장입된 상태의 시험그림 시편이 장입된 상태의 시험그림 시편이 장입된 상태의 시험그림 시편이 장입된 상태의 시험5-3. HIC .5-3. HIC .5-3. HIC .5-3. HIC .

- 32 -

(a) (b)

그림 실험의 제어 및 감시 제어프로그램 감시시스템그림 실험의 제어 및 감시 제어프로그램 감시시스템그림 실험의 제어 및 감시 제어프로그램 감시시스템그림 실험의 제어 및 감시 제어프로그램 감시시스템54. (a) (b)54. (a) (b)54. (a) (b)54. (a) (b)

실험에서 가스의 주입량 및 시간 그리고 실험기간동안의 시스템의 감시는 그림,

에서와 같이 제어프로그램과 감시시스템으로 통합 관리된다 시험 상황은 컴퓨5-4 .

터와 상황판에 모두 표시되며 가스 누출 등의 비상시에 대처하여 비상경보 시스템,

도 갖추어져 있다.

시험에 사용된 용액은 강산성용액 를 사용하였으며 용액의 온도는Solution A( ) ,

로 유지하였으며24±2 , H℃ 2 가스유량은 규격에 의거하여 조정하였다 시편을 장S .

착한 지그를 시험용기내에 장입한 뒤 용액을 장입하게 되는데 용액중의 용존산소, ,

가 시험중의 시편의 부식생성의 원인이 되므로 이를 제거하기 위해 실험용액,

은 용기에 주입하기 전과 용기에 주입후에 아르곤가스로 충분히(solution A)

하여 용액중의 용존산소량이 이하가 된 것을 확인 하였다 용액이purging 0.1ppm .

준비된 후 황화수소가스를 분당 씩 시간이상 포화시킨 후 실험을 시작하는200ml 1

데 포화된 용액에는 실험기간동안 지속적으로 황화수소 가스를 주입해준다 시험용, .

액의 초기 는 이었으며 종료시 는 였고 시편이 장입된 상태에서 시pH 2.70 , pH 3.92 ,

험은 시간동안 실시하였다 시편의 상태는 매일 주기적으로 관찰하여 가스방출96 .

여부를 확인하고 필요 이상의 가스가 방출되지 않도록 유량을 조절하였다 그리고.

외부로의 가스 방출여부를 확인하고 방출 시에는 긴급조치를 취하였다 표 는, . 5-2

각각의 시험조건을 보다 상세히 기술하고 있다.

- 33 -

표표표표 5-2. HIC Test Report5-2. HIC Test Report5-2. HIC Test Report5-2. HIC Test Report

Test MaterialTest MaterialTest MaterialTest Material 강관강관강관강관API 5L-X65 (SAW )API 5L-X65 (SAW )API 5L-X65 (SAW )API 5L-X65 (SAW )

Geometry of Specimen 100×20×21mm

Surface Condition 320 Grit Paper

Test Solution TM0284-96 Method A Solution

Test Temperature 24±2℃

Initial pH of Solution 2.70

The Last pH of Solution 3.92

Purging Flow Rate 100 /min㎖

Saturating Flow Rate 200 /min㎖

Start of Test 16:00 (2003. 12. 11)

Duration Time 96hr

Final H2S Concentration -

Hydrogen Content(H2) 표 5-3

평가방법평가방법평가방법평가방법3.3.3.3.

민감도 평가는 일반적으로 사용되고 있는 전면부식 시험방법으로 용액내에 시HIC

편을 시간 침적시켜 를 촉진시키는 방법이다 민감도 평가는 그림96 HIC . HIC 5-5

에 나타낸 것처럼 현미경 혹은 초음파 검사에 의해 시편의 절단면에서 균열정도를

측정하게 되고 이를 통하여 다음과 같은 민감도 인자를 얻을 수 있다, HIC .

균열 길이비(crack length ratio) = a over n x 100%∑

균열 두께비(crack thickness ratio) = ( a over n x W ) x 100%∑

균열 두께비(crack thickness ratio) + [( axb) over (nxWxT)] x 100%∑

- 34 -

여기에서 시편폭 시편두께 절단면갯수 관찰면수, W : , T : , n : ( )

균열길이 균열두께 총균열길이 총균열두께a : , b : , a : , b :∑ ∑

그림 균열방생율 평가 방법그림 균열방생율 평가 방법그림 균열방생율 평가 방법그림 균열방생율 평가 방법5-5.5-5.5-5.5-5.

제 절 시험결과제 절 시험결과제 절 시험결과제 절 시험결과2 HIC2 HIC2 HIC2 HIC

화산성 수소량 측정화산성 수소량 측정화산성 수소량 측정화산성 수소량 측정1.1.1.1.

시험이 종료된 직후 각 용접강판 시편별로 하나씩을 취하여 글리세린법 그림( 5-6)

으로 확산성수소량을 측정하여 수소량과 균열발생율과의 관계를 관찰해 보았다 표, .

는 용접부에서 시간동안 포집한 수소량의 결과이다 각 시편별로 확산성 수5-3 48 .

소량의 차이는 그다지 크지 않았다.

(a) (b)

그림 시혐 후 확산성 수소량 측정 시험조 비이커내의 시편그림 시혐 후 확산성 수소량 측정 시험조 비이커내의 시편그림 시혐 후 확산성 수소량 측정 시험조 비이커내의 시편그림 시혐 후 확산성 수소량 측정 시험조 비이커내의 시편5-6. HIC , (a) (b)5-6. HIC , (a) (b)5-6. HIC , (a) (b)5-6. HIC , (a) (b)

- 35 -

표표표표 5-3. Diffusible hydrogen content measurement5-3. Diffusible hydrogen content measurement5-3. Diffusible hydrogen content measurement5-3. Diffusible hydrogen content measurement

Specimen 45 /48hr℃

LINCONNo. 1 1.6(m1/100g)

2 1.3

THYSSEN3 1.2

4 1.6

HYUNDAI5 1.3

6 1.3

균열 탐상 초음파 탐상균열 탐상 초음파 탐상균열 탐상 초음파 탐상균열 탐상 초음파 탐상2. : (UT)2. : (UT)2. : (UT)2. : (UT)

시편은 본원이 보유한 을 이용하여 균열Scanning Acoustic Microscope(SAM) HIC

발생 여부를 확인하였다 그림 는 각 시편의 초음파 사진을 나타낸. 5-7, 5-8, 5-9

것이다 그림에서 나타난 조그만 작은 원형의 점들은 시편 표면부근의 작은 브리스

터들이고 몇 개의 시편에서는 결함이 확인되었다 초음파 탐상으로 결함이 발견된, .

시편들에 대해서 균열부를 절단하여 균열 형상 및 미세조직을 광학현미경으로 관찰

하였다 그림 은 균열이 발견된 시편 고입열 시편 에 대하여 절. 5-10 No. 32 (Tyssen )

단면을 관찰한 사진이다 용접재와 모재사이의 열영향부에서 균열이 관찰된 것을.

알 수 있다 그림 의 균열은 시편 저입열 시편 의 균열사진으. 5-11 No. 61 (Hyundai )

로 이 시편은 용착금속부에서 균열이 발견되었다.

일반적으로 수소유기균열은 계단형상의 균열 이나 수평방향으로(stepwise cracking)

균열모양이 전형적으로 나타나는데 상기한 균열들은 그러한 형상을 보여 주지 않,

았다 그리고 용착금속부에서는 수소유기균열이 나타나지 않는 것으로. 알려저 있는

데 시편 저입열 시편 에서는 용착금속부에서 균열이 발견되고 있, No. 61 (Hyundai )

다 따라서 이들은 수소유기균열과는 다른 균열이다 시편의 균열이 열영향. . No. 32

부를 따라 진행된 것으로 보아 이들은 용접 후 용접부에서 발생하는 저온균열의 특

징을 보여 준다 이러한 균열은 용접플럭스에 수분량이 많아서 용접 중에 용접부에.

유입되어 수소취성에 의해 발생하는 균열이다 따라서 제품이나 현대종합금. Tyssen

속제품은 용접부에서 저온균열을 발생시킴으로 용접작업을 하기 전에 모재를 예열

하여야 하기 때문에 생산성 및 원가에 부담이 된다 따라서 이들 제품은 적절치 못.

한 제품이라고 할 수 있다.

- 36 -

본 시편에서 나타난 용접부 균열은 용접과정에서 생성된 저온균열이기 때문에 수소

유기균열발생율에 포함 시키지 않았다 실제 수소유기균열 진위를 정확히 판별하기.

위하여는 시험전 시편의 초음파 촬영을 통하여 내부의 균열여부를 확인한 후 시험,

이 끝난후 다시 한번 초음파 촬영을 하여 시험전후의 균열의 차이를 확인하여야 한

다 향후 실험에서는 이점을 꼭 확인할 필요가 있을 것이다. .

(a) (b)

그림 시편의 탐상 결과 사그림 시편의 탐상 결과 사그림 시편의 탐상 결과 사그림 시편의 탐상 결과 사5-7. HIC SAM (LINCON ).5-7. HIC SAM (LINCON ).5-7. HIC SAM (LINCON ).5-7. HIC SAM (LINCON ).

시편 시편시편 시편시편 시편시편 시편(a) No.1, (b) No.2(a) No.1, (b) No.2(a) No.1, (b) No.2(a) No.1, (b) No.2

(a) (b)

그림 시편의 탐상 결과 사그림 시편의 탐상 결과 사그림 시편의 탐상 결과 사그림 시편의 탐상 결과 사5-8. HIC SAM (THYSSEN ),5-8. HIC SAM (THYSSEN ),5-8. HIC SAM (THYSSEN ),5-8. HIC SAM (THYSSEN ),

시편 시편시편 시편시편 시편시편 시편(a) No.3, (b) No.4(a) No.3, (b) No.4(a) No.3, (b) No.4(a) No.3, (b) No.4

- 37 -

(a) (b)

그림 시편의 탐상 결과그림 시편의 탐상 결과그림 시편의 탐상 결과그림 시편의 탐상 결과5-9. HIC SAM (HYUNDAI).5-9. HIC SAM (HYUNDAI).5-9. HIC SAM (HYUNDAI).5-9. HIC SAM (HYUNDAI).

시편 시편시편 시편시편 시편시편 시편(a) No.5, (b) No,6(a) No.5, (b) No,6(a) No.5, (b) No,6(a) No.5, (b) No,6

(a) (b)

그림 시편의 절단면의 균열 관찰그림 시편의 절단면의 균열 관찰그림 시편의 절단면의 균열 관찰그림 시편의 절단면의 균열 관찰5-10. HIC (No.32).5-10. HIC (No.32).5-10. HIC (No.32).5-10. HIC (No.32).

균열발생율 측정을 위한 절단면 열영향부를 따라 발생한 균열균열발생율 측정을 위한 절단면 열영향부를 따라 발생한 균열균열발생율 측정을 위한 절단면 열영향부를 따라 발생한 균열균열발생율 측정을 위한 절단면 열영향부를 따라 발생한 균열(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

- 38 -

(a) (b)

그림 시편의 절단면의 균열 관찰그림 시편의 절단면의 균열 관찰그림 시편의 절단면의 균열 관찰그림 시편의 절단면의 균열 관찰5-11. HIC .(No.61)5-11. HIC .(No.61)5-11. HIC .(No.61)5-11. HIC .(No.61)

균열발생율 측정을 위한 절단면 용접부에 발생한 균열균열발생율 측정을 위한 절단면 용접부에 발생한 균열균열발생율 측정을 위한 절단면 용접부에 발생한 균열균열발생율 측정을 위한 절단면 용접부에 발생한 균열(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

균열발생율 측정균열발생율 측정균열발생율 측정균열발생율 측정3.3.3.3.

시험이 종료된 시편에 대해서는 그림 과 같이 용접선에 평행하게 등분하HIC 5-12 3

고 이를 다시 에서 각각 절단한다 이렇게 절단한 시편은 연마한 후, 5, 10, 15mm .

에칭하여 광학현미경상에서 배의 배율로 관찰하였을 때 발견된 균열에 한하여100

균열발생율을 측정하였다 그러나 상기한 용접부 저온균열을 제외하고는 어느 시편.

에서도 계단형의 수소유기균열은 확인되지 않았다 이러한 결과를 정량화한 표로.

작성한 것이 표 이다5-4, 5-5, 5-6 .

그림 용접부 시편 절단위치 및 방향그림 용접부 시편 절단위치 및 방향그림 용접부 시편 절단위치 및 방향그림 용접부 시편 절단위치 및 방향5-12,5-12,5-12,5-12,

- 39 -

표 균열발생율 시험결과표 균열발생율 시험결과표 균열발생율 시험결과표 균열발생율 시험결과5-4. HIC (LINCON)5-4. HIC (LINCON)5-4. HIC (LINCON)5-4. HIC (LINCON)

표 균열발생율 시험결과표 균열발생율 시험결과표 균열발생율 시험결과표 균열발생율 시험결과5-5. HIC (THYSSEN)5-5. HIC (THYSSEN)5-5. HIC (THYSSEN)5-5. HIC (THYSSEN)

- 40 -

표 균열발생율 시험결과표 균열발생율 시험결과표 균열발생율 시험결과표 균열발생율 시험결과5-6. HIC (LINCON)5-6. HIC (LINCON)5-6. HIC (LINCON)5-6. HIC (LINCON)

제 절 인증 여부 판단제 절 인증 여부 판단제 절 인증 여부 판단제 절 인증 여부 판단3333

본 시험은 개사의 용접재료를 가지고 용접한 개의 용접강판의 용접부 만을 대상3 6

으로 내수소유기균열시험을 실시하였다 부식시험을 마친 시편으로 신뢰성인증 평.

가규격에서 제시한 균열발생율을 측정한 결과 모든 시편에서 균열이 발생하지 않아

신뢰성 인증이 가능하였다 표는 의 인증 등급을 보여 주고 있는데 본. RS D0004 ,

시험의 결과는 개사 제품 모두 최 상위 등급인 등급의 요건을 만족하고 있는 것3 A

이다.

표 용접강관의 수소유기균열 저항성 등급표 용접강관의 수소유기균열 저항성 등급표 용접강관의 수소유기균열 저항성 등급표 용접강관의 수소유기균열 저항성 등급5-7.5-7.5-7.5-7.

- 41 -

제 장 내황화수소 응력부식균열 저항성 평가제 장 내황화수소 응력부식균열 저항성 평가제 장 내황화수소 응력부식균열 저항성 평가제 장 내황화수소 응력부식균열 저항성 평가6666

제 절 에 의한 평가제 절 에 의한 평가제 절 에 의한 평가제 절 에 의한 평가1 Constant Load Test(CLT)1 Constant Load Test(CLT)1 Constant Load Test(CLT)1 Constant Load Test(CLT)

시험의 개요 및 시험편 준비1.

분위기에서 사용되어지는 라인 파이프 내 특성을 평가하는 방법은 일Sour SSCC

반적으로 일방향 인장시험과 점 또는 점 굽힘시험이 있다 이3 4 (NACE TM0177).

방법은 부식용액 내에 침지된 시편에 인장응력 (yield strength, σy 의 일정분을 가)

한 상태로 부식분위기에 노출시켜 파단여부 및 파단시간에 의해 특성을 평SSCC

가하는 것이다.

본 시험에 사용된 강관은 급의 원소재를 포항제철에서 공급받아 창원밴API 5LX-65

딩에서 용접기법으로 제작한 것이다 시험에 사용SAW(Submerged Arc Welding) .

된 강재의 원자재 내역은 다음 표 과 같다 원자재의 항복강도는6-1 . 50.4kgf/mm2,

인장강도는 60.7kgf/mm2그리고 신율은 로 보고 되었다 첨부 참조 상기, 43.7% ( 1 ).

한 원자재를 절단하여 개선 가공하고 이를 개선 용접한 상태로 제공되었다 그X- , .

런데 규격에서 급 강판에 대해 요구되는 최저항복강도는API X-65

45.7kgf/mm2

이며 최저인장강도는(448MPa) , 54.1kgf/mm2

이다 최저항(530MPa) .

강도는 본 시험에 있어서 적용하중의 기준치로써 사용된다SSCC .

표 원자재 내역표 원자재 내역표 원자재 내역표 원자재 내역6-1.6-1.6-1.6-1.

규격 Heat No. Plate No. 두께

API 5LX-65 Y63381 D691308-02 25mm

본 실험에서는 준비된 강재에 국내외 개사의 용접재료를 이용하여 강관이 제조 되3

었다 국내에서는 현대종합금속의 제품을 사용하였으며 외산으로는 독일의. ,

그리고 미국의 사 제품을 사용하였다 용접방법 및 용접조건 등은Thyssen Lincoln .

기 기술한 바와 같다.

본 실험에서는 용접재료 메이커별로 신뢰성 실험을 실시하기로 하고 각 용접재료,

메이커의 용접재료를 이용하여 각각 로 용접한 강판과 로 용접한 강판4pass 6pass

을 하나씩 준비하였다.

- 42 -

따라서 총 여섯장의 용접강판이 준비되었는데 그림 은 창원밴딩에서 제공받은, 6-1

용접강판중 대표적으로 사의 것 을 그리고 용접부 단면 사진과 함께LINCON (NO.1) ,

나타내었다 그림 에서 는 로 용접한 것의 단면이고 는 로. 6-1 (b) 4pass , (c) 6pass

용접한 것의 단면을 보인 것이다 각각 용접강판의 용접부에서 씩 총 개의. 6ea , 36

시편을 기계가공하였다 실험에 사용된 용접시편내역 및 명칭은 표 와 같CLT . 6-2

다.

(a)

(b) (C)

그림 용접시험편 용접된 시험편 외관 단면그림 용접시험편 용접된 시험편 외관 단면그림 용접시험편 용접된 시험편 외관 단면그림 용접시험편 용접된 시험편 외관 단면6-1. (No.1) (a) , (b) (4pass),6-1. (No.1) (a) , (b) (4pass),6-1. (No.1) (a) , (b) (4pass),6-1. (No.1) (a) , (b) (4pass),

단면단면단면단면(c) (6pass)(c) (6pass)(c) (6pass)(c) (6pass)

- 43 -

표 용접부 시편내역표 용접부 시편내역표 용접부 시편내역표 용접부 시편내역6-2.6-2.6-2.6-2.

구 분 LINCOLN THYSSEN HYUNDAI

용접 횟수

외면용접기준( )4PASS 6PASS 4PASS 6PASS 4PASS 6PASS

시편 MARKING A B C D E F

시편 길이

770mm(L)

:1EA

540mm(L)

:1EA

900mm(L)

:1EA

460mm(L)

:1EA

780mm(L)

:1EA

500mm(L)

:4EA

520mm(L)

:1ea

250mm(L)

:1ea

600mm(L)

:1EA

470mm(L)

:1EA

의 시험을 실시하기 위하여 시편을 채취하여야 하Constant Load Type SSCC CLT

는데 용접부에 대한 시편채취위치는 규격화 되어 있는 것이 없다 따라서 본 시험.

에서는 용착금속부 열영향부 모재를 모두 평가하기 위하여 게이지부가 이들 부위를/ /

모두 포함하도록 고안하였다 용접부에서 채취하는 시편은 길이방향이 용접방향과.

수직이 되어야 하고 최대한 내측 표면부에서 채취하여야 한다 그럼으로 시편, . CLT

을 용착금속과 열영향부의 경계선이 시편의 중심이 되도록 채취하면 게이지부가 용

착금속부 열영향부 모재를 모두 포함하게 된다 그림 은 용접부에서 시편의 채/ / . 6-2

취위치를 나타낸 것이고 표 에 시편명을 표기 하였다, 3 .

그림 인장형 시편채취그림 인장형 시편채취그림 인장형 시편채취그림 인장형 시편채취6-2 SSCC6-2 SSCC6-2 SSCC6-2 SSCC

- 44 -

시험편의 크기는 그림 과 같이 직경이 이고 평형부 길이가CLT 6-3 6.4mm , 25.4mm

인 인장시편을 표준으로 한다 기계가공된 절단시편을 선반가공하여 그림과 같은.

인장시편을 제작하는데 최종 치수의 직경에 도달하기 전 두 번의 가공은 각각

이하로 가공하여야 한다 기계가공 후의 최종치수는 평행부의 직경이0.025mm .

의 범위에 있도록 한다 기계가공과정에서 평형부와 곡면부가 접하는6.50~6.53mm .

부위에서 노치가 발생할 위험성이 높으므로 이 부분을 집중적으로 관리하여야 한

다 가공된 시편은 절단시에 발생하는 소성변형부가 충분히 제거 되도록 모든 면을.

기계가공하며 기계가공 시에는 소성변형을 방지하기 위하여 냉각을 실시하였다 이, .

과정이 끝나면 시험편을 연마지를 이용하여 순차적으로 연마한 후 번의 연마지800

로 최종 연마하여 표면거칠기 가 이하가 되도록 하였으며 이 때 시험, (Ra) 0.81 ,㎛

편에 수직방향으로 생기는 스크래치가 없도록 길이 방향으로 연마하였다 그리고.

최종적으로 증류수로 세척한 후 아세톤으로 탈지하였다 시험 하중은 와. SMYS 72%

로 실험을 하였다SMYS 85% .

치수 표준시편

Dia 6.45±0.13mm

Ggae length 25.4mm

최소R( ) 15mm

그림 시험편의 형상 및 크기그림 시험편의 형상 및 크기그림 시험편의 형상 및 크기그림 시험편의 형상 및 크기6-3.6-3.6-3.6-3.

- 45 -


메이커 수Pass 위치 방향/ 시편마킹 시험 하중 시편개수

LINCON

4용접부/

용접선에 수직

ASMYS 72% 3ea

SMYS 85% 3ea

6 BSMYS 72% 3ea

SMYS 85% 3ea

THYSSEN

4

"

CSMYS 72% 3ea

SMYS 85% 3ea

6 DSMYS 72% 3ea

SMYS 85% 3ea

HYUNDAI

4

"

ESMYS 72% 3ea

SMYS 85% 3ea

6 FSMYS 72% 3ea

SMYS 85% 3ea

시험장치시험장치시험장치시험장치2.2.2.2.

시험은 한국생산기술연구원 금속소재신뢰성평가센터에 구축된 시험장비를SSCC

사용하였다 본 시험장비의 특징은 외부에서 시편을 관찰할 수 있도록 모든 용기가.

유리로 제작되어 있다 이는. H2 가스의 방출여부를 쉽게 확인할 수 있을 뿐만 아니S

라 시편의 표면상태를 관찰할 수 있다 시험의 하중은 규정된 최저항복강도, .

의 와 의 응력하에서 실시하였다 그림(specified minimum yield strength) 72% 85% .

는 시험장치의 개략도를 나타낸 것으로 시험용액 중에서 일정하중을 받고 있는6-4 ,

시편에 대해 황화수소가스가 주입구를 통해 공급되고 방출구를 통해 배출되는 것, ,

을 볼 수 있도록 제자된 것이다 실험에 있어서 가스의 주입량 및 시간 그리고 실. ,

험기간동안의 시스템의 감시는 그림 에서와 같이 제어프로그램과 감시시스템으6-5

로 통합 관리된다 시험 상황은 컴퓨터와 상황판에 모두 표시되며 비상시 대처시스. ,

템도 갖추어져 있다.

- 46 -

그림 시편이 장착된 개략적 그림그림 시편이 장착된 개략적 그림그림 시편이 장착된 개략적 그림그림 시편이 장착된 개략적 그림64.64.64.64.

(a) (b)

그림 실험의 제어 및 감시 제어프로그램 감시시스템그림 실험의 제어 및 감시 제어프로그램 감시시스템그림 실험의 제어 및 감시 제어프로그램 감시시스템그림 실험의 제어 및 감시 제어프로그램 감시시스템6-5. (a) (b)6-5. (a) (b)6-5. (a) (b)6-5. (a) (b)

- 47 -

시험 방법시험 방법시험 방법시험 방법3.3.3.3.

시험은 생산기술연구원에서 보유한 지렛대 형식의 인장시험기 그림 를 사용하( 6-6)

였다 시편은 먼저 시험용기에 장착한 뒤 시편과 시험기의 나사결합을 통하여 완전. ,

하게 시험기에 장착한다 그 다음 시험용액을 주입한 뒤 질소가스 를 용. , (99.999%)

액중으로 최소 분 이상 충분히 주입하여 용존산소를 제거한다 용존산소를 제거60 .

한 실험용액에 황화수소 가스를 분당 씩 시간이상 포화시킨 후 실험을 시200m1 1

작하는데 포화된 용액에는 실험기간동안 지속적으로 황화수소가스를 주입해준다, .

본 시험조건은 기술표준원의 신뢰성분과위원회에서 발행된 내황화수소 응력부식균

열 보증용접강관의 신뢰성평가시험 기준서 를 근간으로 하였다 시험에(RS D 0005) .

사용된 용액은 에 따라서 강산성용액 를 사NACE TM 0284-96 Method Solution A( )

용하였으며 용액의 최초 는 이였으며 종료시는 평균 로 유지되었다, pH 2.66 , 3.65 .

금번 황화수소 응력부식시험의 적용하중은 규정항복강도의 와 로 하였다72% 85% .

이와 같은 하중조건으로 시편에 하중을 부가하는 과정에서 부가하중이 규정치를 초

과한다면 시편을 다시 준비해야 되므로 초기 설정치 이상으로 하중이 가해지지 않,

도록 주의해야 하였다 시편에 가한 하중은 이며 각 시편당. SMYS 72%, SMYS 85%

개씩 실험을 하였다 표 에서는 시편과 시편에서 의3 . 6-4 C D SMYS 72%, SMYS 85%

적용하중을 나타내며 나머지 시편도 위와 마찬가지로 계산하여 적용하였다, .

표 시편에 가한 하중표 시편에 가한 하중표 시편에 가한 하중표 시편에 가한 하중64.64.64.64.

- 48 -

그림 시편이 장입된 상태의 시험그림 시편이 장입된 상태의 시험그림 시편이 장입된 상태의 시험그림 시편이 장입된 상태의 시험6-6. Constant Load SSCC .6-6. Constant Load SSCC .6-6. Constant Load SSCC .6-6. Constant Load SSCC .

시험이 진행되는 동안 분위기 대기 의 온도는 로 유지하였으며( ) 25±2 , H℃ 2 가스유S

량은 규격에 의거하여 조정하였다 시편이 장입된 상태에서 시험은 시간 방치하. 720

였다 방치된 상태에서 매일 주기적으로 관찰하여 가스방출 여부를 확인하고 필요.

이상의 가스가 방출되지 않도록 유량을 조절하였다 그리고 외부로의 가스 방출여.

부를 확인하고 방출 시에는 긴급조치를 취할 수 있는 준비를 갖추었다 표 의, . 6-5

는 각각의 시험조건을 보다 상세히 기술하고 있다Test Report .

- 49 -

표표표표 6-5. Lever Type Constant Load SSCC Test Report6-5. Lever Type Constant Load SSCC Test Report6-5. Lever Type Constant Load SSCC Test Report6-5. Lever Type Constant Load SSCC Test Report

Test MaterialTest MaterialTest MaterialTest Material 강관강관강관강관API 5L-X70(SAW )API 5L-X70(SAW )API 5L-X70(SAW )API 5L-X70(SAW )

Geometry of Specimen 인장시편

Test Stress 규정 항복강도의 72%, 85%


Test Solution TM 0284-96 Method A Solution






Start of Test 14:00 (2003. 12. 20)

Duration Time 720hr

Breaking Specimen No Failure

- 50 -

시험 결과시험 결과시험 결과시험 결과4.4.4.4.

시간동안 시험한 에서는 모든 시편이 파단되지 않았다 그림 은720 SMYS 72% . 6-7

시험이 종료된 상태에서의 시편을 보여준다 이러한 결과를 저항성 인증기준에 적.

용한다면 등급의 기준을 통과한 시편이라고 할 수 있다 한편 의 경D . SMYS 85%

우에는 그림 에서 보여주는 바와 같이 일부의 시편이 시간 전에 파단되었6-8 720

다 먼저 에 속하는. B(LINCOLN 6 pass), D((THYSSEN 6pass), E(HYIINAI 4 pass)

시편들은 모두 파단에 이르지 않았다 그러나 와. A(LINCOLN 4 pass) F(HYUNDAI

는 개 시편 모두가 파단되었으며 의 경우는 개 중6 pass) 3 , C(THYSSEN 4 pass) 3

개의 시편이 파단되었다 각각의 시편에 대한 파단 시간은 표 와 같다 표에서 보1 . .

듯이 파단시간은 가장 긴 것이 시간으로써 대부분 시간 이내에 파단되었다 즉58 50 .

에 의한 파단은 시험 초기에 나타나는 현상으로써 초기 시간에 파단이 일SSCC 60

어나지 않으면 시간까지 파단이 일어나지 않는 다고 하는 것이다720 .

그림 인장 시험 후의 시편그림 인장 시험 후의 시편그림 인장 시험 후의 시편그림 인장 시험 후의 시편6-7. SSCC SMYS 72%6-7. SSCC SMYS 72%6-7. SSCC SMYS 72%6-7. SSCC SMYS 72%

- 51 -

그림 인장 시험 후의 시편그림 인장 시험 후의 시편그림 인장 시험 후의 시편그림 인장 시험 후의 시편6-8. SSCC SMYS 85%6-8. SSCC SMYS 85%6-8. SSCC SMYS 85%6-8. SSCC SMYS 85%

표 용접 재료에 따른 파단 시간표 용접 재료에 따른 파단 시간표 용접 재료에 따른 파단 시간표 용접 재료에 따른 파단 시간6-8.6-8.6-8.6-8.

LINCOLNLINCOLNLINCOLNLINCOLN THYSSENTHYSSENTHYSSENTHYSSEN HYUNDAIHYUNDAIHYUNDAIHYUNDAI

마킹 패스( ) A(4) B(6) C(4) D(6) E(4) F(6)

SMYS 72% - - - - - -

SMYS 85%

시간 분1. 49 58

시간 분2. 25 49

시간 분3. 42 01

-

시간 분1. 12 25

2. -

3. -- -

시간 분1. 42 46

시간 분2. 58 24

시간 분3. 37 38

파단되지 않음- :

- 52 -

제 절 점 굽힘시험에 의한 평가제 절 점 굽힘시험에 의한 평가제 절 점 굽힘시험에 의한 평가제 절 점 굽힘시험에 의한 평가2 42 42 42 4

시편채취 위치시편채취 위치시편채취 위치시편채취 위치1.1.1.1.

점굽힘 내황화수소 응력부식균열시험4 (4-Point Bent Beam Sulfide Stress

을 실시하기 위하여 각각의 시편을 신뢰성 평가 규격Corrosion Cracking Test) (RS

에 의거하여 채취하였다 본 실험에서도 용접재료 메이커별로 신뢰성 실험D 0005) .

을 실시하기로 하였다 각 용접재료 메이커의 용접재료를 이용하여 각각 로. 4pass

용접한 강판과 로 용접한 강판을 하나씩 준비하였다 따라서 총 여섯장의 용6pass .

접강판이 준비되었고 각 용접강판의 용접부에서 각각 씩 총 개의, 3ea , 18 SSCC

시편을 제작하였다.

모든 시편은 길이방향이 용접방향과 수직이 되도록하고 최대한 내측 표면부에 위,

치하독 하엿다 그리고 시편의 중심이 용착금속과 열영향부의 경계선에 위치하도록.

기계가공하였다 그림 는 용접부에서 시편의 채취위치를 나타낸 것이고 표. 6-9 ,

에 시편명을 표기 하였다6-7 .

그림 시편채취위치 용접부 단면그림 시편채취위치 용접부 단면그림 시편채취위치 용접부 단면그림 시편채취위치 용접부 단면6-9. 4-PBT SSCC .( )6-9. 4-PBT SSCC .( )6-9. 4-PBT SSCC .( )6-9. 4-PBT SSCC .( )

- 53 -


메이커 수Pass 위치 방향/ 시편마킹 시편개수

LINCON4

용접부 용접선에 수직/1 3ea

6 2 3ea

THYSSEN4

"3 3ea

6 4 3ea

HYUNDAI4

"5 3ea

6 6 3ea

가공된 시편은 절단시에 발생하는 소성변형부가 충분히 제거 되도록 모든 면을 기

계가공하며 기계가공 시에는 소성변형을 방지하기 위하여 냉각을 실시하였다 이, .

과정이 끝나면 시험편을 연마지를 이용하여 순차적으로 연마한 후 번의 연마지800

로 최종 연마하여 표면거칠기 가 이하가 되도록 하였으며 이 때 시험, (Ra) 0.81 ,㎛

편에 수직방향으로 생기는 스크래치가 없도록 길이방향으로 연마하였다 그리고 최.

종적으로 증류수로 세척한 후 아세톤으로 탈지하였다 그림 은 가공된 시편의. 6-10

치수를 보여 주고 있다.

그림 가공된 시편의 크기 단위그림 가공된 시편의 크기 단위그림 가공된 시편의 크기 단위그림 가공된 시편의 크기 단위6-10. ( : mm)6-10. ( : mm)6-10. ( : mm)6-10. ( : mm)

- 54 -

시험장치시험장치시험장치시험장치2.2.2.2.

점굽힘 시험은 모두 한국생산기술연구원 금속소재신뢰성평가센터에 구축된4 SSCC

시험장비를 사용하였다 본 시험장비의 부식조는 시험용액과 화학적으로 반응하지.

않고 외부에서 시편을 관찰할 수 있도록 모든 용기가 유리로 제작되어 있다 이는

가스의 방출여부를 쉽게 확인할 수 있을 뿐만 아니라 시험 중인 시편의 상태H2S ,

도 확인할 수 있다 또한 시험용액의 온도 제어를 위해 실내를 항상 내외로 유. 24℃

지하고 있으며 용기내부에는 자동온도 조절시스템이 장착되어 있다 시험온도, ( :

시험의 하중은 시험편의 변위량 을 측정하여 계산하는데 측정은24±2 ). ( ) , ASTM℃ δ

규격 에 의거하여 측정된다 계산된 변위값은 그림 에서 보듯이 다이C39-99 . 6-11

얼 게이지를 이용하여 측정된다 하나의 지그에 한 부위에서 채취된 세 개의 시편.

을 세트로 하여 장착된다 그림 는 투명한 시험용기를 통해 시편을 관찰할1 . 6-12

수 있는 시험장치를 보여 주는 사진이다 이 사진은 시험편이 장입된 상태로. SSCC

써 내부의 시편을 자세히 관찰할 수 있다.

그림 시혐편 장착 후 하중의 인가그림 시혐편 장착 후 하중의 인가그림 시혐편 장착 후 하중의 인가그림 시혐편 장착 후 하중의 인가6-11. .6-11. .6-11. .6-11. .

- 55 -

그림 시편이 장입된 상태의 점굽힘 시험그림 시편이 장입된 상태의 점굽힘 시험그림 시편이 장입된 상태의 점굽힘 시험그림 시편이 장입된 상태의 점굽힘 시험6-12. 4 SSCC6-12. 4 SSCC6-12. 4 SSCC6-12. 4 SSCC

시험방법시험방법시험방법시험방법3.3.3.3.


열 보증용접강관의 신뢰성평가시험 기준서 를 근간으로 하였다 시험에(RS D 0005) .

사용된 용액은 에 따라서 강산성용액 를 사NACE TM 0177-96 Method Solution A( )

용하였다.

점굽힘시험법을 사용한 금번 황화수소 응력부식시험의 적용하중은 규정항복강도의4

로 하였다 시험 하중은 시편의 변위량 을 측정하여 계산하는데 측정은72% . ( ) ,δ

규격 에 의거하여 측정된다 일반적으로 변위량은 다음의 식을 이용한ASTM C39-99 .

다 각 부위의 거리는 그림 을 참조한다. 6-13 .

그림 시험편 각 부위그림 시험편 각 부위그림 시험편 각 부위그림 시험편 각 부위6-13.6-13.6-13.6-13.

- 56 -

여기서, δ 변위량:

σ 적용하는 응력: (MPa)

L 지지봉 거리: (100mm)

a 가압봉과 지지봉 사이의 거리: (30mm)

E 탄성계수 영 계수: ( )

t 시험편의 두께: (5mm)

본 실험에서 요구하는 규정항복강도의 에 해당하는 변위량 은 다음과 같이72% ( )δ

계산된다 그리고 계산된 변위량은 그림 의 다이얼게이지를 이용하여 정확히. 6-11

측정하였다.

용액의 온도는 로 유지하였으며24±2 , H℃ 2 가스유량은 규격에 의거하여 조정하였S

다 시편을 장착한 지그를 시험용기내에 장입한 뒤 용액을 장입하게 되는데 용액. , ,

중의 용존산소가 시험중의 시편의 부식생성의 원인이 되므로 이를 제거하기 위해,

실험용액 은 용기에 주입하기 전과 용기에 주입후에 아르곤가스로 충분(solution A)

히 하여 용액중의 용존산소량이 이하가 된 것을 확인 하였다purging 0.1ppm .

용액이 준비된 후 황화수소가스를 분당 씩 시간이상 포화시킨 후 실험을200m1 1

시작하는데 포화된 용액에는 실험기간동안 지속적으로 황화수소 가스를 주입해준,

다 시험의 초기 는 이었으며 종료 시는 평균 로 유지됨을 알 수 있었. pH 2.6 , 3.65

다 시편이 장입된 상태에서 시험은 시간 방치하였다 방치된 상태에서 매일 주. 720 .

기적으로 관찰하여 가스방출 여부를 확인하고 필요 이상의 가스가 방출되지 않도록

유량을 조절하였다 그리고 외부로의 가스 방출여부는 가스검출기를 통하여 확인된.

다 다음 표 에서 보여주는 는 각각의 시험조건을 보다 상세히 기술하. 4 Test Report

고 있다.

- 57 -

표표표표 6-8. 4 Point Bent Beam SSCC Test Report6-8. 4 Point Bent Beam SSCC Test Report6-8. 4 Point Bent Beam SSCC Test Report6-8. 4 Point Bent Beam SSCC Test Report


Geometry of Specimen 115x15x5mm

Test Stress 규정 항복강도의 및72% 85%





The Last pH of Solution Av. 3.65



Start of Test 14:00 (2003. 12. 8)

Duration Time 720hr


Breaking Specimen

응력 조건에서의 시험결과응력 조건에서의 시험결과응력 조건에서의 시험결과응력 조건에서의 시험결과4. 72%4. 72%4. 72%4. 72%

가 균열발생 여부가 균열발생 여부가 균열발생 여부가 균열발생 여부....

시험이 종료된 후 용기내부에 아르곤 가스를 한시간 이상 충분히 주입하여 용액중

의 황화수소를 제거한다 시편이 장착된 지그를 시험장치로부터 제거한 뒤 시편을. ,

분리하여 아세톤을 이용하여 깨끗이 세척한다 다음 그림 는 시험이 끝난 뒤. 6-14

의 시편의 사진이다.

시편에 대해 표면균열 발생여부를 그림 와 같이 자분탐상 시험으로 확인하였6-15

다 확인결과 사와 사의 용접부 시편에서 자각 개씩 미세표면균. LINCON THYSSEN 1

열이 괸찰되었다 이 균열의 깊이를 측정하기 위하여 균열이 확인된 시편에 대해서.

는 균열부 단면을 절단하여 광학현미경의 적절한 배율로 균열전파경로를 따라 균,

열부를 관찰하고 촬영하여 표면에서부터의 침투깊이를 측정하였다 확인결과 깊이, .

방향으로 모두 균열이 이하인 것으로 관찰되었다 그림 은 용접0.2mm . 6-16, 6-17

부 시편에서 관찰된 균열들의 표면과 단면의 사진이다.

- 58 -

나 검토결과나 검토결과나 검토결과나 검토결과....

용접재료 사에서 용접한 용접부 시편을 가지고 수행한 점굽힘 시험을 한3 4 SSCC

결과 사와 사의 용접부 시편에서 각각 개씩 미세균열이 관찰되, LINCON THYSSEN 1

었다 이 시편들을 절단하여 단면을 광학현미경으로 관찰한 결과 길이방향으로 균. ,

열이 모두 이하인것을 확인할 수 있었다 이는 점굽힘 시험의 신0.2mm . 4 SSCC

뢰성인증평가 규격 중 균열로 간주되는 범위가 관찰된 균열이 시편표면으로부터"

이상 침투한 경우에만 균열로 간주한다 는 내용에 따라 신뢰성 인증이 가능한1mm "

범위이다.

(a) (b)

그림 점 굽힘 시험 후의 시편그림 점 굽힘 시험 후의 시편그림 점 굽힘 시험 후의 시편그림 점 굽힘 시험 후의 시편6-14. 4 SSCC (a) No.1, 2, 3 (b) No.4, 5, 66-14. 4 SSCC (a) No.1, 2, 3 (b) No.4, 5, 66-14. 4 SSCC (a) No.1, 2, 3 (b) No.4, 5, 66-14. 4 SSCC (a) No.1, 2, 3 (b) No.4, 5, 6

그림 시험편의 자분탐상그림 시험편의 자분탐상그림 시험편의 자분탐상그림 시험편의 자분탐상6-15. 4 Point Bent Beam SSCC6-15. 4 Point Bent Beam SSCC6-15. 4 Point Bent Beam SSCC6-15. 4 Point Bent Beam SSCC

- 59 -

(a) (b)

(C) (d)

그림 시편 떠사 의 용접부 표면균열 자분탐상 결과그림 시편 떠사 의 용접부 표면균열 자분탐상 결과그림 시편 떠사 의 용접부 표면균열 자분탐상 결과그림 시편 떠사 의 용접부 표면균열 자분탐상 결과6-16. No.2 (LINCO ) . (a) ,6-16. No.2 (LINCO ) . (a) ,6-16. No.2 (LINCO ) . (a) ,6-16. No.2 (LINCO ) . (a) ,

표면균열 근접사진 균열 의 단면 균열 의 단면표면균열 근접사진 균열 의 단면 균열 의 단면표면균열 근접사진 균열 의 단면 균열 의 단면표면균열 근접사진 균열 의 단면 균열 의 단면(b) , (c) A (d) B(b) , (c) A (d) B(b) , (c) A (d) B(b) , (c) A (d) B

(a) (b) (c)

그림 시편 사 의 용접부 표면균열 자분탐상 결과그림 시편 사 의 용접부 표면균열 자분탐상 결과그림 시편 사 의 용접부 표면균열 자분탐상 결과그림 시편 사 의 용접부 표면균열 자분탐상 결과6-17. No.4 (THYSSEN ) . (a) ,6-17. No.4 (THYSSEN ) . (a) ,6-17. No.4 (THYSSEN ) . (a) ,6-17. No.4 (THYSSEN ) . (a) ,

표면균열 근접사진 균열발생부 단면표면균열 근접사진 균열발생부 단면표면균열 근접사진 균열발생부 단면표면균열 근접사진 균열발생부 단면(b) , (c)(b) , (c)(b) , (c)(b) , (c)

- 60 -

응력 조건에서의 시험결과응력 조건에서의 시험결과응력 조건에서의 시험결과응력 조건에서의 시험결과5. 85%5. 85%5. 85%5. 85%

가 시험내용가 시험내용가 시험내용가 시험내용....


연 보증용접강관의 신뢰성평가시험 기준서 를 근간으로 하였다 시험에(RS D 0005) .

사용된 용액은 점굽힘시험법을 사용한 황화수소 응력부식시험의 적용하중은 규정4

항복강도의 로 하였다 시험 하중은 시편의 변위량 을 측정하여 계산하는데85% . ( ) ,δ

측정은 규격 에 의거하여 측정된다 일반적으로 변위량은 다음의 식ASTM G39-99 .

을 이용한다 각 부위의 거리는 그림 을 참조한다. 6-13 .

여기서, δ 변위량:

σ 적용하는 응력: (MPa)

L 지지봉 거리: (100mm)

a 가압봉과 지지봉 사이의 거리: (30mm)

E 탄성계수 영 계수: ( )

t 시험편의 두께: (5mm)

본 실험에서 요구하는 규정항복강도의 에 해당하는 변위량 은 다음과 같이85% ( )δ

계산된다 그리고 계산된 변위량은 다이얼게이지를 이용하여 정확히 측정하였다. .

나 시험결과나 시험결과나 시험결과나 시험결과....

시험이 종료된 시편은 지그에서 분리하여 그림 과 같이 시편을 육안관찰 하였6-18

다 그리고 표면균열 발생여부를 자분탐상 시험으로 확인하였다 그림 는 자분. . 6-19

탐상한 시편을 보여 준다 확인결과 모든 용접부 시편에서 균열이 관찰되지 않았다. .

- 61 -

(a) (b)

그림 점 굽힘 시혐 후의 시편 지그 장착시 시편 세척후그림 점 굽힘 시혐 후의 시편 지그 장착시 시편 세척후그림 점 굽힘 시혐 후의 시편 지그 장착시 시편 세척후그림 점 굽힘 시혐 후의 시편 지그 장착시 시편 세척후6-18. 4 SSCC (a) (bl6-18. 4 SSCC (a) (bl6-18. 4 SSCC (a) (bl6-18. 4 SSCC (a) (bl

제 절 평가 결과 및 검토제 절 평가 결과 및 검토제 절 평가 결과 및 검토제 절 평가 결과 및 검토3333

점굽힘시험에서는 규정항복 강도의 의 응력에서한 균열이 관찰되지 않아 표4 85% ,

에 의거 등급의 신뢰성인증이 가능하다는 결과를 얻었다 그러나 시험에서6-9 B . CLT

는 에서만 인증이 가능하다는 결론을 얻었다 이러한 결과로부터 시험이72% . CLT

보다 엄격하다는 사실을 알 수 있었다 이러한 사실은 아직 다른 연구자들에 의해.

서는 확인된 바 없는데 향후 이에 대한 체계적인 검토가 있어야 할 것이다, .

표 용접재료의 내 황화수소 응력부식균열 저항성 인증기준표 용접재료의 내 황화수소 응력부식균열 저항성 인증기준표 용접재료의 내 황화수소 응력부식균열 저항성 인증기준표 용접재료의 내 황화수소 응력부식균열 저항성 인증기준6-9.6-9.6-9.6-9.

등급 인증 기준

A 규정 최저항복강도의 의 하중조건에서 파단 또는 균열 발생 없음95%

B 규정 최저항복강도의 의 하중조건에서 파단 또는 균열 발생 없음85%

C 규정 최저항복강토의 의 하중조건에서 파단 또는 균열 발생 없음80%

D 규정 최저항복강도의 의 하중조건에서 파단 또는 균열 발생 없음72%

- 62 -

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

그림 시편의 자분탐상그림 시편의 자분탐상그림 시편의 자분탐상그림 시편의 자분탐상6-19. SSCC . (a) No.1 (b) No. 2 (c) No. 3 (d) No. 46-19. SSCC . (a) No.1 (b) No. 2 (c) No. 3 (d) No. 46-19. SSCC . (a) No.1 (b) No. 2 (c) No. 3 (d) No. 46-19. SSCC . (a) No.1 (b) No. 2 (c) No. 3 (d) No. 4

(e) No. 5 (f) No. 6(e) No. 5 (f) No. 6(e) No. 5 (f) No. 6(e) No. 5 (f) No. 6

- 63 -

제 장 용접강관 시제품 제조 및 신뢰성 인증제 장 용접강관 시제품 제조 및 신뢰성 인증제 장 용접강관 시제품 제조 및 신뢰성 인증제 장 용접강관 시제품 제조 및 신뢰성 인증7777

제 절 제조 공정제 절 제조 공정제 절 제조 공정제 절 제조 공정1111

용접강관 시제품 제작에 사용된 강판은 에서POSCO PILAC(POSCO In Line

이라고 하는 가속냉각 공정에 의해 의 규격으로Accelerated Cooling) API 5L X-65

생산된 강판이다 입고된 강판의 상세 내용은 표 과 같다 본 강재는 두. 7-1 . 25mm

께에 길이의 강판이다 그리고 본 강재의 기계적성질은 표 의12m . 7-2 mill sheet

에서 보여 주고 있는데 항복강도는, 50.4kgf/mm2인장강도는, 60.7kgf/mm

2그리,

고 신율은 로 보고 되었다 이들은 규격에서 급 강판에 대해 요구43.7% . API X-65

되는 최저항복강도, 45.7kgf/mm2

및 최저인장강도(448MPa), , 54.1kgf/mm2

를 모두 만족시키고 있다 표 은 화학조성을 보여 주고 있다 단소당(530MPa) . 8-3 .

량 이 으로 용접성이 매우 우수한 것으로 나타나고 있다(CEQ) 0.33 .

한편 표 에 의하면 및 은 모두 로 보고되고 있다 이러한 결과치로7-2 CLR CSR 0% .

부터 본 강재는 수소유기균열시험에서 균열이 전혀 발생하지 않았다는 것을 의미하

며 본 강재는 내수소유기균열 저항성이 충분히 보증된 강재임을 의미한다 단지 수, .

소유기균열시험에 사용된 용액의 종류가 명시되어 있지 않아서 이에 대한 확인을,

필요로 한다.

표 원자재 내역표 원자재 내역표 원자재 내역표 원자재 내역7-1.7-1.7-1.7-1.

규격 Heat No. Plate No. 폭 길이 두께x x

API 5LX-65 Y63381 D691308-02 2351× 12030×25mm

입고된 강판으로 인치 외경에 길이의 용접강관을 제작하고자 하였다 현재30 12m .

국내의 으로 외경 두께 의 후육 강관Press Bending M/C 18"~ 50", 9.5 ~ 60mm

조관시 내 외면 용접 를 대부분 총 로 작업할 수 있는 조관 라인으PASS 1~3PASSㆍ

로 형성 되어 있는 실정으로 고강도 후육 강관 개발에 대한 저온Press Bending

인성 용접부 품질 보증을 전제로 한 성형성 연구가 미흡하여 산업체에서의 제품개

발에 제한적인 도움밖에 주지 못하고 있다 따라서 본 연구에서는 기존의 강관 생.

산 경험을 토대로 고강도 후육관에 대한 다방면의 조업 요소 기술을 수행

- 64 -

표 강재의 기계적성질표 강재의 기계적성질표 강재의 기계적성질표 강재의 기계적성질7-2. mill sheet( )7-2. mill sheet( )7-2. mill sheet( )7-2. mill sheet( )

- 65 -

표 강재의 화학조성표 강재의 화학조성표 강재의 화학조성표 강재의 화학조성7-3. mill sheet( )7-3. mill sheet( )7-3. mill sheet( )7-3. mill sheet( )

- 66 -

하여 고강도 후육 강관 생산에 가장 적합한 용접 재조 기술 용접 개선면Process , ,

용접재 선정 용접 입열량관리 층간 온도 관리 열처리 조건, , , 등 을, 최적화하여

강관을 생산하였다 다음의 그림 은 전체적인 제작공정을 보여 주는 것이SAW . 7-1

다.

그림 에 의한 용접 강관 제작 공정도그림 에 의한 용접 강관 제작 공정도그림 에 의한 용접 강관 제작 공정도그림 에 의한 용접 강관 제작 공정도7-1. Press bending SAW7-1. Press bending SAW7-1. Press bending SAW7-1. Press bending SAW

그리고 그림 는 시제품제작과정을 보다 자세히 보여 주는 사진들이다 용접은7-2 .

개선부에 내면 패스 외면 패스하여 모두 패스 용접을 실시하였다 용접재료X- 2 4 6 .

는 에비시험 결과를 토대로 하여 최적의 용접재료로 판면된 사의Lincon L-61 Wire

와 를 사용하였다 이는 예비시험 결과에서 보여 주었듯이 타사 제품과 비761 Flux .

교하여 용접성 및 기계적성질이 가장 양호한 것으로 판정되었기 때문이다 용접이.

완료된 강관의 형상은 그림 의 마지막 사진에서 보여 주고 있는데 용접부에 대7-2

해 초음파 검사 및 수압시험 등을 수행하여 용접부의 건전성을 확인 하였다 용접.

강관의 용접부를 절단하여 메크로 에칭한 단면의 형상을 그림 에서 보여 주고7-3

있다 이러한 모든 공정은 창원밴딩에서 자체적으로 수행한 것이다 이러한 제작공. .

정을 수행하는 과정에서 자체적으로 와WPS(welding procedure specification)

및PQR(procedure qualification record) MIP(manufacturing process

등을 확보하였다 확보된 및 는specification and inspection procedure) . WPS MIP

다음과 같다.

- 67 -

용접작업표준용접작업표준용접작업표준용접작업표준

- 68 -

- 69 -

PRODCEDURE QUALIFICATION RECORD (PQR)PRODCEDURE QUALIFICATION RECORD (PQR)PRODCEDURE QUALIFICATION RECORD (PQR)PRODCEDURE QUALIFICATION RECORD (PQR)

- 70 -

- 71 -

Manufacturing Process Specification & Inspection ProcedureManufacturing Process Specification & Inspection ProcedureManufacturing Process Specification & Inspection ProcedureManufacturing Process Specification & Inspection Procedure

- 72 -

- 73 -

- 74 -

- 75 -

- 76 -

- 77 -

- 78 -

절단1.

절단2.

벤딩3.

벤딩4.

- 79 -

벤딩5.

벤딩6.

용접7. IN

용접8. OUT

- 80 -

용접9. OUT

완제품10.

코팅 마킹11. ,

코팅 마킹12. ,

그림 시작품 제작 공정그림 시작품 제작 공정그림 시작품 제작 공정그림 시작품 제작 공정7-27-27-27-2

- 81 -

그림 용접강판 용접부 단면그림 용접강판 용접부 단면그림 용접강판 용접부 단면그림 용접강판 용접부 단면7-3.7-3.7-3.7-3.

제 절 기계적 성질 평가제 절 기계적 성질 평가제 절 기계적 성질 평가제 절 기계적 성질 평가2222

기계적시험은 외부기관에 의뢰하여 인장시험 굽힘시험 충격시험을 실시하였다 시, , .

험 결과는 표 에서 종합하여 보여 주고 있다 인장시험은 모재부와 용접부에서7-4 .

직경 의 환봉 인장시편을 채취하여 실시하였다 그림 에서 보여 주는12.5mm . 7-4

바와 같이 모재부 시편명 는 인장강도가 이었으며 항복강도는( :CBT) 605MPa ,

이었다 용접부 시편명 는 인장강도 및 항복강도가 각각 및478MPa . ( : CWT) 604MPa

로써 모두 규정치 범위를 만족하였다 연신율도 모두 규격치를 만족하는510MPa .

결과를 보여 주었다 굽힘시험은 사이드밴드와 루트밴드시험을 실시하였는데. , 180°

밴드시험에서 균열이 발생하지 않았다 그리고 충격시험은 모재부 열영향부. , (fusion

지점 용착금속부 중앙부에서 각각 개의 충격시편을 채취하였다 시험line+2mm ), 6 .

은 및 에서 각각 개씩 실시하였다 용착금속부에서 가장 낮은 충격치를0 -20 3 .℃ ℃

보여 주었지만 에서 평균 의 충격치를 보여주어 규격하한치인 을 충, -20 80J 27J℃

분히 만족시켜 주었다 각각에 대한 시험결과는 그림 에서 보여 주고 있으며. 7-5 ,

이들을 종합하여 평균치와 함께 표 에서 보여 주고 있다7-4 .

- 82 -

표 시제품에표 시제품에표 시제품에표 시제품에 대대대대한 기계적시험한 기계적시험한 기계적시험한 기계적시험74. Test report74. Test report74. Test report74. Test report

- 83 -

인장시험인장시험인장시험인장시험TEST CERTIFICATETEST CERTIFICATETEST CERTIFICATETEST CERTIFICATE

그림 인장시험 결과그림 인장시험 결과그림 인장시험 결과그림 인장시험 결과74.74.74.74.

- 84 -

- 85 -

그림 충격시험 결과그림 충격시험 결과그림 충격시험 결과그림 충격시험 결과7-5.7-5.7-5.7-5.

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제 절 내수소유기균열 인증시험 결과제 절 내수소유기균열 인증시험 결과제 절 내수소유기균열 인증시험 결과제 절 내수소유기균열 인증시험 결과3333

시편채취위치시편채취위치시편채취위치시편채취위치1.1.1.1.

내 수소유기균열시험 을 실시하기 위하여 용접강(Hydrogen Induced Cracking Test)

관으로부터 시편을 신뢰성 평가 규격 에 의거하여 채취하여야 한다 본(RS D 0004) .

실험에서는 용접부와 모재부에서 시편을 채취하게 되는데 모재부는 두 군데에서,

채취하게 되는데 용접부에서 및 의 위치에서 채취하게 된다 각각의 부위, 90 180° .

에서 개씩 총 개의 시편을 채취하게 된다 그림 과 는 시편의 채취3 9 . 7-6 7-7 HIC

위치와 방향을 보여주는 것이다 모재부 시편은 강재의 압연방향과 평행한 방향 용. ,

접강관의 길이 방향으로 채취한다 용접부 시편은 길이방향이 용접방향과 수직이.

되어야 하고 시편의 크기는 길이 폭 최대의 두께가 되도록 채취하, 100mm( )x20mm( )x

여야 한다 이렇게 하여 채취된 용접부 시편의 두께는 가 되었다 한편 모재. 20mm .

부에서 채취 가능한 최대두께는 이었다 표 는 각각의 시편에 대해 부여23mm . 7-5

한 시편명을 보여주고 있다.

표 시편 채취 위치 및 시편명표 시편 채취 위치 및 시편명표 시편 채취 위치 및 시편명표 시편 채취 위치 및 시편명7-5.7-5.7-5.7-5.

메이커메이커메이커메이커 채취부위채취부위채취부위채취부위 위치 방향위치 방향위치 방향위치 방향//// 시편크기시편크기시편크기시편크기(mm)(mm)(mm)(mm) 시편마킹시편마킹시편마킹시편마킹 시편개수시편개수시편개수시편개수

LINCON

용접부 용접선에 수직방향 100×20×20 W1,W2,W3 3ea

모재 용접부( +90°) 용접선과 평행방향 100×23×20 R1,R2,R3 3ea

모재 용접부( +180°) 〃〃 B1,B2,B3 3ea

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그림 시편 채취부위그림 시편 채취부위그림 시편 채취부위그림 시편 채취부위7-6. HIC7-6. HIC7-6. HIC7-6. HIC

모재부 시편채취위치 및 방향(a) 용접부 시편채취위치 및 방향(b)

그림 시편 채취위치 및 방향그림 시편 채취위치 및 방향그림 시편 채취위치 및 방향그림 시편 채취위치 및 방향7-7. HIC7-7. HIC7-7. HIC7-7. HIC

시험방법시험방법시험방법시험방법2.2.2.2.

가공된 시편은 절단 시에 발생하는 소성변형부가 충분히 제거 되도록 모든 면을 기

계가공 한 뒤 번의 연마지로 최종 연마한 후 최종적으로 아세톤으로 탈지하, 1200 ,

였다 수소유기근열시험방법은 기 기술한 방법과 동일하며 시험에 상용된 용액도. ,

강산성용액 로써 동일하다 시험방법에 대한 주요사항은 표 과 같다Solution A( ) . 7-6 .

황화수소가 포화된 용액 중에 장입하여 시간이 경과된 시점에서 시편을 꺼내어96

확산성수소랑 관찰 및 균열발생윤 등을 평가하였다, SAM .

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표표표표 7-6. HIC Test Report7-6. HIC Test Report7-6. HIC Test Report7-6. HIC Test Report


Geometry of Specimen용접부100x20x20mm( )

용접부100x20x23mm( )








Start of Test 02:00 (200. 8. 11)

Duration Time 96hr


Hydrogen Content(H2) 표 7-7

시험결과시험결과시험결과시험결과3.3.3.3.

가 확산성 수소량 측정가 확산성 수소량 측정가 확산성 수소량 측정가 확산성 수소량 측정....

시험이 종료된 직후 각 용접강판 시편별로 하나씩을 취하여 글리세린법으로 확산성

수소량을 측정하여 수소량과 균열발생율과의 관계를 관찰해 보았다 표 는 용, . 7-7

접부에서 시간동안 포집한 수소량의 결과이다 모재부가 용접부보다 많은 확산성48 .

수소가 포집되었다 그러나 이러한 수치의 차이가 특별한 의미를 가지고 있지는.

않다.

표표표표 7-7. Diffusible hydrogen content measurement7-7. Diffusible hydrogen content measurement7-7. Diffusible hydrogen content measurement7-7. Diffusible hydrogen content measurement

시편채취부위시편채취부위시편채취부위시편채취부위 시편명시편명시편명시편명 수소량수소량수소량수소량 (45 /48hr)(45 /48hr)(45 /48hr)(45 /48hr)℃℃℃℃

용접부 W1 1.42(ml/100g)

모재(90°) R1 2.24

모재(180°) B1 1.67

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나 균열 탐상 초음파 탐상나 균열 탐상 초음파 탐상나 균열 탐상 초음파 탐상나 균열 탐상 초음파 탐상. : (UT). : (UT). : (UT). : (UT)

시편이 종료된 시편에 대해서는 을 이용하여Scanning Acoustic Microscope(SAM)

균열발생여부를 확인하였다 그림 은 각 시편의 초음파 사진을 나타낸 것이다. 7-8 .

그림 에서 나타난 조그만 작은 원형의 점들은 시편 표면부근의 작은 브리스터7-8

들이고, 힌색의 반점으로 나타나고 있는 것들은 수소유기균열인 것이다 균열은 모.

재부에서만 발생하고 있었으며 특히 모재 용접부 의 시편에서 커다란 균열이, ( +90°)

다량 발생하고 있었다.

다다다다 균열균열균열균열길길길길이 측정 결과이 측정 결과이 측정 결과이 측정 결과....

시험결과에 근거하여 균열이 가장 많은 부위를 기준으로 하여 시험편을 절단SAM

하고 절단면으로부터 균열발생율을 측정하였다 그림 는 절단면에서 관찰, . 7-9 괸 수

소유기균열의 전형적인 형상을 보여 주는 것이다 균열발생율은 로. CLR, CTR, CSR

평가하였으며 평가방법은 기준안에 제시된 방법에 의거하여 수행하였, RS D0005

다 각각의 시험편에서 측정한 결과는 다음 표 과 같다 이 표에서 보듯이 용접. 7-8 .

부는 모두 의 균열율을 보여 주었으나 모재부에서는 최대 의 균열율을 보0% 21.2%

여 주었다 특히 모재부 용접부 의 경우는 개의 시편 중에서 개의 시편에서. ( +90°) 3 2

이 를 초과하였다 이러한 경우에는 표 의 신뢰성등급 중 최하위에 해CLR 15% . 7-9

당하는 등급의 요건을 만족시키지 못할 뿐만 아니라 동일부위에서 두개 이상의C ,

시편이 불합격임으로 재시험이 용납되지 않는다 그럼으로 본 시재품은 인증이 불.

가능하다.

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