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스테인리스강재의 자화 특성 기술 검토

스테인리스강재의 자화 특성 기술 검토STS 304/3161. 스테인리스 강재 자화 특성 검토 목적1: 오스테나이트계 스테인리스 강재는 일반적으로 자석에 달라붙지 않는 특성이 있는데 특정 스테인리스강재는 최종 완성품 검사시 자석에 달라붙는 성질이 나타나기도 한다. 통상적인 금속학적 지식을 갖춘 이는 이러한 현상을 이해하는데는 별다른 애로사항이 없을 것으로 판단되나, 그럼에도 불구하고 실제 현장실무적 측면에서 스테인리스강재의 자화현상 문제로 애로사항을 겪는 일들이 종종 발생됨에 따른 맨붕 현상을 경험할 수 있을 것이다. 따라서 이의 문제해결 지침을 마련할 수 있도록 위해 스테인리스강재의 자화특성에 대하여 기술적으로 검토하였다.2. 검토 방향: 어떠한 방법(주조, 소성가공, 기계가공, 열처리, 용접 등)으로 제작된 준안정 스테인리스강재 제품의 경우 화학성분이 그 스펙기준에 만족됨에도 불구하고 어떤 경우에 종종 자화된 상태(즉, 자석에 약하게 달라붙는 현상)가 발생될 수 있다. 그 원인은 무엇이고 인자는 무엇인지 고찰이 요구된다.3. 스테인리스강재(Stainless Steel)의 종류스테인리스강재의 종류는 최근 개발된 소재까지 고려하면 수 십 가지 이상에 달하지만, 이들을 금속학적인 특성으로 크게 분류하면 5가지로 구분할 수 있다. 스테인리스강재라 함은 스테인(Stain, 녹)이 없는(-less) 강재를 말하는데, 여기서 녹이 슬지 않는다는 표현은 대기 중에 장시간 노출시켰을때 산화나 부식이 발생되지 않는다는 것을 의미한다. 그럼에도불구하고 스테인리스강재는 Cl-기가 존재하는 용액이나 바닷물 속에서는 빨갛게 부식되는 현상을 나타낸다. 철이 대기 중에서 녹슬지 않으려면 철(Fe) 중에 크롬(Cr)이 최소 12%이상 함유되어야만 한다. 이때 Cr은 철 표면에 산소(O)나 수산기(OH-)가 침투하지 못할 정도로 치밀한 크롬산화막을 형성시킨다. 그래서 내식특성을 갖출 수 있게 된다. 이는 알루미늄(Al)이나 티타늄(Ti) 및 지르코늄(Zr)이 내산화성과 내식성을 갖는 원리와도 흡사하다. 이들 금속들은 대기중에서 그 치밀한 산화피막이 벗겨지는 순간 곧바로 산화피막이 벗겨진 부분에 또다시 수 십 ∼ 수 백 원자층 단위 두께의 산화층이 만들어진다. 그래서 이들 금속을 자르거나 스크래치가 나거나 해도 여전히 내식성을 갖는 이유가 여기에 있다. 이렇게 철(Fe)에 크롬(Cr)을 12wt.%이상 첨가(합금화)하면 대기 중에서 녹슬지 않는 금속 즉, 스테인리스강재가 만들어 진다. 12wt.% 이상의 Cr은 철 표면에 산소(O)나 수산기(OH-)가 침투하지 못할정도로 치밀한 크롬산화막을 형성시킴으로서 녹슬지 않는 원인이 된다.23※ 스테인리스강재(Stainless Steel) 계통도금속 조직 구분CrNiC기 타페라이트12 – 30---마르텐사이트12 – 17-0.1 – 1.0-오스테나이트17 – 258 – 20-Mo듀플렉스23 - 302.5 – 7-Ti, Mo석출경화형Austenite or Martensite + (Cu, Ti, Al, Mo, Nb, N)4. Cr 함량에 따른 자기 변태점45. Ni 함량에 따른 자기 변태점5Schaeffler Diagram: Cr, Ni당량에 따른 조직분률 분석도618-8스테인리스강(STS 304): austenite의 limit 조성을 가짐(준안정 오스테나이트형)  상온부근에서 소성가공시 오스테나이트 일부가 마르텐사이트로 소성유기변태되거나 또는 가열/서냉시 마르텐사이트화하여 경화될 수 있으며, 이때 마르텐사이트(martensite) 로 변태된 조직이 자성을 나타내게 됨.Austenite계 Stainless Steel - 종류: SUS 304, 316, 321, 347… - 조성범위: (12-26)%Cr-(6-22)%Ni 결정구조: FCC 자화특성: 비자성 - 대표 강: 18Cr-8Ni(18-8) SUS 304강 종AISI조 성자성Martensite계41013Cr-0.1C유Ferrite계43018Cr-0.1C유Austenite계30418Cr-8Ni무6. Austenite계 Stainless Steel의 자기변태 가능성준안정 오스테나이트(metastable Austenite) 영역6. Austenite계 Stainless Steel의 자기변태 가능성Schaeffler Diagram, 18Cr-8Ni 상태도 : 냉간가공도 vs. Martensite 변태온도7화학성분 vs. 냉간가공 vs. 마르텐사이트생성온도(Md30) ; Angel 실험식 Md30 = 413 – 462(C+N) – 9.2Si – 8.1Mn – 13.7Cr – 9.5Ni – 18.5Mo - 30%의 변형에 대하여 50%의 마르텐사이트를 생성하는 온도.냉간가공시 Martensite 변 태 온 도(1) 합금 성분과 미세조직의 영향 (예: 316L) - STS 316L(ASTM CF3M)은 오스테나이트계 스테인리스강으로 분류되나 실제로는 완전한 오스테나이트 조직(Fully-austenite structure)을 형성하지 않고 약 5 – 20 vol.%의 페라이트(ferrite)를 함유하는 것이 특징이다. - Shaeffler Diagram을 기준으로 Ni 당량 및 Cr 당량치를 고려하면 약 10%의 Ferrite가 발생됨을 알 수 있다. (Fig. 1 참조) - 이들 ferrite는 고용화열처리 후 퀜칭에 의해서 오스테나이트 조직으로 변화될 수 있으나, 이는 과냉으로 억제시켜 놓은 상태일 뿐 Full Austenite 조직과는 달리 금속조직학적으로는 불안정한 상태이다. 따라서 이를 준안정 오스테나이트조직(Metalstable Austentic Structure)이라 부른다.Fig. 1. Shaeffler diagram8(2) 사용 중 조직 변화 - STS 316L 소재를 450～870℃의 온도영역에서 장시간 유지하게 될 경우 성분 중의 탄소와 크롬이 결합하여 크롬탄화물(Cr23C6)이 석출되는 것으로 알려져 있으며, 이러한 현상이 가장 두드러지는 온도는 약 650℃ 부근이다. 이때 결정입계에서 크롬탄화물(Cr23C6)이 다량 형성되고 이에 따라 기지(matrix) 내 결정립계 근처에서 Cr-고갈영역이 발생된다. - 고용화열처리를 수행한 소재(Ferrite Free Mat.)를 450℃ 이상의 온도에서 사용중 Cr-탄화물이 시간에 따라 석출되는 현상에 대한 근거자료는 Fig. 2에 나타나 있다. - 특히, 크롬탄화물이 형성될때 투자율(magnetic permeability, μ)이 급격히 상승하는 현상이 발생되며, 투자율의 상승은 자성을 갖게 됨을 의미함. : Fig. 3 참조Fig. 2. Effect of Carbon on carbide precipitation9Fig. 3. The Relationship Between Chromium Carbides and Magnetic Permeability10(3) 가공경화(Work Hardening)의 영향 - 준안정 오스테나이트조직을 갖는 소재는 가공경화도가 높기 때문에 상온에서 소성가공을 수행하거나 기계가공을 수행할 경우 쉽게 경화될 수 있는 특징이 있음. - 그 이유는 고온으로부터 급냉시켜 고용화열처리를 하여 얻은 준안정 오스테나이트 조직이기 때문에 냉간가공하면 그 조직의 일부가 변태하여 마르텐사이트 조직이 되며, 이 조직 내부에는 가공응력(Working Stress)이 증대되어 경화되기 때문이다. 이때 약한 자성을 띄게 된다. - [Ref.] Steel Castings Handbook, Supplement 8, Highly Alloy Data Sheets Corrosion Series, Steel Founders' Society of America, 2004, p. 44. “Most machining operations can be performed satisfactorily on castings of CF3M alloy. It is important in all cases that the tool be kept continually entering into the metal in order t o avoide work-hardening the surface. Slow feeds, deep cuts, and powerful, rigid machines are necessary for the best results….”117. 기술검토 결과 및 제언 (Conclusion Suggestion)준안정 오스테나이트계 스테인리스강(STS 304/316/317급)의 자화 특성 STS 304급 재질들은 주 성분이 18Cr-8Ni 또는 19Cr-10Ni으로서 Ni 및 Cr 당량치로 환산하여 Schaeffler Diagram으로 분석시 준안정 오스테나이트 조직을 갖고 있음. 준안정오스테나이트 조직은 어떤 열(heat)나 또는 냉간변형(Plastic Deformation)에 의하여 쉽게 마르텐사이트조직으로 변태될 수 있으며, 이에 따라 자석에 붙는 현상이 발생될 수 있음. 주조품 또는 가공품 (STS 304/316/317급)가 자석에 붙는 현상 주조품의 경우, 용탕 응고 후 약 800℃ → 약 300℃ 까지의 냉각속도에 영향을 받음  이 온도 구간에서 냉각이 느리면 자석에 달라붙는 현상이 발생될 수 있음 기계 가공품의 경우, 기계가공시 절삭유 미사용 등과 같이 부적절한 가공조건에 의하여 가공공구와 피삭재 사이에서 발생된 열이 가공품의 온도를 높일 수 있으며, 피삭재가 자기변태 온도 이상의 온도로 상승되었다가 냉각된 경우 자석에 달라붙는 현상이 발생될 수 있음 자석에 붙는 현상 제거 대책 방안 제언 - 제작된 가공품이 비자성을 필히 유지되어야 한다는 조건이 사용상 필수전제조건이라고 한다면 768℃이상으로 가열한 후 급냉을 하면 비자성으로 얻어질 수 있음(가열 감자법) - 특정 제품의 경우 가열급냉시 제품상에 변형이 수반될 수 있는 문제가 있다고 판단되면 탈자기(De-magnetizing equipment )를 이용하여 탈자시켜 사용할 것을 추천함(직류 감자법). - 주조품도 동일함.12{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2019.09.11| 13페이지| 3,000원| 조회(176)

스테인리스강, 자성, 자화

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석유화학용 설비에 적용되는 부품 종류 및 소재

High Performance Products for Petrochemical ProcessReformer TubeCracking TubeSpecifications of Special AlloysOther ApplicationsQuality Control InspectionTechnical Document고온에서 사용되고 있는 원심주조 내열 합금관에는 석유화학 플랜트의 핵심 구성부품인 개질관, 에틸렌 열분해관 등의 고성능 반응관 제품들이 있다.개질관(reformer tube), 열분해관(thermal cracking tube)과 같은 석유화학반응관(reaction tube)은 거의 모든 종류의 정유공장 및 각종 석유화학 공정에서 사용되고 있는 가열로의 핵심 구성품이며, 버너(burner)에서 공급되는 열(heat)을 원형관 내부의 유체에 전도, 가열시켜 유체의 물리적, 화학적 특성을 변화시킬 목적으로 사용되고 있다.국내의 경우 석유화학공업에서 사용되고 있는 각종 부품들의 경우 아직도 값비싼 단조/압출재 제품들을 사용하고 있으나, 외국의 경우에는 고온특성이 더욱 우수하고 상대적으로 저렴한 가격의 원심주조품으로 교체되고 있다. 한 예로 선진외국의 경우 개질관들에서 반응완료된 핫가스(hot gas)를 수집하는 가스배출다기관(outlet manifolds)의 경우 종래에는 단조, 압출 등의 공정을 거쳐 제조되어 왔으나 납기 및 수명향상을 위한 합금화 필요성 등의 문제로 원심주조품으로 교체하고 있다.1,200℃급까지 사용할 수 있는 고품위 원심주조합금관 및 내열 합금 부품의 국내 자급화 및 수출 경쟁력 확보를 위해서는 석유화학반응관의 경우 기존보다 더욱 우수한 열전달 특성을 확보하여야 하는데 이를 위해서는 현재보다 튜브의 두께를 더 얇게 설계하여 제작할 수 있는 생산기술이 요구되고 있다. 장수명 고온/고열전달 튜브 제작 기술은 합금설계기술, Thin-wall 원심주조기술, 주름관 또는 돌기형 튜브 제조기술 등이 포함된다.Furnace tubes an적으로 개질관의 운전온도는 600℃∼1,000℃ 정도이며, 압력은 5∼40㎏/㎠의 조건에서 가동되기 때문에 재료적으로는 극한 환경하에 노출되어 있다. 최근에는 반응로의 효율 향상을 목적으로 운전조건을 더욱 가혹한 조건으로 상향시키고 있는 추세이며, 이에 따라 개질관의 재질을 종래 HK-40에서 HP-40, 개량 HP-40 합금 등으로 고온특성을 개선시킨 원심주조 반응관이 널리 사용되고 있다. 실제 사용 중인 개질관은 경우에 따라 설계 온도를 초과하는 과열(overheating) 현상이나 열피로 현상 등에 의하여 설계 수명에 비해 단 시간(30,000∼80,000h)에 손상이 종종 발생된다.고도의 기술력으로 극한환경을 위한 장수명 합금 및 원심주조 합금관을 국산화 개발이 지속적으로 요구되고 있으며, 사용 중 설계온도를 초과하는 일시적 overheating이나 열피로에 의한 손상 발생 가능성을 고려하여 크리프 강도에 근거하여 사용수명을 10만시간 이상으로 설계 제작되어야 한다. 특히, 반응관 제작시 고객의 요구 및 사용목적에 따라 고온부의 출구관에 적합한 초내열 합금관과 저온부의 입력관의 재질에 적합한 내열 합금관 조립을 위한 고품질 이종 용접 기술도 확보되어야 한다.열분해관(thermal cracking tube)은 고온(900∼1,100)℃, 고압(25kgf/㎠)하에서 비점이 높고 분자량이 큰 탄화수소를 분자량이 작은 저비점의 경질 탄화수소로 분해시키는 석유화학 반응관으로서 크리프강도 뿐만 아니라 내침탄성이 만족되어야 한다.에틸렌 열분해로(Ethylene Cracking furnace)를 운전함에 있어 심각한 장애요인 중의 하나는 열분해관 내에 생성되는 코크(Coke)이다. 코크가 관 내에 생성되면 외부의 열원으로부터 열전달을 방해하여 에너지 소모를 증가시킬 뿐만 아니라 압력강하가 발생되어 화학반응을 저하시키며, 심할 경우에는 관 막힘 현상이 발생되어 더 이상의 운전이 불가능하게 된다.코크는 열분해 반응시 원하지 않는 부산물이므로, 관 Machine으로 용접/제작되고 있으며, ASME Section IX와 ASTM 488의 기준에 따라 수행되어야 한다. GTAW 용접기술은 용접부가 기지금속과 동일한 성질을 가질 수 있도록 하는 청정기술이며, 고품질의 용접 조립품을 제작할 수 있는 방법이다.튜브 시트, 써포트(Tube Sheet Support)Furnace tubes and assemblies Manifold assemblies Static cast fittings Pyrolysis furnace coils Convection tube sheets Tube supports Radiant tube trees Bulkhead tees Steam reformer assemblies Radiant sections Heater Hardware석유화학 반응로의 대류 존(convection zone)에 사용되는 튜브들은 사용중 배열된 튜브들 사이에서 열이 균일하게 순환될 수 있도록 유도하여야 시스템의 효율을 높일 수 있다. 이를 위해서 대류존에 배치된 튜브들이 운전 중에도 일정한 간격을 유지할 수 있도록 하는 구조부품이 튜브시트(tube sheet)이다. 튜브 시트 및 써포트는 HF, HK40, HP 및 50Ni-50Cr 등의 내열 합금을 적용하여 사형주조(sand casting)로 제작되고 있다.엘보우(Elbows), 후크(Hooks)반응관의 조립을 위한 다양한 형상의 엘보우(elbows), 유밴드(u-band)를 석유화학용 내열합금을 이용하여 사형주조로 제작되고 있으며, 압력누설검사 전에 용접개선가공을 수행하며, 합격제품만을 사용하여 튜브와 용접을 수행하고 있다. 또한 반응로 내부에서 반응관의 지지를 위한 고온용 후크 등도 사형주조로 생산하고 있으며, 다양한 형태의 제작기술이 요구된다.스페이서(Spacer Blocks)스페이서는 튜브시트와 유사한 목적으로 사용하고 있으며, 내열합금을 이용하여 사형주조로 제작되고 있다. 스페이서는 반응로의 운전 중에 반응관rungs)에 지지시킨다. 이들 튜브격벽지주는 일반적으로 HK-40급 합금으로 원심주조하여 제작되고 있다.Furnace tubes and assemblies Manifold assemblies Static cast fittings Pyrolysis furnace coils Convection tube sheets Tube supports Radiant tube trees Bulkhead tees Steam reformer assemblies Radiant sections Heater Hardware화학성분 분석(Chemical Analysis)모든 주조제품에 대하여 발광분광분석기(Emission Spectrochemical Analyzer) 등에 의한 화학성분이 체크되어야 하며, 분석된 시험편은 일정기간 별도 보관 및 관리하여야 한다. 분석기기는 국제표준시험편 및 표준시험편으로 매일 보정/관리를 실시하여 그 신뢰성을 확보하여야만 한다금속조직 분석(Micro- Macro- Structure Analysis)생산제품에 대한 샘플을 채취하여 미세조직(Microstructure)과 거시조직(Macro-structure)을 분석하여 최적의 품질이 얻어질 수 있도록 제조공정을 컨트롤하여야 한다.물성평가(Thermal Mechanical Property Analysis)초도제품 또는 고객의 요구사항이 있을 때 해당 제품의 요구사양에 부합될 수 있도록 각종 열적, 기계적 특성평가를 수행하여야 한다.치수검사(Dimension Inspection)고객이 제공하는 제작도면에 따라서 모든 출하제품에 대해서 도면에 명시된 허용공차 합격 여부에 대한 치수검사가 수행되어야 하며, 이에 대한 성적서를 제공되어야 한다.비파괴검사(Non-Destructive Examination)용접부의 액체침투시험(Liquid Penetrant Examination) 검사 기준 : ASME SECTION III. or DIN I. Para. 7-3 or JIS Z2343 Standair Leak Test Report Hydraulic Pressure Test Report Radiographic Test Report Documents to be submitted ASTM A297 Gr. HKASTM A351 Gr. HK40DIN 1.4848CS25KCS25KTCS20KTCS25KA25Cr-20Ni25Cr-20Ni-0.4C25Cr-20Ni-0.4C-SiASTM A297 Gr. HP40ASTM A297 Gr. HP45HP-mod.Nb DIN 1.4852CS35RTCS35HCCS37RTCS35RTA25Cr-35Ni25Cr-35Ni-0.45C25Cr-35Ni-NbCS35PTADIN 1.4869  DIN 2.4879DIN 2.4879 mod.CS48RTCS48CTCS48ATCS48PT28Cr-48Ni28Cr-48Ni-3Co-5WDIN 1.488935Cr-45Ni-NbET 4535Cr-45NiCS45RTCS45ATCS45PT   : 열분해관(thermal cracking tube)와 같이 고온의 침탄분위기에 노출되어 있는 용도에 사용하기 적합하도록 내침탄성을 강화한 합금 소재임.종류횟수(회)시험온도(℃)평균침탄깊이(㎛)CT3521100 ± 5Max. 2,620CT4521100 ± 5Max. 1,050평가방법 : RS D 0001 기준으로 침탄 깊이의 평균치 측정 평가기준 : 평균 침탄 깊이는 표 1의 최대 값을 초과하지 말아야 한다.RS D 0000 : 2001 에틸렌제조용 Cracking Furnace Tube의 평가기준 산업자원부 기술표준원 발행 표 1 온도에 따른 침탄 깊이(500시간 침탄시험 후)CSiMnNiCrMoNbCoWTiAlAdds.CS35RTA0.10.50.635253.00.8-2.01.how}

공학/기술| 2019.07.16| 11페이지| 3,000원| 조회(209)

수소, 원심주조, 석유화학, 분해, 내열합금, 개질

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석유화학용 반응관 - 소재적 접근

PETROCHEMICAL PYROLYSIS TUBES1) Reformer 개요 2) 석유화학 반응관의 사용 환경과 파손기구 3) 원심주조공법의 특징과 장점 4) 석유화학 반응관 소재 개발 현황1I. Reformer 개요2CH4 + H2O → CO + 3H2 CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2Crude Oil (원유)LSR Naphtha (경질납사)EthylenePropyleneButadieneBTXMethaneC4 LPGLNG (액화천연가스)HSR Naphtha (중질납사)NCC (납사분해시설)Reformer (접촉개질시설)주성분: CH4Steam Reformer (접촉수증기개질)방향족석 유 화 학 제 품H2Reformer TubeCracking TubeReformer Tube3I. Reformer 개요4※ Plant Overview for Hydrogen Production (2)I. Reformer 개요5Convective ReformerCombined Autothermal ReformerAutothermal ReformerTube SheetReformer Tube※ 각종 개질설비(Reformer)의 구조I. Reformer 개요6※ 개질설비(Reformer) 내부 구조Reformer TubesBurnersWorkingSchematic DiagramManifoldsReformer PlantI. Reformer 개요7사용온도 [℃]내압 [kgf/cm2]주요 손상 원인일반 수명 [h]납사 분해용 Tube800 ~ 1,1001~2침탄40,000수증기 개질용 Tube600 ~ 1,0005~40고온응력변형50,000석유화학 공정에서 납사를 분해하여 에틸렌을 제조하는 반응로에 적용되는 내열 Tube석유화학 공정에서 탄화수소와 수증기의 반응에 의해 수소를 제조하는 반응로에 적용되는 내열 Tube납사 분해용 Tube수증기 개질용 Tube2. 석유화학 반응관의 사용 환경과 파손기구8※ 열분해로 관(Cracking Tube), 개질로 관(Reformer Tube)의 열king에 의한 국부적인 온도상승 4) 열피로(Thermal Fatigue) 5) 내외면 온도차에 의한 열응력 발생 6) 사용중 1차탄화물의 용해/2차탄화물 석출/조대화에 따른 재질의 취성 증대 및 cavity 생성  균열개시점 제공2. 석유화학 반응관의 사용 환경과 파손기구1) Reformer Tube의 주요 파손기구Creep 손상Creep Elongation 1) HK-40 : 1-2% 2) HP-40 : 2-4%Reformer Tube튜브 외경 팽창 동반 국부적 팽창 여부 확인 HP-40급이 사전 손상 여부 확인 유리2. 석유화학 반응관의 사용 환경과 파손기구9102) Cracking Tube의 주요 파손기구 - 튜브 내면이 침탄될 경우, 침탄층과 기지층 사이의 열팽창계수 차에 의하여 튜브 외측면에 균열 개시점 제공 크리프 강도와 함께 내침탄성이 요구됨.2. 석유화학 반응관의 사용 환경과 파손기구112. 석유화학 반응관의 사용 환경과 파손기구주방상태(as-cast) Grain Cell boundary에 1차 탄화물 존재 결정립 내부에 2차 탄화물 존재1차 탄화물의 부분적 조대화 과정 진행 : M23C6 Cr-carbide  M7C3 Cr-carbide로 변질 결정립 내부의 2차 탄화물의 부분적 용해1차 탄화물 조대화 : M23C6 Cr-탄화물  M7C3 Cr-탄화물로 변질; Brittle 2차 탄화물 완전 용해 : Creep Rate ↑3) 내열합금의 고온 사용중 조직 열화(degradation) 양상3. 원심주조공법의 특징과 장점121) 원심주조법의 원리 : 원심주조법은 회전하는 중공형 금형에 목적하는 합금 용탕을 주입하여 원심방향에 수직한 방향으로 약 50배의 중력에 해당되는 응력을 부여함으로서 방향성 응고를 유도하여 고온에 적합한 미세조직을 유도할 수 있는 튜브제조 공법임. 2) 원심주조법의 장점 방향성 응고를 하므로 주조결함과 편석이 거의 없다. 생산속도가 높다. 결함이 없으므로 기계적 특성치가 우수하다. 이종소재의 접합관 생산이 용이하다.등축정 조직주상정 조직3. 원심주조공법의 특징과 장점15※ Tube 제조 관련 기술각종 내열합금 관련 다양한 재질의 생산 경험/Data 석유화학 공정용 개발 합금 고온용 내열합금 특허길이 (70∼130)φ x 5,500mmL 이상 Tube 제조 know-how 장축 튜브 조직 제어 know-how 다양한 규격 조건에 맞는 제품설계 및 생산 TIG 자동용접기술 및 이종재 용접 품질(Quality) 확보최고의 성능 제공을 위한 신기술 개발 원가절감형 공정기술 개발 Simulation : 미세조직 예측, 표준공정 확립1. 금형예열/도형2. 합금용해/용탕처리163. 용탕 주입 준비4. 출탕/용탕개량처리5. 용탕주입7. 금형냉각8. Tube 인출6. 원심주조3. 원심주조공법의 특징과 장점4. 석유화학반응관 소재 Tailed 개발 방법17Traced AlloyingMicro Traced Alloying4xCr-5yNi4xCr-4yNi1xCr-2yNi1xCr-6yNi1xCr-7yNi2xCr-2yNi2xCr-6yNi2xCr-7yNi2xCr-3yNi2xCr-4yNi2xCr-5yNi2xCr-1yNi3xCr-2yNi3xCr-3yNi3xCr-4yNi3xCr-5yNi3xCr-1yNi내침탄/내질화/내침류내식성/고온Creep강도내산화/내식성/Creep강도내 산 화HKHP181. 사용온도 : 850 – 1150℃3. 설계 수명 : 10만 시간Ref 1)결정립계에 불연속 탄화물의 존재  크리프 강도, 균열성장 저항성, 피로강도 향상1. Ni : 고온 Creep 강도, 내침탄, 내식성 2. Cr : 내산화, 내식, 내침탄(28wt.%이상) 3. Nb, Mo, Ti, W, Zr, V : 특수탄화물 형성원소  크리프강도 증대 4. Al, Si, Cu, Co : 비탄화물 형성원소  강도, 침탄저항성 증대 5. C : 탄화물 석출강화  강도 증대, 과다 첨가시 열피로특성 저하 6. Y, Ce, Nd, Zr, Ti : 탄화물 형상 제어(입계 불연속탄화물 형성) 원소※ 석유화학 반응관의 합금설계ified 25Cr-35Ni centrifugally cast steel furnace tubes” Mater. Character. 49 (3), pp.219 – 229.2) 내열합금에서 합금원소 특성1) 합금 설계 기준4. 석유화학반응관 소재 개발 – 합금설계 기준NbCCr23C6DIN 1.4859 32Ni-20Cr-Nb1) X(x=alloys) + Nb - Cr23C6  NbC ; Modification of Carbide MorphologyDIN 1.4852 35Ni-25Cr-NbNbCCr23C6194. 석유화학반응관 소재 개발 현황 – 첨가원소와 조직변화As fabircated(OM)800℃, 30,000h 사용 후2) HP 40 + y(y=Y, Nb, Ti, Ce, Nd, Zr)204. 석유화학반응관 소재 개발 현황 – 첨가원소와 조직변화YYNbTi+Mx+Mx+Ry+Mx+Mx+RyGeneral ModificationSpecial Modification① 내침탄성 - Cr의 역할 : 치밀한 1차 산화피막 형성(Cr 29%; CrxOy 연속층 형성) - Si, Al의 역할 : Cr 산화층 안쪽에 Si, Al 산화층 형성  치밀한 산화층(CrxOy, SiO2, Al2O3)들이 이송매체와 튜브소재와의 확산반응 저지 ② 내크리프성 - NbC, TiC, Mo2C, WC 등의 특수탄화물 효과 : 고온에서 안정한 탄화물(불용성 탄화물) - Nb, Ti, Mo, W, Y… 등의 고용 효과 : 고온에서 1차 탄화물(M23C6)의 분해반응시 고용원소들이 Vacant site 점유  Void가 없는 치밀된 기지(Matrix) 유지  Creep 진행 저지214. 석유화학반응관 소재 개발 현황 – 내침탄성MCM7C3CrxOyAl2O3 , SiO22nd Carbides224. 석유화학반응관 소재 개발 현황 – 개량 합금계 (예시)(1) CS25 SeriesASTM A297 Gr. HKASTM A351 Gr. HK40DIN 1.4848CS25KCS25KTCS20KTCS25be Sheet, Supports, etc.234. 석유화학반응관 소재 개발 현황 – 개량 합금계(예시)(2) CS35 SeriesCreep 강도 내산화성Creep연성 고온강도Creep 강도 고온강도Creep 강도 내침탄성내열피로성 내열충격성 고온강도ASTM A297 Gr. HP40ASTM A297 Gr. HP45HP-mod.Nb DIN 1.4852CS35RTCS35HCCS37RTCS35RTA25Cr-35Ni25Cr-35Ni-0.45C25Cr-35Ni-NbCS35PTADIN 1.4869Applications: Reformer tubes, Convection tube Sheets, Tube supports, Radiant tube trees, static cast fittings, etc.244. 석유화학반응관 소재 개발 현황 – 개량 합금계 (예시)(3) CS45 SeriesDIN 1.488935Cr-45Ni-NbET 4535Cr-45NiCS45RTCS45ATCS45PTCreep 강도 고온강도Creep 강도 내산화, 내침탄Creep 강도 내침탄, 내산화Applications: Cracking tubes, Reformer tubes, Convection tube Sheets, Tube supports, Radiant sections, static cast fittings, etc.254. 석유화학반응관 소재 개발 현황 – 개량 합금계 (예시)(4) CS48 SeriesDIN 2.4879DIN 2.4879 mod.CS48RTCS48CTCS48ATCS48PT28Cr-48Ni28Cr-48Ni-3Co-5WLow-CostCreep 강도 고온강도내침탄, 내산화Low-Cost 내침탄, 내산화Applications: Cracking tubes, Reformer tubes, Convection tube Sheets, Tube supports, Furnace tubes assemblies, etc.264. 석유화학반응관 소재 개발 현황 – 합금계열 크리프 예측(1) Rhow}

공학/기술| 2019.07.16| 29페이지| 3,000원| 조회(97)

수소, 나프타, 튜브, 원심주조, 석유화학, 내열합금, 수증기개질, 리포머, 납사분해

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철강 생산 공정 및 주요 설비 부품

철강 생산 공정 및 주요 설비 부품철광석유연탄용광로슬라브후 판열연강판냉연, 아연도강판 등철스크랩전기로BloomBillet대형형강철근,형강,봉강(2,800만톤)(포스코)(포스코, 현대제철, 동국제강)(포스코,하이스코, 동부 등 5社)(포스코)(2,400만톤)(현대제철, 동국제강)(현대제철,동국제강 등 10社)원 료철강제품수 요일 관 제 철전 기 로 제 강철강생산 개요개 요일관제철소에서의 철강생산 개요1) 생산품목 : Coil, Plate Wire 2) 생산공정(Production Stages) -제선(Iron making) -제강(Steel Making) -연주(Continuous Casting) -압연(Rolling)개 요- 철광석에서 쇳물을 생산하는 기초 공정(직접환원제철법과 간접환원제철법으로 구분) 간접환원제철법 : 철광석(소결광), 원료탄(코크스), 석회석을 고로 상부에 장입 후 고로 하부에서 산소로 부화시켜 1,200℃ 정도의 뜨거운 공기를 불어 넣으면 원료탄이 타면서 열과 CO가스가 발생된다. 이 열에 의하여 CO가스와 소결광이 화학반응하여 쇳물이 만들어지는데 이를 용선이라고 한다. 용선은 C, Si, P, S 등의 많은 불순물을 함유하고 있다.제선공정제 선 공 정- 직접환원제철법(FINEX, COREX)의 비교제선공정COREXFINEX제 선 공 정1) 혼합 분쇄한 유연탄 (Coal from the mixing and grinding plant) 2) 석탄창고(Coal bunker) 3) 계량 컨테이너(Weighing containers) 4) 장입 대차(Charging car) 5) 코크스 오븐챔버(Coke oven chamber) 6) 라이저(Riser) 7) 축열로(Regenerator) 8) 이송기계(Transfer machine ) 9) 소화차(Quenching car) 10) 코크스와프(Coke wharf) 11) 고로에 적합한 코크스 (Coke for the blast furnace) 12) 코크스분진제거장치 (Dedusting of cont - Twin strand caster 10.) DEMAG arc-type plant - Single strand caster 11.) Slitting lines제강공정 : LD전로(LD Steel Plant)제 강 공 정제강공정 : 진공정련(VPL Plant)제 강 공 정01.) 4 Ladle treatment stations 02.) 3 Vacuum-tank-degasser 03.) 2 Twin strand LFSupport RollGuide RollPinch Roll16개월 후 Roll 교체제강공정 : 연속주조(Continuous Casting Plant)제 강 공 정제강공정 : 연속주조(Continuous Casting Plant)제 강 공 정※ 연주공정의 최신 기술 현황Slab Casting압연공정압 연 공 정- 중간 소재를 최종제품으로 가공하는 공정. 압연이란 슬래브, 블룸, 빌렛 등을 회전하는 여러 개의 롤 사이를 통과시켜 연속적인 힘을 가하여 늘리거나 얇게 만드는 과정을 말한다. - 압연공정: 열간압연, 냉간압연열간압연 공정 (예)압 연 공 정열간압연 (Hot Strip Mill)압 연 공 정PINCH ROLL 용접수리PINCH ROLL 가공수리FURVSB RollFeed RollC-Table RollD-Table RollDelay Table Roller Before Finishing MillFSB RollFCSFSBLooper RollerFinishing MillSide Guide RollerRun out Table RollRoughing MillTable Roller between Roughing MillSide Guide Disk RollTop Pinch RollDeflector RollBottom Pinch RollWrapper(Unit) RollCradle Roll열간압연 (후판 공정)압 연 공 정Rough Mill StandTable RollerFeeder RollerFinishing MillLevelling Back-up Rollross-cut shear 06.) Laser welder 07.) Entry loop accumulator 08.) Roll-out bend straightener 09.) Turbulent pickling basin 10.) Rinsing section 11.) Dryer 12.) Surface inspection 13.) Exit loop accumulator 14.) Edge trimmer 15.) Geometry testing and inspection of strip edges 16.) Electrostatic oiler 17.) Tension reel압 연 공 정냉간압연(Cold Strip Mill: Continuous pickling line)압 연 공 정(Cold Strip Mill: 5-stand cold rolling tandem mill)01.) Pay-off reel 02.) Thickness measuring and regulation 03.) Stand 04.) Cross-cut shear 05.) Flatness measuring and regulation 06.) Tension reel with strap winder01.) Downender 02.) Guide arms 03.) Base 04.) Intermediate convectors 05.) Protective cover 06.) Furnace cover 07.) Cooler cover 08.) Coil transport(상자 소둔 : Hydrogen Bath Annealing Line)압 연 공 정CAL(연속소둔; Continuous Annealing Line)압 연 공 정01.) Pay-off reel 02.) Skin pass mill stand 1 03.) Flatness measuring and regulation 04.) Skin pass mill stand 2 05.) Surface inspection system 06.) Electrostatic oiler 0ion 28.) Strip gauge measurement 29.) Electrostatic oiler 30.) Shear 31.) Oiling gauge 32.) Tension reel01.) Pay-off reel 1 and 2 02.) Strip gauge measurement 03.) Welding machine 04.) Alkaline/electrolytic cleaning section 05.) Entry loop accumulator 06.) Pickling section 07.) Redundant annealing temperature measurement 08.) Annealing furnace 09.) Induction furnace 10.) Zinc pot 11.) Air-knives 12.) Zinc coating thickness control 13.) Coil cooling 14.) Coating gauge measurement 15.) Intermediate looper 16.) Skin pass mill stand 17.) Roughness measurement 18.) Tension leveller 19.) Non-destructive testing (technical properties) 20.) Surface inspection system 21.) Chemical aftertreatment 22.) Exit loop accumulator 23.) Double head side-trimmer 24.) Strip width measurement 25.) Surface inspection both sides (vertical/horizontal) 26.) Electrostatic oiler 27.) Oiling gauge 28.) Rotary shear 29.) Tension reel표 면 처 리 공 정#2 CGL(Continuous Hot-Dip Galvanizing Line 2)표 면 처 리 공 정용융아연도금라인(CGL; Coupling열연후판설비(Plate Slabbing Mill)- Hot Cold Leveller Roller - Back-up Roll - Turn Table Roll - Table Feed Roll - D.S.S. Pinch Roll - Roll Coupling냉연설비(Cold Rolling Mill)- CGL Sink Roll - CGL Stabilizing Roll - Top Roll - Process Roll - Hearth Roll - Tension Bridle Roll제철소 소결설비(Iron Making Sinter Plant)- Drum Feeder고로설비(Blast Furnace)- Bucket Edge - PCI Grinding Roll(Roll Tire) Bulling Segment이송설비(Transportation Equipment)- Crane Wheel철 강 산 업 용 부 품철강산업의 설비별 주요 Roll 부품Position of rollerRoller nameWorking environmenthardness사용수명CrystalFoot roller (diameter 100mm)A、B、C36-40100만톤Font of 0 segmentSplit Small rollerA、B、C36-40100만톤Upper of 0 segmentSplit small rollerA、B、C44-46150만톤Curved segmentDiameter less than 150mmA、C40-42150만톤Fan shaped segmentDiameter 150-180mmA、C42-43200만톤Straightening segmentDiameter 180-200A、C45-47200만톤Horizontal segmentDiameter 200-350A、C47-48300만톤Working environmen: A- high temperature wear; B- corrosion; C- thermal fatigue※ 연주설비 Parts철 강 산 업 용 부 품철강산업의 설비별 주요 Roll

공학/기술| 2019.07.16| 57페이지| 3,000원| 조회(326)

압연, 표면처리, 제강, 제선, 철강설비용 부품

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ScMnCr3 Steel Tube의 열처리시험

ScMnCr3 Steel Tube 열처리 시험 및 결과1. Fe-C Phase Diagram12. 탄소(C) 함량과 미세조직, 기계적성질 관계For 아공석강 페라이트 분율 = (1-%C/0.8)x100 펄라이트 분율 = (%C/0.8)x100인장강도(kgf/mm2)=28.7(1-%C/0.8)+83.7(%C/0.8) 경도(HB) = 90(1-%C/0.8) + 2.25(%C/0.8) 연신율(%) = 40(1-%C/0.8) + 15(%C/0.8)23. 탄소강의 표준 조직(1) 오스테나이트(2) 페라이트(3) 펄라이트• FCC • γ-Fe 고용체, 고온조직 • 비자성체 • 경도(HB) = 155 (about) • 상온에서 불안정한 조직, 인성이 높음.• BCC • α-Fe 고용체 또는 δ-Fe 고용체 • 순철(0.0∼0.008%C)의 상온조직 • 아공석강의 서냉시 초석으로 석출. • 가장 연한 조직, 경도(HB) = 90∼100 (about)• α-Fe와 Fe3C의 기계적 혼합물, 층상 또는 입상조직. • 공석강의 서냉시 100% 퍼얼라이트 조직 • 가공성, 기계적성질이 가장 우수 • 경도(HB) = 225 (about)33. 탄소강의 표준 조직(4) 망상 시멘타이트 + 펄라이트• Fe3C로 구성된 금속간화합물. • 과공석강의 서냉시 초석으로 석출 또는 pearlite 중 층상으로 존재. • 모든 조직 중에서 가장 경하고 취약함. • 경도(HB) = 820 (about)44. 탄소강의 열처리와 조직5※ 탄소강의 냉각변태 곡선6Source: ASM Handbook – Mechanical Testing and Evaluation. ASM International, vol. 8, Metals Park, 2000, 275.5. 탄소강의 경도와 인장성질 사이의 상관관계7Suggested by Lorenz et al.HV: Maximum Micro-vicker's Hardness[10 kg Load] Alloy Content: [weight %] t8/5: Cooling Tim Ductility and Toughness, Climax Molybdenum Company, Tokyo, 1971, p. 9-320Suggested by AndrewsNotation: Ms: Start Temperature of the Martensitic Transformation [°C] Alloy Content: [weight %]※ 화학성분이 0.6%C, 4.9%Mn, 5.0%Cr, 5.0%Ni, 5.4%Mo 이하인 저합금강에서 잘맞는 관계식임.9. 변태온도Source: ANDREWS, K.W. Empirical Formulae for the Calculation of Some Transformation Temperatures. Journal of the Iron and Steel Institute, 203, Part 7, July 1965, 721-727.1110. 경화능(hardenability)을 지닐 수 있는 임계 직경Suggested by Dearden O'NeillNotation: Di : Critical Diameter [mm], Alloy Content: [weight %]Source: DEARDEN, J O'NEIL, H.: A Guide to the Selection and Welding of Low Alloy Structural Steels. Transactions of the Institute of Welding, 3, Oct. 1940, 203-214.12After General Heat Treating11. 오스테나이트 변태시 치수 변화1312. 구조용 고장력 탄소강 주강품의 화학 성분1413. 구조용 고장력 탄소강 주강품의 기계적 성질15S(0.8)A3선Acm선A1선∼800℃0.4%C노말라이징 온도A3 + (50∼60)℃ScMnCr3 : N = (850∼950)℃14. ScMnCr3의 노말라이징 온도1615. Echo-tip에 의한 HB 환산 경도와 실제 Brinell (3,000kg) 경도 관계브리넬 경도시험에 의한 압입 브의 인장강도(항장력)와 경도(HB) 상관 관계Table Roller(ScMnCr3A)의 인장강도(항장력) 기준치: 69 kgf/mm2 이상1) 브리넬시험에 의한 경도(HB)와 인장강도(항장력, TS) 간에는 y(TS) = 0.252X(B-HB) + 27.37의 상관관계가 있으며, 이 관계식은 신뢰도 99.4%, 표준편차 1.21로서 신뢰성이 매우 높음. 2) Echo-tip에 의한 HB경도와 인장강도 간의 상관관계식은 신뢰도가 75.1%수준으로서 이 관계식의 활용은 바람직하지 않음.N(Only Normalizing Treatment)N+T(Normalizing Tempering) or Q+T(Quenching Tempering)192018. ScMnCr3A 원심주조 튜브의 인장강도(항장력) 허용 기준Brinell (HB)TS 계 산 값TS 최소(min.)TS 최대(max.)TS 합격 판정18373.572.374.7합격19075.374.076.5합격20077.876.679.0합격21080.379.181.5합격22082.881.684.0합격23085.384.186.5합격24087.986.689.1합격25090.489.291.6합격N+T 열처리 후 Brinell 경도(HB)가 합격될 경우 인장강도(항장력)도 모두 합격기준에 만족됨.SD = 1.21 적용y(TS) = 0.252X(B-HB) + 27.37, R = 99.4%, SD = 1.2119. ScMnCr3A 원심주조 튜브의 항복강도와 경도(HB) 상관 관계1) 브리넬시험에 의한 경도(HB)와 항복강도(YS) 간에는 y(YS) = 0.255X(B-HB) + 0.704의 상관관계가 있으며, 이 관계식은 신뢰도 88.3%, 표준편차 5.95를 나타냄. 2) Echo-tip에 의한 HB경도와 항복강도 간의 상관관계식은 신뢰도가 52.7%수준으로서 신뢰도가 매우 떨어지므로 에코팁 측정에 의한 관계식 활용은 바람직하지 않음.2120. ScMnCr3A 원심주조 튜브의 연신율(EL)과 경도(HB) 상관 관계1) 브리넬시험에경도(HB)와 탄성률(E) 간에는 y(E, kgf/mm2) = 199.6 – 0.05X(B-HB)의 상관관계가 있으며, 신뢰도 95.9%, 표준편차 12.4를 나타냄.2524. ScMnCr3A 원심주조 튜브 열처리 표준 조건Min. 2h - Max. 6h870℃500℃Forced Air Cooling or Spray Quenching600℃Min. 2h - Max. 6.5hForced Air Cooling or Spray Quenching교정 200℃NormalizingTempering※ Forced Air Cooling을 기준조건으로 한다. ※ Spray Quenching : 노말라이징 (강재공랭후) 경도 HB 140(에코팁 평균 기준)에 미달되는 튜브 또는 냉각시간 조절에 따른 생산성 향상을 목표로 할 경우에는 본 방법을 적용할 것. ※ 냉각시 튜브 중앙 내부면의 검붉은 색깔이 없어질 때까지 냉각(약 500℃) 후 곧바로 템퍼링로에 장입할 것.26Normalizing(노멀라이징) 열처리 공정 TIMED400 Tube 냉각공정단계별 소요시간누적 소요시간Standby10분 이내…Door Open5초5초고리 장착25초30초제품 인출1분 18초1분 48초수평이동(호이스트)20초2분 8초하강(호이스트)15초2분 23초제품 셋팅(롤러장착)40초3분 3초수분무 or 강재공랭--냉각시간수분무: 15분 강제공랭 30분수분무: 약20분 강제공랭: 약35분25. ScMnCr3A 원심주조 튜브 열처리(Normalizing) 표준 조건※ 냉각시 튜브 중앙 내부면의 검붉은 색깔이 없어질 때까지 냉각  이때의 온도가 약 500℃임. ※ 인출장입시 POWER ON 상태 유지 ※ HB 140 미달 튜브는 수분무 냉각할 것.주요 변수표준 조건셋팅 온도870℃게이지 온도870 - 890℃분 위 기1) 경도 미달재는 N2분위기 2) (초기)주조재는 Air 분위기유지 시간2시간 - 6시간인출-장착 지연시간약 3분롤러 회전수19.52 rpm냉각 방식강제 송풍 공랭냉각 시간약 30분측정 물성치에1Cooling50122Cooling5N5T5T11:0010:5011:2010:40적재A15:0023'0Cooling23'011Cooling4'N4'T4'T15:3015:2015:5015:10적재NormalizingTempering3118:0023Cooling2344Cooling5N5T5T18:3018:2018:5018:10적재19:0034Cooling34Cooling5N5T5T19:3019:2019:5019:10적재A16:00301Cooling30122Cooling4'N4'T4'T16:3016:2016:5016:10적재20:004Cooling4Cooling5N5T5T20:3020:2020:5020:10적재NormalizingTempering32000Cooling00000Cooling02:0002:20적재21:00CoolingCooling5N5T5T21:3021:2021:5021:10적재※ ScMnCr3A 원심주조 튜브 열처리 작업 TIME(2안): (안1) 대비 효율적NormalizingTempering33000Cooling00000Cooling08:00333Cooling3330Cooling3N3T3T08:3008:1008:50적재02:00 장입완료0033408:4044Cooling4401Cooling4N4T4T09:1009:0009:40적재4NormalizingTempering3410:00Cooling0123Cooling6N6T6T10:3010:2011:10적재13:00 – 17:00 : 교정작업 + T재 인출 18:00 – 20:30 : N재 인출09:305Cooling5012Cooling5N5T5T10:0009:5010:10적재5511:30-12:00장입6610:40Cooling1234Cooling7N7T7T11:2010:3013:00적재0- N재/일 : 10EA - T재/일 : 10EA - 교정/일 : 10EA(1일차 5EA)PJT NAME작성일원심주조 일자년 월 일 - 년 월 일ø400 TUBE(ScMnCr3A)/No. 부여 수량전일야간수량당일주간수how}

공학/기술| 2019.07.16| 36페이지| 3,000원| 조회(264)

열처리, 튜브, 노말라이징, 주강, 템퍼링, ScMnCr3

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