이중 스테인리스 강관 제조 후 용체화 처리를 거쳐야 하는 이유

듀플렉스 스테인레스 스틸(DSS) 튜빙은 우수한 강도, 탁월한 인성, 염화물 응력 부식 균열(SCC)에 대한 탁월한 저항성으로 인해 석유 및 가스, 화학 처리, 펄프 및 제지, 담수화 등 주요 산업 전반에서 선택되는 소재가 되었습니다. 그러나 DSS의 잠재력을 완전히 활용하기 위해서는 타협할 수 없는 제조 단계 중 하나인 용액 어닐링이 필요합니다.

전문 야금학적 관점에서 볼 때 용액 어닐링은 선택적인 프로세스가 아닙니다. DSS 튜브가 설계된 성능 사양을 충족하고 장기적인 신뢰성을 보장하는 것은 필수 요구 사항입니다.

1. 냉간 가공 효과 제거 및 이상적인 이중 미세 구조 재구성

제조 이중 스테인레스 스틸 튜브 이음매 없는(압연)이든 용접된(성형)이든 다양한 정도의 냉간 가공 또는 소성 변형이 수반됩니다.

격자 왜곡 및 잔류 응력: 냉간 가공은 재료의 결정 격자를 심각하게 왜곡하고 미세 구조 내에 상당한 잔류 응력을 축적합니다. 이러한 응력은 재료의 연성 및 인성을 감소시킬 뿐만 아니라, 더 중요하게는 튜브가 결국 염화물 환경에 노출될 때 응력 부식 균열(SCC)의 주요 원동력으로 작용합니다. 용체화 어닐링의 주요 목표는 튜브를 특정 고온 범위(일반적으로 약 1020°C ~ 1100°C)로 가열하고 충분한 시간 동안 유지하여 이러한 잔류 응력과 격자 결함을 완전히 완화하는 것입니다.

위상 균형 수정: 제조 공정, 특히 냉간 작업은 이상적인 상태를 약간 방해할 수 있습니다. 50%:50% DSS의 오스테나이트(γ) 대 페라이트(α) 상 균형. 용액 어닐링 중 고온 가열은 재결정화 및 상 변형을 허용하여 합금 원소(예: 크롬, 몰리브덴 및 질소)의 균일한 분포를 촉진합니다. 이 공정은 상 구성을 필요한 40%-60% 오스테나이트 함량으로 정확하게 복원합니다. 이러한 정확한 상 균형은 고강도와 우수한 내식성의 시너지 효과를 달성하기 위한 기초입니다.

2. 유해상 용해 및 부식 취약성 근절

듀플렉스 스테인레스강은 300°C 에 1000°C . 이는 제조의 가열, 유지 및 냉각 단계에서 발생할 수 있습니다.

시그마 단계의 치명적인 영향: 이들 중 가장 악명 높은 것은 부서지기 쉬운 것입니다. σ 크롬과 몰리브덴이 풍부한 상(Sigma Phase)입니다. 강수량은 인성을 심각하게 감소시켜 DSS의 저온 충격을 견딜 수 있는 능력을 박탈합니다. 더욱 놀라운 것은 시그마 상의 형성으로 인해 주변 매트릭스에 크롬 및 몰리브덴이 고갈된 영역이 생성된다는 것입니다.

국부적인 부식 민감도 증가: 크롬은 스테인리스 스틸 표면에 보호 부동태 피막을 형성하는 핵심 요소입니다. 이러한 고갈 영역에서는 패시브 필름의 자가 치유 능력과 안정성이 급격히 감소합니다. 이로 인해 재료는 공식 부식, 틈새 부식 및 입계 부식에 매우 취약해집니다.

용액 어닐링의 세정 작용: 용액 어닐링은 시그마 상의 용해 온도 이상으로 튜브를 가열해야 합니다. 충분한 담금 시간이 지나면 시그마 단계 및 기타 모든 해로운 침전물(예: χ 상, 탄질화물)은 오스테나이트 및 페라이트 매트릭스에 완전히 재용해됩니다. 이 프로세스는 잠재적인 부식 시작 지점을 모두 제거하여 튜브의 설계된 내부식성을 완전히 복원합니다.

3. 급속 냉각 전략: 성능 고정

용액 어닐링의 효율성은 가열 및 유지 매개변수에만 의존하는 것이 아니라 일반적으로 물 담금질을 통해 달성되는 후속 급속 냉각 단계에 따라 결정됩니다.

재침전 방지: 언급한 바와 같이 유해한 상은 고온 노출 중에 침전될 가능성이 가장 높습니다. 급속 냉각을 통해 튜브는 임계 온도 범위를 빠르게 통과할 수 있습니다. 850°C 에 350°C . 이 작업은 유해한 상의 재석출을 억제하여 합금 원소를 고용체에 효과적으로 "고정"하고 최대 인성과 내식성을 모두 유지하도록 설계되었습니다.

업계 동향 초점: 안전 및 서비스 수명 연장에 대한 수요 증가로 인해 SDSS(슈퍼 듀플렉스 스테인레스 스틸) 및 고질소 슈퍼 듀플렉스 등급의 사용이 늘어나고 있습니다. 이러한 등급(예: 2507, 2707)은 크롬 및 몰리브덴 함량이 높기 때문에 유해한 상 침전이 발생하기 쉽고 더 빠른 침전 동역학이 필요합니다. 이러한 추세로 인해 용액 어닐링 공정, 특히 온도 정밀도 및 냉각 속도에 대한 엄격한 제어가 점점 더 필요해지고 있으며 이는 제품 품질을 보장하는 데 중요한 기술적 장애물이 됩니다.

4. 용접 후 중요한 수리 단계

용접은 DSS 튜브 성능에 또 다른 중요한 과제를 제기하며, 용접 금속의 미세 구조와 열 영향부(HAZ)에 큰 영향을 미칩니다.

HAZ 문제: 용접 중 HAZ의 냉각 속도는 종종 이상적인 용액 어닐링의 요구 사항을 충족하기에 충분하지 않아 오스테나이트 형성이 불충분하거나 유해한 상의 국부적인 석출이 발생할 수 있습니다. 대규모로 설치된 파이프라인에서 용접 후 열처리(PWHT)를 수행하는 것은 비현실적인 경우가 많지만, 제조 단계 중 초기 용체화 어닐링 단계(원시 플레이트/빌렛 또는 최종 용접 튜브에 적용)는 절대적으로 중요합니다. 이는 튜브가 균일하고 안정적이며 결함이 없는 금속 구조로 공장에서 출고되도록 보장합니다.

글로벌 표준 및 규정 준수: ASTM A790(이음매 없는 파이프용) 및 ASTM A928(용접 파이프용)과 같은 국제 표준에서는 DSS 튜빙에 대한 용액 어닐링 및 물 담금질을 명시적으로 요구합니다. 이는 제품 시장 진입을 위한 필수 기술 임계값으로, 산업 프로젝트의 안전 승인 및 장기 운영 수명에 직접적인 영향을 미칩니다.