종합적인 금속 밀도 표 - 철, 강철, 황동 및 알루미늄
금속 밀도의 매혹적인 세계에 대해 궁금한 적이 있으신가요? 이 블로그 게시물에서는 기계 엔지니어를 위한 금속 밀도 이해의 중요성에 대해 자세히 알아보겠습니다. 경험자로서...
금속은 어떻게 고온에서 강도를 유지하고 부식에 저항할 수 있을까요? 정유 및 화학 산업에서 널리 사용되는 크롬-몰리브덴강은 독특한 합금 조성을 통해 이를 달성합니다. 이 블로그 게시물에서는 크롬-몰리브덴 강철의 특성, 내열성, 내식성에 대해 살펴봅니다. 설계, 제조 시 고려 사항과 이 소재가 고온, 고압 애플리케이션에 중요한 이유를 알아보세요. 크롬-몰리브덴강이 다음 엔지니어링 프로젝트를 어떻게 향상시킬 수 있는지 자세히 알아보세요.
크롬-몰리브덴 강은 중온 수소 저항성 강이라고도 하며, 고온 강도와 크리프 저항성이 강화된 고성능 합금입니다. 이러한 개선은 주로 크롬(Cr ≤10%)과 몰리브덴(Mo)과 같은 합금 원소의 전략적 첨가를 통해 이루어집니다.
이러한 합금 원소의 시너지 효과는 강철의 기계적 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 수소 취성에 대한 우수한 저항성과 우수한 고온 성능을 부여합니다. 이러한 특성 덕분에 크롬-몰리브덴강은 정유, 화학 수소 처리 장비, 고온 장치 등 까다로운 산업 분야에서 없어서는 안 될 필수 소재입니다.
압력 용기 제조 분야에서 크롬-몰리브덴강은 고유한 특성 조합으로 인해 선호되는 소재로 자리 잡았습니다. 높은 온도와 압력에서도 구조적 무결성을 유지하는 능력과 수소로 인한 열화에 대한 내성이 결합되어 공정 산업에서 마주치는 까다로운 환경에 특히 적합합니다.
이 글에서는 지우타이 메탄올 합성 프로젝트의 맥락에서 크롬-몰리브덴 강철의 다각적인 측면을 살펴봅니다. 이 소재의 고유한 특성을 살펴보고 설계 최적화, 제조 공정, 비파괴 검사 프로토콜, 열처리 체제, 공장 가동 및 폐쇄 시 운영 절차 등 프로젝트 구현의 다양한 단계에서 중요한 고려 사항을 검토합니다. 이러한 요소를 종합적으로 해결함으로써 메탄올 합성 및 이와 유사한 고위험 산업 공정에서 크롬-몰리브덴 철강 장비의 안전하고 효율적이며 안정적인 운영에 기여할 수 있는 인사이트를 제공하는 것을 목표로 합니다.
크롬, 몰리브덴, 명반과 같은 원소를 첨가하면 강철의 고온 산화에 대한 저항성과 고온 강도가 향상됩니다.
작용 메커니즘은 다음과 같습니다: 크롬은 주로 시멘타이트(Fe3C)에 존재하며, 시멘타이트에 용해된 크롬은 탄화물의 분해 온도를 높여 흑연화 발생을 방지하여 강철의 내열성을 향상시킵니다.
몰리브덴은 페라이트에 대한 고용체 강화 효과가 있으며 탄화물의 안정성을 높여 강철의 고온 강도를 향상시킬 수 있습니다.
적정량의 바나듐을 포함하면 강철이 더 높은 온도에서 미세한 구조를 유지하여 강철의 열 안정성과 강도를 향상시킬 수 있습니다.
크롬 및 몰리브덴과 같은 원소는 탄화물의 안정성을 향상시켜 탄화물의 분해를 방지함으로써 탄화물과 침전된 탄소가 수소와 반응하여 메탄이 형성될 가능성을 줄여줍니다.
바나듐을 첨가하면 강철이 고온에서 미세한 입자 구조를 유지할 수 있어 고온 및 고압 조건에서 강철의 안정성이 크게 향상됩니다.
크롬-몰리브덴 강의 취성은 370°C ~ 595°C의 온도 범위 내에서 장시간 작동할 때 강철의 충격 인성이 감소하는 현상을 말합니다.
이는 일반적으로 사용되는 수소 장비가 작동하는 정확한 온도 범위입니다. 실험 연구에 따르면 압력 용기 등급의 크롬-몰리브덴 강에서 크롬 함량이 2%에서 3% 사이일 때 취성이 가장 심하게 나타나는 것으로 나타났습니다.
인, 안티몬, 주석, 비소, 실리콘, 망간과 같은 원소는 템퍼 취성에 큰 영향을 미칩니다. 취성은 가역적이며, 심하게 취화된 소재는 적절한 열처리를 통해 취성을 제거할 수 있습니다.
다음과 같은 기능이 추가되었습니다. 합금 원소 크롬, 몰리브덴, 바나듐과 같은 원소를 첨가하면 강철의 임계 냉각 속도가 감소하여 과냉각 오스테나이트의 안정성이 향상됩니다.
용접 냉각 속도가 빠르면 다음과 같이 변환됩니다. 오스테나이트 열 영향 영역의 과열된 영역에서 펄라이트가 발생할 가능성은 거의 없습니다.
대신 다음과 같이 변환됩니다. 마텐사이트 더 낮은 온도에서 담금질 구조를 형성합니다.
복잡한 잔류 응력의 복합적인 작용 하에서 용접 조인트 및 확산된 수소로 인해 용접 부위와 열 영향 영역의 담금질 구조는 수소로 인한 지연 균열에 매우 취약합니다.
특정 작동 조건에서 선택한 소재는 수소 내식성이 우수해야 할 뿐만 아니라 취성 경향을 효과적으로 제어할 수 있어야 합니다.
또한 좋은 용접성. 화학 성분이 구조를 결정하고, 구조가 성능을 결정하며, 성능이 용도를 결정합니다. 궁극적으로 핵심은 화학 성분의 제어에 있습니다.
3.1.1 수소 부식에 대한 조치
크롬 몰리브덴 강은 낮은 온도(~200°C)의 고압에서도 수소 부식을 일으키지 않습니다. 하지만 고온, 고압의 수소 환경에서 작동할 경우 수소 부식을 겪을 수 있습니다.
일반적으로 작동 온도와 수소 분압에 해당하는 넬슨 곡선을 기준으로 특정 작동 조건에 맞는 크롬 몰리브덴 강재를 선택합니다.
넬슨 곡선에서 볼 수 있듯이 크롬과 몰리브덴 함량이 높을수록 수소 부식에 대한 내성이 강해집니다.
곡선에서 용기의 작동 조건이 실선 위에 있으면 수소 부식이 발생했음을 나타냅니다. 실선 아래에 있으면 수소 부식이 발생하지 않음을 나타냅니다.
3.1.2 템퍼 취성 경향을 제어하기 위한 조치
재료의 P, Sb, Sn, As, Si, Mn과 같은 원소 함량을 조절하여 템퍼 취성 경향을 제어할 수 있습니다.
이를 위해 일반적으로 일반 강철의 템퍼 취성 민감도 계수 J와 용접 금속의 템퍼 취성 민감도 계수 x가 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 2.25Cr-1Mo의 경우 다음과 같은 제어 인덱스가 사용됩니다:
실제 엔지니어링 응용 분야에서는 잔류 원소인 Cu와 Ni의 함량도 제어해야 합니다. Cu 함량은 0.20%를 초과해서는 안 되며, Ni 함량은 0.30%를 초과해서는 안 됩니다.
3.1.3 크랙 감도 결정
균열 민감도는 탄소 당량과 관련이 있으며, 이 값은 제조업체가 다음을 기준으로 결정해야 합니다. 용접 프로세스 평가.
계산 방법은 다음과 같습니다: Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15.
탄소 등가 값이 증가하면 강철의 용접성이 저하됩니다. Ceq 값이 0.5%보다 크면 냉간 균열에 대한 민감도가 증가하고 용접 및 열처리 프로세스 는 더 엄격해질 것입니다.
일반적으로 사용되는 485Mpa ≤ UTS <550Mpa의 Cr-Mo 강재의 경우, Ceq는 일반적으로 약 0.48%로 제한됩니다.
시뮬레이션 용접 및 용접 후 열처리 를 제품 용접 테스트 플레이트에서 수행하면 최대 탄소 당량을 0.5%까지 높일 수 있습니다.
Cr-Mo 강철의 높은 경화 경향으로 인해 모서리 용접부에서 지연 균열 및 균열이 발생하기 쉽습니다.
따라서 구조 설계 는 다음 사항에 주의해야 합니다:
3.2.1 구속 정도를 줄이고 조인트 구조를 합리적으로 설계하세요.
3.2.2 용접 표면에 언더컷이 없어야 합니다.
3.2.3 구멍 보강은 전체적으로 실시해야 하며, 링 보강 구조는 사용하지 않아야 합니다.
3.2.4 내부 확장형 노즐은 사용하지 않아야 합니다.
3.2.5 액세서리와의 연결은 양면 방식을 채택해야 합니다. 전체 침투 구조 및 모서리 용접을 사용해서는 안 됩니다.
3.2.6 실린더의 맞대기 조인트는 가급적 U 자형이어야 합니다. 그루브.
Cr-Mo 강철은 탄소 등가 값이 더 크며 일반적으로 다양한 정도의 냉간 균열이 발생하는 경향이 있습니다. 이는 다음과 같은 조치로 예방할 수 있습니다:
3.3.1 수소 함량을 엄격하게 제어합니다. 용접봉 저수소 염기성 전극을 사용합니다.
3.3.2 장비 어셈블리를 용접하기 전에 예열을 수행해야 합니다. 예열을 통해 장비 조립체의 냉각 속도가 용접 재료 를 줄여 부서지기 쉬운 단단한 구조가 형성되는 것을 방지할 수 있습니다.
예열 온도는 다음과 같이 결정됩니다. 용접 공정 평가. 용접 공정 평가 전에 용접 크랙 테스트 예열 온도를 결정하기 위해 샘플에 대해 수행해야 하며, 전체 용접 공정 중 예열 온도보다 낮아서는 안 됩니다.
동시에, 층간 온도는 다음과 같은 온도보다 낮지 않도록 제어되어야 합니다. 예열 온도. 용접 후에는 즉시 가열 후 조치를 취해야 합니다.
케이스에 사용되는 모든 Cr-Mo 강철 시트는 초음파 테스트를 거쳐야 합니다.
고온, 고압, 두꺼운 벽의 반응 용기의 경우 맞대기 조인트의 100% 방사선 검사 후 초음파 검사 및 추가 자성 입자 검사를 수행해야합니다. 용접 조인트 열처리 및 수압 테스트 후 초음파 테스트에 허용됩니다.
초음파 검사는 방사선 검사보다 균열 및 결함에 더 민감하므로 비파괴 검사 시기를 고려하여 세심하게 수행해야 합니다.
용기의 제조 과정에서 수소 가스가 금속에 침투하여 강철에 미세한 균열을 일으킬 수 있습니다. 수소 취성.
수소 취성을 방지하려면 용접 후 탈수소 처리를 즉시 수행해야 합니다.
탈수소 처리에는 용접 직후 용접부와 인접 모재를 고온으로 가열하여 강철의 수소 확산 계수를 높이는 작업이 포함됩니다.
이는 용접 금속에서 과포화 수소 원자의 유출을 촉진하여 다음과 같은 발생을 억제합니다. 차가운 균열. 용접 직후에 용접 후 열처리(PWHT)를 수행하는 경우 탈수소 처리가 불필요한 것으로 간주될 수 있습니다.
Cr-Mo로 만든 모든 두께의 용기는 용접 후 열처리를 거쳐야 합니다. Cr-Mo 강철의 용접 후 열처리는 다음을 제거할 뿐만 아니라 잔류 스트레스 뿐만 아니라 강철의 기계적 특성을 향상시켜 수소 부식에 저항하는 데 유리합니다.
Cr-Mo 강철은 작동 온도가 낮거나 연성-취성 전이 온도에 근접하여 응력이 일정 수준에 도달하면 취성 파괴에 굴복할 수 있습니다.
그러나 선박의 실제 응력이 5분의 1 미만인 경우 이러한 고장은 거의 피할 수 있습니다. 항복 강도 Cr-Mo 강철을 사용합니다.
따라서 Cr-Mo 강으로 만든 압력 용기의 경우 취성 고장을 방지하기 위해 시동 시에는 압력을 높이기 전에 온도를 높이고, 셧다운 시에는 압력을 낮추는 절차를 채택해야 합니다.
국제 표준 Cr-Mo 강재를 구현할 때
재료의 허용 응력에 대한 국내 기준과 국제 기준의 안전율 결정 및 계산 방법이 상이하므로 국제 기준의 Cr-Mo 강재를 사용할 경우 국내 허용 응력 계산 규정을 적용해야 합니다.
SA387Cr.11G1.2를 예로 들어 허용 응력 계산은 다음과 같습니다:
먼저 인장 강도를 구하고 항복 강도 ASME의 재료에 대한 다양한 온도에서.
실온에서의 허용 응력은 실온 인장 강도를 3.0으로 나눈 값과 항복 강도를 1.5로 나눈 값 중 작은 값입니다.
국내에는 고온에서의 인장 강도에 대한 데이터가 없기 때문에 고온에서의 허용 응력은 고온에서의 항복 강도를 1.6으로 나누어 구합니다.
계산된 값이 실온 허용 응력보다 큰 경우 실온 값을 적용합니다. 그렇지 않으면 계산된 값을 사용합니다.
ASME에서 이 소재의 허용 응력을 살펴보면 온도가 450℃를 초과하면 허용 응력이 급격히 떨어지며, 이 시점에서 크리프 한계가 허용 응력을 지배합니다.
ASME는 450℃ 이상의 크리프 한계 데이터를 제공하지 않으며, 국내 표준과 ASME의 크리프 한계 안전 계수가 일치하기 때문에 ASME의 허용 응력을 직접 채택하고 있습니다. 설계 온도에서의 특정 허용 응력은 보간법을 사용하여 얻을 수 있습니다.
이 문서에서는 Cr-Mo 강재에 대한 몇 가지 구체적인 요구 사항을 설명합니다. 세부 설계 작업에서는 표준 사양에 따라 모든 측면을 고려하고 포괄적인 분석을 수행하여 안전하고 경제적이며 합리적인 설계를 달성해야 합니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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