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제 목 : Sour Service 및 NACE 요구사항
수소 손상에 관한 다음의 종합적인 기술 요약 (부식학회 1998 하계 강습회 교재 중 발췌)을 우선 참조하시기 바랍니다..
그림과 표는 원본을 참조 바라며 더욱 자세한 내용은 본인에게 연락 바랍니다.
4.4.3 Hydrogen Damage (수소손상)
-주로 H2S, H2 와 HF acid에 의한 영향의 결과이다. 수소 손상의 분류와 종류는Fig 4.4.3.1 과 Table 4.4.3.1 에서 요약하였다.
- Aqueous Hydrogen Sulfide (H2S) 용액이나 Sour Water에 의해 Carbon Steel과 Low-Alloy Steel (저합금강)에 발생한 부식의 결과 몇 가지 Type의 Hydrogen Damage를 넣을 수 있다.
-이들은 낮은 응력이 적용될 때 강의 연성을 잃게 하며 (Hydrogen Embrittlement), 부풀음이나 강의 내부에 Voids를 형성하고 (Hydrogen Attack, Blistering & Stepwise Cracking), High-Strength Steels이나 High-Hardness Steels의 자발적인 Cracking (Hydrogen Stress Cracking)을 넣는다.
-부식 반응이나 음극 분극에 의해서 생성된 Hydrogen 원자가 재료의 표면에 Build Up 되었을 때 결정 입계를 따라 확산하게 되고 냉간 가공이나 경화 처리로 인한 내부 응력이나 잔류 응력이 충분히 높은 금속 내부에 침투하게 된다.
-Manganese Sulfide 개재물이나 Lamination* 같은 Voids내에 수소원자가 확산하여 수소 분자를 형성하게 되며, 그들의 크기가 증가되므로써 Steel로부터 확산될 수 없기 때문에 Void내에 수소 가스의 농도와 압력이 증가하게 되면서 결국 Blistering과 Fissuring을 야기시킨다.
-취약해진 Metal은 정적하중, 변태응력* (예, Welding의 결과), 내부응력, 냉간가공, 경화(담금질) 등에 의해서 Hydrogen Stress Cracking이 일어난다.
*Lamination : 금속의 가공면에 따라서 발생하는 흠집이나 불순물에 의해서 부풀어 오르는 결함을 말한다.
*변태응력 (Transformation Stress) : 변태를 일으켜서 생기는 응력을 말하는데, 즉 용접으로 가열된 재료를 급격히 냉각하면 오스테나이트 상태에 마르텐사이트로 변태하면서 체적 팽창에 의한 변태 응력이 생긴다.
-Ductile Steels이나 적당한 PWHT를 한 강에서는 Cracking이 거의 일어나지 않는다.
-Hydrogen Damage는 주로 Steels이 낮은 pH 값을 갖는 Aqueous H2S 용액에 노출될 때 일어난다.
-높은 pH 값을 갖는 Aqueous H2S 용액은 또한 Cyanides가 존재할 때 Hydrogen Damage를 야기시킬 수 있다.
-pH 8 이상을 갖는 Aqueous H2S 용액은 Cyanides가 존재하지 않을 때, 강의 표면에 Iron Sulfide (FeS) 보호막을 형성하므로 Steel의 부식을 다소 억제시킨다..
-Cyanides는 이 보호막을 파괴시키며, 빠르게 이 부분에 부식이 일어난다.
-pH 8 이상을 갖는 Aqueous Ammonia/Sulfide/Cyanide service내에서 Steel의 부식은 항상 Hydrogen damage를 수반한다고 실험적으로 보여주고 있다.
(1)Hydrogen Embrittlement (수소취성)
-Hydrogen 취성은 변형율의 감소와 함께 Ductility를 감소시키는 특징이 있다. 이것은 대부분의 다른 여러 Types의 Metal 취성 거동과는 반대이다.
-예를 들면, Hydrogen으로 Charge되었을 때, Carbon Steel의 Ductility는 42%에서 7%로 떨어진다고 보고되었다.
-이 Ductility의 Loss는 Charpy V-Notch Test같은 충격 시험이 아니라, 느린 변형속도 시험과 보통의 인장 시험을 하는 동안에 관찰된다.
-수소로 채워진 Steel에 하중이 가해진 후에 얼마 있지 않아 파괴가 일어난다. 이 현상은 정적 피로 (Static Fatigue)라고 알려져 있으며 파괴가 일어나는 최소 하중을
정적피로한도 ((Static Fatigue Limit)라고 한다.
- Hydrogen Embrittlement는 순간적으로 일어나며, Heating하여 Hydrogen을 방출함으로 Reverse 될 수 있으며, Recovery Rate는 시간과 온도에 따른다.
-25mm(1인치) 두께당 시료를 1시간 동안 230℃ (450℉)로 Heating하면 Welding 후에 Cracking을 방지하는데 효과적이다는 것이 알려졌다.
-Ductility를 완전히 회복시키기 위해 650℃ (1200℉)에서 2Hr 또는 105℃(225℉)에서 하루 동안 Heating 처리하는 방법이 이용되어 왔으며 Wet H2S에 노출됨으로 해서 취약해졌던 냉간 Drawing (인발)된 고탄소강 Wire의 연성을 회복시키기 위해서는 여름에 태양 열로도 충분하다.
-그러나 일반적으로 315℃ (600℉)이상 Heating 하는 것은 고온 Hydrogen Attack의 가능성이 있으므로 피해야 한다.
-Titanium이 또한 Corrosion으로 인해 흡수된 Hydrogen이나 Dry Hydrogen Gas에 노출될 때 취약해질 수 있다.
-Iron Smears를 포함하여, 표면에 존재하는 오염물에 의해 Hydrogen 흡수가 촉진될 수 있으며, 주로 70℃ (160℉) 이상에서 일어난다.
-Iron Smears 같은 오염물을 제거하기 위하여 Titanium Components에 다음과 같은 산세 처리를 한다.
- 1~3 Vol% Hydrofluoric Acid (HF)를 포함하는 10~30 Vol% Nitric Acid로 49~52℃ (120~125℉)에서 1~5분 동안 산세 처리를 한다.
- Acid Picking은 또한 Shutdown기간 동안 검사와 보수를 한 후에 Titanium Components를 Cleaning할 필요가 있다. 특히, 어떤 Petrochemical 운전중에 농축된 Acetic Acid에 노출된 Components를 위해서 요구된다.
- Pickling 동안 Hydrogen Pick-Up을 최소화 하도록 Nitric Acid와 HF Acid 의 비가 거의 10이어야 한다.
-아주 공격적인 Process Environments에서는, Titanium Components는 Titanium Surfaces에 Hydrogen 발생으로 Hydride가 형성되지 못하도록, Aluminum 같은 양극의 Components로 부터 전기적으로 절연되어야 만 한다. 그렇지 않으면 양극 금속인 알루미늄의 부식이 촉진된다. (갈바닉 부식).
-상당한 양의 Hydrogen을 포함하는(예, Hydrotreating Units의 Reactor Effluent) Process Streams에서는 Titanium은 단지 175℃ (350℉) 이하에서 사용되어야 한다.
(2)Hydrogen Attack (수소공격)
1) 개요
-Hydrogen Attack (또는 High-Temperature Hydrogen Attack)은 고온, 고압하의 Hydrogen Gas가 존재하는 분위기에서 Steels의 기계적인 성질이 나빠지는 것과 관계가 있다.
-비록, 일반적인 부식 현상은 아니지만, Hydrogen Service와 Refinery 장치의 설계와 운전에 대해 아주 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.
-Hydrotreating, Reforming, Hydrocracking Units에서 약 260℃ (500℉) 이상, 689 Kpa (100 Psia) 이상의 Hydrogen Partial Pressures 상태에서 아주 특별히 관련되어 있다.
-이들 Conditions 아래에서, Molecular Hydrogen (H2)가 Steel 표면에서 수소 원자로 해리하여 이것이 Steel 내에 쉽게 확산된다.
-Grain Boundaries, Dislocations(전위), Inclusions(개재물), Lamination과 그 밖의 다른 Internal Voids (내부 빈 자리)에서 수소 원자가 용해된 Carbon과, Metal Carbides와 반응해서 Methane을 형성한다.
-큰 분자를 이룬 Methane는 밖으로 확산되지 못한다.
-그 결과 내부의 Methane 압력은 강을 부풀리거나 Intergranular Fissuring (입계균열)을 일으킬 만큼 높은 압력이 된다.
-온도가 층분히 높으면, 용해된 Carbon이 Steel 표면으로 확산하며 수소 원자와 결합하여 Methane을 발생한다.
-Hydrogen Attack은 Blistering이나 Cracking 보다는 전면에 걸쳐 탈탄 (Decarburization)의 형태를 취한다.
-Hydrogen Attack의 전반적인 영향은 Pearlite내의 Carbon의 고갈(탈탄)과 Metal 내의 균열 (Fissures)를 형성한다. (Fig 4.4.3.2)
-Attack가 진전됨에 따라 이들 영향이 두드러져서 여러 결정입자 내에서 Carbon의 부분적인 고갈이 뚜렷해지고 그 밖의 다른 입자들은 완전히 탈탄된다. (Fig 4.4.3.3)
-Hydrogen Attack은 인장강도와 연성의 감소를 수반하며 결과적으로 사전에 Warning Signs 없이 예기치 않는 Equipment Failure를 가져온다.
2)Forms of Hydrogen Attack
-Hydrogen Attack은 Stress, Metal 조직 내에서 Attack의 정도, 강내의 비금속 개재물 등에 따라 여러 형태를 갖을 수 있다.
-일반적으로 Surface Attack은 Equipment가 응력 상태에 있지 않고 고온, 고압의 수소에 노출되었을 때 일어난다.
-일반적으로 탈탄은 Steel의 표면이나 두께를 통해 균일하게 나타나지 않으며, 조직내의 여러 Locations에서 발생한다.
-Fissures(균열)은 Metal Surface에 평행하게 형성되며 균열 자체는 작으며, 더 심각한 단계에 이를 만큼 서로서로 연결 되지는 않는다.
-Hydrogen Attack는 종종 Steel 내에 높은 응력이나 응력이 집중된 곳에서 시작된다. 이들 Areas로 Hydrogen가 우선적으로 확산하기 때문이다.
-Fissures는 Surface보다는 오히려 용접부의 가장자리에 평행하게 생기며 이 방향은 아마도 용접부 (Weldment) 근방의 잔류응력의 결과일 것이다.
-국부 Hydrogen Attack를 야기하기 위해 필요한 응력은 용접물에 한정되지는 않는다.
-Hydrogen Attack는 Fillet Weld의 끝에서 시작하여 용접의 HAZ을 따라 진전되는 피로 균열의 끝에서 집중한다는 것이 발견되었다.
-이 경우를 보면 Hydrogen을 포함하는 Process Stream이 피로 균열 내로 들어가서 Crack 끝 주의에 Fissuring을 야기시켰다. (Fig 4.4.3.4)
-심한 Hydrogen Attack의 결과 Blisters와 Laminations이 생기게 할 수 있다. (Fig 4.4.3.5)
-이것은 Hydrogen Attack의 발전된 단계이며 Steel의 횡단면 전체에 걸쳐서 완전한 탈탄을 수반한다.
3)Prevention of Hydrogen Attack (방지책)
-Hydrogen Attack을 방지하기 위한 유일한 방법은 Plant 경험을 근거로 이러한 분위기에서 견디는 Steels 만을 사용하는 것이다.
-다음은 Hydrogen Attack에 일반적으로 적용할 수 있는 대책이다.
- Chromium과 Molybdenum 같은 Carbide 형성 합금 원소는 Steel의 Hydrogen Attack에 대한 Resistance를 증가 시킨다.
- 증가된 Carbon Content은 Steel의 Hydrogen Attack에 대한 저항을 감소시킨다.
- Heat-Affected Zones은 Base Metal이나 Weld Metal보다 Hydrogen Attack가 더 일어나기 쉽다.
-대부분의 정유 및 석유화학 공장에서는 Hydrogen Attack을 방지하기 위해 Chromium과 Molybdenum을 포함하는 저합금강이 사용된다.
-그러나, 최근에 C-0.5 Mo Steel이 장기간 Hydrogen에 노출되었을 때 균열이 발생했으므로 새로운 Construction을 위해서는 이 합금 보다 우수한 저합금강을 사용하도록 권한다.
-고온 Hydrogen Service에 사용되는 여러 Steels에 대한 Limitation이 API 941(Nelson Curve) 에 나타내었다.
-그 Nelson Curves는 Laboratory 연구라기 보다는 오히려 장기간에 걸친 Refinery Experience을 근거로 한 것이다. (Fig 4.4.3.6)
-이들 Hydrogen 분위기에서 사용하는 Materials을 선정할 때는 가장 최근의 API 941 Code를 사용해야만 한다.
-Hydrogen Attack이외에, Carbon Steel과 Low-Alloy Steel 용접부재가 약 260°C (500°F) 이상의 Hydrogen Service에서 Hydrogen Stress Cracking 이 일어날 수 있다. Cracking은 결정입계를 따라 형성된다.
-Equipment가 Shutdown되기 전에 감압되어 Cooling될 때 적당한 Hydrogen Outgasing 절차가 있어야 한다.
-12% 이상의 Chromium을 포함하는 Stainless Steel은 특히 Austenitic Stainless Steel은 Hydrogen Attack에 강하다.
(3)Hydrogen Blistering and Stepwise Cracking (HIC)
-Hydrogen Blistering은 주로 Catalytic Cracking Units의 Vapor Recovery (Light Ends) Section에서 문제가 되어 왔으며, Hydrotreating Unit와Hydrocracking Unit에서 Reactor Effluent Section의 저온 Areas에서도 약간의 문제가 있었다.
-Hydrogen Blistering은 또한 Sour Water Stripper Towers와 Amine Regenerator (Stripper) Towers의 Overhead System과 Amine Contactor (Absorber) Towers의 Bottom에서도 나타났다.
- Fig 4.4.3.7은 HIC의 부식 기구와 Steel에서의 그 대책을 도시화한 것이다.
-Fig 4.4.3.8에 Catalytic Cracking Unit의 Absorber/Stripper Tower내에서 보여준 Hydrogen Blistering의 예를 나타내었다.
-Fig 4.4.3.9는 Anhydrous HF를 저장하기 위해 사용된 Steel Plate에서의 Hydrogen Blister를 보여 주고 있으며, 그림 (b)는 Hydrogen Blister의 가장자리에서 Step-Wise Cracking이 일어났음을 보여주고 있다.
-Blister 그 자체 내에 Hydrogen 입력이 Build up 되면 Blister의 가장자리에서 Blister가 진전되어 Stepwise Cracking이 나타난다.
-Hydrogen Blistering은 종종 Aqueous Sulfide 부식의 결과로서 야기되는 Hydrogen Embrittlement를 수반한다.
-Hydrogen Blistering의 심각성은 부식의 심각성에 좌우되지만 비록 부식율이 낮더라도 층분한 수소가 있다면 광범위한 Damage를 야기시킬 수 있다.
-여러 경우에 Hydrogen Blistering은 Slag 개재물이나 Laminations을 갖는 Dirty Steel에 한정된다.
-Equipment의 Vapor/Liquid Interface Areas에서도 나타나는데 아마도 Ammonia, H2S, Hydrogen Cyanide가 얇은 Water 막내에 또는 이들 Areas에 모인 물방울 내에 용접하기 때문일 것이다.
-Catalytic Cracking Units의 여러 Vapor Compression Stages에서의 Corrosion과 Hydrogen Blistering을 줄이기 위한 기본적인 Approach는 Water Condensate내에 있는 Cyanide와 Bisulfide Ions의 농도를 감소시키는 것이다.
-Corrosion Inhibitor 주입과 더불어 Compressed Wet-Gas Streams의 Water Washing이 아주 효과적이며 Water Washing은 Cyanides의 농도를 줄인다.
-용존 고형물과 현탁 고형물이 Compressor After Colders를 오염시키지 못하도록 Boiler Feed Water나 Steam Condensate 같은 양질의 Water가 주입되어야 한다.
-Hydrotreating Unit와 Hydrocracking Unit의 어떤 Components에 한정된 Hydrogen Blistering이 일어나는 곳에, 이런 영향을 받은 Area를 Stainless Steel이나 Alloy 400 (N04400) 등으로 Lining한다.
-이것은 또한 Sour Water Stripper Towers와 Amine Regenerator (Stripper) Towers나 Amine Contactor(Absorber) Towers의 Overhead Systems에 있는 Components에도 적용된다.
(4)Stress Oriented Hydrogen Induced Cracking (SOHIC, 수소응력균열)
-Hydrogen Sulfide (H2S)를 함유하는 Sour Water는 Bolting과 Compressor Rotors 같은 크게 응력을 받는 고강도 Steel Components의 자발적인 Cracking을 야기시킬 수 있다.
-Cracking은 또한 단단한 용접부재를 포함하고 있는 Carbon Steel Components에서 일어났다.
-Cracking은 일반적으로 Transgranular (입내) cracking형태이며, Sulfide Corrosion 생성물을 내포하고 있을 것이다. (Fig 4.4.3.10 & 4.4.3.11)
-이러한 Type의 Cracking을 Hydrogen Stress Cracking 또는 Sulfide Cracking으로 알려져 왔으며, Hydrogen-Induced Stepwise Cracking과 혼동해서는 안된다.
-Hydrogen Stress Cracking은 정유공장과 석유화학공장에서 Gas Compressors 내의 고강도 Bolting과 다른 여러 Components를 필요로 하는 High-Pressure Process가 Introduction 되므로 해서 알려지게 되었다.
-Pressure Vessel Construction에서 Submerged Arc Welding의 사용이 증대됨으로써, 이들 용접, 부착물 (Weld Deposits) 이 Base Metal 보다 아주 단단해서 이 용접 부착물 내에 Transverse Cracking (횡균열)*을 일으킨다.
-일반적으로, Hydrogen Stress Cracking은 Hydrogen Embrittlement를 일으키게 하는 분위기와 같은 Corrosive Environments에서 발생한다
-대략적으로 Hydrogen Stress Cracking은 Aqueous 용액 내에서 50 PPM 이상의 Hydrogen Sulfide (H2S) (가끔 더 낮은 농도에서도 일어나기도 하지만)를 포함하는 Process Streams에서 일어난다고 생각할 수 있다.
-Hydrogen Stress Cracking은 주로 대기 온도에서 일어난다.
-정유공장과 석유화학공장에서의 Hydrogen Embrittlement, Hydrogen Blistering, Hydrogen Stress Cracking은 종종 Cyanides를 필요로 한다.
-가장 효과적으로 Hydrogen Stress Cracking을 방지하는 방법은 강이 적당한 야금학적인 Condition 상태에 있는 것이다. 이것은 용접 Hardness는 200HB로 제한되어야 한다는 것을 의미한다.
-용접부재의 HAZ (Heat-Affected Zone)과 Hot Forming(열간성형)으로 만든 Shell Plates에 Hard Zones이 형성되므로 이들 Areas에 같은 Hardness Limitation이 적용된다.
*횡균열 (Transverse Crack) : 용접 비이드 또는 용접의 진행 방향에 대하여 직각 방향으로 발생하는 균열이며 일반적으로 용접 시에 생기는 수축 응력 때문에 일어난다.
-정유공장과 석유화학공장에서 일어나는 Hydrogen Stress Cracking에 대한 Guide-lines을 API 942와 NACE RP 0472에 나타내었다.
-제작된 Equipment를 PWHT를 함으로써 Hydrogen Stress Cracking의 발생을 크게 줄일 것이다. 두 가지의 효과가 있는데, 첫째로, 어떤 단단한 Micro Structure 상에 620℃ (1150℉)로 가열하여 Tempering (뜨임)하는 효과가 있다. 둘째로, Welding이나 Forming으로 인한 잔류 응력을 감소시키는 효과가 있다.
-Stainless Steels를 포함하여 많은 Ferrous Alloys과 어떤 Nonferrous Alloys은 hydrogen Stress Cracking이 일어나기 쉽다.
-Carbon Steels과 Low-Alloys Steels이 인장강도가 620 Mpa (90 ksi)를 초과할 때 cracking 이 일어날 수 있다.
-Hardness와 Strength 사이에 밀접한 관련이 있으므로 위의 강도 Level은 200HB Hardness 한계를 갖는다.
-주로 Oil Field Equipment에 사용된 그 밖의 다른 Ferrous와 Nonferrous 합금의 경도와 열처리에 대해서 NACE MR-01-75에 나타내었다. 비록 Oil Field 분위기가 Refining 분위기 보다 더 심각하지만, 그 Recommendations는 재료 선정을 위한 일반적인 Guide로 사용될 수 있다.
※ NACE MR0175 (SSC) 와 NACE Publ. 8X193 (HIC)의 요구사항과 국내외 현황
(1) Wet Sour Service 의 정의
1) 개요: Well (Oil Production) 및 정유, 석유화학공정에서 Wet H2S ( HF acid 는 시너지 효과)에 의해 Crack등의 손상이 예상되는 Service를 말한다. Wet sour service의 경우 수소취성, HIC, SSCC, SOHIC 등이 동시에 복합적으로 발생한다. NACE MR0175는 처음 Well을 중심으로 규정한 Code이나 근래에는 정유 및 석유화학공정에서도 적용해 왔다. 그러나 1998 Edition부터는 Refinery 와 Petrochemical 에는 적용할 필요가 없는 것으로 개정되었다.
2) NACE MR 0175 Materail Requirements - Sulfide Stress Cracking Resistant Metallic Materials for Oilfield Equipment의 주요내용(HIC에 대해서는 적용 안됨)
① Sour Gas Service
(가) 적용범위: 모두 만족시
- Liguid Water 존재
- Total Pressure ≥ 65 Psia (0.45 Mpa)
- Gas상 내에 H2S Partial Pressure > 0.05 psia (0.34 kPa)
(나) 규격요구사항
- 경도 규정 (Carbon steel의 경우, max. 22HRC 와 규정열처리 요구)
② Sour Oil and Gas Service
(가) 적용범위 - 다음의 경우를 제외한 모든 경우에 적용
- Gas / Oil ≤ 5,000 SCF bbl (barrel of oil)
- Gas상에서 최대 15% H2S 함유
- Total Pressure ≤ 265 Psia (1.8 Mpa)
- Gas상 내에 H2S Partial Pressure ≤ 10 psia (0.07 MPa)
(나) 규격요구사항: 경도 규정 (Carbon steel의 경우, max. 22HRC 와 규정열처리 요구)
3) Wet Sour Service종류별 적용규정
① Low Risk Service: max. Design Pressure < 65 Psia (0.45 Mpa)인 경우 - 단 Fluid catalytic cracking 또는 Delayed coker unit에서는 이경우라도 아래의 Simple Wet Sour Service로 분류함. (∵CN- ↑)
; 아무런 추가 요구사항이 없다.
② Simple Wet Sour Service: max. Design Pressure ≥ 65 Psia (0.45 Mpa)이고 Crack inducing agents나 Cathodic poisons (CN- 등)이 존재하지 않는 경우
※ 요구사항
- 모든 용접부, HAZ부 및 모재부에 경도 조절 (하향)이 요구됨
- NACE MR0175외에도 Carbon steel의 용접부 경도는 NACE RP0472가 적용됨.
- PWHT는 일반적으로 요구되지 않으나 1~2 pass의 얇은 용접층(예, 열교환기의 Tube to Tubesheet 부)에는 요구되기도 한다. Air-hardening한 Cr-Mo강은 모두 PWHT가 요구된다.
③ Severe Wet Sour Service: Total Pressure ≥ 65 Psia (0.45 Mpa)이고 Crack inducing agents나 Cathodic poisons (CN- 등)이 존재하는 경우
※ Crack inducing agents나 Cathodic poisons
- wet sour liquid petroleum 또는 natural gas liquids
- Hydrotreaters and Hydrocracking units의 high pressure separation systems downstream
- Amines 포함
- 탄소강 내에 발생기 수소의 농도가 증가하는 경우
● 활성부식분위기에서 어느정도 방식효과를 갖는 FeS막의 안정도가 wet H2S, Erosion, Chemical Cleaning등에 의해 파괴시
● CN- 20 ppmw 초과시
● 고농도 Sulfide를 형성(예, NH4HS)하는 salt forming cation (예, NH3)을 포함시
- Systems in cyclic service
※ 요구사항
- 모든 용접부, HAZ부 및 모재부에 경도 제한
- NACE MR0175외에도 Carbon steel의 용접부 경도는 NACE RP0472가 적용
- PWHT는 carbon steel and low alloys steel (Cr-Mo)에 대해 모두 요구된다.
- Plate및 Plate로 만든 소재는 다음의 사항이 추가로 요구된다.
● Welded pipe는 길이이음부에 Normalizing이 요구된다.
● Fully killed 및 Fine grain practice가 요구된다.
● HIC resistance steel이 요구된다.
(2) HIC Resistant Steel
1) 정의: 수소 손상중 Hydrogen Blistering과 Stepwise Cracking을 억제할 수 있는 재료
2) HIC의 야금적 특성:
① 연속 주조된 Slab는 단속 주조보다 편석이 적어 HIC가 적게 발생한다.
② Controlled rolled plate는 일반강보다 낮은 온도인 705~900℃에서 압연하므로 MnS와 같은 편석이 정상조직보다 softer 하고 쉽게 납작해지므로 HIC의 원천을 훨씬 잘 제공한다.
③ Wet H2S가 강의 표면을 부식시키면서 발생기 수소가 발생하여 이들이 강의 표면으로 확산해 들어간다.
④ 이들 비금속 개재물은 확산하는 수소가 H2 gas 로 재결합하는 촉매 장소로 제공된다.
⑤ 용접부의 이들 편석은 대개 구상화되기 때문에 발생기 수소의 안착 Site가 되기 힘들므로 모재보다 HIC에 훨씬 덜 민감하다.
⑥ 연속 주조 Strand로 만든 판재는 연속주조동안 Strand의 중심 부위에서 S와 같은 불순물이 잘 편석되기 때문에 HIC가 쉽게 발생할 수 있다. HIC control에 경험이 없는 Mill maker가 오류를 범하기 쉽다.
3) 적용기준
① 화학 조성만 조절하는 경우
― S ≤ 0.002~0.005%
― P ≤ 0.015~0.020%
― 1.5 ≤ Ca/S ≤ 4.0
― Si Killed Steel (Al은 HIC에 민감함)
② HIC Test 를 실시하는
― Stepwise Cracking Test : NACE TM 0284
― Solution : NACE TM 0177
③ 추가 사항
― 형광 습식 Test 요구
― Max. BHN 200
― PWHT
― O2 ≤ 0.002%
④ 적용 재료 한계 (일반 탄소강에만 적용)
― 모든 C.S(탄소강) 중 Plate에만 실시
― C.S Welded Pipe에만 실시 - 즉 Seamless pipe, Casting, Forging류에는 적용하지 않음
4) 기타
① 국내 제조 (HIC Test 요구시) - 단, pH 3 용액에서의 HIT Test에 대한 보증은 못하고 있는 실정임. 이하는 pH 4이상에서의 생산 능력을 검토한 것임.
― Plate ; Posco ′1995초부터 개발하여 현재20t이하에 대해 생산 가능
― Pipe ;부산 Pipe, 현대 강관등에서 실험은 완료 되었으나 시제품은 아직 국제 경쟁력을 확보하지 못하고 있음.
② 해외 제조 (HIC Test 요구시) : 모두 가능
③ Non-HIC Test와 비교한 영향
― 납기 : 2~3 개월 지연
― 금액 : 40% 정도 상승
④ 용접봉 ~ 일반 용접봉 사용