ASTM B514 UNS N08800 용접 파이프에 대한 중요한 검사 및 테스트 요구 사항 - 지식

1. Q: ASTM B514란 무엇이며 ASTM B407(심리스) 등 다른 Incoloy 800 파이프 사양과 어떻게 다릅니까?

A:
ASTM B514는 다음의 표준 사양입니다.용접 니켈-철-크롬 합금(UNS N08800, N08810, N08811) 파이프. 이는 주로 일반 내부식성-및 고온-온도 서비스를 위한 냉간 압연 스트립 또는 시트로 생산된 종방향 용접 파이프를 포함합니다.

ASTM B407(이음매 없는 파이프)과의 주요 차이점:

특징	ASTM B514(용접)	ASTM B407(원활한)
제조방법	냉간 압연 스트립은 모양을 만들고 길이 방향으로 용접됩니다.	빌렛에서 압출 또는 회전 피어싱
크기 범위	일반적으로 최대 24″ NPS(더 큰 직경 사용 가능)	일반적으로 최대 12″ NPS(더 큰 경우 특별 주문 필요)
벽 두께 공차	일반적으로 ±10%	일반적으로 ±12.5%
비용	낮음(무봉제보다 20~40% 적음)	더 높은
유효성	큰 직경, 긴 길이에 더 적합	큰 직경에 대해 제한됨
용접심	있음(부식 및 강도를 고려해야 함)	솔기 없음
일반적인 응용 분야	석유화학 이송 라인, 용광로 부품, 열교환기	고압, 중요 서비스, 작은-직경 튜브

용접 이음새에 대한 ASTM B514 요구 사항:

용접은 용가재를 추가하지 않거나(자기 용접) 적합한 충진재를 사용하지 않고 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW), 가스 금속 아크 용접(GMAW) 또는 플라즈마 아크 용접(PAW)으로 이루어져야 합니다.

용접 이음매는 사용 조건에 따라 -용접, 냉간 가공-(계획) 또는 열처리된 상태로 남겨질 수 있습니다.

고온-온도 서비스(650도 이상)의 경우 용접 후 용접 이음매를 용체화 어닐링하여 크리프 강도와 연성을 복원해야 합니다.

중요한 석유화학 응용 분야에서는 용접부를 100% 방사선 촬영(또는 초음파 검사)해야 합니다.

ASTM B514의 UNS N08800 대 N08810/N08811:

N08800(표준 800)– 저탄소(0.10% 이하), 미세한 입자. 최대 600도까지의 서비스에 적합합니다.

N08810 (800H)– 제어된 탄소(0.05–0.10%), 거친 입자(ASTM 번호. 5 최소). 650도 이상의 서비스에 필요합니다.

N08811 (800HT)– 더 높은 Al+Ti(0.85–1.20%)와 제어된 탄소. 가장 까다로운 고온-온도 서비스용(850~980도).

석유화학 용접 파이프의 경우 N08810(800H)이 가장 일반적이지만 N08811(800HT)은 에틸렌 분해 및 개질 응용 분야에 지정됩니다.

2. 질문: 용접 이음매가 있음에도 불구하고 특정 석유화학 응용 분야에서 ASTM B514 UNS N08800 용접 파이프가 이음매 없는 파이프보다 선호되는 이유는 무엇입니까?

A:
석유화학 공장에서는 비용 최적화와 자재 가용성으로 인해 용접 파이프를 이음새 없이 선택하는 경우가 많습니다. ASTM B514 용접 파이프는 다음과 같은 몇 가지 장점을 제공합니다.

1. 큰 직경의 경우 비용 절감:
이음매 없는 파이프는 직경이 증가함에 따라 점점 더 비싸지고 생산이 어려워집니다. NPS 12″ 이상의 경우 용접 파이프는 중간-압력, 중간{5}}온도 서비스에 대한 동일한 부식 및 기계적 요구 사항을 충족하면서 이음매 없는 파이프보다 비용이 20~40% 저렴할 수 있습니다.

2. 더 긴 길이의 가용성:
이음매 없는 파이프는 빌렛 길이와 압출 프레스 기능에 의해 제한됩니다. 용접 파이프는 연속 길이(최대 15~20미터) 및 맞춤형 절단으로 생산될 수 있으므로 현장에서 원주 용접 횟수가 줄어듭니다.

3. 엄격한 치수 공차:
용접 파이프에 사용되는 냉간 압연 스트립은 두께 균일성이 뛰어납니다. ASTM B514 용접 파이프는 이음매 없는 파이프(±12.5%)에 비해 벽 공차(±10%)가 더 엄격한 경우가 많으며, 이는 용광로 튜브 코일과 같이 무게{5}}에 민감한 응용 분야에 유리합니다.

4. 중요하지 않은-고온-온도 서비스에 적합합니다.
많은 석유화학 이송 라인(예: 600~700도, 5~15bar)에서 용접 이음매는 적절하게 용체화 어닐링되면 모재에 필적하는 크리프 강도를 갖습니다. 이러한 응용 분야의 경우 용접 파이프의 비용 절감 효과가 이음매와 관련된 사소한 위험보다 더 큽니다.

ASTM B514 용접 파이프가 사용되는 일반적인 석유화학 분야:

애플리케이션	작동 온도	용접이 허용되는 이유
수소 개질기 유입 라인	500~600도	적당한 온도; 용접의 완전 용액 어닐링으로 특성 복원
에틸렌로 이송 라인(저-압력 구간)	700~800도	용접 이음매는 가장 높은 응력을 받는 영역이 아닙니다.
탄화수소 이송 배관(-중요하지 않음)	400~600도	크리프가 아닌 내식성이 설계를 좌우합니다.
열교환기 쉘-측면 배관	500~700도	적당한 압력; 튜브에 사용되며 쉘에 용접됨

이음새가 필수인 경우:

High-pressure service (>50bar) 용접 이음 계수(일반적으로 0.85× 모재 강도)가 허용되지 않는 경우

이음매 없는 제품을 쉽게 사용할 수 있고 가격 경쟁력이 있는 작은 직경(NPS 2″ 이하)-

용접 이음새가 잠재적인 실패 시작점이 되는 800도 이상의 중요한 크리프 적용

NACE MR0175가 특정 구성 요소에 대해 완벽한 구성을 요구하는 산성 가스 습식 서비스

수명주기 비용 관점:
12″ NPS, Schedule 40, 650도에서 작동하는 100미터 이송 라인의 경우:

이음매 없는 파이프: 재료 $180,000 + 설치 $40,000=$220,000

용접 파이프(ASTM B514): 재료 $130,000 + 설치 $45,000(추가 용접 검사)=$175,000

절감액: $45,000(20%)허용 가능한 위험 프로필을 갖춘

3. 질문: 고온 석유화학 서비스에 사용되는 ASTM B514 UNS N08800 용접 파이프에 대한 중요한 용접 및 용접후열처리(PWHT) 요구사항은 무엇인가요-?

A:
ASTM B514 파이프의 종방향 용접 이음새는 가장 중요한 특징입니다. 650도 이상의 석유화학 서비스의 경우 용접부와 인접한 열{3}영향부(HAZ)를 모재 금속과 일치하는 특성으로 복원해야 합니다.

종방향 심 용접(밀 생산):

프로세스:GTAW(TIG) 자가(필러 없음) 또는 ERNiCr-3 필러 사용. 얇은 벽에는 자가 용접이 일반적입니다(< 6 mm). For thicker walls, filler metal is added to ensure proper reinforcement.

공동 준비:얇은 벽을 위한 사각형 버트; 두꺼운 벽의 경우 단일-베벨 또는 이중{1}}베벨(6mm 이상)

차폐:외부용 100% 아르곤 또는 아르곤{1}}헬륨 혼합물. 루트 비드의 산화를 방지하려면 내부 차폐(백{3}}퍼지)가 필수적입니다.

열 입력:HAZ의 탄화물 침전을 최소화하기 위해 0.5~1.5kJ/mm 사이로 제어됩니다.

용접후열처리(PWHT) 요구사항:-

서비스 온도	PWHT 요구 사항	이론적 해석
600도 이하	없음	크리프 우려가 없습니다. -용접 강도가 충분할 때
600~800도	1150~1200도에서 전체 용액 어닐링 + 급속 냉각	크리프 강도를 회복합니다. HAZ에 탄화물을 용해시킵니다.
800도 이상	전체 용액 어닐링(필수)	어닐링되지 않은 용접에서 우선 크리프 실패가 발생합니다.-

ASTM B514 용접 파이프의 PWHT 절차:

전체 파이프(또는 파이프 부분)를 1150~1200도(2100~2190도 F)로 가열합니다.

유지 시간: 벽 두께에 따라 15~60분(일반적으로 mm당 1분)

빠르게 냉각합니다(물 냉각 또는 강제 공기).

벽이 10mm 미만인 경우 물 담금질이 선호됩니다. 벽이 두꺼울수록 뒤틀림을 방지하기 위해 강제 공기가 필요할 수 있습니다.

결과적인 미세구조:

모재: ASTM No. 5 또는 더 거친 입자 크기

용접 금속: 완전히 재결정된 등축 입자

HAZ: 비금속과 병합됨; 뚜렷한 탄화물-고갈 영역 없음

부적절한 PWHT의 결과:

결함	원인	실패 모드
HAZ의 미세한 입자	PWHT가 없거나 온도가 충분하지 않음	HAZ 내 크리프 파열; 수명이 50~80% 감소합니다.
연속 입자 경계 탄화물	550~750도까지 천천히 냉각	연성 감소; 입계 균열 가능성
완화되지 않은 잔류 응력	냉간 가공된 파이프에는 후처리 없음-	응력 부식에 대한 민감성 증가(염화물이 존재하는 경우)
용접 금속/모재 금속 특성 불일치	-용접 상태	용접 시 변형률 집중; 조기 균열

PWHT 후 검사:
중요한 석유화학 서비스의 경우 ASTM B514에서는 다음을 요구합니다.

종방향 용접부의 100% 방사선 사진 검사(RT)

선택 사항: 두꺼운 벽에 대한 초음파 검사(UT)

용접, HAZ, 모재에 대한 경도 조사(모재 경도의 15% 이내여야 함)

현장 원주 용접:
현장에서 ASTM B514 파이프 섹션을 결합할 때 동일한 PWHT 고려 사항이 적용됩니다. 그러나 현장 용접에서 전체 용액 어닐링을 수행하는 것은 비현실적입니다. 따라서 650도 이상의 서비스를 위해 엔지니어는 일반적으로 다음을 수행합니다.

현장 용접 섹션에 대한 이음매 없는 파이프를 지정합니다-. 또는

현장 용접을 피하기 위해 기계적 조인트(플랜지)를 사용하거나

현장 용접에 대해 감소된 설계 계수를 수용합니다(예: 모재 크리프 강도의 0.7배).

4. 질문: ASTM B514 UNS N08800(800/800H/800HT) 용접 파이프가 일반적으로 사용되는 특정 석유화학 공정은 무엇이며, 어떤 부식/크리프 문제를 해결합니까?

A:
ASTM B514 용접 파이프는 다음과 같은 석유화학 공정에 널리 사용되며, 각각 뚜렷한 환경 문제가 있습니다.

1. 수소 생산을 위한 증기 메탄 개질(SMR)

요소:개질기 배출구에서 폐열 보일러로 라인 이동
온도:750~850도
압력:15~30바
대기:H2, CO, CO2, H2O, 잔류 CH₄

해결 과제:

살금살금 기다:거친-입자 800H(N08810)는 800도에서 40~50MPa의 100,000시간 파열 강도를 제공합니다.

침탄:Cr2O₃ 스케일은 탄소 유입을 방지합니다. 실리콘(0.3~0.7%)은 추가 보호 기능을 추가합니다.

열 피로:빈번한 시동-(일부 공장은 매주 주기)에는 우수한 열팽창 특성을 지닌 연성 소재가 필요합니다.

선호하는 등급:800H(N08810) 용접 파이프, 용접 후 용액 어닐링.

2. 에틸렌 분해로

요소:전송 라인 교환기(TLE) – 저압 구역-
온도:800~900도
압력:2~5바
대기:탄화수소(C2–C₄), H2, 증기

해결 과제:

금속 가루 제거:치명적인 침탄 현상. 800HT의 미세한 Ti(C,N)이 침전되어 탄소 확산이 차단됩니다.

산화 파쇄:순환 서비스로 인해 스케일 파손이 발생합니다. 높은 Cr + Al 함량은 스케일 부착을 촉진합니다.

용접 이음매 무결성:용액-어닐링 용접은 모재에 가까운 크리프 강도를 갖습니다.

선호하는 등급:TLE용 800HT(N08811); 덜 심각한 부분에는 800H가 허용됩니다.

3. 수소화분해 및 수소처리 예열기

요소:예열 코일 출구 배관
온도:500~650도
압력:100~200bar(고압)
대기:H2, H2S, 탄화수소

해결 과제:

고온-수소 공격(HTHA):800H는 수소 서비스에서 탈탄 및 메탄 형성을 방지합니다.

황화:크롬 함량(19~23%)은 적당한 H2S 수준에서 보호 황화물 스케일을 형성합니다.

메모: For high-pressure service (>100 bar), 더 높은 비용에도 불구하고 이음매 없는 파이프가 지정되는 경우가 많습니다. 용접 파이프는 더 낮은-압력 구간이나 설계 응력이 감소된 곳에 사용될 수 있습니다.

4. 암모니아 개질기 이송 라인

요소:2차 개질기로의 1차 개질기 배출구
온도:700~850도
압력:20~40바
대기:H2, N2, NH₃, H2O

해결 과제:

질화:높은 니켈 함량(30~35%)은 부서지기 쉬운 크롬 질화물의 형성을 방지합니다.

살금살금 기다:SMR 서비스와 유사합니다. 거친 곡물이 필요합니다.

선호하는 등급:800H(N08810) 용접 파이프, 완전 용체화 어닐링.

5. 메탄올 합성 루프 이송 배관

요소:합성 루프에 대한 리포머 배출구
온도:550~650도
압력:50~100바
대기:H2, CO, CO2, CH₃OH

해결 과제:

CO 공격:중간 온도에서의 침탄 위험; 800H는 좋은 저항을 제공합니다.

열 순환:공장 턴어라운드는 열 피로를 유발합니다. 연성이 있는 800H는 사이클링을 견딜 수 있습니다.

선호하는 등급:800H(N08810) – 고압 섹션에 대해 종종 지정되는 심리스입니다.-

지원서별 성적 요약표:

애플리케이션	추천등급	용접 또는 원활한?	PWHT가 필요합니까?
SMR 전송 라인(750~850도, < 30bar)	800H	용접(ASTM B514)	예(완전한 용액 어닐링)
에틸렌 TLE(800~900도, < 5bar)	800HT	용접됨(더 큰 직경)	예
수소화분해기 예열기(500~650도, > 100bar)	800H	원활한 선호	아니요(단, 용체화 어닐링된 비금속)
암모니아 개질기(700~850도, 20~40bar)	800H	용접	예
메탄올 합성(550~650도, 50~100bar)	800H	고압에 적합	아니요

5. 질문: ASME 및 석유화학 산업 표준에 따른 ASTM B514 UNS N08800 용접 파이프에 대한 중요한 검사 및 테스트 요구 사항은 무엇입니까?

A:
석유화학 서비스의 경우 ASTM B514 용접 파이프는 ASME B31.3(공정 배관) 또는 고객 사양에서 요구하는 기본 사양 이상의 검사 및 테스트 요구 사항을 충족해야 합니다.

ASTM B514(기본 사양)에 따른 필수 테스트:

시험	요구 사항	빈도
인장시험	모재: 최소 515MPa UTS, 최소 205MPa YS(800H)	열당 및 로트당
평탄화 시험	벽 두께의 3배로 편평화한 후에도 균열이 발생하지 않음	각 파이프
역평탄화 테스트	압축점에서 90도 각도로 용접합니다. 균열 없음	각 파이프
수압시험	5~10초 동안 지정된 최소 항복 강도의 60~80%	각 파이프
용접 이음매의 NDE	방사선 촬영(RT) 또는 초음파(UT)	각 배관(석유화학용 100%)

추가 석유화학 산업 요구 사항(공통 사양):

1. 양성 물질 식별(PMI):

파이프 끝단과 임의 본체 위치의 100%가 합금 화학(Ni, Cr, Fe, Ti, Al)에 대해 검증되어야 합니다.

공차: 일반적으로 지정된 구성의 ±5%입니다.

2. 경도 테스트:

최대 경도: 90 HRB(어닐링된 800/800H/800HT의 경우).

용접 파이프의 경우: 경도는 용접, HAZ 및 모재 전체에 걸쳐 전달됩니다. 편차는 모재 경도의 ±15%를 초과해서는 안 됩니다.

3. 입계 부식 테스트(선택 사항이지만 염화물 노출 가능성이 있는 석유화학 서비스에 일반적임):

ASTM A262 실습 E(65% 질산) 또는 실습 C(구리-황산구리)에 따라.

허용: Practice E의 부식률은 0.5mm/년 이하입니다.

4. 종방향 용접의 방사선투과검사(RT):

ASME 섹션 V, 2조에 따라.

ASME B31.3, 표 341.3.2에 따른 허용 기준: 균열 없음, 불완전한 융합 또는 침투 없음, 벽 두께의 1/3을 초과하는 슬래그 포함 없음.

5. 용접 이음매의 염료 침투 탐상 검사(PT)(선택 사항이지만 일반적임):

표면-파손 결함을 감지합니다.

허용 범위: 1.5mm를 초과하는 선형 표시 또는 둥근 표시가 없습니다.

6. 용접 금속의 페라이트 측정:

자가 GTAW 용접(충전재 없음)의 경우 고온에서 취성을 방지하려면 페라이트 함량이 5FN(페라이트 수) 미만이어야 합니다.

고 페라이트(δ-페라이트)는 고온 서비스 중에 시그마 상으로 변태되어 용접 균열을 일으킬 수 있습니다.

7. 입자 크기 검증(800H/800HT의 경우):

ASTM E112에 따라.

요구 사항: ASTM No. 5 또는 더 거칠다(64–128 µm).

샘플 위치: 모재, 용접 HAZ에서 멀리 떨어져 있습니다.

용접 절차 자격(PQR/WPQ):
석유화학 서비스의 경우 세로 솔기에 대한 제조업체의 용접 절차는 다음을 포함하여 ASME 섹션 IX에 따라 인증을 받아야 합니다.

인장 시험(용접 금속 가로)

유도 굴곡 테스트(면 및 루트)

경도 조사

Macroetch 검사(침투 및 융착용)

석유화학 제품 배송에 필요한 검사 문서:

문서	콘텐츠
밀 테스트 인증서(MTC)	화학적 분석, 기계적 성질, 열처리 세부사항
임사체험 보고서	RT 필름 또는 디지털 레코드, UT 보고서
PMI 보고서	각 파이프의 합금 검증
경도 보고서	대표적인 샘플을 위해 용접부를 가로질러 이동
차원 보고서	OD, 벽 두께, 길이, 직진도
육안 검사 보고서	표면상태, 용접심 외관

용접 이음새 불연속성에 대한 허용 기준(ASME B31.3, 일반 유체 서비스 기준):

불연속	허용되는 최대값
금이 가다	없음
불완전한 융합	없음
불완전한 침투	없음(완전 용입 용접의 경우)
슬래그 포함	벽 두께의 1/3 이하, 너비 1mm 이하
다공성	직경 1.5mm 이하, 용접 길이 150mm당 2개 이하
언더컷	깊이 0.4mm 이하, 길이 300mm 이하, 길이 50mm 이하