충격 인성이 라인 파이프 안전을 좌우하는 이유
충격 인성은 갑작스러운 하중으로 인해 파손되기 전에 강철이 에너지를 흡수하고 소성 변형하는 능력입니다. 매설 또는 해저 파이프라인의 경우 취약한 방식으로 손상된 파이프는 수백 미터에 걸쳐 흐르는 균열을 전파할 수 있는 반면 적절한 인성을 갖춘 파이프는 균열을 저지하기 때문에 특성이 결정적입니다. 온도가 떨어지면 인성이 급격히 떨어지기 때문에 테스트는 항상 테스트 온도와 함께 정의되며 표준과 구매 주문이 함께 온도와 합격 수준을 모두 고정합니다. API 5L 파이프에 적용 가능한 요구 사항은 API 5L 자체, 동등한 국제 등급에 대한 ISO 3183 및 테스트가 수행되는 테스트 방법 표준에서 비롯됩니다.
샤르피 V-노치 테스트
일상적인 승인 테스트를 위한 표준 도구는 ISO 148-1에 설명되어 있고 철강 제품의 경우 ASTM A370의 기계 테스트 섹션에 설명된 단순 지지 노치 바에 대한 진자 충격 굽힘 테스트입니다. 절차는 간단하고 반복성이 높습니다.
전체 크기 시편은 45도 V-노치, 2mm의 노치 깊이 및 0.25mm의 노치 루트 반경으로 10mm x 10mm x 55mm를 측정합니다.
시편은 욕조나 챔버에서 지정된 시험 온도로 냉각되고 방법에서 허용된 시간 내에 기계로 옮겨져 실내 온도가 아닌 강철 온도가 결과를 결정합니다.
알려진 에너지의 진자가 노치 뒤의 시편에 부딪혀 파손됩니다. 균열에 흡수된 에너지는 기계에서 직접 줄 단위로 판독됩니다.
파손 후 전단 면적은 종종 파손 표면에서 측정되고 측면 팽창은 노치 루트에서 기록됩니다. 섬유질, 전단 파괴 표면의 비율이 높으면 연성 거동을 나타냅니다.
파이프 벽이 10mm보다 얇을 경우, 폭이 줄어든 하위-크기의 시편이 가공되어 시편이 전체 벽 두께를 나타냅니다. 하위- 크기 시편의 흡수 에너지는 파손될 재료가 적기 때문에 전체 크기 시편의 흡수 에너지보다 낮습니다. 따라서 지정된 값은 그에 따라 조정되며 시편 크기는 항상 결과와 함께 보고되어야 합니다.
테스트 빈도, 위치 및 방향
충격 시험은 파이프 본체에서 가로 방향으로 실시하며, 용접 파이프도 용접부와 열 영향부에서 시험합니다. 샘플링 빈도는 적용되는 제품 사양 수준에 대한 표준에 정의된 대로 열 또는 로트와 연결됩니다. 제품 사양 레벨 1은 주문에서 요구하지 않는 한 충격 테스트가 필요하지 않습니다. 제품 사양 레벨 2에는 테스트가 필요하며 이는 두 레벨 간의 주요 기술적 차이점 중 하나입니다. 테스트 결과는 최소 평균값과 최소 개별 값을 갖는 세트(일반적으로 3개 표본)로 보고됩니다.
대구경 파이프의 낙하 인열 테스트
샤르피 테스트는 작은 노치 표본에 의해 흡수된 에너지를 측정하지만 흐르는 균열이 있는 가압 파이프의 거동을 완전히 재현하지는 못합니다. 따라서 대구경, 고압 송전선의 경우 낙하 중량 인열 시험이 추가로 지정됩니다. 전체 두께의 노치 판이 떨어지는 무게에 부딪혀 부서지고 벽개보다는 전단된 파단 표면의 비율이 측정됩니다. 일반적으로 파괴면의 백분율로 표현되는 높은 최소 전단 면적은 강철이 균열 전파에 저항한다는 것을 보여줍니다. 테스트 방법은 ASTM E436에 설명되어 있으며 파이프 크기와 응용 분야에서 필요할 때 API 5L의 부록을 통해 호출됩니다.
전이 온도를 움직이는 요인
| 요인 | 충격 인성에 미치는 영향 |
|---|---|
| 탄소 함량 | 탄소가 증가하면 연성에서 취성으로의 전이 온도가 올라가고 최대 흡수 에너지가 낮아집니다. |
| 입자 크기 | 결정립 미세화는 전이 온도를 낮추고 인성을 향상시키는 가장 안정적인 방법입니다. |
| 미세구조 | 거친 펄라이트 밴드와 자유 페라이트는 인성을 감소시키는 반면 미세한 침상 페라이트 및 베이나이트 조직은 인성을 향상시킵니다. |
| 황 및 함유물 | 길쭉한 망간 황화물 개재물은 강철을 분할하고 저황 처리 및 칼슘 처리로 제어됩니다. |
| 롤링과 쿨링 연습 | 제어된 압연 및 가속 냉각으로 구조를 미세화하고 저온에서 흡수 에너지를 높입니다. |
| 벽 두께 | 벽이 무거울수록 냉각 속도가 더 느리고 구조가 더 거친 경향이 있으므로 두꺼운 파이프는 일반적으로 같은 등급의 얇은 파이프보다 요구 사항이 더 엄격합니다. |
FAQ
Q. 충격인성은 어떤 단위를 사용하나요?
흡수된 에너지는 줄 단위로 보고됩니다. 결과가 노치의 단면적으로 정규화되면({1}}평방 센티미터당 줄 또는 평방 미터당 킬로줄로 표시되므로 다양한 크기의 시편을 비교할 수 있습니다.
Q: API 5L 파이프 충격 테스트는 어떤 온도에서 이루어지나요?
테스트 온도는 API 5L로 지정되고 구매 주문에 따라 강화되며 일반적으로 실내 온도보다는 파이프라인의 예상 최저 작동 또는 설치 온도와 관련이 있습니다.
질문: 하위-크기 표본을 전체 크기 값으로 변환할 수 있나요?
모든 철강에 대해 단일 변환 계수가 허용되지 않습니다. 하위-크기 시편에 대해 지정된 허용 값은 표준의 시편 크기로 설정되며 보고서에는 사용된 크기가 명시되어야 합니다.
Q: 샤르피 결과가 이미 허용 가능한데 왜 낙하 인열 테스트가 필요한가요?
두 테스트는 서로 다른 것을 측정합니다. 샤르피는 작은 시편이 흡수한 에너지를 나타내는 반면, 낙하 인열 시험은 전체 두께 재료의 진행 균열에 대한 저항을 측정합니다. 직경이 크고 압력이 큰 라인에는 일반적으로 두 가지가 모두 필요합니다.
Q: 황 함량이 결과에 어떤 영향을 미치나요?
높은 황은 내부 균열 경로 역할을 하는 긴 황화물 개재물을 형성하여 특히 가로 방향에서 흡수된 에너지를 낮추고 전이 온도를 높입니다. 개재물 형상 제어를 통한 저유황 실천이 일반적인 치료법입니다.
Q: 시험성적서에는 어떤 내용을 기재해야 하나요?
등급 및 제품 사양 수준, 열 수, 시편 방향 및 크기, 테스트 온도, 각 시편의 흡수 에너지, 평균값 및 필요한 경우 전단 면적 또는 측면 팽창을 모두 테스트한 파이프 길이로 추적할 수 있습니다.
