[논문]용접강관의 황화수소 응력부식균열에 관한 연구

박영록; 김희진; 강봉용

용접강관의 황화수소 응력부식균열에 관한 연구
A Study of Sulfide Stress Corrosion Cracking in Welded Steel Pipe 원문보기

박영록 (한국생산기술연구원) , 김희진 (한국생산기술연구원) , 강봉용 (한국생산기술연구원)

Sulfide Stress Corrosion Cracking(SSCC) of welded Steel pipe has been investigated. A specimens are stressed into the synthetic sea water saturated with H$_2$S. Therefore SSCC occur at the hardnest point. we are discusses the test methods used for laboratory corrosion testing of welded steel pipe and the results of test.

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문제 정의

강재가 황화수소가스 환경에서 응력을 받을 경우, 표면에서 환원 반응에 의하여 발생하는 수소가 내부로 유입되어 강재를 취약하게 하여, 동일한 크기의 외부 응력에 대하여 비활성 환경에서 보다 쉽게 균열이 발생하는 현상을 규명하기 위한 실험으로써, 본 실험에서는 4점굽힘강도시험 (4 Point Bent Beam Test)에 의한 방법과 항인장응력시험(Constant Load Tensile Test)의 두가지 방법을 행하였다.
특히 강관에 응력이 가해지면, 수소침입에 의한 균열과 응력부식에 의한 균열이 동시에 발생하여 강재에 치명적이게 된다. 이에 실제 사용되는 수송용 용접강관에 대한 황화수소 응력부식균열(Sulfide Stress Corrosion Cracking, SSCC)의 발생 실험을 통해 강관 수명을 예측하고 내구성 향상을 위한 실험을 하려 한다. 이에 따라 평가장비를 구축하고 실험을 행하였다.

제안 방법

2) API 5LX-70강재를 이용하여 하중을 각각 NACE TM 규정에서 정한 규정항복 강도의 72% 와 85%를 준 상태에서 4점굽힘 강도시험을 720시간 행하였다. 그 결과 72%에서는 전혀 균열이 보이지 않았고, 85%에서는 약간의 표면균열만이 나타났다.
본 연구는 한국생산기술연구원의 신뢰성 평가센터 내에 구축된 강관의 부식시험의 신뢰성 평가 장비를 이용하여 행하였다.
시험이 종료된 시편에 대해 표면 균열 발생여부를 자분 탐상 시험으로 확인하였다. 확인 결과, 어디에서도 균열은 발견되지 않았다.
이에 실제 사용되는 수송용 용접강관에 대한 황화수소 응력부식균열(Sulfide Stress Corrosion Cracking, SSCC)의 발생 실험을 통해 강관 수명을 예측하고 내구성 향상을 위한 실험을 하려 한다. 이에 따라 평가장비를 구축하고 실험을 행하였다.

대상 데이터

수평이어야 한다. Fig. 1에 보이듯채취는 강관의 세부위에서 하였고, 4점굽힘시편은 용접부 9, 모재부 9개를, 항인장응력시 편은 용접부3, 모재부 6개를 각각 채취하였다.
제작한 것이다. 실험에 사용된 강관은 API 5LX-70의 규격으로, 항복 강도는 586MPa, 인장강도는 645MPa, 그리고 신율은 30%로 보고되었다. 20인치 직경으로 강관이 제작되어 공급되었는데, 공급된 강관의 두께는 11.
실험에 사용된 강관의 원 소재는 POSCO에서 공급된 강재를 현대하이스코에서 ERW 용접기법으로 제작한 것이다. 실험에 사용된 강관은 API 5LX-70의 규격으로, 항복 강도는 586MPa, 인장강도는 645MPa, 그리고 신율은 30%로 보고되었다.

성능/효과

1) 황화수소응력부식균열 실험설비는 맹독성의 가스를 사용하므로 가스의 중화 처리, 누출시의 가스배출 문제 등을 해결할 수 있도록 장비를구축해야 하며, 그리고 용액 내의 황화수소가스의 방출량 조절, 가스방출 여부 관찰이 용이하도록 설계되어야 하며, 내부자동온도조절이 가능해야한다. 그리고 항인장응력 실험을 하던 중에 하중을 받던 시편이 파단되면 그때의 시간을 시스템이 체크할 수 있도록 고안되어야 한다.
3) API 5LX-70강재를 이용하여 하중을 규정항복강도보다 높은 실제항복 강도의 90%로 항인장응력실험을 행하여서, 12-20시간 내에 모두 파단되었다. 향후 규정항복 강도를 기준으로 하여 72-95%까지의 실험을 행하여 황화수소 응력부식균열의 저항성을 평가해 보고자 한다.
행하였다. 그 결과 72%에서는 전혀 균열이 보이지 않았고, 85%에서는 약간의 표면균열만이 나타났다. 이는 강재가 규정항복 강도 85% 이하의 하중에서의 Sour Gas 분위기에서 균열 발생 및 파단이 일어나지 않는다는 것을 보여준다.
매우 가혹한 조건을 주었다. 그 결과 모든 시편들은 시험을 시작한 지 12- 20 시간 내에모두 파단되었다.
시험의 적용하중은 실제항복 강도 (555MPa) 의 90%로 매우 가혹한 조건을 주었다. 그 결과 모든 시편들은 시험을 시작한 지 12- 20 시간 내에모두 파단되었다.
자분 탐상 시험으로 확인하였다. 확인 결과, 어디에서도 균열은 발견되지 않았다.

후속연구

향후 규정항복 강도를 기준으로 하여 72-95%까지의 실험을 행하여 황화수소 응력부식균열의 저항성을 평가해 보고자 한다.

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