강관의 용접부강관의 용접부강관의 용접부강관의 용접부SAW SSCCSAW SSCCSAW SSCCSAW SSCC耐耐耐耐

품질보증을 위한 핵심 기술 지원품질보증을 위한 핵심 기술 지원품질보증을 위한 핵심 기술 지원품질보증을 위한 핵심 기술 지원

2004. 7. 312004. 7. 312004. 7. 312004. 7. 31

지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원::::

지원기업 세아제강지원기업 세아제강지원기업 세아제강지원기업 세아제강::::

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 강관의 용접부 품질보증을 위한 핵심기술“SAW SSCC耐

지원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출”( : 2003. 8.~2004. 7.)

합니다.

2004. 7. 31.2004. 7. 31.2004. 7. 31.2004. 7. 31.

지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원::::

홍 상 복홍 상 복홍 상 복홍 상 복

지원기업 세아제강지원기업 세아제강지원기업 세아제강지원기업 세아제강::::

이 종 영이 종 영이 종 영이 종 영

지원책임자 장 웅 성지원책임자 장 웅 성지원책임자 장 웅 성지원책임자 장 웅 성ːːːː

참여연구원 윤 병 현참여연구원 윤 병 현참여연구원 윤 병 현참여연구원 윤 병 현ːːːː

- 3 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부록부록부록부록

- 4 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

는 라인파이프의 유효수명에SSCC(Sulfide Stress Corrosion Cracking)

치명적인 손상을 주는 가장 중요한 부식문제 중의 하나이다 산성가스.

혹은 산성원유 를 수송하는 라인파이프에서(sour gas) (sour crude oil)

습윤 황화수소(H2 에 의한 가 크게 문제가 되고 있다 이와 같은S) SSCC .

부식에 의한 재료의 파괴 사고는 년 페르시아 만의 해저 파이라인1972

에서 처음 발생되었다 그 이후 파단기구 과 그 해결. (failure mechanism)

책에 대한 많은 연구가 진행되었고 내 강재개발이 꾸준히 진행, SSCC

되어 왔다.

이러한 는 인장응력이 높은 강종에 수분과SSCC H2 분위기의 부식 수소S (

응력부식균열의 형성 이 동시에 작용하는 조건하에서 발생되는 금속의)

균열로 수소취성 의 한 형태로 받아들여지고, (Hydrogen Embrittlement)

있고 일반적으로 고강도강 또는 강의 경화된 용접부에서 쉽게 발생한,

다 예를 들면 에서는 가 일어나지 않는 임계값으. NACE-MR0175 SSCC

로 경도값 를 지정하고 있다Rockwell C 22(HRC 22) .

원유 및 천연가스를 수송하는 는 자원고갈에 따른 원API 5L Line Pipe

유 함량 증가 등 채취 및 운송을 포함한 강관의 사용 환경Sour gas中

이 점점 가혹해지고 있어 고강도 고인성 저온 과 더불어 내부식성에 대, ( )

한 요구가 가속화되고 있다 그러나 국내기술이 미약하여 세계 강관 시.

장에서 수주의 기회를 상실해 온 실정이므로 선진 강관업체와의 기술격,

차를 줄이는 동시에 향후 수요에 대비할 수 있도록 강관의 용접부SAW

품질 보증을 위한 제반 핵심기술의 확보가 시급히 요구SSCC, HIC耐 耐

되고 있는 실정이다 내 용 고강도 강재 특성 및 강관 제조시 용. sour API

접기술 미확보 상태로 고효율 용접공정 개발과 안정적 강관품질확보를

위한 기술 인프라 구축이 시급한 상황이다 년 세아제강의. ‘95~’02 Sour

용 검토 물량 만톤 이상으로 용 강관에 대Order (Inquiry) 200 SSCC API

한 제조기술의 개발이 시급한 실정이다.

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제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

원유 H中 2 등 함량의 증가에 따른 송유관 급S Sour gas API 5L X65

용접부의 품질확SAW SSCC (NACE TM0177 CLT-type SMYS72%)耐

보를 위한 핵심 기술을 지원한다.

소쟈 용접재료에 따른 용접부 내식 특성 변화를 정량화하여 내식성에,

대한 보증 범위를 설정하며 용접부 건전성에 대한 신뢰성 구축을 위하,

여 용접 작업 조건의 표준을 도출한다.

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제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

현 의 차적 진단 및 개선안 연구현 의 차적 진단 및 개선안 연구현 의 차적 진단 및 개선안 연구현 의 차적 진단 및 개선안 연구1. Process 11. Process 11. Process 11. Process 1

원 부재료 및 공정 등- , /Wire, Flux

강관 용접공정 최적화 기술 지원강관 용접공정 최적화 기술 지원강관 용접공정 최적화 기술 지원강관 용접공정 최적화 기술 지원2. API2. API2. API2. API

모재 및 용접재료 용접공정에 대한 화- , package

현 작업조건 적용시 용접부 특성 용접성 평가 및 작업조건 진단- SAW ,

내 성 보증을 위한 용접재료 설계기술 지원내 성 보증을 위한 용접재료 설계기술 지원내 성 보증을 위한 용접재료 설계기술 지원내 성 보증을 위한 용접재료 설계기술 지원3. SSCC3. SSCC3. SSCC3. SSCC

용접용 심선 및 플럭스 성분선정 또는 설계 지원-

용접부 조직과 내식성과의 상관성 이해 지원- SAW

시제품 적용 전용착금속 및 용접이음부 특성 비교평가-

법 등을 이용한 내식성 평가를 통한 적정성 검토- CLT

용접품질 및 효율향상을 위한 용접 개선 지원용접품질 및 효율향상을 위한 용접 개선 지원용접품질 및 효율향상을 위한 용접 개선 지원용접품질 및 효율향상을 위한 용접 개선 지원4. Process4. Process4. Process4. Process

용접부 설계 및 용접조건 설정-

주요 용접 품질 불량에 대한 원인 조사 및 대책 관련 기술지원주요 용접 품질 불량에 대한 원인 조사 및 대책 관련 기술지원주요 용접 품질 불량에 대한 원인 조사 및 대책 관련 기술지원주요 용접 품질 불량에 대한 원인 조사 및 대책 관련 기술지원5.5.5.5.

용접부 건전성 평가기법 제안- SAW

용접결함 분석-

전형적인 결함발생 유형 분휴 및 방지대책 수립-

품질안정을 위한 표준화 지원품질안정을 위한 표준화 지원품질안정을 위한 표준화 지원품질안정을 위한 표준화 지원6. Process (WPS, PQR)6. Process (WPS, PQR)6. Process (WPS, PQR)6. Process (WPS, PQR)

최적 조건 적용 시험편 제작 및 품질인증- SAW

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제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 목표 달성도기술지원 목표 달성도기술지원 목표 달성도기술지원 목표 달성도1.1.1.1.

본 기술지원의 목표는 원유 H中 2 등 함량의 증가에 따른S Sour gas

송유관 급 용접부의API 5L X65 SAW SSCC (NACE TM0177耐

품질확보를 위한 핵심 기술을 지원 및 소재 용접CLT-type SMYS72%) ,

재료에 따른 용접부 내식 특성 변화 분석을 통한 용접 작업 조건의 표준

을 도출하는 것이다 현장 라인 진단 적정 용접재료 선정 및 표준용접. ,

조건의 도출을 통하여 강관 제조를 위한 기술지원을 실시하여API X65

소기의 목적을 달성하였음.

본 기술지원을 통하여 내 특성이 우수한 강관의 제조기술SSCC API X65

을 확보함으로서 라인파이프용 강관의 수주가 가능해 짐.

기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용2.2.2.2.

가 용접재료 및 공장 진단. Design Roll Bender

나 외산 및 용접재료 특성 평가. Composit type

인장 충격 경도 조직 등( , , , )

다 용접용 플럭스 평가 지원.

라 시조관을 위한 적정 용접조건 도출.

인장 충격 경도 조직 등( , , , , SSCC )

마 차 시조관 에 대한 특성 평가. 1 sample

인장 충격 경도 조직 등( , , , , SSCC, HIC )

바 차 시조관을 위한 최적 작업조건 제시. 2

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시험 및 품질분석 사항시험 및 품질분석 사항시험 및 품질분석 사항시험 및 품질분석 사항3.3.3.3.

의 조관 공정 에서Pipe (Edge Milling 3Roll bending SAW R.T)→ → →

용접조건 및 용접재료를 변화시키면서 소재 대비 모재 및 용접부(Plate)

의 물리 화학적 물성치 변화를 평가 분석함, ,

인장시험 조관 전 후 및 부위별 물성 평가- ( , )

모재부 용접부 원주방향 용착금속 종방향: , (Pipe ), (Pipe )

충격시험 저온인성 및 용접부 건전성 평가- ( )

모재부 용접부: , , HAZ (Root, Face, Center)

경도시험과 현미경 조직 분석 용접부와 모재부의 물성 비교- ( )

모재부 용접부: , , HAZ (Root, Face, Center)

밴드시험 용접부 건전성 평가- ( )

:Root, Face

내식성 시험 모재부 및 용접부 내식성 평가- ( )

:SSCC(NACE TM0177 CLT-type SMYS72%), HIC(NACE TM0284

Solution A)

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권3.3.3.3.

기존의 용접공정을 개선한 특성이 우수한 용접공정에 관한 특허SSCC

출원으로 국내에서는 유일하게 용 강관제조에 관한 를SSCC Kmow-How

획득함.

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제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정1.1.1.1.

일 정 주 요 내 용

2003.8 Kick-off Meeting

9 용접재료 협의 및 공장 진단Design Roll Bender

10 용접기술 설명회PM

10-11외산 및 용접재료 특성 평가Composit type

인장 충격 경도 조직 등( , , , )

12 용접용 플럭스 평가 지원

12 -04. 1입열량 변화 시험 및 특성 평가

인장 충격 경도 조직 등( , , , SSCC )

2004. 2 차 시조관 실시1

3-5차 시조관 에 대한 특성 평가1 sample

인장 충격 경도 조직 등( , , , SSCC, HIC )

6 차 시조관 협의 및 현장 계측 협의2

7 차 시조관 결과 보고1

- 10 -

기술지원 상세 내용기술지원 상세 내용기술지원 상세 내용기술지원 상세 내용2.2.2.2.

가 강관의 제조라인 진단가 강관의 제조라인 진단가 강관의 제조라인 진단가 강관의 제조라인 진단. API SAW. API SAW. API SAW. API SAW

내외면 용접대차 헌팅1)

내외면 라인 용접설비의 잔류자기2) A

용접 불량 유형 파악3)

조건에 대한 표준화 필요4) Tack welding

나 내 용 강관용 용접재료 개발관련 기술 지원나 내 용 강관용 용접재료 개발관련 기술 지원나 내 용 강관용 용접재료 개발관련 기술 지원나 내 용 강관용 용접재료 개발관련 기술 지원. SSCC API X65. SSCC API X65. SSCC API X65. SSCC API X65

용접재료1) Design

합금설계가 용이한 와이어 또는 기존의 솔리드 와이어Composite type

를 선정할 것인지에 대한 사전 협의.

세아제강 세아에삽 용접재료 제조회사( , ( ), RIST)

용접재료 선정2)

내식성 향상 원소를 첨가한 와이어 및 기존의 솔리드Composite type

와이어에 대한 특성 평가후 결정키로 함.

용접재료 특성 평가 결과3)

외산 및 의 와이어에 대한 기계적 특성 평가 결과 인장- composite type ,

특성은 만족을 하였으나 충격특성은 비교적 낮게 나타남, .

사의 용접재료는 용접후열처리 으로 현 시장여-Thyssen, Lincoln type

건에 대응이 미흡함.

와이어는 향후 충격특성 등의 개선이 필요합-Composite type .

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그림 용접부 마크로 사진그림 용접부 마크로 사진그림 용접부 마크로 사진그림 용접부 마크로 사진1111

- 12 -

그림 인장시험 결과그림 인장시험 결과그림 인장시험 결과그림 인장시험 결과2222

- 13 -

그림 충격시험 결과그림 충격시험 결과그림 충격시험 결과그림 충격시험 결과3333

- 14 -

다 용접용 플럭스 선정을 위한 평가관련 기술 지원다 용접용 플럭스 선정을 위한 평가관련 기술 지원다 용접용 플럭스 선정을 위한 평가관련 기술 지원다 용접용 플럭스 선정을 위한 평가관련 기술 지원. SAW. SAW. SAW. SAW

내 특성 및 용접부 기계적 특성 만족을 위한 적정 플럭스 선정1) SSCC

종류의 플럭스 선정(2 )

선정된 플럭스에 대한 기계적 특성 평가2)

인장 충격 경도 등( , , )

미세조직특성 분석3)

용접부의 페라이트 및 분포도 조사( grain boundary ferrite )

내식성 평가 특성 평가 실시4) : SSCC

시간(NACE TM-0177 CLT-type SMYS 72%, 720 )

그림 용접부 마크로 사진그림 용접부 마크로 사진그림 용접부 마크로 사진그림 용접부 마크로 사진4444

- 15 -

그림 플럭스별 용착금속의 미세조직그림 플럭스별 용착금속의 미세조직그림 플럭스별 용착금속의 미세조직그림 플럭스별 용착금속의 미세조직5555

- 16 -

라 시조관 용접조건 선정을 위한 실험실적 용접 및 특성 평가라 시조관 용접조건 선정을 위한 실험실적 용접 및 특성 평가라 시조관 용접조건 선정을 위한 실험실적 용접 및 특성 평가라 시조관 용접조건 선정을 위한 실험실적 용접 및 특성 평가....

시조관 용접조건 선정을 위한 용접조건 변화 시험 실시1)

입열량 변화 조건- 3

용접조건 변화 시편에 대한 기계적 특성 평가2)

입열량별 기계적 특성 비교 평가-

인장 충격 경도 등- , ,

용접부의 미세조직 분석3)

용접부에서의 특성과 미세조직과의 상관관계 분석- SSCC

용접부 내식성 평가4)

시험 실시 시간-SSCC (NACE TM0177 CLT-type SMYS72%, 720 )

특성 평가5)HIC

세아제강 시험 실기- : HIC (NACE TM0284 Solution A)

시편에 대한 균열길이 측정 및 마크로 사진 촬영-RIST: HIC

시험을 통하여 최적의 입열량 및 용접조건을 세아제강 측에 제6)SSCC

시함.

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그림 용접조건별 마크로 사진그림 용접조건별 마크로 사진그림 용접조건별 마크로 사진그림 용접조건별 마크로 사진6666

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조 건조 건조 건조 건 AAAA

그림 조건 의 용접부 경도 분포그림 조건 의 용접부 경도 분포그림 조건 의 용접부 경도 분포그림 조건 의 용접부 경도 분포7 A7 A7 A7 A

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조 건조 건조 건조 건 BBBB

그림 조건 의 용접부 경도 분포그림 조건 의 용접부 경도 분포그림 조건 의 용접부 경도 분포그림 조건 의 용접부 경도 분포8 B8 B8 B8 B

- 20 -

조 건조 건조 건조 건 CCCC

그림 조건 의 용접부 경도 분포그림 조건 의 용접부 경도 분포그림 조건 의 용접부 경도 분포그림 조건 의 용접부 경도 분포9 C9 C9 C9 C

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그림 용접조건에 따른 의 미세 조직 변화그림 용접조건에 따른 의 미세 조직 변화그림 용접조건에 따른 의 미세 조직 변화그림 용접조건에 따른 의 미세 조직 변화10 HAZ .10 HAZ .10 HAZ .10 HAZ .

- 22 -

마 차 시조관 실시 및 특성 평가관련 기술 지원마 차 시조관 실시 및 특성 평가관련 기술 지원마 차 시조관 실시 및 특성 평가관련 기술 지원마 차 시조관 실시 및 특성 평가관련 기술 지원. 1. 1. 1. 1

세아제강에서 차 시조관 실시 두께 시조관1) 1 SAW : 17.5t, 21t

차 시조관 에 대한 기계적 특성 평가2)1 sample

용접부의 미세조직 분석3)

특성 평가4)SSCC

시험 세아제강 자체 실시5)HIC ( )

그림 용접부 마크로 사진그림 용접부 마크로 사진그림 용접부 마크로 사진그림 용접부 마크로 사진11111111

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표 시조관 특성 평가 내용표 시조관 특성 평가 내용표 시조관 특성 평가 내용표 시조관 특성 평가 내용2 sample2 sample2 sample2 sample

시 험 항 목 시험 및 검사내용

화학 성분모재부 용접부 용착금속 가 회 미량원소 실시, ( ) 2 ; Calibration

추가 시편 가공 에 대한 분석도 실시: N,O,H▶

인장 시험모재부 방향 각 회90 , 180 L,T 2˚ ˚

용접부 방향 각 회T 2

충격 시험

온도별 흡수에너지0 , -15 , -40 , -60 , , Shear Area℃ ℃ ℃ ℃

모재부 방향 온도90 L,T 4 x 1Set(3EA)˚

용접부 각W.M, F.L, F.L + 2mm, F.L + 5mm 1Set(3EA)

Guide Bend

시험용접부 별 각 회Face, Root 2

경도 시험 또는 첨부 참조 각HRB Hv10 ( ; 35 point)

현미경조직

시험

Microstructure : 모재부 상 중 하 및, (x 200 500)

용접부 상 중 하 및, , (x 200 500)

Metal Flow : 배율 가능한 세로 장x 10 + (dladml ; 1~2 )

시험HIC

강산성 시편 편평금지, 96hr,

모재부 방향 각1) 90 , 180 L,T- , 3EA˚ ˚

용접부 방향2) T- 3EA

시험SSCC

강산성 일축인장, SMYS 72%, 720hr ( (CLT) Type)

모재부 방향 각1) 180 L,T- , 3EA˚

용접부 방향2) T- 3EA

추가 시편

모재부 90 , 180 , 270˚ ˚ ˚

시편 채취 편평: 200×200 (mm) ( )

용접부 조직 경도 시편,

두께 폭 용접부 좌 우: Full- , 100mm, 20mm, 30mm

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그림 시조관 에 대한 시험 결과그림 시조관 에 대한 시험 결과그림 시조관 에 대한 시험 결과그림 시조관 에 대한 시험 결과12 sample SSCC12 sample SSCC12 sample SSCC12 sample SSCC

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바 현장 용접라인 계측 검토바 현장 용접라인 계측 검토바 현장 용접라인 계측 검토바 현장 용접라인 계측 검토....

차 시조관 결과에 대한 분석결과 현장 용접라인의 용접조건에 대한1)1 ,

계측 필요

용접라인에 대한 전류 전압 등 용접변수에 대한 현장 계측을 실시키2) ,

로 함.

용접부의 형상과 계측과의 연관성 분석을 통한 현장 용접조건 개선사3)

항 도출 예정

월중 현장 계측 실시 예정4)9

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제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

내 특성이 우수항 강관 제조를 위하여 다음과 같은 결론SSCC API X65

을 얻었다.

용접용 심선 및 플럭스 성분선정 지원 용접부 조직과 내식성과1. , SAW

의 상관성 이해 지원 시제품 적용 전용착금속 및 용접이음부 특성 비교,

평가 및 법 등을 이용한 내식성 평가를 통한 적정성 검토를 통하여CLT

내 성 보증을 위한 용접재료 설계기술 지원함SSCC .

용접부 특성 및 용접성 평가 및 작업조건 진단을 통하여 강2. SAW API

관 용접공정 최적화 기술을 지원함.

최적 조건 적용 시험편 제작 및 품질인증을 통하여 품질안정을3. SAW

위한 표준화 지원함Process (WPS, PQR) .

월초 현 조관라인의 계측을 통하여 적정 용접조건 제어를 위한 개산4. 9

사항을 검토한 후 월중에 차 시조관 및 월중 차 시조관을 통하여9 2 11 3

내 용 강관 수주를 위한 적정 시조 조건을 확정할 계획이다SSCC .

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