화학설비 배관 등의 열처리

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화학설비 배관 등의 비파괴검사 및 열처리에 관한 기술지침(D-12-2112)

 

화학설비 배관 등의 열처리

 

1 용접전 열처리

(1) 모재를 용접 전에 <별표 1> 의 가열온도 이상으로 가열하고 용접하여야 한다.

(2) 작업장의 기온이 0 ℃ 이하에서 <별표 1>의 권장가열 온도란에 수치가 기재되어 있는 모재를 용접하는 경우에는 반드시 권장가열 온도 이상으로 가열한 후 용접하여야 한다.

 

2 용접부의 후열처리

(1) 배관 용접부의 후열처리는 <별표 2>의 기준에 따른다.

(2) 안전보건규칙 <별표 1>의 제7호에서 규정하는 독성물질을 취급하는 배관은 제(1)호의 규정에도 불구하고 관의 두께와 무관하게 후열처리 하여야 한다. 다만, 후열처리 하지 않는 재질은 그러하지 아니하다.

(3) <별표 2>에서 정한 P-3, P-4 및 P-5 모재에 대하여는 후열처리 한 후에 5.3항 또는 5.4항에 따라 비파괴 시험을 하여야 한다.

(4) 후열처리 후 실시한 비파괴 검사 시 부적합한 것으로 판정된 경우에는 불합격 부위를 수정하고 후열처리를 한 후 재시험하여 적합해야 한다.

 

3 열처리시 고려사항

(1) 열처리시 용접전 예열, 용접중 층간온도, 후열처리, 가열 및 냉각 속도, 배관 공칭 두께 등이 충분히 고려되어야만 만족스러운 열처리 효과를 기대할 수 있다.

(2) 배관 공칭 두께 및 용접부 형상 등을 검토하여 가장 적합한 열처리 방법을 적용하여야하며 급격한 가열 및 냉각은 용접부의 균열이나 비틀림을 야기할 수 있으니 주의하여야 한다.

(3) 예열과 층간온도는 온도지시 크레용(Crayon), 비접촉식 적외선 고온계(Infrared noncontact pyrometer), 접촉식 고온계 등의 공인된 기구로 측 정되어야 하며 오오스테나이트 스테인리스강에 사용되는 온도 지시 크레용이나 펠렛(Pallets)은 부식을 초래하거나 기타 유해한 영향을 주지 말아야 한다.

(4) 열처리 과정동안 시간, 온도 선로 및 도표가 작성되어야 하며 보고서에는 가열율, 유지온도 및 시간, 냉각율과 열처리되는 부분이 확실하게 기술되어야 한다.

 

4 열처리 방법

탄소강, 저합금강, 고합금강 재질의 열처리 온도 및 시간은 <별표 1> 및 <별표2>의 권장 규정에 따른다. 다만, 비철금속의 경우 배관의 가공 또는 용접후 열처리는 적용하지 않는다.

그러나 특별히 시효경화 처리되거나 특정 환경에 노출되어 있는 경우에는 예외로 한다. 배관 열처리 방법으로는 다음과 같다.

(1) 노내 열처리법(Furnace heat treatment)

열처리 대상물인 배관 및 용기 등을 대형화로에 넣고 가열하는 것으로 공장 제작 배관 또는 용접 배관의 후열처리에 있어서 가장 효과적인 열처리 효과를 기대할 수 있다.

(2) 전자유도 가열법(Induction heating treatment)

절연된 동소재의 전도체(전자유도 가열 코일)를 가열될 용접부 주위에 감고 저주파인 25 Hz, 60 Hz, 400 Hz를 사용하여 가열하며 주로 60 Hz가 가장 널리 사용된다.

(3) 토치 가열법(Torching heating treatment)

열처리될 용접부에 단일 버너 또는 링 버너를 사용하여 직접 용접부를 가열하는 방법으로 열은 배관 외부에서 내부로 전달된다.

(4) 전기저항 가열법(Electric resistance heating treatment)

니크롬 전선을 배관 용접부에 감싸고 열처리 온도까지 승온될 수 있게 전류를 인가하는 것으로 전류는 직류가 사용되며 특별 전력공급 장치나 용접기로부터 얻어진다.

(5) 발열반응에 의한 가열(Exothermal heating treatment)

원통 모양의 형태로 발열 반응물(알루미늄 분말, 금속 산화물, 내화화합물, 고착제의 복합물)을 예열 처리되어야할 배관 용접부 주변에 부착하고 산소아세틸렌이나 프로판 토치를 이용하여 점화 연소시켜 이때 발생되는 반응열에 의해 용접부가 가열된다

 

<별표 1> 배관의 용접전 열처리 기준

 

모재의 구분	모재의 종류	관의 두께 (mm)	최소규격 인장강도 (kgf/㎟)	가열온도 (℃ )	권 장 가열온도 (℃ )
P- 1, 2	탄소강	≤ 25 〉 25 전 체	≤ 49 전 체 〉 49	- - -	10 80 80
P-3	저합금강 Cr≤ ½ %	≤ 13 〉 13 전 체	≤ 49 전 체 〉 49	- - -	10 80 80
P-4	저합금강 ½% < Cr≤ 2%	전 체	전 체	150	-
P-5	저합금강 2¼% < Cr≤ 10%	전 체	전 체	180	-
P-6	고합금강 (마르텐사이트계)	전 체	전 체	-	150
P-7	고합금강 (폐라이트계)	전 체	전 체	-	10
P-8	고합금강 (오오스테나이트계)	전 체	전 체	-	10
P-9A, 9B - - - - -	저온용합금강 Cr-Cu 강 Mn-V 강 27Cr강 8Ni, 9Ni강 5Ni강	전 체 전 체 전 체 전 체 전 체 전 체	전 체 전 체 전 체 전 체 전 체 전 체	- 150~200 - 150 - 10	90 - 80 - 10 -
P- 21~52		전 체	전 체		10

 

<별표 2> 배관의 후열처리 기준

모재의 구분	모재의 종류	관의 두께 (mm)	최소규격 인장강도 (kgf/㎟)	후열 처리 여부	후열처리 온도범위 (℃)	열처리 요구시간		브린넬 최대 경도치 (주6)
						관두께  25mm 당 요구시간 (hr)	최소 요구 시간(hr)
P- 1, 2	탄소강	≤ 20 > 20	전 체 전 체	미실시 실시	- 600 ~ 650	- 1	- 1	- -
P-3	저합금강 Cr≤½ %	≤ 20 > 20 전 체	≤ 49 전 체 〉 49	미실시 실시 실시	- 600 ~ 720 600 ~ 720	- 1 1	- 1 1	- 225 225
P-4	½% < Cr≤2% ≤ 2%	≤ 13 > 13 전 체	≤ 49 전 체 〉 49	미실시 실시 실시	- 700 ~ 750 700 ~ 750	- 1 1	- 2 2	- 225 225
P-5	저합금강 2¼%< Cr≤10% ≤ 10%	≤ 13 > 13	전 체 전 체	미실시 실시	- 700 ~ 750	- 1	- 2	- 241
P-6	고합금강 (마르텐사이트계)	전 체	전 체	실시	730 ~ 800(주1)	1	2	241
P-7	고합금강 (폐라이트계)	전 체	전 체	미실시	-	-	-	-
P-8	고합금강 (오오스테나이트계)	전 체	전 체	미실시	-	-	-	-
P-9A, 9B - - - - - -	저온용합금강 Cr-Cu 강 Mn-V 강 27Cr강 Cr-Ni-Mo강 5Ni, 8Ni, 9Ni강 Zr R60705	≤ 20 > 20 전 체 ≤ 20 > 20 전 체 전 체 전 체 ≤ 50 > 50 전 체	전 체 전 체 전 체 ≤ 49 전 체 〉 49 전 체 전 체 전 체 전 체 전 체	미실시 실시 실 시 미실시 실 시 실 시 실 시 선택사양 미실시 실 시 실 시	- 600 ~ 640 760 ~ 820(주2) - 600 ~ 700 600 ~ 700 660 ~ 700(주3) 1000 ~ 1040 - 550~600(주4) 540 - 600(주5)	- 1/2 1/2 - 1 1 1 1/2 - 1 1/2	- 1 1/2 - 1 1 1 1/2 - 1 1	- - - - 225 225 - - - - -

 

(주) 1 ASTM A 240, Gr.429에 상응하는 재질은 621 ℃ ～ 663 ℃의 온도범위에서 후열처리 하여야 한다.

       2 후열처리 후에 가능한 한 신속히 냉각하여야 한다.

       3 후열처리 후 650 ℃ 까지는 시간당 60 ℃ 이하로 냉각하여야 하며, 650 ℃ 이하에 서는 취성(Embrittlement)을 방지하기 위하여

          빠른 속도로 냉각하여야 한다.

       4 후열처리 후 320 ℃ 까지는 시간당 170 ℃ 이상으로 냉각하여야 한다.

       5 용접 후 14일 이내에 후열처리 하여야 한다. 후열처리 후 430 ℃ 까지는 시간당 280 ℃ 이하로 냉각하고 430 ℃ 부터는 대기중에서

          냉각하여야 한다.

       6 열처리로에서 후열처리 한 경우에는 용접부의 10 %에 대해 브린넬 경도를 측정하고, 현장에서 국부적으로 열처리 한 경우에는

          용접부 전체에 대하여 경도 측정하여야 한다.

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