강관 재료 등급

올바른 강관 등급을 선택하는 것은 주로 서비스 환경(부식 및 온도), 기계적 요구 사항(압력, 충격 및 하중), 조달/검사 요구 사항(API, ASTM 또는 EN과 같은 표준)이라는 세 가지 제약 조건에 따라 결정됩니다. 대부분의 석유 및 가스 및 일반 유틸리티 파이프라인의 경우 탄소강(API 5L X-등급, ASTM A106/A53)이 최고의 가성비를 제공하며, 내식성이 중요한 경우 오스테나이트 스테인리스강(304/316 시리즈)이 일반적으로 선택되고, 염화물이 함유된 해수 또는 고강도 경량 섹션의 경우 듀플렉스 및 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강(예: 2205, 2507)이 선호됩니다. API 제품 사양 수준(PSL1 대 PSL2), ASTM 등급(A, B, C, TP304 등), 파이프의 심리스 또는 용접 여부는 엔지니어가 설계 개요를 충족하기 위해 사용하는 세 가지 실질적인 레버리지입니다.

강관 재질 등급 및 표준이란 무엇인가요?

강관 '등급'은 표준화된 사양(ASTM, API, EN/ISO), 등급 식별자(A, B, X42, X65, TP304 등), 때로는 공정/유형(심리스/ERW/EFW)을 결합한 약식 라벨입니다. 표준 기관은 화학 성분 제한, 필요한 기계적 특성(최소 수율 및 인장 강도), 테스트 및 검사 체계, 때로는 허용 가능한 제조 공정을 정의합니다.

알아두어야 할 주요 표준 및 기관

• API 5L - 석유 및 가스의 라인 파이프에 널리 사용되며 X-번호(X42, X56, X70) 및 제품 사양 수준(PSL1, PSL2)을 사용합니다.

• ASTM / ASME (예시: A106, A53, A333, A252) - 압력/심리스/용접 파이프, 저온 서비스, 말뚝 박기 등을 커버합니다.

• EN / ISO 표준 - 유럽 및 국제적으로 널리 사용되는 표준(예: 이음매 없는 강관용 EN 10216 시리즈). (조달의 공식 표준을 참조하세요.)

• 머티리얼 지정 - "TP304" 또는 "TP316L"은 ASTM에서 스테인리스 튜브/파이프 유형에 라벨을 붙이는 방식입니다(TP = 튜브/파이프).

표준이 중요한 이유: 파이프가 압력, 온도 및 환경 노출에 대한 계약 요건을 충족하는지 여부를 결정합니다. 사양 수준이 높을수록 추가 테스트와 추적성이 필요하며, 중요한 시스템의 경우 이는 협상 대상이 아닙니다.

등급이 생성되는 방법 - 구성, 처리 및 제조 지문

파이프의 등급은 야금과 생산 경로에서 비롯됩니다:

• 기본 합금 화학 (탄소, 망간, 실리콘, 크롬, 니켈, 몰리브덴, 질소 등)에 따라 내식성, 경화성 및 기준 강도가 설정됩니다. 예를 들어 크롬과 니켈을 첨가하면 오스테나이트 스테인리스 등급(304, 316)이 만들어지고, 몰리브덴을 첨가하면 내공극 저항성(316/316L)이 향상됩니다.

• 열 기계 가공 및 열처리 입자 크기와 미세 구조를 제어합니다(정규화, 담금질 및 템퍼링, 어닐링). 라인 파이프의 경우 최신 X-등급은 종종 열기계 제어 가공(TMCP)을 사용하여 중합금 없이 인성을 높입니다.

• 제작 방법 (심리스, ERW, UOE, JCOE, EFW)는 잔류 응력, 이방성 및 일반적인 결함 모드에 영향을 미치며, ERW 이음매는 심리스 파이프와 다른 고장 모드를 갖습니다.

• 제조 후 테스트 (인장, 경도, Charpy V-노치, 평탄화, 수압, 일부 경우 PWHT) 및 비파괴 검사(UT, 방사선 촬영)를 통해 규정 준수를 확인합니다.

이 세 가지 구성 요소(화학, 처리, 테스트)가 표준이 명문화하는 내용입니다.

탄소 및 저합금 강관 등급

탄소강은 비용과 예측 가능한 기계적 거동으로 인해 라인 파이프, 유틸리티 분배 및 구조용 애플리케이션에 가장 일반적으로 사용됩니다. 아래는 자주 지정되는 탄소/저합금 파이프 등급과 적합한 위치를 실제로 비교한 것입니다.

표 1 - 일반적인 탄소/저합금 파이프 등급 및 일반적인 용도

참고 사항 및 실용적인 포인트

• ASTM A106은 이음매 없는 제조가 필요하지만 A53은 용접 또는 이음매 없는 제조가 가능하며, 이는 공급업체 선택과 비용에 영향을 미치는 실질적인 조달 차이입니다.

• API 5L X-등급은 노치 인성을 유지하면서 더 높은 강도를 충족하도록 표준화/열역학적으로 생산되며, 파이프라인 장거리의 경우 더 높은 X-등급(X56-X70)을 사용하면 벽이 더 얇고 전체 강재 톤수가 낮아집니다.

스테인리스 스틸, 듀플렉스 및 슈퍼 듀플렉스

스테인리스 및 듀플렉스 등급은 화학적 또는 바닷물 부식, 위생 요건 또는 높은 중량 대비 강도 비율이 중요한 경우에 선택됩니다.

배관에 사용되는 주요 스테인리스 제품군

• 오스테나이트(300 시리즈): TP304 / TP304L, TP316 / TP316L이 일반적인 선택입니다. 316/316L은 몰리브덴이 포함되어 있어 내공극성이 향상되었으며 해수, 화학 및 식품 분야에 널리 사용됩니다.

• 페리틱 / 마르텐사이트: 특수 고온 또는 자기 애플리케이션에 사용되며 일반 배관에는 덜 일반적입니다.

• 이중(예: 2205) 및 전이중(예: 2507): 는 300계 오스테나이트보다 강도가 약 2배 높고 염화물 응력 부식 균열에 대한 저항성이 뛰어나며 Mo와 합금할 경우 내피팅성이 우수하여 해수 서비스, 해양 배관 및 더 얇은 벽으로 무게와 비용을 절감해야 하는 응용 분야에 선호되는 제품입니다.

표 2 - 단순화된 부식 및 기계적 비교(정성적)

주요 설계 결과

• 듀플렉스 및 슈퍼 듀플렉스는 허용 응력이 높기 때문에 동일한 압력 등급에서 벽 두께를 크게 줄일 수 있지만 숙련된 용접 절차와 신중한 열 입력 제어가 필요합니다.

• 오스테나이트(304/316)는 제작 및 용접이 훨씬 쉽지만 일부 해양 또는 염수 조건에서는 염화물 SCC의 위험이 있을 수 있습니다.

API 5L PSL1과 PSL2 - 실제로 사양 레벨이 의미하는 것

API 5L 사용 제품 사양 수준 (PSL1 및 PSL2). PSL2는 더 엄격한 통제와 추가 테스트가 적용된다는 점에서 단순한 마케팅상의 차이가 아닙니다.

실질적인 차이점

• PSL1라인 파이프에 대한 기본 요구 사항(화학적 및 기계적 특성, 표준 테스트). 많은 육상 및 저위험 용도에 적합합니다.

• PSL2더 엄격한 화학적 제한, 더 엄격한 기계적 특성 요구 사항, 다양한 등급/크기에 대한 필수 Charpy 충격 테스트, 더 자세한 제조 기록 및 추적성; 파단 제어, 저온 인성 또는 고신뢰성 작동이 필요한 경우(예: 일부 해저 및 고압 파이프라인) 필수입니다.

표 3 - 선택된 계약상의 의미

PSL2가 필요한 경우: 사양 작성자는 파이프라인이 저온, 파손에 치명적인 작동, 긴 수리 지연(해상) 또는 규제 요건에 직면해 있는지 확인해야 하며, 만약 그렇다면 PSL2를 신중하게 고려해야 합니다.

심리스 대 용접(ERW/EFW/UOE)

제조 경로는 가용성, 비용 및 일부 기계적 성능 측면에 영향을 미칩니다.

• 원활한빌릿에서 인발 또는 압출된 것으로, 결함이 집중되는 이음새가 없기 때문에 고온 및 고압 서비스에 선호됩니다. ASTM A106은 독점적으로 심리스입니다.

• ERW(전기 저항 용접)작은 직경과 다양한 라인 파이프 크기에 일반적이며, 적절한 검사를 거친 최신 ERW는 견고하고 널리 사용됩니다.

• UOE / JCOE(성형 및 용접)대구경 라인 파이프 및 장거리 운행에 사용, NDT 및 수압 테스트를 통해 세심하게 제어되는 UOE 공정으로 고품질 파이프를 생산합니다.

실용적인 조달 참고 사항: 많은 프로젝트 사양은 제조 공정과 NDT가 표준의 요구 사항을 충족하는 경우 이음매 없는 파이프와 용접 파이프를 모두 허용하지만 일부 표준(A106)은 이음매 없는 제조를 의무화합니다.

기계적 특성, 인성 및 테스트 기대치

항복률/인장률 수치 외에도 사용 온도에서의 인성이 중요합니다. 주요 테스트 및 점검

• 인장/수율: 설계에 사용되는 기준 강도 수치입니다.

• Charpy V-노치 충격 테스트: 지정된 온도에서 노치 인성을 보장하는 데 필요합니다(추운 기후 또는 취성 골절의 위험이 있는 경우 필수). PSL2는 종종 Charpy 테스트가 필요합니다.

• 비파괴 검사(NDT): UT, RT, 자성 입자 및 염료 투과성 테스트는 체적 및 표면 결함을 찾아냅니다.

• 양성 물질 식별(PMI): 부식에 민감한 합금의 조성을 확인하기 위해 필요한 경우도 있습니다.

• 수압 테스트: 표준 누수/압력 테스트를 통해 무결성을 검증합니다.

디자인 팁: 항상 적절한 안전 여유를 두고 가장 낮은 예상 작동 온도 이하로 Charpy 허용 온도를 설정하세요.

국제 등가물 및 빠른 매핑

엔지니어는 ASTM/API와 EN/ISO 또는 국가별 라벨 간에 번역을 해야 하는 경우가 많습니다. 아래는 간결한 매핑 표입니다(일반/근사치 - 항상 정확한 표준 호출을 확인해야 함).

표 4 - 실무 등급 매핑(공통 등가물)

주의: "동등"은 동일한 것을 의미하지 않습니다. 승인 및 검증은 표준의 화학적 및 기계적 한계를 모두 검토하여 수행해야 합니다.

선택 매트릭스 - 단계별 및 작업 예제

프로젝트의 파이프 등급을 선택하는 간단한 프로세스입니다:

1. 서비스 조건을 정의합니다: 내부 유체 화학, 압력, 온도 범위, 외부 환경(토양, 바닷물), 규제 제약.

2. 기계적 요구 사항을 파악합니다: 설계 압력, 허용 응력, 필요한 안전 계수, 무게 제약.

3. 후보 제품군을 선택합니다: 탄소(비용 효율적), 저합금(더 높은 강도가 필요한 경우), 스테인리스 또는 듀플렉스(부식이 중요한 경우).

4. 제조 경로를 결정합니다: A106 또는 더 얇은 단면과 내피로성이 필요한 경우 심리스, 더 큰 직경 또는 비용 관리가 필요한 경우 용접.

5. 테스트 및 PSL을 지정합니다: 인성 및 파단 제어가 중요한 경우 PSL2를 선택하고, 지정된 온도에서 Charpy V-노치가 필요합니다.

6. 조달 언어: 정확한 표준, 등급, PSL(API 5L인 경우), 충격 테스트 온도, NDT 요구 사항 및 문서 추적성을 호출합니다.

두 가지 짧은 예

• 육상 송수 - 적당한 압력, 비부식성: API 5L 등급 B 또는 X42 (중요하지 않은 경우 PSL1).

• 해양 해수 상승기 - 높은 부식 위험 + 염화물: 듀플렉스 2205(또는 슈퍼 듀플렉스) 엄격한 용접 제어, PMI 및 부식 허용치, 파이프라인 사양의 경우 PSL2와 유사한 추적성을 요구합니다.

조달 언어 및 계약 팁

파이프 구매 주문서를 잘 작성하면 비용이 많이 드는 대체품을 피할 수 있습니다. 포함:

• 표준 (예: API 5L, ASTM A106, EN 10216) 및 에디션/년.

• 등급 (X65, B등급, TP316L, S32205 등).

• 제조 방법 허용/금지(심리스 / ERW / UOE).

• PSL 수준 (API 5L의 경우: PSL1 또는 PSL2).

• 테스트 및 승인 기준: 샤르피 온도 및 수용 에너지, 정수압, UT/RT 요구 사항, PMI(스테인리스/듀플렉스인 경우), 코팅 및 라이닝 요구 사항.

• 추적성 및 문서화: 용접 스풀을 공급할 때 MTR(밀 테스트 보고서), 열 번호, NDT 보고서, 용접 절차 자격(PQR/WPS).

• 위약금/수락: 편차에 대한 거부 기준 및 재작업 규칙을 설정합니다.

요약 표 및 빠른 참조

표 5 - 빠른 참조: 애플리케이션별로 선택할 등급

자주 묻는 질문

1. Q: ASTM A53과 ASTM A106의 차이점은 무엇인가요?
   A: A106은 고온 서비스용 심리스 탄소강관으로 지정되어 있으며, A53은 용접 또는 심리스가 가능하며 저온 및 구조용 애플리케이션에 자주 사용됩니다. 실제로 많은 공급업체는 심리스 주문의 경우 A106을, 용접/ERW 주문의 경우 A53을 견적하므로 제조 방법을 확인하시기 바랍니다.

2. Q: 언제 PSL1 대신 API 5L PSL2가 필요하나요?
   A: 파단 제어, 저온 인성 또는 높은 신뢰성 및 추적성이 필요한 경우(예: 해저, 사워 서비스 또는 중요 가스 파이프라인) PSL2를 사용합니다. PSL2는 추가 테스트와 더 엄격한 화학적 제한을 요구합니다.

3. Q: 스테인리스 316L과 304는 서로 호환되나요?
   A: 아니요; 316L에는 몰리브덴이 함유되어 있어 내공성이 우수하고 316L의 탄소 함량이 낮아 용접성이 향상됩니다. 염화물 피팅이나 화학물질 노출이 예상되는 곳에는 316L을 사용하세요.

4. Q: 바닷물에서 316 대신 듀플렉스 스테인리스를 사용하는 이유는 무엇인가요?
   A: 듀플렉스는 강도가 높고 염화물 응력 부식으로 인한 균열 및 피팅에 대한 저항성이 현저히 우수하며, 합금 가격이 높더라도 벽 두께와 전체 비용을 줄여 공격적인 해수 서비스를 제공할 수 있습니다.

5. Q: 심리스가 용접보다 항상 더 나은가요?
   A: 항상 그런 것은 아닙니다. 심리스 방식은 이음새가 없지만 더 비싸고 직경이 제한될 수 있으며, 적절한 NDT가 적용된 최신 용접 방식(ERW, UOE)은 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 파이프를 생산합니다. 특정 고온 또는 피로에 민감한 서비스의 경우 심리스가 선호될 수 있습니다.

6. 질문: X-등급(X56, X65, X70)은 강도와 어떤 관련이 있나요?
   A: X 숫자는 지정된 최소 항복 강도를 ksi 단위로 근사화합니다(예: X42 ≈ 42ksi, X70 ≈ 70ksi). X가 높을수록 항복 강도가 높고 벽이 더 얇아질 가능성이 높습니다. 정확한 한계 및 충격 테스트 요건은 항상 API 5L 표를 참조하세요.

7. Q: 해양 배관에는 어떤 테스트가 필요하나요?
   A: 지정된 온도에서의 Charpy V-노치, 이음새 및 용접부의 전체 UT/RT, 수압 방지 테스트, 듀플렉스/오스테나이트용 PMI 및 용접 절차 인증. 추가적인 보증을 위해 PSL2 레벨 제어를 고려하세요.

8. Q: ASTM A53을 API 5L로 대체할 수 있나요?
   A: 간혹 공급업체에서 API 5L 등급 B 제한을 충족하는 A53을 제공하는 경우도 있지만, API 5L에는 추가적인 산업별 요구 사항과 크기/등급 범위가 포함되어 있으므로 엔지니어의 승인을 받아야 대체품을 사용할 수 있습니다. 승인 전에 기계적 및 테스트 동등성을 확인하세요.

9. Q: 스테인리스 파이프를 지정할 때 흔히 발생하는 함정은 무엇인가요?
   A: 용접성에 대한 L/저탄소 변형(예: 316L)을 지정하지 않거나, 혹독한 환경에서 부식 허용치 또는 보호 코팅을 요구하지 않거나, 중요 배송에 대한 PMI를 생략하는 경우.

10. Q: 조달에서 추적성을 어떻게 처리해야 하나요?
    A: 열 번호가 포함된 전체 밀 테스트 보고서(MTR), 보관 문서, NDT 보고서, 열처리 또는 PWHT 기록이 필요합니다. PSL2/API 또는 이중 주문의 경우 향상된 추적성이 필요합니다.

참조 및 권한

위의 기술 사항과 표는 API 및 ASTM 문서, 전문 배관 공급업체 및 야금학 참고 문헌에서 찾아볼 수 있는 표준 관행을 요약한 것입니다. A106과 A53, API 5L PSL 차이점, 이중 장점 및 일반 등급에 대한 설명은 권위 있는 기술 출처 및 공급업체의 설명과 일치합니다. 이 자료를 준비하는 동안 사용된 주요 출처로는 API 및 ASTM 지침, 주요 배관 공급업체의 사양 페이지, 야금협회 기술 가이드 등이 있습니다. 본문 전체에 걸쳐 가장 영향력 있는 기술 주장에 대해 대표적인 출처를 인용했습니다.

다음 배관 사양을 위한 실용적인 체크리스트

• 표준 + 에디션(예: API 5L 46th Ed. 20XX 또는 ASTM A106/A53(연도 포함)).

• 등급(명시: X65 PSL2 / A106 B / TP316L 등).

• 허용되는 제조 유형(심리스/ERW/UOE) 및 금지된 모든 프로세스.

• PSL 수준(API 5L의 경우) 또는 이에 상응하는 인성 허용치.

• Charpy V-노치: 테스트 온도 및 수용 에너지.

• NDT 요구 사항(UT/RT, 검사 빈도).

• 듀플렉스/316/2507에 대한 PMI 요구 사항.

• 코팅/라이닝 및 부식 허용치.

• 밀 테스트 보고서 및 추적성 요구 사항.

• 배송, 검사 보류 지점 및 위약금 조항.

마무리 요약

강관 강종 선택은 야금, 제조 방법 및 프로젝트 경제성 간의 균형을 맞추는 작업입니다. 일반적인 압력 및 구조 작업에는 탄소강 등급을 사용하고, 부식이나 벽 두께 감소가 결정적인 경우 오스테나이트 또는 듀플렉스를 지정하며, 조달 문서에 항상 표준, 테스트 체제 및 제조 경로를 명확하게 정의하세요. 중요 인프라 및 해양 작업의 경우 PSL2 또는 이와 동등한 수준으로 요건을 강화하고 완전한 문서화를 요구하세요.