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1 C O N T E N T S 1. 금속재료의특성 1.1 물리적성질 1.2 화학적성질 1.3 제작상성질 <1 장. 금속재료 > 2. 금속재료의종류및재료규격 2.1 분류의기초 2.2 철재료의종류 2.3 비철재료의종류 3. 각국의재료규격코드 3.1 재료규격코드 3.2 ANSI 3.3 ASTM 3.4 ASME 3.5 KS 3.6 JIS <2 장. FITTINGS ( 관이음쇠 )> 1. 서론 1.1 Fitting의정의와분류 1.2 맞추는방법 ( 이음방법 ) 에따른분류 1.3 배관의용도 2. Fitting의분류 2.1 이음방법에따른분류 2.2 재질에따른분류 3. 배관재에적용되는각종규격 3.1 재질에관련된규격 3.2 치수및공차에관련된규격 4. 제작 4.1 원소재의선택 4.2 제작공정

2 <1 장금속재료 > 1. 금속재료의특성 1.1 물리적성질 가. 비중 어떤물체의부피에해당하는만큼의물의무게에대한그물체의무게비를비중 (Specific Gravity) 라고한다. 그때물의온도는 4 를기준으로한다. 따라서비중이크다는것을중금속이라한다. 서로같은금속이라도금속의순도, 가공방법및온도에따라변화한다. 일반적으로단조, 압연, 인발등으로가공된금속은주조상태의것보다크다. < 표 1-1> 은대표적인금속의비중을보여준다. 특히순금속의경우원소의밀도에서단위만삭제하면비중이된다. < 표 1-1> 순금속및합금의비중 순금속 비중 합금종류 비중 Mg 마그네슘 1.74 엘렉트론 (Mg합금) 1.79 ~ 1.83 Al 알루미늄 2.7 두랄루민 (Al합금) 2.6 ~ 2.8 Cr 크 롬 7.0 V 바나듐 5.6 두랄루민 (Al합금) 2.6 ~ 2.8 Zn 아연 7.1 회주철 6.7 ~ 7.9 선철 Sn 주석 7.28 백주철 7.0 ~ 7.8 Mn 망 간 7.3 보통주철 7.1 ~ 7.3 Fe 철 7.86 가단주철 7.2 ~ 7.6 Cd 카드뮴 8.64 알루미늄청동 7.6 ~ 7.7 Ni 니 켈 8.8 알루미늄청동 7.6 ~ 7.7 Ca 구 리 8.9 탄소강 7.7 ~ 7.87 Bi 비스무스 9.8 양백 8.4 ~ 8.7 Mo 몰리브덴 10.2 황동 8.35 ~ 8.8 Ag 은 10.5 고속도강 8.7 Pb 납 청동 (Sn 6 ~ 20%) 8.7 ~ 8.9 Hg 수 은 13.6 인청동 8.7 ~ 8.9 W 텅스텐 19.1 Au 금 19.3 Pt 백 금 21.4 나. 용융온도혹은용융점 (Melting Temperature or Point) 금속을가열하면용해되어용체 (Melt) 로된다. 이때의온도를용융온도혹은용융점이라한다. 또한융체를냉각하면고체로된다. 이런의미에서응고온도혹은응고점이라고도한다. 일반적으로텅스텐 (W) 이가장융점이높아 3,400 이고수은은 로서가장낮다. 철은 1,539 이고, 납, 주석, 비스무스등은합금을만들면원래의금속보다융점이낮은 것으로만들어져전기퓨즈등으로쓰인다. < 표 1-2> 순금속의용융온도 금속 용융점 ( ) 금속 용융점 ( ) Cr 1,890±10 Al 660.2±0.1 Pt 1,773.5±1 Mg 650±2 Fe 1,539±3 Sb 630.5±0.1 Co 1,495±1 Zn Ni 1,455±1 Pb 327.4±0.1 Mn 1,245±10 Cd 320.9±0.1 Cu 1,083±0.1 Bi 271.3±0.1 Au 1,063 Sn 231.9±1 Ag 960.5

3 다. 열전도율 (Heat Conductivity) 일반적으로열의이동은고온에서얻은원자의에너지가저온측으로이동함으로써이루어지며물체내의원자의열진동에의한영에너지이동을열전도라고한다. 열전도율의단위는 Kcal/m h 혹은 cal/cm sec 이다. 라. 전기전도율 (Electric Conductivity) 금속이비금속에비하여전기전도율이높은것은자유전자의역할때문이다. 전기전도율은전기저항의역수인데길이 1m, 단면적 1mm2의선의저항 (Ω) 을표시한고유저항의역수이다. 전도율이높은것은전선으로, 낮은것은저항발열체로쓰인다. < 표1-3> 순금속 (20 ) 의열전도율, 고유저항및도전율 순금속 20 에서의열전도율 ( cal / cm sec ) 고유저항 (Ω mm3 /m) 은의도전율을 100 으로하였을때의비 (%) 은 (Ag) 구리 (Cu) 금 (Au) 알루미늄 (Al) 아연 (Zn) 니켈 (Ni) ± 철 (Fe) 백금 (Pt) 납 (Pb) 수은 (Hg) 마. 융해잠열 (Melting Latent Heat) 0 의얼음이녹아서물이되려면 1cc당 80cal의열을공급하여야한다. 마찬가지로금속도 융해하려면필요한열량, 융해잠열 (Melting Latent Heat) 을주어야하며, 이기간동안은 온도의변화가없다. < 표1-4> 순금속의융해잠열 금속 융해잠열 ( cal /g) 금속 융해잠열 ( cal /g) Al 94.6 Ni 74 Cu 50.6 Ag 25 Sb 38.3 Au 16.1 Zn Mn 64 Pt 27 Pb 6.3 바. 비열 (Specific Heat) 물질 1g의온도를 1 만큼높이는데필요한열량을말한다. 물 1g을 1 높이는데는 1cal의열량이필요하다. Fe는 0.11cal/g 이다. 사. 선팽창계수 (Coefficient of Linear Expansion) 금속은온도가상승함에따라팽창한다. 따라서온도에따른팽창정도를말한다.

4 < 표1-5> 금속의선팽창계수 재료 팽창계수 재료 팽창계수 Pb 29.3 X 10-6 Ni 14.7 X 10-6 Mg 26 X 10-6 Au 14.2 X 10-6 Al 23.9 X 10-6 연강 (0.2% 탄소함유 ) 11.6 X 10-6 황동 1.84 X 10-6 경강 (0.5 ~ 0.9% 탄소함유 ) 11.0 X 10-6 청동 17.5 X 10-6 주철 10.4 X 10-6 Cu 16.5 X 10-6 Pt 8.9 X 10-6 Zn 16.5 X 10-6 엘린바아 8.0 X 화학적성질가. 이온화경향금속의원자가전자를잃고양이온으로되려는성질을이온화경향이라하며금속에따라이온화경향의크기가다르다. K Ba Ca Na Mg Al Zn Fe Ni Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au 경금속보통금속귀금속따라서이온화경향이큰금속은쉽게전자를내어놓으므로산화되려는경향이크고 ( 경금속 ) 이온화경향이작은것은반대로환원되려는경향이크다.( 귀금속 ) 이성질을이용하여금속의부식조절, 전해추출, 전기도금등을할수있다. 나. 부식 (Corrosion) 부식이라는뜻은썩는다는것이다. 음식물이썩어부패함으로써상하게되듯이금속재료로썩어서못쓰게되는것을말한다. 금속의부식은건조한공기, 습기찬공기, 산성, 중성혹은알칼리성용액속에서이온화되는것을말한다. 금속은원래땅속에있을때는산화물, 황화물혹은질화물의상태로있다. 그런데외부에서에너지를가하므로순수단체상태로만들어인간이목적하는형태로만들어사용한다. 그러나이상태가에너지적으로불안전한상태이므로항상본래의산화상태로되돌아가려는것이필연적이다. 왜냐하면열역학제2의법칙에의하여알수있듯이이렇게화합물상태로되는것이안정하기때문이다. 이렇게되면더이상사용할수없게되어버리므로부식 (Corrosion) 이라한다. 따라서부식을막기위하여여러방법이있으며부식의종류는상당히다양하다. 자세한내용은제8장 적정재료의선정기준 에서살펴보기로한다. 1.3 제작상성질가공상성질은기계공작법에서많이취급하기때문에여기서는아래와같이그종류만열거한다. * 주조성 (Cast Ability) : 주조물에필요한조형성, 유동성등의용이성을말한다. * 소성 (Plasticity) : 소성가공에필요한굽힘, 전단, 압축, 연성등의성질을말한다.

5 * 용접성 (Weld Ability) : 금속과금속, 금속과비금속등의결합성, 융합성, 용접저항등의성질을말한다. * 절삭성 (Machine Ability) : 금속을절삭가공할때에필요한절삭력, 절삭온도, 속도등에대한영향을가공재및공구에대하여그적합성및경제성을시험한다. 2. 금속재료의종류및재료규격 2.1 분류의기초가. 재료분류재료 -- 비금속 : 고무, 나무, 플라스틱, 세라믹금속 -- 액체금속 : 수은고체금속 -- 순금속 -- 철 : 순철비철 : Al, Cu, Ti, Ni, Co등합금 -- 철합금 : 탄소강, 합금강, 내식강, 내열강, 공구강, 주철등비철합금 : Al, Cu, Ti, Ni, Co의합금등특수기능금속 : 초전도체, 반도체, 형상기억합금, 비정질, 수소저장용합금등. 나. 철재료의분류 1) 순철 : α, β, γ, δ동소체 2) 탄소강 탄소성분비율구분 : 연강, 경강등 7여종용도별구분 : 배관용, 기계구조용등 22여종 3) 합금강 합금성분으로구분 : Cr-Mo, Ni-Cr-Mo등 13여종용도별구분 : Spring강, Bearing강등 16여종 4) 내식강 조직별구분 : 오스테나이트, 페라이트, 마르텐사이트등 4종 5) 내열강 6) 공구강 성분혹은용도별구분 : 냉간가공용, 열간가공용등 6여종열처리법에따른분류 : 물경화, 내충격등 12여종 7) 주철 : 열처리에의한조직상분류 : 백주철, 회주철등 7여종 다. 비철재료분류 1) Al 성능별구분 : 내식Al, 고력Al등 4종합금성분으로구분 단련 Al합금군 : Al-Cu, Al-Mn등 7종주조 Al합금군 : Al-Si-Cu등 5종 2) Cu 단련 Cu합금군 : Cu-Zn( 황동 ), Cu-Ni-Zn(silver Nickel) 등 7종주조 Cu합금군 : Cu-Zn-Si, Cu-Sn등 10종 3) Ti 합금성분으로구분 : Ti-Al-Sn, Ti-Al-V 합금조직으로구분 : αti, βti 4) Ni, Co : Ni-Cu(Monel), Ni-Cr(Inconel), Ni초합금등 6종

6 2.2 철재료의종류가. 순철철은모든금속중에서가장값이싸고이지구상에서알루미늄다음으로많이있다. 철과강은철광석으로부터여러가지제조방법 ( 에너지를가하는방법 ) 에의하여생산된다. 여기에는여러원소들이필연적으로미량녹아있다. 이중대표적인원소는 C, P, S Mn, Si이며이것을 5대주요원소라고하며철과강중에서여러가지성질에많은영향을준다. 순철이란철의순도가거의 100% 에가까울정도로제조되어불순물을거의함유하고있지않은것을말하고있으나실제로 723 에서는 0.025% 이하, 상온에서는 0.008% 이하의탄소를함유하고나머지원소는거의함유하지않는것을순철 (Pure Iron) 이라한다. 또한강자성및다각형조직을나타내며순도는 99.9% 이상이지만연약하여구조용으로쓰이기는곤란하나철의특성을연구하는데많이쓰인다. < 표 2-1> 은순철의성분 (a), 물리적성질 (b) 기계적성질 (c) 를나타내고있다. < 표 2-1> 순철의여러특성 a) 성분함유원소 (%) C Mn Si P S Cu 종류전해철 아암코철 연철 카아보닐철 b) 물리적성질 비중 용융점 ( ) 용해잠열 ( cal /g) 선팽창율 (20 ) 비열 20 ( cal /g) 열전도율 (20 ) ( cal / cm sec ) 비저항 (Ω/ cm ) , X X10-6 c) 기계적성질 탄성율 ( kg / mm2 ) 항장력 ( kg / mm2 ) 항복점 ( kg / mm2 ) 신율 (%) 경도 (H B ) 2.1X ~26 12~14 80~85 60~65 순철에는 3가지동소체 (Allotropy) 인 α-fe, γ-fe, δ-fe가있다. 동소체란원소는같은데온도에따라결정구조가달라지는것을말한다. α-fe는 BOC( 체심입방 ) 조직을말하고 γ-fe는 FCC( 면심입방 ) 조직을말한다. 그리고 δ-fe는다시 BOC조직을갖는다. 상온에서 910 까지는 α-fe이안정하며그후 1,403 까지 γ-fe조직이안정하며그후 1,539 까지는 δ-fe이안정하지만, 이온도이후는융체가안정하다. 이때 910 와 1,403 는변태점이라고하며 1,539 를융점이라고한다. 순철은 α-fe조직일때강자성을띄지만 786 이상에서는자성이없어진다. 이온도를 Curie점혹은 β변태점이라하며조직의변화는없으나 β-fe라고도한다.

7 나. 탄소강순철에탄소가 2.03% 정도까지고용되도록제작된고용체를탄소강이라하며그이상 6.67% 까지고용되도록한것을주철이라고불리워진다. 그런데순철에탄소가고용되는정도와온도에따라서탄소강혹은주철의조직이상당히달라진다. 이것을일목요연하게그림으로그린것이 Fe-C 평형상태도이다. 1) 탄소강의제조방법탄소강은비교적값이싸고넓은범위의성질을얻을수있으므로금속재료중에서가장중요하게여겨진다. 탄소강의용도는헤아릴수없이많다. 생산품의형태로는박관, 대강, 봉, 선, 관형강, 단조품, 후판, 주조품등이있다. 이제강과정의기본공정을대략설명하면다음과같다. a) 제철 : 땅속에서채광한철광석은산화철상태이므로산소를제거하여야한다. 그러기위해서는용광로속에처광석과환원제인코우크스를넣고뜨거운공기를불어넣으면 3.0~4.5%C를함유한철을생산할수있다. 이렇게나온철을선철 (Pig Iron) 이라하며이선철을만드는과정을제철이라한다. FeO 2 + 3CO -> 2Fe + 3CO 2 b) 제강 : 선철중에는아직많은탄소를함유하고있으므로탈탄을하여탄소강의탄소함유수준 (1%C이하) 으로낮추어야한다. 즉제강로에서는강중의여분의탄소를요구하는함량으로감소시키기위하여선철에고철 (Steel Scrap) 을장입하고, 순수한산소를불어넣고그후적절한양의석회석을첨가하면철산화물이만들어지면서곧이어탈탄반응이일어난다. FeO + C -> Fe + CO 이것은제강법중에서염기성산소법이며이외에도염기성평로법, 전기로법등이있다. 합금강은특히이단계에서합금원소 Ni, Cr, Mo, V, Mn등이첨가되어제조된다. c) 주조 : 이제용강이요구되는수준의조성으로되면제강로에서레이들 (Ladle, 큰국자 ) 에붓는다. 레이들안에 Al혹은규소철등을넣어탈산을시키기도한다. 이레이들은다시주괴주형 (Ingot Mold) 에주입하여냉각시켜정방형의철주괴 (Iron Ingot) 를만들든지연속적으로주조를하기위하여턴디시 (Tundish) 에주입하여길게연속된슬랩 (Slab) 등을만든다. d) 단조및압연 : 이제철덩어리인철주괴를이용하여원하는형상을만들기위하여서재가열후단조하던지압연하는등열간가공작업을한다. 연속주조를한경우는직접형상을만드므로제작과정이훨씬단순하다. 이때만들어지는대표적인형상이슬랩, 볼륨, 빌렛이다. 이는각각박판과후판, 형강과레일, 봉과로드와시임레스강을만드는중간형상이다.

8 e) 기계적처리 : 반제품은다시열간압연, 냉간압연, 단조, 압출, 인발등의소성가공을하여후판, 박판, 봉, 관, 형강등과같은완제품으로만든다. f) 열처리 : 강의완제품이설계에서요구하는강도를갖게하기위하여열처리를한다. 이열처리에의하여어느정도강의조직과성질을조정할수있다. 2) 탄소강의성질 a) 물리적성질탄소강에서탄소함유량이증가하면비중, 열팽창, 열전도는감소하며항자력, 비열, 전기저항등은증가한다. < 그림 2-1> 탄소강의탄소함유량에따른물리적성질변화 b) 화학적성질탄소강은알칼리에는부식이잘되지않으나산에대해서는상당히약하다. 탄소 0.2% 이하의탄소강에서는내식성에별로관계가없으나탄소량이증가할수록부식되기쉽다. 하지만시멘타이트는페라이트보다덜부식된다. 대기중에서의부식은 0.1 ~ 0.3% 의구리성분이함유되거나각종도금을하면부식에대한성질을방지할수있다. c) 기계적성질 * 아공석강 : 탄소함유량에비례해서인장강도, 경도, 항복점등은비례적으로증가한다. * 공석강 : 인장강도는최대로되나연신율및단면수축율은탄소함유량이증가함에따라감소한다. * 과공석강 : 인장강도는탄소가증가되어도감소하며, 경도와강도는다소증가한다. * 아공석강에서의평균인장강도실험식 σ B = X %C[ kg / mm2 ] * 또한경도와의관계 H 8 = 2.8 X σ B

9 < 표 2-2> 강의조직과기계적성질조직 페라이트 퍼얼라이트 시멘타이트 성질 인장강도 ( kg / mm2 ) ½ 연신율 (%) 브리넬경도 (H B ) 결정구조 체심입방격자 α철과 FeC의혼합물 금속간화합물 d) 저온에서의기계적성질탄소강의온도가상온보다저하하면인장강도및경도는점점증가하지만연신율은감소되어취약한성질이나타난다. 충격치는온도가강하함에따라어떤한계온도에도달하면급격히감소하고 -70 부근에서는 0(Zero) 에접근한다. < 그림 2-2> 탄소의저온에서의충격치변화 e) 고온에서의기계적성질 * 탄성계수, 항복점, 탄성한계는온도가상승함에따라감소한다. * 경도와인장강도는 280 ~ 300 부근에서최대치이며연신율및단면수축율은 200 ~ 300 에서최소치이다. < 그림 2-3> 탄소강의고온에서의기계적성질

10 * 충격치는 400 부근에서최소치를나타낸다. 그러므로 200 ~ 300 부근에서는상온에서보다더욱취약한성질이나타난다. * 이부근에서는가장취약한약간푸른색을띈다. 이러한취약성질은 P때문인것으로알려져있으며이온도구간은청열취성이라한다. 따라서모든열처리, 소성가공에서이온도구간을피하여야한다. *300 이상에서는강도, 연신율, 경도및단면수축율이증가한다. 다. 합금강 1) 합금강을만드는이유탄소강은비교적저렴한값으로넓은범위의강도를갖도록생산되지만그성질이강의모든공업적인용도에언제나적합한것은아니다. 일반적으로탄소강은다음과같은제한이있다. ㄴ ) 인성과전성을상당히희생시키지않고 70kg / mm2이상으로강화시킬수없다. ㄷ ) 부피가큰탄소강일경우전체를완전히마르텐사이트조직으로만들기어려우므로경화능의깊이도얕다. ㄹ ) 중탄소강에서마르텐사이트조직을얻어완전히경화시키려면냉각속도를급속히하여야한다. 이급속한냉각은모양을뒤틀리게하며또한균열을발생시킨다. ㅁ ) 저온에서내충격성이크다. ㅂ ) 여러공업적인환경에서내식성이나쁘다. ㅅ ) 고온에서쉽게산화된다. ㅇ ) 내마모성, 피로특성등의특수한성질이부족하다. 따라서합금강이란탄소강의이러한단점을보완하기위하여그공업적인환경에우수한성질을나타내는원소를첨가시켜만든강을말한다. 이것은특수한용도에좋은능력을발휘하기때문에특수강이라고도한다. 2) 특수원소의첨가영향 < 그림 2-4> 합금원소첨가에따른경도변화 < 그림 2-5> 합금원소첨가에따른충격치변화

11 < 표 2-3> 강에특수원소를첨가할때의영향 원소 γ 철애대한용해도 (%) 용해도 (%) α 철애대한용해도 (%) 탄화물의생성경향 탄화물이존재할때의영향 담금질성의증가상태 뜨임에대한작용 페라이트에미치는영향 주요한작용 Al 1.1 약 30 철에는적은후연화를이룬다 오스테나이트중에고용되면약하다. 고용체보다는상당히경화한상태이다. 1. 유효한탈산작용을한다. 2. 결정입성장을억제한다. 3. 질화강에필요한합금원소이다. B 0.018~ ~0082 Mn 보다크다. Cr 보다는적다. 강하다. 약간연화를방지한다. 조금석출경화를한다. 1. 미량첨가 (0.001~ 0.003%) 를하면담금질성이증가한다. Cb Ti, Zr 에비해서강하다 저탄소강에서는증가한다. 2 차경화에서는연화한다. 1. 유효한탈산, 탈질소작용을한다. 2. 결정입성장을억제한다. 3. 담금질성이감소한다. Cr 12.8 (0.5% 탄소 ~ 20% 까지 ) 한계가없다 Mn 보다는크다. W 보다는적다. 보통 1% 는 Mn 보다는유효하다. 연화를가볍게방지한다. 1. 내산화성, 내식성이증가한다. 2. 담금질성이증가한다. 3. 고온강도가증가한다. Co 한계가없다약 80 철과같다. 담금질성이감소한다. 고용체상태에서보다는경도가유지된다. 고용체에서보다는경화한다. 페라이트 (Ferrite) 의경화상태보다는적열경도가증가한다. Cu 8.5 (1.0%C~8%) 700 에서 1%, 상온에서 0.2% 감소한다. 약하다. 고용체상태이면내후성이증가한다. 1. 내후성강도증가. 2. 고합금내산강의성능증가. Mn 한계가없다 15~18 철보다는크다. 크롬보다는적다. 보통이다. (Ni<Mn<Cr) 현저히경화되지만인성은감소한다. 1. 취성을대단히방지한다. 2. 담금질성이증가한다. 3. ( 고 Mn, 고 Cr) 내마모성을증가한다. Mo 약 3 (0.3%C~8%) 37.5 저온에서감소 Cr 보다는상당히강하다. 강해진다. 2 차경화보다는연화를방지한다. 고 Mo-Fe 합금시시효경화성을부여한다. 1. 오스테나이트의조대화온도를높인다. 2. 담금질경화깊이가크게된다. 3. 고온강도, 클리프저항, 적열강도가증가한다. N 강해진다. - Ni P 0.5 Si 한계가없다 약 25C% 와는관계가없다. 2.5C% 와는관계없다. 약 2 (0.35%C~9%) 18.5 흑연화생성은철보다적다. - 관계없다. - - 흑연화가감소한다. 보통이다. 함유량이적을때는별영향이없다. 경도를유지한다. 고용체를조금경화시킨다. 강도및인성이증가한다. 고용체에있어서경화역할을한다. 경도를증가시키나인성은감소한다. Mn<Si<P 1. 오스테나이트조직을안정시키고담금질성을증가시킨다. 2. 시효경화가크다. 1. 풀림한강의강도를증가시킨다. 2. 페라이트, 퍼얼라이트강의인성을증가시킨다. 3. 고 Fe-Cr 합금을오스테나이트화시킬수있다. 1. 저탄소강의강도를증가시킨다. 2. 내식성을증가시킨다. 3. 쾌삭강에있어서기계가공성을양호하게한다. 1. 일반탈산제로사용한다. 2. 전자기판용합금으로이용된다. 3. 내산화성을개량한다. 4. 비흑연화원소를함유한강의담금질성을증가시킨다.

12 원소 γ 철애대한용해도 (%) 용해도 (%) α 철애대한용해도 (%) 탄화물의생성경향 탄화물이존재할때의영향 담금질성의증가상태 뜨임에대한작용 페라이트에미치는영향 주요한작용 Ti 약 ( 저온에서 (0.25%C~1%) 감소 ) 최대로한다. 불용해탄화물을생성한다. 고 Fe-Ti 합금일때는시효경화성을나타낸다. 1. 고용체로부터탄소 (C) 를제거한다. a. 중크롬의마르텐사이트의경도및담금질성을감소시킨다. b. 고크롬강의오스테나이트가생성되는것을방해한다. c. 장시간가열일때는불수강의입계에부식을방해한다. 2. 탈산제의역할을한다. V 1~2 (0.2%C~4%) 한계가없다약간강하다. V<Ti<Cb 2 차경화에따라서상당히강하다. 고용체에약간경화된다. 1. 오스테나이트의조대화온도를높임으로써미세화를조성시킨다. 2. 담금질성을증가시킨다. 3. 뜨임연화를방지한다. 4. 현저히 2 차경화를부여한다. W 22 약 6 ( 저온에서 (0.25%C~4%) 감소 ) 강하다 (V 정도 ) 2 차경화보다는연화상태가좋지않다. 고 Fe-W 합금에대해서경화된다. 1. 공구강에대해서경도와내마모성탄화물을생성한다. 2. 적열경도및고온강도를증진시킨다. 3. Mo 와작용이비슷하다. Zr Ti 에비해서강하다. 고용체로되고약간경화된다. 1. 탈가스작용이크다. 2. 강괴결함을방지한다. 3. 시괴성이감소된다. 라. 스테인레스강 1) 개요내식강 (Stainless Steel) 의 Stainless의뜻은탄소강최대의결점인녹이나지않는다는것이다. 이런녹발생의방지를위해서는강의표면에부동태피막 (Passive Film) 을형성시켜야한다. 이것을형성시키기위해서는 Fe에적어도 12%Cr이상이필요하다. 이렇게만든강을내식강혹은흔히스테인레스강이라고한다. 스테인레스강연구의역사는 1820년대에 M. Faraday( 영국 ), M. berthier( 프랑스 ) 등이고Cr강연구끝에개발로시작되었지만, 현재의 Cr계스테인레스강의기초로된고 Cr강의내식성의발견은 1912년에 H.Brearley( 영국 ) 가포신내부라이닝재료로서의 Cr강을연구하면서부터시작됐다. 그이후에이강 (0.24%C, 13%Cr, 0.3%Mn) 으로스테인레스칼등의시험제품이만들어졌다. 그후연구가계속되어내식성뿐만아니라가공성, 기계적성질을고려하여소위 18-8강이만들어지게되었다. 2) 분류스테인레스강은성분상으로 Cr계와 Cr-Ni계로대별되고금속조직학상으로폐라이트계, 마르텐사이트계, 오스테나이트계, 석출경화계의 4종으로구분한다.

13 3) 폐라이트계스테인레스강이합금은보통 11~30%Cr을함유하여탄소함량을 0.12%C이하로유지시킨 Fe-Cr 합금이다. 일반적인열처리상태에서이합금의조직은대부분페라이트 (bcc) 조직을갖고있기때문에페라이트계스테인레스강이라고부른다. 이합금은주로특수한내식성과내열성이요구되는일반구조용재료로서사용된다. 그러나연성이나쁘며 Notch에대한감도가크며용접성이좋지않다. 이문제를해결하기위해서최근에는탄소및질소를극도로낮게한새로운페라이트계스테인레스강이개발되었다. 또한페라이트계스테인레스강은고용화처리와퀜칭에의하여완전히경화되지않으므로어닐링한상태로사용한다. 저탄소강보다약간항복강도와인장강도가높고연신률이낮다. 그리고 475 취성, δ상취성 (500~800 ), 고온취성 (950 ) 이있다는것을알고있을필요가있다. 4) 마르텐사이트계스테인레스강이합금은본질적으로 142~17%Cr과충분한 C를함유하고있다. 충분한 C가있으므로오스테나이트영역에서퀜칭하였을때마르텐사이트조직을형성하기때문에마르텐사이트계스테인레스강이라부른다. 이것은강도향상을주요목표로하여성분조정을하였기때문에페라이트계및오스트나이트계에비하여내식성은떠어진다. 5) 오스테나이트계스테인레스강이합금은본질적으로 16~25%Cr 및 7~20%Ni를함유하는 Fe-Cr-Ni의 3원계합금이다. 이합금을오스테나이트계스테인레스라고부르는이유는모든일반적인열처리온도에서이합금은조직은오스테나이트조직이기때문이다. Ni이 fcc조직이기때문에오스테나이트 (γ, fcc) 의영역을모든온도범위로확장시킨다. 이런의미에서 Ni을오스테나이트안정화원소라고부른다. < 표 2-4> 은주요성분과용도를나타낸다. 오늘날스테인레스생산량의과반수이상이오스테나이트계인이유는높은강도, 우수한내식성때문이며따라서많은공업적인환경에잘대처해내는금속재료로정형이나있다. 302 및 304합금이상온뿐아니라고온에서도가장널리사용되고있는스테인레스강이며 316은 304에 2.5%Mo을첨가한것으로내식성과고온강도가더욱뛰어나다. < 표 2-5> 은오스테나이트계스테인레스강의발달과정을일목요연하게보여주고있다.

14 < 표 2-4> 오스테나이트계스테인리스강의화학조성과대표적인용도 AISI 형 화학조성 wt% Cr Ni C(max) Mn Mo 기타 L L Ti5XC Cb10XC 대표적인용도 용접시탄화물석출을줄이기위해 302 형스테인레스강에탄소함량을줄임. 화학공업용장비와식품제조용장비 ; 양조장비 ; 냉동실 ; 물받이 ; 흠통 용접시탄화물석출을줄이기위해 304 형다음으로탄소함량을줄인스테인레스강, 석탄호퍼라이닝, 액체비료및토마토즙등의저장탱크 309 형보다높은고온강도및내스케일성의스테인레스강, 열교환기 ; 노부품 ; 연소실 ; 용접필터금속 ; 가스터어빈부품 ; 소각로 ; 축열기 302 형과 304 형보다내식성및크리이프강도가큼. 화학공업용장비와필프처리용장비 ; 사진 ; 브랜디제조용통 ; 비료살포기 ; 케찹요리용솥 ; 이스트용튜브 탄소함량을줄인 316 형의개량형, 입계탄화물석출없어야하는용접구조재, 316 형과같은용도로서심하게용접하는용도 심한부식성상태의용접물및 450~850 의고온에서안정함. 항공기의배기용다기관 ; 보일러외피 ; 제조공정장비 ; 팽창성조인트 ; 객실용방열기 ; 방화벽 ; 플렉서블커플링 ; 압력용기 재질성질은 321 형과유사하며크리이프강도 (*) 가높음. 항공기의배기구 ; 화학약품용용접저장탱크 ; 제트엔진부품 (*) 일반적으로고온에서금속이일정한하중하에서시간이걸림에따라서그변형이증가하는현상. < 표 2-5> 스테인레스강의발달과정

15 또한이합금은상온에서도오스테나이트조직으로하고있으므로열처리로써경화시키기는상당히어렵다. 그러나냉간소성가동에의하여강화시킬수있는데예컨데.301합금은 28kg / mm2에서 140 kg / mm2으로증가시킬수있다.< 표3-28> 은인장성질을나타낸다. 이합금의약점인압계부식 (IGA) 과공식부식 (Pitting) 을개선하기위한많은노력이기울어져상당한진전을보았다. 또한다른스테인레스강과달리오스테나이트조직이므로특별한몇개를제외한대부분의오스테나이트스테인레스강은자성이없어자석에붙지않는다. 따라서조그만막대자석으로쉽게구별해낼수있다. < 표 2-6> 오스테나이트계스테인레스강의상온인장특성 AISI 형 항복강도 (0.2% offset) ( kg / mm2 ) 인장강도 ( kg / mm2 ) 연신율 (%, in 5 cm ) L S S L ) 석출경화계스테인레스강이합금은보통 10~30% Cr을함유하며 Ni 및 Mo도다양한비율로함유되어있으며 Cu,Al,Ti및 Cu,Al,Ti 및 Cb를첨가하여석출경화상을만들기때문에석출경화계라한다. 이것은가공이쉽고, 강도가높으며, 내식성, 연성이좋을뿐만아니라높은기계적성질, 고온에서의우수한내식성을나타낸다. 기본적인종류로세미오스테나이트형과마르텐사이트형이있다. 마. 주철주철은그이름이뜻하는대로철을고체상태에서가공을하기보다는목적형상의주형을만들고거기에용탕을부어넣음으로서구조물을만드는것을주조라고하는데그철을주철이라고한다. 여기에는탄소와규소성분이많이들어있다. 탄소는강도, 취성을높게하며규소는용탕의흑연화를촉진하는데쓰인다. 보통약 2~4%C 와 1~3%Si 를함유한다. 물론특정한성질을조정하고변화시키기위하여다른금속및비금속합금원소를첨가할수도있다. 화학조성외에주철의성질에영향을미치는중요한인자는응고방법, 응고속도및뒷따른열처리등을들수있다.< 표 2-7> 는대표적인주철의종류를나타내며 < 그림 2-6> 는주철의 C와 Si함량을종류별로나타내었다. 분류의기초는현미경조직에서탄소의분포상태에따른다. 백주철 (White Cast Iron) 은흰색을띄며, 회주철 (Gray Cast Iron) 은파단면의색깔이회색이며

16 가단주철 (Malleable Cast Iron) 은탄소가불규칙한혹과같은모양의흑연으로존재하며구상흑연주철 (Ductile Cast Iron) 은공모양이둥근유리탄소덩어리를보인다. 이외에는내마모, 내열, 내식에중점을두고특수원소를담은고합금주철등이있다. < 표 2-7> 대표적인합금안된주철의화학조성 원소 회주철 (%) 백주철 (%) 가단주철 (%) 구상흑연주철 (%) C 2.5~ ~ ~ ~4.0 Si 1.0~ ~ ~ ~2.8 Mn 0.25~ ~ ~ ~1.00 S 0.02~ ~ ~ Max P 0.05~ ~ Max 0.10Max < 그림 2-6> 철합금의 C 와 Si 함량의대략적인범위 2.3 비철재료종류가. 알루미늄 (Al) 1) Al의특징및제조법 Al은금속시장에서철과강다음으로많이쓰이고있다. 그이유는그독특한성질로인해가장용도가다양한공업재료및건설재료로쓰이기때문이다. 알루미늄은무게가가벼우며특히어떤알루미늄합금은아직도구조용강보다큰강도를지닌것도있다. 전기및열전도가우수하여열및빛에대한반사성이높다. 어떤사용조건하에서도내식성이높으며독성이없다. 또한알루미늄은주조할수도있고거의어떠한형태로도가공할수있으며또한표면끝손질은얼마든지변화시킬수있는장점이있다. 알루미늄은지구상에서가장많이매장되어있는금속인데언제나 Fe,Si 및산소와같은다른원소와결합된산화물상태인보오크사이트 (Bauxite) 로존재한다. 따라서이산화물을 Bayer법으로순수한산화물 Al 2 O 3 로만들고

17 Hall법을이용하여전기분해하여얻는다. 그런데 Al 2 O 3 은상당히안정한화합물이므로분리해내려면많은에너지가필요하다. 2) Al의분류알루미늄은단조등소성가공이가능한단련용과주조. 주물을하기위한주조용의두종류가있다. < 표 2-8>, < 표 2-9> 은각각단련용알루미늄및알루미늄합금주조용알루미늄및알루미늄합금의분류를나타낸다. < 표 2-8> 단련용 Al합금 순도가 99.00% 이상인 Al 합금주요합금원소에의한 Al 합금의분류 Cu Mn Si Mg Mg.Si Zn 기타원소 미개발품 1 xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx 9xxx < 표 2-9> 주조용 Al 합금 순도가 99.00% 이상인 Al 합금주요합금원소에의한 Al 합금의분류 Cu Si, 소량의 Su 나 Mg 첨가 Si Mg Zn Sn 기타원소 신개발품 1 xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 7xxx 8xxx 9xxx 6xxx 이분류방법은미국금속학회 (American Society of Metal: ASM) 에의한것인데, 이에상응하는한국공업규격이있다. 표에서본것같이단련용의 4자리숫자로되어있는데첫자리는합금의종류를나타내고둘째자리는불순물의한도, 셋째자리는알루미늄의순도를나타낸다. 주조용은 3자리기준인데첫자리는합금종류, 다음두자리는알루미늄순도, 나머지소수점뒤는표시하지않는경우도있으나제품의형태가주물인지주괴인지를표시하는데쓰인다. 3) Al의조질기호 (Temper Designation) 조질기호란알루미늄으로제품의형상을만든후열처리의유무열처리방법을세분화시킨것이다. 이조질기호는합금뒤에붙여쓴다.( 예 3003-O) a) 기본조질기호 *F: 가공한상태그대로의뜻, 변형경화된양을조정하지않음. 기계적성질에제한이없음.

18 *O: 어닐링하고재결정시킴, 강도가가장낮고연성을지님. *H: 변형경화됨 *T: F 또는 O 와는다른안정된기질을갖도록열처리함. b) 변형경화세분류 *H1: 변형경화만함 *H2 : 변형경화시킨다음일부어닐링함. *H3 : 변형경화시킨다음안정화열처리함. c) 열처리세분류 *T1 : 자연시효시킴. 고온성형한제품을냉각한다음실질적인안정상태로자연시효시킴. *T3 : 고용화열처리한다음냉간가공하고실질적인안정상태로자연시효시킴. *T4 : 고용화열처리한다음실질적인안정상태로자연시효시킴. *T5 : 고온성형한다음냉각하고인공시효시킴. *T6 : 고용화처리한다음인공시효함. *T7 : 고용화처리한다음안정화처리시킴. *T8 : 고용화처리한다음냉간가공하고인공시효함. 나. 구리 (Cu) 1) Cu의특징및제조법구리는전기전도도와내식성이우수하며, 가공성이좋고인장강도도적당히높고어닐링성질을조절할수있으며땜질및접합성이좋다. 여기에또한다른금속을첨가하여수많은종류의청도, 황동을만들수있으며상당히우수한성질들을지니고있어공업적인용도가상당히넓다. 구리는땅속에서유황과결합된황화동광석과구리스크랩으로부터만들어지는데황화동광석을부유선광법으로선별을하고반응로에집어넣어용융시켜만든다. 2) Cu의분류구리및구리합금의분류는미국동개발협회 (CDA) 의분류법을흔히따른다. 이방법은 C100에서 C799까지는단련용이며 C800에서 C999까지는주조용이다. < 표 2-10> 은구리합금분류을나타낸것이다. < 표 2-10> Cu 합금의분류단련용합금 C1xx Cu 및고 Cu 합금 C2xx Cu-Zn 합금 ( 황동 ) C3xx Cu-Zn-Pb (Pb황동) C4xx Cu-Zn-Sn (Sn황동) C5xx Cu-Sn합금 (P 청동 ) C6xx Cu-Al합금 (Al청동),Cu-Si합금(Si청동), 기타 Cu-Zn 합금 C7xx Cu-Ni 및 Cu-Ni-Zn 합금 ( 양은 ) C8xx 주조 Cu, 주조고 Cu합금, 각종주조황동, 주조Mn청동, 주조-Cu-Zn-Si 합금주조 Cu-Sn 합금, Cu-Sn-Pb합금, Cu-Sn-Ni합금,Cu-Al-Fe합금,Cu-Ni-Fe합금 C9xx Cu-Ni-Zn 합금

19 다. 티타늄 (Ti) 1) Ti의특징및제조법티타늄및그합금은비교적새로운공업재료이며 1952년부터구조용재료로사용되고있다. 티타늄합금은비강도 ( 중량대비강도 ) 가높고약 550 까지고온성질이좋으며특히산및염화물매체에서탁월한내식성을보여주고있다. 그러나다른금속재료보다다소비싼것이흠인데이것은광석으로부터추출이어렵고정교한용해및제조기술이필요하기때문이다. 티타늄은 TiO 2 로된금홍석을땅속에서채광하여 Kroll법, Hunter법등을이용하여제조된다. 그런데이산화물의산화상태가아주안정되어있기때문에제조상어려움이많으며최근에발견된것도그때문이다. 그럼에도불구하고이재료가공업적으로중요하게여겨지는이유는높은비강도, 고온성질이있어항공우주산업에유용하며우수한내식성이있어화학공업및식품공업등에유용하기때문이다. 지금도이재료의새로운용도는계속적으로개발, 발견되고있다. 2) Ti의분류티타늄의분류는미국금속학회의분류을일반적으로따르며티타늄의조직에따라상용순수 Ti, α-ti합금, 근사α-Ti합금,gα-βTi합금, β-ti합금으로나누어진다. 3) 상용순수 Ti 티타늄은밀도가 4.54g/ cm2로비교적가벼운금속이며 Al과 Fe의중간이다. < 표 2-11> 은 Al과 Fe에대한여러물리적성질을비교한것이다. 또한티타늄은두종류의동소체가있다. 즉조밀육방격자 (hcp) 를한 α와체심입방격자 (bcc) 를한 β가있다. 이변태점은 883 이며 < 그림 3-20> 에결정구조를나타내었다. 순수 Ti는심한균열을발생시키지않고서도 90% 이상소성변형을할수있는가공성을지니고있다. 그이유는 Ti의 c/a값이다른 hcp금속보다작기때문이다. 또한슬립계가많아변형이잘되기때문이다. 합금되지않은상용순수 Ti의순도는 99.5~99.0% Ti 이다. 이것의주요조성, 용도는 < 표 2-12> 에잘나타나있다. < 표 2-11> Al, Fe 에대한 Ti의물리적성질의비교 Ti Al Fe 밀도 (g/ cm2 ) 탄성계수 ( kg / mm2 ) 1.18 X X X 10 4 융점 ( ) 상온에서의결정격자 HCP FCC BCC

20 < 표 2-12> 상용순수 Ti 의화학조성 ( 최대값 ) 과용도 %Ti 등급 ASTM No %C %Fe %N %O %H 대표적인용도 B B B B 항공기의프레임 ; 화학장치, 담수화장치, 선박부품 ; 판형열교환기 ; 냉간스피이닝및프레스부품 ; 백금을입힌양극 ; 우수한성형성항공기프레임 ; 항공기엔진 ; 선박부품, 화학장치 ; 열교환기 ; 웅축기및증발기의관 ; 양호한성형성성형성, 강도, 용접성, 내식성이요구되는화학선박항공기의프레임, 항공기의엔진부품화학, 선박항공기의프레임, 항공기의엔진부품 ; 수술시의삽입기구 ; 고속팬 ; 공기압축기 ; 우수한성형성과내식성, 높은강도 라. 니켈, 코발트 (Ni, Co) 1) Ni의특징및제조법니켈은여러공업적인용도에사용되고있는훌륭한구조용금속이다. 바람직한 fcc구조를하고있으므로인성과연성이좋다. 또한대부분의분위기에서내식성과내산화성이좋을뿐아니라고온및저온강도가좋다. 그러나불행히도비교적값이비싸므로싼값의합금으로특수한용도에서요구되는내식성및내열성을마련하기어려울때만사용하게된다. 니켈은땅속에서 Ni-Cu황화물, Ni규산물, Ni의홍석 (Laterite), 사문석 (Serpentine) 의형태로존재한다. 고품질의 Ni광산이카나다에있으므로이나라의 Inco Metals Company가서방국가의대부분의수요를공급하고있다. 그러므로이회사의이름에연유한합금종류가많다. 부유선광법과반사로에서용융하여추출해낸다. 재미있는것은 Ni은항상 Cu를동시에가지고있으므로부수적으로 Cu를얻을수있어 Ni제련소에는 Cu제련소가있게마련이다. 2) Ni의분류니켈의분류는흔히니켈업계의분류를이용한다. 상용순수 Ni, Ni-Cu(Monel), Ni-Cr, Ni기초초합금, Ni-Fe기초초합금등으로분류한다. 3) Co기초초합금원소 Co는원자번호 27이며 Ni바로앞에있는제4주기의천이금속이다. 따라서여러가지물리적성질이비슷하다. Co는상온에서 hcp이지만 417 에서 fcc구조로동소변태한다. Co기초초합금은내산화성이그다지좋지는못하지만 Ni기초초합금보다열간내식성이좋기때문에공업용터빈부품에사용되고있다. 또한시간-온도성질인응력-파괴곡선에변화가작으므로고온에서비교적낮은응력으로장기간사용되는정적인부품이좋다. 따라서공업용터빈및항공기엔진의노즐-유도날개에사용된다.

21 3. 각국의재료규격코드 3.1 재료규격코드앞절들에서여러금속재료의종류, 특성및용도에관하여알아보았다. 그러나그종류가너무많으므로이것들을체계적으로분류하여야할필요성이있었다. 그런데어떤분류기준을가지고분류하느냐에따라다르게된다. 따라서분류기준에따른재료의분류를재료규격코드라고한다. 이의종류는각나라마다다르다. 특히우리가많이접하게되는것은미국, 일본, 영국, 독일등의외국규격과국내규격이있다. 미국은 ASTM(American Society for Testing and Materials), ASME(American Society of Mechanical Engineers) 가주요하게쓰이며이외에도 SAE(Society of Automotive Engineers), ASM(American Society for Metals), AWS(American Welding Society) 등이있다. 일본은 JIS(Japanese Industrial Standards) 이있으며영국은 BS(British Standards), 독일은 DIN(Deutshe Industrie Normen) 이있다. 국내규격은 KS(Korean Standards) 가있다. 3.2 ANSI 이규격은주로철 (Fe) 에관련된금속재료인순철, 탄소강, 합금강, 스테인레스강, 공구강에대한원소성분, 기계적성질등을규정하고있다. 순철과탄소강은 AISI 10XX 형태로분류하는데 10은 이종류를의미하고 XX의두자리는철중의탄소성분을나타낸다. 스테인레스강은 AISI Type OOO형태로분류하는데첫 O은 2, 3, 4중의한개인데 2, 3은오스테나이트형스테인레스강에쓰이고 4는페라이트형혹은마르텐사이트형스테인레스강에쓰인다. 그외에석출경화형스데인레스강은별도의체계를가지고있는데이는앞절을참조바란다. 오스테나이트스테인레스강에서예를들어 ANSI Type 316L이있는데이때 L은 Low Carbon을의미한다. 3.3 ASTM 모든금속, 비금속의재료에대한특성및시험법을규정한것으로서총 7개부분으로나뉜다. < 표3-37> 은 ASTM의구성을보여주고있다. 이교재에서는금속재료에주관점을두고있으므로 A, B part만언급하기로한다. 철재료인경우원자로압력용기재료를표시해보자. ASTM A533 GradeB Class1 : Pressure Vessel Plates, Alloy Steel, Quenched and Tempered, Mn-Mo, Mn-Mo-Ni 4 상기표시의 1은규격의출처를나타내고 2는규격번호로서이번호가의미하는것이 4의내용이다. 그러니까 4는흔히표기를하지않는다. 규격번호를보면이철강재료는 Mn-Mo, Mn-Mo-Ni로구성된합금강이며, 압력용기의외벽으로쓰이기위한판형태로제작되며, 퀜칭과템퍼링의열처리를거쳐야함을알수있다. 이외에도이규격번호안에는이재료의특성을알아보기위해서는어떠한시험을하여야하는지도규정되어있다. 3은재료기호로서구체적인성분함유량성분함유량이표시됨에따라구분되는것이다. 즉 A533안에는 Grade A, B, C등이있으며또세분류로서 Class 1, 2, 3등이있다는것을의미한다. 아울러 A533의 A는철재료인것을의미하므로비철재료인 B와쉽게구분할수있겠다. 한가지덧붙인다면똑같은합금성분인데열처리방법제품의형태, 시험방법등이다를수있으므로반드시 1, 2, 3을동시에표시하여야한다. 비철재료를예로들어보자.

22 ASTM A : Al and Al alloy, Drawn Seamless Tubes 이것도철재료나마찬가지로 1은규격출처이며, 2는규격번호로서비철재료인것을알수있는 B로시작하되 4와같은내용을가진재료이다. 3은구체적성분함량이표시된재료기호이다. 마찬가지로 1, 2, 3을동시에반드시표시하여야한다. < 표 3-1> ASTM의구성 분류제목내용 A Ferrous Metals 강, 주철, 도금제품, 철, 합금 B Nonferrous Metals 전기용도선, 동, 알루미늄, 분말야금기타비철금속 C D E F G Cementitious & Ceramic Concrete & Masonry Material Miscellaneous Materials Miscellaneous Subjects Materials for Specific Application Corrosion Deterioration & Degradation of Material 시멘트, 흑연, 석회, 내화물콘크리트및골재, 마루및벽재, 유리, 단열재석재페인트, 와니스, 라커, 석유제품연료, 종이, 고무, 섬유, 물, 플라스틱, 접착제, 포장, 가죽, 타일타일제품금속의화학성분, 내화시험, 비파괴시험, 광석시료채취, 기계시험, 통계적수법전자기기용재료, 완충재, 가스켓, 외과용재, 소비물질의안전, 항공기용재 금속의부식, 피로, 비철금속의열화 3.4 ASME 미국기계학회에서는각종보일러와압력용기, 배관, 펌프, 밸브등에대한설계, 제작, 성능시험등에관련한사항들을규격화시켜놓았다. 이것이 ASME Code이다. 이 Code는전부 11개부분으로나뉘어져있다. 이중 Section II는압력용기혹은기타기기들을만드는데필요한철, 비철재료를규정하고있다. 그런데 ASME는 ASTM의모든철, 비철재료중에는목적하는기기들을만드는데중요한재료들만따로발췌한것이다. 그러므로 ASME Section II의각규격을실제로보면 ASTM의어느부분과같다고표시해놓았다. 이렇게 ASTM에서발췌한재료들은 S를덧붙여표시한다. 즉 SA533 Gr. B Cl.1 혹은 SB 라고표시한다. 그러므로 SA 혹은 SB로시작되는재료를보았다면 ASTM의해당규격과거의일치하되경우에따라서는 ASTM규격내용보다엄격한요구를한경우도있다는것을고려하면좋겠다. 3.5 KS 한국공업규격은 7여종으로구분되는데 A: 기본, B: 기계, C: 전기, D: 금속, F: 토건, M: 화학, R: 수송등으로구분되는데특히이교재에서는금속부분만보기로하겠다. 상기 ASTM에서표시된재료를 KS로표시해보면 KS D SQV2A : 압력용기용조질형 Mn-Mo-Ni합금강강판 KS D A7075PD : 이음매없는 Al 및 Al합금판 과같이된다. 마찬가지로규격출처, 규격번호 ( 특히 85, 83등은규정한연도표시 ), 재료기호순으로표시한다.

23 3.6 JIS 일본공업규격에서의상기재료표시는 JIS G SQV2A JIS H A7075TD 로된다. 기타 BS와 DIN은참고서적을이용하면되겠다. 지금까지몇나라의규격을살펴보았는데서로호환성이있는것이므로재료대조표를이용하면쉽게호환성을알수있다. <2 장 FITTINGS( 관이음쇠 )>

24 1. 서론 1.1 FITTING의정의와분류 FITTING이란? 배관의방향을바꾸거나, 관경을변화시킬때, 주배관에서분기하여배관을할때이용되며철판, 또는파이프를이용제작하거나단조강을기계가공하여제작되며, 다음과같이분류된다. 1.2 맞추는방법 ( 이음방법 ) 에따른분류 1) BUTT WELDING ( 맞대기용접, B.W) : 접속하는두부분을일정한각도로개선하여용접시공하는이음 ( 대구경배관에서가장경제적인기밀유지방법 ) (* 氣密 : 용기에넣은액체나기체가 2) SOCKET WELDING ( 차입식이음, S.W) : 새지않도록하는일.) 1½ 이하의배관현장에서사용되며, 특히인화성, 유독성, 방사성유체의이송에유용. 3) THREAD WELDING ( 나사식이음 ) : 1½ 이하의배관시공에적용된다. 4) 플랜지이음 : VESSEL, EQUIPMENT, 밸브등과연결및주기적인청소가요구되는 PROCESS LINE에주로사용된다. 1.3 배관의용도용도별로대별하면산업, 해양, 운송, 공공시설및건축설비배관등으로나누어진다. 1) 주공정배관 (PROCESS PIPING) 은저장 TANK 와공정계통사이의유체전달에이용되며, 보조공정배관 (SERVICE PIPING) 은주공정을위한증기, 공기, 물등의이송에이용된다. 2) SERVICE PIPING 을 UTILITY PIPING 이라고도하나통상적으로 UTILITY PIPING 이란연소, 오일등대량구매품인 UTILITY 를공급하는배관을말함. 3) 선박에쓰이는배관은여러가지형태가많으나대체로 PIPE 및부속재등을용접및나사이음으로연결한탄소강관이많이쓰인다. 4) 운송배관은보통대구경배관으로유체, SLURRIES ( 석고, 석회와같은불용해물에물을탄혼합물 ) 가스등을수백마일이상떨어져있는곳으로이송하는데이용되는데예를들어원유, 석유, 물등이이송된다. 5) 공공시설배관은시수, 도시가스등을공급하고우수, 하수, 산업폐기물등을수거하는데이용되며대부분지하에매설된다. 6) 설비배관은학교, 건물, 주택등의설비에필요한물, 연소가스등을공급하고폐수를모으는등의목적에이용된다.

25 2. FITTING 의분류 2.1 이음방법에따른분류 순번 종류 BUTT-WELDING FITTING ( 맞대기용접 ) SOCKET WELDING FITTING ( 차입식이음용접 ) TREADED FITTING ( 나사식이음 ) FLANGED FITTING ( 플랜지이음 ) 용도 거의모든 PROCESS 의 UTILITY 및 SERVICE배관에사용 누수가허용되지않는가연성, 유독성, 고가의물질을이송하는배관에사용 ( 단, 주로 1½ 이하배관에적용됨 ) 소구경 (1½ 이하및 SERVICE배관 ) VESSEL, EQUIPMENT, VALVE등과연결및주기적인청소가요구되는 PROCESS LINE에주로사용 장점 대구경배관에서기밀성이좋다. 소구경배관에있어서 (1½ 이하 ) 맞대기용접보다위치조정이용이하며가용접이필요없다 현장에서 PIPE와 FITTING의연결이용이하며가연성기체나액체가있는곳에서배관작업시화재예방을할수있다. 단점 끼어든용접믈질이유체흐름에영향을줄수있다. 연결부에 1/16 (1.6mm) 의여유 ( 열팽창을고려한최소GAP) 에해당하는 AIR POCKET 이발생함 * 심한마모, 부식, 진동, 충격이있는곳이나 496 이상의고온에서는사용불가 * 접합부누수가능 * 나사제작으로인한두께감소로강도가약해짐. 이음방식 PIPE및 FITTING을일정한각도로경사지게다듬은후적당히간격을띄워 (ROOT GAP)TACK WELD후연속용접으로이음매를마감한다. PIPE INSERT를방지하는턱을만들어상대 PIPE를고정시킨후둘레를연속 FILLET WELDING한다. ELBOW ELBOW ELBOW SLIP ON FLANGE 참조그림 TEE TEE TEE WELDING NECK FLANGE - - REDUCER COUPLING 2.2 재질에따른분류

26 2.2.1 재질별분류기호 a.ferrous Material Comparison * Applicable Code / Standard : ASTM Part A, 2002 Edition * : ASTM 2002 Edition 의 Spec No. 에등록되어있지않은것임. Material Classification Comparison as nations ASTM (U.S.A) Large Middle Small Designation Identification Grade Pipe Ambient and Higher Temperature Service A234 WPB C/S A106-B WPC C/S A106-C Carbon Steel WPL3 3.5%Ni A333-3 Low Temperature Service A420 WPL6 C/S A333-6 WPL9 2%Ni-1%Cu A333-9 WP1 Cr-Mo A335-P1 WP12 1%Cr-0.5%Mo A335-P12 WP %Cr-0.5%Mo A335-P11 WP %Cr-1%Mo A335-P22 Low Alloy (1% Cr 9%) A234 WP %Cr-1.6%W- 0.25%V-Mo-Nb-B A335-P23 WP5 5%Cr-0.15%Mo A335-P5 WP9 9%Cr A335-P9 Ferrous (Base Mat'l : Fe) WP91 WP92 9%Cr-1%Mo-0.2%V- Nb-N 9%Cr-1.8%W- 0.2%V-Nb A335-P91 A335-P92 Alloy Steel (Cr 1%) Martensitic Stainless Steel WP410 13%Cr A815 A815 Ferritic Stainless Steel WP430 17%Cr A815 WP304 18%Cr-8Ni A312-TP304 WP316 18%Cr-8Ni-Mo A312-TP316 Austenitic Stainless Steel A403 WP317 19%Cr-13%Ni-3.5%Mo A312-TP317 High Alloy (Cr 12%) WP321 18%Cr-8%Ni-Ti A312-TP321 WP347 18%Cr-8%Ni-Nb A347-TP347 Super Austenitic Staineless Steel A403 S %Cr-18%Ni-6%Mo A312-S L - A312-N08904 Ferritic / Austenitic (Duplex / Super Duplex) A815 S %Cr- 5.5%Ni-N A790-S31803 S %Cr-7%Ni-4%Mo-N A790-S32750 S %Cr-7%Ni- 3.5%Mo-N-W A790-S32760 Comparison as nations ASTM (U.S.A) DIN Plate Forging A or 70 A or 70 A St44.4 A or A A STE355 Remark A203-D A350-LF3 A A350-LF TStE355, EStE355 A203-A A350-LF9 - A204-B A182-F Mo3 A A182-F CrMo 44 A A182-F11 - A A182-F CrMo A182-F23 - A387-5 A182-F5 A387-9 A182-F9 X16CrMo5-1 (EN : Forging) X10CrMoVNb9-1 (EN : Forging) A A182-F A182-F92 - A A182-F A A182-F A A182-F A A182-F A A182-F A A182-F A A182F A240-S31254 A182-F "6MO" A L B649-N08904 (Bar) A240-S31803 A182-F A240-S32750 A182-F A240-S32760 A182-F

27 b.non-ferrous Material Comparison * Applicable Code / Standard : ASTM Part B, 2002 Edition Comparison as nations Material Classification Trade Mark UNS NO. ASTM (U.S.A) Pipe Plate Bar Inconel 600 N06600 B163 / 167 B168 B166 Inconel 690 N06690 B167 B168 B166 Incoloy 800H/800HT N08810 / N08811 B407 B409 B408 Inconel 625 N06625 B444 / 705 B443 B446 Non-Ferrous (Base Mat'l : Ni) Incoloy 825 N08825 B163 B424 B425 Haselloy C276 N10276 B622 B575 B335 Haselloy C22 N06022 B619 / 622 B575 B335 Incoloy 020 N08020 B279 / 464 A240 B473 Monel 400 N04400 B163 / 165 B127 B164 Monel K500 N05500 B163 / 165 B127 B164 Non-Ferrous (Base Mat'l : Cu) Cu-Ni 70/30 C71500 B466 B171 B151 Cu-Ni 90/10 C70600 B466 B171 B151 DIN Remark

28 Ni Base Alloy 구성도 Material T.S Y.S E DATE : 03-Oct-03 A403WP304 75(515) 30(205) 28 A815WP S (620) 65(450) 20 < 원소첨가 > Mo : 내염산성원소 Cu : 내산화성과내환원성을나타내는원소 => 내식성향상원소 1 Ni 32.5, Fe 46.0, Cr : C0.05%, - 800H : C0.08%, Al + Ti 0.3~ : 고강도, 고내식성, 일반적으로 650 이하에서사용 800H : 800 과유사하나 650 이상에서의적용에대해향상된 Creep 특성과응력파괴에대한특성 : UNS N08800, ISO NW8800, W.Nr H : UNS N08810, ISO NW8810, W.Nr : T.S : 75(517), Y.S : 30(207), E : H : T.S : 65(448), Y.S : 25(172), E : 30 Monel Ni 65.1, Cr 32.0, Fe 1.6, Mn 고강도, 해수 - 황산 - 불산분위기에서의고내식성. 3 UNS N04400, ISO NW4400, W.Nr T.S : 70(483), Y.S : 25(172), E : 35 < 원소첨가 > Cu : 내산화성과내환원성의원소 => 내식성향상 Incoloy 825 Incoloy 800/800H Nickel : 오스테나이트강의기본원소이며, 함유량이증가함에따라경도 - 인장강도 - 항복점이감소하며, 인성 - 입계부식경향이증가하며, 부동태강화로부식이억제되며, 응력부식균열에강하다. (30% 이상에서는완전한면역성을가짐.) < 원소첨가 > Fe : 고온내식성피막형성원소 < 원소첨가 > Fe : 고온에서의내식성피막형성원소 Cr : 내산화성향상 1 Ni 42.0, Fe 28.0, Cr 21.5, Mo 3.0, Cu 2.0, Ti 황산 - 인산분위기에서의고내식성, 산화에대한저항성, 염화철응력부식균열에대한저항성, 입계부식과 Pitting 에대한저항성 3 UNS N08825, ISO NW8825, W.Nr T.S : 85(586), Y.S : 35(241), E : 30 Inconel 690 Inconel Ni 76.0, Cr 15.5, Fe 고온에서의내산화성, 염화철응력부식균열에대한높은저항성, 청정수에대한내식성 3 UNS N06600, ISO NW6600, W.Nr T.S : 80(552), Y.S : 35(241), E : 30 * 범례 1 주요성분구성비 2 특성 3 각종 SPECIFICATION DESIGNATION. 4 인장강도 (ksi(mpa)) max., 항복강도 (ksi(mpa)) max., 연신율 (%) min. * 본자료는 INCO ALLOY 社에서발행한자료와 ASME SECTION II PART B(Non-Ferrous) 를참조하였음. 1 Ni 61.5, Cr 29.0, Fe 고온에서의내식성 3 UNS N06690, ISO NW6690, W.Nr T.S : 85(586), Y.S : 35(241), E : 30 < 원소첨가 > Cr : 내산화성향상원소 Inconel 625 Hastelloy C-276 < 원소첨가 > Nb : 내식성과기계가공성향상원소 Mo : 내염산성원소 < 원소첨가 > Mo : 내염산성원소 W : 용접성, 연성향상원소 1 Ni 61.0, Cr 25.5, Mo 9.0, Nb 3.6, Fe 극심한부식환경에서높은내식성, pitting 과균열부식에대한높은저항성, 저온 ~ 약 980 에서의고강도, 고온에서의내산화성 3 UNS N06625, ISO NW6625, W.Nr T.S : 110(758), Y.S : 50(345), E : 25 1 Ni 57.0, Mo 16.0, Cr 15.5, Fe 5.5, W 극심한부식환경에서높은내식성 3 UNS N10276, ISO NW0276, W.Nr T.S : 100(690), Y.S : 41(283), E : 40

29 2.2.2 재질별분류체계가. MATERIAL DESIGNATION 예 ) A234WPB (1) (2) (1) A : FERROUS MATERIAL( 철재류 ), B : NON-FERROUS( 비철류 ), C : CEMENT( 시멘트 ) (2) WP (WROUGHT STEEL PIPE FITTING, 단련강 ) 1C 가 0.2 ~ 0.3% 이내이며, CASTING 이아닌압연등의재가공등을거친강. 2PIPE, PLATE, ROUND BAR 로제작된것. 3ANSI B16.9 / B16.11 에적합한것을총칭하여 WP 라한다. 4STEEL 의분류 CASTING WROUGHT STEEL PLATE, SHEET, STRIP BAR, BOLT / NUT PIPE / TUBE FORGING SHAPES 3. 배관재에적용되는각종규격 3.1 재질에관련된규격 국가 미국 일본 한국 NOTE) 규격명 대분류소분류 TITLE ASTM JIS KS A105 A234 A420 A182 A403 A694 A815 A860 G3452 G3454 G3455 G3456 G3457 G3459 G3460 D3507 D3562 D3564 D3570 D3576 Carbon Steel Forgings for Piping Application P iping Fittings o f W rought C arbon Steel and A llo y Steel for M oderate and H igh-tem perature Service P iping Fittings o f W rought C arbon Steel and A llo y Steel for Low-Temperature Forged or R olled A lloy Steel P ipe Flanges, Forged Fittings, and Valves and Parts for H igh-tem perature Service W rought Austenitic Stainless Steel Piping Fittings Carbon and Alloy Steel Forgings for Pipe Flanges, Fittings Valves, and Parts for H igh-pressure Transm ission Service W rought Ferritic, Ferritic/A ustenitic, and M artensitic Stainless Steel P iping Fittings W rought H igh-strength L ow -A lloy Steel B utt-w elding Fittings 배관용탄소강강관 압력배관용탄소강강관 고압배관용탄소강강관 고온배관용탄소강강관 배관용용접탄소강강관 배관용 Stainless 강관 저온배관용강관 배관용탄소강강관 압력배관용탄소강강관 고압배관용탄소강강관 고온배관용탄소강강관 배관용 Stainless 강관 D3583 배관용용접탄소강강관 ASTM : American Society for Testing and M aterials. JIS : Japanese Industrial Standards. KS : Korean Standards. 비 고

30 3.2 치수및공차에관련된규격 규격명 국가 대분류 소분류 명칭 비 고 B16.5 관후렌지및후렌지관이음쇠 미국 ANSI B16.9 맞대기용접식관이음쇠 B16.11 단조관이음쇠, 삽입용접및나사식관이음쇠 B16.28 맞대기용접식 Short-Radius Elbow 및 180 Elbow B2311 일반배관용강제맞대기용접관이음쇠 일본 JIS B2312 배관용강제맞대기용접관이음쇠 B2313 배관용강판재맞대기용접식관이음쇠 B2316 배관용강제삽입용접식관이음쇠 B1522 일반배관용강제맞대기용접관이음쇠 한국 KS B1541 배관용강제맞대기용접관이음쇠 B1543 배관용강판재맞대기용접식관이음쇠 B1542 배관용강제삽입용접식관이음쇠 NOTE) 1. ANSI : American National Standards Institute 2. ANSI B16.9 (B 철강에관련된 Group, 16 밸브, 플랜지, Fitting, Gasket 표준에관련된위원회 ) 4. 제작 4.1 원소재의선택 재질의선택원칙적으로구매자의 B/M(BILL OF MATERIAL, 자재명세서 ) 에명기되어있는재질을기초로하여야하며, 재질이누락되었을경우연결되는 PART의재질을근거로유추는할수있지만결정은구매자의고유권한이다. 그러나, 간혹구매자의자재명세서상의재질을보다상용화된다른재질로또는 SEAMLESS PRODUCT를용접 TYPE으로변경을해야하는경우가있는데이런경우는제작착수전구매자와충분한협의를거쳐야한다 소재의선택제작할 SIZE 및수량이결정되었을때그에맞는소재를선택하는게중요하다. 소재를선택시에는보우하고있는금형을우선고려하여야하며, 시중원소재시장의최대 SIZE 등을충분히감안한후결정하여발주하여야한다. 원소재형태별국내외거래선은다음과같다. a. for SEAMLESS PIPE *KOREAN MILL JAPANESE MILL EUROPEAN MILL CHANGWON SUMITOMO METAL. DALMINE SPECIALITY KAWASAKI STEEL. VALLOUREC STEEL NKK DMV NIPPON STEEL CORP. SANDVIK PRODUCTOS SCHOELLER BLECKMANN b. for PLATE *KOREAN MILL JAPANESE MILL EUROPEAN MILL POSCO SUMITOMO METAL. ALZ NKK CLi KOBE STEEL FAFER DILLINGER

31 4.2 제작공정 용접 < 그림11-2> 와같이원자로구조물의조립공정에선특히용접기능이아주중요하다. 일반적으로용접법에는많은종류가있지만이들중에서현재아주널리사용되고있는것은 Arc Welding법이며원자력기기도대부분 Arc 용접법으로용접된다. 본절에선주로 Arc 용접법에관하여설명하고자한다. Arc 용접은모재와전극혹은 2개의적극간의 Arc를발생시켜그아크열에의해접합부를용융시켜용접하는방법이며몇개의종류가있다. 일반적으로구조물의용접시공에서는용접연결부의품질의확보가아주중요한데 Arc용접의경우아크는특별히고열을발생하기때문에대기중의 O 2 난 N 2 에의해용접금속이산화, 질화되는악영향이있는데, 그것을방지해야한다. 이때문에아크를적당한방법으로확보하고대기로부터차폐하는방법즉, 심선둘레용제 (Flux) 를도포시킨피복용접봉을사용하는피복아크용접 (Shielded Metal Arc Welding: :SMAW) 나금속아크의주위를 Ar,He등의불활성가스의기류로피복하는불활성가스피복용접 (Inert Gas Shield Welding) 이채용되고있다. 원자력기기에있어서도용접부에양호한품질을확보해야하는면에서이용접법에속하는피복아크용접법, 서브머지드아크용접 (Submerged Arc Welding: SAW), 미그 (Metal Inert Gas : MIG: GMAW) 용접, 티그 (Tungsten Inert Gas : TIG: GTAW) 용접이용접시공법으로채용되고있다. 또한이것들외에원자로용기내면에있어서고온고압수에대한내식성을확보하기위해스테인레스강의육성용접법으로대상전극육성용접등이이용되고있다. Arc용접외에전자 Beam용접법 (Electron Beam Welding) 이일부이용되고있다. 가. 피복 Arc용접 (SMAW) 피복 Arc용접법은, 피복재를포장한용접봉과피용접물과의사이에 Arc를발생시켜, 그열을이용하여용접하는방법이다. 피복 Arc용접에서는, ( 그림 11-7) 과같이, Arc열에의해용접봉이선단이용융되고, 이것이모재로이행되고, 또한열에의해모재의일부를용융시켜용융못을형성한다. 피복재의일부는가스에의해 Arc를둘러싸지만, 일부는용융가스로되어용융금속으로용입되고, 이것과반응후표면에떠오른다. 용접부는주로피복재에서발생하는가스와 slag에의해대기로부터보호된다. 심선은통상연강용및고장력강용에는극연강이, 스테인레스강이나고합금용접에는, 모재의성분과거의같은금속이이용되고있다. 피복재는 (1) 용접 Arc의발생, 안정화및지속을쉽게하며, (2) 중성혹은환원성가스를발생시켜 Arc를둘러싸, 용접금속을외부공기로부터보호하며, (3) 용융한피복재가 Slag로되어용융금속표면을덮어, 공기와의접촉에의한급냉을방지함과함께산화나질화를방지하며, (4) 용융금속의탈산및청정화를행하는것등을목적으로하고있다. 피복 Arc용접은모든자세에서용접이가능하며, 널리쓰이는용접법이다. 또한대부분수동용접으로이루어진다.

32 나. 서브머지드아크용접 (SAW) 용접법에는 ( 그림 11-8) 와같이연결표면에미리분말상의플라스크를뿌려놓고, 그안에전극 Wire를돌입시켜플라스크중에서모재와 Wire간의 Arc를발생시키면서연속적으로자동용접하는방법이다. 용접시, Arc를발생시키면서연속적으로자동용접하는방법이다. 용접시, Arc열에의해, 용융, 분해한플라스크에서발생한가스와용융Slag로용융못을피복하여대기와차폐시킨다. 보통서브머지드아크용접은대전류를사용하기때문에능률이좋다. 또한용접조건이일정하기때문에균일하고, Slag의야금작용때문에품질이좋은용접부를얻을수있다. 또한, 용접사세는하향만가능하다. 서브머지드용접법은, 강관, 압력용기, Tank, 조선등직선으로긴용접선을가진두꺼운구조물의돌출부연결용접시공법으로이용되어오고있다. 최근에는두께용접능력및품질향상을목적으로좁은이음부의서브머지드용접법이실용화되고있다. 다. 미그용접 (GMAW : MIG) 이용접법은 < 그림 11-9> 과같이 Ar가스등의불활성가스의분위기중에서연속하여공급되는용가재인 Wire와모재사이에 Arc를발생하여용접하는방법이다. 이 Wire는자신이전극이면서도 Arc열에녹으면서용접되는것이다. Shielding가스는 Ar 혹은 He, 그리고이들불활성가스에 O 2, CO 2 등을혼합시킨가스등이있으며, 피용접물의재료종류에따라사용된다. 미그용접에는수동, 반자동, 전자동이있으며, 반자동과전자동이일반적이다. 이용접법은 1.5mm정도의박판에서부터 25mm정도의두꺼운용접에도사용되고있다. 특히, 이음부미그용접법은, 보통의용접보다이음부를대폭으로좁게한것으로써후판의용접까지적용되고있다. 이용접법의잇점은 1용접열이작아, 열영향이작으므로, 용접부의인성이우수하고용접영향부의폭이좁아진다. 2좁은이음부이기때문에용접용가재필요금속이작아도되므로 (20mm두께금속의경우서브머지드용접법보다 1/4정도필요 ) 용접 strain도작다. 3용접금속의확산성수소량이아주작아지기때문에일반적인압력용기뿐아니라원자력기기의중요한용접연결부에도적용되고있다.

33 라. 티그용접법 (GTAW : TIG) 이용접법은 < 그림 11-10> 와같이, Ar등고온에서도금속과반응하지않는불활성가스분위기중에서텅스텐전국과모재와의사이에 Arc를발생시켜, 이 Arc열에의해용가재를용융시켜용접하는방법이다. 6) 티그용접은, 다른용접법에비하여전자세의용접이가능하며, 박판이나배관의용접에도널리적용되고있다. 또한티그용접은이면 Bead 7) 가쉽게나오기때문에단면용접에도많이사용되고있어효율과경제성면에서양면을모두용접해야하는어려움이없게된다. 펄스티그용접은티그용접에있어서, 주기적인펄스상태의용접전류를이용하는것이다. 펄스주파수로서저주파 (1~ 수Hz) 를이용하는저주파펄스티그용접법은, 저입열이기때문에용융금속의수직낙하가방지되어전자세용접이가능하다. 또한고주파 (10~20kHz) 를이용하는고주파펄스티그용접법은 Arc의집중성이뛰어나, 깊은용입이안정되게얻어진다. 6) 전술한피복아크서브머지드미그용접법은모두전극자신이 Arc를발생하여녹아져내리는데반해 TIC용접법은텅스텐은전극으로서 Arc를발생시키고용자재는별도로주어진다는것이차이점이다. 7) 이음부의표면에서제 1층용접을시행하면이면 ( 뒷면 ) 에형성된 Bead를말한다 열처리가. 열처리의종류열처리는철강에목적으로하는성질을부여하기위해가열과냉각의조합으로서담금질 (Quenching), 불림 (Normalizing), 풀림 (Annealing), 뜨임 (Tempering) 으로크게나눌수있다. 1) 담금질오스테나이트영역으로강을가열시킨후수냉혹은유냉에의해급속히냉각하는처리이다. 강을담금질하면지극히단단한성질을가지게된다.. 담금질의기본 Pattern은 < 그림 11-4> 에보인것처럼담금질온도 ( 아공석강의경우는 A3 과공석강의경우는 A1이상 ) 에서고온구간을수냉혹은유냉에의해급속히냉각시키고적당한시간경과후오스테나이트-> 마르텐사이트로의변태개시점 (Ms) 이하에서담금질균열을방지하기위하여천천히냉각시키는것이다. 담금질을행한후적당한온도에서뜨임 (Tempering) 하면철강에우수한인성이나피로강도를부여할수있다.

34 2) 불림 (Normalizing) 오스테나이트영역에서가열시킨후 ( 불림온도는아공석강 :A3 과공석강 :Acm이상) 조용한대기중에서방냉시키는처리이다. 조직조정을위해서아주간단한열처리법이지만결정립을미세화시키고조직을조정하여기계적성질을개선하는데목적이있다. 3) 풀림 (Annealing) 오스테나이트영역으로가열 ( 아공석강 : A3, 과공석강 :A1이상) 시킨후일정기간유지한다음서냉하는방법이다. 풀림의종류에는 1완전풀림 2 등온풀림 3 응력제거풀림이있다. < 그림11-5> 와같이풀림온도까지가열한후충분히유지한후노내에서천천히서냉시키다가공냉시키는것이다. 등온풀림은가열-> 급냉 > 유지-> 공냉하는것으로서완전풀림에비하여작업시간이단축된다. 응력제거풀림은용접이나냉간가공후발생한잔류응력을제거하기위해행하며재결정온도이상과 A1 변태점이하사이의적당한온도에서가열, 유지한후서냉한다. 4) 뜨임 (Tempering) 담금질혹은불림한강을 A1 변태점이하의적당한온도로재가열하는처리이다. 뜨임의방법에는 1저온뜨임 2조질등이있다. 저온뜨임은공구, 칼류,Gage등과같이꽤나높은경도와내마모성이필요한경우에쓰이고조질은인성을필요로하는구조용강에쓰인다. 나. 원자력용강재의열처리 1970년대이후원자력발전 Plant의대형화추세에따라원자로용기도구경이아주크고두께도두꺼운것으로되어왔다. 이때문에 1960년대에원자로용기강으로서상용되었던 SA302B에는열처리로불림하였지만 1970년대이후의원자로용기강인 SA533B Class 1 에는열처리를담금질 + 뜨임조질로변경하여후육화에따른냉각속도를확보하였다. 즉 Mn-Ni-Mo강에서는양호한강도와인성을확보하기위해오스테나이트온도화 (900 ) 에서어느정도이상의냉각속도로냉각하여야하는데두꺼운재료에서는불림 ( 대기중방냉 ) 열처리로그것을달성하여소정의담금질성을확보하고있다. 또한최대한의냉각속도가얻어지기위해담금질수조는물의강제교반이이루워지고있다. 그리고대형단강품에있어서는조질열처리전에최종제품형상에가까운형상까지기계가공하고담금질시에두께내의온도냉각속도가잘균일하게되도록하고있다. 이담금질 + 뜨임열처리곡선은대체로 < 그림 11-6> 과같다. 즉, 1 담금질온도에관해서는고온이도닌만큼결정립이조대화되기때문에결정성장을억제하는것에유의하여 880 전후의온도가선택되고있다. 2 뜨임에관해서는가열온도가과승되어높게된다든지유지시간이길면결정립, 석출물의조대화에원인이되고인성을열화시키기때문에가열온도와유지시간의조합은인성확보에유의하여적절히선택된다. 그결과뜨임온도는약640 전후가선택되고있다.

35 4.2.3 검사가. 검사체계 재료검사 재료시험 비파괴시험 화학성분분석기계시험 ( 인장시험, bending 시험, 충격시험, 편평시험. 파괴인성시험 ( 충격시험, 낙중시험 ) 경도시험금속저직시험 ( 결정입도등 ) 수압시험자분탐상시험 (M.T) 표면시험 ( 표면결함의검출 ) 침투탐상시험 (P.T) 체척시험 검사 치수, 형상검사 재료검사 ( 내부결함의검출 ) 방사선투과시험 (RT) 초음파탐상시험 (U.T) 이음부검사 와전류탐상시험 (ECT) 용접검사 작업검사용접후열처리검사 비파괴검사기계시험 내압시험 내압검사 내압검사 누설검사 < 그림 12-1> 검사체계 나. 재료검사일반적으로재료검사에적용되는대표적인검사는재료시험, 비파괴시험및치수, 형상검사이다. < 그림 12-1> 은이것을세분화시킨것이다. 이제이시험들의내용에관하여설명하려고한다. 1) 재료시험 i. 화학성분성분강재의화학조성, 불순물의함유량이재료제조규격 (ASME Section II, KS, JIS등 ) 대로맞는지확인하는것이다. 화학성분의분석에는용강이수납용기에서주형에주입되는도중에서채취한분석시료에대하여행하는 [ 수납용기분석 ] 과압연또는단조된제품에서채취한분석시료에대하여행하는 [ 제품분석 ] 이있다.

36 ii. 기계시험인장시험혹은 bending시험에의해항복점, 인장강도, 연신률, bending등이규격에적합한지를확인하는것이다. 또한강판에는필요에따라충격시험에의해 charpy 흡수 energy가규격대로인지를확인하는것이다. 강관에대하여는편평시험 1) 에의해관의벽에손상, 균열등이발생하는지를확인하는것이다. iii. 파괴인성시험재료가당해기기의운전조건과의관련되어충분한인성을확보하고있는지를확인한다. 이때문에인성이충분히높은오스테나이트계스테인레스강이나취성파괴가발생하기어려운얇은관등에있어서는파괴인성시험이종종제외된다. 1) 편평시험은관의변형능력을조사하기위하여행하는것이다. 관의일부를잘라내어평판사이에 끼워넣고규정된높이만큼압축시켜찌그러트리면관벽에발생하는균열, 손상등의유무를 확인한다. 2) 비파괴시험비파괴시험이란제품에전혀손상을주지않고 ( 앞에서말한재료시험도제품자체를파괴해보는시험은아니지만제품의제작공정과똑같은이력을지닌시편을이용하여파괴될때까지조건을가하여재료의능력을확인해본다는의미에서파괴시험이라고한다. 제품의외부에직접시험기를설치하여외부에서제품내부의결함등을조사하는것으로서, 표면혹은표면근처, 또는불연속부를검출해내는데쓰이고있다. 이방법은표면시험이라고부른다. 또한표면안의내부에포함되어있는결함 (*) 을두께방향으로관통하면서검출해내는방법을체적시험이라고부른다. 표면시험으로는자분탐상시험 (MT), 침투탐상검사 (PT), 가있고체적시험으로는방사선투과시험 (RT), 초음파탐상검사 (UT), 와전류탐상검사 (ECT) 가있다. 가 ) 자분탐상시험 (Magnetic particle test, MT) 자성을지닌재료에자력선을통과시킬때표면또는표면근처의균열결함부가있다면, 결함은자기적저항이높기때문에 < 그림 > 와같이자속의일부가결함근방에서공기중으로누설된다. 따라서표면에외관상의자극을만든다. 이누설된자속의주위에미세한분말을뿌려놓으면철분이흡착되어철분끼리쇄사슬모양으로줄줄이연결되어결함부에자분모양을만들기때문에결함을검출해낼수있다. 자분탐상시험은피검사물이강자성체인경우에신뢰도가아주높은방법으로감도는표면결함에대하여최고좋으며표면보다내부로들어갈수록급속하게감도가작아지기때문에표면과표면바로밑의결함의검출 ( 특히피검사체가자성물체에한해서 ) 하기에유리한방법이다. 나 ) 침투탐상시험 (Penetrant test, PT)

37 형광또는착색도료를포함하고아주침투성이강한액체를모세관현상을이용하여표면에뚫려있는균열등의결함부중에침투시키고침투후현상액으로표면으로흡출시켜결함을검출하는방법이다. PT에의한결함검출순서는 < 그림 > 과같다. PT는설비가간단하고신속하므로경제적인방법이기때문에많이사용된다. 흔히볼수있는침투액 Spray통, 현상액 Spray통, 물, 마른걸레만있으면된다. 또한이방법은피검사체가자성, 비자성관계없이간단히적용해볼수있는방법이다. 다 ) 방사선투과시험 (Radiographic test, RT) X선, γ선등의방사선으로피검사물을투과시켜내부의결함을검출하는방법이다. 방사선은물체의내부에공동이나이상등이있다면흡수량이달라지기때문에투과선의강도가달라진다. 즉용접에의한공동은재료두께의감소를의미하기때문에다른정상부분에비하여많은방사선을투과시킨다 ( 빈공간은방사선흡수능력이그만큼모자라기때문이다 ). 이투과선의영상을사진 Film등에의해시험결과로서영구적으로보관할수있다는장점이있다. 라 ) 초음파탐상시험 (Ultrasonic test, UT) 초음파를피검사물에쏘아보내면결함에의하여반사된다든지, 투과를저지당한초음파를수신하여결함을검출하는방법이다. UT중최고로많이이용되는펄스반사법의원리를 < 그림 > 에표시하였다. 피검사물에탐촉자를붙이고전기신호를초음파진동으로변환시켜물체로송출하는것이다. 만약결함이있다면초음파펄스의일부는결함에다달아거기서반사되어탐촉자에되돌아온다. ( 결함echo) 또한결함이없는부위의초음파펄스는저면에서반사되어탐촉자에되돌아온다 ( 저면echo). 탐촉자는결함echo를수신하여전기신호로바꾼다. 이것을증폭시키고브라운관에나타내결함의상황을관찰한다. 펄스반사법에는초음파의송신방향에의해초음파를탐상면에대하여수직으로입사시키는수직법과경사지게입사시키는사각법이있다. 마 ) 와전류탐상검사 (Eddy current test, ECT) 교류전류가흐르는 coil을강재에근접시킬때그강재에결함이존재한다면강재에흐르는와전류 < 그림 > 에변화가생기며따라서 coil에유기되는전압, 전류에변화가발생한다. 와전류탐상시험은이변화를이용하여결함을검출하는방법이다. 와전류밀도는표피효과때문에 coil아래의표면에서부터길이가길어질수록지수함수적으로낮아진다. 때문에 ECT의검출성능도두께길이만큼낮아진다. 이방법은오스테나이트계스테인레스강, 니켈합금등과같은비자성금속에도적용할수있다. ECT의이점으로는탐상할때시험coil을피검사물에밀착시켜주사하면복잡한조작을필요로하지않기때문에원격자동탐상이가능하게된다. ECT는열교환전열판의감육, 균열등을검출하는데많이이용되고있다 세부제작공정대표적제작공정과공정별개요는다음과같다.