KR101201659B1 - 열화부의 재생 방법 및 열화부의 재생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 금속 부재에 생긴 열화부를 용이하게 또한 확실하게 보수, 재생하고, 금속 부재의 수명연장화를 확실히 도모할 수 있는 열화부의 재생 방법 및 열화부의 재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 메인 히터(25)에 의해서 열화부(C)를 국소적으로 가열하고, 열팽창에 의한 압축력에 의해서 열화부(C)를 압접시키는 국소 가열 공정과, 국소 가열 공정에 있어서 가열 영역(HA1)의 주위 근방을 서브 히터(26)에 의해서 가열하는 주위 가열 공정을 행하고, 그 후 이들 메인 히터(25)에 의한 가열 영역(HA1) 및 서브 히터(26)에 의한 가열 영역(HA2)을 동시에 냉각하는 냉각 공정을 행한다.

Description

열화부의 재생 방법 및 열화부의 재생 장치{DETERIORATED PORTION REPRODUCING METHOD AND DETERIORATED PORTION REPRODUCING DEVICE}

본 발명은, 예를 들면 화력?원자력 발전 플랜트나 화학 플랜트의 보일러나 터빈에 이용되는 고온 배관을 구성하는 금속 부재에 생긴 크리프 등에 의한 열화부를 재생하는데 매우 적합한 재생 방법에 관한 것이다.

근년, 예를 들면 화력?원자력 발전 플랜트나 화학 플랜트의 보일러나 터빈에 이용되는 고온 배관에 있어서는, 운전 시간이 장시간에 이름에 따라, 경시적인 설비의 열화, 기동 및 정지의 반복이나 급속한 부하 변동에 의한 열피로를 충분히 고려한 보수 관리가 더욱 더 중요하게 되고 있다.

예를 들면, 고온 내압 금속 부재가 이용되는 대구경의 두꺼운 배관에서는, 그 금속 부재 및 그 용접부에 있어서 열화를 조기에 발견하기 위해서, 정기적으로 조직 검사, 초음파 검사 등의 비파괴 검사를 실시하고 있다. 그리고, 비파괴 검사의 결과에 근거하여, 열화 부분의 보수를 실시하고 있다.

여기서, 금속 부재를 보수하는 기술로서는, 크리프 보이드나 균열을 일으킨 열화부에 대해서 고주파 가열 코일을 이용해 국부적으로 열처리를 행하고, 열팽창의 내압력에 의해 크리프 보이드나 균열을 압접해서 재생하는 기술(예를 들면, 특허문헌 1 참조)이 있다.

일본특허공개제2003-253337호공보

특허문헌 1에 기재의 재생 기술은, 도 8의 (a)에 나타내는 바와 같이, 고주파 가열 코일로 이뤄지는 히터(1)에 의해서 열화부(C)를 포함한 영역을 국소적으로 가열한다. 이 가열에 의해서 온도 상승이 이루어지는 영역을 가열 영역(3)이라 한다. 이때, 금속 부재(2)의 가열 영역(3)의 주위는 온도 상승이 이뤄지지 않기 때문에, 가열 영역(3)에는, 그 열팽창을 방해할 수 있는 결과, 압축 응력이 생긴다. 따라서, 가열 영역(3)내에 존재하는 크리프 보이드나 균열 등의 열화부(C)는, 이 압축 응력에 의해서 압접되는 것에 의해 소멸한다. 이 보이드 압접 처리의 압축 응력을 크게 하기 위해서는 가열 영역(3)의 온도를 가능한 한 높게 하는 것이 효과적이다. 그러나, 가열 영역(3)의 온도를 높게 하면 히터(1) 근방의 금속 부재(2)의 외표면이 용해하기 때문에, 가열 온도는 함부로 높게 할 수 없다. 또한, 도 8의 (b)에 나타내는 바와 같이, 가열 처리후에 해당 영역이 냉각하는 과정에서, 가열 영역(3)은 수축한다. 이때, 가열 영역(3)의 주위는 가열 영역(3)의 수축을 구속하는 것으로 되기 때문에, 가열 영역(3)에는 인장 응력이 생긴다. 그 때문에, 일단 압접한 열화부(C)가 열려 버리는 일이 있다. 또한, 보수후에 있어서 가열 영역(3)에 인장의 잔류 응력이 생겨, 보수 상태를 장기에 걸쳐 유지하는 것이 바랄 수 없을 우려가 있다. 또한, 보이드 압접 처리에 의해 결정 조직은 조대화되지만, 그 후의 재결정 열처리에 있어서 변태점을 끼고서 온도를 상하시키는 열 사이클만으로는 조대화한 경화 조직이 잔류해 버릴 우려가 있어, 충분한 재결정화를 실시할 필요가 있다.

따라서, 열화부(C)를 확실히 재생시키기 위해서는, 가열시의 압접 응력을 충분히 크게 취해, 냉각시의 잔류 인장 응력을 저감하고, 또한 조대화한 경화 조직을 모재와 동등의 조직으로 충분히 재결정화하는 것이 필요하다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이뤄진 것으로, 금속 부재에 생긴 열화부를 용이하게 또한 확실하게 보수, 재생, 보수 상태를 장기에 걸쳐 유지해 금속 부재의 수명연장화를 도모할 수 있는 열화부의 재생 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 열화부의 재생 방법을 실시할 수 있는 열화부의 재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 열화부의 재생 방법은, 금속 부재에 생긴 열화부를 재생하는 방법에 있어서, 열화부를 포함한 국소적인 영역을 가열해서 제 1 가열 영역을 형성하고, 제 1 가열 영역의 열팽창에 대한 주위의 구속에 의한 제 1 가열 영역으로의 압축 응력에 의해서 열화부를 압접하는 제 1 가열 공정과, 제 1 가열 영역을 가열중, 제 1 가열 공정에 있어서 가열의 개시부터 미리 정해진 시간이 경과한 후에, 제 1 가열 영역의 주위를 가열하는 것에 의해서 제 2 가열 영역을 형성하는 제 2 가열 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 제 1 가열 공정에 의해서 열화부를 국소적으로 가열중에, 제 2 가열 공정에 의해서 제 1 가열 영역의 주위를 가열하는 것에 의해, 제 1 가열 영역의 주위의 가열 부분의 열팽창력에 의한 압력이 제 1 가열 영역에 작용하고, 열화부에 작용하는 압축 응력이 증대한다. 또한, 제 1 가열 공정을 선행시켜서 제 1 가열 영역의 압축 응력을 충분히 크리프 완화시킨 후에 제 2 가열 공정을 행하는 것에 의해, 제 1 가열 영역과 제 2 가열 영역을 동시에 가열했을 경우에 비해, 열화부에 미치는 압축 응력이 증가해 열화부는 확실히 압접된다. 즉, 본 발명에서는, 제 2 가열 영역의 열팽창에 의해서, 제 1 가열 영역에 압축 응력이 더욱 부여되는 효과가 있다.

본 발명에서는, 제 1 가열 공정 및 제 2 가열 공정을 미리 정해진 시간 계속하는 것이 바람직하다. 가열에 의해 외부로부터 더해지는 열을 열전도에 의해 금속 부재의 두꺼운 부분 내부까지 충분히 온도를 올리고, 열화부를 확실히 압접하기 때문이다.

본 발명이 대상으로 하는 금속 부재는, 통상 모재와, 모재를 접속하는 용접 금속을 준비하고, 열화부는 용접에 의해서 생긴 모재의 열 영향부에 존재한다. 열 영향부를 제외한 모재 부분은 열 영향부만큼 열화하고 있지 않는 것이 많다. 그 경우, 제 1 가열 영역은 열 영향부를 포함해 형성된다. 그리고, 제 2 가열 영역은 열 영향부에 근접하는 모재 부분에 형성되는 것이 바람직하다. 열 영향부를 제외한 모재 부분은 열 영향부보다 열화가 적고, 재생 처리에 의한 잔류 인장 응력이 작용해도 통상은 충분한 수명을 갖고 있다. 또한, 용접 금속은 크리프 손상에 의해서 보이드가 발생하고 있을 가능성이 있기 때문에, 이 영역을 가열하면, 냉각시에 인장 응력이 작용해 손상을 가속시키는 위험성이 있다. 따라서, 용접 금속의 부분은 제 1 가열 영역 및 제 2 가열 영역의 대상으로 하는 것은 회피하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 제 1 가열 영역의 냉각 및 제 2 가열 영역의 냉각을 동기 해서 행하는 냉각 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하는 것에 의해, 제 1 가열 영역 및 제 2 가열 영역을 맞춘 영역에서, 냉각시에 발생하는 인장 응력을 받는다. 그리고, 제 1 가열 영역만으로 인장 응력을 받고 있던 도 8의 경우에 비해, 본 발명과 같이 제 1 가열 영역 및 제 2 가열 영역을 맞춘 영역에서 인장 응력을 받으면, 절대적인 인장 응력이 낮아지기 때문이다. 따라서, 일단 압접된 열화부가 다시 개구할 우려가 낮아지고, 또한 재생 후의 유닛 운전중에 열화 재생부에 작용하는 인장 잔류 응력도 저감할 수 있다.

냉각 공정 종료후, 금속 부재에 제 1, 제 2 가열 처리를 한 재생 처리 개소에 대해, 재결정 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 재결정 열처리는, 금속 부재를 그 변태점 이상으로 가열하고, 변태점 미만으로 냉각하는 처리를 복수회 반복하는 처리이다. 이 처리를 실시하는 것에 의해, 조직의 입계에 따라서 존재하고 있던 보이드, 석출물 또는 입계편석이 입(粒)내에 갇혀서 균열 전파 속도가 늦어지고, 손상 진전 속도를 저하시킬 수 있다. 또한, 이 가열 냉각 과정에서 등온 공석 변태 처리를 행하는 것에 의해, 재생 처리에서 생긴 조대한 경화 조직을 소실시킬 수 있다. 그 때문에, 재생 처리를 행한 개소에 있어서, 파단 연성을 저해하는 요인이 억제되어 양호한 연성을 얻을 수 있다.

본 발명은, 이상의 재생 방법을 실시할 수 있도록, 금속 부재에 생긴 열화부를 재생하는 장치에 있어서, 열화부를 향하는 위치에 배치되어 열화부를 국소적으로 가열하는 제 1 히터와, 제 1 히터에 의한 가열 영역의 주위를 가열하는 제 2 히터를 구비한 것을 특징으로 하는 열화부의 재생 장치를 제공한다.

이 장치에 있어서, 제 1 히터에 의한 가열을, 제 2 히터에 의한 가열에 선행시키는 것에 의해, 금속 부재에 생긴 열화부 및 그 주위를 적절히 온도 제어하면서 가열, 냉각해서, 열화부에 있어서 최적인 열처리를 용이하게 실시하는 것이 가능해진다.

본 발명은, 금속 부재를 변태점 이상으로 가열하고, 변태점 미만으로 냉각하는, 가열?냉각 처리를 복수회 반복하고, 변태점을 끼고서 온도를 상하시키는 가열 냉각 과정에서 등온 공석 변태 처리를 실행하는 것을 특징으로 하는 재결정 열처리 방법을 독립해 실시할 수 있다.

이것에 의해, 열처리에 의해 재생한 개소가, 열처리 후의 가열?냉각 공정에 의해서 연성이 풍부한 조직으로 되고, 또한 조직의 입계에 따라서 존재하고 있던 보이드, 석출물 또는 입계편석이 입내에 갇혀서 균열 전파 속도가 늦게 되고, 손상 진전 속도가 저하되고, 또한 등온 공석 변태 공정에 의해서 조대한 경화 조직이 소멸되어, 파단 연성의 저해가 억제되고, 더욱 양호한 연성을 얻을 수 있다.

본 발명의 열화부의 재생 방법에 의하면, 열화부의 가열에 늦게 열화부의 주위를 가열하는 것에 의해, 열화부에 큰 압축 응력을 작용시킬 수 있다. 또한, 열화부 및 그 주위를 동기해서 냉각함으로써, 냉각시에 열화부에서 생기는 인장 응력을 광범위하게 분산하는 것이 가능하고, 인장 응력의 재생 개소에의 영향을 극력 억제할 수 있다.

이것에 의해, 재생 개소에 있어서 인장의 잔류 응력도 저감하고, 금속 부재의 수명연장화를 도모할 수 있다.

또한, 재생 처리 개소를 복수회 변태시키는 가열?냉각 공정에 추가해서, 재생 처리 개소를 미리 정해진 온도로 소정 시간 보지해서 변태를 계속시키는 등온 공석 변태 공정도 행하는 것에 의해, 조직의 입계에 따라서 존재하고 있던 보이드, 석출물 또는 입계편석을 입내에 가둘 수 있다. 또한, 조대한 경화 조직을 소멸시키고, 파단 연성의 저해를 억제해 양호한 연성을 얻을 수 있다. 그 결과, 균열 전파 속도를 늦게 해서 손상 진전 속도를 낮출 수 있다.

또한, 본 발명의 열화부의 재생 장치에 의하면, 제 1 히터 및 제 2 히터를 구비하고 있으므로, 이들 제 1 히터 및 제 2 히터를 온도 제어하는 것에 의해, 금속 부재에 생긴 열화부 및 그 주위를 적절히 온도 제어하면서 가열, 냉각하고, 열화부를 재생하는데 최적인 열처리를 용이하게 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 재생 장치를 나타내는 사시도,
도 2는 재생 장치에 의한 재생시에 있어서 히터의 위치 관계를 나타내는 도면,
도 3은 재생 개소에 대한 히터의 배치 상태를 나타내는 단면도,
도 4는 재생시에 있어서 온도 변화를 나타내는 그래프 도면,
도 5는 열화부의 재생 방법을 설명하는 도면으로, (a)는 메인 히터에 의해서 가열을 행하고 있는 상태를 나타내는 단면도이며, (b)는 메인 히터 및 서브 히터에 의해서 가열을 행하고 있는 상태를 나타내는 단면도,
도 6은 본 실시형태에 관한 재생 방법에 있어서 재결정 열처리시의 온도 변화 및 금속 조직의 변화를 나타내는 그래프 도면,
도 7은 HAZ부(15)의 현미경 사진으로서, (a)는 재생 열처리전의 현미경 사진이며, (b)는 재생 열처리후의 현미경 사진,
도 8은 종래의 재생 방법을 설명하는 도면으로서, (a)는 가열을 행하고 있는 상태를 나타내는 단면도이며, (b)는 냉각 과정 상태를 나타내는 단면도.

이하, 본 발명에 관한 열화부의 재생 방법 및 장치의 실시형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 재생 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 재생 장치에 의해 재생 방법을 실시하고 있을 때의 히터의 위치 관계를 나타내는 도면이다. 도 3은 재생 개소에 대한 히터의 배치 상태를 나타내는 단면도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 이 재생 장치(11)는, 예를 들면 저합금강관으로 되는 배관(12)에 장착된다.

여기에서, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 배관(12)끼리를 용접 금속(13)에 의해서 용접 접합한 고온 내압 용접부(금속 부재)(14)에서는, 용접 금속(13)과 각 배관(12)과의 경계부에, 용접 금속(13)을 용접했을 때의 열 영향에 의해 HAZ부(열 영향부 : Heat Affected Zone)(15)가 생긴다. 그리고, 이 고온 내압 용접부(14)에서는, 장기의 사용에 의해, HAZ부(15)에 많은 크리프 보이드나 균열 등의 열화부(C)가 생기는 일이 있다. 이 때문에, 특히 HAZ부(15)의 강도가 저하하고, 고온 내압 용접부(14)에 있어서 파단 등의 요인이 된다.

여기에서, 배관(12)의 재질로서는, 예를 들면 Cr 함유량이 3% 이하(단 0을 포함하지 않음), Mo 함유량이 2% 이하(단 0을 포함하지 않음)의 저합금강(STPA22, STPA23, STPA24)이 있다. 또한, 용접 금속(13)의 재질로서는, 예를 들면 배관(12)의 재질과 공금의 Cr 함유량이 3% 이하(단 0을 포함하지 않음), Mo 함유량이 2% 이하(단 0을 포함하지 않음)가 있다. 물론, 본 발명은 상기에서 열거한 재질로 한정되지 않고, 다른 여러가지 재질에 적용하는 것이 가능하다.

여기에서, 본 실시형태에서는, 재생 장치(11)를 배관(12)에 장착하고, HAZ부(15)에 열화부(C)가 생긴 고온 내압 용접부(14)를 재생하는 경우를 예를 들어 설명한다.

이 재생 장치(11)는, 각각 고주파 가열 코일로 이뤄지는 메인 히터(제 1 히터)(25) 및 서브 히터(제 2 히터)(26)가, 서로 간격을 두고서 병렬에 배치되어 있다. 이들 메인 히터(25) 및 서브 히터(26)는 평판형상으로, 재생 장치(11)를 배관(12)에 장착한 상태로, 배관(12)의 외주면을 따라서 배치된다

메인 히터(25)는, 재생 장치(11)가 배관(12)의 외주면을 따라서 배치된 상태로, 배관(12)과 용접 금속(13)과의 경계부에 대향한 위치(열화부(C)를 향하는 위치)에 배치된다. 또한, 서브 히터(26)는 배관(12)과 용접 금속(13)과의 경계부로부터 벗어난 위치에서 배관(12)에 대향하도록 배치된다. 즉, 서브 히터(26)는, 메인 히터(25)에 의한 가열 영역의 주위의, 배관(12)과 용접 금속(13)과의 경계부로부터 벗어난 부분을 향하도록 배치된다. 이것에 의해, 재생 장치(11)는, 메인 히터(25)에 의한 가열 영역(HA1)(도 5)을 포함한, 고온 내압 용접부(14) 및 그 주위의 광범위를 가열할 수 있다. 또한, 이들 메인 히터(25) 및 서브 히터(26)는 평판형상으로 한정되지 않고, 배관(12)의 전체 주위에 이르는 환상이나 원호형상이라도 좋다.

또한, 재생 장치(11)는 코일 냉각용의 수냉관(27) 및 파워 케이블(29)을 구비하고 있다. 메인 히터(25) 및 서브 히터(26)는 각 히터 바로 아래의 부재 표면에 장착된 열전쌍에 의해서 검지한 부재 표면 온도가 미리 정해진 온도로 되도록 제어된다.

다음에, 상기 재생 장치(11)를 이용해서 배관(12)의 고온 내압 용접부(14)의 재생을 실시하는 순서에 대해서 설명한다.

본 실시형태에서는, 재생 장치(11)에 의해서 재생 열처리 및 재결정 열처리를 행한다.

(재생 열처리)

우선, 재생 열처리에 대해 설명한다. 도 4는 재생 열처리시에 있어서 온도 변화를 나타내는 그래프 도면이고, 도 5는 열화부의 재생 방법을 설명하는 단면도이다.

(1) 전처리 공정

우선, 필요에 따라서 보수 대상부인 고온 내압 용접부(14)의 산화막을 제거한다.

다음에, 메인 히터(25)를 배관(12)과 용접 금속(13)과의 경계부를 향하는 위치에 배치한다. 이와 같이 하면, 서브 히터(26)가, 배관(12)과 용접 금속(13)과의 경계부로부터 벗어난 위치에서 배관(12)을 향하도록 배치된다.

(2) 국소 가열 공정(제 1 가열 공정)

이 상태에 있어서, 우선 메인 히터(25)에 의해서, 고온 내압 용접부(14)의 배관(12)과 용접 금속(13)과의 경계 부재의 표면을, 도 4에 실선으로 나타내는 바와 같이, 온도 T1까지 급속 가열한다(예를 들면, 10분간에 1050~1250℃, 바람직하게는 1200℃까지 가열한다). 또한, 이 온도 T1은 재료의 변태점(예를 들면, α-Fe와 γ-Fe와의 변태점 A3 변태점)보다 높은 온도로 하는 것이 바람직하다.

이것에 의해, 고온 내압 용접부(14)에 있어서 메인 히터(25)에 의한 가열 영역(제 1 가열 영역)(HA1)에서는, 가열 부분의 열팽창이 생긴다. 이때, 가열 영역(HA1)의 주위는 열팽창하고 있지 않기 때문에, 가열 영역(HA1)의 열팽창에 대해서 구속력을 발휘한다. 따라서, 가열 영역(HA1)에는, 자신의 열팽창, 주위의 구속에 의해서 압축 응력이 작용한다. 이 압축 응력에 의해서, 크리프 보이드 등으로 이뤄지는 열화부(C)가 압접된다. 가열 영역(HA1)에 작용하는 압축 응력은 도 5의 (a)에 화살표로 나타내고 있다.

(3) 주위 가열 공정(제 2 가열 공정)

메인 히터(25)에 의한 가열을 개시해 미리 정해진 시간이 경과한 후, 메인 히터(25)에 의한 가열을 계속하고 있는 동안에, 서브 히터(26)에 의한 가열을 개시하고, 메인 히터(25)에 의한 가열 영역(HA1)의 근방을, 도 4중 파선에서 나타낸 프로파일로 온도 T1까지 가열한다. 서브 히터(26)에 의한 가열은, 메인 히터(25) 바로 아래의 부재 표면이 목적 온도(온도 T1)에 도달하고 나서, 예를 들면, 300초 후에 개시된다.

이와 같이 하면, 서브 히터(26)에 의해서 가열되는 배관(12)의 가열 영역(제 2 가열 영역)(HA2)에 열팽창이 생긴다. 그리고, 가열 영역(HA2)의 가열 부분은, 가열 영역(HA1)에 인접하는 측과는 반대측(도 5중 우측)의 모재 부분이 열팽창하지 않기 때문에 구속되고 있다. 이것에 의해, 이 가열 영역(HA2)의 가열 부분의 열팽창력에 의한 압력이, 메인 히터(25)에 의한 가열에 의해 연화한 가열 영역(HA1)에, 압축 응력으로서 작용한다. 따라서, 열화부(C)의 압접 효과를 높일 수 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, 국소 가열 공정 및 주위 가열 공정을 미리 정해진 시간 계속할 필요가 있다. 가열 영역(HA1)에 작용하는 압축 응력은 도 5의 (b)에 화살표로 나타내고 있다.

또한, 이 서브 히터(26)에 의한 가열을 행하는 것에 의해, 메인 히터(25)에 의한 가열의 상승 효과에 의해, 메인 히터(25)에 의한 보수 개소의 가열 영역(HA1)을 포함한, 고온 내압 용접부(14) 및 그 주위의 광범위가 가열된다. 이와 같이 가열 범위가 넓어지는 것에 의해, 계속 행해지는 냉각 공정으로의 인장 응력이 저감된다.

(4) 냉각 공정

상기와 같이 해서, 메인 히터(25)에 의한 가열 영역(HA1)의 국소 가열후에, 서브 히터(26)에 의한 주위의 가열 영역(HA2)의 가열을 미리 정해진 시간 계속하면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 메인 히터(25) 및 서브 히터(26)에 의한 가열 온도를 동기해서 저하시킨다. 또한, 냉각 속도는, 예를 들면 50℃/hr 정도로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 고온 내압 용접부(14)의 재생 개소를 포함한 광범위가 완만하게 냉각된다.

이것에 의해, 냉각시에 생기는 인장 응력이, 고온 내압 용접부(14)의 광범위, 즉 가열 영역(HA1) 및 가열 영역(HA2)을 적어도 포함한 영역에 분산되기 때문에, 그 절대적인 값은 가열 영역(HA1)만이 존재하는 경우에 비해 낮게 된다. 따라서, 냉각 공정에서의 열수축에 의한 인장 응력의 재생 개소에의 영향이 극력 억제된다.

따라서, 압접한 열화부(C)가 열리거나, 고온 내압 용접부(14)에 인장의 잔류 응력이 생기는 불편이 없어지고, 이 고온 내압 용접부(14)의 보수 상태를 장기에 걸쳐서 유지하고, 배관(12)의 수명연장화를 도모하는 것이 가능해진다.

(재결정 열처리)

다음에, 재결정 열처리에 대해 설명한다. 도 6은 본 실시형태에 관한 재생 방법에 있어서 재결정 열처리시의 온도 변화 및 금속 조직의 변화를 나타내는 그래프 도면이다.

전술의 재생 열처리에서 완만하게 냉각된 재생 개소의 금속 조직은, 도 6중 도면부호(a1)로 표시되어 있는 바와 같이, 일부에 페라이트를 포함한 베이나이트 조직으로 된다.

(1) 가열 공정

재결정 열처리에서는, 우선 이 재생 개소를, 메인 히터(25)에 의해서 A3 변태점을 넘는 온도 T3(예를 들면, 900~950℃, 바람직하게는 약 930℃)으로 가열하고, 미리 정해진 시간(예를 들면, 30~120분, 바람직하게는 60분) 보지한다. 이 열처리는, 재생 개소의 금속 조직을, 도 6에 도면부호(a2)로 나타내는 바와 같이, 오스테나이트 조직으로 되게 한다. 이때, 금속 조직에는, 재생 열처리시에 형성된 조대한 경화 조직이 일부에 잔류하고 있다. 그리고, 이 조대한 경화 조직은 파단 연성을 저해할 우려가 있다.

(2) 등온 공석 변태 공정

다음에, 메인 히터(25)를 온도 제어하고, 재생 개소를 A3 변태점보다 낮은 온도 T4(예를 들면, 680~730℃, 바람직하게는 약 700℃)로 냉각하고, 이 온도 T4에서 일정 시간(예를 들면, 180분 내지 600분, 바람직하게는 300분) 보지하는 등온 공석 변태 처리를 실시한다. 이 열처리는, 오스테나이트 조직을 공석 변태시킨다. 따라서, 도 6에 도면부호(a3)로 나타내는 바와 같이, 재생 개소의 금속 조직은 페라이트 및 펄라이트가 공석한 페라이트 펄라이트 조직으로 되는 동시에, 조대한 경화 조직이 소멸한다.

여기에서, 등온 공석 변태의 보지 온도가, 등온 공석 변태의 노즈보다 낮으면, 재생 개소의 등온 공석 변태에 장시간을 필요로 하고, 또한 이것을 크게 넘으면, 재생 개소에 있어서 등온 공석 변태가 곤란해진다. 따라서, 등온 공석 변태 공정에서 보지하는 온도 T4로서는, 재생 개소의 금속 조직을 원활하게 등온 공석 변태시킬 수 있는 온도가 바람직하다.

또한, 등온 공석 변태 공정에서 온도 T4로 보지하는 시간으로서는, 상기 제 1 가열 공정과 제 2 가열 공정에 있어서 결정입이 조대화한 영역이 등온 공석 변태를 완료하는 시간이면 좋다.

(3) 가열 공정

재생 개소를, 메인 히터(25)에 의해서 재차 A3 변태점을 넘는 온도 T3으로 가열하고, 미리 정해진 시간(예를 들면, 30~120분, 바람직하게는 60분) 보지한다. 이 열처리는, 재생 개소의 금속 조직을, 도 6에 도면부호(a4)로 나타내는 바와 같이, 다시 오스테나이트 조직으로 한다. 이때, 금속 조직은, 이전의 등온 공석 변태 공정에서 조대한 경화 조직이 소멸하고 있기 때문에, 이 조대한 경화 조직이 없는 오스테나이트 조직으로 된다.

(4) 냉각 공정

다음에, 재생 개소를, A3 변태점보다 충분히 낮은 온도 T5(예를 들면, 550~650℃, 바람직하게는 약 500℃)로 냉각한다. 이 열처리에 의해, 재생 개소를 도 6에 도면부호(a5)로 나타내는 바와 같이 오스테나이트 조직의 일부에 페라이트 및 펄라이트가 공석된 금속 조직으로 한다.

(5) 가열 공정

재생 개소를, 메인 히터(25)에 의해서 재차 A3 변태점을 넘는 온도 T3으로 가열하고, 미리 정해진 시간(예를 들면, 30~120분, 바람직하게는 60분) 보지한다. 이 열처리는, 재생 개소의 금속 조직을, 도 6에 도면부호(a6)로 나타내는 바와 같이, 다시 오스테나이트 조직으로 한다.

(6) 냉각 공정

그 후, 메인 히터(25)를 온도 제어하고, 재생 개소를 미리 정해진 냉각 속도(예를 들면 50℃/hr 정도)로 냉각한다.

그리고, 이와 같이 냉각하는 것에 의해, 재생 개소의 금속 조직은, 도 6에 도면부호(a7)로 나타내는 바와 같이, 오스테나이트 조직이 연속 냉각 변태하고, 도 6에 도면부호(a8)로 나타내는 바와 같이, 베이나이트를 포함한 페라이트 펄라이트 조직이 된다.

그리고, 상기 재결정 열처리에서는, 메인 히터(25)의 온도 제어에 의해, 재생 개소를 가열, 냉각해서 변태 처리를 복수회 반복하는 것에 의해, 재생 개소가, 모재인 배관(12)과 동등의 연성이 풍부한 페라이트 펄라이트 조직이 된다. 또한, 상기 재결정 열처리에 의해, 용접시에 입계에 따라서 존재하고 있던 보이드, 석출물 또는 입계편석이 입내에 갇혀서 균열 전파 속도가 늦어지고, 손상 진전 속도를 내릴 수 있다. 또한, 재결정 열처리의 과정에서 행해지는 등온 공석 변태 공정에 의해서, 조대한 경화 조직이 소멸되므로, 파단 연성의 저해가 억제되고, 양호한 연성을 얻을 수 있다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 실시형태와 관련되는 열화부의 재생 방법에 의하면, 열화부(C)의 주위의 가열 영역(HA2)으로 이뤄지는 가열 부분의 열팽창력에 의한 압력을, 열화부(C)의 가열 영역(HA1)에 작용시킬 수 있다. 이것에 의해, 열화부(C)를 높은 압축력에 의해 확실하게 압접하고, 열화부(C)의 가열 영역(HA1)의 전체 두께에 걸쳐서 양호하게 재생하는 것이 가능하고, 재생 품질의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 열화부(C) 및 그 주위를 동시에 냉각하므로, 냉각시에 열화부(C)에서 생기는 인장 응력을 광범위하게 분산하는 것이 가능하고, 인장 응력의 재생 개소에의 영향을 극력 억제할 수 있다. 또한, 재생 개소에 있어서 인장의 잔류 응력이 생기는 불편도 없어지고, 고온 내압 용접부(14)의 보수 상태를 장기에 걸쳐 유지하는 것이 가능하고, 배관(12)의 수명연장화를 도모할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 제 1 가열과 제 2 가열의 2회의 가열을 나타냈지만 가열의 회수는 복수이면 2회로 한정되지 않는다.

또한, 재생 개소에 있어서 복수회 변태시키는 가열?냉각 공정과, 재생 개소를 미리 정해진 온도로 일정 시간 보지해서 변태를 계속시키는 등온 공석 변태 공정을 행하는 것에 의해, 재생 개소를, 배관(12)으로 이뤄지는 모재와 동등의 연성이 풍부한 조직으로 할 수 있다. 또한, 조직의 입계를 따라서 존재하고 있던 보이드, 석출물 또는 입계편석이 입내에 갇히는 것에 의해, 균열 전파 속도가 늦어져서 손상 진전 속도를 낮출 수 있다. 또한, 조대한 경화 조직을 소멸하는 것에 의해, 파단 연성의 저해가 억제되어 양호한 연성을 얻을 수 있다.

또한, 본 실시형태와 관한 열화부(C)의 재생 장치(11)에 의하면, 메인 히터(25) 및 서브 히터(26)를 구비하고 있으므로, 이들 메인 히터(25) 및 서브 히터(26)를 온도 제어하는 것에 의해, 고온 내압 용접부(14)에 생긴 열화부(C) 및 그 주위를 적절히 온도 제어하면서 가열, 냉각하고, 열화부(C)에 있어서 최적인 열처리를 용이하게 실시할 수 있다.

또한, 재결정 열처리에 있어서 가열?냉각 공정에 의한 재생 개소의 변태의 반복 회수로서는 3~5회가 바람직하다.

또한, 본 실시형태에서는, 메인 히터(25) 및 서브 히터(26)의 2개의 히터를 갖춘 장치를 예를 들어 설명했지만, 히터의 수량은 복수이면 2개로 한정되지 않는다.

또한, 메인 히터(25) 및 서브 히터(26)로서는, 고주파 가열 코일로 한정되지 않고, 온도 제어가 가능한 각종의 히터를 이용할 수 있다.

실시예

상기에 설명한 수법에 대해서 확인한다.

배관(12)에는, STAP24재(2.25%Cr-1%Mo강)로 이뤄지고, 그 관 직경이 355㎜, 두께가 77㎜의 것을 이용한다. 또한, 용접 금속(13)도, 배관(12)과 동일 재료를 이용한다. 도 7의 (a)는 재생 열처리전의 HAZ부(15)의 현미경 사진이며, 보이드(열화부(C))의 개수 밀도가 930개/㎟로 되어 있다.

메인 히터(25)는, 배관(12)과 용접 금속(13)과의 경계부에 대향한 위치에, 배관(12)의 표면으로부터 직경방향에 10㎜ 분리해서 배치한다. 서브 히터(26)는 배관(12)과 용접 금속(13)과의 경계부로부터 배관(12)의 주위방향으로 50㎜, 직경방향으로 10㎜ 벗어난 위치에 배치한다.

그리고, 메인 히터(25)에 의해서, 고온 내압 용접부(14)의 배관(12)과 용접 금속(13)과의 경계 부재의 표면을 온도 T1=1200℃까지 급속 가열한다.

메인 히터(25)에 의한 가열에 의해서, 고온 내압 용접부(14)의 배관(12)과 용접 금속(13)과의 경계 부재의 표면이 온도 T1=1200℃에 도달하고 나서 300초 후, 메인 히터(25)에 의한 가열을 계속하고 있는 동안에, 서브 히터(26)에 의한 가열을 개시하고, 메인 히터(25)에 의한 가열 영역(HA1)의 근방을 온도 T1=1200℃까지 가열한다.

서브 히터(26)에 의한 주위의 가열 영역(HA2)의 가열을 1200초 계속한 후, 메인 히터(25) 및 서브 히터(26)에 의한 가열 온도를 50℃/hr의 냉각 속도로 동기 해서 저하시킨다.

이후, 재생 개소를, 메인 히터(25)에 의해서 930℃로 가열하고, 60분 보지한다.

다음에, 메인 히터(25)를 온도 제어하고, 재생 개소를 700℃로 냉각하고, 300분 보지해서 등온 공석 변태 처리를 실시한다.

계속해서, 재생 개소를, 메인 히터(25)에 의해서 930℃로 가열하고, 60분 보지한 후, 재생 개소를 500℃로 냉각한다.

또한, 재생 개소를, 메인 히터(25)에 의해서 930℃로 가열하고, 60분 보지한 후 재생 개소를 50℃/hr 정도로 냉각한다.

도 7의 (b)는 재생 열처리 후의 HAZ부(15)의 현미경 사진이며, 보이드(열화부(C))의 개수 밀도가 140개/㎟로 되어 있고, 재생 열처리전과 비교해 보이드 개수 밀도가 85% 감소하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 보이드가, 재생 열처리전은 입계에 위치하고 있던 것에 대해, 재생 열처리 후는 입내에 갇혀 있는 것이 확인되었다.

11 : 재생 장치
14 : 고온 내압 용접부(금속 부재)
15 : HAZ부(열 영향부)
25 : 메인 히터(제 1 히터)
26 : 서브 히터(제 2 히터)
C : 열화부
HA1 : 가열 영역(제 1 가열 영역)
HA2 : 가열 영역(제 2 가열 영역)

Claims (10)

1. 금속 부재에 생긴 열화부를 재생하는 방법에 있어서,
   상기 열화부를 포함한 국소적인 영역을 가열해서 제 1 가열 영역을 형성하고, 상기 제 1 가열 영역의 열팽창에 대한 주위의 구속에 의한 상기 제 1 가열 영역으로의 압축 응력에 의해서 상기 열화부를 압접하는 제 1 가열 공정과,
   상기 제 1 가열 영역을 가열중, 상기 제 1 가열 공정에 의한 가열 개시부터 미리 정해진 시간 경과한 후에, 상기 제 1 가열 영역의 주위를 가열하는 것에 의해서 제 2 가열 영역을 형성하는 제 2 가열 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는
   열화부의 재생 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 가열 공정 및 상기 제 2 가열 공정을 미리 정해진 시간 계속하는 것을 특징으로 하는
   열화부의 재생 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속 부재는 모재와, 상기 모재를 접속하는 용접 금속을 구비하고,
   상기 열화부는 용접에 의해서 생긴 상기 모재의 열 영향부에 존재하고,
   상기 제 1 가열 영역은 상기 열 영향부를 포함해 형성되는 것을 특징으로 하는
   열화부의 재생 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 2 가열 영역은 상기 열 영향부에 근접하는 상기 모재에 형성되는 것을 특징으로 하는
   열화부의 재생 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 가열 영역의 냉각 및 상기 제 2 가열 영역의 냉각을 동기해서 행하는 냉각 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
   열화부의 재생 방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 냉각 공정 종료후, 상기 제 1 및 제 2 가열 영역에 대해서 재결정 열처리를 행하는 것을 특징으로 하는
   열화부의 재생 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 재결정 열처리는, 상기 금속 부재를 그 변태점 이상으로 가열하고, 상기 변태점 미만으로 냉각하는 처리를 복수회 반복하는 것을 특징으로 하는
   열화부의 재생 방법.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 재결정 열처리를 실시하는 과정에서, 등온 공석 변태 처리를 행하는 것을 특징으로 하는
   열화부의 재생 방법.
9. 삭제
10. 금속 부재에 생긴 열화부를 재생하는 장치에 있어서,
    상기 열화부를 향하는 위치에 배치되어 상기 열화부를 국소적으로 가열하는 제 1 히터와,
    상기 제 1 히터에 의해 가열을 계속하고 있는 동안에, 상기 제 1 히터에 의한 가열 영역의 주위를 가열하는 제 2 히터를 포함하며,
    상기 제 1 히터에 의한 가열은 상기 제 2 히터에 의한 가열에 선행하는 것을 특징으로 하는
    열화부의 재생 장치.

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