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제목 에너지용 강재(후판)의 기술 동향
학회명 대한금속·재료학회 등록일 2012-08-23
이메일 eml@kim.or.kr 조회수 5920

에너지용 강재(후판)의 기술 동향

심호섭 박사(동국제강)

 

미국 EIA(Energy Information Administration)의 2011년 자료에 의하면, 2008년부터 2035년 사이의 에너지 수요량은 53 증가된다고 예상하고 있다. 이 중 석유의 소비는 30, 천연가스는 53, 석탄은 47로 대폭으로 증가한다. 이처럼 장기적으로 에너지 수요는 증가 경향에 있고, 다양한 에너지를 개발, 수송 및 이용하기 위한 건설이 세계적으로 진행되고 있다.

 

Fig. 1 Trends in demand of energy

    Source : EIA, International Energy Outlook 2011

최근, 심해저, 북극해 등 사용조건이나 기후가 엄격한 유전, 가스전의 개발과 동시에, 생산 및 수송 효율화 때문에 에너지 관련 철강재료는 가혹한 환경에서의 사용이 증가되고 있고, 사용조건에 견디기 위해서 고강도, 고인성 및 고내식성 등의 특성 향상 및 설비, 시설의 안정성 확보 즉, 품질 측면에서 최선단의 철강재료로 분류된다. 본 자료에서는 에너지 산업에 있어서 사용되는 강재와 그에 따른 에너지용 강재(후판)에 요구되는 특성을 간략히 소개하고자 한다.

(1) 해양구조물용
해양구조물이란 원유와 천연가스 관련 및 발전 등의 산업설비용 해상시설물로서, 관련 시설로는 탐사, 시추, 생산, 정제, 저장 및 하역설비 등이 있다. 해양에서 사용되는 구조물들은 비교적 얕은 수심(300m 이하)에서 사용되는 JACKET, GBS(Gravity Base Structures) 등과 심해(300~3000m)에서 사용되는 TPL(Tension Leg Platform), FPSO(Floating Production, Storage and Offloading Unit) 등이 있다.
해양구조물에 사용되는 재료에 요구되는 주된 특성은 강판의 내부 건전성, 강도, 저온인성 및 용접성 등이 있다. 해양구조물은 일반 구조물에 비해 훨씬 가혹한 환경에서 사용이 되기 때문에 모재뿐만 아니라 용접부의 물성을 보증해야 한다. 특히 빙해영역과 같은 극한지에서 사용되기 위해 -60℃에서 충격인성을 보증해야 하며, 균열전파에 대한 저항성을 측정하기 위한 CTOD(Crack Tip Opening Displacement)시험 등을 API RP-2Z 규격으로 관리하고 있다. 최근에는 구조물이 대형화됨에 따라 극후물 및 고강도가 요구되고 있으며 항복강도 500MPa급 이상의 고강도재료도 사용되고 있다.

(2) 라인파이프용
천연가스나 석유 등의 수송에 효율적인 라인파이프 강재 수요는 지속적인 증가가 예상되고 있으며, 에너지 개발 환경에 따른 제품 요구특성은 더욱 더 엄격해 지고 있다. 조업 압력의 상승과 사용 강재량의 저감을 위해 고강도화를 요구하고 있어 최근 API(American Petroleum Institute) X80 grade의 고강도 라인파이프의 적용이 늘고 있다. 또한 극한지에서 필요로 하는 저온인성(-20℃ 이하 보증), 심해저 및 지진이나 홍수 등의 지반변동에 의한 저항성을 위해 극후물 및 고변형능 강재를 요구하고 있다.
한편 라인파이프는 생산지에서 소비지로 석유나 천연가스를 수송하다 보면 부식환경에 노출된다. 석유나 가스에 불순물로서 포함되는 H2S와 수분이 공존하는 환경에서 균열이 발생할 위험이 있어 HIC(Hydrogen Induced Cracking) 저항성과 SSCC(Sulfide Stress Corrosion Cracking) 저항성을 요구하고 있다. 이러한 특성을 향상시키기 위해서는 강 중의 불순물인 P, S를 극저로 관리하고 개재물을 엄격히 관리해야 한다. 

(3) 조선용
조선산업 분야에서는 컨테이너선, 탱커(tanker), 벌크 캐리어 등에서 수송효율 향상을 위한 선박의 대형화에 따른 강재의 고강도 및 극후물화, 구조물의 안정성을 높이기 위한 강재의 고인성화, 건조능률 향상을 위한 용접 고효율화(대입열 용접 적용 확대) 등이 요구되고 있다. 이외에도 -55℃ 이하의 액화가스를 운반하고 LPG뿐만 아니라 암모니아도 운송할 수 있는 저온용강, 원유운반선의 COT(Cargo Oil Tank)에서의 부식문제를 방지하기 위한 내부식강 등의 고성능강이 개발되고 있다. 

(4) 압력용기용
  압력용기용 강재는 주로 발전설비 분야에 사용되고 있다. 화력발전 플랜트에서는 발전의 효율을 높이기 위해 고온강도나 내산화 특성을 개선한 고Cr 합금강이 사용되고, 수력 및 원자력발전 플랜트 분야에서는 유체의 저장 및 원자로격납용기에 스텐레스 강판이나 클래드 강판이 사용된다. 그러나 각종 발전설비가 대형화되고 고온고압화 및 저온환경에서의 사용이 증가됨에 따라 강재의 기본 품질 이외에도 HIC 저항성, 고온물성, 저온인성 등 요구되는 기능이나 품질이 더욱 더 엄격해 지고 있다.
이상으로 해양구조물용, 라인파이프용, 조선용, 압력용기용 강재를 중심으로 에너지용 강재(후판)에 요구되는 특성을 간략히 소개하였다. 최근 산업환경의 변화로 가혹한 환경에서의 사용이 증가되고 있는 철강재료는 구조물의 대형화에 따른 고강도 고인성 확보 및 모재와 용접부의 파괴에 대한 저항성 향상 등 사용조건에서 견디기 위한 강재가 세계적으로 개발되고 있다.

 

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