KR20090023475A

KR20090023475A - 특별 용도용 강 조성물

Info

Publication number: KR20090023475A
Application number: KR1020097000521A
Authority: KR
Inventors: 장 레예; 브루노 반덴베르그; 비비안느 르뺑즐; 기슐랭 루이
Original assignee: 브이 앤드 엠 프랑스
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2009-03-04
Also published as: BRPI0712148B1; WO2007141427A3; ATE520796T1; CA2654521C; CA2654521A1; EP2027300A2; UA97368C2; EA015633B1; EP2027300B1; PL2027300T3; JP2009540118A; US9005520B2; US20100307430A1; EA200870608A1; AU2007255279A1; FR2902111B1; AU2007255279B2; ES2371534T3; CN101466859B; WO2007141427A2

Abstract

본 발명은 고압 및/또는 고온하에서 예를 들면 연무(fume) 또는 수증기와 같은 산화 분위기(oxidizing environments)로 인한 부식성 대기 중에서 시간에 따른 뛰어난 저항성을 가지는 강재에 관한 것이다. 본 발명은 특별한 용도를 위한 강 조성물에 관한 것이며, 상기 조성물은 약 1.8 내지 11 중량%의 크롬(및 바람직하게는 약 2.3 내지 10 중량%의 크롬), 1 중량% 미만의 실리콘, 및 0.20 내지 0.45 중량%의 망간을 함유한다. 고온 작업의 특정 상태에서 부식에 관하여 실질적으로 최적인 특성을 얻을 수 있도록 선택된 미리결정된 모델에 기초하여 상기 조성물의 함량을 조절할 수 있음이 밝혀졌다. 상기 모델은 첨가제로서 또는 잔류물로서 몰리브덴, 텅스텐, 코발트, 및 니켈 중에서 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함한다.

Description

특별 용도용 강 조성물{Steel compositions for special uses}

본 발명은 특별한 용도를 위한 신규한 강 조성물에 관한 것으로서, 특히 상승된 압력 및/또는 온도하에서 예를 들면 연무(fumes) 또는 수증기와 같은 산화 분위기로 인한 부식 존재하에서 높은 성능을 보여주는 강 조성물에 관한 것이다.

수증기 존재하에 상승된 압력 및 온도 분위기는 특히 전기의 산업적 생산에 존재한다. 수증기의 발생, 상태조절(특히 과열 및 재과열) 및 수송은 강재 요소, 특히 심리스(seamless) 튜브를 사용하여 이루어진다. 이하 살펴 보는 오랫동안 제시되거나 이행된 해결방안에도 불구하고, 대기 중에서의 저항성 및 시간에 따른 저항성에 관한 심각한 문제가 남아있다.

이러한 문제들은, 특히 강재 성분의 함수로서 강재 특성의 상당한 가변성, 및 장기간의 고온 부식 테스트의 까다로움 때문에 특히 해결하기 어렵다.

용어 “부식” 또는 “고온 부식”은 이하 고온 산화에 의한 금속의 손실 현상을 가리키는 데에 사용될 것이다.

본 발명은 이러한 상황을 개선하고자 한다.

본 발명은 약 1.8 내지 11 중량%의 크롬(및 바람직하게는 약 2.3 내지 10 중량%의 크롬) 함량, 1 중량% 미만의 실리콘 함량, 및 0.20 내지 0.45 중량%의 망간 함량을 포함하는 영역에 위치하는 특별한 용도를 위한 강 조성물을 제안한다. 고온 작업을 위한 주어진 상태하에서 실질적으로 최적인 부식 특성을 얻을 수 있도록 선택된 미리결정된 모델에 기초하여 상기 조성물의 함량을 조절할 수 있음이 밝혀졌다. 이러한 모델은 첨가제로서 또는 잔류물로서 몰리브덴, 텅스텐, 코발트, 및 니켈로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 배치시킬 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 조성물은 약 0.20 내지 0.50 중량%의, 바람직하게는 약 0.30 내지 0.50 중량%의 실리콘 함량을 포함한다. 이것은 또한 약 0.25 내지 약 0.45 중량%의, 및 보다 바람직하게는 약 0.25 내지 0.40 중량%의 망간 함량을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 상기 모델은 적어도 하나의 크롬 기여항(contribution term), 및 단독의 망간 기여항을 포함한다. 상기 단독의 망간 기여항은 망간 함량의 2차 다항 함수를 포함할 수 있다. 상기 크롬 기여항은 크롬 함량의 역2차항, 및 크롬 함량을 함유하는 양의 역수항을 포함할 수 있다.

이하 보다 상세히 설명할 바람직한 구현예에 따르면:

- 상기 강 조성물은 약 2.3 내지 2.6 중량%의 크롬을 포함한다;

- 상기 강 조성물은 약 8.9 내지 9.5 중량% 내지 10중량%의 크롬을 포함한다.

본 발명은 제시한 강 조성물로 근본적으로 이루어지는 심리스 튜브 또는 이의 액세서리, 상승된 압력 및 온도하에서 수증기를 발생, 수송 또는 상태조절하기 위한 상기 강 조성물의 심리스 및 액세서리 튜브로의 응용, 및 특히 상승된 압력 및 온도하에서 수증기를 발생, 수송 또는 상태조절하기 위한 이의 심리스 및 액세서리 튜브로의 응용을 위한 특수강 조성물의 특성을 최적화하기 위하여 설명되는 기술을 또한 포함한다.

이제 본 발명이 수행될 수 있는 조건을 검토해 볼 것이다.

예를 들면 과열된 수증기를 교류발전기(alternator)와 결합된 증기터빈에 전달하는 동력용 보일러(power boiler)를 포함하는 화석연료 열발전소의 경우를 고려해 볼 것이다. 이러한 유형의 열발전소의 우수한 열출력은 공지되어 있고; 연무 및 SO₂, NO_x 및 CO₂(CO₂는 보다 특히 온실 효과의 원인이 됨)와 같은 유독 가스 모두의 방출을 제한함으로써, 이러한 발전소에 의해 발생되는 오염을 줄이기 위한 많은 노력이 또한 행해지고 있다. 이제, 연소 중에 생성되는 CO₂의 상대적인 양의 감소는 보일러의 출력을 증가시킴으로써 달성되는데, 보일러의 출력은 터빈에 전달되는 증기의 온도 및 압력과 연결된다.

수증기는 근본적으로 심리스 강재 튜브에 갇히기 때문에, 튜브의 크리프 강도(creep strength) 및 특히 크리프 파괴 강도(Creep Rupture Strength)를 100,000 시간 이상으로 개선함으로써 튜브의 내부 고온 유압에 대한 장기적인 저항성을 개선하기 위한 노력이 수 년 동안 행하여졌다.

American Society for Testing and Materials(“ASTM”)라고 알려진 단체는 당업자가 강재를 선택하기 위하여 활용하는 표준 또는 규격을 작성하였다. 고온 용도를 위한 특수강과 관련하여, 이것은 다음과 같다:

- “Standard Specification for Seamless Ferritic and Austenitic Alloy-Steel Boiler, Superheater and Heat-Exchanger Tubes”라는 명칭의 규격 A213, 및

- 규격 A335: “Standard Specification for Seamless Ferritic Alloy-Steel Pipe for High-Temperature Service”.

1960년대의 보일러는 보일러의 스크린 패널에 비합금강을, 및 과열 튜브 및 과열 증기 도관(conduits)의 고온부(160 bar - 560℃)에 2.25%의 Cr 및 1%의 Mo 등급(ASTM A213 T22 및 ASTM A335 P22 등급)을 사용하였다.

18%의 Cr 및 10%의 Ni 오스테나이트계 스테인리스강은 페라이트 구조를 가지는 덜 고도로 합금된 등급보다 우수한 크리프 강도 특성을 본래 가지나 하나의 보일러가 오스테나이트 구조를 가지는 일부의 강재 부분 및 페라이트 구조를 가지는 다른 부분을 포함해야 한다는 사실 때문에 심각한 약점을 가진다: 이것은 한편으로는 열팽창계수의 차이로부터 및 다른 한편으로는 상이한 금속 구조(metallurgical structure)의 튜브들 간의 용접 조인트를 생성해야 하는 필요성으로부터 일어난다.

따라서 페라이트 구조를 가지는 재료를 개선하려는 경향이 있었다.

독일 표준 DIN에 따른 12%의 Cr을 가지는 X 20 Cr Mo V12-1강은 사용이 매우 까다롭고 크리프 특성이 추월당했기 때문에 더 이상 유행하지 않는다.

1980년대에는 우수한 크리프 강도 및 뛰어난 사용 특성 모두를 가지는 미세합금된(microalloyed) 9%의 Cr 등급(ASTM A213 및 A335에 따른 T91 및 P91, T92 및 P92)의 표준이 출현하였다.

유사하게, 1990년대에는 스크린 패널의 및/또는 과열기의 특정한 부분의 성능을 개선하기 위한 미세합금된 2.25%의 Cr 등급(T23, P23, T24, P24)이 출현하였다.

그 후, 특히 12% Cr을 함유하는 X 20 Cr Mo V12-1강과 비교하여 9%의 Cr강의 경우에, 내고온산화성에 관한 문제가 발생하였다. 사실은, Cr 및 Si 및 Al도 고온 산화를 감소시키는 원소로 알려져 있다.

용어 “고온 산화”는 2 가지 유형의 현상을 포함한다:

- 산화성 연무(oxidising fumes)에 의한 산화, 및

- 수증기에 의한 산화.

튜브의 외면(outer surface)에서의 산화

산화성 연무에 의한 산화 현상은 튜브의 외면에서 보다 상세하게는 튜브들을 통과하는 연무의 스트림의 관점에서 과열기의 튜브의 외면에서 일어난다.

이것은 금속 두께의 손실 및 이에 따른 부록의 식 [11](여기서 D는 외경이고, e는 두께이고 P는 튜브 내의 내부 증기압이다)로 씌여질 수 있는 탄젠트 응력 σ의 증가를 초래한다.

산화물(또는 흑피)층이 얇을수록, 산화 속도(oxidation kinetics)는 빨라진다. 따라서 이들은 흑피층이 성장함에 따라 자신들을 제한한다고 생각된다. 불행하게도, 흑피층이 두꺼워지면 이것은 접착성을 잃고 시트에서 떼어진다(박리). 결과적으로, 금속이 드러난 위치에서 산화가 빠른 속도로 재시작된다.

따라서 느린 산화 속도를 가지고 미세한 접착성 흑피를 형성할 수 있는 금속은 매우 바람직하다.

튜브의 내면(inner surface)에서의 산화

동일한 내용이 다른 이유 때문에 튜브 내에서 발견되고 보다 최근에 연구된 수증기에 의한 산화 현상에 적용된다. 사실은, 과열기의 튜브 내부에서 형성된 흑피는 연무(열원)와 과열되는 수증기 사이에 단열을 제공한다. 그리고 증기쪽(튜브의 내부)의 두꺼운 흑피는 흑피가 얇을 때보다 상승된 금속 온도를 초래한다. 이제, 온도의 크리프 강도에 대한 부정적인 영향은 지수적이다(exponential).

동일한 크리프 강도 특성에서도, 따라서 내증기산화성을 가지는 강재 튜브는 보다 낮은 내증기산화성을 가지는 강재 튜브보다 증기를 보다 높은 온도까지 과열시킬 수 있다.

또한, 두껍고 및/또는 낮은 접착성, 박리성을 보이는 흑피의 경우에는 하기의 결과를 가질 수 있다:

- 과열기 튜브의 경우, 과열기의 코일의 핀에 박리된 흑피가 축적되어 증기의 이동을 방해하고 재난적인 과열의 결과로서 과열기 튜브의 파열(bursting)을 초래할 수 있음;

- 부식(erosion) 및/또는 마모 및 파괴의 위험을 가지는 터빈의 블레이드에서 과열기 튜브 및 증기 수집기 또는 증기 도관으로부터 비롯된 박리된 흑피의 비말동반(entrainment).

지금으로서는, 보일러 계산 방식은 내고온산화성을 정확히 고려하지 못한다(과도하게 비관적인 방법으로 연무 및 수증기 모두에 의한 고온 산화에 대해 여분의 두께를 정하는 경험법칙을 사용하고 있다).

WO02/081766에서, 본 출원인은 크리프 파괴 강도 및 내고온산화성에 관하여 매우 우수한 특성을 가지는 심리스 튜브용 강 조성물을 제안하였다.

이 조성물은 상업명 VM12를 가진다. 이것은 600℃ 및 650℃에서 증기에 대한 내고온산화성에 관하여 놀라운 결과를 보여 주었는데, 그 내고온산화성은 9%의 Cr강의 것보다 훨씬 높고, 심지어 12%의 Cr을 함유하는 X 20 Cr Mo V12-1강의 것보다 높고 및 18%의 Cr을 함유하는 오스테나이트 등급 TP 347 FG의 것과 거의 같다.

Ecole des Mines de Douai에서 얻은 실험 결과는 “High Temperature Corrosion and Protection of Material 6”, Les Embiez 2004 컨퍼런스에서 발표되었고, “Steam Corrosion Resistance of New 12% Ferrite Boiler Steels”라는 제목하에 Material Science Forum, Vol.461-464(2004), pp.1039-1046에 간행되었다.

저자들(V.Lepingle et al)은 상기 강재의 화학 조성물의 원소가 비선형적인 영향을 가질 수 있고, 또는 심지어 상승효과적으로 작용하기 때문에 고온 산화 속도를 정량적으로 예측하는 것이 어렵다는 것을 관찰하였다.

특히, 그들은 도 1 및 2에 도시된 고온 산화에서 일어나는 2 가지 상이한 유형의 성장 메커니즘의 존재를 밝혔다.

도 1은 통상적으로 9-12%의 Cr강의 고온산화를 지배하는 메커니즘을 도시한다. 여기에서 알 수 있는 바와 같이, 산화물은 전체 표면에 걸쳐 균질하게 생성된다.

도 2의 메커니즘은 VM12 등급, 구체적으로 X20 Cr Mo V12-1 강 조성물 및 미세 결정립(fine grains)을 가지는 오스테나이트계 TP 347 GF 등급과 관련된다: 이 경우에, 산화물은 층을 형성하고 심층으로 성장하기 전에 표면에서 발생해야 하는 격리된 시드(seeds)의 형태로 생겨난다. 이러한 메커니즘은 느린 산화 속도 및 접착성 흑피(mill scale)를 초래한다.

다른 연구들도 수증기에 의한 고온 산화 속도를 예측하는 데에 관심이 있다.

Zurek et al의 발표는 또한 Les Embiez 컨퍼런스에서 제시되었고 “Materials Science Forum”, Vol.461-464(2004), pp.791-798에 간행되었다. 이것은 다양한 화학 원소들이 경험적 산화 법칙의 상수 Kp의 변화에 미치는 영향을 정성적으로 보여 주었다

Δm = Kp t^z

여기서 Δm은 산화에 의하여 야기되는 질량의 증가이고 t는 시간이며, z는 일반적으로 1/2로 정한다. 상수 Kp는 특정한 크롬 함량을 넘어서면 갑작스런 감소를 보인다.

Zurek et al로부터 도출해낼 수 있는 주요한 결론은 다음과 같다(도 3 참조):

- 망간의 첨가로 크롬 함량의 함수로서 Kp의 두드러진 감소가 있는 영역을 오른쪽으로 이동시키고; 이 연구에 따르면, Mn의 첨가는 Cr의 이로운 효과를 방해하는 경향이 있다;

- 실리콘 또는 코발트의 첨가로, 반대로, 크롬 함량의 함수로서 Kp의 두드러진 감소가 있는 영역을 왼쪽으로 이동시킨다. 이 연구에 따르면, Si 및 Co는 Cr의 활동장을 확장시키는 이로운 효과를 가진다.

이로부터 임의의 특정한 합금의 특성에 관한 정확한 정보를 유도하기는 어렵다는 것이 이해되어야 할 것이다.

Osgerby et al(S.Osgerby, A.Fry, “Assessment of steam oxidation behaviour of high temperature plant materials”, Proceedings from the 4^th International EPRI Conference, October 25-28, 2004 - Hilton Head Island, South Carolina - pp.388-401)은 또한 수증기에 의한 광범위한 강재 및 Ni 합금의 산화를 연구하였다. 이들은 결과에 신경망(neural network)의 도움으로 처리를 수행하였다. 이들은 9-12%의 Cr 페라이트강의 경우에 Cr, Si, Mn 및 Mo의 긍정적인 영향 및 W의 부정적인 영향을 정량적으로 보여 주는 식에 이르렀다.

종합적으로 보건대, 이러한 연구들의 결과는 다양하고, 페라이트강 중의 망간의 경우에 관해서는 심지어 모순된다.

출원인은 상황을 개선시키려고, 및 특히 현존하는 강재, 특히 9%의 Cr을 함유하고 그 내산화성이 지금까지 불충분하다고 생각되어진 현존하는 강재 및 2.25%의 Cr을 함유하는 현존하는 강재에 개선을 가져올 수 있는 정량적인 원소를 얻으려고 노력하였다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 주어진 하기 상세한 설명과 이와 관련된 첨 부된 도면을 읽고 나면 보다 명확해질 것이며:

- 도 1은 본 명세서에서 “유형-1” 메커니즘으로 지칭되는 제1 산화 메커니즘의 시간에 따른 전개를 보여 주는 개략도이다;

- 도 2는 본 명세서에서 “유형-2” 메커니즘으로 지칭되는 제2 산화 메커니즘의 시간에 따른 전개를 보여 주는 개략도이다;

- 도 3은 강 조성물의 특성을 보여 주는 그래프이다;

- 도 4는 650℃에서 장기간 부식 측정을 수행한 강 조성물의 표이며, 이것은 표의 마지막 열에 나타난다;

- 도 5는 측정 데이터와 계산 데이터의 일치를 나타내는 그래프이다; 및

- 도 6은 도 5의 일부의 상세도를 나타낸 그래프이다.

도면, 상세한 설명 및 이의 부록은 대부분 그 성질이 확립된 요소들을 함유한다. 따라서 이것들은 본 발명의 이해를 도울 뿐만 아니라 적합하다면 이의 정의에도 기여할 수 있다.

Ecole des Mines de Douai는 무엇보다도 먼저, 출원인과의 연구 계약을 위해, 화학 조성물의 모든 원소의 영향의 모델링으로부터 1년 동안 금속 두께(금속의 에칭 없이 형성된 산화물의 산세척(pickling) 후에 측정됨)의 손실을 예측하는 공식을 개발하였다.

LPL(최저 보호 피층(lowest protective layer of scale)) 공식으로 알려진 이 공식은 공개적으로 사용가능하지 않고 그 항들이 출원인에게 알려져 있지 않다.

출원인은 실험 결과와 통보받은 LPL 공식의 적용으로 얻은 결과 사이의 상당한 불일치를 쉽게 알아볼 수 있었다.

따라서 출원인은 Les Embiez 2004 컨퍼런스(상기 참조)에서 페라이트 구조(페라이트+펄라이트, 소려된 베이나이트(tempered bainite), 소려된 마르텐사이트)를 가지고 Cr 함량이 2.25%(T22-T23) 내지 13% 범위인 강재의 16개 샘플에 대해 제출되었던 650℃에서 수증기에 의한 고온 산화 속도를 재측정하였다. 도 4는 테스트된 강재의 조성표이고, 마지막 열에서 부식 측정 값은 1년 동안의 이들 강재의 금속 두께의 손실(부식 속도 Vcor)에 해당한다.

도 4의 표 중에서 용어 “NA”는 “입수불가(not available)”를 의미한다.

출원인은 이 실험 결과에 다차원의 통계적 분석을 수행하였다. 상기 분석은 부식 속도 Vcor을 결정하는 특정한 메커니즘 또는 영향의 합리적인 경험적 접근을 전하는 복수의 항들에 기초하고 있다.

복수의 테스트 후에, 출원인은 오랜 기간 동안 바꾸어 말하면 대략 1년의 기간 동안 650℃에서 부식 속도 Vcor를 표시하는 부록의 공식 [21]을 얻었다.

공식 [21]은 650℃에서 수증기에 1년 간 노출하는 동안 금속 두께(㎜ 단위로)의 평균 손실을 제공한다. 이러한 두께의 평균 손실은 표준 상태하에서 산화물의 선택적인 산세척 후에 금속 중량의 감소로부터 추론된다. 공식 [21]은 하기와 같은 다양한 특정항(specified terms)을 포함한다:

항	표현되는 영향
1/Cr²	주로 크롬 함량의 영향, 이 경우 크롬 함량의 제곱의 역수인 의존도를 나타낸다
1/A	크롬 함량과의 상호작용을 고려하여, 주로 몰리브덴, 텅스텐, 니켈 및 코발트의 함량의 영향을 나타낸다
B	주로 실리콘 함량의 영향을 나타내며, 또한 크롬 함량과의 상호작용을 고려한다
C	텅스텐 및 니켈의 함량과의 상호작용을 고려하여, 주로 망간 함량의 영향을 나타낸다

공식 [21]의 함량은 중량%(또는 질량%)로 표현된다.

계수 α(알파), β(베타) 및 δ(델타)와 표현 B 및 C에 나타난 계수들은 실질적으로 부록 1, 섹션 3, 표현식 [31] 내지 [36]에서 언급된 값을 가진다.

그 외에, 공식 [21]을 전체적으로 살펴보면 특히 다음을 포함하는 것으로 보인다:

- 1/Cr² 항과 1/Cr 속도항(항 1/A), 및 Cr 보정항(항 B)을 포함하는 크롬 함량의 함수;

- 망간 함량(항 C)의 다항 함수(이 경우 2차);

- W+Ni(텅스텐+니켈)의 공동 기여(q로 표시됨)로서, 한편으로 항 A에서 1/-q 기여, 및 다른 한편으로 항 C에서 q 기여;

- 나머지 다른 함량들은 공식에서 직접 추단할 수 있는 방식으로 오직 한 번 나타난다.

도 5 및 6은 y축(Vcor 예측)의 새로운 공식 Vcor이 x축(Vcor 측정)의 출원인의 공지된 실험 결과와 어떻게 비교되는지를 보여 준다. 이로부터 다음이 추론된다:

- 도 5(오른쪽 부분)에서 크롬 함량 2.25%의 영역에서 뛰어난 일치를 보인 다;

- 도 5(왼쪽 부분) 및 도 6(도 5의 왼쪽의 상세도)에서 크롬 함량 9% 및 12%의 영역에서 뛰어난 일치를 보인다.

간단히 말해서, 모델링과 실험은 현저히 유사한 결과를 제공한다. 분명히, 본 발명은 공식 [21]의 표현에 한정되는 것은 아니며 다른 속도를 가지는 이의 등가물을 기재할 수 있다. 각각의 항들 또는 그 원소들의 변경을 고려하여, 이의 간소화된, 보다 한정된 사용(함량의 범위에 관하여)의 등가물을 또한 기재할 수 있다. 마지막으로, 공식 [21]은 650℃에서 작성되었으나 이것은 보다 낮은 또는 보다 높은 다른 온도에서 물론 유효하다. 예를 들면, 650℃에서 다소 보다 높은 부식 속도를 가지는 등급의 강재는, 그것이 보다 낮은 생산비를 포함하는 임의의 관점에서 이로운 특성을 가진다면, 보다 낮은 온도에서 허용될 수 있다.

보다 상세하게는, 출원인은 공식 [21](연구한 함량 범위: 0.2-0.53%)의 정보에 따라 약 0.25%보다 큰 Mn 함량의 두드러진 불리한 영향을 알아냈다. Si가 0.20% 이상(연구한 함량 범위: 0.09-0.47%)이면 Si 함량은 영향이 작다는 것을 또한 알아냈다. 연구한 범위내(0.1-0.2%)에서 탄소 함량의 중요한 영향은 없다는 것을 또한 알아냈다.

출원인은, 규격 ASTM, A213 및 A335의 고성능 페라이트 등급 중에서, 특정한 분야의 보일러(T91, P91, T92, P92, T23, P23, T24, P24)에 사용될 수 있도록 튜브를 약 600℃, 심지어 650℃의 증기 온도 및 약 300bar의 증기압에서 보다 효과적으로 작동하게 하는 얇고 높은 접착성의 흑피를 얻게 하는 화학 조성물을 찾는 것에 관심이 있었다.

일반적으로, 튜브 제조업자는 지금까지 이 요소의 비용 및 알파제닉(alphagenic) 성질을 감안하여 낮은 크롬 함량 범위의 강재를 주문하였다. 예를 들면, ASTM A213의 T91 등급에 대해 8.00 내지 9.50%의 이론적인 범위인 경우, 튜브 제조업자는 약 8.5% Cr을 함유하는 강재를 주문하고; 이것은 제품에 델타 페라이트의 존재의 위험을 최소화시킨다.

망간은 강재의 황 함량을 고정시키고 이러한 고정이 가단성(forgeability) 문제(강재의 연소)를 방지한다고 알려져 있다. 따라서, ASTM A213의 범위가 T91 등급의 경우 0.30-0.60%인 반면, 0.50% 범위, 즉 이 범위의 상부부터의 망간 함량을 가지는 고온용 강재를 개발하는 것이 통상적이다.

일반적으로, 본 명세서에서 제안되는 상승된 압력 및 온도하에서 수증기를 수송할 목적의 심리스 튜브용 강재의 등급은 1.8 내지 13 중량%의 크롬(Cr), 1 중량% 미만의 실리콘(Si) 및 0.10 내지 0.45 중량%의 망간(Mn)을 포함한다. 선택적으로, 상기 강재는 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 코발트(Co), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 붕소(B) 및 질소(N)로부터 선택되는 적어도 1 원소의 첨가물을 포함한다.

수행한 실험의 관점에서, 출원인은 높은 크리프 성능을 보이는 2개 군의 등급에 초점을 맞추었는데, 이것들은 Mo 또는 W와 합금되고 미세합금되며(Nb, V, N 및 선택적으로 B 및 Ti) 고온 산화의 관점에서 개선가능하기 때문이다. 이것들은 다음과 같다:

- 제1군 2.25%의 Cr강: 등급 T/P22, T/P23, T/P24

- 제2군 9%의 Cr강: 등급 T/P91, T/P92

부식 속도에 관해 특히 유리한 특수강의 등급은 이하 살펴보는 바와 같이 이로부터 식별된다.

구현예 E10: 강재 T22 및 P22

표준 ASTM A213 및 A335는 각각 등급 T22 및 P22를 다음을 함유하는 것으로 정의한다:

- 0.30 내지 0.60%의 Mn

- 0.50% 이하의 Si

- 1.90 내지 2.60%의 Cr

- 0.87 내지 1.13%의 Mo

- 0.05 내지 0.15%의 C

- 0.025% 이하의 S

- 0.025% 이하의 P

구등급(old grade)은 Ti, Nb, V 및 B의 미세첨가(microaddition)를 함유하지 않는다.

하기 표 T10에서, 2열 내지 7열은 당해 분야의 기준 강재, 및 다른 3개의 제안된 강재(1열에 지정됨)에 대한 조성을 상술하고 있다. 측정된 Vcor의 열에서, “NA”는 “입수불가”를 의미한다. 1년 동안 고온에서 신뢰성 있고 정확한 부식 속도를 측정하는 것은 특히 오래 걸리고 까다로우며 고가라는 것이 이해되어야 할 것 이다.

기준 강재(R10)의 경우, 측정치와 공식 [21]에 의한 예측치는 거의 정확하게 일치함을 알 수 있다. 일단 공식 [21]이 이렇게 확인되고 나면, 이 구현예 E10의 다른 등급의 강재에 관한 정보는 여기서부터 유도된다. 이러한 다른 등급들은 얻어지는 부식속도에 따라 E10-max, E10-med, 및 E10-min으로 표시되는 3개의 샘플로 나타낸다.

[표 T10]

	Mn	Si	Cr	Mo	W	Ni	Co	측정된 Vcor	계산된 Vcor
기준(R10)	0.46	0.23	2.06	1	0.014	0.15	-	1.035	1.04
E10-max	0.45	0.20	2.30	1.0	-	0.2	-	NA	0.86
E10-min	0.30	0.45	2.60	0.9	-	0.1	-	NA	0.61
E10-med1	0.40	0.20	2.30	1.0	-	0.2	-	NA	0.83
E10-med2	0.35	0.30	2.45	0.95	-	0.15	-	NA	0.70

등급 E10의 선택은 “기준” 조성물 R10의 부식속도에 비하여 18%(E10-max의 경우) 내지 42%(E10-min의 경우)의 이득을 가져온다.

이러한 구현예 E10에서, 강재는 2.3 내지 2.6%의 Cr을 포함한다.

바람직하게는, 구현예 E10의 강재는 0.20 내지 0.50% 및 매우 바람직하게는 0.30 내지 0.50%의 Si 함량을 포함한다. 바람직하게는, 상기 강재는 0.30 내지 0.45%의 Mn 함량을 포함한다.

이러한 구현예 E10에 따른 강재는 바람직하게는 0.87 내지 1%의 Mo를 포함한다. 이것은 W의 의도적 첨가를 포함하지 않는데, 텅스텐은 강재의 잔류물로 존재하고 그 함량은 약 0.01%이다.

매우 바람직하게, 구현예 E10에 따른 강재는 Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 함량을 가지고 식 [21]에 따라 계산된 이것의 Vcor 값은 약 0.9 ㎜/year 이하, 바람직하게는 0.85 ㎜/year이다. 보다 좋은 결과는 약 0.7 ㎜/year 이하의 Vcor에 대해 얻어진다.

구현예 E11: 강재 T23 및 P23

표준 ASTM A213 및 A335는 각각 등급 T23 및 P23을 다음을 함유하는 것으로 정의한다:

- 0.10 내지 0.60%의 Mn

- 0.50% 이하의 Si

- 1.90 내지 2.60%의 Cr

- 0.05 내지 0.30%의 Mo

- 1.45 내지 1.75%의 W

- 0.04 내지 0.10%의 C

- 0.030% 이하의 P

- 0.010% 이하의 S

- 0.20 내지 0.30%의 V

- 0.02 내지 0.08%의 Nb

- 0.0005 내지 0.006%의 B

- 0.030% 이하의 N

- 0.030% 이하의 Al

몰리브덴의 큰 부분을 텅스텐 및 미세첨가물로 대체한 것이 이 등급에 T/P22 등급에 비해 많이 개선된 크리프 강도 특성을 제공하였다. 이러한 개선은, 대조적으로, 고온 산화에 관한 온도 저항성의 상한을 증가시키지 않는다.

하기 표 T11에서, 2열 내지 7열은 당해 분야의 기준 강재, 및 다른 3개의 제시된 강재(1열에 지정됨)에 대한 조성물을 상술하고 있다. 기준 강재의 경우, 측정치와 공식 [21]에 의한 예측치는 거의 정확하게 일치함을 알 수 있다. 일단 공식 [21]이 이렇게 확인되고 나면, 얻어지는 부식속도에 따라 E10-max, E10-med, 및 E10-min으로 표시되는 구현예 E11의 3개의 다른 등급의 강재에 관한 정보는 여기서부터 유도된다.

[표 T11]

	Mn	Si	Cr	Mo	W	Ni	Co	측정된 Vcor	계산된 Vcor
기준(R11)	0.48	0.24	2.07	0.10	1.54	0.05	-	1.43	1.43
E11-max	0.45	0.20	2.30	0.20	1.60	0.10	-	NA	1.26
E11-min	0.25	0.50	2.60	0.05	1.45	0.02	-	NA	0.70
E11-med1	0.40	0.20	2.30	0.10	1.60	0.10	-	NA	1.12
E11-med2	0.30	0.30	2.45	0.10	1.50	0.05	-	NA	0.84

등급 E11의 선택은 “기준” 조성물의 부식속도에 비하여 12%(E11-max의 경우) 내지 51%(E11-min의 경우)의 이득을 가져온다.

이러한 구현예 E11에서, 강재는 2.3 내지 2.6%의 Cr을 포함한다.

바람직하게는, 구현예 E11의 강재는 0.20 내지 0.50% 및 매우 바람직하게는 0.30 내지 0.50%의 Si 함량을 포함한다. 바람직하게는, 상기 강재는 0.25 내지 0.45%의 Mn 함량을 포함한다.

이러한 구현예 E11에 따른 강재는 바람직하게는 1.45 내지 1.60%의 W 및 0.05 내지 0.20%의 Mo를 포함한다.

매우 바람직하게, 구현예 E11에 따른 강재는 Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 함량을 가지고 식 [21]에 따라 계산된 이것의 Vcor 값은 약 1.4 ㎜/year 미만, 바람직하게는 약 1.25 ㎜/year 이하이다. 보다 좋은 결과는 약 0.9 ㎜/year 이하의 Vcor에 대해 얻어진다.

구현예 E12: 강재 T24/P24

이 강재는 표준 ASTM A213에 따라 다음을 함유한다:

- 0.30 내지 0.70%의 Mn

- 0.15 내지 0.45%의 Si

- 2.20 내지 2.60%의 Cr

- 0.70 내지 1.10%의 Mo

- 0.04 내지 0.10%의 C

- 0.020% 이하의 P

- 0.010% 이하의 S

- 0.20 내지 0.30%의 V

- 0.06 내지 0.10%의 Ti

- 0.0015 내지 0.0020%의 B

- 0.012% 이하의 N

- 0.020% 이하의 Al

하기 표 T12는 표 T10 및 T11과 유사한 방식으로 작성되었다.

[표 T12]

	Mn	Si	Cr	Mo	W	Ni	Co	측정된 Vcor	계산된 Vcor
기준(R12)	0.50	0.25	2.30	0.85	-	0.05	-	NA	0.83
E12-max	0.45	0.25	2.40	0.90	-	0.10	-	NA	0.76
E12-min	0.30	0.45	2.60	0.70	-	0.02	-	NA	0.58
E12-med	0.40	0.30	2.50	0.80	-	0.05	-	NA	0.67

이득은 본 발명에 따른 선택 중에서 더 제한적인데: 9%(E12-max) 내지 30%(E12-min)이다. 이것은 근본적으로 Cr 함량에 대한 여유(margin)가 구현예 E10 또는 E11의 경우보다 덜 넓다는 사실 때문이다.

이러한 구현예 E12에 따르면, 강재는 2.4 내지 2.6%의 Cr을 포함한다. 바람직하게는, 상기 강재는 0.20 내지 0.45% 및 매우 바람직하게는 0.30 내지 0.45%의 Si 함량을 포함한다. 바람직하게는, 상기 강재는 0.30 내지 0.45%의 Mn 함량을 포함한다.

이러한 구현예 E12에 따른 강재는 W(약 0.01%의 잔류물 텅스텐)의 첨가를 포함하지 않으며; 그 Mo 함량은 바람직하게는 0.70 내지 0.9%이다.

매우 바람직하게, 구현예 E12에 따른 강재는 Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 함량을 가지고 식 [21]에 따라 계산된 이것의 Vcor 값은 약 0.8 ㎜/year 이하 및 바람직하게는 0.75 ㎜/year 이하이다. 보다 좋은 결과는 약 0.7 ㎜/year 이하의 Vcor에 대해 얻어진다.

구현예 E10, E11 및 E12(전체로서 E1으로 표기됨)는 크롬, 망간 및 실리콘 함량에 관해서 상당히 유사하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 구현예들 E1 중의 하나의 Cr, Mn 및/또는 Si의 다른 함량은 다른 구현예 E1에 적어도 부분적으로 적용될 수 있다.

구현예 E20: 강재 T9 및 P9

표준 ASTM A213 및 A335는 각각 등급 T9 및 P9를 다음을 함유하는 것으로 정의한다:

- 0.30 내지 0.60%의 Mn

- 0.25 내지 1.00%의 Si

- 8.00 내지 10.00%의 Cr

- 0.90 내지 1.10%의 Mo

- 0.15% 이하의 C

- 0.025% 이하의 P

- 0.025% 이하의 S

이하 설명할 구현예 E21 및 E22와 비교하여, 구현예 E20에 따른 강재는 V, Nb, N 또는 B의 미세첨가물을 포함하지 않는다.

하기 표 T20에서, 2열 내지 7열은 당해 분야의 기준 강재, 및 다른 3개의 제시된 강재(1열에 지정됨)에 대한 조성물을 상술하고 있다. 측정된 Vcor의 열에서, “NA”는 “입수불가”를 의미한다. 1년 동안 고온에서 신뢰성 있고 정확한 부식 속도를 측정하는 것은 특히 오래 걸리고 까다로우며 고가라는 것이 이해되어야 할 것이다.

이 구현예 E20의 다양한 등급의 강재에 관한 정보는 공식 [21]로부터 유도된다. 이러한 등급들은 얻어지는 부식속도에 따라 E20-max, E20-med, 및 E20-min으로 표시되는 3개의 샘플로 나타낸다.

[표 T20]

	Mn	Si	Cr	Mo	W	Ni	Co	측정된 Vcor	계산된 Vcor
기준(R20)	0.50	0.30	8.50	0.95	0.01	0.15	-	NA	0.137
E20-max	0.45	0.25	9.20	1.00	0.01	0.2	-	NA	0.089
E20-min	0.30	0.45	10.00	0.90	0.01	0.02	-	NA	0.012
E20-med1	0.35	0.40	9.60	0.95	0.01	0.15	-	NA	0.034
E20-med2	0.40	0.35	9.40	0.95	0.01	0.15	-	NA	0.060

등급 E20의 선택은 “기준” 조성물 R20의 부식속도에 비하여 16%(E20-max의 경우) 내지 89%(E20-min의 경우)의 이득을 가져온다.

이러한 구현예 E20에서, 강재는 9.2 내지 10.00%의 Cr을 포함한다.

바람직하게는, 구현예 E20의 강재는 0.20 내지 0.50% 및 매우 바람직하게는 0.30 내지 0.40%의 Si 함량을 포함한다. 바람직하게는, 상기 강재는 0.30 내지 0.45%의 Mn 함량을 포함한다.

이러한 구현예 E20에 따른 강재는 바람직하게는 0.90 내지 1.00%의 Mo를 포함한다. 이것은 W의 의도적 첨가를 포함하지 않는데, 텅스텐은 강재의 잔류물로 존재하고 그 함량은 약 0.01%이다.

매우 바람직하게, 구현예 E20에 따른 강재는 Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 함량을 가지고 식 [21]에 따라 계산된 이것의 Vcor 값은 약 0.09 ㎜/year 이하, 바람직하게는 0.06 ㎜/year이다. 보다 좋은 결과는 약 0.04 ㎜/year 이하의 Vcor에 대해 얻어진다.

구현예 E21: 강재 T91/P91

이 강재는 표준 ASTM A213 및 A335에 따라 다음을 함유한다:

- 0.30 내지 0.60%의 Mn

- 0.20 내지 0.50%의 Si

- 8.00 내지 9.50%의 Cr

- 0.85 내지 1.05%의 Mo

- 0.40% 이하의 Ni

- 0.08 내지 0.12%의 C

- 0.020% 이하의 P

- 0.010% 이하의 S

- 0.18 내지 0.25%의 V

- 0.06 내지 0.1%의 Nb

- 0.030 내지 0.070%의 N

- 0.040% 이하의 Al

하기 표 T21은 표 T10과 유사한 방식으로 작성되었다.

[표 T21]

	Mn	Si	Cr	Mo	W	Ni	Co	측정된 Vcor	계산된 Vcor
기준(R21)	0.46	0.31	8.73	0.99	0.01	0.26	-	0.094	0.106
E21-max	0.45	0.3	8.90	0.95	-	0.20	-	NA	0.095
E21-min	0.30	0.50	9.50	0.85	-	0.02	-	NA	0.021
E21-med	0.40	0.35	9.00	0.900	-	0.05	-	NA	0.066

이 구현예 E21의 선택에 대한 이득은 10%(E21-max) 내지 80%(E21-min)의 범위이다. E21-min의 경우 얻어지는 값이 기준값보다 5배 적다는 것은 알아둘 만 하다.

이러한 구현예 E21에 따르면, 강재는 8.9 내지 9.5%의 Cr을 포함한다.

바람직하게는, 상기 강재는 0.20 내지 0.50% 및 매우 바람직하게는 0.30 내지 0.50%의 Si 함량을 포함한다.

바람직하게는, 상기 강재는 0.30 내지 0.45%의 Mn 함량을 포함한다. 이것은 바람직하게는 0.85 내지 0.95%의 Mo를 포함한다.

바람직하게는, 구현예 E21에 따른 상기 강재는 0.2% 이하의 Ni(및 매우 바람직하게는 0.1% 이하)를 포함하고, 및 텅스텐(약 0.01%의 잔류물)을 거의 포함하지 않는다.

매우 바람직하게, 구현예 E21에 따른 강재는 Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 함량을 가지고 식 [21]에 따라 계산된 이것의 Vcor 값은 약 0.1 ㎜/year 미만이다. 보다 좋은 결과는 약 0.07 ㎜/year 이하의 Vcor에 대해 얻어진다.

구현예 E22: 강재 T92/P92

이 강재는 표준 ASTM A213 및 A335에 따라 다음을 함유한다:

- 0.30 내지 0.60% 이하의 Mn

- 0.50% 이하의 Si

- 8.50 내지 9.50%의 Cr

- 0.30 내지 0.60%의 Mo

- 1.50 내지 2.00%의 W

- 0.40% 이하의 Ni

- 0.07 내지 0.13%의 C

- 0.020% 이하의 P

- 0.010% 이하의 S

- 0.15 내지 0.25%의 V

- 0.04 내지 0.09%의 Nb

- 0.001 내지 0.006%의 B

- 0.030 내지 0.070%의 N

- 0.040% 이하의 Al

하기 표 T22는 표 T10과 유사한 방식으로 작성되었다.

[표 T22]

	Mn	Si	Cr	Mo	W	Ni	Co	측정된 Vcor	계산된 Vcor
기준(R21)	0.41	0.22	8.51	0.44	1.69	0.13	-	0.113	0.113
E22-max	0.40	0.25	8.90	0.45	1.70	0.20	-	NA	0.11
E22-min	0.30	0.50	9.50	0.30	1.50	0.02	-	NA	0.055
E22-med	0.35	0.30	9.20	0.40	1.70	0.1	-	NA	0.082

이 경우, 이 구현예 E22의 선택에 대한 이득은 2%(E22-max) 내지 52%(E22-min)의 범위이다.

이러한 구현예 E22에 따르면, 강재는 8.9 내지 9.5%의 Cr을 포함한다.

바람직하게는, 구현예 E22의 상기 강재는 0.20 내지 0.50% 및 매우 바람직하게는 0.30 내지 0.50%의 Si 함량을 포함한다.

바람직하게는, 구현예 E22의 상기 강재는 0.30 내지 0.45% 및 보다 바람직하게는 0.30 내지 0.40%의 Mn 함량을 포함한다.

이러한 구현예 E22에 따른 상기 강재는 바람직하게는 0.30 내지 0.45%의 Mo을 포함한다. 이것은 1.50 내지 1.75%의 W을 포함한다.

바람직하게는, 구현예 E22의 상기 강재는 0.2% 이하 및 매우 바람직하게는 0.1% 이하의 Ni를 포함한다.

매우 바람직하게, 구현예 E22에 따른 상기 강재는 Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 함량을 가지고 식 [21]에 따른 이것은 약 0.11 ㎜/year 이하의 Vcor 값을 제공한다. 보다 좋은 결과는 약 0.08 ㎜/year 이하의 Vcor에 대해 얻어진다.

구현예 E21 및 E22(전체로서 E2로 표기됨)는 크롬, 망간 및 실리콘 함량에 관해서 상당히 유사하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 구현예들 E2 중의 하나의 Cr, Mn 및/또는 Si의 다른 함량은 다른 구현예에 적어도 부분적으로 적용될 수 있다.

이제 중간의 상황이 고려될 것이다.

구현예 E30: 강재 T5 및 P5

표준 ASTM A213 및 A335는 각각 등급 T5 및 P5를 다음을 함유하는 것으로 정의한다:

- 0.30 내지 0.60%의 Mn

- 0.50% 이하의 Si

- 4.00 내지 6.00%의 Cr

- 0.45 내지 0.65%의 Mo

- 0.15% 이하의 C

- 0.025% 이하의 P

- 0.025% 이하의 S

하기 표 T30에서, 2열 내지 7열은 당해 분야의 기준 강재, 및 다른 3개의 제시된 강재(1열에 지정됨)에 대한 조성물을 상술하고 있다. 측정된 Vcor의 열에서, “NA”는 “입수불가”를 의미한다. 1년 동안 고온에서 신뢰성 있고 정확한 부식 속도를 측정하는 것은 특히 오래 걸리고 까다로우며 고가라는 것이 이해되어야 할 것이다.

이 구현예 E30의 다양한 등급의 강재에 관한 정보는 공식 [21]로부터 유도된다. 이러한 등급들은 얻어지는 부식속도에 따라 E30-max, E23-med, 및 E30-min으로 표시되는 3개의 샘플로 나타낸다.

[표 T30]

	Mn	Si	Cr	Mo	W	Ni	Co	측정된 Vcor	계산된 Vcor
기준(R30)	0.50	0.32	4.80	0.52	0.01	0.15	-	NA	0.269
E30-max	0.45	0.25	5.20	0.60	0.01	0.2	-	NA	0.228
E30-min	0.30	0.45	6.00	0.45	0.01	0.1	-	NA	0.122
E30-med1	0.40	0.30	5.40	0.55	0.01	0.15	-	NA	0.189
E30-med2	0.35	0.30	5.60	0.50	0.01	0.15	-	NA	0.159

등급 E30의 선택은 “기준” 조성물 R30의 부식속도에 비하여 15%(E30-max의 경우) 내지 55%(E30-min의 경우)의 이득을 가져온다.

이러한 구현예 E30에서, 강재는 5.2 내지 6.00%의 Cr을 포함한다.

바람직하게는, 구현예 E30의 강재는 0.25 내지 0.50% 및 매우 바람직하게는 0.30 내지 0.45%의 Si 함량을 포함한다. 바람직하게는, 상기 강재는 0.30 내지 0.45%의 Mn 함량을 포함한다.

이러한 구현예 E30에 따른 강재는 바람직하게는 0.45 내지 0.60%의 Mo를 포함한다. 이것은 W의 의도적 첨가를 포함하지 않는데, 텅스텐은 강재의 잔류물로 존재하고 그 함량은 약 0.01%이다.

매우 바람직하게, 구현예 E30에 따른 강재는 Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 함량을 가지고 식 [21]에 따라 계산된 이것의 Vcor 값은 약 0.23 ㎜/year 이하, 바 람직하게는 0.20 ㎜/year이다. 보다 좋은 결과는 약 0.17 ㎜/year 이하의 Vcor에 대해 얻어진다.

사용된 모델은 Cr, Si와 같은 특정한 알파제닉 원소의 함량의 증가 및 Mn 및 Ni와 같은 감마제닉(gammagenic) 원소의 함량의 감소를 초래하고; 이것이 델타 페라이트의 출현을 촉진시킬 수 있다.

Mo 및/또는 W(알파제닉 원소)의 함량의 감소가 델타 페라이트의 출현의 관점에서 Cr, Si의 함량의 증가 및 Mn 및 Ni의 함량의 감소를 보상하기에 불충분하다면, 현재의 모델에서 나타나지 않는 N 및 C와 같은 감마제닉 원소의 함량을 조절할 필요가 있을 것이다. 이에 관해서 델타 페라이트를 등가의 크롬 및 등가의 니켈의 함량의 함수로서 예측하는 알려진 공식이 사용될 것이다.

특수강의 최적화에 제안된 기술은 다음 요소들을 포함한다. 출발점은 고온 부식을 제외하고는 공지된 특성을 가지고 고온 부식의 관점에서 최적화되어야 하는 공지된 등급의 강재이다. 장기간의 부식 특성은 기준 조성물에 대한 공식 [21]의 모델과 같은 모델에 기초하여 계산된다. 동일한 모델에 기초하여 보다 우수한 부식 특성값을 얻을 수 있는 등급의 특정한 범위의 강 조성물에 대한 조사가 공지된 강재의 부근 범위 내에서 수행된다.

상기 모델이 매우 신뢰성 있기 때문에 이 기술은 다음을 포함하는 많은 이점을 가진다:

- 오직 부식 테스트를 위한 생소한 강재의 생성 회피;

- 까다롭고 비싼 장기 및 고온 부식 테스트의 회피.

무엇보다도, 이러한 기술은 보일러 또는 증기 파이프 및 이에 따른 디자인 계산에서 최소화되도록 고려되는 여분의 부식 두께를 디자인하는 데에 있어 과도하게 비관적이지 않은 표적 데이터를 사용할 수 있게 한다.

이것은 또한 증기쪽의 강재의 표면에서 산화물의 불균질하고 불연속적인 형성을 촉진시킴으로써 증기 온도가 주어진 금속 온도까지 증가하고 흑피 박리가 회피되도록 한다.

일일이 열거하지 않더라도, 본 발명에 따른 강재는 용접 튜브, 연결부(connections), 반응기, 보일러 제조 부품을 생산하는 금속 시트로서, 터빈 몸체 또는 안전 밸브 몸체를 생산하는 성형 부품으로서, 샤프트 및 터빈 회전자를 생산하는 단조 부품으로서, 분말 야금에서 광범위한 성분을 생산하는 금속 분말로서, 용접 충진 금속(welding filler metal) 및 기타 유사한 용품으로서 또한 사용될 수 있다.

부록 1

섹션 1

섹션 2

섹션 3

Claims

연무(fumes) 또는 수증기와 같은 산화 분위기에 대한 높은 부식 성능을 보이는 강 조성물로서, 약 1.8 내지 11 중량%의 크롬, 1 중량% 미만의 실리콘, 및 0.20내지 0.45 중량%의 망간을 포함하고, 상기 강 조성물의 함량이 장기간의 고온 작업을 위해 주어진 상태하에서 실질적으로 최적인 내고온산화성을 얻을 수 있도록 선택된 미리결정된 모델에 기초하여 조절되는 강 조성물.
제1항에 있어서, 상기 강 조성물이 첨가제로서 또는 잔류물로서 몰리브덴, 텅스텐, 코발트, 및 니켈로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강 조성물이 약 0.20 내지 0.50 중량%의, 바람직하게는 약 0.30 내지 0.50 중량%의 실리콘 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강 조성물이 약 0.25 내지 약 0.45 중량%의 망간 함량을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모델이 적어도 하나의 크롬 기여항(contribution term), 및 단독의 망간 기여항을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제5항에 있어서, 상기 단독의 망간 기여항이 상기 망간 함량의 2차 다항 함수를 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 크롬 기여항이 상기 크롬 함량의 역2차항, 및 상기 크롬 함량을 함유하는 양의 역수항을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강 조성물이 약 2.3 내지 약 2.6 중량%의 크롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제8항에 있어서, 상기 강 조성물이 1.45 내지 1.60 중량%의 텅스텐 및 0.05 내지 0.20 중량%의 몰리브덴(E11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제9항에 있어서, Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 중량 함량이 식[21]에 기초한 부식값(corrosion value) Vcor이 약 1.4 미만, 바람직하게는 약 1.25 이하(E11)가 되게 하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제8항에 있어서, 상기 강 조성물이 0.87 내지 1 중량%의 몰리브덴 및 미량의 텅스텐(E10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제11항에 있어서, Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 중량 함량이 식[21]에 기초한 부식값 Vcor이 약 0.9 이하, 바람직하게는 약 0.85 이하(E10)가 되게 하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제8항에 있어서, 상기 강 조성물이 2.4 내지 2.6 중량%의 크롬, 0.70 내지 0.90 중량%의 몰리브덴을 포함하고 거의 텡스텐을 포함하지 않는(E12) 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제11항에 있어서, Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 중량 함량이 식[21]에 기초한 부식값 Vcor이 약 0.8 이하, 바람직하게는 약 0.75 이하(E12)가 되게 하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강 조성물이 약 8.9 내지 9.5 중량%의 크롬을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제15항에 있어서, 상기 강 조성물이 0.85 내지 0.95 중량%의 몰리브덴(E21)을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제16항에 있어서, 0.85 내지 0.95%의 Mo 및 실질적으로 부존재하는 W를 포함하고, 식[21]에 기초한 부식값 Vcor이 약 0.1 미만, 바람직하게는 약 0.07 이하(E21)인 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제15항에 있어서, 상기 강 조성물이 1.50 내지 1.75 중량%의 텅스텐 및 0.30 내지 0.45 중량%의 몰리브덴(E22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제18항에 있어서, Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co의 중량 함량을 포함하고, 식[21]에 기초한 부식값 Vcor이 약 0.11 이하, 바람직하게는 약 0.08(E12)인 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강 조성물이 0.2% 미만의 니켈을 포함하는 것을 특징으로 하는 강 조성물.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 강 조성물로 근본적으로 이루어진 심리스(seamless) 또는 액세서리 튜브.
상승된 압력 및 온도하에서 수증기를 발생(generate), 수송(convey) 또는 상태조절(condition)하기 위한 상기 강 조성물의 심리스 및 액세서리 튜브로의 용도.