Cr-Mo강의 PWHT: A387 및 P91급 제작물의 용접 후 열처리

Cr-Mo 용접부에 이것이 필요한 이유

크롬-몰리브덴강을 용접하면 세 가지 문제가 남습니다: 단단하고 균열에 민감한 열영향부(HAZ), 용접의 열 사이클로 고정된 높은 잔류 응력, 그리고 내크리프 강종의 경우 설계가 가정한 조직이 아직 아닌 조직입니다. **용접 후 열처리(PWHT)**는 세 가지를 한 번에 해결합니다:

• 단단한 HAZ와 용접 금속을 템퍼링하여 연성과 인성을 회복시킵니다.
• 온도에서 일어나는 크리프 완화를 통해 잔류 응력을 완화하여 치수 안정성과 응력 부식 및 피로 균열에 대한 저항성을 개선합니다.
• 내크리프 강종에서는 의도한 템퍼링 마르텐사이트 조직을 완성합니다.

건설 코드 (ASME Section VIII와 배관 코드, 재료 규칙은 Section II)는 정해진 두께 기준을 넘는 대부분의 Cr-Mo 압력 작업에 PWHT를 의무화합니다 — 이는 현장의 선호가 아니라 코드 요구 사항입니다.

온도 범위와 유지 논리

PWHT는 임계 온도 이하의 처리입니다: 온도는 템퍼링과 응력 완화에 효과적이어야 하면서도 하부 임계 온도 (Ac1) 아래에 안전하게 머물러 아무것도 다시 오스테나이트화되지 않아야 합니다. 널리 쓰이는 범위는 대략 다음과 같습니다:

강종군	일반적인 PWHT 영역 (참고)
1.25Cr-0.5Mo (A387 Gr.11급)	약 620–680 °C
2.25Cr-1Mo (A387 Gr.22급)	약 680–730 °C
9Cr-1Mo-V (P91 / A387 Gr.91)	약 730–770 °C, 엄격히 관리됨

유지 시간은 두께에 비례합니다 — 코드 표는 이를 단위 두께당 최소 시간으로 표현하며, 얇은 재료에는 절대 최소값이 있습니다. 논리는 균일화와 완화입니다: 가장 두꺼운 단면이 전체에 걸쳐 온도에 도달하고, 응력이 크리프로 사라질 만큼 충분히 오래 머물러야 합니다. 특정 온도 이상에서의 가열·냉각 속도도 대형 용기의 열 구배를 관리하기 위해 코드로 제한되며, 기록으로서 의미가 있는 것은 노의 다이얼이 아니라 부품에 부착한 열전대입니다.

91등급: 엄격한 사례

P91의 크리프 강도는 미세한 석출물을 가진, 세심하게 템퍼링된 마르텐사이트에서 나오며, 그 PWHT 구간은 그만큼 좁습니다. 너무 낮거나 짧으면 HAZ가 단단하고 템퍼링이 부족한 상태로 남고, 너무 높으면 처리가 과도하게 템퍼링하거나 (최악의 경우 국부적으로 재오스테나이트화되어 냉각 시 새로운 무템퍼링 마르텐사이트를 형성하여) 크리프 강도가 영구적으로 손상됩니다. 91등급에서는 온도 측정 정확도, 유지 관리, 그리고 수압 시험이나 사용 노출 전의 PWHT가 핵심 품질 단계로 취급되며, PWHT 후 경도 조사가 표준 검증 방법입니다.

국부 PWHT와 실무상 주의 사항

대형 용기는 전체를 노에서 처리하는 대신 용접 이음부 주변을 국부적으로 열처리하는 경우가 많습니다. 그러면 가열 밴드 폭, 단열, 구배 관리가 품질 변수가 됩니다 — 제대로 관리되지 않은 국부 PWHT는 쉘을 구부리거나 응력 분포를 유능한 노 사이클보다 더 나쁘게 남길 수 있습니다. 유지 도중 사이클이 중단되는 경우와 PWHT 후 보수 (일반적으로 PWHT 반복이 필요합니다)가 문서화된 절차로 다루어지는 데는 이유가 있습니다: Cr-Mo 장비에서는 열처리 이력이 압력 경계의 문서화된 건전성의 일부입니다.