티타늄 파이프 피팅의 수소 함량 제어, 열처리 공정 필수 요소

수소는 서비스 신뢰성을 저해하는 핵심 유해불순물이다.티타늄 파이프 피팅. 과도한 수소 흡수는 쉽게 부서지기 쉬운 티타늄 수소화물을 형성하여 수소 취성 균열을 유발합니다. 열처리는 파이프의 금속 조직 구조를 조절하고 과잉 수소를 제거하며 기계적 특성의 균형을 맞추는 핵심 공정입니다.

 

 

1. 과도한 수소로 인한 피해

티타늄은 300도 이상의 온도에서 쉽게 수소를 흡수합니다. 과포화 수소는 취성 티타늄 수소화물로 석출되어 부피가 팽창하고 내부 응력을 발생시켜 내벽, 용접부 및 응력 영역에 미세 균열을 일으키고 궁극적으로 수소 취성 파괴를 유발합니다.

 

수소 함량 관리 한계: 공업용 티타늄/Gr5: 0.015 중량% 이하; 항공우주 파이프 피팅: 0.010 중량% 이하; 수소 에너지 및 심해 티타늄 파이프: 0.008wt% 이하.

 

2. 전체 공정에서 수소 흡수의 소스 제어

• 원료 관리: 진공 소모성 아크 용해 빌렛을 채택하고, -반입 물질의 수소 함량을 재검사하며, 원료의 물얼룩, 오일 얼룩, 녹을 엄격히 관리하여 1차 수소를 원천에서 차단합니다.
• 성형 및 가공 중 보호

산세척: 질산-저불화수소산 제제로 전환하고, 침지 시간을 단축하며, 산세 후 완전히 세척 및 건조하여 잔류 산-으로 인한 수소 투과를 방지합니다.

압연 및 냉간 인발: 수소-가 없는 윤활유를 사용하고, 가공 범프와 스크래치를 엄격히 제어하여 티타늄 보호막의 손상과 그에 따른 수소 흡수를 방지합니다.

• 열처리 중 수분 조절: 퍼니스 본체를 건조시키고 기밀성을 확보하십시오. 아르곤로의 수증기와 산소 함량은 10ppm 이하여야 합니다. 아세톤과 무수 에탄올로 작업물의 그리스를 제거하고, 가열 시 수소 발생을 방지하기 위해 할로겐화 탄화수소와 메탄올의 사용을 금지합니다.

 

3. 과잉수소 대책

• 진공 고온-온도 어닐링 탈수소화는 수소가 과도한 티타늄 파이프에 채택됩니다.<0.066 Pa, hold at 540–760°C for 2–4 hours followed by furnace slow cooling.
• 고온은 수소 확산과 침전을 촉진하여 항공우주 티타늄 파이프의 일반적인 재작업 방법인 표준을 충족합니다.

 

 

1. 상업적으로 순수한 티타늄 Gr1 및 Gr2

• 응력 완화 어닐링: 520~580도에서 60~120분간 유지한 후 진공/아르곤 서냉식으로 진행합니다. 잔류 가공 응력을 제거하고 응력 부식-으로 인한 수소 흡수 균열을 방지하며 강도와 정밀도를 유지하며 화학 및 상하수도 파이프라인에 사용됩니다.
• 완전 어닐링: 650~720도에서 90~180분간 유지한 후 로냉각합니다. 이는 가공 경화를 제거하고, 등축 입자를 미세화하고, 가소성을 개선하고, 파이프 벤딩 및 플레어링을 촉진하고, 흡수된 미량의 수소를 부수적으로 제거합니다.

 

2. Gr5 티타늄 합금

• 기존의 완전 어닐링: 800~850도에서 1~2시간 유지 후 공냉하여 균형 잡힌 강도와 인성 및 수소 취화 저항성을 갖춘 등축+미세 미세구조를 얻습니다. 주로 오일 및 가스 파이프라인과 열교환 파이프라인에 사용됩니다.
• 용액 처리 및 노화: 920~950도에서 용체화 처리 후 수냉 후 480~530도에서 3~5시간 숙성하여 900MPa 이상의 강도를 나타냅니다. 진공로 처리로 강화와 수소 제어/탈수소화를 동시에 실현합니다.
• 이중 어닐링: 920도 공랭 + 700도 유지 및 서냉으로 수소화물 형성을 억제하고 심해 및 수소 에너지 고압-파이프 피팅에 적합합니다.

 

3. 열처리시 산화 및 수소흡수 방지

• 540도 이상의 진공 열처리를 우선시하십시오. 일반 공기로는 저가-파이프에만 사용되며, 이후 가공을 통해 산화층을 제거해야 합니다.
• 철 불순물로 인한 티타늄 재료의 갈바니 부식 및 수소 흡수 취성을 피하기 위해 탄소강을 용광로에 혼합해서는 안됩니다.

 

 

1. 기계적 성질

• 순수 티타늄의 인장강도는 350~500MPa, 어닐링된 Gr5의 인장강도는 830~900MPa로 강철의 60%에 불과한 밀도로 경량 파이프가 가능합니다. 숙성된 Gr5는 강도가 1000MPa를 초과하여 항공우주 고압 파이프라인에 적합합니다.-
• 적격한 수소 함량과 표준화된 어닐링을 갖춘 티타늄 파이프는 연신율이 15% 이상이므로 냉간 굽힘이 용이합니다. 미세한-구조로 내피로성이 뛰어나 열교환기에 적합합니다. 과도한 수소는 가소성을 크게 감소시키고 파이프 굽힘 중에 쉽게 균열을 일으킬 수 있습니다.

 

2. 부식 및 내수소성

• 표면 TiO2 부동태 피막은 산, 알칼리 및 해수 부식에 강하며 수명은 탄소강의 5~10배입니다. 손상되지 않은 부동태막은 수소 침투를 차단할 수 있습니다.
• 0.015% 이하의 수소 함량은 상온 및 중저압의 수소 취성을 방지할 수 있습니다. 과도한 수소는 응력 부식으로 인해 축적되어 수소화물을 형성하여 갑작스러운 취성 파괴를 초래하기 쉽습니다. 고압-심해-해양 및 수소 에너지 파이프라인에는 엄격한 수소 함량 제어가 필요합니다.

 

3. 물리적 특성

비자성, 낮은 열팽창 계수, 350도 고온에서 안정적인 미세 구조, 우수한 저온 인성-으로 극저온 특수 파이프라인에 적합합니다.

 

 

티타늄 파이프에 대한 자세한 내용은 이메일로 메시지를 보내주십시오.Sam.Rui@bjrh-titanium.com