듀플렉스 스테인레스 파이프의 부식성 평가

 

 

오늘의 궁금한 플랜트 이야기 주제는 Duplex Stainless Steel Pipe 의 부식성 평가입니다.

플랜트 산업에서 배관은 중요한 Item 중에 하나 입니다. 

그리고 배관은 그 선정기준과 목적에 따라 다양한 Code 와 종류들이 있습니다. 

오늘은 Duplex Stainless Steel Pipe 에 대해서 알아 보겠습니다. 

 

Duplex Stainless Steel Pipe 는 기존의 Stainless Steel 304 파이프 대비 고강도, 고 내식구조용도로 적합하고 침식에 대한 저항성이 매우 우수합니다. 

 

아래의 Table Data를 바탕으로 304와 316L 그리고 Duplex Stainless Steel (UNS S31803)사이에 어떠한 차이점이 있는지 살펴보겠습니다.

 관련 Code

 a) Stainless Steel 304, 316L
   ASTM A312 - Standard Specification for Seamless and Welded Austenitic Stainless Steel Pipes   

 b) Duplex Stainless Steel Pipe
   ASTM A790 - Standard Specification for Seamless and Welded Ferritic/Austenitic Stainless steel Pipe

<Table 1-1 ASTM Grade and UNS Designation>

 

◇	Stainless Steel Pipe 304	Stainless Steel Pipe 316L	Duplex Stainless Steel Pipe
ASTM Code	ASTM A312	ASTM A312	ASTM A790
Grade	TP304	TP316L	-
UNS Designation	S30400	S31603	S31803

<Table 1-2 Chemical requirements>

 

Compo- sition	Stainless Steel 304	Stainless Steel 316L	Duplex Stainless Steel Pipe
Carbon	0.08	0.035	0.03
Manganese	2.0	2.0	2.0
Phosphours	0.045	0.045	0.03
Sulfur	0.03	0.03	0.02
Silicon	1.0	1.0	1.0
Chromium	18.0-20.0	16-18	21.0-23.0
Nickel	8.0-11.0	10.1-14.0	4.5-6.5
Molybdenum	-	2.0-3.0	2.5-3.5
Nitrogen	-	-	0.08-0.2

Table 1-2 에 나와 있는 것처럼  
Duplex Stainless Steel (S31803) pipe 의 Chemical composition 은 Carbon 함유량이 상대적으로 304 대비 적고  Chromium과 Molybdenum, Nitrogen 의 함유량이 높다는 것을 알 수 있습니다. 크롬 몰리브덴 나이트로젠의 역활은 산화막 피막을 형성하고 염소(Chloride) 에 의한 부식 저항성을 향상시키는 역활을 하게 됩니다. 해양 구조물 처럼 염소에 대한 우수한 저항성을 필요로 하는 곳에 적합한 재질로 구성이 되어 있습니다. 

 염소에 대한 내부식성 304 < 316L < Duplex SS pipe

Duplex Stainless Steel Pipe 적용분야는 다양하나 대표적으로 염화물을 함유한 Fluid 의 이송과 보관을 목적으로 한 Process, 해수를 냉각수로 사용하는 열 교환기 및 석유정제, 유정관 재료등 각종 화학 공업용 장치. 담수화 설비, 해양플렌트, Oil&Gas refining, Chemical process plant 등에 사용하고 있습니다. 

<Table 1-3 Tensile Requirement>

	Stainless Steel 304	Stainless Steel 316L	Duplex Stainless Steel Pipe
Tensile Strength, Min ksi [Mpa]	75 [515]	70 [485]	90 [620]
Yield Strength, min ksi [MPa]	30 [205]	25 [170]	65 [450]

 

 

Table 1-3 은 인장력과 항복강도에 대한 Requirements 입니다. 표에 나와 있는 것처럼 Duplex SS Pipe 가 상대적으로 우수한 것을 알 수 있습니다. 

 

다음으로 부식성에 대한 객관적 자료를 살펴보겠습니다.

부식성을 평가하는 여러 지수 중에 PREN 이 있습니다. 이는 Pitting Resistance Equivalent 로 지수가 높을 수록 그만큼 내 부식성이 우수하다는 것을 말합니다. 

 <Table 1-4 PREN - Source from British Stainless Steel Association>

 

 British Stainless Steel Association 의 표에 나와 있는 것을 보면 

 PREN :

 304 = 17.5~20.8 (Refer to Table 1-4)

 316L =25.3~30.7 (Refer to Table 1-4)

 A790 S31803 = >31 (From Sandvik Data Sheet SAF31803)

 

PREN 지수가 316L 보다 높다는 것을 알수 있습니다.
이처럼 316L 보다 S31803 이 내부식성이 우수하다는것을 알 수 있습니다. 

 

 SAF2507 같은 경우는 PREN 이 40을 넘어갑니다. 

 이는 Sandvik 홈페이지에서 PREN 확인할 수 있습니다.

 

 

Duplex Stainless Steel Pipe 는 초기 투자비용은 높지만 내구성이 우수하여 교체비용이 절감되는 효과를 가져오는 이점도 있습니다. 

 

이상 궁금한 플랜트 이야기 였습니다.