이음매 없는 강관의 담금질 균열의 종류 및 원인

1. 표면 결함으로 인한 담금질 균열
특정 공정에서 26CrMo4s 합금 구조용 파이프를 압연할 때, 내벽에 미세한 담금질 균열이 자주 발생합니다. 연마된 미세 형상 사진을 보면 파이프 내벽에 깊이가 0.2mm 이하인 피트, 휨 등의 표면 결함이 다수 관찰됩니다. 이러한 결함 부위는 담금질 응력 작용 하에서 응력 집중을 일으켜 담금질 균열의 원인이 됩니다. 표면 결함으로 인한 담금질 균열은 주로 소구경, 박판 강관에서 발생합니다. 소구경 강관은 압연 연신율이 크기 때문에 파이프의 내외면에 피트, 스크래치 등의 초기 결함이 발생하기 쉽습니다. 또한 박판 강관의 담금질 및 냉각 과정에서 결함 부위에 표면 인장 응력이 발생하여 응력 집중 효과가 더욱 커지므로 결함으로 인한 담금질 균열이 발생하기 쉽습니다.

2. 응력 균열형 담금질 균열
응력 균열은 흔히 발생하는 담금질 균열의 한 유형입니다. 이는 담금질 냉각 과정에서 표면 인장 응력이 재료 강도를 초과하여 발생하는 균열 결함입니다. 응력 균열이 발생한 파이프 본체의 표면은 매끄럽고 평평하며, 원래의 결함이 없고 미세 구조가 균일하고 미세합니다. 이러한 균열은 과도한 표면 인장 응력에 의해 발생하며, 파이프 본체 표면에 완전히 수직으로 진행됩니다. 또한, 벽 두께 방향으로의 연장 양상은 이러한 유형의 균열이 전적으로 과도한 표면 인장 응력에 의해 발생했음을 보여줍니다.

3. 표면 침탄형 담금질 균열
탄소 함량이 약 0.30%인 중탄소 크롬-몰리브덴 미량합금강을 사용하여 이음매 없는 강관을 생산할 때, 강관 외표면에 국부적으로 담금질 균열이 발생하는 경우가 종종 있습니다. 미세 분석 결과, 담금질 균열 주변 구조에 침탄층이 존재하며, 침탄층의 깊이는 0.5~2.0mm인 것으로 나타났습니다. 이러한 담금질 균열 발생 원인은 강관 외표면의 국부적인 침탄으로 인해 담금질 과정에서 침탄 부위에 과도한 응력이 발생하여 균열이 형성된 것으로 추정됩니다. 이음매 없는 강관 생산 공정을 고려할 때, 강관 표면의 탄소 함량 증가는 제강 과정에서 생성된 고탄소 보호 슬래그가 원자재 표면에 부착되어 환형로의 고온 가열 과정에서 기지 조직으로 침투하여 압연 후 강관 표면에 국부적인 침탄을 일으키는 것으로 추측됩니다. 강관이 열처리로에 들어가기 전에 기름때나 톱밥과 같은 고탄소 이물질이 표면에 달라붙습니다. 고온 열처리 후 표면의 탄소 함량은 바탕면보다 높아집니다.

4. 균열에 민감한 강종의 담금질 균열
일부 고급 무계목 강관은 합금 원소 함량이 높고 관 자체 강도가 높아 응력장 강도 계수가 높습니다. 이러한 강종은 균열에 매우 취약합니다. 관 표면이나 내부의 미세 결함은 응력 작용 하에서 쉽게 확장되어 균열이 발생합니다. S135 강종 합금 구조관의 표면 담금질 균열 형상 및 구조를 살펴보면, 이러한 유형의 무계목 강관은 다른 강종에 비해 담금질 균열 발생 확률이 현저히 높습니다. 이 강종은 크롬과 몰리브덴 합금 원소 함량이 높아 관 강도가 높지만, 관 미세구조의 소성 변형 조화 능력이 떨어지고 변형 저장 용량이 부족하기 때문입니다. 따라서 변형은 새로운 표면 균열 형성을 통해서만 방출될 수 있으므로 담금질 균열 발생 위험이 높은 강종입니다.