18-8 스테인리스강 항복 강도: 값, 냉간 가공 및 설계 데이터

엔지니어가 18-8 스테인리스강 항복 강도에 대해 물으면 가장 유용한 대답은 가장 깔끔하지 않은 대답이기도 합니다. 상황에 따라 다릅니다. 어닐링된 18-8 파이프는 약 205MPa(30ksi) 항복 강도로 공장에서 나오는 반면, 완전 경화로 인발된 동일한 화학 물질은 1,000MPa를 초과할 수 있습니다. 그 사이의 모든 것은 튜브가 얼마나 줄어들었는지, 어닐링된 온도 및 공장 인증서에서 인용하는 테스트 방법에 따라 달라집니다. 그 숫자가 잘못되면 벽 두께 계산, 플랜지 등급 및 지지 간격이 모두 그에 따라 표류합니다.

우리는 Xinhang Special Material Co., Ltd. Hangzhou Branch에서 16년 이상 스테인레스 스틸 파이프를 생산해 왔으며, 18-8 등급은 우리 책상을 넘나드는 대부분의 주문의 근간으로 남아 있습니다. 다음은 우리가 고객과 공유하는 실제적인 그림입니다. 숫자 자체, 그 이유, 구매 주문을 하기 전에 물어볼 만한 질문 등입니다.

18-8 스테인레스 스틸은 실제로 무엇입니까?

18-8은 단일 사양이 아닌 제품군 설명입니다. 이는 약 18%의 크롬과 8%의 니켈을 함유한 오스테나이트계 스테인리스강을 말하며, 이 조합은 1920년대에 상업적으로 사용 가능해졌고 그 이후로 내식성 배관을 지배해 왔습니다. 해당 제품군에는 Type 302, Type 303, Type 304, Type 304L, Type 305 및 Type 384가 있으며 각각 기계 가공성, 성형성, 탄소 함량 또는 딥 드로잉 성능에 맞게 조정되었습니다.

유형 304가 주력입니다. 통일번호 체계 명칭은 S30400이고, 저탄소 형제 304L은 S30403이다. 크롬은 부식에 저항하는 수동 산화막을 공급하는 반면, 니켈은 합금에 인성, 깨끗한 성형성 및 어닐링 조건에서의 비자성 거동을 제공하는 면심 입방 오스테나이트 구조를 안정화시킵니다. 동일한 오스테나이트 구조는 18-8이 인장 시험에서 탄소강처럼 거동하지 않는 이유와 항복 강도를 단순히 곡선을 읽는 것이 아니라 신중하게 정의해야 하는 이유를 설명합니다.

일반적인 18-8 항복 강도 값

아래 표에는 공장 인증서와 304 제품군의 설계 코드에 표시되는 실온 값이 요약되어 있습니다. 최소 수치는 파이프 및 튜브에 대한 일반적인 ASTM 제품 사양을 따릅니다. 냉간 가공 값은 정확한 압하율과 최종 어닐링이 수행된 방식에 따라 달라지기 때문에 보장된 최소값이 아닌 일반적인 범위입니다.

여기서는 두 가지 관찰이 중요합니다. 첫째, 304L의 어닐링된 최소값은 304보다 낮습니다. 왜냐하면 용접 영역을 감작으로부터 보호하기 위해 탄소를 0.030%로 제한하고 탄소가 적다는 것은 고용 강화가 약간 낮다는 것을 의미하기 때문입니다. 둘째, 냉간 가공은 인장 강도를 높이는 것보다 항복 강도를 훨씬 더 높입니다. 이는 두 수치 사이의 간격을 좁히고 굽힘, 벌어짐 및 팽창에 사용할 수 있는 연성 예비력을 줄입니다.

18-8에 급격한 항복점이 없는 이유

탄소강은 갑자기 항복합니다. 인장 시편은 직선 탄성선을 타고 올라갔다가 전위가 격자간 원자에서 벗어나면서 평탄한 상태로 떨어지므로 단일 항복점이 인용될 수 있습니다. 18-8과 같은 오스테나이트계 스테인리스강에는 그러한 틈새 잠금 효과가 없습니다. 곡선은 단순히 구부러지며 탄성 동작이 끝나는 지점은 정의의 문제가 됩니다.

ASTM A370 및 대부분의 국제 표준에서 채택한 규정은 0.2% 오프셋 방지 응력입니다. 탄성 기울기에 평행한 선은 변형률 0.002에서 그려지고, 곡선과 교차하는 응력은 항복 강도로 기록됩니다. 일부 사양에서는 더 단단한 구성 요소에 대해 0.1% 오프셋을 사용하고 일부 기존 문서에서는 1.0% 오프셋을 인용합니다. 실질적인 결과는 간단합니다. 데이터 시트에 오프셋을 명시하지 않고 생산량 수치를 인용하면 그 수치를 다른 어떤 수치와도 비교할 수 없습니다. 이는 또한 18-8 튜빙을 동일한 벽 두께의 탄소강보다 구부리기 어렵게 만드는 뚜렷한 스프링백을 설명합니다.

냉간 가공은 항복 강도의 주요 지렛대입니다.

18-8은 열처리로 강화할 수 없기 때문에 기계적 변형이 일어납니다. 냉간 인발, 필거링 또는 냉간 압연 중에 전위가 증가하고 얽히게 되며 재료는 패스할 때마다 추가 변형에 더욱 강력하게 저항합니다. 벽이 15% 감소하면 항복 강도가 350MPa로 향상될 수 있습니다. 50% 감소하면 800MPa를 넘어설 수 있습니다. 더 많이 줄이면 고압 계측, 유압 라인 및 특정 구조적 응용 분야에 사용되는 단단한 성질이 생성됩니다.

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심하게 냉간 가공된 튜브를 지정하기 전에 무게를 측정해야 하는 절충안이 있습니다. 항복 강도가 높아짐에 따라 연성과 신율은 떨어지고, 튜브의 응력이 완화되지 않으면 잔류 응력이 증가하며, 냉간 가공된 표면이 더 많은 변형 에너지를 저장하기 때문에 염화물 응력 부식 균열에 대한 민감성이 증가할 수 있습니다. 냉간 가공은 또한 18-8을 약간 자성으로 만들어 비자성 기기 및 전력 시스템 응용 분야에 중요합니다. 추가 강도가 필요하지 않은 경우 일반적으로 어닐링된 제품이 더 나은 엔지니어링 선택입니다.

고온 및 저온에서의 항복 강도

오스테나이트계 18-8은 온도가 상승해도 탄소강보다 강도가 더 우수하며 이는 보일러, 열 교환기 및 공정 서비스를 지배하는 이유 중 큰 부분을 차지합니다. 400°C에서 어닐링된 304는 여전히 유용한 부하 용량을 제공하지만 설계 코드에서는 실온 수치보다 훨씬 낮은 수준으로 감소해야 합니다. 약 540°C 이상에서는 항복 강도보다는 크리프 및 응력 파열이 허용 응력을 결정하며 설계자는 ASME 보일러 및 압력 용기 코드 섹션 II 파트 D와 같은 코드의 시간 종속 값을 바탕으로 작업해야 합니다.

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척도의 차가운 끝에서 18-8은 우아하게 행동합니다. 온도가 떨어지면 항복 강도가 증가하고 인장 강도가 증가하며, 페라이트강과 달리 오스테나이트 구조는 극저온에서도 인성을 유지합니다. 증가하는 강도와 유지된 연성의 결합으로 인해 18-8 배관이 액화 가스 및 저온 공정 작업에서 일반적으로 사용됩니다.

항복 강도가 압력 설계에 어떻게 적용되는지

내부 압력을 받는 얇은 벽 파이프의 경우 허용 응력은 관련 코드에 의해 적용되는 안전계수를 사용하여 항복 강도에서 직접 파생됩니다. 압력은 허용 응력의 2배에 벽 두께를 외부 직경으로 나눈 값인 간단한 Barlow 관계식은 관련된 영향력을 보여줍니다. 즉, 부식 허용, 강성 및 연결 요구 사항이 여전히 작동한다면 재료의 항복 강도를 두 배로 늘리면 동일한 압력에 필요한 벽 두께를 절반으로 줄일 수 있습니다.

그렇기 때문에 스케줄 10과 스케줄 160 파이프의 차이는 단지 치수 문제만은 아닙니다. 일정 번호는 벽 두께를 나타내지만 라인이 안전하게 견딜 수 있는 압력은 등급, 온도 및 코드에서 지정하는 허용 응력에 따라 달라집니다. 설계 온도에 적용되는 경감 요인을 포함하여 신중하게 계산을 수행하는 것은 라인 제작에 착수하기 전에 항상 노력할 가치가 있습니다.

요구할 표준 및 문서

산업용 무봉제 18-8 파이프는 일반적으로 ASTM A312, A213, A269 또는 A511에 따라 공급되고 용접 튜브는 ASTM A249 또는 A269에 따라 공급되며 EN 10216-5 및 JIS G3459와 같은 동등한 유럽 또는 일본 사양은 국제 프로젝트에 정기적으로 나타납니다. 각 사양에는 최소 인장 및 항복 값, 허용 가능한 화학적 범위, 이를 검증하는 데 사용되는 테스트 방법이 수정되어 있습니다.

견적을 요청할 때 열 번호 추적이 가능한 밀 테스트 인증서, 재료가 생산된 사양, 공급 조건(어닐링, 광휘 어닐링 또는 냉간 가공)을 요청하십시오. 인용된 항복 강도가 사양 최소값인지 일반적인 값인지 확인하고 사용된 오프셋을 확인합니다. 이 세 가지 세부 사항은 전달된 튜브가 설계 계산의 가정과 일치하지 않을 때 발생하는 대부분의 분쟁을 방지합니다.

프로젝트에 적합한 18-8 파이프 선택

• 성형성과 용접성이 가장 중요한 일반 내식성 서비스에는 어닐링된 304 또는 304L을 사용하십시오.
• 더 높은 항복 강도로 인해 벽 두께, 무게 또는 비용이 실제로 감소하는 경우에만 냉간 가공 튜브를 지정하십시오.
• 견적을 수락하기 전에 코드에 일반적인 속성이 아닌 최소 지정 값이 필요한지 확인하세요.
• 계산에 사용하려는 생산량 수치 뒤에 있는 오프셋 정의와 테스트 표준을 확인하세요.
• 특히 염화물이나 고온이 존재하는 곳에서는 표면 마감과 열처리를 환경에 맞게 조정하십시오.

당사의 자체 제품 범위는 보일러, 압력 용기, 열 교환기, 석유화학, 해양, 장비 및 위생 범주 전반에 걸쳐 이음매 없는 용접된 광택 이음매 없는 파이프를 포괄하므로 항복 강도 질문에 대한 답변은 일반적으로 특정 튜브 권장 사항이 첨부되어 있습니다. 특정 압력 및 온도에 대해 냉간 가공된 제품과 어닐링된 제품의 무게를 측정하는 경우 설계 조건을 보내주시면 어떤 경로를 택할지 명확하게 알려드리겠습니다.

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자주 묻는 질문

18-8 스테인레스 스틸은 304와 동일합니까?

실제로 대부분의 상업용 파이프에서는 그렇습니다. 유형 304는 18-8 제품군에 속하며 일상적인 구매에서 두 이름은 같은 의미로 사용됩니다. 엄밀히 말하면 18-8에는 302, 303, 304L, 305 및 384도 포함되므로 사양에서 18-8을 요구하는 경우 구매자가 실제로 원하는 등급과 탄소 수준을 확인해야 합니다.

18-8 스테인리스 강의 항복 강도는 psi 단위로 얼마입니까?

Annealed Type 304 파이프는 일반적으로 최소 30,000psi(205MPa)로 지정됩니다. 어닐링된 304L은 25,000psi 또는 170MPa로 지정됩니다. 냉간 가공된 재료의 범위는 가벼운 성질에서 대략 45,000psi부터 완전 단단한 상태에서 140,000psi 이상입니다.

18-8은 구부러지거나 형성되면 더 강해 집니까?

예. 냉간 변형은 전위 밀도를 증가시키고 국부적으로 항복 강도를 높입니다. 이는 굽힘에 추가 강성이 필요할 때 도움이 되지만 굽힘 영역은 연성이 덜하고 응력 부식 균열에 더 취약하므로 공격적인 성형 후에 응력 완화 어닐링이 지정되는 경우가 많습니다.

온도가 18-8 항복강도를 변화시키나요?

그렇습니다. 항복강도는 사용 온도가 상승함에 따라 점차 감소하며, 설계 코드에서는 감소된 값을 사용해야 합니다. 극저온에서 항복 강도는 증가하는 반면 연성은 크게 유지됩니다. 이는 탄소강에 비해 오스테나이트 등급의 주요 장점 중 하나입니다.