고온 환경에서 플랜지의 성능은 사용된 재료에 따라 크게 달라지며, 주로 강도 유지, 내산화성, 내크리프성, 열적 안정성 및 매체와의 호환성 측면에서 차이가 있습니다. 다음은 일반적인 재료 범주에 대한 분석입니다.
1. 탄소강 플랜지 (예: Q235, 20# 강) – 저온에서 중간 온도에 적합
고온에서의 강도 저하
탄소강 플랜지는 일반적으로 425°C 이하의 온도에서 사용이 제한됩니다. 350°C 이상에서는 항복 강도가 크게 감소합니다(예: 20# 강의 항복 강도는 실온에서 245 MPa에서 400°C에서 180 MPa로 감소). 450°C 이상에서는 펄라이트 구상화가 발생하여 입자 조대화 및 결국 크리프 파열로 이어집니다.
낮은 내산화성
300°C 이상에서 급격한 산화가 시작되어 느슨한 Fe₃O₄ 층이 형성됩니다. 500°C에서 산화 속도는 300°C보다 5배 빠릅니다. 황 또는 수증기에 노출되면 부식이 더욱 가속화됩니다.
2. 오스테나이트계 스테인리스강 플랜지 (304/316 등) – 고온 부식 저항에 적합
더 나은 고온 강도 및 내산화성
304 스테인리스강은 최대 870°C까지 견딜 수 있으며, 316L (몰리브덴 함유)은 650°C 이하에서 우수한 강도(항복 강도 ≥ 120 MPa)를 유지합니다.
Cr₂O₃ 산화물 층(18-20% 크롬)은 우수한 내산화성을 제공합니다(예: 800°C에서 탄소강보다 90% 낮은 산화 속도).
고온 위험
과민화 (450-850°C): 탄화물 석출은 입계 부식을 유발할 수 있습니다(안정화 처리로 완화, 예: 티타늄을 함유한 321 스테인리스강).
크리프 제한: 650°C 이상에서는 크리프 변형이 가속화되어 허용 응력을 줄여야 합니다(예: 700°C의 316L은 실온 강도의 15%만 가짐).
3. 듀플렉스강 플랜지 (2205, 2507 등) – 고온 부식에 대한 비용 효율적
중간 고온 성능
2205 듀플렉스강은 최대 300°C까지 사용할 수 있으며, 수퍼 듀플렉스 2507은 350°C까지 확장됩니다(300°C에서 항복 강도 > 400 MPa, 304 스테인리스강의 두 배).
350°C 이상에서는 페라이트 상 열화가 가속화되어 오스테나이트강보다 내크리프성이 더 빠르게 감소합니다.
4. 크롬-몰리브덴강 플랜지 (15CrMo, P91 등) – 고온, 고압 조건에 이상적
향상된 강도 및 내크리프성
15CrMo (1-1.5% Cr, 0.5% Mo)는 최대 550°C에서 작동합니다(500°C에서 항복 강도 > 200 MPa).
P91 (9% Cr, 1% Mo)은 650°C 장기간 견딜 수 있으며, 15CrMo의 두 배의 크리프 파열 강도를 가집니다(예: 600°C에서 100,000시간 동안 100 MPa 대 40 MPa).
5. 니켈 기반 합금 플랜지 (Inconel 625, Hastelloy C-276 등) – 극한 조건에 대한 궁극적인 솔루션
타의 추종을 불허하는 고온 성능
Inconel 625는 1093°C에서 > 100 MPa 인장 강도를 유지합니다.
Hastelloy C-276은 최대 1200°C까지 산화에 저항하며, 크리프 수명은 100,000시간을 초과합니다(예: 800°C에서 316L보다 5배 강함).
복잡한 부식에 대한 저항
높은 니켈( ≥50%), 크롬(20-30%), 몰리브덴(10-16%) 함량은 다음을 견딜 수 있습니다.
가혹한 환경(예: H₂S/CO₂를 사용하는 650°C 석탄 가스화기)에서 산화, 응력 부식 및 입계 공격.
고온 황산 또는 황이 풍부한 석유/가스와 같은 극한 조건에서 20년 이상의 서비스에 적합합니다.
고온 환경에서 플랜지의 성능은 사용된 재료에 따라 크게 달라지며, 주로 강도 유지, 내산화성, 내크리프성, 열적 안정성 및 매체와의 호환성 측면에서 차이가 있습니다. 다음은 일반적인 재료 범주에 대한 분석입니다.
1. 탄소강 플랜지 (예: Q235, 20# 강) – 저온에서 중간 온도에 적합
고온에서의 강도 저하
탄소강 플랜지는 일반적으로 425°C 이하의 온도에서 사용이 제한됩니다. 350°C 이상에서는 항복 강도가 크게 감소합니다(예: 20# 강의 항복 강도는 실온에서 245 MPa에서 400°C에서 180 MPa로 감소). 450°C 이상에서는 펄라이트 구상화가 발생하여 입자 조대화 및 결국 크리프 파열로 이어집니다.
낮은 내산화성
300°C 이상에서 급격한 산화가 시작되어 느슨한 Fe₃O₄ 층이 형성됩니다. 500°C에서 산화 속도는 300°C보다 5배 빠릅니다. 황 또는 수증기에 노출되면 부식이 더욱 가속화됩니다.
2. 오스테나이트계 스테인리스강 플랜지 (304/316 등) – 고온 부식 저항에 적합
더 나은 고온 강도 및 내산화성
304 스테인리스강은 최대 870°C까지 견딜 수 있으며, 316L (몰리브덴 함유)은 650°C 이하에서 우수한 강도(항복 강도 ≥ 120 MPa)를 유지합니다.
Cr₂O₃ 산화물 층(18-20% 크롬)은 우수한 내산화성을 제공합니다(예: 800°C에서 탄소강보다 90% 낮은 산화 속도).
고온 위험
과민화 (450-850°C): 탄화물 석출은 입계 부식을 유발할 수 있습니다(안정화 처리로 완화, 예: 티타늄을 함유한 321 스테인리스강).
크리프 제한: 650°C 이상에서는 크리프 변형이 가속화되어 허용 응력을 줄여야 합니다(예: 700°C의 316L은 실온 강도의 15%만 가짐).
3. 듀플렉스강 플랜지 (2205, 2507 등) – 고온 부식에 대한 비용 효율적
중간 고온 성능
2205 듀플렉스강은 최대 300°C까지 사용할 수 있으며, 수퍼 듀플렉스 2507은 350°C까지 확장됩니다(300°C에서 항복 강도 > 400 MPa, 304 스테인리스강의 두 배).
350°C 이상에서는 페라이트 상 열화가 가속화되어 오스테나이트강보다 내크리프성이 더 빠르게 감소합니다.
4. 크롬-몰리브덴강 플랜지 (15CrMo, P91 등) – 고온, 고압 조건에 이상적
향상된 강도 및 내크리프성
15CrMo (1-1.5% Cr, 0.5% Mo)는 최대 550°C에서 작동합니다(500°C에서 항복 강도 > 200 MPa).
P91 (9% Cr, 1% Mo)은 650°C 장기간 견딜 수 있으며, 15CrMo의 두 배의 크리프 파열 강도를 가집니다(예: 600°C에서 100,000시간 동안 100 MPa 대 40 MPa).
5. 니켈 기반 합금 플랜지 (Inconel 625, Hastelloy C-276 등) – 극한 조건에 대한 궁극적인 솔루션
타의 추종을 불허하는 고온 성능
Inconel 625는 1093°C에서 > 100 MPa 인장 강도를 유지합니다.
Hastelloy C-276은 최대 1200°C까지 산화에 저항하며, 크리프 수명은 100,000시간을 초과합니다(예: 800°C에서 316L보다 5배 강함).
복잡한 부식에 대한 저항
높은 니켈( ≥50%), 크롬(20-30%), 몰리브덴(10-16%) 함량은 다음을 견딜 수 있습니다.
가혹한 환경(예: H₂S/CO₂를 사용하는 650°C 석탄 가스화기)에서 산화, 응력 부식 및 입계 공격.
고온 황산 또는 황이 풍부한 석유/가스와 같은 극한 조건에서 20년 이상의 서비스에 적합합니다.
