고온 파이프 재료 선택 방법? ASTM A106 Gr.B와 API 5L Gr.B의 화학적 조성, 기계적 특성 및 적용성 비교

석유화학, 전력, 보일러 및 압력 용기 등 산업에서 고온 파이프라인 재료의 선택은 장비의 안전성, 신뢰성 및 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. ASTM A106 Gr.B와 API 5L Gr.B는 두 가지 널리 사용되는 탄소강 무선 배관 표준이지만, 그들의 적용 상황과 성능 특징은 크게 다릅니다. 본 문서에서는 화학적 조성, 기계적 특성, 적용 온도 범위, 주요 용도 등을 비교 및 분석하여 엔지니어와 구매자가 더 합리적인 재료 선택 결정을 내릴 수 있도록 돕습니다.

1. 표준 개요 및 주요 응용
표준 ASTM A106 Gr.B API 5L Gr.B
적용 범위 고온고압 파이프라인 (보일러, 열 시스템, 석유화학) 석유 및 천연가스 수송 (장거리 파이프라인, 집합 파이프라인)
제조 공정 무선강관 (Seamless) 무선강관 (Seamless) 또는 용접강관 (Welded)
대표적인 용도 증기 파이프라인, 고온 프로세스 파이프라인 석유 및 가스 수송, 저압 유체 수송
주요 차이점:

ASTM A106 Gr.B는 고온고압 조건을 위해 설계되었으며 증기, 과열된 뜨거운 물 및 고온의 기름 운반에 적합합니다.

API 5L Gr.B는 주로 석유 및 가스 수송을 위해 사용되며 장기적인 고온 안정성보다는 용접 성능과 저온 인성에 더 초점을 맞추고 있습니다.

2. 화학적 성분 비교 (%)

원소 ASTM A106 Gr.B API 5L Gr.B 충격 분석

C (탄소) ≤0.30 ≤0.28 A106는 약간 더 높은 탄소 함량을 가지고 있어 고온 강도를 향상시키지만 용접성은 감소시킴

Mn (망간) 0.29-1.06 0.90-1.20 API 5L의 망간 함량이 더 높아 저온 충격 인성 향상에 기여함

P (인) ≤0.035 ≤0.025 API 5L의 인 함량이 낮아 저온에서의 연성 저하 위험을 줄임

S (황) ≤0.035 ≤0.015 API 5L의 황 함량이 낮아 용접 품질을 향상시킴

Si (규소) ≥0.10 ≥0.10 유사, 내열성을 개선함

결론:

API 5L Gr.B는 P와 S 함량에 대한 더 엄격한 제한을 두어 용접과 저온 환경에 적합함.

ASTM A106 Gr.B는 다소 높은 C와 Mn을 허용하여 고온 강도를 증가시키나 용접 시 사전 가열에 주의해야 함.

3. 기계적 특성 비교
특성 ASTM A106 Gr.B API 5L Gr.B 차이점
인장 강도 (MPa) ≥415 ≥414 기본적으로 동등함
인장 강도 (MPa) ≥240 ≥241 기본적으로 동등함
연신율 (%) ≥30 ≥30 동일
충격 시험 일반적으로 필요하지 않음 저온 환경 등에서 필요할 수 있음 API 5L은 저온 인성에 더 주목함
고온 성능 비교:

ASTM A106 Gr.B는 425°C 이하에서 장기 사용 시 좋은 강도를 유지하며, 보일러 및 열 파이프라인에 적합함.

API 5L Gr.B는 명확한 고온 성능 요구 사항이 없으며, 장기 고온 사용 시 강도가 감소할 수 있음.

4. 적용 온도 범위
재료 권장 온도 범위 제한사항
ASTM A106 Gr.B -29°C에서 425°C까지 425°C 이상에서는 합금 강철을 고려해야 함
API 5L Gr.B -20°C에서 200°C까지 고온에서는 강도가 급격히 감소함
주요 포인트:
ASTM A106 Gr.B는 증기 시스템과 핫오일 파이프라인과 같은 고온 파이프라인에 대한 첫 번째 선택입니다.
API 5L Gr.B는 일반 또는 저온 유가스 운반에 적합하며, 고온 조건에서는 신중히 평가해야 합니다.

5. 재료 선택 권장 사항
ASTM A106 Gr.B를 선택할 때
✅ 고온 조건 (>200°C, 예: 보일러, 열교환기)
✅ 고압 증기 또는 핫오일 파이프라인
✅ 장기적인 고온 안정성이 필요한 경우

API 5L Gr.B를 선택할 때
✅ 석유 및 천연가스 파이프라인
✅ 저온 환경 (충격 시험 필요)
✅ 용접 요구사항이 높은 프로젝트

6. 결론
고온 고압 파이프라인 (예: 발전소, 석유화학 공장) → ASTM A106 Gr.B (더 나은 고온 성능)

석유 및 가스 파이프라인 (예: 장거리 파이프라인, 수집 및 운송 시스템) → API 5L Gr.B (더 나은 용접성 및 저온 인성)

프로젝트가 simultaneously 고온 + 용접 요구사항을 포함할 경우 종합적인 평가가 필요하며, 필요한 경우 사전 가열 또는 용접 후 열처리를 사용하여 안전을 보장합니다.