강철 파이프는 강철로 만든 원통형 튜브로 제조 및 인프라에서 여러 방식으로 사용됩니다. 강철 산업에서 가장 많이 활용되는 제품입니다. 파이프의 주요 용도는 액체나 가스의 지하 수송(석유, 가스, 물 포함)입니다. 그러나 다양한 크기의 파이프가 제조 및 건설 전반에 사용됩니다. 일반적인 가정용 제조 예시는 냉장고 냉각 시스템을 작동하는 좁은 강철 파이프입니다. 건설은 난방과 배관에 파이프를 사용합니다. 핸드레일, 자전거 거치대, 파이프 볼라드 등 다양한 크기의 강철 파이프로 구조물을 지을 수 있습니다.
윌리엄 머독(William Murdoch)이 강철 파이프의 선구자로 여겨집니다. 1815년, 그는 머스켓 통을 연결하여 석탄 램프 연소 시스템을 지지했습니다. 머독은 혁신적인 파이핑 시스템을 사용하여 런던 거리의 램프에 석탄 가스를 수송했습니다.
1800년대 이후 강철 파이프 기술에서 큰 진전이 있었습니다. 제조 방법 개선, 용도 응용 개발, 인증 관리를 위한 규정 및 표준 수립이 포함됩니다.
원자재 용해부터 성형 또는 용접까지, 이 보편적인 건축 자재는 두 가지 주요 공정을 통해 만들어집니다:
두 공정 모두 좋은 품질의 강철을 만드는 것으로 시작해야 합니다. 원료 강철은 주조소에서 용광로에 원자재를 녹이는 공정으로 생산됩니다. 조성을 정확히 맞추기 위해 원소를 용융 금속에 첨가하고 불순물을 제거할 수 있습니다. 결과적인 용융 강철은 잉곳(ingot)을 만들기 위해 금형에 붓거나 연속 주조 기계로 이송되어 슬래브, 빌렛, 블룸을 만듭니다. 파이프는 이 두 제품, 슬래브 또는 빌렛에서 만들어집니다.
강철 스켈프는 2,200°F로 가열된 슬래브로 만들어집니다. 열은 표면에 스케일을 형성하며, 이는 스케일 브레이커와 고압 세척으로 제거되어야 합니다. 세척 후 강철 슬래브는 열간압연되어 스켈프(skelp)라고 불리는 얇고 좁은 강철 스트립이 됩니다. 스켈프는 황산으로 산세(pickling, 표면 세척)되고 물로 씻겨 대형 스풀에 감겨 파이프 제작의 원자재가 됩니다. 스켈프의 폭이 만들 수 있는 파이프 직경을 결정합니다.
스켈프는 스풀에서 풀리고 가열되어 홈 롤러를 통과하여 스켈프 가장자리가 위로 구부러집니다. 이 공정은 두 가장자리가 서로 만나 긴 실린더를 형성하는 원통형 튜브를 생성합니다. 용접 공정으로 가장자리를 결합하고 파이프를 밀봉합니다.
강철 빌렛은 연속 주조 기계에서 직접 생산되거나 주조 잉곳을 압연 및 인발하여 만든 2차 제품으로 생산되는 긴 정사각형 강철 조각입니다. 이 빌렛은 용접선이 없어 일부 응용 분야에서 더 안전한 심리스 파이프 제작에 사용될 수 있습니다.
고체 강철 빌렛은 극한 온도로 가열되어 백열 상태가 되지만 녹지는 않습니다. 기계가 이들을 압연하여 원통형 고체가 되게 합니다. 여전히 뜨거운 상태에서 총알 모양의 피어서(piercer)를 사용하여 중공 중심을 정기적으로 만듭니다. 일련의 밀링 작업이 파이프를 요구 사양에 맞게 성형합니다.
파이프는 최종 공정 단계로 교정 기계를 통과할 수 있으며, 끝에 조인트가 장착됩니다. 소구경 파이프는 일반적으로 나사 조인트가 장착되지만, 대구경 파이프는 보통 파이프 끝에 용접된 플랜지가 장착됩니다. 측정 기계가 완제품 파이프 치수를 확인하고 품질 관리 목적으로 파이프 측면에 세부 사항을 찍습니다.
품질 관리 단계에는 X-레이 기계를 사용하여 파이프 결함 검사가 포함됩니다. 특히 용접선을 따라. 또 다른 기술은 파이프에 물을 채워 지정된 시간 동안 압력을 가해 파이프가 가동되기 전에 치명적인 고장을 일으킬 수 있는 결함을 노출시키는 수압 시험입니다.
파이프는 구조물, 수송, 제조에 사용됩니다. 외경에 따라 크기가 정해지며, 내경은 벽 두께에 따라 달라집니다. 일부 응용 분야는 파이프가 관리해야 하는 힘에 따라 다른 것보다 더 두꺼운 벽이 필요합니다.
구조적 용도는 일반적인 건축 및 건설입니다. 이 산업에서 건축 자재는 일반적으로 강철 튜브(steel tubes)라고 불립니다.
강철 튜브는 파일링(piling)이라는 과정에서 기초에 강도를 제공합니다. 이 응용 분야에서 튜브는 기초가 놓이기 전에 땅 깊숙이 박힙니다. 불안정한 지반에서 높은 건물이나 건설에 안정성을 제공합니다.
파일 기초에는 두 가지 기본 유형이 있습니다:
비계 기둥은 강철 튜브를 연결하여 지상 높이 위의 영역에 건설 작업자가 접근할 수 있는 케이지 형태로 만듭니다.
가드레일도 강철 튜브로 만들어져 계단과 발코니에 심미적으로 만족스러운 안전 기능을 만듭니다.
보안 볼라드는 사람, 건물, 인프라를 차량 충돌로부터 보호하기 위해 영역을 차단하는 데 사용됩니다.
많은 상업용 자전거 거치대는 강철 튜브를 구부려 만듭니다. 강철의 강한 물성 특성은 도난에 대해 안전하게 만듭니다.
강철 파이프의 가장 일반적인 용도는 제품 수송입니다. 재료가 장기간 설치에 적합하기 때문입니다. 단단함과 분해 저항성으로 지하에 매설될 수 있습니다.
저압 응용 분야는 파이프가 상당한 응력에 노출되지 않으므로 높은 강도를 요구하지 않습니다. 얇은 벽 두께로 더 저렴한 제조가 가능합니다. 석유 및 가스 산업에서 사용되는 파이프 같은 더 특수한 응용 분야는 더 엄격한 사양을 요구합니다. 수송되는 제품의 위험성과 라인에 가해질 수 있는 압력 증가 가능성은 높은 강도를 요구하므로 더 두꺼운 벽 두께가 필요합니다. 이는 일반적으로 관련 더 높은 비용을 가져옵니다. 이러한 응용 분야에서는 품질 관리가 중요합니다.
이 자재들이 어떻게 지정되는지, 그리고 그것이 파이프의 정확한 특성에 무엇을 의미하는지에 대해 혼란이 있을 수 있습니다. 미국재료시험학회(ASTM), 미국기계학회(ASME), 미국석유협회(API)는 북미에서 파이프 사양에 가장 많이 참조되는 조직입니다.
사양은 세 가지 주요 범주로 나눌 수 있습니다:
파이프 크기는 '공칭 파이프 크기(Nominal Pipe Size, NPS)'로 표시됩니다. 작은 파이프(NPS 12 미만)의 NPS 숫자 기원은 큰 직경 파이프와 다릅니다. 그러나 특정 NPS 번호의 모든 파이프는 동일한 외부 직경(OD)을 가집니다. 내부 직경은 금속 벽 두께에 따라 달라집니다. 이 이유는 벽 두께에 관계없이 특정 NPS 번호의 모든 파이핑에 동일한 구조적 지지대를 사용할 수 있도록 하기 위함입니다.
강철 파이프 스케줄은 파이프 벽 두께를 설명하는 방법입니다. 이는 파이프 강도와 특정 응용 분야 적합성과 직접 관련되므로 중요한 매개변수입니다. 파이프 스케줄은 무차원 숫자이며, 설계 압력과 허용 응력을 고려한 벽 두께 설계 공식에 따라 계산됩니다.
스케줄 번호 예시는 다음과 같습니다: 5, 5S, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 140, 160, STD, XS, XXS - 가장 일반적인 것은 스케줄 40과 80입니다. 스케줄 번호가 증가함에 따라 파이프 벽 두께가 증가합니다. 파이프의 스케줄 번호는 따라서 내부 직경을 정의합니다. OD는 NPS 번호로 고정되기 때문입니다.
파이프 무게는 외부 직경을 정의하는 NPS와 벽 두께를 정의하는 스케줄을 기반으로 계산할 수 있습니다. 공식은 강철의 이론적 무게인 제곱피트당 40.8파운드(인치 두께당)를 사용하여 상수를 결정합니다.
W = 10.69 × t (OD – t)
여기서:
W = 무게 (피트당 파운드)
OD = 외부 직경
t = 두께
엔지니어링 툴박스(Engineering Toolbox)의 다음 표는 다양한 NPS 파이프의 OD, 벽 두께, 무게 측정치를 보여줍니다. 스케줄 40과 스케줄 80 측정치가 모두 표시됩니다.
| 공칭 파이프 크기 | 스케줄 40 | 스케줄 80 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 외경(in) | 내경(in) | 두께(in) | 무게(lb/ft) | 내경(in) | 두께(in) | 무게(lb/ft) | |
| 1/8 | 0.405 | 0.270 | 0.070 | 0.240 | 0.220 | 0.100 | 0.310 |
| 1/4 | 0.540 | 0.360 | 0.090 | 0.420 | 0.300 | 0.120 | 0.540 |
| 3/8 | 0.675 | 0.490 | 0.090 | 0.570 | 0.420 | 0.130 | 0.740 |
| 1/2 | 0.840 | 0.620 | 0.110 | 0.850 | 0.550 | 0.150 | 1.000 |
| 3/4 | 1.050 | 0.820 | 0.110 | 1.130 | 0.740 | 0.150 | 1.470 |
| 1 | 1.315 | 1.050 | 0.130 | 1.680 | 0.960 | 0.180 | 2.170 |
| 1-1/4 | 1.660 | 1.380 | 0.140 | 2.270 | 1.280 | 0.190 | 3.000 |
| 1-1/2 | 1.900 | 1.610 | 0.150 | 2.720 | 1.500 | 0.200 | 3.650 |
| 2 | 2.375 | 2.070 | 0.150 | 3.650 | 1.940 | 0.220 | 5.020 |
| 2-1/2 | 2.875 | 2.470 | 0.200 | 5.790 | 2.320 | 0.280 | 7.660 |
| 3 | 3.500 | 3.070 | 0.220 | 7.580 | 2.900 | 0.300 | 10.300 |
| 3-1/2 | 4.000 | 3.550 | 0.230 | 9.110 | 3.360 | 0.320 | 12.500 |
| 4 | 4.500 | 4.030 | 0.240 | 10.790 | 3.830 | 0.340 | 14.900 |
| 5 | 5.563 | 5.050 | 0.260 | 14.610 | 4.810 | 0.380 | 20.800 |
| 6 | 6.625 | 6.070 | 0.280 | 18.970 | 5.760 | 0.430 | 28.600 |
| 8 | 8.625 | 7.980 | 0.320 | 28.550 | 7.630 | 0.500 | 43.400 |
| 10 | 10.750 | 10.020 | 0.370 | 40.480 | 9.560 | 0.590 | 64.400 |
| 12 | 12.750 | 11.940 | 0.410 | 53.600 | 11.380 | 0.690 | 88.600 |
| 14 | 14.000 | 13.130 | 0.440 | 63.000 | 12.500 | 0.750 | 107.000 |
| 16 | 16.000 | 15.000 | 0.500 | 78.000 | 14.310 | 0.840 | 137.000 |
| 18 | 18.000 | 16.880 | 0.560 | 105.000 | 16.130 | 0.940 | 171.000 |
| 20 | 20.000 | 18.810 | 0.590 | 123.000 | 17.940 | 1.030 | 209.000 |
| 24 | 24.000 | 22.630 | 0.690 | 171.000 | 21.560 | 1.220 | 297.000 |
ASTM A53 - 강철 파이프 표준 사양, 블랙 및 핫딥 아연도금, 용접 및 심리스 기준.
제조업체는 제품이 화학 분석 및 기계적 특성 사양을 충족함을 검증하기 위해 재료 시험 보고서(Material Test Report) 또는 공장 시험 보고서(Mill Test Report)를 발행합니다. MTR은 제품과 관련된 모든 관련 데이터를 포함하며 제품 수명 주기 내내 동반됩니다.
MTR에 기록될 수 있는 일반적인 매개변수는 다음과 같습니다:
강철 볼라드의 경우 가장 일반적으로 인용되는 사양은 ASTM A53과 ASTM A500입니다.
Reliance Foundry는 강철 파이프로 만든 파이프 볼라드를 공급합니다. 볼라드는 지면에 설치된 수직 파이프 길이로 사람, 건물, 주변 인프라를 차량 충돌로부터 보호합니다.
강철 파이프 볼라드는 차량 충돌 충격을 견딜 만큼 충분히 강한지 확인하기 위해 안전 사양을 준수해야 합니다. 응용 분야에 따라 스케줄 40과 스케줄 80 강철로 강철 파이프 볼라드를 만들 수 있습니다.
강철 파이프 볼라드는 심미적 매력과 강철 파이프 부식 보호를 위해 스테인리스강, 플라스틱, 기타 금속 장식 커버로 덮이는 경우가 많습니다.
금속
내식성과 비용의 차이 고려하기 강철과 스테인리스강은 모두 실질적인 응용 분야부터 매우 작은 부품까지 광범위한 제품에서 발견되는 신뢰할 수 있는 금속입니다. 그렇다면 어느 것이 더 나을까요? 답은 상황에 따라 다릅니다! 강철의 경제성은 많은 프로젝트에 이상적인 금속입니다. 일반적으로 인프라, 선박, 가전제품, 무기, 자동차에 사용됩니다. 반면 스테인리스강은 더 비싸지만 비반응성, 밝은 마감을 가지며 조리기구와 식기, 수술 기구, 산업 장비, 옥외 현장 시설물에서 자주 볼 수 있습니다. 강철과 스테인리스강은 특성과 장점이 다르므로 상호
주철과 주강의 차이는 무엇인가? 주조는 뛰어난 디자인 디테일 구현 능력으로 추가 가공과 조립이 필요 없는 경우가 많습니다. 금속과 합성물을 포함한 다양한 소재를 주조할 수 있지만, 특히 철과 강은 넓은 범위의 애플리케이션에 훌륭한 기계적 특성을 보입니다. 주철과 강은 표면상 비슷해 보일 수 있지만, 생산부터 적용까지 각각 뚜렷한 장단점이 있습니다. 이 장단점을 이해하고 적절히 선택하는 것이, 용서 없는 강도와 내구성과, 금세 광택을 잃고 파손되거나 변형된 부품 사이의 차이를 만듭니다. 탄소 함량이 주된 차이 철과 강은 모두 철
