ERW VS SMLS 파이프: 제조 공정 및 응용

ERW(전기 저항 용접) 파이프는 -평평한 강철 스트립을 원통형으로 냉간 성형하고 전기 저항을 사용하여 가장자리를 용접하여 만듭니다. SMLS(Seamless) 파이프는 단단한 빌렛을 뚫고 용접 없이 중공 튜브로 인발하거나 굴려서 만들어집니다.

ERW 파이프는 비용-효과적이고 더 엄격한 벽 두께 제어로 더 큰 직경에서 사용할 수 있으므로 구조용, 수압 및 저압-~-중압 응용 분야에 이상적입니다. SMLS 파이프는 용접 이음새가 없고 압력 등급이 더 높으며 이음새 부분의 내부식성이 우수하므로 고압, 고온-및 중요한 서비스 응용 분야에 필수 선택입니다.

강관현대 산업의 가장 기본적인 구성 요소 중 하나입니다. 수천 킬로미터에 달하는 파이프라인과 프로세스 시스템을 통해 물, 석유, 가스, 화학 물질 및 증기를 운반합니다. ERW(전기 저항 용접)와 SMLS(심레스 용접)의 두 가지 제조 방법이 시장을 지배하고 있습니다. 잘못된 유형을 선택하면 조기 고장, 안전 사고 또는 불필요한 지출이 발생할 수 있습니다. 이 문서에서는 엔지니어, 조달 관리자 및 프로젝트 소유자가 올바른 선택을 하는 데 도움이 되는 철저한 데이터 기반 비교를 제공합니다.{4}}

ERW 파이프 제작 방법

ERW 제조 공정

ERW 파이프는 풀려 수평을 이루고 성형 공장으로 공급되는 평평한 강철 스트립(스켈프 또는 코일)으로 시작됩니다. 스트립은 일련의 롤러 스탠드를 통해 점진적으로 둥근 원통 모양으로 만들어집니다. 그런 다음 형성된 스트립의 가장자리를 전기 저항(구리 전극과의 접촉) 또는 고주파 유도에 의해 단조-용접 온도(약 1300-1400°C)로 가열하고 고압에서 함께 눌러 고체 용접을 형성합니다.

ERW 프로세스 단계(순서대로):(1) Steel coil uncoiling and leveling >> (2) Strip edge trimming and cleaning >> (3) Roll forming: V-shape to U-shape to O-shape (round) >> (4) Edge heating by high-frequency induction (HF-ERW) or low-frequency contact (LF-ERW) >>(5) 단조 압력 용접:

edges squeezed together at 1300-1400 deg C >> (6) Internal and external weld bead removal (scarfing/trimming) >> (7) Sizing and straightening >> (8) Non-destructive testing (UT/RT of weld seam) >>(9) 길이 절단 및 검사

ERW 파이프의 종류

ERW 파이프의 주요 장점

비용-효율적: ERW 파이프는 제조가 간단하고 생산 속도가 빠르기 때문에 동일한 크기와 등급의 이음매 없는 파이프보다 15-35% 저렴합니다.

엄격한 벽 두께 공차: 냉간 압연 스트립은 열간 압연 빌렛- 기반 이음매보다 더 일관된 벽 두께를 제공합니다.

매끄러운 표면 마감: ERW 파이프의 외부 표면은 일반적으로 이음새가 없는 것보다 매끄러워 페인팅 및 코팅에 유리합니다.

더 큰 직경 사용 가능: ERW는 코일에서 NPS 24(603mm OD)를 생산할 수 있지만 NPS 16 이상의 이음매는 전 세계적으로 더 적은 수의 밀로 제한됩니다.

더욱 빠른 납품: ERW 공장은 생산 속도가 더 빨라(최대 100m/분) 리드 타임이 단축됩니다.

ERW 파이프의 주요 제한 사항

용접 솔기:용접 이음새는 ERW 파이프의 본질적인 약점입니다. 현대식 HF-ERW는 고품질-용접을 생산하지만 이음매는 다음과 같은 잠재적인 부위로 남아 있습니다. (1) 용접 결함(융착 부족, 다공성, 함유물); (2) 용접 이음새의 우선적인 부식; (3) 용접 영역의 피로 강도가 낮습니다. (4) 반복 하중 하에서 응력 집중.

용접 이음매 취약성: HAZ는 모재 금속과 미세 구조 및 부식 특성이 다릅니다.

압력 제한: ERW는 일반적으로 클래스 300-600 압력 서비스로 제한됩니다. 극압에는 적합하지 않습니다.

온도 제한: 용접 이음매는 HAZ 입자 성장으로 인해 고온에서 저하될 수 있습니다.

코드 제한 사항: 일부 코드에서는 특정 중요 서비스에 대해 ERW를 금지합니다(예: API 5L PSL-2/PSL-3 Sour 서비스에는 원활한 서비스가 필요할 수 있음).

SMLS 파이프 제작 방법

원활한 제조 공정

이음매없는 파이프는 견고한 원형 강철 빌렛으로 생산됩니다. 빌렛은 회전로에서 약 1200-1280°C로 가열된 후 맨드릴로 구멍을 뚫어 중공 쉘을 형성합니다. 이 쉘은 일련의 압연 작업(mannesmann 플러그 밀, 맨드릴 밀 또는 푸시 벤치)을 통해 벽 두께가 늘어나고 줄어듭니다. 그런 다음 생성된 튜브를 재가열하고 사이징 밀 또는 신장 감소 밀에서 최종 치수로 축소한 후 냉각합니다.

SMLS 프로세스 단계(순서대로):(1) Solid round billet inspection and heating (1200-1280 deg C) >> (2) Piercing: billet pierced by rotating rolls + fixed mandrel to form hollow shell >> (3) Elongation: hollow shell elongated and wall reduced (plug mill or mandrel mill) >> (4) Reheating (for further reduction) >> (5) Sizing / stretch-reducing to final OD and wall thickness >> (6) Cooling on cooling bed >> (7) Heat treatment (normalizing, annealing, or quench + temper as required) >> (8) Straightening, cutting, and inspection >> (9) Non-destructive testing (UT body + ends) >>(10) 수압시험 및 최종검사

원활한 생산 방법

SMLS 파이프의 주요 장점

용접 이음매 없음: 모든 용접-관련 결함, HAZ 및 이음매의 우선적 부식을 제거합니다.

더 높은 압력 등급: 균일한 벽 두께와 이음매가 없기 때문에 더 높은 작동 압력이 가능합니다.

탁월한 고온-성능: 고온에서 HAZ 입자 성장이나 용접 열화가 없습니다.

더 나은 피로 저항성: 솔기 부분에 응력 집중이 없습니다. 원주 주변의 균일한 재료 특성.

코드 승인: 가장 중요한 서비스(핵, 석유화학, 산성 가스)를 포함한 모든 서비스 등급에 승인됩니다.

SMLS 파이프의 주요 제한 사항

더 높은 비용: 더 복잡한 제조로 인해 동등한 ERW 파이프보다 15-40% 더 비쌉니다.

크기 제한: NPS 16-24 이상의 이음매 없는 파이프는 전 세계적으로 더 적은 수의 공장에서 생산됩니다. 가용성과 리드타임이 문제가 될 수 있습니다.

벽 두께 변화: 열간 압연 이음매 없는 파이프는 ERW보다 벽 두께 공차가 더 넓습니다(일반적으로 +/-12.5% ​​대 +/-10%).

표면 마감: 이음매 없는 파이프는 일반적으로 ERW보다 외부 표면(열간 성형)이 더 거칠기 때문에 중요한 용도에 기계 가공이나 연삭이 필요할 수 있습니다.

ERW 대 SMLS: 종합적인 기술 비교

적용 가능한 재료 등급 및 표준

탄소강 등급

스테인레스 스틸 등급

ERW는 일반적인 탄소강 및 오스테나이트 스테인리스 등급(304/316)에 널리 사용 가능합니다. 고성능 합금(듀플렉스, 슈퍼 듀플렉스, 니켈 합금) 및 특수 고온 등급-의 경우 이음매 없는 생산 방법이 지배적이거나 유일한 생산 방법입니다. 재료 등급이 연속적으로만 ​​사용 가능한 경우 선택이 이미 이루어진 것입니다.

압력 등급 및 벽 두께 고려 사항

압력 계산 기초

파이프의 설계 압력은 Barlow 공식(얇은-벽) 또는 Lamé 방정식(두꺼운-벽)을 사용하여 계산됩니다. ERW와 SMLS의 용접 접합 효율 계수(E)는 다릅니다.

바로우 공식(ASME B31.3):P = (2 x S x E x t) / (D - 2 x t) x F

여기서: P=설계 압력(bar), S=허용 응력(MPa), E=접합 효율 계수, t=벽 두께(mm), D=외부 직경(mm), F=설계 계수(코드당 0.4-0.72).

SMLS의 경우 E=1.0; ERW(표준)의 경우 E=0.85, 보충 NDE가 있는 ERW의 경우 E=1.0.

동일한 압력에 대한 벽 두께 비교

동일한 설계 압력을 달성하려면 ERW 파이프는 이음매 없는 파이프보다 벽이 더 두꺼워야 합니다(E=0.85인 경우). 다음 예에서는 이를 보여줍니다.

동일한 설계 압력(100bar, NPS 8, API 5L Gr. B, 200°C)에서 ERW와 SMLS의 벽 두께 및 비용 영향. 출처: ASME B31.3-2022, API 5L-2024, Barlow 공식 계산.

동일한 설계 압력의 경우 E=0.85 ERW 파이프는 이음매 없는 파이프보다 벽이 15-18% 더 두꺼워야 합니다. 이로 인해 ERW가 다음 단계로 더 무거운 일정으로 밀려나 자재 중량과 비용이 50% 이상 추가될 수 있습니다. 그러나 100% 방사선투과검사(RT)를 수행한 ERW는 E= 1.0를 복원하여 벽 패널티를 제거합니다. 트레이드오프: 두꺼운 벽과 RT 비용. 대량의 중압 파이프의 경우 RT를 갖춘 ERW가 더 경제적일 수 있습니다.

부식 성능

ERW 파이프의 용접심 부식

ERW 파이프의 용접 이음매에는 미세 구조가 모재 금속과 다른 열{0}영향부(HAZ)가 있습니다. 탄소강에서 HAZ는 경도와 잔류 응력이 더 높을 수 있으므로 다음과 같은 영향을 받기 쉽습니다.

우선 부식: 용접 이음매는 부식성 환경에서 모재보다 더 빨리 부식됩니다.

황화물 응력 균열(SSC): H2S 환경에서는 HAZ가 더 단단할수록 SSC에 더 취약합니다.

수소-유발 균열(HIC): 용접 이음매가 용접 중에 더 많은 수소를 가두어 HIC 위험을 증가시킵니다.

응력 부식 균열(SCC): 이음매에 용접 집중으로 인한 잔류 응력입니다.

ERW 대 SMLS 파이프에 대한 부식 및 환경 위험 평가. 출처: NACE SP0472-2023, API 5L-2024 PSL 요구 사항, NACE MR0175/ISO 15156-2023, ASME B31.3-2022.

사워 서비스(H2S) 고려 사항

산성 가스 또는 산성 오일(H2S 함유)을 운반하는 파이프라인의 경우 API 5L은 추가 테스트 요구 사항을 부과하는 PSL(제품 사양 수준)을 정의합니다.

Sour 서비스의 ERW와 SMLS에 대한 API 5L PSL 요구 사항. 출처: API 5L-2024, 조항 9(PSL 요구 사항), 부록 H(신맛 서비스).

Sour 서비스의 ERW에 대한 중요 참고 사항:API 5L PSL-2 사워 서비스를 이용하려면 ERW 파이프가 특히 용접 이음매 및 HAZ에 대한 HIC 및 SSC 테스트를 통과해야 합니다. HIC 테스트에서 ERW 파이프의 고장률은 용접 이음매가 수소를 포착하고 경도가 높기 때문에 이음매 없는 파이프보다 훨씬 높습니다. 중요한 신맛 서비스의 경우 많은 운영자는 정책에 따라 이음매 없는 파이프를 지정합니다.

애플리케이션-특정 권장사항

ERW와 SMLS 파이프에 대한{0}}애플리케이션별 권장 사항. 출처: ASME B31.1/3-2022, API 5L-2024, NACE MR0175/ISO 15156, DNV-OS-F101, NFPA 13-2025, 업계 관행.

비용 비교

등급 및 크기별 재료비

자재 비용 비교(2025-2026 시장 가격, SE 아시아/중동 FOB). 출처: Jinie Technology 조달 데이터, MEPS 국제 철강 가격 데이터, 업계 추정. 참고: 가격은 지역, 주문 수량, 시장 상황에 따라 크게 다릅니다.

총 설치 비용 고려 사항

재료 비용은 방정식의 일부일뿐입니다. 총 설치 비용에는 파이프, 용접, NDE, 코팅 및 물류가 포함됩니다.

총 설치 비용 비교(NPS 8, 탄소강, 100m 파이프라인, 2025-2026 가격). 출처: 계약업체 추정치, 업계 벤치마크, Jinie Technology 프로젝트 데이터.

적당한 압력의-압력, 비부식성 배관의 경우-: ERW 파이프의 총 설치 비용은 이음매 없는 배관보다 5{4}}15% 낮습니다. 더 두꺼운 벽이 필요한 고압 서비스의 경우: ERW는 벽이 두꺼울수록 무게와 재료 비용이 추가되므로 비용 이점을 잃을 수 있습니다. SMLS가 더욱 경제적이 되는 손익분기점은 크기에 따라 일반적으로 클래스 300-600 정도입니다.

자주 묻는 질문(FAQ)

Q1: ERW 파이프는 고압 애플리케이션에 안전한가요?-

ERW 파이프는 전체 NDE가 포함된 API 5L PSL-2 또는 ASTM A672에 따라 제조된 경우 중간 정도의 고압-압력 응용 분야(최대 클래스 600)에 사용할 수 있습니다. 그러나 클래스 900 이상의 경우 일반적으로 이음매없는 파이프가 선호되거나 필요합니다. 용접 이음새는 접합 효율 계수를 1.0에서 0.85로 감소시켜 더 무거운 벽을 필요로 하기 때문에 매우 높은 압력에서 제한 요소가 됩니다.

Q2: ERW 파이프를 사워 서비스(H2S)에 사용할 수 있습니까?

예, 하지만 조건이 있습니다. API 5L PSL-2 ERW 파이프는 특히 용접 이음매 및 HAZ에 대한 HIC 및 SSC 테스트를 통과해야 합니다. 용접 이음매는 본질적으로 수소 관련 균열에 더 취약하기 때문에 많은 작업자는 신맛이 나는 서비스를 위해 이음매 없는 서비스를 선호합니다. 중요한 신맛 서비스(2% mol 이상의 H2S, 고압)의 경우 심리스(seamless)가 표준 선택입니다.

Q3: 이음매 없는 파이프가 더 비싼 이유는 ​​무엇입니까?

이음매 없는 파이프는 다음과 같은 이유로 더 비쌉니다. (1) 제조 공정이 더 느리고 에너지 집약적입니다.{1}}(고체 빌렛 가열, 다중 압연 통과) (2) 심리스 밀은 ERW 밀보다 처리량이 낮습니다. (3) 벽 두께 공차가 더 넓어서 동일한 최소 벽에 더 많은 재료가 필요합니다. (4) 전 세계적으로 더 적은 수의 공장에서 대구경-직경의 이음매 없는 파이프를 생산하므로 공급 경쟁이 제한됩니다. 15~40%의 프리미엄은 용접 이음새를 제거하는 비용입니다.

Q4: 이음매 없는 파이프의 최대 직경은 얼마입니까?

이음매 없는 탄소강 파이프는 NPS 36(914mm OD)까지 상업적으로 사용 가능하지만 NPS 16(406mm OD) 이상의 사용은 특수 공장(Vallourec, Tenaris, JFE 등)으로 제한됩니다. NPS 24-36 원활한 리드 타임은 3-6개월이 될 수 있습니다. 최대 NPS 24(610mm OD)의 ERW 파이프는 전 세계 여러 공장에서 더 짧은 리드 타임으로 제공됩니다.

Q5: ERW 파이프의 용접 이음새로 인해 강도가 감소합니까?

용접 이음매는 최신 HF-ERW 파이프의 인장 강도를 감소시키지 않습니다(용접은 비금속 강도와 일치하는 고체-단조 용접입니다). 그러나 용접 이음새는 ASME B31.3에서 접합 효율 계수(E)를 1.0에서 0.85로 감소시킵니다. 이는 용접이 방사선 촬영되지 않는 한(E가 1.0으로 복원됨) 설계 압력 계산에서 허용되는 압력이 더 낮아진다는 것을 의미합니다. 진짜 문제는 강도가 아니라 피로, 부식, 솔기 부위의 균열 전파입니다.

Q6: 솔기 부식을 방지하기 위해 코팅된 ERW 파이프를 사용할 수 있습니까?

예. 외부 코팅(3LPE, FBE, 에폭시)과 내부 라이닝(시멘트 모르타르, HDPE)은 용접 이음새에 효과적인 장벽 보호 기능을 제공합니다. 코팅된 ERW 파이프는 매설된 물, 석유 및 가스 파이프라인의 표준입니다. 그러나 취급, 설치 또는 작동 중 코팅 손상으로 인해 용접 이음새가 노출될 수 있으므로 가장 부식성이 강한 서비스에는 SMLS가 여전히 선호됩니다.

Q7: ERW와 SMLS 파이프에는 어떤 NDE가 필요합니까?

ERW 파이프에는 API 5L 또는 ASTM 표준에 따라 세로 방향 용접 이음매에 대한 초음파 검사(UT) 또는 방사선 검사(RT)가 필요합니다. 용접부에 추가적인 자성 입자(MT) 또는 액체 침투성(PT) 테스트가 필요할 수 있습니다. SMLS 파이프에는 전체 몸체(이음매뿐만 아니라)에 대한 UT 검사와 파이프 끝의 UT 검사가 필요합니다. 두 유형 모두 해당 표준에 따라 수압 테스트가 필요합니다.

Q8: 해양 응용 분야에는 어떤 유형이 더 좋습니까?

해양 공정 배관 및 해저 파이프라인의 경우 일반적으로 다음과 같은 이유로 이음매 없는 파이프가 선호됩니다. (1) 우수한 피로 저항(파하 하중 하에서 피로 균열을 일으키는 용접 이음매가 없음); (2) 신맛이 나는 서비스에서 더 나은 성능; (3) 해수 환경에서 우선적인 부식을 제거합니다. ERW 파이프는 비용이 우선시되는 구조용, 물 주입 및 유틸리티 배관용으로 해상에서 사용됩니다.