20G: GB5310-95에 등재된 강종 번호입니다(해외 브랜드명: 독일 st45.8, 일본 STB42, 미국 SA106B). 보일러 강관에 가장 일반적으로 사용되는 강종입니다. 화학 조성 및 기계적 특성은 기본적으로 20 강판과 동일합니다. 이 강은 상온 및 중고온에서 일정한 강도를 가지며, 탄소 함량이 낮고, 가소성과 인성이 우수하며, 냉간 및 열간 성형과 용접성이 뛰어납니다. 주로 고압 및 고사양 보일러 배관 부속품, 과열기, 재열기, 절약기, 저온부의 수벽 등을 제조하는 데 사용됩니다. 벽 온도가 500℃ 이하인 소구경 가열 표면관, 수벽관, 이코노마이저관 등, 벽 온도가 450℃ 이하인 대구경 증기관 및 헤더(이코노마이저, 수벽관, 저온 과열기 및 재열기 헤더)와 중온 배관 부속품 등이 탄소강으로 만들어집니다. 탄소강은 450℃ 이상에서 장시간 작동 시 흑연화되므로 가열 표면관의 장기 최대 사용 온도는 450℃ 이하로 제한하는 것이 가장 좋습니다. 이 온도 범위에서 강재는 과열기 및 증기관의 요구 사항을 충족하는 강도를 가지며, 내산화성, 소성 인성, 용접성 및 기타 열간 및 냉간 가공성이 우수하여 널리 사용됩니다. 이란 제철소(단일 설비 기준)에 사용되는 강철은 하수 유입관(28톤), 증기수 유입관(20톤), 증기 연결관(26톤), 절약기 헤더(8톤), 과열수 감압 시스템(5톤)이며, 나머지는 평강 및 붐 자재(약 86톤)로 사용됩니다.

SA-210C(25MnG): ASME SA-210 표준에 사용되는 강종입니다. 보일러 및 과열기용 소구경 탄소-망간강으로, 펄라이트 내열강입니다. 중국은 1995년에 이를 GB5310에 이식하고 25MnG로 명명했습니다. 화학 조성은 탄소와 망간 함량이 높은 것을 제외하면 20G와 유사하여 항복 강도가 20G보다 약 20% 높고, 소성 및 인성은 20G와 같습니다. 제조 공정이 간단하고 냉간 및 열간 가공성이 우수합니다. 20G 대신 사용하면 벽 두께와 재료 소모량을 줄일 수 있으며, 보일러의 열전달 효율을 향상시킬 수 있습니다. 사용 부위 및 사용 온도는 20G와 거의 동일하며, 주로 수벽, 절약기, 저온 과열기 등 작동 온도가 500℃ 미만인 부품에 사용됩니다.

SA-106C는 ASME SA-106 표준에 사용되는 강종입니다. 고온의 대구경 보일러 및 과열기에 사용되는 탄소-망간강관입니다. 화학 조성은 20G 탄소강과 유사하지만 탄소와 망간 함량이 높아 항복 강도가 20G보다 약 12% 높으며, 소성 및 인성도 우수합니다. 제조 공정이 간단하고 냉간 및 열간 가공성이 뛰어납니다. 20G 헤더(이코노마이저, 수벽, 저온 과열기 및 재열기 헤더)를 SA-106C로 교체하면 벽 두께를 약 10% 줄일 수 있어 재료비 절감, 용접 작업량 감소, 시동 시 헤더 응력 차이 개선 등의 효과를 얻을 수 있습니다.

15Mo3(15MoG): DIN17175 규격에 따른 강관입니다. 보일러 과열기용 소구경 탄소-몰리브덴 강관으로, 펄라이트계 내열강입니다. 중국은 1995년에 GB5310 규격에 이를 이식하고 15MoG로 명명했습니다. 화학 조성은 단순하지만 몰리브덴을 함유하고 있어 탄소강과 동일한 가공 성능을 유지하면서도 내열성이 우수합니다. 우수한 성능과 저렴한 가격 덕분에 전 세계적으로 널리 사용되고 있습니다. 그러나 고온에서 장기간 사용 시 흑연화 경향이 있으므로 사용 온도는 510℃ 이하로 제한해야 하며, 흑연화 현상을 제어하고 지연시키기 위해 제련 시 알루미늄 첨가량을 제한해야 합니다. 이 강관은 주로 저온 과열기 및 저온 재열기에 사용되며, 벽 온도는 510℃ 미만입니다. 화학 조성은 C0.12-0.20, Si0.10-0.35, Mn0.40-0.80, S≤0.035, P≤0.035, Mo0.25-0.35이며, 일반적인 내화 강도는 σs≥270-285 MPa, σb≥450-600 MPa이고, 소성도 δ≥22입니다.

SA-209T1a (20MoG): ASME SA-209 표준에 사용되는 강종입니다. 보일러 및 과열기용 소구경 탄소-몰리브덴강관으로, 펄라이트 내열강입니다. 중국은 1995년에 이를 GB5310에 이식하고 20MoG로 명명했습니다. 화학 조성은 단순하지만 몰리브덴을 함유하고 있어 탄소강과 동일한 가공 성능을 유지하면서 열 강도가 탄소강보다 우수합니다. 그러나 고온에서 장기간 사용 시 흑연화되는 경향이 있으므로 사용 온도는 510℃ 이하로 제한하고 과열을 방지해야 합니다. 제련 시 알루미늄 첨가량을 제한하여 흑연화 과정을 제어하고 지연시켜야 합니다. 이 강관은 주로 수냉식 벽, 과열기, 재열기 등 벽 온도가 510℃ 미만인 부품에 사용됩니다. 화학 조성은 C0.15-0.25, Si0.10-0.50, Mn0.30-0.80, S≤0.025, P≤0.025, Mo0.44-0.65이며, 정규화된 강도 수준은 σs≥220, σb≥415 MPa이고, 소성 δ≥30입니다.

15CrMoG는 GB5310-95 강종(전 세계 여러 국가에서 널리 사용되는 1Cr-1/2Mo 및 11/4Cr-1/2Mo-Si 강에 해당)입니다. 크롬 함량이 12CrMo 강보다 높아 내열성이 우수합니다. 그러나 550℃를 초과하는 온도에서는 내열성이 크게 저하됩니다. 500~550℃에서 장시간 사용 시 흑연화는 발생하지 않지만, 탄화물 구상화 및 합금 원소 재분포가 발생하여 강열이 저하됩니다. 또한 450℃에서 우수한 이완 저항성을 나타내며, 배관 및 용접 공정 성능이 우수합니다. 주로 550℃ 이하의 증기 매개변수를 사용하는 고압 및 중압 증기 배관 및 헤더, 560℃ 이하의 관벽 온도를 사용하는 과열기 튜브 등에 사용됩니다. 화학 조성은 C0.12-0.18, Si0.17-0.37, Mn0.40-0.70, S≤0.030, P≤0.030, Cr0.80-1.10, Mo0.40-0.55이며, 정상 템퍼링 상태에서의 강도는 σs≥ 235 MPa, σb≥440-640 MPa이고, 소성은 δ≥21입니다.

T22(P22), 12Cr2MoG: T22(P22)는 ASME SA213(SA335) 표준 재질이며, 중국 GB5310-95에 등재되어 있습니다. 크롬-몰리브덴강 계열 중 내열성이 비교적 높고, 동일 온도에서의 내구 강도 및 허용 응력은 9Cr-1Mo강보다도 높습니다. 따라서 해외에서는 화력 발전소, 원자력 발전소 및 압력 용기 등 다양한 분야에 사용되고 있습니다. 그러나 우리나라의 12Cr1MoV강에 비해 기술 경제성이 떨어지기 때문에 국내 화력 발전소 보일러 제조에는 많이 사용되지 않습니다. 사용자가 요청할 경우(특히 ASME 규격에 따라 설계 및 제조된 경우)에만 사용됩니다. 이 강은 열처리에 민감하지 않고, 내구성이 뛰어나며, 용접성이 우수합니다. T22 소구경 튜브는 주로 금속벽 온도가 580℃ 미만인 과열기 및 재열기의 가열 표면 튜브로 사용되며, P22 대구경 튜브는 주로 금속벽 온도가 565℃를 넘지 않는 과열기/재열기 접합부, 박스 및 주 증기 배관에 사용됩니다. 화학 조성은 C≤0.15, Si≤0.50, Mn0.30-0.60, S≤0.025, P≤0.025, Cr1.90-2.60, Mo0.87-1.13이며, 강도는 σs≥280, σb≥ 450-600 MPa(양의 템퍼링 조건 하에서), 소성은 δ≥20입니다.

12Cr1MoVG는 GB5310-95 규격에 등재된 강재로, 국내 고압, 초고압 및 아임계압 발전소 보일러 과열기, 헤더 및 주 증기 배관에 널리 사용됩니다. 화학 조성 및 기계적 특성은 기본적으로 12Cr1MoV 판재와 동일합니다. 화학 조성이 단순하고 총 합금 함량이 2% 미만인 저탄소, 저합금 펄라이트 고온강입니다. 이 강재에서 바나듐은 탄소와 안정적인 탄화물(VC)을 형성하여 강재 내 크롬과 몰리브덴이 페라이트에 우선적으로 존재하게 하고, 페라이트에서 탄화물로의 크롬과 몰리브덴 이동 속도를 늦춰 고온에서 강재의 안정성을 높입니다. 이 강재의 합금 원소 총량은 해외에서 널리 사용되는 2.25Cr-1Mo 강재의 절반에 불과하지만, 580℃ 및 10만 시간 내열 강도는 후자보다 40% 더 높습니다. 또한 제조 공정이 간단하고 용접성이 우수합니다. 열처리 공정을 엄격하게 준수하면 만족스러운 전체 성능과 내열 강도를 얻을 수 있습니다. 실제 발전소 운영 결과, 12Cr1MoV 주 증기 배관은 540℃에서 10만 시간 동안 안전하게 가동한 후에도 계속 사용할 수 있는 것으로 나타났습니다. 대구경 배관은 주로 헤더 및 증기 온도가 565℃ 이하인 주 증기 배관에 사용되고, 소구경 배관은 금속벽 온도가 580℃ 이하인 보일러 가열면 배관에 사용됩니다.

12Cr2MoWVTiB (G102): GB5310-95에 등재된 강종입니다. 1960년대 우리나라에서 개발된 저탄소, 저합금(소량의 다중합금) 베이나이트 고온강입니다. 1970년대부터 야금성 표준 YB529에 포함되어 현재까지 국가 표준으로 사용되고 있습니다. 1980년 말에는 야금성과 기계·전력성의 합동 평가를 통과했습니다. 이 강은 우수한 종합 기계적 특성을 지니고 있으며, 열 강도와 사용 온도는 유사한 해외 강종보다 높아 620℃에서 일부 크롬-니켈 오스테나이트강 수준에 도달합니다. 이는 강재에 다양한 합금 원소가 함유되어 있고, 산화 저항성을 향상시키는 Cr, Si 등의 원소가 첨가되어 있기 때문이며, 따라서 최대 사용 온도가 620℃에 이를 수 있습니다. 발전소의 실제 운전 결과, 장기간 운전 후에도 강관의 구조와 성능은 크게 변하지 않는 것으로 나타났습니다. 주로 초고성능 보일러의 과열관 및 재열관으로 사용되며, 금속 온도는 620℃ 이하입니다. 화학 조성은 C0.08-0.15, Si0.45-0.75, Mn0.45-0.65, S≤0.030, P≤0.030, Cr1.60-2.10, Mo0.50-0.65, V0.28-0.42, Ti0.08-0.18, W0.30-0.55, B0.002-0.008이며, 양의 템퍼링 상태에서 강도는 σs≥345 MPa, σb≥540-735 MPa이고, 소성은 δ≥18입니다.

SA-213T91 (335P91): ASME SA-213(335) 표준에 명시된 강종입니다. 미국 러버리지 국립연구소에서 개발한 원자력 발전소의 고온 고압 부품용 소재(다른 분야에도 사용됨)입니다. 이 강은 T9(9Cr-1Mo) 강을 기반으로 하며, 탄소 함량의 상한 및 하한을 제한하고, P, S 등의 잔류 원소 함량을 더욱 엄격하게 제어하면서, 0.030~0.070%의 미량의 N, 0.18~0.25%의 미량의 강탄화물 형성 원소인 V, 그리고 0.06~0.10%의 Nb를 첨가하여 결정립 특성을 개선한 새로운 유형의 페라이트계 내열합금강입니다. 이 강종은 ASME SA-213에 등재되어 있으며, 중국은 1995년에 GB5310 표준에 이 강종을 이식하여 10Cr9Mo1VNb로 명명했습니다. 또한 국제 표준 ISO/DIS9329-2에는 X10 CrMoVNb9-1로 등재되어 있습니다. 높은 크롬 함량(9%)으로 인해 내산화성, 내식성, 고온 강도 및 비흑연화 경향이 저합금강보다 우수합니다. 몰리브덴(1%)은 주로 고온 강도를 향상시키고 크롬강의 고온 취성 경향을 억제합니다. T9 강종과 비교했을 때 용접성 및 열피로 성능이 향상되었으며, 600°C에서의 내구성은 T9(9Cr-1Mo) 강종의 3배에 달하고, T9 강의 우수한 고온 내식성을 유지합니다. 오스테나이트 스테인리스강과 비교했을 때, 열팽창 계수가 작고 열전도율이 우수하며 내구 강도가 높습니다(예를 들어, TP304 오스테나이트강과 비교했을 때, 최대 내열 온도가 625°C인 반면, 등응력 온도는 607°C입니다). 따라서 종합적인 기계적 특성이 우수하고, 시효 전후의 구조 및 성능이 안정적이며, 용접성 및 가공성이 우수하고, 내구성과 내산화성이 뛰어납니다. 주로 보일러에서 금속 온도가 650℃ 이하인 과열기 및 재열기에 사용됩니다. 화학 조성은 C0.08-0.12, Si0.20-0.50, Mn0.30-0.60, S≤0.010, P≤0.020, Cr8.00-9.50, Mo0.85-1.05, V0.18-0.25, Al≤0.04, Nb0.06-0.10, N0.03-0.07입니다. 양의 템퍼링 상태에서 강도 수준 σs≥415, σb≥585 MPa; 소성 δ≥20.