오스테나이트계 스테인리스강일반적으로 실온에서 순수한 오스테나이트로 구성된 미세구조를 가지고 있습니다. 그러나 일부 변형에는 소량의 페라이트가 포함되어 있어 열간 균열을 방지하는 데 도움이 됩니다. 우수한 용접성으로 인해 오스테나이트계 스테인리스강은 화학 처리 및 석유 부문의 압력 용기 제조와 같은 산업에서 널리 활용됩니다. 그럼에도 불구하고, 용접 작업이 부적절하게 수행되면 오스테나이트계 스테인리스강은 입계 부식, 열간 균열, 응력 부식 균열, 용접 비드 형성 불량 등 다양한 문제에 취약합니다.
오스테나이트계 스테인리스강과 관련된 용접 문제는 무엇입니까?
I. 입계부식
에이. 입계 부식의 원인
입계 부식은 입계에서 발생합니다. 따라서 이를 입계 부식이라고 합니다. 이는 오스테나이트계 스테인리스강의 가장 위험한 분해 형태 중 하나입니다. 부식은 결정립계를 따라 금속 속으로 깊숙이 침투하여 금속의 기계적 성질과 내식성을 모두 저하시키는 것이 특징입니다.
오스테나이트계 스테인리스강을 450~850도의 온도 범위에서 일정 기간 유지하면 크롬 탄화물(Cr23C6)이 결정입계에 석출됩니다. 이 침전에 필요한 크롬은 주로 곡물의 표면층에서 추출됩니다. 입자 내부의 크롬이 이러한 표면층을 보충할 만큼 빠르게 외부로 확산될 수 없는 경우 입자 경계의 크롬 함량,-특히 입자의 표면층-이 떨어지면서 "크롬-고갈 영역"이 생성됩니다. 공격적인 부식성 매체의 영향으로 결정립 경계의 크롬-이 고갈된 영역은 공격에 취약해지며 결과적으로 입계 부식이 발생합니다. 입계 부식에 영향을 받은 스테인리스강은 표면에 눈에 띄는 변화가 나타나지 않을 수 있습니다. 그러나 응력을 받으면 결정립계를 따라 파손되어 구조적 강도가 거의 완전히 손실됩니다.
비. 입계 부식 방지 대책
초-탄소 함량(C 0.03% 이하) 또는 티타늄이나 니오븀과 같은 안정화 원소를 함유한 스테인리스강 용접 전극을 선택하세요.
"낮은-열-입력" 용접 매개변수를 사용합니다. 목표는 임계 온도 범위(450~850도) 내에서 체류 시간을 최소화하는 것입니다. 이는 낮은 용접 전류, 높은 이동 속도, 짧은 아크 길이를 활용하고 가로 직조 동작을 방지함으로써 달성됩니다. 강제 냉각 방법(예: 구리 백킹 플레이트 또는 수냉식 사용)을 용접 이음매에 적용하여 용접 접합부의 냉각 속도를 가속화하고 열{9}}영향부(HAZ)의 크기를 줄일 수 있습니다.
멀티{0}}패스 용접에서는 패스 간 온도를-엄격하게 제어해야 합니다. 이전 용접 비드는 다음 패스가 증착되기 전에 60도 미만으로 냉각되어야 합니다. 부식성 매체와 접촉하는 부품 측면의 용접 이음매를 마지막에 용접해야 합니다. 용접 후 용체화 처리를 수행해야 합니다. 공작물을 1050도에서 1150도 사이의 온도로 가열한 후 담금질합니다. 이 공정을 통해 결정립계의 Cr23C6 석출물이 결정립 내부로 재용해되어 균일한 오스테나이트 미세구조가 복원됩니다.
II. 핫 크래킹
고온 균열의 원인
액상선과 고상선 사이의 온도 간격이 크면-응고 과정 중 온도 범위가 넓다는 것을 의미{1}}하여 낮은{2}}융점-불순물이 심하게 분리되어 결정립 경계에 집중되는 경향이 있습니다. 또한 열팽창 계수가 높으면 냉각 및 수축 중에 상당한 응력이 발생합니다.
열간균열을 통제하기 위한 조치
용접 금속의 미세 구조를 제어합니다. 이상적으로 용접 금속은 페라이트 함량이 3~5% 이하로 유지되는 이중 구조를 보여야 합니다. 페라이트는 황(S), 인(P) 등 유해한 불순물을 상당량 녹이는 능력이 있기 때문이다. 화학 성분을 통제하십시오; 용접 금속의 니켈, 탄소, 황 및 인 함량을 줄이면서-크롬, 몰리브덴, 실리콘, 망간과 같은 원소의 함량을 높이면-열간 균열 발생을 효과적으로 최소화할 수 있습니다.
적절한 유형의 전극 코팅을 선택하십시오. 저-수소-계 코팅 전극을 사용하여 용접 금속의 결정립 미세화를 촉진하고 불순물 편석을 감소시키며 내균열성을 향상시킵니다. 반대로, 산성- 유형 코팅 전극은 강한 산화 특성을 갖고 있어 합금 원소가 상당히 연소-되어 결과적으로 균열 저항성이 감소합니다. 게다가, 이는 거친-결립 구조를 초래하여 용접부를 고온 균열에 매우 취약하게 만듭니다. 적절한 용접 매개변수와 냉각 속도를 사용하십시오. 용접 풀의 과열을 방지하고 신속한 냉각을 촉진하기 위해 '콜드' 용접 매개변수-특히 낮은 전류 및 높은 이동 속도{10}}를 활용합니다. 이는 분리를 최소화하고 균열 저항성을 향상시킵니다. 멀티{12}}패스 용접에서는 패스간 온도를 엄격하게 제어합니다. 다음 비드를 용착하기 전에 이전 용접 비드가 60도까지 냉각되었는지 확인하십시오.
III. 응력 부식 균열
응력 부식 균열의 원인
응력 부식 균열(SCC)은 특정 부식 환경에서 인장 응력을 받을 때 용접 조인트에서 발생하는 지연 균열 현상입니다. 오스테나이트계 스테인리스강 용접 조인트에서 SCC는 거시적인 소성 변형을 동반하지 않는 취성 파괴로 나타나는 특히 심각한 파손 모드를 나타냅니다.
응력 부식 균열 대책
냉각으로 인한 변형을 최대한 최소화하기 위해 적절한 성형, 가공 및 조립 절차를 확립합니다.- 강제 조립을 피하십시오. 조립 과정에서 다양한 표면 결함이 발생하는 것을 방지합니다(다양한 조립-관련 스크래치 및 아크 스트라이크는 SCC의 균열 시작 지점 역할을 할 수 있고 부식 피트로 발전하기 쉽기 때문입니다). 용접 소모품을 신중하게 선택하십시오. 용접 금속과 모재 금속은-결정이 조대화되거나 단단하고 부서지기 쉬운 마르텐사이트와 같은 바람직하지 않은 미세 구조가 형성되는 것을 방지하기 위해 잘 조화되어야 합니다.- 적절한 용접 공정을 사용하십시오. 용접 비드가 응력 집중이나 구멍(예: 언더컷)을 유발할 수 있는 결함이 없고 양호한 형태를 나타내는지 확인합니다. 또한 잔류 용접 응력을 최소화하기 위해 합리적인 용접 순서를 채택합니다. 스트레스 해소-치료를 시행합니다. 여기에는 일반적으로 완전 어닐링 또는 어닐링과 같은 용접 후 열처리가 포함됩니다. 열처리가 어려운 경우에는 -용접 후 피닝 또는 쇼트 블라스팅과 같은-대체 방법을 사용할 수 있습니다-.
IV. 용접 비드 형성 불량
에이. 용접 비드 형성 불량의 원인
오스테나이트계 스테인리스강을 용접할 때 용접 금속 내의 합금 원소 함량이 높으면 용접 풀의 유동성이 저하되어 용접 비드 표면의 형성이 불량해지는 경우가 많습니다. 이는 주로 루트 패스 뒷면의 형성 저하와 캡 패스의 거친 표면 마감으로 나타납니다. 열악한 표면 형성이 용접 성능에 미치는 영향은 주변 또는 고온 작동 조건에서는 특별히 뚜렷하지 않지만, 저온-온도 조건에서는 이러한 결함으로 인한 응력 집중이 용접의 저온 성능에 내부 용접 결함만큼 심각한 영향을 미칠 수 있습니다-.
비. 용접비드 형성 불량 대책
불량한 용접 비드 형성과 관련된 문제-및 열 영향부(HAZ)-내 입계 부식 문제는 용접 공정 최적화를 통해 효과적으로 해결할 수 있습니다. 특히 루트 패스에 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)을 사용하고 낮은 용접 열 입력을 사용하면 HAZ가 민감화 온도 범위에 노출되는 정도를 효과적으로 제어할 수 있습니다.
결론
오스테나이트계 스테인리스강은 화학 및 석유화학 산업에서 널리 사용되는 재료입니다. 그러나 용접에는 입계 부식 및 열간 균열-과 같은 네 가지 주요 결함 유형이 발생하기 쉽습니다. 이 결함의 근본 원인은 주로 온도 제어, 원소 분리 및 잔류 응력과 관련이 있습니다. 기껏해야 이러한 문제는 용접 형태를 손상시킬 뿐입니다. 최악의 경우 재료 성능이 급격히 저하되거나 심지어 부서지기 쉬운 파손이 발생하기도 합니다. 결과적으로, 효과적인 예방 및 제어 전략을 위해서는 전극 선택, 용접 매개변수 최적화, 용접 후 처리-를 비롯한 여러 단계에 걸쳐 포괄적인 관리가 필요하며, 열 입력을 정밀하게 제어하는 것이 핵심입니다.