오스테나이트계 스테인리스 강의 용접 특성: 용접 시 탄성 및 소성 응력과 변형률이 크지만 냉간 균열이 거의 발생하지 않습니다. 용접 접합부에 담금질 경화 구역과 입자 조대화가 없으므로 용접 접합부의 인장 강도가 높습니다.
오스테나이트계 스테인리스강 용접의 주요 문제점은 용접 변형이 크다는 것, 결정립계 특성과 특정 미량 불순물(S, P)에 대한 민감성 때문에 뜨거운 균열이 발생하기 쉽다는 것이다.
오스테나이트계 스테인리스강의 5대 용접 문제점과 그 해결방안
1. 크롬 탄화물의 형성은 용접부의 입계부식 저항성을 감소시킨다.
입계부식 : 크롬불량 이론에 따르면 용접부와 열영향부가 450-850도 감응온도 영역으로 가열되면 크롬 탄화물이 입계에 석출되어 크롬불량 입계가 형성되어 부식 저항력이 부족해진다.
(1) 용접부의 입계부식 및 대상재의 감응온도대 부식에 대해서는 다음과 같은 대책을 적용하여 제한할 수 있다.
a. 모재 및 용접부의 탄소 함량을 낮추고, 모재에 안정화 원소 Ti, Nb 및 기타 원소를 첨가하여 MC를 우선적으로 형성하여 Cr23C6의 형성을 방지한다.
b. 용접부를 오스테나이트와 소량의 페라이트의 2상 구조로 만든다. 용접부에 일정량의 페라이트가 있을 때, 입자를 미세화하고, 입자의 면적을 증가시킬 수 있으며, 입자 경계의 단위 면적당 크롬 탄화물 침전량을 줄일 수 있다.
크롬은 페라이트에서 큰 용해도를 가지며, Cr23C6는 오스테나이트 결정립계가 크롬으로 고갈되지 않도록 페라이트에서 우선적으로 형성됩니다. 오스테나이트 사이에 분산된 페라이트는 결정립계를 따라 내부 확산으로 부식이 발생하는 것을 방지할 수 있습니다.
c. 감응 온도 범위에서 체류 시간을 제어합니다. 용접 열 사이클을 조정하여 600-1000도에서의 체류 시간을 최대한 단축하고 에너지 밀도가 높은 용접 방법(예: 플라스마 아르곤 아크 용접)을 선택합니다.
작은 용접선 에너지를 선택하고, 용접부 뒷면에 아르곤 가스를 통과시키거나 구리 패드를 사용하여 용접부의 냉각 속도를 높이고, 아크 시작 및 아크 종료 횟수를 줄여 반복적인 가열을 피하고, 다층 용접 시 부식성 매체와의 접촉 표면은 가능한 한 멀리 용접 등
d. 용접 후 열보존 후 용액처리 또는 안정화 어닐링(850-900도) 및 공랭을 실시하여 탄화물을 충분히 석출시키고 크롬의 확산을 촉진시킨다.
(2) 용접부의 칼날부식 발생으로 인해 다음과 같은 예방조치를 취할 수 있다.
탄소의 강한 확산성으로 인해 냉각 과정에서 결정립계에서 분리되어 과포화 상태를 형성하지만 Ti와 Nb는 확산성이 낮아 결정에 남아 있습니다. 용접 접합부가 감응 온도 범위에서 다시 가열되면 과포화 탄소가 입계에서 Cr23C6 형태로 침전됩니다.
a. 탄소 함량을 줄입니다. 안정화 원소를 함유한 스테인리스강의 경우 탄소 함량은 0.06%를 초과해서는 안 됩니다.
b. 합리적인 용접 공정을 사용합니다. 고온에서 과열된 영역의 체류 시간을 줄이기 위해 더 작은 용접 라인 에너지를 선택하고 용접 공정 중에 "중온 감작" 효과를 피하도록 주의합니다.
양면 용접의 경우 부식성 매체와 접촉하는 용접 이음매는 마지막에 용접해야 합니다(이것이 대구경 두꺼운 벽 용접 파이프의 내부 용접이 외부 용접 후에 수행되는 이유입니다). 부식성 매체와 접촉하는 과열된 부분은 감응에 의해 다시 가열됩니다.
c. 용접 후 열처리. 용액 또는 안정화 처리가 용접 후에 수행됩니다.
2번, 응력부식균열
응력부식균열 발생을 방지하기 위해 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다.
a. 재료의 올바른 선택과 용접 조성의 합리적인 조정. 고순도 크롬-니켈 오스테나이트계 스테인리스강, 고실리콘 크롬-니켈 오스테나이트계 스테인리스강, 페라이트-오스테나이트계 스테인리스강, 고크롬 페라이트계 스테인리스강 등은 응력 부식 저항성이 좋고, 용접 금속은 오스테나이트계 스테인리스강이다. 2상강의 구조가 페라이트와 페라이트일 때 응력 부식 저항성이 좋다.
b. 잔류응력을 제거하거나 줄입니다. 용접 후 응력 완화 열처리를 실시하고 연마, 샷피닝, 해머링과 같은 기계적 방법을 사용하여 표면 잔류응력을 줄입니다.
c. 큰 응력 집중을 피하기 위한 합리적인 구조 설계.
No3.용접열균열(용접결정균열, 열영향부액화균열)
열 균열 감수성은 주로 재료의 화학적 조성, 구조 및 특성에 따라 달라집니다. Ni는 낮은 녹는점 화합물 또는 S 및 P와 같은 불순물과 공융물을 형성하기 쉽고, 붕소와 실리콘의 분리는 열 균열을 유발합니다.
용접은 방향성이 강한 거친 기둥형 입자 구조를 형성하기 쉽고, 이는 유해한 불순물과 원소의 분리에 도움이 됩니다. 이를 통해 연속적인 결정간 액체 필름의 형성을 촉진하고 열 균열의 민감성을 향상시킵니다. 용접이 불균일하게 가열되면 큰 인장 응력을 형성하기 쉽고 용접 열 균열의 발생을 촉진합니다.
예방 조치:
a. 유해불순물 S, P의 함량을 엄격히 통제합니다.
b. 용접 금속의 질감을 조절합니다. 이중상 구조 용접은 균열 저항성이 좋습니다. 용접의 델타상은 입자를 미세화하고, 단상 오스테나이트의 방향성을 제거하고, 입자 경계에서 유해한 불순물의 분리를 줄이고, 델타상은 더 많은 S를 용해할 수 있습니다.
P를 사용하면 계면 에너지를 감소시키고 결정간 액정막 형성을 조직할 수 있습니다.
c. 용접 금속 합금 조성을 조정합니다. 단상 오스테나이트강의 Mn, C, N 함량을 적절히 증가시키고, 세륨, 곡괭이, 탄탈륨(용접 구조를 정제하고 결정립계를 정화할 수 있음)과 같은 미량 원소를 소량 첨가하여 고온 균열 민감성을 줄입니다.
d. 공정 조치. 용융 풀의 과열을 최소화하여 거친 기둥형 결정의 형성을 방지하고 작은 선 에너지와 작은 단면 용접 비드를 사용합니다.
예를 들어, 25-20형 오스테나이트 강은 액화 균열이 발생하기 쉽습니다. 기본 금속의 불순물 함량과 입자 크기를 엄격히 제한하고, 고에너지 밀도 용접 방법, 작은 라인 에너지를 채택하고, 조인트의 냉각 속도를 높이는 등의 조치를 취합니다.
No4.용접부의 취성
고온강은 용접부위의 가소성을 보장하고 고온취성을 방지해야 하며, 저온강은 용접부위의 저온취성을 방지하기 위해 우수한 저온인성을 가져야 합니다.
No5.용접변형이 크다
열전도도가 낮고 팽창 계수가 크기 때문에 용접 변형이 크고 고정구를 사용하여 변형을 방지할 수 있습니다. 오스테나이트계 스테인리스강의 용접 방법 및 용접 재료 선택:
오스테나이트계 스테인리스강은 아르곤텅스텐아크용접(TIG), 용융전극 아르곤아크용접(MIG), 플라즈마 아르곤아크용접(PAW) 및 잠수아크용접(SAW)으로 용접할 수 있습니다.
오스테나이트계 스테인리스강은 낮은 융점, 낮은 열전도도 및 높은 저항률로 인해 용접 전류가 낮습니다. 좁은 용접과 비드를 사용하여 고온 체류 시간을 줄이고, 카바이드 침전을 방지하고, 용접 수축 응력을 줄이고, 열 균열 민감도를 줄여야 합니다.
용접 소모품, 특히 Cr과 Ni의 합금 원소의 구성은 기본 금속보다 높습니다. 소량(4-12%)의 페라이트를 함유한 용접 소모품은 용접의 우수한 균열 저항성(냉간 균열, 고온 균열, 응력 부식 균열)을 보장하기 위해 사용됩니다.
용접에서 페라이트상이 허용되지 않거나 불가능한 경우, Mo, Mn 및 기타 합금 원소가 포함된 용접 소모품을 선택해야 합니다.
용접 소모품의 C, S, P, Si 및 Nb는 가능한 한 낮아야 합니다. Nb는 순수 오스테나이트 용접에서 응고 균열을 일으키지만 용접에서 소량의 페라이트는 효과적으로 피할 수 있습니다.
용접 후 안정화 또는 응력 완화가 필요한 용접 구조물의 경우 일반적으로 Nb 함유 용접 재료를 선택합니다. 잠수 아크 용접은 중간 판 용접에 사용되며, Cr 및 Ni의 연소 손실은 플럭스 및 용접 와이어의 합금 원소 전이로 보완할 수 있습니다.
큰 침투 깊이로 인해 용접부 중앙부에 열균열이 생기지 않도록 주의하고 열영향부의 내식성이 저하되지 않도록 해야 한다. 얇은 용접 와이어와 작은 용접선 에너지의 선택에 주의를 기울여야 하며, 용접 와이어는 Si, S, P가 낮아야 한다.
내열 스테인리스강 용접부의 페라이트 함량은 5%를 초과해서는 안 됩니다. Cr 및 Ni 함량이 20%를 초과하는 오스테나이트계 스테인리스강의 경우 높은 Mn(6-8%) 용접 와이어를 사용해야 하며, 알칼리성 또는 중성 플럭스를 플럭스로 사용하여 용접부에 Si가 첨가되는 것을 방지하고 균열 저항성을 개선해야 합니다.
오스테나이트계 스테인리스강용 특수 플럭스는 Si 첨가량이 매우 적어 합금 원소의 연소 손실을 보상하기 위해 용접부로 합금을 전달해 용접 성능과 화학 조성에 대한 요구 사항을 충족시킬 수 있습니다.
