오스테나이트계 스테인리스강의 용접 특성 및 용접봉 선택

오스테나이트계 스테인리스강은 용접성이 양호하여 현재 산업계에서 가장 널리 사용되고 있다. 일반적으로 용접 시 특별한 기술적 조치는 필요하지 않다. 본 논문에서는 열균열, 입계부식, 응력부식균열, 용접부 취성(저온취성, 시그마상 취성, 용융선 취성)의 발생 원인과 예방 대책을 자세히 분석한다.

용접 특성에 대한 이론적이고 실제적인 분석을 통해 다양한 재료를 용접하고 다양한 작업 환경 조건에서 오스테나이트계 스테인리스 강의 용접을 위한 전극 선택 원칙과 방법을 소개합니다.

스테인리스 스틸은 항공, 석유, 화학 및 원자력 산업에서 점점 더 널리 사용되고 있습니다. 스테인리스 스틸은 화학 성분에 따라 크롬 스테인리스 스틸, 크롬-니켈 스테인리스 스틸, 페라이트 스테인리스 스틸, 마르텐사이트 스테인리스 스틸, 오스테나이트 스테인리스 스틸, 오스테나이트-페라이트 듀플렉스 스테인리스 스틸로 나뉩니다.

스테인리스강 중 오스테나이트계 스테인리스강(18-8형 스테인리스강)은 다른 스테인리스강에 비해 내식성이 우수하고, 강도는 낮으나 가소성, 인성이 우수하며, 용접성이 좋아 주로 화학용기, 장비 등에 사용되고 있으며, 현재 산업계에서 가장 널리 쓰이는 스테인리스강이다.

오스테나이트계 스테인리스강은 많은 장점이 있지만, 용접 공정이 올바르지 않거나 용접 재료가 부적절하게 선택되면 많은 결함이 발생하여 궁극적으로 성능에 영향을 미칩니다.

오스테나이트계 스테인리스 강의 용접 특성

• 열 균열 발생 가능성 있음

오스테나이트계 스테인리스강의 핫 크랙은 용접 중 결함을 비교적 쉽게 생성할 수 있으며, 여기에는 용접부의 세로 및 가로 균열, 버 균열, 백킹 용접의 루트 균열 및 다층 용접의 층간 균열 등이 포함되며, 특히 니켈 함량이 비교적 높을 때 그렇습니다. 높은 오스테나이트계 스테인리스강은 생산하기가 더 쉽습니다.

1. 원인

(1) 오스테나이트계 스테인리스강은 액상과 고상상선의 간격이 크고, 결정화 시간이 길며, 단상 오스테나이트 결정배향이 강하여 불순물 편석이 비교적 심하다.

(2) 열전도도가 작고 선팽창계수가 크기 때문에 용접시 큰 용접내부응력(일반적으로 용접부와 열영향부의 인장응력)이 발생한다.

(3) 오스테나이트계 스테인리스강 중의 C, S, P, Ni 등의 성분은 용융풀에서 저융점 공융금속을 형성한다. 예를 들어 S와 Ni로 형성된 Ni3S2의 용융점은 645도인 반면, Ni-Ni3S2 공융금속의 용융점은 625도에 불과하다.

2. 예방조치

(1) 이중상 구조 용접을 사용하여 용접 금속을 가능한 한 오스테나이트와 페라이트 이중상 구조로 만들고 페라이트 함량을 3~5% 이하로 제어하여 오스테나이트 주상 결정 방향을 교란할 수 있습니다. 입자 미세화. 그리고 페라이트는 오스테나이트보다 더 많은 불순물을 용해하여 오스테나이트 입계에서 저융점 공융 혼합물의 편석을 줄일 수 있습니다.

(2) 용접공정 대책 용접공정에서는 알칼리성 피막이 있는 고품질 전극을 사용하고, 선에너지를 적게 하고, 전류를 적게 하고, 빠른 비스윙용접을 하며, 끝부분의 아크피트를 채우고 바텀업은 아르곤아크용접을 하는 등 용접응력과 크레이터균열을 적게 한다.

(3) 화학성분 조절 용접부 내 S, P 등의 불순물 함량을 엄격히 제한하여 저융점 공융성분을 감소시킨다.

• 입계부식

부식은 결정립 사이에서 발생하며, 이로 인해 결정립 간 결합이 손실되고 강도가 거의 완전히 소실되며, 응력을 받으면 결정립계를 따라 파괴됩니다.

1. 원인

크롬 고갈 이론에 따르면 용접부와 열영향부를 450~850도(위험 온도대)의 감응 온도로 가열하면 크롬의 원자 반경이 크기 때문에 확산 속도가 작고 과포화 탄소는 오스테나이트 입자로 경향이 있습니다. 경계는 확산되어 입계에서 크롬 화합물과 함께 Cr23C6를 형성하여 크롬이 부족한 입계를 생성하여 부식에 저항하기에 충분하지 않습니다.

2. 예방조치

(1) 탄소함량 조절

저탄소 또는 초저탄소(W(C) 0.03% 이하) 스테인리스강 용접용 소모품(예: A002 등)을 사용합니다.

(2) 안정제를 첨가한다

강 및 용접 재료에 Cr보다 C와의 친화성이 강한 Ti, Nb 및 기타 원소를 첨가하면 C와 결합하여 안정적인 카바이드를 형성하여 오스테나이트 입계에서 크롬 고갈을 피할 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 스테인리스 강 및 용접 재료에는 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni12MO2Ti 강, E347-15 전극, H0Cr19Ni9Ti 용접 와이어 등과 같이 Ti, Nb가 포함됩니다.

(3) 양방향 조직 도입

Cr, Si, AL, MO 등의 페라이트 형성 원소를 일정량 용접 와이어 또는 전극에 의해 용접부에 용융시켜 오스테나이트+페라이트의 2상 구조로 형성하는데, 이는 Cr이 페라이트에 존재하기 때문이다. 페라이트의 확산 속도는 오스테나이트보다 빠르므로 Cr이 페라이트에서 결정립계로 더 빨리 확산되어 오스테나이트 결정립계에서 크롬이 고갈되는 현상을 완화한다. 일반적으로 용접 금속의 페라이트 함량은 5%~10%로 제어한다. 페라이트가 너무 많으면 용접부가 취성이 된다.

(4) 급속냉각

오스테나이트계 스테인리스강은 경화를 일으키지 않으므로 용접 과정에서 구리 백킹 플레이트를 이용해 냉각하거나 용접물 아래에 직접 물을 뿌리는 등 용접 접합부의 냉각 속도를 높여 볼 수 있습니다.

용접 공정에서는 낮은 전류, 높은 용접 속도, 짧은 아크, 멀티 패스 용접과 같은 조치를 사용하여 용접부가 위험 온도 영역에 머무르는 시간을 단축하여 크롬 결핍 영역이 형성되는 것을 방지할 수 있습니다.

(5) 용액처리 또는 균질화 열처리를 실시한다. 용접 후 용접부를 1050-1100도까지 가열하여 탄화물을 재용해하여 오스테나이트로 만든 후 급냉시켜 안정된 단상 오스테나이트 조직을 형성한다.

또한, 850-900도에서 2시간 동안 균질화 열처리를 수행할 수도 있다. 이때 오스테나이트 입자 내의 Cr은 결정립계로 확산되고 결정립계의 Cr 함량은 다시 12% 이상에 도달하여 결정립이 형성되지 않는다. 부식된다.

• 응력부식균열

응력과 부식성 매체의 결합 작용 하에서 금속의 부식 손상. 스테인리스 스틸 장비 및 부품의 응력 부식 균열 사례와 실험 연구에 따르면, 특정 정적 인장 응력과 특정 온도에서 특정 전기 화학적 매체의 결합 작용 하에서 기존 스테인리스 스틸은 응력 부식을 생성할 가능성이 있다고 볼 수 있습니다.

응력부식의 가장 큰 특징 중 하나는 부식성 매체와 재료의 조합에서 선택성입니다. 오스테나이트계 스테인리스강의 응력부식을 일으키기 쉬운데, 주로 염산과 염화물 이온을 함유한 염화물뿐만 아니라 황산, 질산, 수산화물(알칼리), 해수, 수증기, H2S 수용액, 진한 NaHCO3+NH3+NaCl 수용액 및 기타 매체가 있습니다. 기다려.

1. 원인

응력 부식 균열은 용접 조인트가 특정 부식 환경에서 인장 응력을 받을 때 발생하는 지연 균열 현상입니다. 오스테나이트 스테인리스강 용접 조인트의 응력 부식 균열은 용접 조인트의 심각한 파손 형태로, 소성 변형 없이 취성 파손으로 나타납니다.

2. 예방조치

(1) 성형공정 및 조립공정을 합리적으로 수립하여 냉간가공 변형도를 최소화하고 강제조립을 피하며 조립공정 중 각종 흠집(각종 조립흠집 및 아크 화상은 SCC의 균열원이 되어 부식을 일으키기 쉬움)을 방지한다.

(2) 용접재료의 합리적 선정 용접부와 모재는 양호한 적합성을 가져야 하며, 결정립의 조대화, 단단하고 취성적인 마르텐사이트 등 조직이 불량한 것이 없어야 한다.

(3) 적절한 용접 공정을 채택하여 용접 이음매가 잘 형성되고 언더컷 등과 같은 응력 집중 또는 피팅 결함이 발생하지 않도록 보장하고 합리적인 용접 순서를 채택하여 용접 잔류 응력 수준을 줄입니다. 예를 들어, 교차 용접을 피하고 Y자형 홈을 X자형 홈으로 변경하고 홈 각도를 적절히 줄이고 짧은 용접 비드를 사용하고 작은 라인 에너지를 사용합니다.

(4) 응력제거처리를 위한 용접후 열처리로 완전소둔처리 또는 용접후 어닐링 등이 있으며, 열처리가 곤란한 경우에는 용접후 해머링이나 쇼트피닝을 실시한다.

(5) 생산관리 대책으로는 액상암모니아 매체중의 O2, N2, H2O 등, 액화석유가스중의 H2S, 염화물용액중의 O2, Fe3+, Cr6+ 등의 매체중 불순물을 제어하고, 방식처리(코팅층, 라이닝, 음극방식 등)를 실시하여 방식제를 첨가한다.

• 용접 접합부의 취성

오스테나이트계 스테인리스강의 용접부가 고온에서 일정 시간 가열되면 충격 인성이 감소하는 현상, 즉 취성이 발생합니다.

1. 용접금속의 저온취성(475도 취성)

(1) 원인

페라이트 상이 더 ​​많은(15%~20% 이상) 이중상 용접 구조는 350~500도에서 가열한 후 가소성과 인성이 현저히 감소합니다. 취성 속도가 475도에서 가장 빠르므로 475도 취성이라고 합니다.

오스테나이트계 스테인리스강 용접 접합부의 경우, 내식성이나 내산화성이 항상 가장 중요한 특성은 아니지만, 낮은 온도에서 사용할 경우 용접 금속의 소성 인성이 가장 중요한 특성이 됩니다.

저온 인성 요구 사항을 충족하기 위해 용접 구조는 일반적으로 델타 페라이트의 존재를 피하기 위해 단일 오스테나이트 구조를 얻기를 바랍니다. 델타 페라이트의 존재는 항상 저온 인성을 저하시키고 함량이 많을수록 이러한 취성이 더 심각해집니다.

(2) 예방조치

①용접금속의 균열저항성 및 내식성을 확보한다는 전제 하에 페라이트상은 5% 정도로 낮은 수준으로 제어해야 한다.

② 475도에서 취화된 용접부는 900도에서 담금질하여 제거할 수 있다.

2. 용접부의 시그마상 취성

(1) 원인

The long-term use of austenitic stainless steel welded joints in the temperature range of 375 to 875 ° C will produce an inter-FeCr compound called σ phase. The σ phase is hard and brittle (HRC>68).

σ상이 석출되어 용접부의 충격인성이 급격히 떨어지며 이를 σ상 취성이라고 한다. σ상은 일반적으로 2상 구조 용접부에서만 나타나며, 사용온도가 800~850도를 초과하면 σ상이 단상 오스테나이트 용접부에도 석출된다.

(2) 예방조치

①용접금속의 페라이트 함량을 제한(15% 이하)하고 초합금 용접재료, 즉 고니켈 용접재료를 사용하고 Cr, Mo, Ti, Nb 등의 원소 함량을 엄격히 통제한다.

② 고온에서 용접금속의 체류시간을 단축하기 위한 소형사양 채택

③ 석출된 σ상은 조건이 허락하는 경우 고용처리를 하여 σ상이 오스테나이트에 용해되도록 한다.

④용접부를 1000-1050도까지 가열한 후 급속히 냉각시킨다. 1Cr18Ni9Ti강에서는 일반적으로 σ상이 생성되지 않는다.

3. 융합선이 취약하다

(1) 원인

오스테나이트계 스테인리스강을 고온에서 장시간 사용하면 용융선 바깥의 몇 개의 결정립을 따라 취성파괴가 발생합니다.

(2) 예방 및 관리 조치

강철에 Mo을 첨가하면 강철의 고온 취성 파괴 저항성을 향상시킬 수 있습니다.

위의 분석을 통해, 위의 용접 공정 조치 또는 용접 재료의 합리적인 선택만이 위의 용접 결함을 피할 수 있습니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 우수한 용접성을 가지고 있으며, 거의 모든 용접 방법을 오스테나이트계 스테인리스강의 용접에 사용할 수 있습니다.

다양한 용접 방법 중 전극 아크 용접은 다양한 위치와 다양한 판 두께에 적응할 수 있는 장점이 있으며 널리 사용됩니다. 다음은 다양한 용도에서 오스테나이트계 스테인리스 강 전극의 선택 원칙과 방법을 분석하는 데 중점을 둡니다.

오스테나이트계 스테인리스강 전극선정의 핵심사항

스테인리스강은 주로 내식성에 사용되지만 내열강, 저온강으로도 사용됩니다. 따라서 스테인리스강을 용접할 때 전극의 성능은 스테인리스강의 용도와 일치해야 합니다. 스테인리스강 전극은 기본 금속과 작업 조건(작업 온도 및 접촉 매체 등 포함)에 따라 선택해야 합니다.

(1) 제1항

일반적으로 전극의 선택은 기본 금속의 재료를 참조할 수 있으며 기본 금속과 동일하거나 유사한 조성의 전극을 선택할 수 있습니다. 예: A102는 0Cr18Ni9에 해당하고 A137은 1Cr18Ni9Ti에 해당합니다.

(2) 제2항

탄소 함량은 스테인리스 강의 내식성에 큰 영향을 미치므로 일반적으로 증착 금속의 탄소 함량이 기본 금속의 탄소 함량보다 높지 않은 스테인리스 강 전극을 선택합니다. 예를 들어 316L은 A022 전극을 사용해야 합니다.

(3) 제3항

오스테나이트계 스테인리스 강의 용접 금속은 기계적 특성을 보장해야 합니다. 이는 용접 절차 자격으로 검증할 수 있습니다.

(4) 항목 4 (오스테나이트계 내열강)

고온에서 사용되는 내열 스테인리스강(오스테나이트 내열강)의 경우, 선택된 전극은 주로 용접 금속의 열간 균열 저항성과 용접 접합부의 고온 성능을 충족해야 합니다.

1. Cr/Ni가 1 이상인 오스테나이트계 내열강, 예를 들어 1Cr18Ni9Ti 등의 경우 일반적으로 오스테나이트-페라이트계 스테인리스 전극을 사용하며, 용접금속에 2-5%의 페라이트를 포함하는 것이 좋다. 페라이트 함량이 너무 낮으면 용접금속의 균열 저항성이 나쁘고, 너무 높으면 고온이나 열처리에서 장기간 사용 시 시그마 취성상을 형성하기 쉬워 균열이 발생한다.

A002, A102, A137과 같은 경우. 일부 특수 응용 분야에서는 모든 오스테나이트 용접 금속이 필요할 수 있으며, A402, A407 전극 등을 사용할 수 있습니다.

2. Cr/Ni를 함유한 안정된 오스테나이트계 내열강의 경우<1, such as Cr16Ni25Mo6, etc., it is generally necessary to increase the Mo, W, Mn in the weld metal while ensuring that the chemical composition of the weld metal is approximately similar to that of the base metal. The content of such elements can improve the crack resistance of the weld while ensuring the thermal strength of the weld metal. Such as using A502, A507.

(5) 항목 5 (부식방지 스테인리스강)

다양한 부식성 매체에서 사용되는 내식성 스테인리스 강의 경우 매체와 작업 온도에 맞게 전극을 선택해야 하며, 내식성이 보장되어야 합니다(용접 접합부의 부식 성능 시험을 실시해야 함).

1. 작동 온도가 300도 이상이고 부식성이 강한 매체의 경우 Ti 또는 Nb 안정화 원소 또는 초저탄소 스테인리스강을 함유한 전극을 사용해야 합니다. 예: A137 또는 A002 등.

2. 묽은 황산이나 염산을 포함한 매질의 경우 Mo 또는 Mo와 Cu를 포함한 스테인리스 전극(예: A032, A052 등)이 많이 사용됩니다.

3. 부식이 약한 장비나 녹 오염을 피하기 위해 Ti 또는 Nb가 없는 스테인리스 전극을 사용할 수 있습니다. 용접 금속의 응력 부식 저항성을 보장하기 위해 초합금 용접 소모품을 사용합니다. 즉, 용접 금속의 부식 저항 합금 원소(Cr, Ni 등) 함량이 모재보다 높습니다. 예를 들어, 00Cr18Ni12Mo2 유형의 용접 재료(예: A022)를 사용하여 00Cr19Ni10 용접물을 용접합니다.

(6) 제6항

저온 조건에서 작동하는 오스테나이트계 스테인리스 강의 경우, 서비스 온도에서 용접 접합부의 저온 충격 인성이 보장되어야 하므로 순수 오스테나이트계 전극을 사용합니다. 예: A402, A407.

(7) 제7항

니켈 기반 합금 전극도 사용 가능합니다. 예를 들어, Mo6 유형의 슈퍼 오스테나이트 스테인리스강은 Mo가 최대 9%인 니켈 기반 용접 소모품으로 용접됩니다.

(8) 8항 : 전극 코팅 유형의 선택

1. 이중상 오스테나이트강 용접금속 자체에 일정량의 페라이트가 포함되어 있어 가소성과 인성이 좋다. 용접금속 균열 저항성 측면에서 기본 코팅과 티타늄 칼슘형 코팅 전극을 비교한다. 탄소강 전극만큼 차이가 크지 않다. 따라서 실제 적용에서는 용접 공정 성능에 더 많은 주의를 기울이고 코팅 유형 코드 17 또는 16(예: A102A, A102, A132 등)이 있는 대부분의 전극을 사용한다.

2. 구조적 강성이 매우 높거나 용접 금속의 균열 저항성이 낮은 경우(예: 일부 마르텐사이트 크롬 스테인리스강, 순수 오스테나이트 크롬-니켈 스테인리스강 등)에만 코팅 코드 15를 선택할 수 있습니다. 기본 코팅 스테인리스강 전극(예: A107, A407 등).

결론적으로

요약하자면, 오스테나이트계 스테인리스강의 용접은 고유한 특성을 가지고 있으며, 오스테나이트계 스테인리스강에 대한 용접 전극의 선택은 특히 주목할 만합니다. 위의 조치는 다른 재료에 대해 다른 용접을 달성하는 데 사용될 수 있다는 것이 장기적인 관행을 통해 입증되었습니다. 다른 재료의 방법과 전극, 스테인리스강 전극은 기본 금속과 작업 조건(작업 온도 및 접촉 매체 등 포함)에 따라 선택해야 합니다. 그것은 우리에게 좋은 지침이 되어 예상 용접 품질을 달성할 수 있습니다.