박재훈
2021-08-05 16:39:48
안녕하세요.
용접관련 업무 및 공부를 하다가 궁금증이 생겨 질문 드립니다.
304 316 321 347 등 Austenite STS 용접을 할때, 용접전, 용접후 FN test 합니다.
프로젝트 스펙에 따라 다르겠지만, 304, 316: FN3~8(11) // 321, 347: FN5~8(11)
-> 용접후 hot crack 방지 및 연성, 인성, 내식성 저하를 방지하기 위함이지요.
그런데, 세플러 다이아그램에서 확인을 해봐도 304, 316 대략 FN4~ 6 // 321, 347: 대략 FN 2~5
전류 및 전압, 층간온도를 WPS 규정한 값을 준수함으로써 입열량을 규제하여
FN 3 미만으로 가는것을 방지해 -> Hot crack 가능성을 방지할수 있습니다.
질문1 Austenite STS 경우, 용접부의 FN 15 이상 나올 경우가 있을까요?
냉각속도가 빠르면 변태하지 못한 Ferrite 많이 남아, 내식성의 저하를 가져온다고 하는데,
용접시 냉각속도가 너무 빨라, 변태하지 못한 Ferrite 남아서 FN 증가 시키는 경우가 있나요?
질문2. Austenite STS 경우, 용접부의 FN 1 나왔는데, 용접후 hot crack 발생하지 않았습니다.
-> 향후, 사용상 문제가 될까요?
핫크랙이 발생하지 않는 이상, FN 낮을수록 내식성에 좋으니 사용상 문제가 없는것 아닐까요?
용접 중 Heat Input에 의한 냉각 속도의 변수가 SS 의 Ferrite량의 조절에 이용되기도 합니다. 그러나 DSS의 경우 이 냉각 속도의 변화가 큰 영향을 미치는 반면에 ASS의 경우는 그 영향이 그렇게 크지 않습니다. [아래 References중 Pseudobinary section of the Fe Cr Ni ternary diagram at 70% Fe 참조요] 일반적으로 SS Welds 의 Ferrite 량의 조절은 Filler metal의 Chemical Composition에 의해 가장 큰 영향을 받습니다 (특히 ASS에서 뚜렷). 대부분의 모재는 Mill에서 열처리에 의해 Ferrite가 모두 제거된 상태에서 출하되므로 Filler metal 내의 Ferrite 량은 용접부 (dilution 후) 의 요구 Ferrite량을 맞추기 위해 충분히 높은 값을 가져야 하겠지요. Buffer filler (e.g., 309 SS) 를 사용하지 않는 이상, 304SS, 316 SS 용접부가 15%이상의 Ferrite를 나타내기는 아주 힘듭니다. 당연히, 이런 높은 값은 Toughness와 내식성 (DSS제외) 의 저하를 가져오므로 바람직하지 못하겠지요.
Ferrite가 응고균열에 미치는 영향은 이미 잘 알고 계실테고, 그 Mechanisms을 비롯하여 이 잔류 Ferrite가 금속의 성능에 어떠한 영향을 미치는 가에 대한 여러가지 정량적 Data가 아래의 References (간략히 몇가지만 소개함) 에 소개되어 있으니 참조하시기 바랍니다. Toughness 영향과 Filler Metal에 대한 저의 Lecture Slide (유첨-이 기능이 없어졌네요. email로 주시면 공유하겠습니다)도 도움이 되시길 바랍니다.
참고가 되었으면 하며 검토 후 추가 질문이 있으시면 다시 질의하셔도 좋습니다.
[References]
1. D. Hauser and J.A. Vanecho, Effects of Ferrite Content in in Austenitic Stainless Steel Welds, Welding Journal (sponsored by AWS and WRC), Feb. 1982, p37s to p44s
2. V Shankar, T P S Gill, S L Mannan and S Sundaresan, Solidification cracking in austenitic stainless steel welds, Sadhana, Vol. 28, Parts 3 & 4, June/August 2003, pp. 359–382
3. Cryogenic Toughness of SMA ASS Weld Metals-Part II-Role of Nitrogen, Welding Journal (sponsored by AWS and WRC), Feb. 1979, p34s to p44s
4. Metallurgical Factors Affecting the Toughness of 316L SMA Weldments at Cryogenic Temperatures Welding Journal (sponsored by AWS and WRC), Apr. 1980, p104s to p113s
5. Weldability of Newly Developed Austenitic Alloys for Cryogenic Service-part 1 Overview, Welding Journal (sponsored by AWS and WRC), Nov. 1987, p332s to p-341s
6. http://www.nickelalloys.com.br/Metrode%20CD%202011/Technical%20Literature/Stainless%20Steel%20For%20LNG/Metrode%20LNG%20Paper%20Nov%202005.pdf
7. https://www.springer.com/gp/book/9783030364298 or https://www.amazon.com/Handbook-Engineering-Practice-Materials-Corrosion/dp/3030364291
thomaseun at yahoo.com
FN을 관리하는 이유는 용접부에서 발생하는 고온의 응고균열을 예방하기 위함입니다. 물론 FN이 낮다는 것은 쉽게 부식될 수 있는 F가 그만큼 작다는 것이니 내식성에도 도움이 되겠지요.
입열량을 관리하여 FN을 제어한다는 것은 결국 냉각속도를 제어한다는 얘기인데, 이게 초정의 응고가 F로 부터 시작하는 304와 A로 시작하는 316의 경우가 약간 다릅니다. 304는 F-A Mode로 응고하고 316은 A-F의 Mode로 응고하게 됩니다. 그래서 단순하게 냉각속도만 가지고 얘기하면 일률적인 답변이 어렵겠죠.
FN이 적절한 양이 없다고 해서 무조건 응고균열이 발생하지는 않습니다. 발생 경향이 높다는 표현이 옳겠죠. 초기 응고 과정에서 균열이 없었다면, 그 이후에 다시 응고균열이 발생할 일은 없다고 봐도 됩니다.
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