안녕하세요
열교환기 및 압력용기 제작하는 회사에서 QM으로 근무 중 아래와 같은 불량으로 질의 및 조언 부탁 드립니다.
1. 불량 사진
사진이 바로 붙지 않아 첨부 파일로 대체 합니다.
2. 자재정보
재질: A182-F304L
성분: C:0.026, Si:0.377, Mn:1.75, P:0.032, S:0.011, Ni:8.03, Cr:18.11, N:0.086
기계시험: Y.S:298MPa, T.S: 561MPa, E.L: 67.1%, R.A: 75.4% / Hardness: 159,156,156 Impact: 233,221,239(J)
열처리 Holding Time: 8.0Hr, Holding Temp: 1080도, Cooling: W.C
3. 제품 제작과정
Flange to Nozzle or Girth Flange to Shell 용접 후 산세척
4. 산세척 정보
사진이 바로 붙지 않아 첨부 파일로 대체 합니다.
5. 결함부위 조직사진
사진이 바로 붙지 않아 첨부 파일로 대체 합니다.
6. 상황
위 단조 제품에 대해 같은 히트지만, 모두 불량으로 나오는 경우도 있고, 4개중 1개 또는 2개 이렇게 무분별 하게 나타나고 있습니다.
저희가 판단 하기는 표면에 가공 / 단조중 마르텐사이트 조직이 형성 되었고 해당 부분이 산세액과 반응하여 문제가 발행 했다고 판단 됩니다.
보시기에는 어떤 것으로 보이시는지?
그리고 이를 방지 하기 위해 좋은 방법(작업,검사방법)이 있는지 조언 부탁 드립니다.
산처리 용액의 조성은 질산: 25% / 불산: 7% / 물: 68% 이러하며,
일전에 2~3시간 정도 진행 했을때 이물질, 번자국등 제거가 되지 않아 시간을 조금 오래 가고 있습니다.
그런데, 첨부처럼 같은 히트지만 불량나는게 있고 안나는게 있습니다.
그래서 중점을 어디로 잡아야 하는지 너무 어렵습니다.
마르텐사이트 조직으로 변화한 이유는 뭘까요??
*제품 모양은 아래와 같습니다*
Heat Tint는 용접과정의 산화 정도에 따라 그 깊이가 달라지고 넓이도 달라집니다. 그걸 산으로 제거하려면 많은 시간이 필요하게 되는데, 문제는 그렇지 않은 부분의 경우에는 동일하게 장시간 노출시키면 도리어 과 부식되어 지금과 같은 문제가 생길 수 있습니다.
요즘 전해연마 장비가 Portable로 나오는 게 있습니다. 국산으로 나오는 것도 그리 비싸지 않기에 (몇백만원 이하) 한번 적용해 보시는 것도 추천합니다. 몇년 전에 제가 대전에 있는 모 업체를 통해 그 전해연마 장비를 크기를 좀 키워서 (Customization) 신규 건설된 울산의 한 공장 전체 스테인레스 배관의 용접부와 일부 모재에까지 부식이 진전된 것을 다 청소한 경험이 있습니다,
마르텐사이트 조직의 가공유기변태는 FCC가 냉간상태에서 변형되면 그중 일부가 BCT가 되면서 생깁니다.
Ni의 함량이 적은 금속일수록 이런 문제가 더 잘 생기고 대략 Ni이 20%를 넘어가면 상대적으로 고민이 적어 집니다.
내부에도 용접으로 인한 번 자국이 조금 있어, 사이즈가 작아 디핑을 하여 내/외부 번 자국을 제거 했는데, 공정개선이나 다른 방법이 필요 할 수도 있겠다는 생각이 듭니다. 그런데 왜 같은 히트인데 어떤건 결함이 생기고, 어떤건 안생기는지에 대해서는 계속 의문이 되는 것이 사실 입니다.
전문가가 아니니 참조만 바랍니다.
가공을 의심한다면__가공시 건식가공(절삭유 없는)을 하지 않았는지 확인이 필요합니다. 건식가공일 경우 표면 온도가 높아 크롬탄화물이 석출될 수 있지 않을 까 조심스레 생각합니다. 아시는 바와 같이 FCC구조를 갖는 300계 스텐레스는 일반 BCC구조를 갖는 카본 재질에 비해 열 확산 속도가 늦어 표면에 열이 집중적으로 쌓일 수 있다는 생각을 해 봅니다.(간혹 거짓말을 자연스럽게 하는 쳇gpt에서는 건식가공시 표면온도가 300~800도 이라하네요)
단조공정을 의심한다면__단조 후 solution annealing을 하였는지 하였다면 근거로 열처리 차트는 있는지 등등을 확인 할 필요가 있어 보이네요 차트에서 소재를 장출후 냉각수조에서 까지 냉각 온도를 기록하고 있는지(간혹 기록을 하지 않고 로에서 장출하는 순간 차트 기록을 하지 않고 동영상 등으로 보여 주는 경우가 있습니다.) 수조 물온도를 어떻게 관리 하는지< 소재 장입시 물온도 소재 장출시 물온도> 특히 열처리를 누락하거나 열처리 과정이 부적절 했다면 크롬탄화물이 표면 결함의 원인 일 수 있겠다는 생각이 드네요.
어디까지나 쇠공장에서 겪은 경험을 가지고 비 전문가인 저 생각을 적은것이니 참조만 바랍니다.
네, 감사합니다.
말씀 하신 사항도 생각을 하고 있기에 가공집 방문 및 단조집을 방문하고 있고, 성적서상 문제가 없어 보이는데 실제 단조집에서 작업하는 것을 보아야 하겠군요... 감사합니다^^
구매된 A183-F304L 재질은 ASTM Standard에 따라 Forging 제작 후 마지막 단계에서 의무적으로 Solution Heat Treatment 를 실시합니다. 따라서 Flange소재에서의 martensite나 ferrite의생성은 기대되지 않습니다. 이 Flange가 Pressure Vessel의 Nozzle용으로 사용된다면 Gasket Contact Face에서 martensite나 ferrite의생성은 여전히 기대가 되지 않습니다. 그럼에도 불구하고 Martenitie 의 생성이 의심된다면 (현 사진으로서는 판단 불가) 추가 조직 검사 (OEM, XRD, SEM, etc.)로 확인이 필요합니다. Gasket Contact Face 애서 Martensite조직이 발견된다면 이 자재는 별도 Client의 승인이 없는 한 불량으로 처리되어야 할 것으로 봅니다.
위의 좋은 답글에서 지적한 바와 같이 장시간 산세척의 노출 시간과 산세척의 용액 (Acid Cleaning으로는 적합하나 passivation을 위해서는 HF용액을 첨가하면 안됨. 아마도 위 Table 상의 부동태/passivation은 산세척/acid cleaning의 오타로 봐짐), 그리고 적합한 Rinsing이 주요 변수가 되는데 여기서는 노출시간과 신속한 Rinsing이 핵심 원인 (severe acidic corrosion)이 될 것으로 봅니다. 이미 조사해 보셨겠지만 ASTM A380의 요구 Procedure와 다시 한번 정밀히 비교해 보시기 바랍니다.
한편, Gasket Contact Face 에서의 Pitting은 사용 가능으로 인정하기가 아주 힘들어 보입니다.
답변 감사합니다.
산체석도 배제를 할 수 없기에 말씀 하신 Code요건등 재 해석을 해 보도록 하겠습니다.
Austenite조직이 가공유기변태에 의해 마르텐사이트로 변화하는 것은 맞습니다만, 그래도 여전히 Cr이 18개가 존재하고, 특별히 열을 가하지 않았다면 탄화물 형성도 없을 것이기에, 내식성의 큰 변화는 없다고 이해합니다. (미세한 차이는 당연히 있을 수 있겠지요. TWI 보고서도 그렇게 얘기하고 있어요.)
지금 산세액에 기기를 담그고 6시간 있었던 것으로 이해하는데, 굳이 그렇게 오래 담가둔 이유가 있나요?
좀더 자세한 조직 검사등이 필요하겠고, 실제로 사용된 산세액의 조성이 어떻게 되는지도 알아야 하겠으나, 일단 산세를 너무 과다하게 한게 아닌가 추정합니다.