제윤일님의 글
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현재 저희 회사에서 제철,제강 설비를 제작하고 있습니다.
그런데 이번에 SM490B,SM400B 소재위에 SUS Cladding을 하도록
되어있는 작업이 있습니다.
SUS 의 재질은 상관이 없습니다. 그런데 경도를 HB 200~300을 요구합니다.
본제품은 용접후에 소둔 작업을 해야합니다.
요구하는 경도를 만족하려면 소둔작업후에 작업을 해야 합니까 아니면
작업후에 소둔을 해도 가능합니까
그리고 만족하는 경도를 얻기위한 작업방법에 관해서 알고 싶습니다.
누구든지 답변을 부탁드립니다.

----------------- [답 변] -------------------

뭐라고 답변을 드리고 싶은데, 제가 객관적으로 보여 드릴 수 있는 자료가 부족하고 모든 답변의 근거가 기존의 경험에 근간을 두는 아쉬움을 미리 말씀드립니다.
아마도 다른 전문위원들도 저와 비슷한 심정이기에 답변을 꺼리고 계실것으로 믿습니다.

하나씩 질문의 내용을 확인하면서 답변 드리지요.

우선 질문하신 분의 작업 공정이 정확하게 어떤 것인가에 대한 구분이 없어 조금 아쉽습니다.
Shell 혹은 Head의 성형후에 Weld Overlay로 Clad를 만드는 것인지?
아니면 Clad 철판을 이용한 Shell이나 Head의 가공인지가 불분명합니다.

질문에 따르면, 모재의 두께로 인해 열처리가 요구된다고 기록되어 있습니다.
이런 경우에 실제로 문제가 되는 것은 열처리 이후에 Clad재의 경도 저하가 아니고, Clad 강재의 조직의 변화입니다.
아시겠지만, Austenite Stainless Steel의 경우에는 약 400 ~ 800℃ 정도의 영역에서 Cr-Carbide의 형성에 의해 조직의 내식성이 저하하는 단점이 있습니다. (이에 관한 자세한 설명은 생략합니다.)
모재인 탄소강의 열처리 온도는 이 온도 구역에 해당하며, 결과적으로 Clad재의 기계적 특성과 내식성의 저하를 가져 옵니다.
이를 방지하기 위한 방법으로는 아예 Shell이나 Head의 성형을 끝낸 후에 응력 제거를 위한 열처리를 실시하고 그 위에 Weld Overlay로 Clad를 만들 거나, 안정화 처리된 Austenite Stainless Steel을 사용하는 것입니다.

그리고, 실제 제작시에 문제가 되는 것은 열처리의 적용이라기 보다는 어느 시점에 RT, UT등의 비파괴 검사를 적용할 것인가 하는 문제입니다.
Clad 계면의 여러 불순물과 이종 조직의 접합으로 인한 구조적인 문제점으로 인해 RT, UT의 적용과 모재로 부터 Dillution된 Carbon (Carbide)에 의한 문제점을 파악하기 위한 Coppersulfate나 Nital등의 적용시점을 언제로 할 것인가에 대한 부분이 중요합니다.
ASME Sec VIII Div.1의 UCL 부분에 보면 Clad면이 강도 계산에 포함되지 않고, 추후에 적절한 방법으로 NDE를 적용할 수 있을 경우에는 모재만 용접한 후에 RT, UT등의 NDE를 적용하고, 결과가 양호할 때 후속작업인 Clad 용접을 실시할 수 있다고 되어 있습니다.

저는 예전에 일본 업체를 통해 Clad 용접 까지 다 끝난 후에 전체적으로 열처리를 실시하는 작업 방법을 적용하여 Reactor를 만들어 본 기억이 있습니다. 또한 모재만으로 Reactor를 만들고 열처리 이후에 Weld Overlay로 Clad작업을 수행한 기억도 있지요.
어느 경우에서나, Clad재의 특성이 변화하거나 문제가 된 경우는 없었습니다.
지금 질문하신 내용과 같은 모재의 기계적 특성이나, 내식성 등에 관련된 문제는 제작자의 책임이라기 보다는 근본적으로 Material을 선정하고 설계한 Material Designer의 책임입니다.
열처리 이후에 Clad강재의 기계적특성이나, 내식성등에 문제가 있을 수 있는 강재를 선정하였다면, 제작자에서는 적절한 Back Data를 적용하여 재료의 변경과 이에 따른 Cost & Schedule Impact을 청구하여야 합니다.
지금 걱정하시는 부분에 가장 좋은 Back Data는 직접 해당 Stainless철판을 열처리 하여 열처리 이후의 경도 변화를 살펴 보는 것이 좋겠지요.
(하지만 지금의 경우는 별로 도움이 되지 않습니다. 아래 답변을 참조하세요.)

또한 Clad 강재가 Stainless Steel이면 어느 것이나 좋다고 하셨는 데..
질문에 제시된 경도값은 아마도 Brinell값인 것으로 추정됩니다.
304, 316등의 Austenite Stainless Steel의 경우에 경도값은 Brinell로 ASTM에 따른 기준에 의하면 200 BHN을 조금 상외하는 수준입니다. (201 ~ 217 BHN 정도)
그리고, 실제로 측정한 결과는 거의 전부가 200 BHN 이하이지요.

따라서, 질문하신 내용에 부합되는 실측 경도를 가진 Stainless Steel이라면 2205등과 같은 Duplex Stainless Steel이나 XM-18, XM-29등의 일부 Austenite Stainless Steel이외에는 없습니다.

하지만, 위에 언급한 고 경도의 강종을 Clad로 사용하는 경우는 거의 없습니다.

또한, Austenite Stainless Steel의 특징중에 하나는 열에 의해서 경화하지 않는 다는 것입니다. 심한 냉간 가공에 의한 잔류 응력을 해소하기 위해 열처리를 실시하는 경우는 있어도 용접부 잔류 응력을 제거하기 위한 열처리는 통상적으로 실시하지 않습니다.
그로, 열처리 이후에 경도의 변화도 거의 없는 수준이지요.

도움이 되시길 바랍니다.