서승교
2020-03-24 14:06:00
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ASTM A240 S32050 (22Cr 6Mo 0.2N) Super Austenite Stainless Steel이라고 불리는 재질을 Autogenous GTAW로 할 때, Shielding Gas로는 100%Ar보다는 질소를 4~5%정도 첨가를 하는 것이 내식성에 유리하다는 문헌을 본 적이 있습니다. Shielding Gas로 질소를 첨가하는 궁극적인 목적에 대해서 문의를 합니다.
문의1) Arc열에 의하여 Ar이나 질소 모두 해리되어 모재와 반응을 할 것이 없어 보이는데, 질소를 모재에 고용화 시켜주는 목적인 맞는지요?
문의2) 질소를 첨가시키는 목적인 맞다면 응고시에 300~400도에서의 질소경화는 문제가 없는지 궁금합니다. 끝.
슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강의 제살용접을 할 때 질소 혼합에 대한 질문이군요.
이 문제는 근본적으로 그 관점을 PREN(Pitting Resistance Equilvalent Number)으로 접근하는 것이 올바른 것 같습니다.
PREN = Cr(%) + 3.3Mo(%) + 16N(%)
위의 6Mo Stainless steel은 부식성 액체(해수 등)에 대한 핏팅 내식성을 높이기 위해 PREN을 40이상 높인 것입니다. 이것은 Dupex Stainless steel에서도 PREN이 40이상이면 Super Duplex라고 부르는 것과 같이 이치입니다.
그래서 위의 6Mo 스테인리스강에는 N(질소)를 0.2%만 첨가해도 PREN은 3.2만큼 높아지기 때문에 사용합니다. 다만, 용접을 할 때 모재가 용융하게 되면 그 순간 질소가 쉽게 외부로 빠져나가기 때문에 실드가스에 3%이하(3%초과하면 기공불량 급증) 혼합해주면 질소가 용용금속내에 다시 들어가기 때문에 핏팅 내식성을 떨어트리지 않고 용접부를 얻을 수 있게 됩니다.
그러나 이 경우도 모재는 균일하고 치밀한 압연조직이고 화학성분도 아주 균일하게 되어 었어서 전반적으로 PREN이 상당히 균일하게 분포됩니다. 그러나, 용접부는 응고조직으로 되어 Grain size가 크기도 하며, Grain boundary와 Grain 내부의 화학성분이 상당히 불균일하게 분산됩니다. 따라서 PREN의 최소값이 40이하로 될 가능성이 상당히 높아진다고 하는 연구결과도 있습니다. 이럴 때 사용하는 것이 PREN이 50이상 또는 70이상인 용가재를 첨가하여 용접부의 PREN을 확실하게 안전한 값으로 유지할 수가 있습니다.
최근 이 소재를 심한 부식환경에 종종 사용하는데 용접부의 PREN 관리도 확실하게 해야만 납품 5년후 또는 10년후에 심각한 문제에 봉착하는 일이 없을 것 같습니다.
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