질문: 우리는 최근 일부 부품을 주로 304 등급 스테인리스강으로 만들어야 하는 작업을 시작했습니다. 이 강은 그 자체와 연강에 용접됩니다. 스테인리스강에서 최대 1.25″ 두께의 스테인리스강 용접부에서 일부 균열 문제가 발생했습니다. 페라이트 수가 적다고 언급되었습니다. 이것이 무엇이며 어떻게 고칠 수 있는지 설명해 주시겠습니까?
A: 좋은 질문입니다. 예, 낮은 페라이트 수의 의미와 이를 방지하는 방법을 이해하는 데 도움을 드릴 수 있습니다.
먼저 스테인리스강(SS)의 정의와 페라이트가 용접 조인트와 어떤 관련이 있는지 검토해 보겠습니다. 검은색 강철과 합금에는 50% 이상의 철이 포함되어 있습니다. 여기에는 모든 탄소 및 스테인리스강과 기타 정의된 그룹이 포함됩니다. 알루미늄, 구리 및 티타늄은 철을 포함하지 않으므로 비철 합금의 훌륭한 예입니다.
이 합금의 주요 구성 요소는 철이 90% 이상인 탄소강과 철이 70~80%인 SS입니다. SS로 분류되려면 적어도 11.5%의 크롬이 추가되어야 합니다. 이 최소 임계값 이상의 크롬 수준은 강철 표면에 크롬 산화막 형성을 촉진하고 녹(산화철) 또는 화학적 공격으로 인한 부식과 같은 산화 형성을 방지합니다.
SS는 주로 오스테나이트, 페라이트 및 마텐자이트의 세 그룹으로 나뉩니다. 그들의 이름은 그들을 구성하는 실온 결정 구조에서 유래합니다. 또 다른 일반적인 그룹은 결정 구조에서 페라이트와 오스테나이트의 균형인 듀플렉스 SS입니다.
오스테나이트 등급인 300 시리즈는 16% ~ 30%의 크롬과 8% ~ 40%의 니켈을 포함하여 주로 오스테나이트 결정 구조를 형성합니다. 오스테나이트-페라이트 비율의 형성을 촉진하기 위해 니켈, 탄소, 망간 및 질소와 같은 안정제가 제강 공정 중에 추가됩니다. 일부 일반적인 등급은 304, 316 및 347입니다. 우수한 내식성을 제공합니다.주로 식품, 화학 서비스, 제약 및 극저온 응용 분야에 사용됩니다. 페라이트 형성 제어는 우수한 저온 인성을 제공합니다.
페라이트계 SS는 완전 자성이고 11.5% ~ 30%의 크롬을 포함하며 페라이트계 주요 결정 구조를 갖는 400 시리즈 등급입니다. 페라이트 형성을 촉진하기 위해 안정제는 강철 생산 중에 크롬, 실리콘, 몰리브덴 및 니오븀을 포함합니다. 이러한 유형의 SS는 자동차 배기 시스템 및 발전소에서 일반적으로 사용되며 고온 응용 분야가 제한됩니다. 일반적으로 사용되는 몇 가지 유형은 405, 409, 430 및 446입니다. .
403, 410 및 440과 같은 400 시리즈로도 식별되는 마르텐사이트 등급은 자성이고 11.5% ~ 18%의 크롬을 포함하며 결정 구조로 마르텐사이트를 포함합니다. 이 조합은 금 함량이 가장 낮아 생산 비용이 가장 적게 듭니다. 그들은 약간의 내식성을 제공합니다.우수한 강도;식기, 치과 및 수술 장비, 조리기구 및 특정 유형의 도구에 일반적으로 사용됩니다.
SS를 용접할 때 모재 유형과 사용 중인 응용 프로그램에 따라 사용할 적절한 용가재가 결정됩니다. 가스 차폐 공정을 사용하는 경우 특정 용접 관련 문제를 방지하기 위해 차폐 가스 혼합물에 특별한 주의를 기울여야 할 수 있습니다.
304를 자체에 납땜하려면 E308/308L 전극이 필요합니다. "L"은 입계 부식을 방지하는 데 도움이 되는 저탄소를 나타냅니다. 이 전극의 탄소 함량은 0.03% 미만입니다.이보다 높은 것은 탄소가 결정립계로 침전되고 크롬과 결합하여 크롬 카바이드를 형성하여 강철의 내식성을 효과적으로 감소시키는 위험을 증가시킵니다. 이는 SS 용접 조인트의 열영향부(HAZ)에서 부식이 발생하는 경우 명백해집니다. L 등급 SS에 대한 또 다른 고려 사항은 직접적인 SS 등급보다 높은 사용 온도에서 인장 강도가 낮다는 것입니다.
304는 SS의 오스테나이트 유형이므로 해당 용접 금속은 대부분의 오스테나이트를 포함합니다. 그러나 전극 자체에는 용접 금속에서 페라이트 형성을 촉진하기 위해 몰리브덴과 같은 페라이트 안정제가 포함됩니다. 제조업체는 일반적으로 용접 금속에 대한 페라이트 양의 일반적인 범위를 나열합니다. 앞서 언급한 바와 같이 탄소는 강력한 오스테나이트 안정제이며 이러한 이유로 용접 금속에 첨가되는 것을 방지하는 것이 중요합니다.
페라이트 번호는 Schaeffler 다이어그램과 WRC-1992 다이어그램에서 파생되며 니켈 및 크롬 등가 공식을 사용하여 값을 계산합니다. 이 값은 다이어그램에 표시될 때 정규화된 번호를 생성합니다. 0과 7 사이의 페라이트 번호는 용접 금속에 존재하는 페라이트 결정 구조의 부피 백분율에 해당합니다.그러나 비율이 높을수록 페라이트 수가 더 빠른 속도로 증가합니다. SS의 페라이트는 탄소강 페라이트와 동일하지 않지만 델타 페라이트라고 하는 상입니다. 오스테나이트계 SS는 열처리와 같은 고온 공정과 관련된 상 변태가 없습니다.
페라이트의 형성은 오스테나이트보다 연성이 높기 때문에 바람직하지만 제어해야 합니다. 낮은 페라이트 개수는 일부 응용 분야에서 내식성이 우수한 용접을 생성할 수 있지만 용접 중 고온 균열이 발생하기 쉽습니다. 일반적인 사용 조건의 경우 페라이트 개수는 5~10 사이여야 하지만 일부 응용 분야에서는 더 낮거나 더 높은 값이 필요할 수 있습니다. 페라이트는 작업 중에 페라이트 표시기를 사용하여 쉽게 확인할 수 있습니다.
균열 문제가 있고 페라이트 수가 적다고 말씀하셨으므로 용가재를 면밀히 살펴보고 충분한 페라이트 수를 생성하는지 확인해야 합니다. 약 8개가 도움이 될 것입니다. 또한 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)을 사용하는 경우 이러한 용가재는 일반적으로 100% 이산화탄소 차폐 가스 또는 75% 아르곤/25% CO2 혼합물을 사용하여 용접 금속에 탄소 흡수를 유발할 수 있습니다. 가스 금속 아크 용접(GMAW) 공정으로 전환하고 98% 아르곤/2% 산소 혼합물을 사용하여 탄소 흡수 가능성을 줄입니다.
SS를 탄소강에 용접하려면 E309L 용가재를 사용해야 합니다. 이 용가재는 이종 금속 용접에 특별히 사용되며 탄소강이 용접부에 희석된 후 일정량의 페라이트를 형성합니다. 일부 탄소가 탄소강에 흡수되기 때문에 탄소가 오스테나이트를 형성하는 경향을 상쇄하기 위해 용가재에 페라이트 안정제가 추가됩니다. 이는 용접 응용 분야에서 열 균열을 방지하는 데 도움이 됩니다.
요약하면, 오스테나이트계 SS 용접 조인트에서 고온 균열을 제거하려면 적절한 페라이트 필러 금속을 확인하고 좋은 용접 방법을 따르십시오. 입열을 50kJ/인치 미만으로 유지하고 패스간 온도를 중간에서 낮게 유지하고 납땜 전에 솔더 조인트에 오염이 없는지 확인하십시오. 적절한 게이지를 사용하여 용접 조인트의 페라이트 양을 확인하고 5~10을 목표로 하십시오.
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