금속 재료의 용접성: 종합 가이드
왜 어떤 금속은 매끄럽게 용접되는 반면 다른 금속은 갈라지고 부러지는지 궁금한 적이 있으신가요? 이 글에서는 탄소강과 그 다양한 형태에 초점을 맞춰 용접성의 매혹적인 세계를 살펴봅니다....
용접 와이어의 다양한 금속 원소는 최종 용접 품질에 어떤 영향을 미칠까요? 실리콘에서 바나듐에 이르기까지 각 원소는 용접 공정에서 고유한 역할을 합니다. 이러한 원소의 효과를 이해하면 용접 강도, 연성 및 결함에 대한 저항성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이 문서에서는 이러한 요소의 기능과 의미를 살펴보고 최적의 용접 결과를 얻기 위한 필수 인사이트를 제공합니다.
용접 와이어에 포함된 Si, Mn, S, P, Cr, AI, Ti, Mo, V 등의 합금 원소와 관련하여 이러한 합금 원소가 용접 성능에 미치는 영향은 무엇인가요? 다음은 각 원소에 대한 설명입니다:
실리콘은 용접 와이어에 가장 일반적으로 사용되는 탈산소 원소입니다. 철이 산소와 결합하는 것을 방지하고 용융 풀에서 FeO를 감소시킬 수 있습니다.
그러나 실리콘을 탈산에 단독으로 사용할 경우, 그 결과 생성되는 SiO2 는 녹는점이 높고(약 1710℃), 생성되는 입자가 작아 용융 풀에서 떠오르기 어렵습니다. 이로 인해 용접 금속에 슬래그가 갇힐 수 있습니다.
망간의 기능은 실리콘과 유사하지만 탈산 능력은 실리콘보다 약간 떨어집니다. 망간을 탈산에 단독으로 사용하면 결과물인 MnO는 더 높은 밀도(15.11g/cm3), 용융된 풀에서 떠오르기도 어렵습니다.
탈산 기능 외에도 용접 와이어의 망간은 황과 결합하여 황화망간(MnS)을 형성하여 제거(탈황)할 수 있으므로 황으로 인한 고온 균열 발생 경향을 줄일 수 있습니다.
탈산에 실리콘이나 망간을 단독으로 사용할 경우 탈산 생성물을 제거하기 어렵기 때문에 실리콘과 망간을 조합하여 규산염 복합체(MnO-SiO)를 형성하는 것이 일반적이다.2) 탈산 중입니다.
MnO-SiO2 는 녹는점(약 1270℃)이 낮고 밀도(약 3.6g/cm)가 낮습니다.3). 큰 슬래그 블록으로 응고되어 용융 풀에서 떠올라 좋은 탈산 효과를 얻을 수 있습니다.
망간은 또한 중요한 합금 원소 강철에서 중요한 경화성 요소입니다. 용접 금속의 인성에 상당한 영향을 미칩니다.
Mn 함량이 0.05% 미만인 경우 용접 금속의 인성이 높습니다. Mn 함량이 3%보다 크면 용접 금속이 부서지기 쉽습니다. Mn 함량이 0.6%에서 1.8% 사이인 경우 용접 금속은 강도와 인성이 높습니다.
강철의 유황은 종종 황화철의 형태로 존재하는데, 이는 입자 경계를 따라 그물망 패턴으로 분포되어 강철의 인성을 현저히 감소시킵니다. 공융 철의 온도 황화철은 상대적으로 낮습니다(985℃).
따라서 열간 가공 시 작업 시작 온도가 일반적으로 1150~1200℃이기 때문에 철과 황화철의 공융이 이미 녹아 작업 과정에서 균열이 발생합니다.
이 현상을 "유황 고온 취성"이라고 합니다. 유황의 특성으로 인해 강철은 용접 중에 고온 균열이 발생하기 쉽습니다.
따라서 철강의 유황 함량은 엄격하게 관리됩니다. 일반 탄소강, 고품질 탄소강 및 고급 고품질 강철의 주요 차이점은 황과 인 함량의 양입니다.
앞서 언급했듯이 망간은 황과 함께 고융점(1600℃)의 황화망간(MnS)을 형성할 수 있어 곡물 내에 입상 형태로 분포되어 있기 때문에 탈황 효과가 있습니다.
열간 가공 시 황화망간은 황의 유해한 영향을 제거하기에 충분한 가소성을 가지고 있습니다. 따라서 강철에 일정량의 망간 함량을 유지하는 것이 유리합니다.
인은 다음에 완전히 용해될 수 있습니다. 강철의 페라이트. 강철에 대한 강화 효과는 탄소 다음으로 두 번째로 높으며 강도 및 경도 강철로 만들어졌습니다.
인은 또한 강철의 내식성을 향상시킬 수 있지만 연성과 인성을 크게 감소시킵니다. 이 효과는 저온에서 특히 심하며, 이를 '인 저온 취성' 현상이라고 합니다.
따라서 용접에 해롭고 강철의 균열에 대한 취약성을 증가시킵니다. 불순물로서 강철의 인 함량도 제한해야 합니다.
크롬은 강도를 높이고 강철의 경도 연성 및 인성을 감소시키는 반면 연성 및 인성은 덜 감소시킵니다. 크롬은 내식성과 내산성이 강하기 때문에 오스테나이트 스테인리스강에는 일반적으로 13% 이상의 크롬이 함유되어 있습니다.
크롬은 또한 강력한 항산화 및 내열 특성을 가지고 있습니다. 따라서 크롬은 12CrMo, 15CrMo, 5CrMo와 같은 내열강에도 널리 사용됩니다. 크롬은 강철에 일정량 존재합니다.
크롬은 오스테나이트 강철의 중요한 구성 요소이자 페라이트의 성분입니다. 크롬은 산화 저항성과 기계적 특성을 향상시킬 수 있습니다. 합금강 고온에서. 오스테나이트계 스테인리스강에서 크롬과 니켈의 총량이 40%이고 Cr/Ni 비율이 1이면 고온 균열이 발생하는 경향이 있습니다.
그러나 Cr/Ni 비율이 2.7인 경우 열균열이 발생하는 경향이 없습니다.
따라서 일반적으로 18-8 형강에서 Cr/Ni 비율이 2.2-2.3 정도인 경우 크롬은 합금강에서 쉽게 탄화물을 형성하고 열전도율을 낮추며 산화 크롬 형성으로 인해 용접에 어려움을 겪을 수 있습니다.
알루미늄은 강력한 탈산 원소 중 하나입니다. 따라서 알루미늄을 탈산화제로 사용하면 FeO의 생성을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 용융 풀에서 생성되는 CO 가스의 화학 반응을 효과적으로 억제하고 CO 다공성에 대한 저항력을 향상시켜 FeO를 더 쉽게 줄일 수 있습니다.
또한 알루미늄은 질소와 결합하여 질소 고정 효과를 형성하여 질소 다공성을 감소시킬 수 있습니다.
그러나 탈산에 알루미늄을 사용하면 녹는점이 높은 AI가 형성됩니다.2O3 (약 2050℃)의 용융 풀에서 고체 상태로 존재하며 용접 금속에 슬래그 포획을 일으키기 쉽습니다.
동시에 알루미늄 함유 용접 와이어는 스패터가 발생하기 쉽고 과도한 알루미늄 함량은 용접 금속의 고온 균열에 대한 저항력을 감소시킬 수 있습니다.
따라서 용접 와이어의 알루미늄 함량은 엄격하게 관리되어야 하며 너무 높으면 안 됩니다. 용접 와이어의 알루미늄 함량을 적절히 제어하면 용접 금속의 경도, 항복점 및 인장 강도가 약간 향상됩니다.
티타늄 은 강력한 탈산소 원소이며 질소와 결합하여 TiN을 형성하여 질소 고정 역할을 하고 용접 금속의 질소 다공성에 대한 저항력을 향상시킬 수 있습니다.
용접 금속의 구조에 적절한 양의 티타늄과 붕소(B)가 존재하면 용접 금속의 구조를 개선할 수 있습니다.
몰리브덴은 합금강의 강도와 경도를 높이고 입자 크기를 미세화하며 취성 및 과열 경향을 방지하고 고온 강도, 크리프 강도 및 내구성을 향상시킬 수 있습니다.
몰리브덴 함량이 0.6% 미만인 경우 연성을 개선하고 균열 경향을 줄이며 충격 인성을 높일 수 있습니다. 몰리브덴은 또한 흑연화를 촉진하는 경향이 있습니다.
따라서 16Mo, 12CrMo, 15CrMo 등과 같은 내열강의 몰리브덴 함량은 일반적으로 약 0.5%입니다.
합금강의 몰리브덴 함량이 0.6%에서 1.0% 사이인 경우, 몰리브덴은 합금강의 가소성과 인성을 감소시키고 담금질 경향을 증가시킬 수 있습니다.
바나듐은 강철의 강도를 높이고, 입자 크기를 미세화하며, 입자 성장 경향을 줄이고, 경화성을 향상시킬 수 있습니다.
바나듐은 비교적 강한 탄화물 형성 원소이며, 바나듐이 형성하는 탄화물은 650℃ 이하에서 안정적입니다.
또한 노화 경화 효과도 있습니다. 바나듐 카바이드는 고온 안정성이 있으며 강철의 고온 경도를 향상시킬 수 있습니다. 바나듐은 또한 강철의 탄화물 분포를 변화시킬 수 있지만 내화 산화물을 형성하기 쉬워 용접 및 절단이 어렵습니다.
일반적으로 용접 금속의 바나듐 함량이 약 0.11%인 경우 질소 고정에 역할을 하여 불리한 상황을 유리한 상황으로 바꿀 수 있습니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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