스테인리스강 용접 재료 선택하기: 전문가 조언

네 가지 유형의 스테인리스 스틸 및 합금 원소의 효과

스테인리스 스틸에는 오스테나이트, 마르텐사이트, 페라이트, 듀플렉스 스테인리스 스틸의 네 가지 유형이 있습니다(표 1 참조).

표 1 스테인리스강 종류와 Cr 및 Ni 원소 함량

이는 상온에서 스테인리스 스틸의 금속학적 구조를 기반으로 합니다. 연강을 1550°F로 가열하면 그 구조는 페라이트 상에서 다음과 같이 변합니다. 오스테나이트 상입니다. 냉각되면 저탄소강의 구조는 다시 페라이트로 되돌아갑니다.

고온의 오스테나이트 구조는 비자성이며 상온의 페라이트 구조에 비해 강도는 낮지만 인성은 더 우수합니다.

강철의 크롬(Cr) 함량이 16%보다 크면 상온에서 페라이트 구조가 안정화되어 모든 온도 범위에서 강철이 페라이트 상태를 유지하게 됩니다. 이 강철 유형 을 페라이트계 스테인리스강이라고 합니다.

Cr 함량이 17%보다 크고 니켈(Ni) 함량이 7%보다 크면 오스테나이트 상이 안정화되어 강철이 저온에서 녹는점 근처까지 오스테나이트 상태를 유지할 수 있습니다. 이러한 유형의 강철을 오스테나이트계 스테인리스강이라고 하며 일반적으로 "Cr-Ni" 유형이라고 합니다. 마르텐사이트 및 페라이트계 스테인리스강 를 "Cr" 유형이라고 합니다.

스테인리스 스틸 소재의 요소 와 필러 금속은 오스테나이트 형성 또는 페라이트 형성으로 분류할 수 있습니다. 가장 중요한 오스테나이트 형성 원소는 Ni, 탄소(C), 망간(Mn), 질소(N)이며, 주요 페라이트 형성 원소는 Cr, 실리콘(Si), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb)입니다. 원소 함량을 조정하여 용접부의 페라이트 함량을 제어할 수 있습니다.

오스테나이트 스테인리스 스틸은 용접이 쉽고 더 나은 용접 품질 5% Ni 미만의 스테인리스 스틸과 비교됩니다. The 용접 조인트 의 오스테나이트 스테인리스강은 강도와 인성이 우수하며 일반적으로 예열 또는 용접 후 열처리가 필요하지 않습니다.

스테인리스강 용접 분야에서 오스테나이트 스테인리스강은 전체 스테인리스강 사용량 중 80%를 차지하므로 이 기사에서는 오스테나이트 스테인리스강 용접에 초점을 맞출 것입니다.

올바른 스테인리스강 용접 재료를 선택하는 방법은?

동일한 모재를 용접할 때는 모재와 용접 재료를 일치시키는 것이 중요합니다. 예를 들어 310 또는 316 스테인리스 스틸을 용접할 때는 해당 용접 재료를 사용해야 합니다.

서로 다른 재료의 경우 합금 원소 함량이 높은 모재를 선택하는 것이 좋습니다. 예를 들어 304와 316 스테인리스 스틸을 용접할 때는 316 타입의 용접 소모품을 선택해야 합니다.

그러나 기본 재료 일치 원칙에는 예외가 있습니다. 이러한 경우에는 용접 전문가와 상담하는 것이 중요합니다. 재료 선택 표를 참조하세요. 예를 들어 304 스테인리스 스틸이 일반적인 기본 소재이지만 304 전극은 없습니다.

용접 재료를 모재와 일치시키려면 304 스테인리스 스틸을 용접하기 위해 용접 재료를 선택하는 방법은 무엇입니까?

304 스테인리스 스틸을 용접할 때는 308 스테인리스 스틸의 추가 요소가 용접 부위를 효과적으로 안정화할 수 있으므로 308 타입 용접 재료를 사용하는 것이 좋습니다. 308L도 허용되는 대안입니다. 308L의 "L"은 로우를 의미합니다. 탄소 함량탄소 함량이 0.03% 이하인 스테인리스 스틸입니다. 이에 비해 표준 308 스테인리스 스틸은 최대 0.08%의 탄소를 함유할 수 있습니다.

L형 용접 재료308L과 같은 용접 재료는 비-L형 용접 재료와 같은 유형에 속하지만 탄소 함량이 낮아 입계 부식의 위험이 줄어든다는 장점이 있습니다(그림 1).

제조업체가 제품의 품질을 향상시키려는 목표에 따라 L형 용접 소모품의 사용이 증가할 것으로 예상됩니다.

그림 1 L자형 용접 재료를 사용하면 입계 부식 경향을 줄일 수 있습니다.

실리콘(Si)을 추가하면 습윤성을 향상시킬 수 있으므로 GMAW 용접 방법을 사용하는 제조업체는 3XXSi 유형 용접 재료 사용을 고려할 수 있습니다(그림 2).

용접부의 돌출부가 높거나 용접 풀이 필렛 또는 랩 용접의 발끝에서 제대로 연결되지 않은 경우, Si 함유 용융물을 사용하는 경우 가스 차폐 용접 와이어는 습윤성을 개선하고 증착률을 높일 수 있습니다.

GMAW 용접에서는 용접 재료의 습윤성을 개선하기 위해 308L Si 또는 316L Si와 같은 Si 함유 용접 와이어를 사용할 수 있습니다(그림 2).

카바이드 침전을 고려할 때 소량의 니오븀(Nb)이 함유된 347 유형 용접 재료를 솔루션으로 선택할 수 있습니다.

스테인리스 스틸과 탄소강은 어떻게 용접하나요?

비용을 절감하기 위해 일부 구조 부품에는 다음과 같은 방법으로 표면에 부식 방지 층을 추가할 수 있습니다. 탄소강 용접.

합금 원소가 없는 기본 합금과 합금 원소가 있는 기본 합금을 용접할 때 다음과 같이 주의해야 합니다. 용접 합금 합금 함량이 높은 용융물을 사용하여 용접 시 희석 비율의 균형을 맞춥니다.

탄소강과 304 또는 316 스테인리스강 및 기타 이종 스테인리스강(표 2)을 용접할 때는 일반적으로 309L 용접 소모품이 사용됩니다. 더 높은 크롬(Cr) 함량이 필요한 경우 312 유형이 사용됩니다.

표 2 309L 및 312의 합금 함량이 높은 스테인리스강은 스테인리스강 및 탄소강 용접에 적합합니다.

오스테나이트 스테인리스 스틸의 열팽창률은 탄소강보다 50% 높다는 점에 유의해야 합니다.

용접 중 열팽창률의 차이로 인해 다음과 같은 결과가 발생할 수 있습니다. 내부 스트레스 균열을 일으킬 수 있습니다.

이 문제를 완화하려면 적절한 용접 재료를 선택하거나 적절한 용접 프로세스 (그림 3).

그림 3은 탄소강과 스테인리스강을 용접할 때 열팽창 속도가 다르기 때문에 뒤틀림 변형으로 인해 더 큰 보정이 필요하다는 것을 강조합니다.

적합한 용접 전 세척 작업은 무엇인가요?

다른 재료에 용접할 때는 먼저 염화물이 없는 솔벤트를 사용하여 해당 부위를 깨끗이 닦아 기름, 자국, 먼지를 제거하는 것이 중요합니다. 스테인리스 스틸을 용접할 때 가장 중요한 고려 사항 중 하나는 내식성을 저하시킬 수 있는 탄소강에 의한 오염을 방지하는 것입니다. 교차 오염을 방지하기 위해 일부 회사에서는 스테인리스 스틸과 탄소강을 별도로 보관합니다.

홈 주변을 청소할 때는 스테인리스 스틸용으로 특별히 설계된 특수 샌딩 휠과 브러시를 사용하세요. 경우에 따라 조인트에 대한 2차 청소가 필요할 수 있습니다. 스테인리스 스틸은 탄소강에 비해 용접 시 전극 보정이 더 까다롭기 때문에 적절한 접합부 청소가 매우 중요합니다.

올바른 용접 후 세척 작업은 무엇인가요? 스테인리스 스틸 용접물은 왜 녹이 슬나요?

우선 스테인리스 스틸은 크롬(Cr)과 산소(O)의 반응으로 형성된 보호 산화물 층으로 인해 녹이 슬지 않는다는 점에 주목할 필요가 있습니다.

그러나 스테인리스 스틸은 용접 공정 중 카바이드 침전 및 가열로 인해 녹이 슬어 용접물 표면에 산화철이 형성될 수 있습니다. 또한 겉보기에 완벽해 보이는 용접도 용접 경계에 녹이 슨 부분이 언더컷이 생길 수 있습니다. 열 영향 구역 24시간 이내에

새로운 크롬 산화물을 재생하고 녹을 방지하려면 용접 후 스테인리스 스틸을 연마, 절임, 사포질 또는 문질러야 합니다. 이때 사용하는 사포와 브러시는 스테인리스 스틸 전용이어야 한다는 점에 유의하세요.

스테인리스 스틸 용접 와이어가 자성을 띠는 이유는 무엇입니까?

오스테나이트 스테인리스 스틸은 본질적으로 비자성입니다. 그러나 용접 중 온도가 상승하면 구조물에 입자가 성장하여 용접 후 균열 민감도가 높아질 수 있습니다.

용접 재료 제조업체는 고온 균열 취약성을 완화하기 위해 용접 재료에 페라이트 형성 요소를 추가합니다(그림 4). 페라이트 상이 있으면 오스테나이트 입자를 정제하여 균열 저항성을 높이는 데 도움이 됩니다.

그림 4는 오스테나이트 용접 재료의 고온 균열을 방지하기 위해 페라이트를 사용하는 방법을 보여줍니다. 대부분의 오스테나이트 용접 재료에는 소량의 페라이트가 포함되어 있으며, 309L 용접 소모품의 그림에서 볼 수 있듯이 페라이트 상(회색 부분)이 오스테나이트 매트릭스 전체에 분포되어 있습니다.

오스테나이트 용접 금속은 자석에 끌리지는 않지만 자석을 가까이 대면 약간의 흡입력이 느껴집니다. 그러나 이로 인해 일부 사용자는 특히 패키지의 라벨이 누락된 경우 제품의 라벨이 잘못 부착되었거나 잘못된 용접 재료를 사용했다고 잘못 생각하는 경우가 있습니다.

소모품에 포함된 페라이트의 양은 애플리케이션의 사용 온도에 따라 달라집니다. 예를 들어 과도한 양의 페라이트는 저온에서 인성을 감소시킬 수 있습니다. 그렇기 때문에 페라이트 번호 LNG 파이프라인에 사용되는 308형 용접 재료의 페라이트 개수는 3~6개인 반면, 표준 308형 용접 재료의 페라이트 개수는 8개입니다.

결론적으로, 소모품은 비슷해 보일 수 있지만 구성의 작은 차이가 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

듀플렉스 스테인리스 스틸을 더 쉽게 용접하는 방법은 무엇입니까?

일반적으로 듀플렉스 스테인리스 스틸 구조는 약 50% 오스테나이트 상과 50% 페라이트 상으로 구성됩니다. 페라이트 상은 강도와 응력 내식성을 향상시키고 오스테나이트 상은 인성을 강화하는 데 기여합니다. 이 두 상이 결합하면 듀플렉스 스테인리스강의 성능이 더욱 향상됩니다(그림 5).

듀플렉스 스테인리스 스틸의 범위는 매우 광범위하며 2205가 가장 일반적인 유형입니다. 2205는 크롬 22%, 니켈 5%, 몰리브덴 3%, 질소 0.15%를 함유하고 있습니다.

그림 5 듀플렉스 스테인리스 스틸은 페라이트와 오스테나이트의 장점을 결합한 제품입니다.

그림은 페라이트 매트릭스에 분포된 오스테나이트 상(흰색 부분)의 이중 상 용접 구조를 보여줍니다. 그러나 과도한 양의 페라이트는 아크의 열로 인해 페라이트 매트릭스의 원자가 재배열될 수 있으므로 이중 스테인리스강을 용접할 때 문제가 될 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해 용접 소모품은 일반적으로 모재보다 니켈 함량이 2-4% 높은 오스테나이트 형성 원소를 더 많이 제공해야 합니다. 예를 들어 2205 스테인리스 스틸 용접에 사용되는 플럭스 코어 와이어에는 8.85%의 니켈이 함유되어 있습니다. 용접 후 용접부의 페라이트 함량은 일반적으로 25~55%이며 이보다 더 높을 수도 있습니다.

용접 후 냉각 속도는 오스테나이트의 재형성을 허용할 수 있을 만큼 느려야 하지만 너무 느리면 금속 간 상이 침전될 수 있으므로 너무 느려서는 안 된다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 마찬가지로 너무 빨리 냉각하면 열 영향 영역에 과도한 페라이트가 발생할 수 있습니다.

최상의 결과를 보장하려면 항상 용접 절차를 따르고 용접 재료 선택 제조업체에서 제공하는 매뉴얼을 참조하세요.

오스테나이트 스테인리스강에서 카바이드 침전을 제어하는 방법은 무엇입니까?

800~1600°C의 온도에서 탄소 함량이 0.02%를 초과하면 탄소(C)가 확산되어 오스테나이트 입자 경계로 이동하고 크롬(Cr)과 반응하여 탄화크롬을 형성합니다.

크롬이 탄소로 너무 많이 고정되면 내식성이 감소하여 다음과 같은 결과를 초래합니다. 입계 부식 부식성 환경에 노출된 경우. 이러한 부식은 입자 경계에서 침식을 초래합니다(그림 6).

그림 6은 입자 간 부식을 보여줍니다. 용접 열 부식성 매질로 채워진 물탱크의 영향을 받는 구역. 카바이드 침전 가능성을 줄이고 내식성을 개선하기 위해 저탄소 또는 특수 합금 용접 재료를 사용할 수 있습니다.

카바이드 침전을 제어하기 위해 저탄소 함량 용접 재료를 사용하여 용접 금속의 탄소 함량을 0.04%까지 가능한 한 낮게 유지합니다. 또한 크롬보다 탄소 친화력이 높은 Nb 및 Ti 원소를 첨가하면 탄소를 고정할 수 있습니다. 유형 347 소모품은 이러한 목적을 위해 특별히 설계되었습니다.

용접 재료 선택은 어떻게 준비하나요?

적절한 스테인리스 스틸 용접 소재의 경우 용접물의 최종 용도에 대한 정보를 수집하는 것이 중요합니다. 여기에는 서비스 온도, 부식성 매체의 존재 여부, 원하는 내식성 수준, 예상 서비스 수명 등 서비스 환경에 대한 세부 정보가 포함됩니다.

강도, 인성, 가소성 등 서비스 조건에서 요구되는 기계적 특성에 대한 정보 및 피로 속성도 중요합니다.

대부분의 주요 용접 재료 제조업체는 재료 선택에 대한 사용 설명서를 제공합니다. 올바른 용접 재료를 선택하는 데 도움을 받으려면 이러한 설명서를 참조하거나 제조업체의 기술 전문가와 상담하는 것이 좋습니다. 이렇게 하면 특정 용도와 요구 사항에 맞는 올바른 재료를 선택할 수 있습니다.