금속 경도 차트: Mohs, HB, HV, HS, HRC
금속 경도의 매혹적인 세계에 대해 궁금한 적이 있나요? 이 블로그 게시물에서는 경도를 측정하고 향상시키는 흥미로운 개념과 방법에 대해 자세히 알아보겠습니다.
원자로 구조물의 용접 품질을 어떻게 보장할 수 있을까요? 오스테나이트 스테인리스강 용접부의 δ-페라이트 함량은 중요한 역할을 합니다. δ-페라이트가 너무 적으면 열 균열이 발생할 수 있고, 너무 많으면 취성을 유발할 수 있습니다. 이 문서에서는 δ-페라이트 측정을 위한 세 가지 주요 방법(금속 조직학, 화학적, 자기)을 살펴보고 각 방법의 장점과 한계에 대해 논의합니다. 이러한 기술을 이해하면 용접 프로젝트에서 정확하고 신뢰할 수 있는 결과를 얻기 위해 가장 적합한 방법을 선택할 수 있습니다. 이러한 필수 측정 기법과 그 응용 분야에 대해 자세히 알아보세요.
오스테나이트 계 스테인리스강은 용접 부품이 많은 원자로 구조물에 사용되는 주요 재료 중 하나입니다.
스테인리스강 용접부에 소량의 δ-페라이트는 용접부의 강도와 입계 내식성을 향상시키고 용접 열균열을 방지할 수 있습니다. 그러나 δ-페라이트가 너무 많으면 σ-상 취화 및 δ-상 선택적 부식이 발생할 수 있습니다.
δ-페라이트 함량은 오스테나이트의 개발 및 응용 성능 평가를 위한 중요한 기술 지표 중 하나입니다. 스테인리스 스틸 용접 자료.
현재 오스테나이트계 스테인리스강 용접에서 δ-페라이트 함량을 측정하는 데 일반적으로 사용되는 방법은 금속 조직학적 방법, 화학적 방법, 자기적 방법입니다.
금속학적 방법은 금속학적 시료의 δ-페라이트를 직접 관찰하여 면적 비율을 계산한 다음 체적 분율을 계산합니다. 이 방법은 파괴적이며 높은 신뢰도의 데이터를 얻기 위해 충분한 수의 측정 지점이 필요하므로 검출 비용이 증가합니다.
화학적 방법은 재료의 니켈 당량과 크롬 당량을 계산하고 경험적 다이어그램을 비교하여 δ- 페라이트 함량 (질량 분율)을 간접적으로 얻을 수 있습니다. 셰퍼 다이어그램, 델롱 다이어그램, WRC-92 다이어그램은 현재 화학적 방법에서 일반적으로 사용되는 세 가지 다이어그램입니다. 셰퍼 다이어그램은 가장 먼저 적용되었지만 질소와 구리의 영향을 고려하지 않았습니다. 델롱 다이어그램은 질소를 형성 요소로 포함합니다. 오스테나이트 곡선 정확도를 향상시킵니다. WRC-92 다이어그램은 질소와 구리도 고려합니다.
화학적 방법에는 다음과 같은 몇 가지 문제도 있습니다. 합금 원소 함량은 δ-페라이트 함량 계산의 정확성과 합금 원소가 δ-페라이트 함량에 미치는 영향의 비선형성에 직접적인 영향을 미치며, 이는 측정값과 실제 값 사이에 일정한 편차를 유발합니다.
자기법은 δ-페라이트의 함량과 관련된 특정 자성 물리량을 측정하여 δ-페라이트의 함량을 결정합니다. 그러나 이 방법은 측정 기기의 원리에 크게 영향을 받으며, 재료 내 δ-페라이트의 함량이나 형태가 고르지 않으면 결과의 재현성과 정확도가 떨어집니다.
마그네틱 방식은 작동이 간편하고 현장에서 실현할 수 있습니다. 비파괴 검사를 사용하는 것이 일반적입니다. 실제 탐지에서는 일반적으로 한두 가지 방법을 선택하여 측정합니다.
중국원자력연구설계연구소의 원자로 연료 및 재료 핵심 실험실 연구원들은 위의 세 가지 방법을 동시에 사용하여 원자력용 오스테나이트 스테인리스강 표면층의 δ-페라이트 함량을 측정하고 각 검출 방법에서 얻은 측정 결과의 차이를 비교 분석했습니다.
연구 대상은 샘플 크기가 50mm × 25mm × 10mm인 308 스테인리스 스틸 오버레이입니다. 화학 성분은 ASTM A276-2006에 명시된 스테인리스 사양을 충족합니다. 스틸 바 및 도형.
금속 조직학 테스트는 크롬-니켈 오스테나이트 스테인리스강 용접의 페라이트 함량 측정을 위한 GB/T 1954-2008 표준과 정량 금속 조직학 측정을 위한 GB/T 15749-2008 표준에 따라 수행되었습니다.
기존 검출 방법과 더불어 셰플러 및 WRC-1992 다이어그램을 사용하여 화학 성분 분석을 수행하여 δ-페라이트 함량을 계산했습니다.
크롬-니켈 오스테나이트 스테인리스강 용접 금속의 페라이트 수를 측정하기 위해 GB/T 1954-2008 및 JB/T 7853-1995의 지침에 따라 자기 방법을 사용했습니다.
검출 및 분석에 사용된 금속현미경은 올림푸스 GX71 금속현미경과 이를 지원하는 TIGER3000 금속현미경 이미지 분석 시스템을 활용했습니다.
화학 분석 측면에서 탄소/황 분석기는 탄소와 황을 검출하는 데 사용되었고 분광광도계는 실리콘, 인 및 붕소를 검출하는 데 사용되었으며 유도 결합 원자 방출 분광계는 기타 검출에 사용되었습니다. 금속 요소.
δ-페라이트 함량 측정은 자기법 중 페라이트 측정기로 직접 판독했습니다.
δ-페라이트 함량을 측정하는 데 사용되는 두 가지 주요 금속 분석 방법에는 표준 샘플 아틀라스 대비법과 측정 방법이 있습니다. 이 두 가지 방법 모두 308 스테인리스 스틸의 표면층에서 δ-페라이트 함량을 측정하는 데 사용할 수 있습니다.
2.1.1 지도 비교 방법
GB/T 1954-2008 표준에 따라 금속학적 샘플을 준비하여 현미경으로 관찰합니다. 그런 다음 그림 1과 같이 비교적 균일한 δ-페라이트 분포 영역을 선택하여 사진을 촬영합니다.
그림 1 준비된 시료와 표준 시료의 미세 구조 형태
GB/T 1954-2008 표준에 명시된 사양에 따라, 준비된 금속 조직 샘플의 미세 구조는 500배 이상의 배율로 관찰되어야 합니다. 500배율과 1000배율 모두에서 준비된 샘플의 미세 구조를 얻은 후 동일한 배율에서 표준 샘플의 미세 구조와 비교했습니다. 이 비교를 통해 시료의 δ-페라이트 함량이 7.5%에서 10% 사이라는 것을 확인했습니다.
2.1.2 측정 방법
GB/T 15749-2008 표준은 다양한 합금 미세 구조의 상 체적 분율 측정에 적용되는 국가 표준입니다. 여기에는 그리드 번호 포인트 방법, 그리드 섹션 방법, 선분 보정 방법(4선 방법, 8선 방법 등 포함) 등 다양한 상 함량 계산 방법이 포함되어 있습니다.
GB/T 1954-2008의 메탈로그래픽 세컨트 방식에 비해 GB/T 15749-2008에 설명된 방식은 분할 선이 더 많고 적용 범위가 더 넓으며 정확도가 더 높습니다.
그림 2 동일한 위치에서 용접된 δ페라이트의 미세 구조
GB/T 15749-2008 표준에 따르면 그리드 섹션 방식은 샘플을 300회, 500회, 1000회 측정합니다.
그림 2는 같은 위치의 미세 구조를 보여줍니다. 다양한 배수로 측정된 평균 δ 페라이트 함량은 각각 11.0%, 7.6%, 9.5%입니다(표 1 참조).
표 1 Δ 서로 다른 배율 시간에서 동일한 위치의 페라이트 함량
| 증폭 | 질량 분율 | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 평균값 | |
| 300회 | 10 | 9.7 | 11.6 | 11.7 | 12.7 | 10.8 | 11.5 | 10.6 | 10.8 | 11 |
| 500회 | 8.2 | 10 | 8.8 | 6.1 | 10.1 | 6.4 | 9.3 | 9.8 | 9.3 | 7.6 |
| 1000회 | 10.6 | 11 | 8.2 | 7.7 | 10 | 7.8 | 10.5 | 10.8 | 9.6 | 9.6 |
표 1은 δ 페라이트 함량이 배율에 따라 크게 달라지는 것을 보여줍니다.
가장 낮은 δ 페라이트 함량은 500배 배율에서 측정되며, 300배와 1000배에서 측정된 함량은 더 높습니다.
테스트 결과에 따르면 배율이 금속 분석 결과에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다:
용접에서 δ 페라이트 입자는 일반적으로 매우 작습니다. 낮은 배율(300배)에서는 시야 내의 미세 구조가 너무 조밀하게 나타나 이미지 분할 계산의 가장자리를 식별하기 어렵고 일반적으로 더 큰 결과가 나옵니다.
반대로 너무 높은 배율(1000배)에서는 선택한 시야각 영역이 너무 작습니다. 조직 자체가 고르지 않기 때문에 정확한 결과를 얻으려면 더 많은 지점을 측정해야 할 수 있습니다.
GB/T 1954-2008은 최소 배율을 500배로 지정하고 있습니다. 따라서 실제 측정 시에는 500배 배율을 선택하는 것이 적절합니다.
그림 3 δ페라이트 함량 측정 방법의 개략도
테스트에서는 각각 격자번호점법, 격자 단면법, 4선법, 8선법을 사용했습니다. 500가지 조건에서 9개 지점을 무작위로 선정하여 δ-페라이트 함량을 측정했으며, 측정 방법은 그림 3에 나와 있습니다.
이러한 측정 결과는 표 2에 표시된 대로 각각 7.6%, 7.6%, 6.7% 및 7.6%였습니다.
표 2: 500× 미만의 무작위 위치에서 측정한 δ-페라이트 함량
| 위치 및 평균 | 그리드 번호 포인트 | 그리드 섹션 | 네 줄 | 여덟 줄 |
| 1 | 6.9 | 8.2 | 4.1 | 6.9 |
| 2 | 8.2 | 10 | 6.6 | 8.8 |
| 3 | 9.2 | 8.8 | 5.1 | 5.8 |
| 4 | 5.6 | 6.1 | 6.5 | 5.9 |
| 5 | 10.2 | 10.1 | 7.7 | 7.9 |
| 6 | 4.2 | 6.4 | 5.5 | 6.3 |
| 7 | 7.9 | 9.3 | 9 | 9.3 |
| 8 | 8.3 | 9.8 | 5.9 | 8.5 |
| 9 | 7.5 | 9.3 | 9.6 | 9.2 |
| 평균 | 7.6 | 7.6 | 6.7 | 7.6 |
표 2에 따르면, 네 줄 방법을 제외한 나머지 세 가지 방법의 측정 결과는 동일하다는 것을 알 수 있습니다.
308 스테인리스 스틸 표면층의 화학 성분은 표 3에 나와 있으며, 지정된 기술 지표 요구 사항을 충족합니다.
표 3 308 스테인리스 스틸 오버레이의 화학 성분
| C | Cr | Ni | Mo | Mn | Co | Cu | V | S | B | P | Si |
| 0.028 | 19.25 | 10.4 | 0.065 | 1.38 | 0.02 | 0.03 | 0.04 | 0.0078 | 0.0006 | 0.013 | 0.73 |
셰플러 다이어그램과 계산 공식에 따르면, 시험 물질에서 크롬과 니켈의 질량 분율은 각각 20.41%와 10.93%로, δ-페라이트 함량이 약 8.5%임을 나타냅니다.
반면, WRC-1992 수치를 참조하면 시험 재료의 크롬과 니켈의 질량 분율은 각각 19.315%와 10.24%로 δ-페라이트 함량은 약 13%입니다.
다양한 요인의 영향으로 인해 다른 경험 차트를 사용할 경우 화학적 방법의 계산 결과가 달라지는 것은 분명합니다.
추가 분석 결과, 308 스테인리스강의 0.03% 구리 함량과 함께 WRC-1992 다이어그램에서 구리를 니켈 등가물로 포함하면 셰플러 다이어그램을 사용하여 얻은 것보다 훨씬 더 높은 δ-페라이트 함량을 계산할 수 있는 것으로 나타났습니다.
자기법 측정을 위한 GB/T 1954-2008 표준에 명시된 사양에 따라 6개의 지점을 무작위로 선택해야 합니다. 용접 비드 의 308 스테인리스 스틸 표면층을 측정합니다. 측정 결과는 각 지점에서 5개의 판독값을 평균하여 얻어야 하며, 평균 δ-페라이트 함량은 3.4%로 계산됩니다.
표 4와 같이 308 스테인리스 스틸의 표면층에서 금속학적, 화학적, 자기적 방법을 사용하여 페라이트의 함량을 측정했습니다.
오스테나이트 스테인리스강의 용접 구조에서 δ-페라이트 함량은 일반적으로 4%에서 12% 사이입니다.
자기법에서는 측정값이 낮게 나온 반면, 화학법에서는 WRC-1992 다이어그램 측정값이 더 높게 나온 것으로 나타났습니다.
표 4 다양한 방법으로 측정한 308 스테인리스 스틸 오버레이 Δ 페라이트 함량
| 측정 방법 | δ -페라이트 질량 분율 | |
| 메탈로그래피(500회) | 아틀라스 대비 방법 | 10.0 |
| 측정 방법 | 7.6 | |
| 화학적 방법 | 셰플러 차트 | 8.5 |
| WRC-1992 차트 | 13.0 | |
| 자기 방식 | 3.4 | |
격자수점법, 격자 단면법, 4선법, 8선법 등 다양한 방법으로 δ-페라이트 함량을 측정할 경우, 4선법은 각 시야각에서 δ-페라이트의 분포와 형태가 고르지 않아 측정 데이터가 가장 적고 편차가 커지는 경향이 있습니다.
메탈로그래픽 방법은 넓은 무작위 시야를 제공하지만, 일반적으로 결과의 신뢰도가 높습니다.
측정 방법의 부작용을 줄이고 결과의 신뢰도를 높이려면 배율, 시야 위치, 서로 다른 방법의 원리 차이 등의 요소를 종합적으로 고려하여 적절한 측정 방법을 선택해야 합니다.
500배 배율에서 격자수법, 격자 단면법, 8줄법에서 얻은 δ-페라이트 함량의 평균값이 동일하여 7.6% δ-페라이트 함량이라는 보다 신뢰할 수 있는 결과를 나타냅니다.
화학적 방법은 원소 함량 감지 결과를 사용하여 경험 차트를 계산하고 비교하여 δ-페라이트 함량을 얻습니다. 화학 원소 측정의 정확도는 결과의 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다.
화학적 방법은 원소 측정 기기의 정확도 및 경험 차트 선택과 같은 요소의 직접적인 영향을 받습니다.
자기법은 기기마다 측정하는 물리량의 차이와 기기 자체의 측정 오류로 인해 상대적으로 작은 측정 결과를 생성하는 경향이 있습니다. 또한 δ-페라이트 함량이 낮은 재료에서는 δ-페라이트의 형태와 분포가 고르지 않을 수 있습니다.
샘플링 위치가 좋지 않으면 측정 결과의 재현성과 정확도가 떨어질 수 있습니다.
테스트 및 생산 중에는 용접부의 δ-페라이트 함량을 측정할 때 단일 방법에 의존하지 말고 상호 검증을 위해 여러 가지 방법을 사용하는 것이 좋습니다.
(1) 세 가지 방법에는 각각 장단점이 있으므로 구체적인 상황에 따라 선택해야 합니다.
메탈로그래픽 방법은 파괴적인 테스트 방법이지만 매우 신뢰할 수 있는 측정 결과를 제공합니다. 테스트 중에는 적절한 측정 방법을 선택하기 위해 배율, 시야 위치, 다양한 방법과 원리 간의 차이점을 고려해야 합니다.
화학적 방법은 물질의 알려진 화학 성분에 따라 쉽고 빠르게 검출 값을 얻을 수 있습니다. 그러나 적절한 경험 차트와 계산 공식을 선택하는 것이 중요합니다.
자기 방식은 현장에서 대형 자재 부품을 빠르게 검사하는 데 적합한 비파괴 검사 방법이지만 측정값이 낮습니다.
(2) 금속도감 비교 방법과 화학적 셰플러 다이어그램 방법을 사용하여 얻은 측정 결과는 유사합니다. 마찬가지로 금속 측정 방법에서 그리드 번호 방법, 그리드 섹션 방법 및 8 선 방법을 사용하여 얻은 측정 결과도 동일합니다. 따라서 이러한 방법은 실제 검출에서 대체 방법으로 사용할 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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