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초고순도 STS304, STS316 용접부의 고온균열감수성 평가

전문가 제언: ○ 조선？해양, 에너지？화학 등에서 많이 사용하는 오스테나이트계 스테인리스강 STS304는 용접 시 고온 균열 감수성이 높으므로 이를 방지하기 위해 용접금속에 δ-페라이트가 5.0～10.0% 정도 생성되도록 Schaffler Diagram과 DeLong Diagram을 이용하여 용접 시공 조건을 도출한다. 그런데 δ-페라이트상은 자성이 강하고 수소취성에 약하며 저온인성을 떨어뜨리기 때문에 사용 분위기와 목적에 따라 δ-페라이트상의 형상과 함유량을 조절하는 것이 중요하다.

○ 초고순도(EHP) 스테인리스강은 핵연료의 재처리 환경에서 비금속 개재물에 의해 발생하는 스테인리스강의 입계부식을 방지하고 강산성 환경에서 우수한 내식성을 갖도록 개발된 소재로 제조공정은 cold crucible 전자빔 용해→CaF 환원정련(CCIM-CaF)→cold hearth 전자빔 용해(EB-CHR)의 단계로 구성된다. 특히 세라믹스 도가니로부터 불순물의 혼입을 방지하고 P나 S와 같은 불순물은 CaF에 의한 환원정련법으로 제거하며 잔류하는 Ca는 고진공 전자빔 용해로 제거하기 때문에 소재의 품질이 우수하므로 부가가치가 높은 용접 구조물의 제작에 적합하다.

○ 오스테나이트계 스테인리스강의 고온 균열 감수성을 낮추기 위해서는 재료의 화학 성분을 조절하는 것 외에도 용접기법을 개선하는 것도 효과적이다. 일례로 스테인리스강의 레이저빔 용접 시 출력과 속도를 일정하게 유지하고 용접 헤드의 경사각을 후진각(-10°)으로 설정하여 용접을 실시하는 것이 용접 균열에 대비하는데 있어서 효과적이다

○ 스테인리스강을 포함한 고합금재의 고온 균열은 고액 공존 상태에서 잔류 액체에 의한 충전(healing)이 불가능할 때 응고 수축에 의해 발생한다. 그리고 용접 재료와 용접 공정 및 용접 강도가 연관된 여러 요소 중에서 합금원소의 미소편석(microsegregation)과 연관이 깊은 응고 온도구간(solidification temperature range)과 응고 마지막 단계의 잔류 액체의 양과 분포가 응고 균열의 발생에 영향을 준다. 따라서 부가가치가 높은 초고순도 스테인리스강 용접 구조물을 제작할 때는 이와 같은 요소들을 충분히 고려하여 최적의 용접 시공 조건을 도출하는 것이 필요하다.

저자: Ogura Tomo, et al.
자료유형: 니즈학술정보