<30352D332DC0FAC0DAB0EDC1F8C7F62DBDB4C6DBB5E0C7C3B7BABDBA20C3D6C1BE20B3EDB9AE2E687770>

Size: px

Start display at page:

Download "<30352D332DC0FAC0DAB0EDC1F8C7F62DBDB4C6DBB5E0C7C3B7BABDBA20C3D6C1BE20B3EDB9AE2E687770>"

동희 심
5 years ago
Views:

1 슈퍼듀플렉스스테인리스강 UNS S32750 과탄소강 A 의이종금속 FCA 용접특성에대한연구 문인준 장복수 김세철 고진현 大韓熔接接合學會誌第 32 卷 4 號別冊 14. 4

2 26 연구논문 ISSN Online ISSN 문인준 * 장복수 * 김세철 * 고진현 *, * 한국기술교육대학교에너지 신소재 화학공학부 A Study on Characteristics of Dissimilar Welds between Super Duplex Stainless Steel UNS S32750 and Carbon Steel A with FCAW In-June Moon*, Bok-Su Jang*, Se-Cheol Kim* and Jin-Hyun Koh*, *School of Energy Materials Chemical, Korea University of Technology and Education, Cheonan 3-708, Korea Corresponding author : jhkoh@koreatech.ac.kr (Received February 12, 14 ; Revised April 2, 14 ; Accepted April 22, 14) Abstract The metallurgical and mechanical characteristics, toughness and corrosion resistance of dissimilar welds between super duplex stainless steel UNS S32750 and carbon steel ASTM A516Gr.70 have been evaluated. Three heat inputs of 21.12, 24.00, 26.88kJ/cm were employed to make joints of dissimilar metals with flux cored arc welding(fcaw). Based on microstructural examination, vermicular ferrite was formed in the first layer of weld at low heat input(21.12kj/cm) and Cr eq /Ni eq of 1.61 while acicular ferrite was formed in last layer of weld at high heat input(26.88kj/cm) and Cr eq /Ni eq of Ferrite percentage in dissimilar welds was lowest in the first layer of weld regardless of heat inputs and it gradually increased in the second and third layers of weld. Heat affected zone showed higher hardness than the weld metal although reheated zone showed lower hardness than weld metal due to the formation of secondary austenite. Tensile strengths of dissimilar welds increased with heat input and there was 100MPa difference. The corrosion test by ferric chloride solution showed that carbon steel had poor corrosion resistance and pitting corrosion occurred in the first layer(root pass) of weld due to the presence of reheated zone where secondary austenite was formed. The salt spray test of carbon steel showed that the surface only corroded but the amount of weight loss was extremely low. Key Words : Super duplex stainless steel, FCA multipass, pitting corrosion, Secondary austenite, Dissimilar weld 1. 서론 듀플렉스스테인리스강 (duplex stainless steel, ) 은페라이트와오스테나이트상이거의 1:1 의비율로혼합된미세조직을갖는스테인리스강이다. 실질적으로는 C, N 정련기술확립으로현재와같은야금학적특성을갖는듀플렉스스테인리스강이상용화되었다 1-3). 최근원자력발전소의해수처리설비, 해수담수화설비와화력발전소의탈황설비, 석유화학공장등환경및에너지산업의급속한팽창으로 2상계슈퍼듀플렉스스테인리스강의기술개발에관심이높아지고있다 4,5). 하지만 2상계슈퍼듀플렉스스테인리스강의사용측면에서용접과열처리특히용접후용접균열, 부식등이문제이다 6-8). 또한듀플렉스스테인리스강은고가이기때문에사용 This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Journal of Welding and Joining, Vol.32 No.4(14) pp

27 이제한되고있다. 이때문에듀플렉스스테인리스강은부식환경이취약한곳에서다른금속과이종금속용접하여사용되고있다. 특히산업현장에서는듀플렉스스테인리스강에오스테나이트계스테인리스강, 탄소강또는저합금강과용접하여사용되고있다 9-11). 그러나듀플렉스스테인리스강과오스테나이트계스테인리스강의두금속간이종금속용접연구는다수수행되었지만듀플렉스스테인리스강과탄소강의이종금속용접연구는미비하다.

3 27 이제한되고있다. 이때문에듀플렉스스테인리스강은부식환경이취약한곳에서다른금속과이종금속용접하여사용되고있다. 특히산업현장에서는듀플렉스스테인리스강에오스테나이트계스테인리스강, 탄소강또는저합금강과용접하여사용되고있다 9-11). 그러나듀플렉스스테인리스강과오스테나이트계스테인리스강의두금속간이종금속용접연구는다수수행되었지만듀플렉스스테인리스강과탄소강의이종금속용접연구는미비하다. 이러한이유로본연구는듀플렉스스테인리스강 UNS S32750 과탄소강 ASTM A516-Gr70 을 FCA 다층용접을실시하여조직및상의변화와기계적특성그리고내공식성을평가하고자한다. Table 1 Chemical composition of base metal and wires(wt.%) C Cr Ni Mo Mn N FCAW (wire) UNS S ASTM A 실험방법 사용된모재는 25%Cr-7%Ni 슈퍼듀플렉스스테인리스강 (UNS S32750) 과탄소강 (ASTM A516-70) 이며모재와와이어의화학성분은 Table 1에나타내었다. 용접은 FCA 다층용접을실시하였으며전류를달리하여용접입열량을조절하였다. FCA 의용접입열량 (kj/cm) 은 22.12, 24.00, 26.88을사용하였으며, V 형그루브홈에 3개용접층 (layer) 으로시험편을제작하였다. 용접하기전상온 ( ) 에서예열을실시하였으며각층에 1패스의용접을실시하였다. 층간온도는 150 이하로유지하였으며후열은따로하지않고상온에서선행하였다. 용접조건은 Table 2에나타내었다. C S Si Mn P 조직관찰은시편을정밀연마후무라카미용액을이용하여에칭하여관찰하였으며, 열처리온도별로모재와용접부의페라이트 (ferrite) 상분율을 Ferritescope Fmp 을이용하여측정하였다. 부식시험은듀플렉스스테인리스강의공식시험인 ASTM G48 method E에의거하여 6%FeCl 3 + 1%HCl 용액에 50 에서 5 간격으로 까지 24시간유지하였으며, 탄소강의부식상태를보기위해 KDS 9502 표준염수 (NaCl) 분무시험을실시하였다. 용액의농도는 50g/L이며시간은 2h, 6h, 24h, 48h, 96h, 168h 이다. 용액의압력은 0.12MPa이며온도는 50 를유지하였다 12). 기계적특성은경도시험, 충격시험그리고인장시험으로조사하였다. 경도시험은마이크로비커스경도기하중 1kgf 로실시하였다. 충격시험은 KS B 0809 의 4 호시험편을제작하여하중 kg-m 의샤르피충격시험기로수행하였으며인장시험은 KS B 0801 의비례시험편중 14B 호를참고하여제작한시편을만능인장시험기로시험속도 1mm/min으로수행하였다. 3. 실험결과및토의 3.1 미세조직관찰 Fig. 1은용접부의매크로사진이며사진을통하여용접부와재열부의경계를뚜렷하게관찰할수있었다. Fig. 2에입열량별조직사진을층별로나타내었다. Fig. 2의경우용접방향에대하여종방향으로절삭하여용접부의중앙에서촬영한사진이다 (Fig. 1 참조 ). 초층에서는전체적으로기지조직인페라이트양이적어보인다. 입열량이낮은 Fig. 2(a) 의경우다른입열량의조직사진보다페라이트양이적게나타났다. Fig. 2(a) 의조직사진은탄소강의탄소함유량이 0.06% 일때의조직사진과유사하다 13). 용접봉은 Cr, Ni 그리고 Mo 등의성분이듀플렉스스테인리스강과비슷하다. 따라서용접부는기본적인듀플렉스스테인리스강의용접부의형태이다. Table 2 Welding conditions Welding Process Current (A) Voltage (V) Speed (cpm) Heat input (kj/cm) FCAW Fig. 1 Macrograph of weld section 大韓熔接接合學會誌第 32 卷第 4 號, 14 年 8 月 365

28 문인준 장복수 김세철 고진현 21.12kJ/cm 24.00kJ/cm 26.

하지만초층의경우모재사이 ( 루트 ) 간격이좁아다른층보다두모재간의용융이잘되어모재와용접봉의희석률이높다.

4 28 문인준 장복수 김세철 고진현 21.12kJ/cm 24.00kJ/cm 26.88kJ/cm (a) (b) (c) 1 st layer (d) (e) (f) 2 nd layer (g) (h) (i) 3 rd layer Fig. 2 Microstructures of weld metals with different heat inputs and layers 하지만초층의경우모재사이 ( 루트 ) 간격이좁아다른층보다두모재간의용융이잘되어모재와용접봉의희석률이높다. 또한입열량이낮은경우다른입열량보다용착금속량이적을수있다. 이로인하여저입열의초층의경우탄소강의모재성분이용융과정에서다른층보다는많이희석됨으로써용접봉이듀플렉스강에상응하는성분함유량이지만탄소강과유사한조직의형상이나타난것으로보인다. 철강재료원소중 C의경우오스테나이트를안정화시켜오스테나이트의온도영역을확대시킨다. 모재중탄소강 (A516-70) 에는 C의함유량이 0.27% 이고, 슈퍼듀플렉스스테인리스강 (UNS S32750) 에는 0.03% 로그차이가매우크다. 초층에서낮은입열량으로용융되면서탄소강에함유되어있던 C가용접금속에많이용융된것으로여겨진다. 따라서용접부의탄소량이증가하여듀플렉스강의조직보다는탄소강의조직으로나타난것으로보여진다. 또한입열량이가장낮은 Fig. 2(a) 조직은평활계면 (planar interface) 응고형상을보인다. 성장속도가느린경우생성되는상으로주상결정은관찰되지않았다. 또한버미큘라 (Vermicular) 페라이트형상을띄고 있으며 Cr eq /Ni eq 의값이적을때생성되는페라이트형상이다 13). 입열량 24.00kJ/cm 인 Fig. 2(b) 에서는조직이한방향으로길게성장하여수지상과비슷한형상을하고있다. 입열량이가장높은 26.88kJ/cm Fig. 1(c) 의경우조직이셀 (cell) 형상이다. 셀형조직은철강및비철금속합금용접부에서흔히관찰되는응고조직이다. 저입열에서나타난평활계면응고는결정립들의방향성에따라경쟁적성장 (competitive growth) 을하게된다이러한형태로응고한응고조직은주상결정의조직이전혀보이지않으며, 평활계면으로성장후에는셀상계면의형태로성장하게된다. 2 nd layer [Fig. 2(d),(e),(f)] 의조직사진을관찰해보면초층과달리오스테나이트가일정한방향성을갖고성장한것을확인할수있다. 전체적으로수지상형태의조직을보여준다. 또한후속패스용착에의한재열과열이력에의하여오스테나이트입계에서작은상들이생성됨을확인할수있다. Fig. 2(f) 의경우초층에서나타난셀상의조직들을확인할수있다. 상층부의조직사진에서입열량이제일높은 Fig. 2(i) 에서침상 (Acicular) 페라이트형상을보여준다. 침상 366 Journal of Welding and Joining, Vol. 32, No. 4, 14

29 페라이트는초층의버미큘라보다 Cr eq /Ni eq 의값이높을때나타나는페라이트형태의종류중하나이다. 마지막층은두번째층과는달리오스테나이트입계에생성된다른상들은발견되지않았다. 다른층과비교하여재가열에의한열이력이없으며다른층보다급랭되기때문에상의석출보다는조직이방향성을갖고성장한것으로보여진다. Fig.

5 29 페라이트는초층의버미큘라보다 Cr eq /Ni eq 의값이높을때나타나는페라이트형태의종류중하나이다. 마지막층은두번째층과는달리오스테나이트입계에생성된다른상들은발견되지않았다. 다른층과비교하여재가열에의한열이력이없으며다른층보다급랭되기때문에상의석출보다는조직이방향성을갖고성장한것으로보여진다. Fig. 3은재열부 [(a), (b)] 와열영향부 [(c), (d)] 의조직사진이다. 조직사진에위치를 Fig. 1에나타내었다. 열영향부는용접부와모재사이에서형성되는영역으로고상에서모재에비하여금속조직학적및역학적변화가일어난부분이다. 열영향부는거의고상선의온도부근까지급속히가열되며또한급속히냉각되기때문에, 이과정에서제2상즉탄 질화물등의고용또는석출이일어난다. 또한급속냉각조건하에서듀플렉스스테인리스강의열영향부 (HAZ) 및재열부 (RZ) 에서는비평형적으로형성되었던페라이트로부터오스테나이트상이생성된다. 이러한영향으로핵의추가적인성장결과이차오스테나이트상이생성된다. Fig. 3(a) 와 (b) 의조직사진에서오스테나이트입계사이에미세한조직인이차오스테나이트상을관찰할수있다. 이상은인성을향상시키지만내공식성을떨어뜨리는것으로알려져있다 14-16). 이차오스테나이트의생성메커니즘은크게두가지가있다. 첫째는단순히기존의오스테나이트가성장하는것이고, 두번째는 Cr 2 N의영향이다. 듀플렉스스테인리스강에서석출물의하나인 Cr 2 N은페라이트와오스테나이트계면에서생성된다. Cr 2 N에서페라이트촉진원소인 Cr이고갈되면서 Cr 2 N이용해되기시작한다. 이때 N은핵이인접한오스테나이트 (a) (b) 상의계면과접하게되면서성장한다. 이때성장한상이이차오스테나이트상이다 17,18). Fig. 3(c) 는듀플렉스스테인리스강과용접부Fig. 3(d) 는탄소강과용접부의경계면조직사진이다. Fig. 3(c) 와는달리 Fig. 3(d) 에서는탄소강조직과가까운형상을보이며용융과정에서 C의증가와 Cr 및 Ni의감소로조직의형상이다른것으로보인다 13). 3.2 페라이트분율측정 Fig. 4는페라이트스코프를이용하여측정한페라이트함유량을보여주고있다. Fig. 1의조직사진과비교하여육안으로관찰할수없었던페라이트함유량을알수있으며조직사진과비교하여전체적으로상층부로갈수록페라이트함유량이증가하였고초층부에서페라이트함유량이가장낮았다. 이는전형적인다층용접의특징이다. 저입열인경우페라이트분율이초층에서는 15% 정도로다른입열량에비해현저히낮게측정되었다. 3.3 상성분분석 Fig. 5는입열량 21.12kJ/cm 의층별성분원소의평균함유량을나타내고있다. 두번째층과세번째층의성분원소의차이가적은것과달리초층과두번째층에서는 Cr과 Ni의함유량이각각 5%, 3% 정도차이가났다. 특히 Cr의함유량은 % 이하로떨어진것을확인하였다. 상대적으로입열량이적어와이어의용착량도적으며이종금속용접이기때문에용융시듀플렉스스테인리스강과탄소강이함께용융됨에따라용접와이어및듀플렉스스테인리스강의크롬함유량보다크게떨어진것으로보인다. 두번째층과세번째층에서는함유량의차이가크 45 (c) (d) Fig. 3 Microstructures of reheated zone((a),(b)) and weld metal-base metal interfaces ((c), (d)) Ferrite percentage(%) (kJ/cm) Layer Fig. 4 Ferrite percentage in the weld metal according to heat inputs and weld layers 大韓熔接接合學會誌第 32 卷第 4 號, 14 年 8 月 367

6 문인준 장복수 김세철 고진현 Cr Ni Mo Cr Ni Mo Elements(%) Elements(%) Layer Fig. 5 Elements profile (Heat input : kj/cm) Layer Fig. 7 Elements profile (Heat input : kj/cm) 25 Cr Ni Mo Table 3 Microstructural change in accordance with Cr eq /Ni eq in weld metals 13) Elements(%) Layer Fig. 6 Elements profile (Heat input : kj/cm) Heat Input (kj/cm) Cr eq/ni eq 1 st layer nd layer rd layer st layer nd layer rd layer st layer nd layer rd layer 1.72 Microstructual change 1. Austenite 2. Inter cellular ferrite 3. Vermicular ferrite 4. Lathy ferrite 5. Acicular ferrite 6. Widmanstatten austenite 7. Ferrite 지않다. 용접시초층보다두모재사이 ( 루트 ) 간격이크기때문에용접와이어의용융량이크며또한재열에의한열이력이있기때문에변화가적은것으로보여진다. Fig. 6은입열량 24.00kJ/cm 에서성분원소함유량이다. Cr 경우저입열과비슷하게초층과두번째층의함유량이크게차이가났지만 Cr의함유량은 % 이상으로저입열보다높게나타났다. Ni의경우두번째층과세번째층사이함유량의차이가크다. Fig. 7은고입열인 26.88kJ/cm 에서의성분원소함유량이다. 다른입열량과비교하여용접부전역에 Cr, Ni, Mo의원소량분포가모든용접층에서차이가가장적었다. 또한 Cr의함유량도 25% 정도로용접와이어및듀플렉스강의 Cr 함유량과비슷한값을나타내었다. 이와같이입열량이증가할수록와이어의용착량이증가한다. 와이어는 Cr과 Ni의함유량이듀플렉스스테인리스강에상응한다. 이러한이유로다른입열량에비하여고입열에서층간성분원소의차이도적으며 Cr, Ni과 Mo의함유량도와이어및듀플렉스스테인리스강과차이가크지않았다. 듀플렉스스테인리스강의경우에는냉각과정에서오스테나이트상이석출하여상온에서페라이트 + 오스테나이트의 2상조직을가지며, 상온에서의조직형상은 Table 3에식 (1) 과식 (2) 를이용하여 Cr eq /Ni eq 값과의관계로나열하였다. (1) (2) Cr eq /Ni eq 값이작으면오스테나이트단일상을나타내며 Cr eq /Ni eq 값이커질수록페라이트형상을나타내었다. Table 3에조직변화는 Cr eq /Ni eq 값이작은쪽에서부터큰순서로나열한것이다. 조직사진 (Fig. 1) 에서언급하였던페라이트조직에따른 Cr eq /Ni eq 값은입열량 21.12kJ/cm 의초층에서약 1.61 이며입열량 26.88kJ/cm 의마지막층에서는 1.72 정도였다. 침상페라이트가버미큘라페라이트보다 Cr eq /Ni eq 값이높은것을확인하였다. 또한 3.2절의페라이트함유량과비교하여 Cr eq /Ni eq 가높을수록페라이트함유량이높은것을확인하였다 368 Journal of Welding and Joining, Vol. 32, No. 4, 14

7 경도시험 Fig. 8은용접표면과수평방향으로측정된경도값으로용접부보다열영향부에서경도가높다. 용접입열량 26.88kJ/cm 에서경도값이가장높다. 입열량이높을수록냉각효과가크기때문에이에따라경도가높다고여겨진다. Fig. 9는용접부중앙에서수직방향으로측정한재열부의경도값이용접부보다낮게나타났다. 일반적으로재열부에서페라이트는감소하고오스테나이트는증가한다고보고되고있다 15,18). 또한용접부의초층으로갈수록경도가낮다. 상대적으로마지막층은초층보다열영향을받지않으므로, 바로급냉이이루어지기때문에다른층보다경도가높게나타났다. 각입열량별로초층과두번째층의경도값이비슷한이유도용접후재가열에의한영향으로보인다. 또한입열량이가장낮은경우경도값이낮고입열량 26.88kJ/cm 에서경도가가장높았다. 3.5 충격시험 Fig. 10은이종금속용접부의충격시험결과로입열량에따른파면율과충격에너지의차이는크지않았다. 충격시험온도 를기준으로연성파면과취성파면이일어났다. - 이상에서는연성파괴가일어났으며 이하에서는취성파괴가일어났다. 이것은슈퍼듀플렉스스테인리스강의연성-취성천이온도가 43 인것을감안할때 가높다 8). 3.6 인장시험 Fig. 11은이종금속용접부의인장시험결과이다. 입열량이증가할수록인장강도의값은각각 845, 823, 733MPa 로증가하였다. 입열량 26.88kJ/cm 에서인장강도가가장높고, 입열량 21.12kJ/cm 에서인장강도가가장낮아 100MPa 정도차이가났다. 듀플렉스스테인리스강의인장강도는 800MPa이다. 입열량이 24.00, 26.88kJ/cm 일때는이에상회하는값을나타냈지만입열량이낮은 21.12kJ/cm 일때는 Hardness(Hv) A-516 HAZ Weld metal HAZ (kj/cm) Fig. 8 Hardness variation across weld metal tested in horizontal direction at 2mm under weld surface Impact energy(kgf m) (kJ/cm) Temperature( ) Fig. 10 Impact energy and fracture percentage as a function of testing temperature Fracture percentage(%) Hardness(Hv) rd layer RZ 2 nd layer RZ 1 st layer (kj/cm) Fig. 9 Hardness variation across weld metal in the vertical direction Tensile strength(mpa) Heat input((kj/cm) Fig. 11 Tensile strengths with different heat inputs 大韓熔接接合學會誌第 32 卷第 4 號, 14 年 8 月 369

32 문인준 장복수 김세철 고진현 이에못미치는값을나타내었다. Ni은재료의인성을증가시키며 Cr은적은양으로도재료의경도와인장강도를증가시킨다. 앞에서고찰된바와같이성분함유량과용접미세조직의영향으로인장강도에서차이가생겼다고여겨진다. 경도시험과인장시험결과입열량 21.12kJ/cm 에서용접한경우기존의듀플렉스스테인리스강보다기계적성질이저하되었다. 3.

13 Corrosion tested surfaces with the variation of time (Test solution : NaCl) (a) 24h, (b) 96h, (c) 168h, (d) 240h 슈퍼듀플렉스스테인리스강의경우일반적으로임계공식온도 (CPT) 가 70~80 로보고되고있다 12).

8 32 문인준 장복수 김세철 고진현 이에못미치는값을나타내었다. Ni은재료의인성을증가시키며 Cr은적은양으로도재료의경도와인장강도를증가시킨다. 앞에서고찰된바와같이성분함유량과용접미세조직의영향으로인장강도에서차이가생겼다고여겨진다. 경도시험과인장시험결과입열량 21.12kJ/cm 에서용접한경우기존의듀플렉스스테인리스강보다기계적성질이저하되었다. 3.7 부식시험 (a) (c) A516 A516 (b) (d) A516 A516 Fig. 13 Corrosion tested surfaces with the variation of time (Test solution : NaCl) (a) 24h, (b) 96h, (c) 168h, (d) 240h 슈퍼듀플렉스스테인리스강의경우일반적으로임계공식온도 (CPT) 가 70~80 로보고되고있다 12). 본시험결과에서도듀플렉스스테인리스강은시험온도 50 에서공식이발생하지않았다 (Fig. 12). 하지만탄소강부분에서공식이일어나용접부와탄소강이분리가되는형상을관찰할수있다. 이는입열량과상관없이공통적인결과이다. Fig. 12는염화제이철용액을이용한공식시험결과로탄소강이염화제이철용액에매우취약하다는것을알수있다. Fig. 12((a),(b)) 를보면공식은용접부의루트패스 ( 초층 ) 에서발생한것을알수있다. 초층의경우루트간격이좁아두모재간의용융이잘되어기존의듀플렉스강보다페라이트량과 Cr의함유량이낮아공식이발생한것으로보인다. Fig. 13은 KDS 9502 표준염수 (NaCl) 분무시험을이용한부식시험결과의시편표면사진이며, Fig. 14는부식후무게감소량을나타낸것이다. 표면상으로는탄소강부분에서부식이일어난것을관찰할수있다. 하지만무게감소량측정결과, 부식시험시간 24h 에서입열량별로각각 g, g, g 이었으며, 240h에서 0.006g, g, 0.004g으로입열량증가에따라무게감소량이적었고차이도크지않았다. 이종금속용접부에대한두가지의부식시험결과듀플렉스스테인리스강은염수에는강해부식이일어나지 (a) (c) (b) (d) Fig. 12 Pitting corrosion tested surfaces (Test solution : 6%FeCl 3 ) (a) 50, (b) 45, (c) 40, (d) 35 Weight loss(g) (kJ/cm) Experimental time (h) Fig. 14 Weight loss(g) as a function of experimental time (Test solution : NaCl) 않았고염화제이철용액에서도매우양호한표면상태를보였다. 그러나탄소강의경우염화제이철용액에서는매우취약하였다. 하지만염수시험에서표면이부식되었지만무게감소량이매우작아부식이심하게일어나지않는것으로판단된다. 결과적으로산업현장에적용시부식환경에서는듀플렉스와탄소강을적절하게용접하는것이중요하다고사료된다. 4. 결론 본연구에서는듀플렉스스테인리스강 (UNS S32750) 과압력용기용탄소강 (ASTM A-516Gr.70) 을 FCA 이종용접하였다. 용접은 3가지입열량 (21.12, 24.00, kj/cm) 으로다층용접하고용접부의미세조직변화와상및성분분석, 페라이트함유량측정을하였다. 인장, 충격과경도시험으로기계적특성을평가하였고부식시험을수행하여다음과같은결론을얻었다. 1) 미세조직은 Cr eq /Ni eq 값이낮은입열량 21.12kJ/cm 의초층에서는버미큘라페라이트, 높은값인 kj/cm 의마지막층에서는침상페라이트가형성되었다. 또한입열량과상관없이상층부에서조직은방향성을띄고성장하였고재가열부에서는내식성이약한이차오스테 370 Journal of Welding and Joining, Vol. 32, No. 4, 14

9 33 나이트상이생성되었다. 그리고모재간 ( 루트 ) 의간격이작고입열량이작은 21.12kJ/cm 의초층에서두금속간의용융이많이일어나탄소강에가까운조직형상을나타내었다. 2) 모든입열량에서초층부의페라이트함유량이가장낮았고상층부로갈수록페라이트량이증가하였다. 3) 열영향부가용접금속보다경도가높고재열부는이차오스테나이트생성으로용접부에비하여경도가낮았다. 그리고상층부에서초층부로갈수록경도가낮았고입열량이작을수록경도가낮았다. 4) 연성-취성천이온도는 - 로기존의듀플렉스강에비해 가량높았다. 이종금속용접용접과정에서서로다른두재료의성분이용융되어충격인성이저하된것으로여겨진다. 5) 입열량이높을수록인장강도는높았고입열량이가장큰 26.88kJ/cm 에서용접부와입열량이가장낮은 21.12kJ/cm 에서용접부의인장강도는약 100MPa 차이가났다. 6) 부식용액염화제이철에서부식시험결과탄소강이아주취약하였고, 탄소강과용접부의계면과초층용접부에서공식이발생하였다. 염수분무시험에서탄소강표면이부식되었으나무게감소량은낮았다. Reference 1. P. Guha and C. A. Clark: Properties and Application of Chromium Duplex Stainless Steels, Int. Conf. Proc. of Duplex Stainless Steels (1983) 355~ G. Herbsleb and P.Schwaab, Precipitation of Intermetallic Compounds, Nitrides and Carbides in AF 22 Duplex Steel and Their Influence on Corrosion Behavior in Acids, Int. Conf. Proc. of Duplex Stainless Steels (1983) 15~38 3. Jong-Sub Lee and Sook Hwan Kim, A Study of Weld Fusion Zone Phenomena in Austenitic Stainless Steels(2) - Effect of Nitrogen on Microstructural Evolution and Hot Cracking Susceptibility of GTA Welds in STS 4 -, Journal of KWJS, 18-1 (00), (in Korean) 4. Charles J. Super duplex stainless steels: structure and properties. In: Charles J, Bernhardsson S, editors. Duplex Stainless Steels 91: Proceedings of the Third Internationl a Conference on Duplex Stainless steels, Les editions de physique. (1991) 5. H. D. Solomon and T. M. Devine, Proc. Conf. on Duplex Stainless Steels, (ed: R. A. Lula), p.693, ASTM, Metal Park, Ohil, USA, J. Charles, Proc. Conf. on Duplex Stainless Steels, (eds: J. Charles and S. Bernhardsson), 3, Beaune, France (1991) 7. K. Johansson, Pro. Conf. on Duplex Stainless Steels, (eds: J. Charles and S. Bernhardsson), p.13, Associazione Italiana Metallurgia, Venezia, Italy, J.-O. Nilsson : Super duplex stainless steels, Matereals Science and Technology, August (1992), 8, Badji R, Bouabdallah M. Effect of solution treatment temperature on the precipitation kinetic of sigma phase in 25 duplex stainless steel welds. Mater Sci Eng A 08;496: Seong-Kil Nam, Se-Jin Park, Hye-Sung Na and Chung-Yun Kang, Effect of Thermal Cycle on Microstructure and Pitting Corrosion Property of Multi-pass Weldment of Super-duplex Stainless Steel, Journal of KWJS, 28-4 (10), (in Korean) 11. C. Y. Kang, H. J. Ki,, C. G. Kim, I. S. Kim, D. W. Joo and J. H. Seong : J. Kor. Soc. Heat Treat, 11 (1998), ASTM G48-03, Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution, West Conshohocken, PA: ASTM, The Korean Welding and Joining Society, Ⅰ. Steel and nonferrous meta, Welding & Joining Handbook (08) Zhang Wei, Jiang Laizhu. Effect of ageing on precipitation and impact energy of 2101 economical duplex stainless steel. Mater Charact 09; 60: Ramirez, A. 01. Ph.D. dissertation, University of Sao paulo, Sao Paulo 16. Serna, C.P., remarez, A.J., Alonso-Falleros, N., and Brandi, S. D. 03. pitting corrosion resistance of duplex stainless steel multipass welds, in Proceeding of the 6 th International conference on Trends in Welding Research, As International, Materials Park, OH, Nilsson, J.-O., Jonsson, P., and Wilson, A Formation of secondary austenite in super duplex stainless steel weld metal and its dependence on chemical composition, Paper 39 in Duplex Stainless Steels 94, 1, Abington Publishing, cambridge 18. Ramerez, A. J., Brandi, S., and Lippold, J.C. 03. The relationship between chromium nirtide and secondary austenite precipitation in duplex stainless steesls, Metallurgical Transactions A, 34A(8): 大韓熔接接合學會誌第 32 卷第 4 號, 14 年 8 月 371

고진현 hwp

고진현 hwp 37 연구논문 ISSN 1225-6153 Online ISSN 2287-8955 스테인리스강 STS 316L 과탄소강 A516-70 의이종금속 GTA 용접부특성에대한연구 김세철 * 신태우 * 문인준 ** 장복수 *** 고진현 *, * 한국기술교육대학교신소재공학과 ** 동국제강 *** 정우산기 ( 주 ) A Study of Characteristics on the