오스테나이트 스테인리스 스틸

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오스테나이트 스테인리스 스틸이 시장에서 지배적입니다. 이 그룹에는 매우 일반적인 AISI 304 및 AISI 316 강철뿐만 아니라 더 높은 합금 AISI 310S 및 ASTM N08904 / 904L

오스테나이트강은 특히 오스테나이트 포머의 함량이 높은 것이 특징입니다. 니켈. 또한 크롬, 몰리브덴 및 때로는 구리와 합금되어 있습니다, 티타늄, 니오븀 및 질소. 질소와의 합금은 강철의 항복 강도를 높입니다.

오스테나이트계 스테인리스강은 화학 산업 및 식품 가공 산업 등 매우 광범위한 분야에 사용됩니다. 몰리브덴이 없는 강철은 또한 매우 우수합니다. 고온 특성으로 인해 용광로와 열교환기에 사용됩니다. 저온에서의 우수한 충격 강도는 극저온 액체를 담는 용기와 같은 장치에서 종종 활용됩니다.

오스테나이트 스테인리스 스틸 에 의해 강화될 수 없습니다. 열처리. 일반적으로 담금질–어닐링 상태이므로 부드럽고 성형성이 높습니다.

냉간 작업은 경도 그리고 강도. 따라서 특정 강종은 냉간 연신 또는 냉간 압연 상태로 공급됩니다. 오스테나이트 스테인리스 스틸은 높은 연성, 낮은 항복 강도 그리고 상대적으로 높은 궁극기 인장 강도일반 탄소강과 비교할 때

냉각 시 탄소강은 다음과 같이 변화합니다. 오스테나이트 페라이트와 시멘타이트의 혼합물로 변합니다. 오스테나이트 스테인리스 스틸 튜브를 사용하면 높은 크롬과 니켈 함량이 이러한 변형을 억제하여 냉각 시 재료가 완전한 오스테나이트로 유지됩니다(니켈은 냉각 시 오스테나이트 상을 유지하고 크롬은 변형을 늦춰 8% 니켈만으로 완전한 오스테나이트 구조를 얻을 수 있습니다). 

열처리 및 용접으로 인한 열 사이클은 기계적 특성에 거의 영향을 미치지 않습니다. 그러나 다음과 같은 방법으로 강도와 경도를 높일 수 있습니다. 냉간 가공연성 또한 감소합니다. 전체 용액 어닐링(약 1045°C까지 가열한 후 담금질 또는 급속 냉각)은 재료를 원래 상태로 복원하여 합금 분리, 민감성, 시그마 상, 복원력을 제거합니다. 연성 냉간 가공 후. 안타깝게도 급속 냉각은 항복점만큼 높은 잔류 응력을 다시 유발할 수 있습니다. 어닐링 과정에서 물체를 제대로 지지하지 않으면 왜곡이 발생할 수도 있습니다.

오스테나이트강은 수소 균열에 취약하지 않으므로 두꺼운 섹션에서 수축 응력의 위험을 줄이기 위한 경우를 제외하고는 예열이 거의 필요하지 않습니다. 용접 후 열처리 은 취성 골절에 대한 저항성이 높은 재료로 거의 필요하지 않으며, 때때로 스트레스 완화를 통해 위험을 줄이기 위해 응력 부식 균열를 섭취할 수 있지만, 안정화된 등급을 사용하지 않으면 민감성 염증을 유발할 수 있습니다(낮은 온도 약 450°C). 오스테나이트 스테인리스 스틸 / 슈퍼 오스테나이트 스테인리스 스틸 비교 차트

이미지는 오스테나이트 스테인리스 스틸의 미세 구조를 보여줍니다.

금속 조직학 테스트 - 금속 조직학 테스트
금속학 테스트 보고서

오스테나이트강은 전위의 흐름에 더 많은 평면을 제공하는 F.C.C 원자 구조와 낮은 수준의 간극 원소(전위 사슬을 고정하는 원소)가 결합되어 우수한 연성을 제공합니다. 이는 또한 이 소재에 항복점이 명확하게 정의되어 있지 않아 항복 응력이 항상 증명 응력으로 표현되는 이유를 설명합니다. 오스테나이트강은 실제 절대 온도(-273°C)까지 인성이 우수하며 가파른 연성에서 취성으로의 전이가 없습니다. 

이 소재는 내식성이 우수하지만 특정 환경에서는 상당히 심한 부식이 발생할 수 있습니다. 용접 금속이 모재보다 더 많이 부식될 수 있으므로 용접 소모품과 용접 기술을 올바르게 선택하는 것이 매우 중요할 수 있습니다.

스테인리스강으로 만들어진 압력 플랜트에서 고장의 가장 큰 원인은 응력 부식 균열(S.C.C)일 것입니다. 이러한 유형의 부식은 재료에 깊은 균열을 형성하며, 50°C 이상의 온도에서 재료가 인장 응력(이 응력에는 항복점까지의 잔류 응력이 포함됨)을 받을 때 공정 유체 또는 가열수/증기(좋은 수처리 필수)에 염화물이 존재하기 때문에 발생합니다. 니켈과 몰리브덴의 함량이 크게 증가하면 위험이 감소합니다. 

스테인리스 스틸은 크롬이 풍부한 매우 얇고 안정적인 산화막을 가지고 있습니다. 이 피막은 손상되면 대기와의 반응에 의해 빠르게 변형됩니다. 스테인리스 스틸 튜브가 용접 중에 대기로부터 적절히 보호되지 않거나 매우 심한 연삭 작업을 받으면 매우 두꺼운 산화막이 형성됩니다. 파란색 색조로 구별되는 이 두꺼운 산화물 층은 그 아래에 크롬이 고갈된 층이 있어 내식성을 손상시킵니다. 산화막과 고갈된 층은 기계적으로(미세 그릿으로 연마하는 것이 좋으며, 와이어 브러싱과 샷 블라스팅은 효과가 적음) 또는 화학적으로(질산과 불산을 혼합한 산 피클) 모두 제거해야 합니다. 청소가 완료되면 표면을 화학적으로 부동태화하여 내식성을 향상시킬 수 있습니다(부동태화는 부식 과정과 관련된 양극 반응을 감소시킵니다).

탄소강 공구는 탄소강을 연마할 때 지지대나 스파크가 스테인리스강 파이프 표면에 파편을 박아 넣을 수 있습니다. 이러한 파편은 습기가 차면 녹이 슬 수 있습니다. 따라서 스테인리스 스틸 가공은 별도의 지정된 공간에서 수행하고 가능하면 특수 스테인리스 스틸 공구를 사용하는 것이 좋습니다.

 스테인리스 스틸의 어느 부분이든 500도~800도 범위에서 적당한 시간 동안 가열되면 크롬이 강철에 존재하는 탄소와 함께 크롬 카바이드(탄소로 형성된 화합물)를 형성할 위험이 있습니다. 이렇게 하면 패시브 필름을 제공하는 데 사용할 수 있는 크롬이 감소하고 우선 부식이 발생하여 심각한 부식이 발생할 수 있습니다. 이를 흔히 감작이라고 합니다. 따라서 스테인리스강을 용접할 때는 낮은 열 입력을 사용하고 최대 인터패스 온도를 약 175°로 제한하는 것이 좋지만, 최신 저탄소 등급의 경우 장시간 가열하지 않는 한 감작이 발생할 가능성은 거의 없습니다. 소량의 티타늄(321) 또는 니오븀(347)을 첨가하여 재료를 안정화하면 크롬 탄화물 형성이 억제됩니다.

산화에 저항하고 다음과 같은 고탄소 등급을 크리프합니다. 304H 또는 316H 가 자주 사용됩니다. 향상된 크리프 저항성은 탄화물의 존재와 더 높은 어닐링 온도와 관련된 약간 더 거친 입자 크기와 관련이 있습니다. 탄소 함량이 높을수록 필연적으로 감작이 발생하기 때문에 공장 가동 중단 시 부식의 위험이 있을 수 있으므로 다음과 같은 안정화 등급이 선호될 수 있습니다. 347H.

오스테나이트 계 스테인리스강의 응고 강도는 황 및 인과 같은 불순물이 조금만 첨가되어도 심각하게 손상될 수 있으며, 이는 재료의 높은 팽창 계수와 결합하여 심각한 응고 균열 문제를 일으킬 수 있습니다. 대부분 304 유형 합금은 처음에는 황에 대한 용해도가 높은 델타 페라이트로 응고되었다가 추가 냉각 시 오스테나이트로 변하도록 설계되었습니다. 이렇게 하면 잔류 델타 페라이트의 작은 패치가 포함된 오스테나이트 재료가 생성되므로 엄격한 의미에서 진정한 오스테나이트가 아닙니다. 필러 금속에는 균열 없는 용접을 보장하기 위해 델타 페라이트가 추가로 첨가되는 경우가 많습니다.

델타 페라이트는 550°C 이상에서 장시간 가열하면 시그마 상이라고 하는 매우 부서지기 쉬운 상으로 변할 수 있습니다(크롬 수준에 따라 수천 시간이 걸릴 수 있습니다). 듀플렉스 스테인리스 스틸은 이 온도에서 단 몇 분 만에 시그마 상이 형성될 수 있습니다.)

이 소재와 관련된 매우 높은 팽창 계수는 용접 왜곡이 상당히 심할 수 있음을 의미합니다. 용접 후 압력 용기의 두꺼운 링 플랜지가 유체 밀봉이 불가능할 정도로 뒤틀리는 것을 본 적이 있습니다. 열 응력은 다음과 관련된 또 다른 주요 문제입니다. 스테인리스 스틸콜드 베셀에 부착된 재킷이나 코일로 가열된 압력 플랜트에서 조기 고장이 발생할 수 있습니다. 이 소재는 열전도율이 낮기 때문에 더 낮은 용접 전류가 필요하며(일반적으로 탄소강보다 25% 낮음) 더 좁은 조인트 준비도 허용될 수 있습니다. 모든 일반적인 용접 공정은 성공적으로 사용할 수 있지만, 적절한 예방 조치를 취하지 않으면 SAW와 관련된 높은 증착률로 인해 응고 균열이 발생하고 감각 이상이 발생할 수 있습니다. 

용접 루트의 우수한 내식성을 보장하려면 용접 및 후속 냉각 중에 불활성 가스 차폐막으로 대기로부터 보호해야 합니다. 가스 차폐막은 적절한 댐으로 용접 루트 주위를 둘러싸고 있어야 하며, 해당 영역을 통해 가스가 지속적으로 흐를 수 있어야 합니다. 댐을 통해 흐르는 퍼징 가스의 부피가 댐에 포함된 부피의 6배 이상이 될 수 있도록 충분한 시간이 경과한 후에 용접을 시작해야 합니다(EN1011 파트 3 권장 사항 10). 퍼징이 완료되면 퍼지 유량을 줄여 공기를 배제하기에 충분한 작은 양압만 가하도록 해야 합니다. 루트의 우수한 내식성이 요구되는 경우 댐의 산소 레벨은 0.1%(1000ppm)를 초과하지 않아야 하며, 극도의 내식성을 위해서는 0.015%(150ppm)로 낮춰야 합니다. 배압 가스는 일반적으로 아르곤 또는 헬륨이며, 내식성이 중요하지 않은 경우에는 질소가 경제적인 대안으로 사용되는 경우가 많으며, 내식성이 중요하지 않은 경우에는 질소 + 10% 헬륨이 더 좋습니다. 가스 실드 대신 뿌리를 보호하는 데 사용할 수 있는 다양한 독점 페이스트와 백킹 재료가 있습니다. 대형 스테인리스 스틸 덕트와 같이 용접 루트의 부식 및 산화물 코킹이 중요하지 않은 일부 애플리케이션에서는 가스 백킹을 사용하지 않습니다.
탄소 함량:
304L 저탄소 등급, 일반적으로 최대 0.03%
304  등급 중간 탄소, 일반적으로 최대 0.08%
304H 등급 고탄소, 일반적으로 최대 0.1% 

탄소 함량이 높을수록 수율 강도가 높아집니다. (따라서 안정화된 등급을 사용할 때 길이가 더 길어집니다.)

일반적인 합금 함량

위의 모든 스테인리스 스틸 등급은 304의 기본 변형입니다. 308 또는 316으로 용접되는 304, 347로 용접되는 321(티타늄은 아크에 쉽게 전달되지 않음), 318로 용접되는 316Ti를 제외하고는 모두 쉽게 용접할 수 있으며 그에 맞는 소모품이 있습니다. 

몰리브덴은 크롬과 미세 구조에 동일한 영향을 미치지만 피팅 부식에 대한 저항성이 더 뛰어나다는 점을 제외하면 크롬과 동일합니다. 따라서 316은 304보다 크롬이 덜 필요합니다.  

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