스테인리스 스틸 용접에 PWHT가 필요합니까?

스테인리스 스틸의 고온 적용 분야에서 상당한 진전이 있었지만, 재열 균열 문제로 인해 용접부에는 여전히 심각한 문제가 남아 있습니다.

재가열 균열은 일반적으로 모재 열 영향 구역(HAZ)과 용접부의 민감화로 인해 시작되어 크롬 탄화물의 침전으로 이어집니다.

탄소 함량

강철의 탄소 함량은 강도, 연성, 내식성뿐만 아니라 용접 및 용접 후 열처리(PWHT) 요건을 결정합니다. 스테인리스강의 경우 0.03~0.5% 범위에서 경도와 내마모성을 높일 수 있지만, 지나치게 많으면 강철이 부서지기 쉽고 용접성이 떨어질 수 있습니다.

스테인리스강은 특성을 개선하기 위해 크롬, 몰리브덴, 망간과 같은 저탄소 합금 원소를 배합에 포함시키는 경우가 많습니다. 이러한 원소를 결합하면 탄소 함량을 0.25% 이하로 낮춰 탄소강에 비해 용접성, 내식성, 가공성을 향상시킬 수 있습니다.

PWHT의 경우 일반적으로 스테인리스 스틸이 탄소강보다 우수한 선택입니다. 탄소 함량이 낮기 때문에 모든 제조 공정에서 용접과 취급이 더 간단하며, 이는 가공 작업에서 특히 중요합니다. 또한 항복 응력이 낮기 때문에 스테인리스 스틸은 탄소강에 비해 찌그러짐이나 구부러짐에 덜 취약합니다.

오스테나이트계 스테인리스강은 탄소 함량이 최대 0.10%로 낮고 용접 후 열처리(PWHT) 없이 용접할 수 있는 경우가 많습니다. 그러나 탄소강과 접합할 경우, 이 등급은 두 금속 유형 간의 열팽창 차이로 인한 입계 부식에 더 취약해집니다. 따라서 PWHT 처리를 선택하기 전에 스테인리스 강의 탄소 함량을 아는 것은 매우 중요합니다.

전반적인 화학

스테인리스 스틸을 구성하는 합금은 성분이 상당히 다양할 수 있습니다. 철, 크롬, 니켈, 몰리브덴의 비율에 따라 조성이 달라지며, 필요한 스테인리스강 합금의 종류와 용도에 따라 정확한 배합 비율이 달라집니다. 이러한 요소는 강도, 내식성, 용접성, 자성 밀도, 열전도도 등의 특성에 영향을 미칩니다.

예를 들어, 특정 등급의 스테인리스 스틸은 산성 용액을 견딜 수 있지만 다른 스테인리스 스틸은 견딜 수 없습니다. 스테인리스 합금의 크롬과 몰리브덴 함량을 높이면 염산, 묽은 황산, 질산과 같은 환원산에 대한 저항성이 증가합니다. 그러나 안타깝게도 농축 황산과 같은 산화성 산에 대한 내성은 증가하지 않습니다.

스테인리스강의 또 다른 특징인 응력 부식 균열(SCC)은 염화물에 장시간 고온에 노출될 때 발생하며, 금속 내부에 균열이 생기는 현상입니다. SCC를 해결하지 않고 방치하면 금속 고장으로 이어져 고장이 발생하거나 궁극적으로 치명적인 균열이 생길 수 있습니다.

스테인리스 스틸은 내구성이 뛰어나고 다양한 환경을 견딜 수 있어 제조 분야에서 매우 선호되는 소재입니다. 복원력이 뛰어나 화학 플랜트, 석유 및 가스 파이프라인 등을 견딜 수 있고 내화성이 뛰어나 건설 및 자동차 배기 시스템에 광범위하게 사용되는 또 다른 이유입니다.

용접 온도

스테인리스 스틸은 부식에 강해 레스토랑 주방, 수제 맥주 양조장, 의료 장비, 액체 및 가스 운송에 탁월한 선택입니다. 스테인리스 스틸은 극한의 고온과 저온은 물론 다양한 형태의 화학적, 기계적 스트레스를 견딜 수 있으며, 내구성이 뛰어나 마모와 충격에도 균열 없이 견딜 수 있습니다.

스테인리스 스틸의 성분에 따라 용접 시 추가적인 주의가 필요할 수 있습니다. 완전 오스테나이트 재종(300 시리즈)은 고온에서 장시간 방치하면 균열이 발생하기 쉬운데, 이는 열이 투입되면 용접 금속과 모재 금속 모두에서 페라이트와 오스테나이트 사이의 균형이 변하여 결국 시그마 상이 형성되고 균열이 발생할 수 있기 때문입니다.

페라이트계 및 듀플렉스 스테인리스강은 최대 인터패스 온도 한계가 낮기 때문에 각별한 주의가 필요하며 용접 시 원치 않는 상이 형성되는 것을 방지하기 위해 특정 예열 및 용접 후 열처리 온도가 필요합니다.

효과적인 PWHT는 용접 인터페이스 근처의 크롬 고갈 영역에서 카바이드 침전으로 인한 SMSS-IGSCC 민감도를 줄이고 약산성 환경에서 강도, 연성, 내식성 및 내공극성을 증가시키면서 조인트의 수소 관련 결함을 줄일 수 있습니다.

섹션 두께

스테인리스 스틸은 다양한 용도로 사용되며 강도와 부식에 대한 저항성으로 인해 구조물의 재료로 자주 선택됩니다. 그러나 강도는 시트의 등급과 합금 구성뿐만 아니라 두께에 따라 결정되며, 표준 게이지 두께는 구부러짐이나 뒤틀림이 얼마나 쉽게 발생하는지에 영향을 미치며, 두꺼운 시트는 더 강하지만 제작을 위해 특별한 도구가 필요합니다.

게이지 차트를 사용하여 측정한 스테인리스 강판의 두께는 게이지 번호로 확인할 수 있습니다. 게이지 번호가 실제 두께에 대한 많은 정보를 제공하지는 않지만, 금속마다 게이지 차트가 다르며 두께가 서로 상당히 다를 수 있습니다. 특정 치수의 프로젝트에 사용할 재료를 선택할 때는 게이지 차트를 확인하여 원하는 크기의 재료를 사용할 수 있는지 확인하는 것이 중요합니다.

스테인리스강의 용접 후 열처리(PWHT)는 스테인리스강의 등급과 용도에 따라 다릅니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 탄소 함량이 낮고 용접성이 뛰어나 최소한의 PWHT가 필요하며, 마르텐사이트계 및 침전 경화계는 PWHT 처리의 이점을 누릴 수 있으며, 이 경우 용접물을 목표 온도까지 서서히 가열한 다음 지정된 시간 동안 해당 온도를 유지해야 합니다.