스테인리스 스틸(Stainless Steel)는 내산성 스테인리스 강의 약자이며, 공기, 증기, 물 등 약한 부식성 매체에 대한 저항성이 있거나 스테인리스 특성을 지닌 강종을 스테인리스강이라고 합니다.
용어 "스테인리스 스틸"는 단순히 한 종류의 스테인리스강만을 지칭하는 것이 아니라, 100가지 이상의 산업용 스테인리스강을 지칭하며, 각 종류는 해당 응용 분야에서 좋은 성능을 발휘합니다.
이 강종들은 모두 17~22%의 크롬을 함유하고 있으며, 더 좋은 등급의 강종에는 니켈도 함유되어 있습니다. 몰리브덴을 첨가하면 대기 부식, 특히 염화물 함유 환경에서의 내식성을 더욱 향상시킬 수 있습니다.
一. 스테인리스 강의 분류
1. 스테인리스 스틸과 내산성 스틸이란 무엇인가요?
답변: 스테인리스강은 스테인리스 내산성강(Stainless Acid-Resistant Steel)의 약자로, 공기, 증기, 물 등 약한 부식성 매체에 대한 내성을 가진 스테인리스강입니다. 부식된 강종은 내산성강이라고 합니다.
두 가지의 화학 조성 차이로 인해 내식성도 다릅니다. 일반 스테인리스강은 일반적으로 화학 매체에 대한 내식성이 낮은 반면, 내산성 스테인리스강은 일반적으로 내식성이 우수합니다.
2. 스테인리스 스틸은 어떻게 분류하나요?
답변: 조직의 상태에 따라 마르텐사이트강, 페라이트강, 오스테나이트강, 오스테나이트-페라이트(듀플렉스) 스테인리스강, 석출경화 스테인리스강 등으로 나눌 수 있습니다.
(1) 마르텐사이트강 : 강도는 높으나 가소성과 용접성이 떨어진다.
일반적으로 사용되는 마르텐사이트계 스테인리스강은 1Cr13, 3Cr13 등으로, 탄소 함량이 높아 강도, 경도, 내마모성이 우수하지만, 내식성이 다소 낮아 높은 기계적 성질과 내식성이 요구되는 부품에 사용됩니다. 스프링, 증기 터빈 블레이드, 유압 프레스 밸브 등과 같은 일반적인 부품에 사용됩니다.
이 유형의 강철은 담금질과 템퍼링 후에 사용되며, 단조와 스탬핑 후에는 어닐링이 필요합니다.
(2) 페라이트강: 크롬 함량이 15~30%입니다. 크롬 함량이 증가할수록 내식성, 인성, 용접성이 향상되며, 염화물 응력 부식에 대한 저항성이 Crl7, Cr17Mo2Ti, Cr25, Cr25Mo3Ti, Cr28 등 다른 스테인리스강보다 우수합니다.
크롬 함량이 높아 내식성과 내산화성은 비교적 우수하지만, 기계적 성질과 가공 특성이 좋지 않습니다. 주로 응력이 적은 내산성 구조물이나 산화방지강으로 사용됩니다.
이 강은 대기, 질산, 염 용액의 부식에 강하고, 고온 산화 저항성이 우수하며 열팽창 계수가 작은 특성을 가지고 있습니다. 질산 및 식품 공장 장비에 사용되며, 가스터빈 부품 등 고온에서 작동하는 부품 제작에도 사용할 수 있습니다.
(3) 오스테나이트계 강: 크롬 함량이 18% 이상이며, 니켈 함량이 약 8%이고, 몰리브덴, 티타늄, 질소 등의 원소가 소량 함유되어 있습니다. 전반적인 성능이 우수하며, 다양한 매체에 대한 내식성이 우수합니다.
일반적으로 용액처리를 채택하는데, 즉 강철을 1050~1150℃로 가열한 후 수냉 또는 공냉하여 단상 오스테나이트 조직을 얻습니다.
(4) 오스테나이트-페라이트(듀플렉스) 스테인리스강: 오스테나이트와 페라이트의 장점을 모두 가지고 있으며, 초소성 특성을 가지고 있습니다. 오스테나이트와 페라이트는 각각 스테인리스강의 약 절반을 차지합니다.
탄소 함량이 낮은 경우, Cr 함량은 18%~28%, Ni 함량은 3%~10%입니다. 일부 강에는 Mo, Cu, Si, Nb, Ti, N과 같은 합금 원소도 포함됩니다.
이 강종은 오스테나이트계와 페라이트계 스테인리스강의 특성을 모두 가지고 있습니다. 페라이트계 스테인리스강에 비해 가소성과 인성이 우수하고, 상온 취성이 없으며, 입계 부식 저항성과 용접성이 크게 향상되는 동시에 철의 강도는 그대로 유지됩니다. 스테인리스강은 475°C에서 취성을 띠고, 높은 열전도도를 가지며, 초소성 특성을 가지고 있습니다.
오스테나이트계 스테인리스강에 비해 강도가 높고 입계부식 및 염화물 응력 부식에 대한 저항성이 크게 향상되었습니다. 듀플렉스 스테인리스강은 공식 부식에 대한 저항성이 우수하며 니켈 함량이 낮은 스테인리스강입니다.
(5) 석출 경화 스테인리스강: 기지 조직은 오스테나이트 또는 마르텐사이트이며, 일반적으로 석출 경화 스테인리스강의 등급은 04Cr13Ni8Mo2Al 등입니다. 석출 경화(시효 경화라고도 함)를 통해 경화(강화)될 수 있는 스테인리스강입니다.
구성에 따라 크롬스테인리스강, 크롬니켈스테인리스강, 크롬망간질소스테인리스강으로 구분된다.
(1) 크롬 스테인리스강은 일정한 내식성(산화성 산, 유기산, 캐비테이션), 내열성, 내마모성을 가지고 있어 일반적으로 발전소, 화학, 석유화학 등의 설비 소재로 사용됩니다. 그러나 용접성이 좋지 않아 용접 공정 및 열처리 조건에 주의를 기울여야 합니다.
(2) 크롬-니켈 스테인리스강은 용접 시 반복적인 가열을 받게 되어 탄화물이 석출되어 내식성과 기계적 성질이 저하된다.
(3) 크롬-망간 스테인리스강은 강도, 연성, 인성, 성형성, 용접성, 내마모성, 내식성이 양호하다.
2. 스테인리스강 용접의 난제와 재료 및 장비 활용 소개
1. 스테인리스강 용접이 어려운 이유는 무엇입니까?
답변: (1) 스테인리스강의 열감도는 비교적 강하고 450~850℃ 온도범위에서의 체류시간이 약간 길어 용접부 및 열영향부의 내식성이 심각하게 저하됩니다.
(2) 열 균열이 발생하기 쉽습니다.
(3) 보호가 부족하고 고온 산화가 심함.
(4) 선팽창계수가 크고 큰 용접변형이 발생하기 쉽다.
2. 오스테나이트계 스테인리스강을 용접하기 위해 어떤 효과적인 기술적 조치를 취할 수 있습니까?
답변: (1) 모재의 화학성분에 따라 용접재료를 엄격히 선정합니다.
(2) 작은 전류, 작은 라인 에너지로 빠른 용접이 가능하여 열 입력을 줄입니다.
(3) 얇은 직경의 용접 와이어, 용접봉, 스윙 없음, 다층 다중 패스 용접;
(4) 용접부 및 열영향부의 강제냉각으로 450~850℃ 체류시간을 단축한다.
(5) TIG 용접 뒷면의 아르곤 보호;
(6) 부식성 매체와 접촉하는 용접부는 최종적으로 용접된다.
(7) 용접부 및 열영향부의 부동태화 처리.
3. 오스테나이트계 스테인리스강, 탄소강, 저합금강(이종강 용접) 용접 시 25-13 시리즈 용접 와이어와 전극을 선택해야 하는 이유는 무엇입니까?
답변: 오스테나이트계 스테인리스강과 탄소강, 저합금강을 연결하는 이종강 용접 접합부의 용접 시, 용접 용착 금속은 25-13 계열 용접 와이어(309, 309L)와 용접봉(오스테나이트계 312, 오스테나이트계 307 등)을 사용해야 합니다.
다른 스테인리스강 용접재료를 사용할 경우 탄소강과 저합금강 측면의 용융선에 마르텐사이트 조직과 냉간균열이 나타납니다.
4. 솔리드 스테인리스 스틸 용접 와이어가 98%Ar+2%O2 보호 가스를 사용하는 이유는 무엇입니까?
답변: 솔리드 스테인리스 스틸 와이어의 MIG 용접 시, 순수 아르곤 가스를 차폐재로 사용하면 용융 풀의 표면 장력이 높아져 용접부가 "혹" 모양으로 잘 형성되지 않습니다. 1~2%의 산소를 첨가하면 용융 풀의 표면 장력이 감소하여 용접 이음매가 매끄럽고 아름답게 형성됩니다.
5. 솔리드 스테인리스 스틸 용접 와이어 MIG 용접 표면이 검게 변하는 이유는 무엇입니까? 이 문제를 해결하는 방법은 무엇입니까?
답변: 솔리드 스테인리스 스틸 용접 와이어의 MIG 용접 속도는 비교적 빠릅니다(30~60cm/분). 보호 가스 노즐이 용융 풀 전면까지 도달하면 용접 이음매는 여전히 붉고 뜨거운 고온 상태이며, 이는 공기에 의해 쉽게 산화되어 표면에 산화물이 형성됩니다. 용접부는 검은색입니다. 산세 부동태화 방법을 사용하면 검은색 표면을 제거하고 스테인리스 스틸의 원래 표면 색상을 복원할 수 있습니다.
6. 솔리드 스테인리스 스틸 용접 와이어는 제트 전이와 튀김 없는 용접을 달성하기 위해 펄스 전원 공급 장치를 사용해야 하는 이유는 무엇입니까?
답변: 솔리드 스테인리스 스틸 와이어 MIG 용접 시, φ1.2 용접 와이어, 전류 I ≥ 260 ~ 280A일 때 제트 전이가 실현될 수 있습니다. 이 값보다 작으면 물방울이 단락 전이되고 스패터가 크기 때문에 일반적으로 권장하지 않습니다.
펄스가 있는 MIG 전원 공급 장치를 사용해야만 펄스 입자가 작은 사양에서 큰 사양으로 전환될 수 있습니다(와이어 직경에 따라 최소값이나 최대값을 선택). 튀김 없는 용접이 가능합니다.
7. 플럭스 코어드 스테인리스 스틸 용접 와이어가 펄스 전원 공급 장치 대신 CO2 가스로 보호되는 이유는 무엇입니까?
답변: 현재 일반적으로 사용되는 플럭스 코어드 스테인리스 스틸 용접 와이어(예: 308, 309 등)의 경우, 용접 와이어의 용접 플럭스 공식은 CO2 가스의 보호 하에 용접 화학 야금 반응에 따라 개발되므로 일반적으로 펄스 아크 용접 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다(펄스가 있는 전원 공급 장치는 기본적으로 혼합 가스를 사용해야 함). 미리 입자 전이에 들어가고 싶다면 펄스 전원 공급 장치나 혼합 가스 용접이 있는 기존 가스 차폐 용접 모델을 사용할 수도 있습니다.
게시 시간: 2023년 3월 24일