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고도화되는 산업 환경은 고압과 강한 부식 환경에 소재를 노출시키기 때문에 소재의 우수한 강도와 내식성을 요구한다 [1-4]. 해양 플랜트와 석유 화학 산업에서 사용되는 파이프와 벨브는 해수와 산성분위기에 노출되고 고압에서 운영되기 때문에 높은 내식성과 높은 강도를 요구한다. 듀플렉스 스테인리스 강 (duplex stainless steel, ...

고도화되는 산업 환경은 고압과 강한 부식 환경에 소재를 노출시키기 때문에 소재의 우수한 강도와 내식성을 요구한다 [1-4]. 해양 플랜트와 석유 화학 산업에서 사용되는 파이프와 벨브는 해수와 산성분위기에 노출되고 고압에서 운영되기 때문에 높은 내식성과 높은 강도를 요구한다. 듀플렉스 스테인리스 강 (duplex stainless steel, DSS)은 오스테나이트와 페라이트로 구성된 2상 스테인리스 강이며 페라이트의 높은 강도와 오스테나이트의 우수한 내식성을 함께 가졌기 때문에 해양플랜트와 석유 화학 산업에서 파이프나 벨브로 사용하기에 적합하다 [5,6]. 열처리 조건에 따라 오스테나이트의 내식성이 변화하기 때문에 가공 중 내식성을 최적화하여야 한다 [7,8].
DSS는 제조 중 단조, 인발, 그리고 압출 등의 고온 가공 공정과 고용화 열처리를 필요로하는데 DSS의 전기화학적 성능 향상을 위해 가공 중 형성된 편석과 2차 상의 석출에 의해 감소된 내식성을 향상시킬 필요가 있다. 열처리 조건의 제어를 통해 균일한 오스테나이트를 형성하고 2차 상의 석출을 억제하기 위한 열처리 조건에 대한 연구 결과를 다음과 같이 요약하였다.
슈퍼 급으로 분류되는 듀플렉스 스테인리스 강 (super duplex stainless steel, SDSS)의 고온 가공 중 내식성의 최적화를 위해 1000 ℃에서 1300 ℃까지 열처리 후 냉각 속도를 제어하였다. SDSS를 1200 ℃에서 열처리 후 공냉으로 냉각하여 내식성을 최적화 하였다. 오스테나이트의 형상은 수냉으로 냉각된 조직보다 공냉으로 냉각된 조직에서 균일한 것을 확인하였으며 임계 공식 온도 (critical pitting temperature, CPT)를 84.1 ℃까지 상승시켰다. 2차 상이 석출된 경우, SDSS는 내부에서 고온 균열을 발생시키기 때문에 소재의 성능을 감소시킨다. 2차 상은 975 ℃ 부근에서 석출되는 것으로 알려져 있지만 오스테나이트의 불균일한 형상에 의해 발생한 편석 때문에 2차 상의 석출 온도가 1020 ℃까지 증가하였다. 1000 ℃에서 2차 상의 석출은 14 분 이후 석출되기 시작하고 24 분에 40 %까지 증가하였다. 용접은 두 가지 이상의 소재를 접합하는 가공 기술 중 가장 저렴한 가공 방법이기 때문에 가장 널리 이용되는 소재의 접합 방법이다. SDSS의 저항 점 용접부는 용융 후 간접으로 수냉되기 때문에 과도하게 페라이트화된 (ferritization) 조직을 형성하고 낮은 내식성을 가진다. 용접부의 내식성 향상을 위해 용접 후 열처리 (post weld heat treatment, PWHT)를 수행하였다. 용접부는 3 min의 PWHT로 오스테나이트 분율을 50 % 까지 증가시켰고 CPT를 59 ℃에서 73 ℃까지 상승시켰다.
SDSS는 고온 가공 중 열처리 온도와 냉각 방법의 제어로 내식성을 제어 할 수 있다. 고온 가공 중 온도를 1200 ℃까지 향상시키면 공냉으로 내식성을 향상시킬 수 있다. 또한 2차 상은 오스테나이트 분율이 56 % 이하로 제어되면 석출을 막을 수 있었다. 용접부는 PWHT로 내식성을 회복 할 수 있었다. 용접부의 불균일한 오스테나이트는 성장에 짧은 시간을 필요로 하지만 고용화 열처리로 오스테나이트의 형상이 균일해지지 않았다. 향후 오스테나이트의 형상을 제어하기 위한 최적화 조건에 대한 연구가 필요한 것으로 판단된다. SDSS의 가공에 의한 내식성 감소는 가공 조건의 제어와 열처리로 향상 가능한 것을 본 연구를 통해 확인하였고 해양플랜트와 화학 정유 산업뿐만 아니라 다양한 분야에서 우수한 물리적 특성과 전기화학적 특성을 가진 SDSS의 사용이 증가하기를 기대한다.

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