[논문]SSC13 주강품의 내부식특성에 미치는 고용화 열처리 영향

김국진; 임수근; 박성준

doi:10.14773/cst.2015.14.2.93

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Recently, Stainless steels have been increasingly selected as the fitting or the valve materials of water pipes as the human health issue is getting higher and higher. Therefore, the connectors attached at pipes to deliver water are exposed to more severe environments than the pipes because crevice ...

Recently, Stainless steels have been increasingly selected as the fitting or the valve materials of water pipes as the human health issue is getting higher and higher. Therefore, the connectors attached at pipes to deliver water are exposed to more severe environments than the pipes because crevice or galvanic corrosion is apt to occur at the fittings or the valves. Effects of the solid solution annealing, cooling rate after this heat treatment, and passivation on the corrosion properties of the shell mold casted SSC13 (STS304 alloy equivalent) were studied. The heating and quenching treatment more or less reduced hardness but effectively improved corrosion resistance. It was explained by the reduction of delta ferrite contents. Independent of heat treatment, the chemical passivation treatment also lowered corrosion rate but the improvement of corrosion resistance depended on temperature and time for passivation treatment indicating that the optimum conditions for passivation treatment were the bath temperature of $34^{\circ}C$ and operating time of 10 minutes. Therefore it is suggested that the corrosion resistance of SSC13 can be effectively improved with the heat treatment, where SSC13 is heated for 10 minutes at $1120^{\circ}C$ and quenched and passivation treatment, where SSC13 is passivated for at least 10 seconds at $34^{\circ}C$ nitric acid solution.

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문제 정의

이외에 현재 주강품의 고용화 열처리 필요성에 대한 인식 부족 및 비용 문제로 대부분의 업체에서 열처리가 시행되지 않는다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 스테인리스강(SSC13)을 셀 몰드 주조하여 관이음쇠를 제작하고, 고용화 열처리 후 금속 조직에서의 페라이트 함량이 내부식성에 미치는 영향과 페라이트 함량에 따른 고용화 열처리의 판정 유무에 대하여 고찰해 보았다.
지금까지 셀 몰드 주조한 스테인리스강을 1120℃의 일정 온도에서 열처리했을 때 기계적 성질과 내부식성에 미치는 효과에 대해서 비교 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

이후 Table 2에 표시된 바와 같이 시편을 급냉하였다. 열처리가 완료된 시편은 두께가 7.7 mm, 3 mm 가 되는 부위로 두께 방향과 수직이 되는 방향으로 마찰열을 방지하기 위해 밴드쏘를 사용하여 절단하였다. 절단된 면은 연마하여 경도 측정하고, 에칭액 (질산:염산 = 3:1) 을 사용하여 미세조직을 관찰하고 ASTMA 262-02C 에 언급된 오스테나이트 스테인리스강 부식 감수성 탐지를 위한 질산 시험에 따라 질산 65 % 용액을 사용하여 스테인리스강 내식성에 대한 화학적 실험을 실시하였다.
7 mm, 3 mm 가 되는 부위로 두께 방향과 수직이 되는 방향으로 마찰열을 방지하기 위해 밴드쏘를 사용하여 절단하였다. 절단된 면은 연마하여 경도 측정하고, 에칭액 (질산:염산 = 3:1) 을 사용하여 미세조직을 관찰하고 ASTMA 262-02C 에 언급된 오스테나이트 스테인리스강 부식 감수성 탐지를 위한 질산 시험에 따라 질산 65 % 용액을 사용하여 스테인리스강 내식성에 대한 화학적 실험을 실시하였다. 내식성 실험 전에 Table 2에 표시된 바와 같이 일부 시편은 질산 5 % 용액에서 23℃ 와 34℃에서 부동태 처리를 실시하여 부동태 처리에 따른 내식성 변화를 조사하였다.
절단된 면은 연마하여 경도 측정하고, 에칭액 (질산:염산 = 3:1) 을 사용하여 미세조직을 관찰하고 ASTMA 262-02C 에 언급된 오스테나이트 스테인리스강 부식 감수성 탐지를 위한 질산 시험에 따라 질산 65 % 용액을 사용하여 스테인리스강 내식성에 대한 화학적 실험을 실시하였다. 내식성 실험 전에 Table 2에 표시된 바와 같이 일부 시편은 질산 5 % 용액에서 23℃ 와 34℃에서 부동태 처리를 실시하여 부동태 처리에 따른 내식성 변화를 조사하였다. 또한, 염도가 4.
페라이트 측정실험에 사용된 측정장치는 Fischer사의 페라이트 함량 측정기를 사용하였다. 부식된 표면사진은 멀티미디어 영상현미경(Nikon사)으로 400 배율로 관찰하였다.
3. 소형 SSC13 소재 주물의 내부식성 향상에 가장 적합한 열처리 기술 개발의 중요한 참고 자료를 제시하였다.

대상 데이터

SSC13을 고주파용해로에서 용해하여 주조한 이후 주형 외부를 공냉하였다. 주조재는 실제 상하수도관에 사용되는 50 A의 90도 엘보우 형태의 관이음쇠(이하 시편)이며 주조재의 화학적 조성은 Table 1와 같다. 시편을 설정온도대비 ±2℃이내로 제어되는 열처리 노에 장입하고 1120℃에서 10 분 동안 유지시켰다.
페라이트 측정실험에 사용된 측정장치는 Fischer사의 페라이트 함량 측정기를 사용하였다. 부식된 표면사진은 멀티미디어 영상현미경(Nikon사)으로 400 배율로 관찰하였다.

성능/효과

1. 열처리를 통하여 경도의 감소 뿐만 이니라 내식성의 향상이 관찰되었으며, 이는 델타 페라이트 함량의 감소에 의한 것이다.
2. 열처리후 부동태 온도와 시간이 내식성에 영향을 미쳤다. 상온에서 10초간 부동태처리가 내식성을 가장 효과적으로 향상시켰다.
열처리후 부동태 온도와 시간이 내식성에 영향을 미쳤다. 상온에서 10초간 부동태처리가 내식성을 가장 효과적으로 향상시켰다.
1)의 경우가 가장 큰 값을 나타내고 있다. 그리고 열처리에 따라 내부식성은 높은 값을 나타내는 경향이 있음을 알 수 있었다.

후속연구

이것은 시험편의 열처리와 더불어 최적 부동태화 공정으로 내부식성이 좋은 것으로 생각된다. 또한 Treatment No. 7 처리된 시편에서 다시 내부식성이 저하하는 이유는 미흡한 부동태 처리에 의한 것으로 생각되나, 이에 관하여 향후 좀더 구체적인 연구고찰이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스테인리스강의 주요 성분인 크롬의 특성은?	그 동안 주철 등의 합금은 오래 전부터 사용되어왔으나 스테인리스강의 사용은 그 역사가 오래되지 않았으며 특히 상수도 분야에서 재료는 최근에 개발되었다1). 스테인리스강의 주요 성분인 크롬은 내식성이 우수하므로 다양한 종류의 스테인리스강 합금이 제작되어 경수로 재료 등 각종 구조물에 광범위하게 사용되고 있다2). 뿐만 아니라 우수한 내식성으로 인하여 의료, 선박, 해수 파이프, 건설구조용과 고온재료에 적용되어왔다3-4).
	SSC13 합금이 스테인리스강 합금 중 가장 널리 사용되는 이유는?	그러나 최근 환경오염의 증대와 더불어 각종 산업구조물에 사용되는 스테인리스강 합금의 경우 더욱 더 우수한 기계적 및 내부식성 특성을 요구하고 있다. 그 중에서 SSC13 합금은 우수한 내부식성과 강도를 가지고 있어 가장 널리 사용되는 스테인리스강 합금이다. 스테인리스 주강품의 경우 내부식성 및 기계적 성질을 높이기 위해 고용화 열처리를 실시하는 경우가 많다.
	상하수도 배관에서 사용되는 관이음쇠 및 밸브 재료가 부식되어 생기는 녹은 어떤 영향을 미치는가?	상하수도 배관에서 사용되는 관이음쇠 및 밸브의 부식에 의해 발생되는 녹은 수돗물의 안정성과 수질에 큰 영향을 끼치고 누수률 상승의 주요 요인이 되므로 국민 생활 건강 및 경제에 파급되는 영향이 크다. 이로 인해 토양 환경 등에 대한 내부식성과 기계적 성질이 우수한 스테인리스강이 배관뿐만 아니라 관이음쇠 및 밸브 재료로 사용되는 추세이다.

참고문헌 (9)

Y. Hyun, H. Kim, Y.-H. Kim, H. Jang, Y. Park and Y. Choi, Corrs. Sci. Tech., 11, 56 (2012).

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H. C. Choe, K. T. Moon and K. H. Kim, J. Corros Sci. Soc. of Kor., 21, 239 (1992).
E. C. Bain, R. H. Aborm and J. J. B. Rutherfold, Trans. Amer. Soc. Steel Treat., 21, 481 (1933).
S. J. Bullard, D. E. Larson and J. S. Dunning, Corrosion, 48, 891 (1992).

상세보기
G. K. Allan, Ironmaking and Steelmaking, 22, 465 (1995).
S. T. Kim, K. H. Kong, I. S. Lee, Y. S. Park, J. H. Lee, and D. H. Kim, Corrs. Sci. Tech., 13, 95 (2014).

원문보기 상세보기
M. H. Brown, Corrosion, 30, 1 (1974).

상세보기
S. H. Jeon, S. T. Kim, I. S. Lee, J. S. Kim, K. T. Kim, and Y. S. Park, Corrs. Sci. Tech., 9, 209 (2010).
S. Y. Kim, H. S. Kwon, H. S. Kim, Solid State Phenom., 124, 1533 (2007).

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