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[국내논문] F316 오스테나이트 스테인리스강의 상변태 및 입계부식저항성에 미치는 입열의 영향
Effects of Heat Inputs on Phase Transformation and Resistance to Intergranular Corrosion of F316 Austenitic Stainless Steel 원문보기

Corrosion science and technology, v.19 no.3, 2020년, pp.146 - 155  

정규석 (KEPCO E&C, 기계배관) ,  이인성 (연세대학교 공학연구원, 철강연구소) ,  김순태 (연세대학교 공학연구원, 철강연구소)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To elucidate the effect of heat inputs on phase transformation and resistance to intergranular corrosion of F316 austenitic stainless steel (ASS), thermodynamic calculations of each phase and time-temperature-transformation diagram were conducted using JMaPro simulation software, oxalic acid etch te...

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제안 방법

  • 5는 ASTM A 262 practice A에 따라 10 wt% 옥살산에 전해 에칭된 F316 강의 WM 및 HAZ의 광학현미경 미세조직에 미치는 입열의 영향을 나타낸 것이다. ASTM A 262 practice A에 따른 WM, HAZ 및 BM의 광학현미경 미세조직에 대한 합부판정은 FE SEM-EDS의 미세조직 분석결과를 보조 데이터로 하여 판정할 것이다.
  • 11은 보완된 부식용액에서 F316 오스테나이트 스테인리스강의 BM 대비 HAZ의 전기화학 동전위 재활성화 거동에 미치는 입열의 영향을 나타낸 것이다. Cr 고갈 구역 으로 인하여 발생한 예민화 정도를 지시하는 Ir/Ia 비율의 값을 BM 대비 입열에 따른 HAZ에 대해 계산하였다. Table 3과 Fig.
  • F316 판재를 T.I.G. 다층 용접(multi-pass welding)할 때 용접 금속(weld metal, WM)의 응고 모드 및 열영향부 (heat affected zone, HAZ)에서 형성되는 내식성과 충격 인성을 저하시키는 Cr 탄화물(Cr23C6), Cr 질화물(Cr2N) 과 금속간 화합물의 일종인 시그마(sigma, σ), 카이(chi, χ)에 대한 석출 온도 및 시간을 예측하기 위해 JMatPro 모사 소프트웨어를 이용하여 상태도(phase diagram) 및 시간 온도변태(time temperature transformation, TTT) 거동을 열역학적으로 계산하였다.
  • 상기의 열간압연 환봉을 선반 밀링을 이용하여 두께 10 ∼ 12 mm, 폭 40 mm 및 길이 300 ∼ 375 mm의 판재를 제작 하였으며, 선반 밀링 작업 중에 형성된 가공 응력, 석출물 및 마르텐사이트 조직을 제거하기 위하여 1,050 ℃에서 30 분 유지 후 수냉하였다. 그리고 고용화 열처리 동안에 형성된 산화 스케일을 제거하기 위하여 산세정처리를 행하였다.
  • 5 min)을 행한 후 열영향부에 석출한 크롬 탄화물(Cr23C6) 및 용접 금속에 형성된 페라이트 (δ-ferrite)를 광학현미경 및 전계 방사형 주사전자현미경 (field emission scanning electron microscope-energy dispersive spectrum, FE SEM-EDS)을 이용하여 분석하였다. 그리고, 투과전자현미경 레프리카(transmission electron microscope-replica, TEM-replica) 기술을 이 용하여 HAZ에 형성된 Cr23C6의 주요 성분인 Cr, Fe, Mo, 및 C에 대해 원소 매핑(elemental mapping)을 행하여 크롬 탄화물을 확인하였다.
  • 상기의 열간압연 환봉을 선반 밀링을 이용하여 두께 10 ∼ 12 mm, 폭 40 mm 및 길이 300 ∼ 375 mm의 판재를 제작 하였으며, 선반 밀링 작업 중에 형성된 가공 응력, 석출물 및 마르텐사이트 조직을 제거하기 위하여 1,050 ℃에서 30 분 유지 후 수냉하였다.
  • 오스테나이트 스테인리스강의 상변태 및 입계부식 저항성에 미치는 입열의 영향을 규명하기 위해 JMatPro 모사 소프트웨어(version 6.1)를 이용하여 석출상의 열역학 계산, 광학현미경/전계방사형주사전자현미경/투과전자현미경을 이용하여 미세조직 분석 및 입계부식 저항성을 정량화하기 위한 전기화학 동전위 재활성화 시험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 용접 입열이 모재(base metal, BM) 대비 HAZ의 입계부식 저항성에 미치는 영향을 평가하기 위해 전기화학 동전위 재활성화(double-loop electrochemical potentiokinetic reactivation, DL-EPR) 시험을 행하였다. 용접하는 동안 HAZ에 형성된 Cr 탄화물(Cr23C6) 주변의 Cr 고갈 구역의 예민화 정도(degree of sensitization, DOS)에 미치는 용접 입열의 영향을 규명하기 위해 ISO 12732에서 규정한 0.
  • 용접 입열이 용접재의 미세조직에 미치는 영향을 살펴보기 위해, ASTM A262 practice에 따라 10 wt% 옥살산을 이용하여 전해 에칭(1 A/㎠, 1.5 min)을 행한 후 열영향부에 석출한 크롬 탄화물(Cr23C6) 및 용접 금속에 형성된 페라이트 (δ-ferrite)를 광학현미경 및 전계 방사형 주사전자현미경 (field emission scanning electron microscope-energy dispersive spectrum, FE SEM-EDS)을 이용하여 분석하였다.
  • 6 kJ/cm)로 용접하였으며, 층 간 패스 최대 온도(interpass temperature)는 최대 170 °C 를 준수하였다. 용접이 완료된 후에 용접부 건전성을 평가 하기 위하여 방사선투과시험(radiographic test, RT) 검사를 수행하였으며, 이 결과를 바탕으로 용접 결함이 발생하지 않도록 용접시험편을 가공하였다.
  • 용접하는 동안 HAZ에 형성된 Cr 탄화물(Cr23C6) 주변의 Cr 고갈 구역의 예민화 정도(degree of sensitization, DOS)에 미치는 용접 입열의 영향을 규명하기 위해 ISO 12732에서 규정한 0.5 mol/L H2SO4 + 0.01 mol/L KSCN의 부식 용액에 0.5 mol/L NaCl을 첨가하여 30 °C에서 시험을 행하여, 역 방향으로 스캔하여 측정된 최대 전류밀도(Ir) 대 순방향으로 스캔하여 측정된 최대 전류밀도(Ia)의 비율을 토대로 예민화 정도에 따른 입계부식 저항성을 평가하였다.
  • 용접하는 동안 열영향부에 형성된 Cr 탄화물(Cr23C6) 주변의 Cr 고갈 구역의 예민화도(degree of sensitization, DOS)에 미치는 용접 입열의 영향을 규명하기 위해 ISO 12732에서 규정한 0.5 mol/L H2SO4 + 0.01 mol/L KSCN의 부식 용액에 0.5 mol/L NaCl을 첨가하여 30 °C에서 시험을 수행하였다.
  • 이번 연구에서는 0.045 wt% 탄소를 함유한 F316 오스테나이트 스테인리스강의 상변태 및 입계부식 저항성에 미치는 입열의 영향을 규명하기 위해 JMatPro 모사 소프트웨어를 이용하여 석출상의 열역학 계산, 광학현미경/전계방사형 주사전자현미경/투과전자현미경을 이용하여 미세조직 분석 및 입계부식 저항성을 정량화하기 위한 전기화학 동전위 재활성화 시험을 수행하였다.
  • 재료의 건전성 평가를 위하여 원자력발전소 규제 요건인 표준용접절차서(welding procedure specification, WPS)에서 규정한 입열인 최대 60 kJ/inch (23.6 kJ/cm) 보다 작은 50 kJ/inch (19.7 kJ/cm)와 큰 70 kJ/inch (27.6 kJ/cm)로 용접하였으며, 층 간 패스 최대 온도(interpass temperature)는 최대 170 °C 를 준수하였다.
  • 현 JMatPro 모사 소프트웨어(Version 6.1)을 이용하여 F316 오스테나이트 스테인리스강의 온도에 따른 각종 석출 상들에 대해 열역학 계산을 한 결과는 다음과 같았다 (Fig. 1). 첫째, 액상으로부터 δ-페라이트 초정이 약 1,440 °C에서 형성되었음을 알 수 있다.

이론/모형

  • 위에서 제작한 F316 판재를 ER316 용접봉을 사용하여 T.I.G. (tungsten inert gas) 방법으로 용접하였다. 용접 조건은 보호가스(torch, back)는 Ar 가스(11 ℓ/min)를 사용하였고, 개선 각도는 60° 였으며, Root gap은 2.
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참고문헌 (19)

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