초록 ▼

22Cr-9Ni-3.3Mo(wt.%) 듀플렉스 용착부의 기계적 특성 및 부식 경향, 그리고 열처리 온도에 따른 내공식성과 그에 따른 미세조직 전개를 체계적으로 분석하기 위해 인장시험, 충격시험, 분극시험, SEM, EDS, TEM 등을 이용하여 실험을 실시.
1. 용접재료 및 용접 방법
(1) AISI 304L 오스테나이트계 스테인리스강재에 AWS 2209TO(1)-1/4 전극을 기준으로 새롭게 디자인된 2209용 용가재로 버터링용접 후 예열온도를 조절하여 3종류로 디자인 함.
(2) 시험편은 맞대기(BUTT) 용접

22Cr-9Ni-3.3Mo(wt.%) 듀플렉스 용착부의 기계적 특성 및 부식 경향, 그리고 열처리 온도에 따른 내공식성과 그에 따른 미세조직 전개를 체계적으로 분석하기 위해 인장시험, 충격시험, 분극시험, SEM, EDS, TEM 등을 이용하여 실험을 실시.
1. 용접재료 및 용접 방법
(1) AISI 304L 오스테나이트계 스테인리스강재에 AWS 2209TO(1)-1/4 전극을 기준으로 새롭게 디자인된 2209용 용가재로 버터링용접 후 예열온도를 조절하여 3종류로 디자인 함.
(2) 시험편은 맞대기(BUTT) 용접법으로 세라믹 백킹제를 사용하여 FCAW(Flux Cored Arc Welding) 4패스 용접을 실시, 루트 간격은 3mm, 개선각은 34°도이고, 열적 변형을 최소화하기 위해 구속 상태에서 용접함, 보호가스로는 100% CO2를 20㎖/min로 사용하였고, 전류는 DCRP(+)로 하였음.
2. 결과
(1) 조직 관찰 : multipass용접부 조직으로 회색의 ferrite matrix에 백색의 grainboundary 또는 Widmannstätten 오스테나이트로 구성되어 있으며, 입내에는 3μm 미만의 secondary austenite가 존재함. 반면에 welding thermal cycles에 의해 쉽게 형성되는 carbides는 조직상으로 확인 되지 않는데 이는 탄소함량을 0.03wt.% 이하로 유지 한 결과로 사료됨.
(2) SEM-EDX 분석 : 페라이트와 오스테나이트 상의 주요 합금 원소의 농도를 척정한 결과 Cr 및 Mo는 페라이트상에 과고용된 반면 N 및 Ni은 오스테나이트 상에 집중되어 있음.
(3) 시효 처리 : 400-1000℃에서 30분간 등온 열처리 후 급냉 (water quenching)하여 potentiodynamic polarization test를 실시하였으며 SEM과 TEM을 이용하여 corrosion morphology를 관 찰하였음.
- Optical Micrograph (OM)분석 결과 400-600 ℃에서는 주목할 만한 이차상의 석출이 존재하지 않고 단지 오스테나이트의 grain growth가 발생함. 700 ℃ 이상의 온도에서는 δ/γ 입계와 페라이트 입내에서 이차상이 석출 되었으며 1000 ℃ 에서는 이러한 석출물이 분해되어 기지에 재고용 되는 현상을 보였음.
- Anodic polarization test 결과 500 ℃부터 pitting potential이 390 mV(Ag/AgCl2)로 차츰 감소하여 850 ℃ 에서는 90 mV(Ag/AgCl2)로 가장 낮은 내공식성을 나타내었고 그 이후 900 ℃부터는 다시 증가하기 시작하였으며 1000 ℃ 에서는 페라이트 함량이 16.2 FN으로 낮음에도 불구하고 410 mV(Ag/AgCl2) 로 대폭 상승하였음.
(4) Pitting morphology 분석 결과 : 500 ℃ 에서 tire-track 형태의 pit자국이 나타났으며 TEM분석 결과 페라이트의 spinodal decomposition 에 의해 발생된 α´이 일렬로 적층되면서 나타난 현상으로 밝혀졌음. 700 ℃ 이상에서는 χ상과 σ상이 δ/δ 또는 δ/γ interfaces에 생성되어 그 주변부인 페라이트 입내 또는 1차 오스테나이트 입계에서 이차 오스테나이트 (γ2)를 형성되었음. 850 ℃부터는 χ상이 대폭 감소하고 σ상이 주로 나타났으며, 900℃부터는 이차 석출물의 재고용으로 인해 용착부 내부에 σ상이 감소하기 시작하여 1000 ℃에서는 비교적 소규모의 σ상 무리가 관찰되었음.
(5) 결과적으로 재료 전반에 걸쳐 σ상이 850℃에서 대량 석출됨으로써 그 주변부인 Cr, Mo 결핍 영역은 이차 오스테나이트로 변태 되었으며, 이는 부식환경에서 우선적인 용해 (dissolution)가 일어나는 통로역할을 하였음.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 10
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 10
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 11
• III. 연구성과 ... 12