KR100550327B1

KR100550327B1 - 2상 스테인레스강 용접 파이프 후열처리 방법

Info

Publication number: KR100550327B1
Application number: KR1020030099008A
Authority: KR
Inventors: 최두열
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-12-29
Filing date: 2003-12-29
Publication date: 2006-02-07
Also published as: KR20050067970A

Abstract

본 발명은 스테인레스강 파이프의 용접후의 열처리를 위한 방법에 관한 것으로, 주성분으로 Cr : 20 ∼ 30%, Ni : 4 ∼ 10%, Mo : 1.5 ∼ 5.0%, N : 0.1 ∼ 0.5%, C : 0.01 ∼ 0.05%을 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 두께 2.5 ~ 3.5mm의 2상 스테인레스 강판을 플라즈마 혹은 텅스텐 아크 용접에 의해 파이프를 제조할 때, 용접입열량을 2.4 ~ 10 kJ/cm로 하고, 표면의 산화방지 및 용접성 개선을 목적으로 용접토치에서 공급되는 보호가스로 불활성 기체인 Ar 가스에 질소가스를 0 - 10% 섞은 혼합가스를 사용하고, 용접 후 용접부가 1080℃의 온도에 도달하여 3분 이상, 30분 미만으로 열처리 상태를 유지시켜, 내식성이 향상되는 효과가 있다.

2상 스테인레스강판, 용접, 후열처리, 내식성

Description

2상 스테인레스강 용접 파이프 후열처리 방법{METHOD FOR POST-HEATING TREATMENT OF WELDED PIPE MADE OF 2-PHASE STAINLESS STEEL}

도 1은 본 발명에 따른 열처리에 형성된 용접 파이프의 시간에 따른 내공식성을 도시한 도면.

본 발명은 스테인레스강 용접 파이프의 용접부 열처리 방법에 관한 것으로서, 특히 용접 파이프의 용접 부분의 후열 처리를 통하여 내식성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 2상 스테인레스강 용접 파이프 후열처리 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 2상 스테인레스강은 페라이트상과 오스테나이트상이 대략 50:50의 비를 갖는 복합조직을 갖는 강으로서, Cr, Ni, Mo, N의 성분량을 제어를 통하여 염소이온 환경과 탄산가스 환경에서 우수한 내식성을 보이며, 오스테나이트계 및 페라이트계 스테인레스강에 비해 고강도인 것으로 알려져 있다.

한편, 2상 스테인레스강의 파이프는 일반 오스테나이트계 스테인레스강과 동 일한 프로세스에 의해 제조되지만, 용접 및 후열처리에 의해 용접부의 내식성이 좌우된다. 스테인레스강 파이프 제조시, 주로 이용되는 용접 방법은 플라즈마 아크 용접(PAW, Plasma Arc Welding), 혹은 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW,Gas Tungsten Arc Welding)이며, 용접후 on -line 또는 batch 열처리로를 거친다. 이 후 열처리 과정에서 생성된 산화물을 제거하기 위하여 최종적으로 산세처리를 한다.

그러나, 상기 2상 스테인레스강의 용접부는 높은 페라이트 함량과 페라이트 입내에 석출하는 Cr 질화물에 의해 기계적 성질 및 내공식성이 크게 저하되는 문제점이 있다. 2상 스테인레스강 용접부에서의 페라이트 함량은 모재의 약 50% 보다 높게 나타난다. 이것은 용접열 사이클이 가열, 냉각이 급속적으로 이루어지기 때문에 페라이트상으로부터의 오스테나이트상 석출은 평형상태에 도달하지 못하기 때문이다. 따라서, 페라이트 함량의 증가에 따라 페라이트 입내에서 Cr 질화물이 다량 석출하게 된다. 이러한 페라이트 함량과 Cr 질화물은 용접조건에 의해 어느 정도 제어할 수 있지만, 모재와 유사 수준의 내식성을 확보하기 위해서는 후열처리가 요구된다

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써 본 발명의 목적은 2상 스테인레스강 용접 파이프의 내식성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 2상 스테인레스강 용접 파이프 후열처리 방법을 제공하는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 주성분으로 Cr : 20 ∼ 30%, Ni : 4 ∼ 10%, Mo : 1.5 ∼ 5.0%, N : 0.1 ∼ 0.5%, C : 0.01 ∼ 0.05%을 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 두께 2.5~ 3.5mm의 2상 스테인레스 강판을 플라즈마 혹은 텅스텐 아크 용접에 의해 파이프를 제조할 때, 용접입열량을 2.4 ~ 10 kJ/cm로 하고, 표면의 산화방지 및 용접성 개선을 목적으로 용접토치에서 공급되는 보호가스로 불활성 기체인 Ar 가스에 질소가스를 0 ~ 10% 섞은 혼합가스를 사용하고, 용접 후 용접부가 1080℃의 온도에 도달하여 3분 이상, 30분 미만으로 열처리 상태를 유지시킴을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명에 적용되는 스테인레스 강은 2상 스테인레스강으로써 페라이트상과 오스테나이트상이 대략 50:50의 비를 갖는 복합조직을 갖는 강으로서, Cr, Ni, Mo, N의 성분량을 제어를 통하여 염소이온 환경과 탄산가스 환경에서 우수한 내식성을 보이며, 오스테나이트계 및 페라이트계 스테인레스강에 비해 고강도이다.

상기 고강도 2상 스테인레스 강은 일반 오스테나이트계 스테인레스강과 동일한 프로세스에 의해 파이프 형태로 제조되나, 본 발명에 따른 용접 및 후열처리에 의해 용접부의 내식성이 크게 향상될 수 있다.

본 발명에 사용되는 2상 스테인레스 강판은 Cr : 20 ∼ 30%, Ni : 4 ∼ 10%, Mo : 1.5 ∼ 5.0%, N : 0.1 ∼ 0.5%, C : 0.01 ∼ 0.05%을 주성분으로 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 함유한다. 또한, 두께는 약 2.5~3.5mm로 한다.

상기 스테인레스 강판은, 예를 들어, 초기에 튜브의 양단부를 가압하고, 다음으로 중심부와 양단부 사이에서 각 한번씩 가압한 후, 최종 튜브의 중심부를 가압하는 5단 press bake 성형 공정을 통하여 튜브를 형성할 수 있다. 그러나 이에 국한되지는 않는다.

그후, 상기 스테인테스강 튜브의 양단을 플라즈마 혹은 텅스텐 아크 용접에 의해 접합한다. 이때, 용접입열량을 2.4 ~10 kJ/cm로 하고, 표면의 산화방지 및 용접성 개선을 목적으로 용접토치에서 공급되는 보호가스로 불활성 기체인 Ar 가스에 질소가스를 0 ~ 10% 섞은 혼합가스를 사용한다. 그후, 본 발명에 따라 상기 스테인레스강 튜브의 용접된 부분을 1080℃의 온도에 도달하여 3분 이상, 30분 미만으로 열처리 상태를 유지시킨다.

<실시예>

하기 <표 1>에 나타낸 화학성분을 주성분으로 하는 두께 3mm의 2상 스테인레스강 판재에 대해서 Ar+10%N2의 혼합가스를 보호가스를 공급하면서 플라즈마 아크 용접을 통해 2상 스테인레스강의 용접 파이프를 제조하였다. 하기 <표 2>에 상술한 용접 파이프의 용접조건을 나타내었다.

C	Si	Mn	P	S	Cr	Mo	Ni	N	Fe
0.023	0.46	1.42	0.023	0.001	22.44	3.06	5.82	0.159	Bal.

용접법	입열량 (kJ/cm)	보호가스
		Torch	Backing
Plasma arc welding	2.7	Ar+10%N₂	100 N₂

도 1은 용접 파이프를 1050℃, 1080℃, 1100℃에서 각각 1 ~ 15분 유지시킨 후 산세하여, 45℃의 6% FeCl3 용액에서 72시간 침지후의 부식속도를 측정한 결과를 보여주고 있다. 1050℃에서는 전 조건에서 공식이 발생하였지만, 1080℃에서는 3분 이상, 1100℃에서는 2분 이상 유지 시켰을 때 공식이 발생하지 않았다. 이것은 열처리에 의해 페라이트에서 오스테나이트로의 고상변태가 일어나므로 해서 오스테나이트/페라이트의 상분율이 적정화 되었을 뿐만 아니라 페라이트 내부에 석출된 Cr 질화물이 재고용 되었기 때문이다.

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 스테인레스 강 파이프는 용접후 일정온도 및 일정 시간에서 후열처리를 수행하기 때문에 내식성이 향상되는 효과가 있다.

Claims

주성분으로 Cr : 20 ∼ 30%, Ni : 4 ∼ 10%, Mo : 1.5 ∼ 5.0%, N : 0.1 ∼ 0.5%, C : 0.01 ∼ 0.05%을 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 두께 2.5~ 3.5mm의 2상 스테인레스 강판을 플라즈마 혹은 텅스텐 아크 용접에 의해 파이프를 제조할 때, 용접입열량을 2.4 ~10 kJ/cm로 하고, 표면의 산화방지 및 용접성 개선을 목적으로 용접토치에서 공급되는 보호가스로 불활성 기체인 Ar 가스에 질소가스를 0 - 10% 섞은 혼합가스를 사용하고, 용접 후 용접부가 1080℃의 온도에 도달하여 3분 이상, 30분 미만으로 열처리 상태를 유지시킴을 특징으로 하는 2상 스테인레스강 용접 파이프 후열처리 방법.