KR20160081265A - 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법 - Google Patents

Abstract

스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법에 있어서, 먼저 탄소(C) 0.08 wt%, 실리콘(Si) 1 wt%, 망간(Mn) 2 wt%, 인(P) 0.045 wt%, 니켈(Ni) 10 내지 14 wt%, 크롬(Cr) 16 내지 18 wt%, 몰리브덴 2 내지 3 wt%를 포함하는 스테인리스강을 준비한다. 이어서, 탄소(C) 0.21 wt%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.4 wt%, 망간(Mn) 0.6 내지 0.8 wt%, 인(P) 0.035%를 포함하는 탄소강을 준비한다. 이후에, 탄소(C) 0.02 wt%, 크롬(Cr) 23.7 wt%, 니켈(Ni) 13.9 wt%, 몰리브덴(Mo) 0.04 wt%, 망간(Mn) 1.8 wt%, 실리콘(Si) 0.51 wt%, 인(P) 0.02 wt%, 황(S) 0.01 wt%, 구리(Cu) 0.05 wt%를 포함하는 용접재료를 준비한다. 계속해서, 상기 용접재료를 이용하여 상기 스테인리스강과 상기 탄소강을 용접하되, 전류 120A, 전압 10V, 속도 8cpm, 입열량 9.00 내지 13.50 kJ/cm의 용접조건으로 용접한다.

Description

스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법{Method of Welding Dissimilar Metals of Stainless Steel and Carbon Steel}

본 발명은 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법을 제공하는데 있다. 보다 상세하게는 강도 및 염수에 대한 저항성이 향상된 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법에 관한 것이다.

용접은 대형 강판을 연속적으로 연결할 수 있는 장점을 가지고 있다. 리벳 이음에 비해 밀폐성이 높아서 보일러, 선박, 해양플랜트 등의 분야에서 널리 사용되고 있다.

최근에 해양플랜트 산업은 점차 시추가 이루어지는 수심이 깊어지고, 과거 석유에 한정되어 있던 채취가 여러분야로 확대됨에 따라 새로운 재료에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

스테인리스강은 내식성과 내공핍성을 가져서 해양플랜트 설치에 적합하다. 또한 탄소강은 저온에서의 신뢰성이 높고 비교적 높은 강도와 노치 인성(Notch Toughness)을 지녀 깊은 수심에 배치되는 구조물 및 탱크 설치에 유리하다.

탄소함량이 적은 저탄소강과 스테인리스강의 이종용접은 발전분야, 화학분야, 석유화학분야, 원자력산업에서 널리 이용되고 있다. 이종금속 용접은 기술적, 경제적인 이유로 항공기, 우주산업, 전자기기, 저온기기 등 첨단 산업 분야에 고품질 고기능성을 가지면서 가격면에서 유리한 제품생산에 적용되고 있다.

그러나 이종금속 용접은 시공시 용융온도 및 응고온도가 금속 화학성분 차이에 따라 달라진다. 용융온도 및 응고온도가 금속 화학성분 차이에 따라 달라지는 경우, 용접시 금속조직의 조대화가 발생할 수 있다. 이종금속 용접은 금속 화학성분의 차이에 따라 격자구조와 물성치가 달라서 용접후 응고시에 균열발생빈도가 증가하고, 기공이 발생하기 쉬운 문제점이 있다.

특히 용융접에서 융점차가 큰 경우 응고 시에 융점차로 인한 응력이 발생하기 쉽다. 융점차로 인한 응력은 용융접에서 균열을 발생시킨다. 또한 계면에 취약한 생성상이 형성되거나, 두 금속의 희석 때문에 균열이 발생하여 양호한 성능을 얻을 수 없는 문제가 있다.

더욱이 용접부의 개선과 용가재 사용으로 인하여 용접재료의 가격이 상승한다. 이종금속용접의 일반적인 용융용접은 오스테나이트 스테인리스강의 전극봉이나 용가재를 사용하고 있다. 이들의 전극봉이나 용가재는 높은 합금원소를 가지고 있어서, 용접부 탄소강 재료의 희석정도에 따라 미세조직의 균열민감도가 선택적으로 적용되고 있다. 결국 용접변수 즉, 입열량, 용접속도 등의 선정에 따라 고온균열에 의한 용접금속 결함이 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 강도 및 염수에 대한 저항성이 향상된 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법에 있어서, 먼저 탄소(C) 0.08 wt%, 실리콘(Si) 1 wt%, 망간(Mn) 2 wt%, 인(P) 0.045 wt%, 니켈(Ni) 10 내지 14 wt%, 크롬(Cr) 16 내지 18 wt%, 몰리브덴 2 내지 3 wt%를 포함하는 스테인리스강을 준비한다. 이어서, 탄소(C) 0.21 wt%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.4 wt%, 망간(Mn) 0.6 내지 0.8 wt%, 인(P) 0.035%를 포함하는 탄소강을 준비한다. 이후에, 탄소(C) 0.02 wt%, 크롬(Cr) 23.7 wt%, 니켈(Ni) 13.9 wt%, 몰리브덴(Mo) 0.04 wt%, 망간(Mn) 1.8 wt%, 실리콘(Si) 0.51 wt%, 인(P) 0.02 wt%, 황(S) 0.01 wt%, 구리(Cu) 0.05 wt%를 포함하는 용접재료를 준비한다. 계속해서, 상기 용접재료를 이용하여 상기 스테인리스강과 상기 탄소강을 용접하되, 전류 120A, 전압 10V, 속도 8cpm, 입열량 9.00 내지 13.50 kJ/cm의 용접조건으로 용접한다.

일 실시예에서, 상기 용접하는 단계에서 입열량은 11.25 kJ/cm 일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 스테인리스강과 상기 탄소강은 V형 그루브로 가공되며, 상기 용접하는 단계는 GTA 2패스 용접을 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법에 있어서 균열 및 기공 발생빈도가 감소하고, 염수에 대한 저항성이 증가한다.

도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 A516 탄소강 열영향부(HAZ)의 조직의 현미경 사진을 나타낸다.
도 2a 내지 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 A516 탄소강의 모재(BM), 열영향부(HAZ), 용접부(WM)의 현미경 사진을 나타낸다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강 STS 316의 열영향부의 현미경 사진을 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부의 현미경 사진을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부의 재열부(reheat zone)의 현미경 사진을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모재(BM) 및 용접부(WM)의 XRD 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 층별 성분 함유량을 나타내는 EDX 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1층의 경도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2층의 경도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 재열부의 경도를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부(WM)의 경도를 나타내는 그래프이다.
도 12a 내지 12d는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접표면의 부식시험결과를 나타내는 이미지들이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 부식후 무게 감소량을 나타내는 그래프이다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

<스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법>

본 발명의 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법에서 모재는 스테인리스강 STS 316과 탄소강 A516-70이 사용된다.

스테인리스강 STS 316은 탄소(C) 0.07 내지 0.09 wt%, 실리콘(Si) 0.9 내지 1.1 wt%, 망간(Mn) 1.8 내지 2.2 wt%, 인(P) 0.040 내지 0.50 wt%, 니켈(Ni) 10 내지 14 wt%, 크롬(Cr) 16 내지 18 wt%, 몰리브덴 2 내지 3 wt%를 포함한다. 또한 스테인리스강 STS 316은 61 내지 70 wt%의 철(Fe)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 스테인리스강 STS 316은 탄소(C) 0.08 wt%, 실리콘(Si) 1 wt%, 망간(Mn) 2 wt%, 인(P) 0.045 wt%, 니켈(Ni) 10 내지 14 wt%, 크롬(Cr) 16 내지 18 wt%, 몰리브덴 2 내지 3 wt%를 포함한다.

탄소강 A516-70은 탄소(C) 0.20 내지 0.22 wt%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.4 wt%, 망간(Mn) 0.6 내지 0.8 wt%, 인(P) 0.030 내지 0.040 wt%를 포함한다. 또한 탄소강 A516-70은 98.5 내지 99.1 wt%의 철(Fe)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 탄소강 A516-70은 탄소(C) 0.21 wt%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.4 wt%, 망간(Mn) 0.6 내지 0.8 wt%, 인(P) 0.035 wt%를 포함할 수 있다.

용접재료는 직경 2.0 내지 3.0 mm의 철사형태로서, 탄소(C) 0.01 내지 0.03 wt%, 크롬(Cr) 21 내지 25 wt%, 니켈(Ni) 13 내지 15 wt%, 몰리브덴(Mo) 0.03 내지 0.05 wt%, 망간(Mn) 1.6 내지 2.0 wt%, 실리콘(Si) 0.4 내지 0.6 wt%, 인(P) 0.01 내지 0.03 wt%, 황(S) 0.009 내지 0.011 wt%, 구리(Cu) 0.04 내지 0.06 wt%를 포함한다. 또한 용접재료는 57 내지 64 wt%의 철(Fe)을 포함할 수 있다. 바람직하게는 용접재료는 직영 2.4 mm의 철사형태로, 탄소(C) 0.02 wt%, 크롬(Cr) 23.7 wt%, 니켈(Ni) 13.9 wt%, 몰리브덴(Mo) 0.04 wt%, 망간(Mn) 1.8 wt%, 실리콘(Si) 0.51 wt%, 인(P) 0.02 wt%, 황(S) 0.01 wt%, 구리(Cu) 0.05 wt%를 포함한다.

상기 용접재료를 이용하여 상기 스테인리스강과 상기 탄소강을 용접하되, 전류 100 내지 140A, 전압 8 내지 12V, 속도 6 내지 10cpm, 입열량 7.00 내지 16 kJ/cm의 용접조건으로 용접한다. 바람직하게는, 전류 120A, 전압 10V, 속도 8cpm, 입열량 9.00 내지 13.50 kJ/cm의 용접조건으로 용접한다. 더욱 바람직하게는 입열량이 11.25 kJ/cm일 수 있다.

<특성실험>

본 발명의 용접은 시편에 V형 그루브를 가공하여 GTA 2패스 용접을 실시하되, 입열량은 9.00 kJ/cm, 11.25 kJ/cm, 13.50 kJ/cm이었다.

조직관찰은 경면연마 후 왕수와 나이탈 용액을 이용하여 에칭하여 관찰하였다. X-선 회절기(XRD)를 이용하여 상분석하였다. 또한 정확한 성분을 분석하기 위하여 EDS를 이용하여 용접부(WM, weld metal)의 화학성분을 분석하였다.

기계적 특성 시험으로는 경도시험을 하였으며 각각 입열량별로 제작한 시험편의 용접부 절단면을 마이크로 비커스 경도기로 하중 1kgf로 실시하였다.

도 1a 내지 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 A516 탄소강 열영향부(HAZ)의 조직의 현미경 사진을 나타낸다. 도 1a는 입열량이 9.00 kJ/cm인 경우를 나타내고, 도 1b는 입열량이 11.25 kJ/cm인 경우를 나타내며, 도 1c는 입열량이 13.00 kJ/cm인 경우를 나타낸다.

도 1a 내지 1c를 참조하면, 입열량이 각 9.00 kJ/cm, 11.25 kJ/cm, 13.00 kJ/cm으로 용접하였다. A516-70 탄소강의 조직은, 입열량이 가장 적은 9.00 kJ/cm인 경우(도 1a) 열영향부의 결정립 성장 속도가 느렸으며, 조직의 크기가 작고 열영향부의 영역도 작았다. 같은 방식으로 입열량이 11.25 kJ/cm에서는 9.00 kJ/cm인 경우보다 냉각속도가 증가하고 핵 성장으로 조직의 크기가 증가하였으며 열영향부의 영역도 증가했다. 입열량이 가장 큰 13.00 kJ/cm인 경우 냉각속도가 11.25 kj/cm 보다 크기 때문에 핵 성장으로 조직의 크기 및 열영향부의 영역이 가장 컷다.

도 2a 내지 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 A516 탄소강의 모재(BM), 열영향부(HAZ), 용접부(WM)의 현미경 사진을 나타낸다. 도 2a 내지 2c에서는 열영향부의 상층부를 보다 자세히 관찰하였다. 도 2a는 모재(BM)를 나타내고, 도 2b는 열영향부(HAZ)를 나타내고, 도 2c는 용접부(WM)를 나타낸다.

도 2a 내지 2c를 참조하면, 펄라이트, 마르텐사이트와 베이나이트의 조합, 마르텐사이트로의 조직변화를 관찰할 수 있었다. 상기 조직변화는 냉각속도의 차이에 의해 조직적으로 발생했다. 용접부(WM)로부터 모재(BM)에 가까울수록 냉각속도가 느려져 조직의 변태가 마르텐사이트, 베이나이트, 펄라이트로 진행되는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 모재(BM) 성분의 페라이트량 또한 증가된 것을 볼 수 있으며 조직이 조대해지는 것을 확인 할 수 있다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스테인리스강 STS 316의 열영향부의 현미경 사진을 나타낸다.

도 3a 및 3b를 참조하면, 스테인리스강 STS316의 열영향부의 크기는 탄소강 A516-70에 비해 넓지 않다. 스테인리스강 STS316의 열영향부의 조직은 제1층에서 재열(reheat)을 받기 때문에 제2층과 다른 조직형태를 갖는다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부의 현미경 사진을 나타낸다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부의 재열부(reheat zone)의 현미경 사진을 나타낸다. 도 4a는 제2층을 나타내고, 도 4b는 제1층을 나타낸다.

도 4a를 참조하면, 오스테나이트계 스테인레스강과 탄소강을 용접하여 소량의 페라이트를 나타났다. 조직이 한 방향으로 길게 성장하는 것이 보여 지면서 수지상과 비슷한 형상을 띄고 있었다. 이는 버미큘러(Vermicular) 페라이트 조직으로 δ페라이트 조직의 성장과 변태는 Creq/Nieq 을 기준으로 나타나며 AF 모드(Creq/Nieq ≤ 1.48)로 초정 오스테나이트 응고를 시작한 후, 인접한 수지상정의 경계에서 공정 페라이트가 정출되어 응고를 완료한 조직이었다

도 4b 및 5를 참조하면, 제1층의 조직은 FA 모드(1.48 ≤ Creq/Nieq ≤ 1.95)이었다. 이는 초정 페라이트상으로 응고를 시작한 후, 포공정반응에 의해 오스테나이트가 정출되어 응고를 완료한 조직이었다. 하지만 용접부의 재열부(Reheat zone, 도 5 참조)조직은 미세해지고 망상의 오스테나이트 조직을 나타내는 것으로 관찰되었다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 모재(BM) 및 용접부(WM)의 XRD 결과를 나타내는 그래프이다. 도 6에서, 스테인리스강 STS316, 탄소강 A516-70, 및 입열량이 9 kJ/cm, 11.25 kJ/cm, 13.5 kJ/cm인 경우의 용접부(WM)를 타나낸다.

도 6을 참조하면, 격자 분석을 통해 탄소강 A516은 BCC구조를 가지고 있었고, 스테인리스강 STS316은 FCC구조를 가지고 있음을 확인하였다. 용접부(WM)에서는 탄소강 A516과 스테인리스강 STS316 모재(BM)에서 검출되었던 피크와 2Θ, hkl격자가 혼합되어 나타나고 있음을 알 수 있었다. 이를 통해 용접부(WM)에는 모재(BM)로 사용된 탄소강 A516과 스테인리스강 STS316의 성분이 혼재하는 것으로 판단되며 두 강 이외의 성분은 검출되지 않았다.

각 입열량별 XRD피크를 비교분석한 결과를 보면, 입열량에 상관없이 43.5와 44.6부근의 2Θ값에서 피크의 강도가 높은 것을 볼 수 있었다. 이는 각각 γ-오스테나이트(FCC)와 δ-페라이트(BCC)에 해당하므로, 용접부에서는 이 두 성분의 성장방위가 가장 활발한 것으로 나타났다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 층별 성분 함유량을 나타내는 EDX 그래프이다. 도 7에서 좌측은 제1층을 나타내고 우측은 제2층을 나타낸다. 크롬(Cr), 니켈(Ni), 탄소(C)에 대하여 입열량이 9 kJ/cm, 11.25 kJ/cm, 13.50 kJ/cm인 경우들에 대하여 각각 EDX 분석을 실시하였다.

도 7을 참조하면, 제1층에서는 입열량 11.25kJ/cm 일 때 크롬(Cr)과 니켈(Ni)의 함유량이 높았으며, 탄소(C)는 고입열로 용접시 제1층에서 높게 나타났다. 용접봉에 크롬(Cr)함유량은 23.7%, 스테인리스강의 크롬(Cr)함유량은 16%정도이며 탄소강의 크롬(Cr)함유량은 그 성분이 미미하다. 결과적으로 용접부에 크롬(Cr)함유량을 봤을 때 스테인리스강의 기존 함유량보다 매우 높게 측정되었으며 부식에 강한 용접부 특성을 예측할 수 있다. 니켈(Ni) 또한 기존의 스테인리스강의 함유량과 비슷한 함유량을 보여주었으며 크롬(Cr)과 니켈(Ni)같은 경우 상층부로 갈수록 함유량이 증가하였으나 탄소(C)는 감소한 것을 확인하였다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1층의 경도를 나타내는 그래프이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2층의 경도를 나타내는 그래프이다.

도 8 및 9를 참조하면,제1층의 경우 용접부의 경도는 153 내지 177이었으며, 제2층의 경우 용접부의 경도는 평균 147.4이었다. 그러나 같은 부위라고 하더라도 위치에 따라 큰 경도값의 차이를 보였으며 열영향부 경계면을 향할수록 더 높은 경도값이 측정 되는 것을 관찰하였다. 이를 통해 용접부에 영향을 미치는 잔열이 부위별로 영향력이 다른 것을 확인 하였으며, 모재 부근 열 영향부에서 제일 큰 것으로 확인되었다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 재열부의 경도를 나타내는 그래프이다.

도 10을 참조하면, 입열량 9.00, 11.25 (kJ/cm)의 용접부의 경도값은 크게 영향을 받지 않았으나, 13.50 kJ/cm은 강한 입열량으로 인해 용접부의 급격한 연화가 진행됨을 확인 할 수 있다.

또한 제2층의 경도값과 비교하여 보았을 때 스테인리스강 STS316 모재(BM)쪽 방향의 용접부 열영향 부분의 경도가 제2층보다 크게 증가한 것을 관찰 하였다. 이는 조직관찰의 결과 용접 시에 용접부에 탄소강이 많이 혼입 되었고, 마르텐사이트가 많이 형성되어 경도가 높아졌다고 판단하였다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부(WM)의 경도를 나타내는 그래프이다.

도 11을 참조하면, 입열량별 제1층과 제2층의 경도 결과를 보면 제1층(하부)의 경우 입열량에 따라 용접의 경도 변화가 급격하게 이루어지는 것을 확인할 수 있었다. 이는 1차 용접 이후 2차 용접 진행에 따라 남아 있는 입열량에 많은 영향을 미치는 결과를 확인할 수 있었다. 여기서 특이한 점은 9.00kJ/cm의 입열량으로 용접시에 경도가 타 열영향부보다 큰 경도값을 보인다는 것인데, 이는 1차 용접부의 조직을 살펴보면 오스테나이트의 형태를 보이긴 하나, 좁은 용입부를 지니기 때문에 스테인레스로부터 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 등의 원소가 많이 분포 되고 탄소 인자에 의한 경화 진행으로 경도가 높게 형성되었다.

오스테나이트계 스테인레스강은 FCC구조를 가진다. 따라서 제1층은 제2층에 비해 더 많은 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 붕소(B) 등을 고용 할 수 있으며, 하부 용접부는 상부 용접부에 비해 면적이 작아 스테인레스 모재(BM)로부터 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo)의 성분이 고루 분포하게 되어 경도가 높은 것으로 판단되었다.

도 12a 내지 12d는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접표면의 부식시험결과를 나타내는 이미지들이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 부식후 무게 감소량을 나타내는 그래프이다.

도 12a 내지 13을 참조하면, 용접부와 모재의 부식특성을 평가하기 위하여 KDS 9502 표준 염수(NaCl) 분무시험을 실시하였다. 용액의 농도는 50g/L 이었으며, 분무시간은 2h, 6h, 24h, 48h, 96h, 168h, 264h, 384h 이었다. 용액의 압력은 0.1MPa 이었으며 온도는 35℃를 유지하였다.

표면적으로는 탄소강 부분에서 부식이 일어난 것을 관찰할 수 있다. 하지만 무게 감소량을 측정해 본과, 부식시험시간이 192h 일 때는 입열량이 9.00 kJ/cm, 11.25 kJ/cm, 13.50 kJ/cm일 경우 각각 0.0037g 0.0036g 0.0033g 의 무게 감소량이 나타났다. 스테인레스 부분은 염수에 강해 부식이 잘 일어나지 않았다. 산업현장에 적용 시 부식이 매우 취약한 환경에서는 스테인레스와 탄소강을 적절하게 용접하여 사용하는 것이 매우 중요하다.

본 발명의 실시예에 따라 스테인리스강 STS316과 탄소강 A516-70을 2패스 GTA 이종 용접 후 입열량별 특성을 조사하기 위하여 미세조직 관찰, XRD, EDS 성분분석 등을 실시하였다. 또한 기계적 특성을 평가히기 위한 경도시험, 부식특성을 평가하기 위한 염수부식 시험 등이 수행되었다.

미세조직 관찰결과 입열량이 커짐에 따라 냉각속도가 증가하고, 이는 핵 성장으로 조직이 조대해지며 열 영향부 영역의 크기 또한 증가하였다. 성분 분석 결과 상층부로 갈수록 크롬(Cr)과 니켈(Ni)의 함유량은 증가하였으나 탄소(C) 함유량은 감소하였다. 이러한 용접부의 Creq/Nieq의 차이로 인하여 조직성분이 다름을 확인하였다. XRD분석결과 입열량에 상관없이 43.5와 44.6부근의 2Θ값에서 피크의 강도(Intensity)가 높은 것을 볼 수 있으며, 이는 γ-오스테나이트(FCC)와 δ-페라이트(BCC)에 해당하므로, 용접부에서는 이 두 성분의 성장방위가 가장 활발한 것으로 나타났다. 열영향부로 향할수록 경도값이 높아졌으며, 입열량이 높을수록 재열부가 연화되어 다른 입열량에 비해 경도가 낮았다. 스테인레스는 염수에 강해 부식이 잘 일어나지 않는 것을 염수분무 시험을 통해 확인하였다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법에 있어서 균열 및 기공 발생빈도가 감소하고, 염수에 대한 저항성이 증가한다.

본 발명의 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법은 건축, 장비, 선박, 자동차, 항공기, 우주산업, 전자기기, 저온기기, 해양플랜트, 발전, 화학, 석유화학, 원자력산업 등 다양한 분야에 사용될 수 있는 산업상 이용가능성이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

Claims (3)

1. 탄소(C) 0.08 wt%, 실리콘(Si) 1 wt%, 망간(Mn) 2 wt%, 인(P) 0.045 wt%, 니켈(Ni) 10 내지 14 wt%, 크롬(Cr) 16 내지 18 wt%, 몰리브덴 2 내지 3 wt%를 포함하는 스테인리스강을 준비하는 단계;
   탄소(C) 0.21 wt%, 실리콘(Si) 0.15 내지 0.4 wt%, 망간(Mn) 0.6 내지 0.8 wt%, 인(P) 0.035%를 포함하는 탄소강을 준비하는 단계;
   탄소(C) 0.02 wt%, 크롬(Cr) 23.7 wt%, 니켈(Ni) 13.9 wt%, 몰리브덴(Mo) 0.04 wt%, 망간(Mn) 1.8 wt%, 실리콘(Si) 0.51 wt%, 인(P) 0.02 wt%, 황(S) 0.01 wt%, 구리(Cu) 0.05 wt%를 포함하는 용접재료를 준비하는 단계; 및
   상기 용접재료를 이용하여 상기 스테인리스강과 상기 탄소강을 용접하되, 전류 120A, 전압 10V, 속도 8cpm, 입열량 9.00 내지 13.50 kJ/cm의 용접조건으로 용접하는 단계를 포함하는 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 용접하는 단계에서 입열량은 11.25 kJ/cm 인 것을 특징으로 하는 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 스테인리스강과 상기 탄소강은 V형 그루브로 가공되며, 상기 용접하는 단계는 GTA 2패스 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강과 탄소강의 이종금속 용접방법.

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