용접 후 입계 부식: 민감화가 발생하는 이유 및 ASTM A262 테스트 방법

입계 부식이란 무엇이며 왜 용접 후에 발생합니까?

입계 부식(IGC)은 스테인리스강 또는 니켈 합금의 결정립 경계를 따라 진행되는 국부적인 공격으로, 결정립 내부는 거의 그대로 유지되며, 열 영향부(HAZ)가 공격 메커니즘이 형성되는 온도 범위를 통과하므로 용접이 가장 일반적인 단일 트리거입니다.{0}}

표면을 균일하게 얇게 만들고 벽 손실 측정으로 쉽게 감지할 수 있는 일반적인 부식과 달리, 입계 부식은 표면 아래의 좁은 경계 네트워크를 공격합니다. 구성 요소는 완전히 손상되지 않은 것처럼 보이지만 여전히 입자 네트워크를 따라 대부분의 기계적 강도와 연성을 상실할 수 있습니다. 이는 정유소, 화학 공장 및 파이프 스풀에서 외관상 결함이 아니라 결과적으로 심각한 고장 모드가 되는{2}} 이유입니다.

메커니즘은 무작위가 아닌 야금학적입니다. 오스테나이트계 스테인리스강은 내식성을 위해 크롬이 풍부한 연속 피막-에 의존합니다.탄화물을 형성하기 위해 결정립 경계에서 크롬이 용액 밖으로 빠져나오면, 합금의 벌크 크롬 함량은 변하지 않더라도 경계 자체는 국부적으로 부동태 피막을 잃습니다. 용접은 금속학자들이 민감화라고 부르는 상태인 융합선 -의 양쪽에 있는 좁은 띠에서 용액에서 크롬을 끌어내는 열 조건을 정확하게 생성합니다.

용접이 감작을 일으키는 이유는 무엇입니까?

열 영향 영역이 가열 및 냉각되면서 425~870도(800~1600도 F)의 탄화물 석출 범위에서 시간을 보내기 때문에 용접은 감작을 유발합니다. 이로 인해 크롬이 고갈된 영역을 다시 채우기 위해 다시 확산될 수 있는 것보다 더 빠르게 탄소가 결정립 경계에서 크롬과 결합할 수 있습니다.

이러한 일이 발생하려면 세 가지 조건이 일치해야 하며, 각각의 조건을 이해하면 용접 엔지니어가 단순히 그런 일이 발생하지 않기를 바라는 것이 아니라 이를 제어할 수 있습니다.

용액 내 탄소.표준-탄소 오스테나이트 등급(304, 316)은 어닐링 온도에서 약 0.04-0.08%의 탄소를 고용체로 유지합니다. 해당 탄소는 합금이 민감화 범위에 다시 들어가자마자 반응할 수 있습니다.

온도에서의 시간.크롬 탄화물(주로 Cr23C6)은 425-870도 창 내의 결정립 경계에서 핵을 생성하고 성장합니다. 빠른 용접 열주기는 이 범위의 시간을 제한합니다. 느리고 높은-열 입력 경로가 이를 확장합니다.

크롬 확산 지연.크롬은 탄소보다 훨씬 느리게 오스테나이트 격자를 통해 확산됩니다. 탄화물 형성은 주변 크롬이 이를 대체하기 위해 이동할 수 있는 것보다 불과 수백 나노미터 더 빠르게 경계 구역에서 크롬을 제거하므로 짧은 거리에 있는 모재 금속이 완전히 보호를 유지하더라도 얇은 구역은 패시브 필름을 유지하는 데 필요한 ~10.5-12% 크롬 임계값 아래로 떨어질 수 있습니다.

실제 결과는 융합 라인의 양쪽에서 용접 HAZ를 추적하는 크롬{0}}이 고갈된 봉투입니다. 용접 금속 자체가 아닌 해당 외피는 일반적으로 입계 공격이 시작되는 곳입니다.

어떤 용접 매개변수가 민감화 위험을 증가시키나요?

더 높은 열 입력, 더 느린 냉각 속도, 높은 층간 온도 및 동일한 HAZ에 대한 다중 용접 통과는 각각 425-870도 강수 범위에서 재료가 소비하는 시간을 연장시키기 때문에 민감화 위험을 증가시킵니다.

이러한 변수는 WPS(용접 절차 사양)가 실제로 제어하는 ​​변수입니다. 따라서 민감화는 용접의 피할 수 없는 부작용이 아니라 프로세스{0}} 제어 문제로 처리하는 것이 가장 좋습니다.

열 입력(kJ/mm 또는 kJ/in).열 입력이 높을수록 민감화 범위를 통해 냉각 속도가 느려집니다. SAW 및 핫{1}}패스 SMAW와 같은 프로세스는 GTAW 루트 패스보다 더 높은 열 입력을 실행하는 경향이 있으며, 이는 다른 곳에서 보상하지 않는 한 감작 위험을 높입니다.

층간 온도.다중 패스 용접에서 패스 간 온도가 올라가도록 허용하면 각 후속 패스의 HAZ가 더 오랫동안 더 뜨겁게 유지되어 접합부 전체의 온도에서-복합 시간이-복잡해집니다.

단면 두께 및 관절 구속.두꺼운 섹션은 벽이 얇은 튜브보다 열을 더 오래 유지하고 더 천천히 냉각되므로 비슷한 열 입력에서도 민감화 범위가 확장됩니다.

통과 횟수 및 재가열 주기.각 후속 패스는 이전 패스의 인접한 HAZ를 재가열하므로 다중-패스 용접 및 수리 용접은 영역을 두 번 이상 민감하게 만들 수 있습니다.

이러한 요소 중 어느 것도 제거할 필요가 없습니다. - 용접되는 특정 등급의 감작 동작을 반영하는 적격 WPS/PQR(ASME 섹션 IX)로 제한되어야 합니다.

나이프-라인 어택이란 무엇이며 안정화 등급에서도 왜 여전히 발생합니까?

나이프-라인 공격은 고온 용접 패스가 안정화 탄화물을 용해시키고 이후의 저온 재열 재가열로 안정제가 재형성되기 전에{7}}크롬 탄화물이 침전될 때 티타늄- 또는 니오븀-안정화 등급(321, 347)의 용융 라인 바로 옆에 형성되는 입계 부식의 좁은 띠입니다.

안정화 등급은 일반적으로 티타늄이나 니오븀이 탄소와 우선적으로 결합하여 크롬이 탄화물 형성 반응에서 벗어나도록 하기 때문에{0}}민감성-저항성을 갖습니다. 나이프-라인 공격은 좁은 예외입니다. 매우 높은-온도 용접 패스(융합 라인 근처)는 기존 티타늄/니오븀 탄화물을 다시 용액으로 용해시킬 수 있습니다. 냉각 시 크롬 탄화물은 더 느린-형성 안정제 탄화물이 다시 형성되기 전에 얇은 밴드에 재침전되어 넓은 HAZ 봉투가 아닌 융합 경계를 추적하는 좁은 감응 선을 남깁니다. 안정화 어닐링 또는 융합 라인의 재가열 주기를 제한하는 공정 제어는 이러한 특정 실패 모드를 해결합니다.

ASTM A262는 민감성을 어떻게 감지합니까?

ASTM A262는 감작을 간접적으로 감지합니다. 즉, 크롬-이 고갈된 결정립 경계를 우선적으로 공격하도록 선택된 부식성 매체에 시편을 노출시킨 다음 크롬 함량을 직접 측정하는 대신 현미경 검사, 굽힘 연성 또는 질량 손실로 결과를 평가합니다.

ASTM A262, 오스테나이트계 스테인레스 강의 입계 공격에 대한 민감성을 탐지하기 위한 표준 관행은 서로 다른 합금 계열, 제품 형태 또는 엄격 수준에 각각 적합한 5가지 테스트 관행 - A, B, C, E 및 F -를 정의합니다. 그 중 어느 것도 특정 서비스 환경을 시뮬레이션하지 않습니다. 각각은 통과/실패 기준이 실제-감작 행동과 상관관계가 있는 표준화된 가속 테스트입니다.

출처: ASTM A262, 오스테나이트계 스테인리스강의 입계 공격에 대한 민감성을 탐지하기 위한 표준 관행.

이러한 테스트를 지정하는 사람에게는 두 가지 사항이 중요합니다. 첫째, 실습 A는 스크리닝 도구입니다. 유리한 식각 구조는 추가 테스트 없이 많은 자격을 얻을 수 있지만, 불리한 식각 구조는 그 자체로 재료를 거부하지 않으며 - 후속 정량 테스트(일반적으로 B, C 또는 F)를 유발합니다.- 둘째, 관행은 상호 교환 가능한 대체물이 아닙니다. 각각은 합금 화학과 분해 메커니즘의 서로 다른 조합을 목표로 합니다. 이것이 바로 A262가 단일 통과/실패 테스트가 아닌 실행 메뉴로 작성된 이유입니다.

주어진 애플리케이션에 대해 어떤 A262 관행을 지정해야 합니까?

오스테나이트 등급의 일상적인 입고{0}}재료 검사를 위한 실습 A, 용접 절차 및 용접 제품 인증을 위한 실습 E, 몰리브덴{1}}베어링 등급 또는 시그마{2}}상 문제가 더 엄격한 정량적 결과를 요구하는 경우 실습 C 또는 F를 지정합니다.

구매 사양 및 용접 절차 사양은 단순히 "ASTM A262"를 인용하는 것이 아니라 문자로 실습을 명시해야 합니다. - 실습은 의미 있게 다른 통과/실패 논리를 전달하며 프로젝트의 승인 기준(식각 구조, 부식 속도 제한 또는 굽힘 결과)은 실제로 실행 중인 실습과 일치해야 합니다.

제작 중 감작을 어떻게 방지합니까?

가장 신뢰할 수 있는 예방 방법은 낮은-탄소 'L' 등급 또는 안정화된 등급을 지정하는 재료 선택-으로, 열 입력 및 층간 온도 제어와 응용 분야에서 요구되는 용접 후 열처리를 통해 크롬 탄화물-을 형성하는 데 사용할 수 있는 탄소가 거의 또는 전혀 없도록 하는 것입니다.-

1. 낮은-탄소 'L' 등급을 지정합니다.

304L과 316L은 탄소를 최대 0.03%로 유지하는데 비해 표준 등급은 약 0.08%입니다. 사용 가능한 탄소가 적기 때문에 크롬 탄화물 형성 속도가 충분히 떨어지므로 용접 절차를 변경하지 않으면 대부분의 제조 용접 열 주기가 의미 있는 감작을 생성하지 않습니다.

2. 고온-또는 반복-용접 서비스에 대한 안정화 등급 지정

321(안정화 티타늄-) 및 347(니오븀-안정화)은 밀 처리 중에 탄소를 티타늄 또는 니오븀 탄화물로 묶어 후속 용접이나 고온 서비스 중에 크롬과 반응할 수 있는 탄소를 거의 남기지 않습니다. 이는 425도 이상으로 확장된 서비스를 제공하거나 L- 등급만으로는 충분하지 않을 수 있는 여러 용접/재용접 주기를 포함하는 제작을 위한 구성 요소에 대한 표준 선택입니다.

3. 열 입력 및 층간 온도 제어

열 입력을 제한하고, 패스 간 온도를 제한하고, 중요한 패스에 대해 더 빠르고 낮은-열-입력 프로세스를 선호하는 WPS는 HAZ의 모든 지점이 425-870도 범위에서 소비하는 시간을 줄여줍니다. 이는 재료 대체보다 비용이 저렴한 레버이며 일반적으로 대신 사용되지 않고 함께 사용됩니다.

4. 필요한 경우 사후-용접 열처리 또는 용체화 어닐링을 적용합니다.

용체화 어닐링(약 1040도 이상 가열 및 급속 냉각)은 크롬 탄화물을 재용해하고 결정립 경계 전체에 걸쳐 균일한 크롬 분포를 복원합니다. 이는 가장 완벽한 교정 처리이지만 대형 조립품이나 현장 용접에는 항상 실용적인 것은 아닙니다. 이것이 바로 등급 선택 및 공정 제어가 첫 번째 방어선이고 PWHT가 서비스 조건 또는 코드에서 요구하는 곳에 적용되는 이유입니다.

자주 묻는 질문

Q: 예민화로 인해 스테인레스 스틸이 부식되기 전에도 약해 집니까?

A: 그 자체는 아닙니다. 민감화된 미세구조는 크롬-이 고갈된 입자 경계가 부식성 환경에 노출될 때까지 민감화되지 않은 미세구조와 본질적으로 동일한 벌크 기계적 특성을 갖습니다.- 연성 및 강도 손실은 탄화물 석출에만 영향을 미치는 것이 아니라 부식 공격에 따른 것입니다.

Q: 316 또는 316L은 몰리브덴을 함유하고 있어도 여전히 민감해질 수 있습니까?

답: 그렇습니다. 몰리브덴은 공식 및 틈새 부식에 대한 저항성을 향상시키지만 결정립계에 크롬 탄화물 침전을 방지하지는 않습니다. 이것이 바로 몰리브덴- 함유 등급이 감작-면역성을 갖는다고 가정하기보다는 ASTM A262 Practice F에 따라 테스트되는 이유입니다.

Q: 유리한 ASTM A262 Practice A 결과는 추가 테스트 없이 재료를 승인하기에 충분합니까?

A: 많은 구매 사양의 경우 예, - 단계 또는 이중 식각 구조는 일반적으로 추가 테스트 없이 허용됩니다. 도랑 구조는 재료를 자동으로 거부하지 않지만, 구매 사양에 따라 허용 가능성을 결정하기 위해 후속 정량적 관행(B, C 또는 F)이-필요합니다.

Q: PWHT는 항상 감작 위험을 제거합니까?

A: 적절하게 실행된 용액 어닐링은 크롬 탄화물을 재용해하고 민감화된 상태를 제거하지만 후속 용접 또는 고온 서비스로 인해 재료가 다시 민감해질 수 있습니다.{0}} PWHT는 기존의 민감한 상태를 해결합니다. 합금이 향후 감작에 면역이 되는 것은 아닙니다.