1968년 아르곤 산소 탈탄(AOD)이라는 스테인리스강 정련 공정이 발명되면서 일련의 새로운 스테인리스강 개발이 가능해졌습니다. AOD 공정의 주요 발전 중 하나는 합금 원소인 질소(N)의 첨가입니다. 질소를 첨가하면 열영향부(HAZ)의 인성과 내식성이 모재에 가까워지고 유해한 금속간 화합물 생성 속도를 줄일 수 있습니다.
오스테나이트 스테인리스강과 마찬가지로 듀플렉스 스테인리스강은 합금 조성에 따라 내식성이 달라지는 강종입니다. 듀플렉스 스테인리스강은 지속적으로 개발되어 왔으며, 현대의 듀플렉스 스테인리스강은 크게 네 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.
1. 몰리브덴이 함유되지 않은 저급 듀플렉스 스테인리스강 2304;
2. 표준 듀플렉스 스테인리스강 2205는 전체 듀플렉스강의 80% 이상을 차지합니다.
3. 합금 255의 대표적인 25% Cr 듀플렉스 스테인리스강은 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강으로 분류될 수 있습니다.
4. 크롬 함량이 25~26%인 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 255 합금보다 몰리브덴과 질소 함량이 더 높습니다. 대표적인 강종은 2507입니다.
듀플렉스 스테인리스강의 주요 합금 원소는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 질소(N), 니켈(Ni)입니다. 이들 원소는 듀플렉스강에서 다음과 같은 기능을 합니다.
Cr
강철에 최소 10.5%의 크롬(Cr)이 함유되면 안정적인 부동태 피막이 형성되어 대기 부식으로부터 강철을 보호할 수 있습니다. 스테인리스강의 내식성은 크롬 함량이 증가함에 따라 향상됩니다. 크롬은 페라이트 원소로서 체심 입방 구조(BCC)를 가진 철의 구조를 안정화시키고 고온에서 강철의 산화 저항성을 향상시킵니다.
Mo
몰리브덴(Mo)과 크롬(Cr)의 시너지 효과는 스테인리스강의 염화물 부식 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 염화물 환경에서 몰리브덴은 크롬보다 공식 및 틈새 부식에 대한 저항성이 3배 더 높습니다(CPT 공식 참조). 또한 몰리브덴은 페라이트 형성 원소로서 금속간 화합물 형성을 촉진합니다. 따라서 오스테나이트계 스테인리스강의 몰리브덴 함량은 7.5% 미만이고, 듀플렉스강의 몰리브덴 함량은 4% 미만입니다.
N
질소(N) 원소는 오스테나이트 및 듀플렉스 스테인리스강의 공식 및 틈새 부식 저항성을 증가시키고, 강재의 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다. 이는 고용 강화에 가장 효과적인 원소입니다. 질소 원소는 강재의 강도를 향상시키는 동시에 오스테나이트 스테인리스강과 듀플렉스 스테인리스강의 인성을 증가시키고, 금속간 화합물 상의 형성을 지연시켜 듀플렉스 스테인리스강의 가공 및 제조에 충분한 시간을 확보해 줍니다. 또한, 높은 크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo) 함량으로 인해 쉽게 형성되는 σ 상의 경향성을 상쇄합니다.
질소(N)는 강한 오스테나이트계 원소로, 오스테나이트계 스테인리스강에서 니켈(Ni)을 부분적으로 대체할 수 있습니다. 일반적으로, 용해도 한계에 가까운 N과 Ni을 듀플렉스 스테인리스강에 첨가하여 상평형을 조절합니다. 원하는 듀플렉스 구조를 얻기 위해서는 페라이트 원소인 크롬(Cr)과 니켈(Ni)과 오스테나이트 형성 원소인 니켈(Ni)과 질소(N) 사이의 균형을 이루는 것이 중요합니다.
Ni
니켈(Ni)은 오스테나이트 구조를 안정화시키는 원소입니다. 철 기반 합금에 니켈을 첨가하면 스테인리스강의 체심 입방 구조(Bcc, 페라이트)에서 면심 입방 구조(FCC, 오스테나이트)로의 변태를 촉진할 수 있습니다.
Ni는 금속간 화합물 상의 형성을 지연시킬 수 있지만, 그 효과는 n에 비해 훨씬 미미하다.
듀플렉스 스테인리스강의 성능을 이해하는 데 도움이 되도록 두 가지 종류를 소개합니다.
게시 시간: 2022년 5월 10일