특정 온도 범위 내에서 이중 강철에 쉽게 침전되는 유해한 상은 무엇입니까?

듀플렉스 스테인레스 스틸 (DSS)는 강도가 높고 내식성이 우수하여 석유 및 가스, 화학, 해양 엔지니어링 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 DSS의 고성능은 오스테나이트(γ)와 페라이트(δ)의 정밀하게 균형 잡힌 미세 구조에 달려 있습니다. DSS가 특정 온도 범위 내에서 장기간 노출되거나 작동되면 페라이트 상이 분해되어 다양한 "유해한 상"이 침전됩니다. 이러한 석출물은 재료의 기계적 인성과 내식성을 심각하게 손상시켜 엔지니어링 응용 분야의 신뢰성에 심각한 위협을 가합니다.

1. 취성 킬러: σ 및 χ 상의 침전

모든 해로운 단계 중에서 σ 단계는 의심할 여지 없이 가장 잘 알려져 있고 파괴적입니다.

강수 온도 범위: σ 상은 주로 600°C ~ 950°C 사이에서 침전되며 강수 역학은 약 800°C ~ 880°C에서 최고조에 이릅니다.

화학 성분: σ 상은 크롬(Cr)과 몰리브덴(Mo)이 풍부한 금속간 화합물입니다. 이는 δ 페라이트의 분해 또는 δ 페라이트와 γ 오스테나이트 사이의 계면에서의 공석 분해 반응을 통해 형성됩니다.

성능 영향: σ 상의 석출은 DSS의 엔지니어링 특성에 두 가지 영향을 미칩니다. 첫째, σ 상 자체는 단단하고 부서지기 쉬운 상입니다. 이 물질의 존재는 재료의 충격 인성을 급격히 감소시켜 저온이나 응력 집중 조건에서 취성 파괴가 발생하기 쉽습니다. 둘째, 석출 중에 σ 상은 주변 δ 페라이트 매트릭스로부터 상당한 양의 Cr 및 Mo를 소비하여 σ 상 주변의 Cr 및 Mo 고갈 영역을 초래합니다. 이러한 고갈된 영역은 내식성을 크게 감소시켜 공식 및 입계 부식에 취약해집니다.

Chi 상은 또한 일반적으로 σ 상과 유사한 온도 범위(700°C ~ 900°C) 내에서 형성되는 Cr 및 Mo가 풍부한 금속간 화합물입니다. 그러나 χ 상은 일반적으로 노화가 시작될 때 준안정 상으로 우선적으로 침전되고 나중에는 보다 안정적인 σ 상으로 변환됩니다. 특성에 대한 부정적인 영향은 σ 상의 영향과 유사하여 취화 및 내식성 감소로 이어집니다.

2. 475°C 취성: 저온에서의 숨겨진 위협

고온 영역의 σ 상 외에도 이중 스테인리스강은 475°C 취성으로 알려진 저온에서도 위험 영역을 경험합니다.

강수 온도 범위: 이 현상은 350°C~550°C 사이에서 발생하며 최고 심각도는 약 475°C입니다.

미세 메커니즘: 이 온도 범위 내에서 델타 페라이트 상은 스핀형 분해를 거쳐 두 개의 나노 규모 페라이트 구조, 즉 크롬이 풍부한 α' 상(Cr이 풍부한 α')과 크롬이 부족한 α 상(Cr이 부족한 α)으로 분해됩니다.

성능 영향: 이러한 나노 규모의 상 분리는 재료의 경도와 강도를 크게 증가시키지만 충격 인성은 급격히 감소합니다. 이러한 저온 취성은 내식성에 대한 σ 상 석출보다 덜 심각하고 널리 퍼져 있지만 크롬이 풍부한 α' 상은 특정 매체에서 부식 민감성을 증가시킬 수도 있습니다. 스피노달 분해에는 일반적으로 긴 노화 기간이 필요하지만 냉간 가공된 재료에서는 석출 동역학이 가속화될 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다.

3. 탄질화물 및 2차 오스테나이트

위에서 언급한 기본 침전물 외에도 특정 조건에서는 다른 유해한 상이 형성될 수 있습니다.

탄화물 및 질화물: 550°C~750°C 사이에서 크롬 탄화물(Cr23​C6​) 또는 질화물이 침전될 수 있습니다. 최신 DSS의 탄소(C) 함량은 일반적으로 극도로 낮은 수준(<0.03%)으로 유지되지만 이러한 석출물은 여전히 ​​결정립 경계에 형성되어 Cr을 소모하고 입계 부식의 위험을 초래할 수 있습니다.

2차 오스테나이트(γ2​): σ상이 석출되는 동안 δ 페라이트가 분해되면서 동시에 니켈이 풍부한 2차 오스테나이트(γ2​)가 형성됩니다. γ2​ 자체는 직접적으로 해로운 상은 아니지만, 그 형성 메커니즘은 σ 상의 침전과 밀접하게 연관되어 있습니다. 그 존재는 δ 페라이트의 분해를 나타내며, 간접적으로 재료 특성의 저하를 나타냅니다.