PH 스테인레스 스틸

마르텐사이트 석출 경화 스테인리스강은 널리 사용되는 가장 인기 있는 PH 등급입니다. 열처리 과정에서 이러한 합금은 일반적으로 오스테나이트 구조를 갖지만 실온으로 냉각되면 변형을 거쳐 마르텐사이트 합금과 더욱 밀접하게 일치하게 됩니다. 보다 일반적인 등급으로는 17-4(17% 크롬 4% 니켈), 13-8(13% Cr 8% Ni) 및 15-5(15% Cr 5% Ni)이 있습니다. 이 재종은 고강도를 위해 열처리할 수 있으며, 우수한 내식성과 기계 가공성을 제공합니다. 그들은 모두 자기적입니다.

마르텐사이트 PH 등급의 시효 경화는 조건 H900, H1025, H1100 및 H1150과 같은 특정 조건을 달성하기 위해 수행됩니다. 이러한 조건은 시효 경화 공정의 온도를 나타냅니다. 각 조건에 따라 금속의 기계적 특성이 달라지지만 기계 가공성과 내식성도 서로 다릅니다. 마르텐사이트 PH 등급은 시효 경화 후에도 매우 우수한 치수 안정성을 나타냅니다.

PH 스테인리스 강의 고유한 가치는 유연성에 있습니다. 앞서 언급한 등급은 304 오스테나이트 스테인리스에 근접하거나 이를 충족하는 내식성을 갖고 있지만, 시효 경화 조건을 통해 기계적 특성을 다양한 응용 분야에 맞게 조정할 수 있습니다. 이것이 디자이너들이 이 소재의 적응성을 활용하는 방법을 배우면서 지난 수십 년 동안 PH 등급의 생산이 급격하게 증가한 이유입니다.

열처리 후에도 기본 오스테나이트 구조를 유지하는 오스테나이트 석출 경화 합금도 있습니다. 이러한 합금은 일반적으로 다른 두 범주만큼 강하지는 않지만 완전한 오스테나이트라는 장점이 있습니다. 이 범주의 예로는 A286이 있으며, 최대 1300F까지의 고강도 및 내식성을 요구하는 응용 분야에 적합합니다.

다음은 어닐링된 상태에서 오스테나이트이고 시효 경화된 상태에서 마르텐사이트인 반오스테나이트 합금입니다. 이 합금은 여전히 ​​냉간 가공될 만큼 충분히 부드럽습니다. 대표적인 예가 크롬, 니켈, 알루미늄과 합금된 17-7 PH입니다. 일반적으로 석출 경화 합금 중에서 가장 성형성이 뛰어나면서도 우수한 강도와 경도를 나타내는 것으로 간주됩니다. 이러한 이유로 대부분 시트 형태로 제공됩니다. 또한 열처리 후에도 변형이 최소화됩니다.

석출 경화 스테인리스 강의 특성은 열처리 후 최종 미세 구조를 기반으로 합니다. 아래에 나열 및 설명된 것처럼 이러한 그룹은 네 가지 그룹으로 분류될 수 있습니다.

반오스테나이트계 PH 스테인리스강
어닐링 온도에서 실온까지 급속 냉각 시 반오스테나이트 PH 강은 오스테나이트 구조를 유지합니다. 이 특성은 냉간 성형 공정에 유리한 인성과 연성을 부여하므로 지나치게 단단한 경향이 있는 마르텐사이트 PH 강보다 선호됩니다.
경화 및 강화를 유도하려면 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 초기 변태가 필요합니다. 이는 노화 온도에서 후속 처리를 위해 재료를 프라이밍합니다. 반오스테나이트계 PH 강철을 650~870도 범위로 가열하면 탄화물이 석출됩니다. 이 공정은 매트릭스에 있는 오스테나이트 안정화 원소의 존재를 줄여 실온으로 냉각 시 부분적으로 마르텐사이트로 변형되도록 합니다. 부분적인 마르텐사이트 변태는 Ms 온도(마르텐사이트 변태의 시작) 이하로 냉각하거나 냉간 가공을 통해 달성될 수도 있습니다.
결과적으로 반오스테나이트계 PH 스테인리스강의 강화에는 이중 단계 또는 2단계 접근 방식이 필요합니다. 마르텐사이트 형성을 촉진하는 초기 처리에 이어 두 번째 단계에서는 455~593도의 시효 온도에 노출됩니다. 이러한 노출은 침전으로 이어져 경도와 전반적인 강화를 가져옵니다.

오스테나이트계 PH 스테인레스강
오스테나이트 합금은 어닐링과 노화를 통한 후속 경화를 통해 오스테나이트 구조를 유지합니다. 1,095~1,120도의 어닐링 온도에서 석출 경화 단계는 급속 냉각 중에 용해되어 용액에 남아 있습니다. 이들 합금을 650~760도 범위 내에서 재가열하면 석출이 발생하여 경도와 강도가 높아집니다. 특히, 오스테나이트 합금의 경도는 마르텐사이트 또는 반오스테나이트 합금의 경도보다 낮으며 이러한 합금은 비자성 특성을 유지합니다.

PH 스테인레스강 용접
용접 작업 중에 유입된 열은 필연적으로 용체화 처리되거나 어닐링된 모재 부분을 유도합니다. 이러한 영역에서 원하는 경도를 얻으려면 단일 또는 이중 열처리 접근 방식을 포함하는 용접 후 열처리가 필요할 수 있습니다. 문제의 독점 PH 등급과 관련된 권장 용접 관행 및 후속 처리 프로토콜에 대해서는 철강 생산업체로부터 지침을 구하거나 관련 문헌을 참조하는 것이 좋습니다.
더 얇은 PH 스테인리스강 섹션은 일반적으로 용접 전 예열이 필요하지 않습니다. 탄소 함량이 낮은 것으로 구별되는 마르텐사이트 PH 등급은 Type 410과 같은 마르텐사이트 스테인리스강과 유사하게 완전 경화되지 않습니다.
단일 패스 용접의 경우, 용접 금속과 열 영향부 모두 용접 후 석출 경화 처리에 균일하게 반응하는 경향이 있습니다. 그러나 다중 패스 용접은 균일성이 떨어집니다. 이는 모재, 열 영향부 및 용접 금속의 구조에 눈에 띄는 변화를 가져옵니다. 용접 후 어닐링은 보다 일관된 구조를 촉진하여 후속 석출 경화 처리에 대한 균일한 반응을 가능하게 합니다.
예를 들어 두께가 4인치 미만인 17-4 PH 판을 용접할 때 예열은 필수는 아니지만 일반적으로 패스간 온도는 최대 150도까지 지정됩니다. 4인치를 초과하는 17-4 PH 플레이트 두께의 경우, 95도까지 예열하고 패스간 온도를 95~260도 유지하는 것이 다양한 용도에 필요한 것으로 간주되는 경우가 많습니다. 베어 ER630 와이어를 사용하여 17-4 PH를 용접하는 경우 GMAW 용접에는 아르곤을 사용하고 GTAW 용접에는 헬륨 또는 아르곤 가스를 사용하십시오.

마르텐사이트 PH 스테인레스강
특히 마르텐사이트 합금은 약 1,040~1,065도 범위의 어닐링 온도에서 주로 오스테나이트 구조를 나타냅니다. 실온으로 냉각되면 이러한 합금은 오스테나이트 구조를 마르텐사이트로 변환하는 변형 과정을 거칩니다. 이 단계 이후에 공기 또는 오일을 신속하게 냉각하면 주변 온도에서 고용체 내 구리 및 콜럼븀과 같은 첨가제의 존재가 보존됩니다. 대략 150도에서 실온까지의 온도 범위에서 오스테나이트에서 마르텐사이트로 변태가 발생합니다. 마르텐사이트 기지에 고포화 고용체를 시효온도 482~593도로 재가열하면 미세한 입자가 석출되어 경도와 강도가 높아집니다.

아니요. 석출 경화와 경화는 서로 관련되어 있지만 재료 과학에서는 별개의 과정입니다. 경화는 다양한 방법을 통해 미세 구조를 변경하여 재료(일반적으로 금속 또는 합금)를 더 단단하게 만드는 과정을 설명하는 데 사용되는 일반적인 용어입니다. 여기에는 종종 재료를 특정 온도로 가열한 다음 빠르게 냉각시키는 과정이 포함되며, 이로 인해 결정 구조와 기계적 특성이 변경될 수 있습니다. 경화에는 재료에 특정 합금 원소를 도입하는 것도 포함될 수 있습니다. 경화는 강철의 담금질 및 템퍼링과 같은 공정을 통해 달성할 수 있습니다. 이 과정에서 재료는 가열된 다음 급속 냉각(담금질)되어 경화된 상태로 고정되고 제어된 재가열(템퍼링)이 이어져 경도와 인성 간의 균형을 유지합니다.

반면, 석출 경화는 재료의 미세 구조 내에 미세하게 분산된 석출물이 형성되는 특정 유형의 경화 공정입니다. 종종 나노 규모의 이러한 침전물은 강도와 ​​경도를 증가시키는 데 기여합니다. 공정에는 일반적으로 용액 처리(합금 원소를 용해하기 위한 가열), 담금질(이러한 원소를 용액에 가두기 위한 급속 냉각) 및 노화(석출물이 형성되도록 제어된 재가열)와 같은 단계가 포함됩니다. 이 공정은 맞춤형 기계적 특성을 얻기 위해 특정 스테인리스강, 알루미늄 합금 및 기타 재료에 일반적으로 사용됩니다.