Ferrtie Number

1. Ferrtie Number 란?

스테인레스 강에서 Ferrite phase량은 제작, 용접 및 운전중에 중요한 역할을 한다, 특히 기계적 특성, 자성, 부식특성, 고온균열 특성에 많은 변수를 가진다.

크기는 단위 면적당의 Ferrite분율에 해당하는 %로 표기 하거나 FN으로 표기한다.

 

2. Ferrite의 장점

 

2.1  Austenite stainless steel에서의 용접 중 Hot Crack 저항성이다.  용접부의 ferrite조직은 austenite조직보다 유해원소 및 저융점 불순물 (P,S, Si, Nb, O)의 고용도가 크기 때문에  ferrite가 많이 존재함에 따라 응고시에 저융점의 액막이 적게되어 응고범위가 좁아져 균열 발생이 그 만큼 어렵게 된다. 또한 ferrite가 존재함에 따라 열팽창계수가 작게 되므로 수축응력이 감소하여 그 만큼 고온 응고균열을 억제하게 된다.

 

2.2  일반 부식과는 달리 chloride 분위기에서는 pure ASS보다 pitting이나 SCC저항성을 향상시킨다.  이를 이용한 것이 Austenite-Ferrite 계 Duplex stainless steels ( 2205SS)이다.

 

3. Ferrite의 단점

 

3.1  Pure ASS보다 일반적인 부식 저항성은 떨어진다. Ferrite상은 Austenite상보다 Cr%(Ferrite촉진원소)가 높고 Ni%(Austenite촉진원소)가 낮으므로 성분적으로 활성태에 위치하게 되어 보다 쉽게 부식된다.

 

3.2  높은 응력에서는 ferrite상에 의한 SCC방지 효과를 그다지 기대할 수 없다. Ferrite가 너무 많은 용접부 조직은 장시간의 고온 Creep 강도를 떨어뜨리며 530~820℃의 온도 범위에서 장시간 노출되는 용접부는 시그마 phase를 형성하게 되어 연성, 충격인성 및 내부식성의 저하를 가져온다. 따라서 용착금속 중의 ferrite량은 대개 3~8%(또는 3~10%)가 되도록 용접재료를 선정해야 한다.

 

4. Ferrite의 측정방법

 

4.1  자기적인 장치에 의한 방법

    ferrite는 자성이고 austenite는 비자성인 것을 이용하여 측정하며 측정장치로는 다음의  것이 있다.

 

a)     Ferrite indicator – 표준 페라이트량에 따라 자성을 가진 재료내부와 측정하고자 하는 시편가의 흡입력을 비교하여 페라이트량을 측정한다.

b)    Magnetic gage – 영구자석과 측정하려고 하는 시편간의 자성에 의한 흡입력이 페라이트에 따라 변화하는 것을 이용해서 페라이트량을 측정한다.

c)     Ferrite scope – 측정하려고 하는 시편에 있는 페라이트에 의한 자기유도가 감퇴하는 것을 이용해서 페라이트량을 측정한다.

 

4.2  현미경 조직법

     현미경 조직에 나타나는 Austenite와 Ferrite의 면적 비율로서 Ferrite량을 구한다.

 

4.3  조직도법

용접 금속의 Ni 당량과 Cr 당량을 계산하여 조직도에 의하여 Ferrite량을 산정하는 방법은 아래와 같다

a)  Schaeffler Diagram( 참조.1)

b)  Delong 조직도 (Ni 당량에 N2를 계산함)등이 있다.

c)  Diagram사용이나 자기계측 장비 사용 불가시는 다음과 같이 N으로 판단한다.

   GMAW : MAX 0.08%N

 

 

 

참조1.  Shaffler Diagram

 

Shaffler는 스테인레스강의 용접에서 모재의 화학조성에 따라 용접금속 및 주조 금속이 아무런 열처리를 하지 않은 상태에서 생기는 조직을 설명하는 도표이다.

합금 조성중 ferrite조직의 형성을 촉진시키는 Cr계열 (Equivalent)과 Austenite조직의 형성을 촉진시키는 Ni계열(Equivalent)을 구분하여 그 영향도에 따라 등가식을 만들었다.

 

그림에서와 같이 Austenit(A), Ferrite(F), Martensite(M)조직이 단독으로 존재하는 곳 이외에도 둘 또는 세가지 조직이 공존하는 구역이 나타나게 된다. A+F 영역은 ferrite의 분율에 따라 100등분으로 세분화 시키고 있다. 이곳은 용접 시 고온균열의 억제를 위한 척도가 되기도 하므로 중요한 의미를 가지게 된다.