이 강종의 특징은 기존 Austenitic Stainless Steel이 입계부식(Intergranular Corrosion) 및 응력 부식 균열(Stress Corrosion Cracking)에 민감한 단점을 보완하기 위해 개발된 강종으로Ferrite기지위에 50%정도의 Austenite조직이 공존하는 Dual Phase의 조직이다.
(1) 기계적 성질
Austenite조직이 존재 함으로 인해 Ferrite Stainless Steel보다 양호한 인성을 가지고 있다. 또한, Ferrite조직이 존재 함으로 인해 Austenite Stainless Steel보다 약 2배 이상의 강도를 가지고 있어서 기계 가공 및 성형이 어렵다. Austenitic Stainless Steel보다 열팽창 계수가 낮고, 열전도도는 높아서 열 교환기 등의 Tube재질로 적합하다. 그러나, 고온에 노출되면 조직의 상분률이 깨져서 Duplex Stainless Steel의 특성을 잃게 되므로 최대 사용 온도가 제한된다. ASME나 TUV와 같은 Design Code에서는 최대 온도를 다음의 Table 24 와 같이 제한하지만, 상용적인 개념으로 대략 250℃를 최대 사용 기준 온도로 적용한다.
(2) 부식성
유사한 양의 합금 원소를 첨가한 Austenite계열의 합금에 비해 공식(Pitting)과 틈새 부식성은 유사하지만, 응력부식 균열과 유기산에 대한 저항성은 매우 우수하다. Chloride등에 대한 저항성이 커서 VCM Project등의 열 교환기용 재료로 사용되고 있다. 통상 부식성의 우열은 내공식성 지수(Pitting Corrosion Resistance Index, PREN)으로 평가하는 방법이 가장 일반적이다. PRE 값이 높으면 Pitting이나 Crevice Corrosion에 대한 저항성이 큰 것을 의미한다. 또한 이러한 PRE 지수 이외에 중요한 것이 임계온도이다. Pitting이나 Crevice Corrosion은 온도에 대한 의존성이 있는 데, 이를 활용하여 각 부식발생의 임계 온도를 평가한다.
CPT : Critical Pitting Temperature
CCT : Critical Crevice Corrosion Temperature
(3) 가공성
Ni함량이 적어서 경제적이고 열처리에 의해 경화될 수 있다. 일반 탄소강과 유사한 저온 특성을 보이며, -60℃이하에서는 충격치가 급속히 감소하여 사용이 제한된다. 300℃ 이상에서는 Ferrite조직의 분해가 일어나서 취성이 발생하므로 통상적인 사용온도는 -50 ~ 250℃정도로 제한된다.
Duplex Stainless Steel은 Austenite조직과 Ferrite조직의 상분률(狀分率)이 매우 중요하다. 상분률이 깨어지면 원하는 특성을 얻을 수 없고 취성이 발생하여 적절하게 사용할 수 없다.
4) 용접성
전반적으로 용접성은 매우 양호한 재질로 평가되지만, 입열조절이 무척 중요하다. 따라서 다층 용접시 각 Pass사이의 Interpass Temperature와 Travel Speed의 조절이 매우 중요한 조절인자로 작용한다. 용접시 입열이 부적절하면 Dual Phase의 상분률(狀分率)이 깨어지므로 통상 0.5 ~ 1.5KJ/mm정도로 엄격히 제한한다. Interpass Temperature는 Max. 150℃정도로 규제한다.
용접봉은 모재보다 2 ~ 3%정도 Ni함량이 많은 재료를 선정하고, 지나친 급냉이나 서냉이 되지 않도록 한다. 용접시 800 ~ 1000℃ 범위에서 장시간 유지되면 해로운 Secondary Phase가 생겨서 기계적 성질 및 내식성의 저하를 가져오므로 피해야 한다. 대개 용접후 열처리(PWHT)는 실시 하지 않으나, 해로운 Secondary Phase를 피하기 위해 1100℃정도의 온도에서 5 ~ 30분간 후열처리를 한후 급냉 하도록 한다. 서냉하게 되면, 탄화물의 석출에 의해 내식성이 저하하고, 인성이 떨어진다.
Code상 규정은 없지만 용접부에 대한 충격시험(Impact Test)을 요구하는 경우가 많으며, 별도의 비파괴 검사(NDT)를 실시 하지 않고 용접부의 건전성을 평가하는 가장 손쉬운 방법은 경도(Hardness) 측정과 Ferrite량 측정이다. Ferrite량을 측정하고 Hardness측정하면 대략적인 용접부의 건전성을 평가 할 수 있다. 경도 측정은 Code상 반드시 적용해야 하는 규정은 아니다.
Ferrite함량은 Austenitic Stainless Steel의 용접부 검사에 적용한 것과 동일한 방법을 적용하면 된다. Ferrite함량 37 ~ 52%정도에서 통상적인 Hardness는 Brinell경도로 238 ~ 265정도가 나오면 적정선이다. 이 경도 값에 관해서는 사전에 기준치를 정하는 협의가 필요하다.
APPLICATION
– 해수를 냉각수로 사용하는 복수기관용, 석유정제, 석유화학의 열 교환기, 유정관 재료 등 각종 화학공업용 장치
– 압력관은 물론 대형 탱크 등과 같은 발전설비나 해양 구조물 산업용 기계
– 각종 화학 저장 탱크와 파이프, 해수 담수화설비, 해수처리 및 핵연료재처리 설비 등 대형 플랜트