레이저 및 마찰교반용접된 2상 스테인리스 강의 미세 조직 및 기계적 특성에 관한 연구 :(A) study on the microstructure and mechanical properties of laser beam and friction stir welded duplex stainless steel

김용환

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김용환 (성균관대학교, 성균관대학교 일반대학원)

지도교수: 정승부

발행연도: 2013

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2013

레이저 및 마찰교반용접된 2상 스테인리스 강의 미세 조직 및 기계적 특성에 관한 연구

김용환 신소재공 2013.01 학위논문

2010

화이버 레이저를 이용한 2상 스테인리스 강 용접부의 미세 조직 및 기계적 특성에 관한 연구

김용환 , 최돈현 , 안병욱 외 3명 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 2010.11 학술대회자료

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2상 스테인리스 강(Duplex Stainless Steels, DSS)은 페라이트와 오스테나이트상이 거의 1:1의 동등한 비율로 혼합된 미세조직을 갖는 강이다.
2상 스테인리스 강은 강도가 높고 응력부식균열(Stress Corrosion Cracking, SCC) 저항성이 높은 페라이트계 스테인리스 강의 특성과 연신률이 높고 내공식성이 우수한 오스테나이트계 스테인리스 강의 특성을 동시에 가지고 있다.
2상 스테인리스 강의 경우 용접 입열에 따라 페라이트와 오스테나이트의 적정 분률이 변화하는 문제점이 있을 뿐만 아니라 열영향부에서의 페라이트상 조대화, 시그마 상 및 카이 상 등의 석출로 인한 내식성 저하 및 충격 강도 감소 등의 문제가 발생할 수 있다고 보고되고 있다.
따라서 본 연구에서는 마찰교반용접과 레이저 용접이 적용된 2상 스테인리스강의 용접부 미세조직 및 기계적 특성을 비교 고찰하였다.
실험 결과 마찰교반용접의 용접부내에 동적 재결정에 의한 미세한 결정립이 관찰되었으며 50~60% 범위의 페라이트 함량을 가지는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 미세한 결정립과 적정 상 분율에 의해 모재에 비해 높은 경도 특성과 인장 특성을 나타냈으며 충격 시험 결과 모재와 비슷한 충격 흡수 에너지를 나타냈다. 반면 레이저 용접된 용접부의 경우 용융 후 응고되는 과정에서 빠른 냉각 속도에 의해 높은 페라이트 함량을 가지는 것을 확인 할 수 있었으며 경도 및 인장 시험의 경우 페라이트 함량에 영향으로 인해 높은 특성을 보였지만 페라이트 함량 증가에 의해 충격 흡수 에너지는 마찰교반용접에 비해 낮은 것을 확인 할 수 있었다.

Duplex stainless steels (DSS) containing both ferrite and austenite phases are increasingly used as alternatives to austenitic, ferritic stainless steels and nickel-base alloys. They represent an important and expanding class of steels with an attractive combination of mechanical properties and corrosion resistance.
This is related to the fact that the microstructure of duplex stainless steels allows a beneficial mixture of ferrite and austenite properties. High strength and corrosion resistance come from the ferrite, whereas the austenite phase influences ductility and resistance to uniform corrosion.
In these materials, a good combination of properties is achieved at an ferrite/austenite ratio of approximately 1:1. However, due to melting and rapid solidification in fusion welding processes, this desired ratio is upset. Also, precipitation of brittle intermetallic phases may occur. In general, the weld metal and the heat-affected zone of DSS exhibit higher ferrite content, coarser grains and more extensive precipitation of intermetallic phases than the base metal. All of these factors have the tendency to reduce both the corrosion resistance and the mechanical properties (mainly, ductility and toughness) of the weldment.
In this study, A comparative study on the influence of friction stir welding(FSW) and fiber laser beam welding(LBW) processes on the microstructure and mechanical properties of duplex stainless steel DSS grade 2205 plates was investigated.
Result of experiment, The base material had a microstructure consisting of the ferrite matrix with austenite islands, but FSW refined grains of the ferrite and austenite phases in the stir zone through dynamic recrystallisation. Ferrite content was held between 50 and 60% throughout the weld. In comparison with FSW, LBW has produced welded joint with a significant increase in ferrite content, due to melting and rapid solidification.
Case of FSW, the smaller grain sizes of the ferrite and austenite phases caused increase in hardness and strength within the stir zone. And case of LBW, the high ferrite content caused increase in hardness and strength but impact strength decreased due to increase the ferrite content in the weld zone.

#마찰교반점용접 #레이저 빔 용접 #2상 스테인리스 강 #미세 조직 #기계적 특성

제 1장 서 론 1
제 2장 이론적 배경 4
2.1 2상 스테인리스 강의 특성 및 용접 4
2.1.1 2상 스테인리스 강 4
2.1.2 2상 스테인리스 강의 석출특성 5
2.1.3 2상 스테인리스 강의 용접 6
2.2 마찰교반용접(Friction Stir Welding, FSW) 10
2.3 레이저 빔 용접(Laser Beam Welding, LBW) 15
제 3장 실험 방법 18
3.1 마찰교반용접 조건 및 사용재료 18
3.2 레이저 용접 조건 18
3.3 미세 조직 관찰 및 분석 18
3.4 경도 시험 19
3.5 인장 전단 시험 19
3.6 충격 시험 19
제 4장 실험 결과 및 고찰 25
4.1 용접부의 미세조직 관찰 25
4.1.1 외관 및 단면 형상 25
4.1.2 용접부 미세조직 분석 32
4.2 용접부의 기계적 특성 40
4.2.1 경도 시험 40
4.2.2 인장 시험 43
4.2.3 충격 시험 46
제 5장 결 론 48
참고문헌 50
Abstract 53

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