| 초록 |
Stainless steel (STS)은 11 % 이상의 크롬을 함유한, 내부식성이 우수한 철 합금으로 화학 용기, 차량 소재 및 주방 용품 등 생활 전반에 걸쳐 사용되고 있다. 오스테나이트계 STS는 가장 널리 사용되는 STS강종으로 뛰어난 연성, 성형성, 내부식성 및 우수한 용접 특성을 이용하여 각종 기계의 실린더, 파이프 및 의료기구 등 다양한 분야의 재료로 각광받고 있다. 본 연구에서는 가습기 내 열 교환기로 사용되는 STS 튜브에 발생한 균열의 원인에 대해 조사하였다. 실험에 사용된 STS 튜브는 STS 310S 소재의 튜브에 STS 316L 소재의 fin을 고주파 용접한 것으로, 고온, 고압의 환경 아래에서 사용 후 균열로 인한 누수현상이 발생하였다. 이러한 균열 및 파면의 미세조직과 조성의 변화를 통해 튜브에 발생한 파손의 원인을 파악하였다. 균열 표면과 파면의 미세조직은 각각 optical microscope (OM)과 scanning electron microscope (SEM)으로 관찰하였다. 균열 표면은 강산인 왕수 (3HCl + HNO3)에 2분 30초간 에칭 후 미세조직을 관찰하였다. OM 이미지를 통해 튜브 외부 및 내부에 발생한 균열의 넓이를 측정하였고 이를 통해 균열의 전파 방향을 확인하였다. 고주파 용접에 의해 발생한 열에 의한 예민화 여부를 판단하기 위해 electron probe micro analysis (EPMA)로 element mapping을 실시하여 균열 근처 조직의 성분 원소 변화를 살펴보았다. Element mapping 결과 조직의 구성 원소는 용접 및 사용여부에 상관없이 일정하였으며 이에 의한 예민화의 영향이 없음을 확인하였다. 균열 표면과 파면의 미세조직을 관찰한 결과 입내를 파고들며 균열이 전파되는 입내파괴 (transgranular fracture)가 발생하는 것으로 나타났다. 튜브의 파손은 튜브 내로 유입된 수분 및 외부에서 가해진 증기에 의한 응력이 야기하는 기계적 강도의 저하가 원인으로, 외부의 강한 증기압에 의해 발생한 균열이 내부로 전파되며 파손된 것으로 판단된다. |
