| 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. 다양한 STS 강종 중 가장 널리 사용되는 것은 오스테나이트계 STS로 뛰어난 연성, 성형성, 내부식성을 가지며 용접 특성이 우수하여 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 347H, 310S 소재의 튜브에 STS 316L 소재의 fin을 고주파 용접한 것으로, 이 중 STS 310S 튜브에 fin을 용접한 경우 균열로 인한 누수현상이 발생하였다. 이러한 파손의 원인을 파악하기 위해 튜브에 용접된 fin을 제거한 후 균열 근처 및 파면의 미세조직과 조성의 변화를 살펴보았다. 내부식성이 강한 STS의 에칭을 위하여 강산인 왕수(3HCl + HNO3)를 사용하였으며, 에칭된 각 시편의 미세조직을 optical microscope (OM)으로 관찰하였고 파손의 형태를 파악하기 위해 scanning electron microscope (SEM)을 사용하여 파면의 미세조직 형상을 관찰하였다. 손상부의 예민화 여부를 판단하기 위해 electron probe micro analysis (EPMA)를 통하여 균열 근처 조직의 성분 원소 변화를 살펴보았다. EPMA로 element mapping을 실시한 결과, 튜브의 조직은 일정한 비율의 크롬, 니켈, 철을 함유하였으며 크롬 고갈 영역은 나타나지 않았다. 이를 통해 본 튜브의 파손에는 예민화의 영향이 없음을 확인할 수 있었다. 균열의 전파 방향을 확인하기 위해 OM으로 튜브 외부 및 내부의 균열의 넓이를 측정하였고, 외부에서 내부로 전파될수록 균열의 넓이는 점차 짧아지는 것으로 나타났다. 본 튜브의 파손은 외부에서 시작된 균열이 내부로 전파된 것으로 판단된다. SEM을 사용하여 파면을 관찰하고 OM을 통해 균열부의 미세조직을 관찰한 결과, 입내를 파고들며 균열이 전파되는 입내파괴 (transgranular fracture)가 발생하는 것을 파악할 수 있었다. 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. |
