강재의 취화 유형

과부하도 마모도 없고 인증서도 깨끗한데 파괴가 발생하는 경우가 있습니다. 그 원인은 공정 기록이 설명해 주는 강재 자체의 변화입니다. 이 페이지는 출처에서 철계 합금에 대해 제시한 취화 유형, 각 유형을 유발하는 온도 범위 또는 환경, 그리고 각 유형을 피하는 방법을 정리한 것입니다.

취화 유형과 각 유형의 유발 요인

아래 표는 출처에서 철계 합금에 대해 제시한 요약으로, 취화에 민감한 강재, 유발 요인, 결과를 보여줍니다. 유발 요인 열은 공정 기록과 대조하여 확인해야 하는 부분입니다. 이러한 조건 대부분은 파괴 단면이 아니라 열처리 또는 사용 이력에서 확인되기 때문입니다.

취화 유형	영향을 받는 강재	유발 요인	효과
변형 시효 취화	저탄소강	변형 공정 후 석출, 상온 또는 약간 승온된 온도에서 시효	강도는 상승하고 연성은 저하됩니다. 약 15퍼센트의 냉간 압하율에서 최대 효과가 나타나며, 상온에서는 수개월, 400 °F (200 °C)에서는 수분이 걸릴 수 있습니다.
담금질 시효 취화	저탄소강	하부 임계 온도 이하에서의 담금질 후 시효 중 석출	강도는 상승하고 연성은 저하됩니다. 탄소 0.04~0.12퍼센트의 강재가 가장 민감하며, 담금질은 약 1040 °F (560 °C) 이상에서 시작해야 합니다.
청열 취성	탄소강 및 합금강	450~700 °F (230~370 °C) 범위에서의 노출	강도는 상승하고 연성과 충격 강도는 모두 급격히 저하됩니다. 변형 시효 취화의 가속된 형태이며, 해당 온도 범위 내에서의 변형은 이를 악화시킵니다.
응력 제거 취화 및 재열 균열	합금강 및 스테인리스강	석출 경화 합금계의 용접 후 열처리	인성은 다음에서 저하됩니다: 열영향부 또는 용접 금속에서 발생하며, 심한 경우 입계를 따라 균열이 발생합니다. 바나듐, 몰리브덴 및 붕소는 위험을 증가시킵니다.
뜨임 취화	탄소강 및 저합금강	660~1060 °F (350~570 °C) 범위에서의 노출, 또는 고온 뜨임 후 해당 범위를 통과하는 느린 냉각	연성-취성 천이 온도가 상승하며, 보고된 사례에서는 360~540 °F (200~300 °C)까지 상승하는 반면 강도와 경도는 그대로 유지됩니다.
강화된 마르텐사이트 취성	열처리된 합금강	400~700 °F (200~370 °C)에서의 뜨임, 상온에서의 사용	충격 에너지는 저하되며 600 °F (315 °C) 부근에서 가장 심하지만, 인장 강도, 항복 강도, 연신율은 변하지 않습니다. 1단계 뜨임 취화라고도 합니다.
400~500 °C 취화	크롬 15퍼센트 이상의 스테인리스강	750~930 °F (400~500 °C) 범위에서의 장시간 노출, 885 °F (475 °C) 부근에서 가장 심함	강도는 상승하고 연성은 저하되며, 결정립계 주변의 내식성이 저하됩니다. 해당 범위 이상으로 가열하면 반응이 역전됩니다.
시그마 상 취화	페라이트계 및 오스테나이트계 스테인리스강	1050~1800 °F (565~980 °C) 범위에서의 장시간 노출	인성이 저하되고 노치 민감도가 상승하며, 부품이 500 °F (260 °C) 이하로 냉각되면 인성 손실이 거의 완전해집니다. 내식성 및 크리프 저항성 도 함께 저하됩니다.
흑연화	탄소강 및 저합금강	약 800 °F (425 °C) 이상에서의 장시간 사용, 일반적으로 850~1100 °F (450~600 °C)	하중 지지 부재를 통해 연속적인 경로를 따라 흑연이 형성되는 곳에서 인성이 저하됩니다. 알루미늄 탈산강이 가장 취약하며, 크롬 0.7퍼센트 이상은 이를 저항합니다.
금속간 화합물 취화	모든 강재	금속간 상을 형성하는 금속과의 고온 접촉, 예를 들어 용융 아연 도금 강재의 아연	결정립계에 취성 금속간 상이 형성됩니다. 용융은 관여하지 않으며, 손상은 비가역적입니다.
중성자 취화	모든 강재	원자력 사용 환경에서의 중성자 조사	연성-취성 천이 온도가 상승하며, 360 °F (200 °C)까지 상승하고, 입계 파괴 가능성이 높아집니다. 니켈 함량과 구리 또는 인 잔류물은 민감도를 높입니다.
수소 취화	냉간 가공 또는 열처리 경화된 강재	제강, 산세, 전기도금, 용접 또는 사용 중 부식 시의 수소 침입	연성이 저하되고 정하중 하에서 지연 파괴가 발생하며, 흔히 항복 강도 이하에서 가시적인 소성 변형 없이 발생합니다.
액체 금속 유도 취화	모든 강재	인장 응력 하에서 표면이 젖은 상태로 용융된 저융점 금속과의 접촉	연성이 급격히 저하되고 균열이 초당 인치로 측정되는 속도로 결정립계를 따라 전파됩니다. 응력이 충분히 높으면 소형 부품은 거의 즉시 파괴됩니다.
고체 금속 유도 취화	모든 강재	인장 응력 하에서 거의 용융되거나 고체 상태인 저융점 금속과의 접촉	연성이 저하되고 정하중 하에서 지연 파괴가 발생하며, 응력이 낮아질수록 파괴 시간이 길어집니다. 균열 성장은 온도에 의존합니다.

출처: ASM Handbook, Vol. 11, Failure Analysis and Prevention (ASM International), Overload Failures 기사의 철계 합금에서 발생하는 취화 유형 요약.

• 이 목록은 철계 합금의 요약이며, 출처에서는 비철 금속도 고유한 취화 현상이 있다고 언급합니다. 또한 이러한 메커니즘 중 여러 가지가 아직 문헌에서 설명되고 있으므로, 표에 메커니즘이 없다고 해서 발생할 수 없다는 증거는 아닙니다.
• 과부하도 없고 눈에 띄는 변형도 없이 균열이 발생한 부품이 바로 이러한 메커니즘에서 비롯된 것입니다. 파단 자체의 판독은 다음에서 다룹니다. 손상 모드 식별 차트.

한눈에 보는 온도 구간

온도별로 읽은 동일한 트리거로, 이는 열처리 스케줄이나 운전 일지에서 접하게 되는 방식입니다. 이러한 밴드 중 하나에 속하는 뜨임 온도나 작업 온도는 해당 온도에서 부품이 머무는 시간을 다시 살펴볼 가치가 있습니다.

구간	그 안에서 일어나는 일	어디에서 접하는가
400 ~ 700 °F (200 ~ 370 °C)	열처리된 합금강의 뜨임 마르텐사이트 취화와 탄소강 및 합금강의 청열 취성. 둘 다 인장 특성이 아닌 충격 에너지에 작용합니다.	이 밴드 내에서 뜨임된 모든 부품과 이 온도에서 작동하는 모든 부품. 뜨임 온도에 대한 샤르피 V-노치 시리즈가 이를 찾는 일반적인 방법입니다.
660 ~ 1060 °F (350 ~ 570 °C)	뜨임 취화, 850~900°F(455~480°C) 부근에서 가장 빠릅니다. 인, 안티몬, 주석, 비소가 결정립계로 편석되어 발생합니다.	크롬과 니켈 또는 망간을 함께 함유한 합금강, 그리고 고온 뜨임 후 이 밴드를 통해 천천히 냉각되는 두꺼운 단면.
750 ~ 930 °F (400 ~ 500 °C)	고크롬 스테인리스 밴드, 885°F(475°C) 부근에서 가장 심합니다. 크롬이 풍부한 상이 형성되고 결정립계 옆에서 내식성이 떨어집니다.	이 밴드에 유지된 페라이트계, 마르텐사이트계 및 듀플렉스 스테인리스 부품, 응력 제거 및 뜨임 사이클 포함.
800 ~ 1025 °F (425 ~ 550 °C)	탄소강 및 저합금강의 흑연화, 그리고 800~1100°F(425~595°C) 이상의 페라이트계 강의 크리프 취화. 둘 다 온도만큼이나 시간에 의존합니다.	중간 온도에서의 장기 사용, 용접부의 열영향부가 유력한 위치 중 하나입니다.
1050 ~ 1800 °F (565 ~ 980 °C)	스테인리스강의 시그마 상, 1550°F(845°C) 부근에서 가장 빠르게 형성됩니다. 이 상은 단단하고 취성이 있으며 부품이 냉각되면 인성을 제거합니다.	이 밴드에서 용체화 풀림, 응력 제거 또는 용접된 스테인리스강, 그리고 그 안에서의 모든 고온 사용.

출처: ASM Handbook, Vol. 11, Overload Failures 기사의 열적 유발 및 환경적 유발 취화 섹션.

• 구간과 시간은 함께 중요합니다. 뜨임 취화는 확산에 의해 구동되며 불순물 함량과 온도뿐만 아니라 밴드 내에서 보낸 시간에 의존하는 반면, 청열 취성은 몇 분 만에 나타날 수 있습니다.
• 열처리 사이클 중 각 구간에서 발화하는 야금 반응과 각 반응이 수반하는 치수 변화는 다음에 별도로 표로 정리되어 있습니다. 열처리 시 치수 변화 페이지.

뜨임 취화, 되돌릴 수 있는 메커니즘

뜨임 취화는 이 페이지에서 완성된 부품에서 제거할 수 있는 유일한 메커니즘이며, 그 화학 조성은 열분석에서 읽을 수 있을 만큼 구체적입니다.

항목	세부 사항
원인 원소	인, 안티몬, 주석, 비소가 결정립계로 편석됩니다. 규소, 게르마늄, 셀레늄, 텔루륨, 비스무트도 취화제로 확인되며, 망간은 이를 유발하고 촉진합니다.
가장 위험한 강종	니켈 크롬강이 특히 취약합니다. 일반 탄소강은 취약하지 않으며, 망간이 0.3퍼센트 미만인 일반 탄소강은 전혀 취약하지 않은 것으로 간주됩니다. 몰리브덴 첨가는 취약성을 감소시킵니다.
가장 빠른 곳	660~1060°F(350~570°C) 밴드 내의 약 850~900°F(455~480°C). 열처리된 마르텐사이트 및 베이나이트 조직이 페라이트 및 펄라이트 조직보다 더 취약합니다.
검출 방법	강도와 경도는 변하지 않은 채 연성-취성 전이 온도가 상승하므로 인성 시험으로는 발견되지만 인장 시험으로는 발견되지 않습니다. 전자 프락토그래피는 입계 파면의 면적 분율을 추가합니다.
취약성 지표	용접 연구에서 두 가지 간단한 지표가 나왔습니다. X 계수는 인, 안티몬, 주석, 비소를 인에 가중치를 두어 결합하며, 와타나베 수 J는 (Si + Mn) x (P + Sn) x 10,000이며, 200 미만의 값은 금속이 취약하지 않음을 의미하는 것으로 간주됩니다.
제거 방법	임계 밴드 위에서 재뜨임하고 급속 냉각합니다. 밴드를 통한 느린 냉각으로 취화되는 두꺼운 단면은 대신 담금질하거나 급속 냉각하거나, 밴드 위에서 추가 뜨임 후 급속 냉각할 수 있습니다.

출처: ASM Handbook, Vol. 11, Overload Failures 기사의 뜨임 취화 섹션. X 계수와 와타나베 수는 그곳에서 인용된 용접 연구에서 나온 것입니다.

• 뜨임 마르텐사이트 취화는 다른 구간에 위치하며 다르게 거동합니다. 400~700°F(200~370°C) 내에서 뜨임하여 발생하며, 600°F(315°C) 부근에서 가장 심하고, 구 오스테나이트 결정립계에서 엡실론 탄화물에서 시멘타이트로의 전이가 이를 구동합니다. 인장 특성은 변하지 않으므로 뜨임 온도에 대한 샤르피 V-노치 시리즈가 이를 확인하는 방법입니다. 출처에서는 이를 1단계 취화라고 부르며, 뜨임 취화의 2단계와 대비됩니다.
• 이러한 밴드 내에 위치하는 공구강 열처리 스케줄은 흔한데, 뜨임 곡선을 따라 경도와 인성이 서로 상충하기 때문입니다. 한 등급에서 이 밴드가 만들어내는 실수는 다음에 정리되어 있습니다. D2 열처리 실수 페이지, 그리고 노 문제를 통한 증상 주도 경로는 다음에 있습니다. 열처리 문제 해결 차트.

수소 취화

수소는 인증서에 흔적을 가장 자주 남기지 않는 메커니즘인데, 올바른 등급의 건전한 히트도 가공 후 균열이 발생할 만큼 충분한 수소를 함유할 수 있기 때문입니다.

항목	세부 사항
세 가지 요건	잔류 또는 부가된 인장 응력, 취약한 강, 임계 수준 이상의 수소. 취화 수소가 백만분율 몇 개만 있어도 충분합니다.
수소의 발생 원인	제강, 산성 세척 및 산세, 전기도금, 용접, 그리고 가스 노출, 윤활제 분해 또는 부식으로 인한 사용 중 반응입니다. 음극 독극물은 흡수되는 수소의 양을 증가시킵니다.
파손 대상 및 시점	정적 하중 하에서 지연성으로 발생하는 균열 또는 파괴이며, 소성 변형 없이 항복 강도 이하에서 자주 발생합니다. 균열은 분기가 적고 종종 입계 파괴를 보이지만, 응력이 높은 부품은 입내 파괴를 나타낼 수 있습니다.
민감도	경도가 높아지고 냉간 가공이 증가할수록 민감도가 높아집니다. 인장 강도가 100 ksi(690 MPa) 미만인 강재는 종종 균열에 저항성이 있는 것으로 간주되지만, 블리스터링에는 여전히 취약합니다. 오스테나이트계 등급은 마르텐사이트계 또는 냉간 가공된 페라이트계 등급보다 훨씬 민감도가 낮습니다.
도움이 되는 조치	수소를 발생시키는 공정을 관리하고, 전기도금 후 베이킹하며, 도금 전에 응력 제거를 실시합니다. 베이킹은 모든 수소를 제거하지 못하며, 출처에는 적절히 베이킹된 체결구가 여전히 균열이 발생한 사례가 기록되어 있는데, 최소 인장 강도 180 ksi(1,220 MPa)의 나사 머리에서 생크 필렛 부분에서 파손이 발생했습니다.
제강 측면	수소 플레이킹은 탄소 공구강 및 일부 중탄소 저합금강에 잠재적인 문제이며, 진공 탈가스는 수소를 안전한 수준으로 낮추는 일반적인 방법입니다. 보고된 한 사례에서 O1 다이는 열처리 후 균열이 발생했으며, 플레이크는 단면 중앙부에 국한되었고, 얕은 것은 뜨임 색을 띠고 깊은 것은 그렇지 않았습니다.

출처: ASM Handbook, Vol. 11, Overload Failures 기사의 수소 손상 및 취화 섹션, 플레이킹 사례는 Failures of Tools and Dies의 강재 품질 섹션에서 발췌.

• 진공 탈가스 및 청정 제강 공정은 수소가 중요한 등급의 구매 주문서에 포함되어야 하며, 공구실에서 다루어서는 안 됩니다. 히트 분석의 판독 및 납품 로트와 함께 제공되는 검사는 이 페이지 아래에서 다룹니다.

저융점 금속과의 접촉

액체 및 고체 금속 유도 취화는 모두 세 가지 조건이 동시에 필요합니다: 민감한 강재, 취화 금속에 의한 표면 젖음, 그리고 인장 응력입니다. 상업적 사용에서는 순수한 취화제가 거의 없으며, 땜납, 주석 및 납 기반 베어링 합금 및 기타 합금 모두 취화를 일으킵니다.

구조용 강재	취화를 일으키는 것으로 밝혀진 금속
강재, 페라이트계 또는 마르텐사이트계	수은, 갈륨, 인듐, 리튬, 주석, 카드뮴, 납, 아연, 텔루륨, 구리
강재, 오스테나이트계	수은, 리튬, 아연, 구리

출처: ASM Handbook, Vol. 11, 상업용 합금의 액체 금속 유도 취화, 고체 금속 유도 취화 또는 둘 다를 일으키는 것으로 밝혀진 금속. 출처의 표는 알루미늄, 구리, 니켈 및 티타늄 기반 금속도 다룹니다.

• 금속이 용융된 경우 파손은 빠르게 진행되며, 파괴 역학 시험에서 측정된 균열 성장 플래토 속도는 최대 약 0.1 m/s에 달하고, 응력이 충분히 높으면 소형 부품은 거의 즉시 파손됩니다. 경로는 일반적으로 입계이며, 액체 금속 사례에서는 균열과 그 분기가 재응고된 금속으로 끝까지 채워져 있으며, 이는 에너지 분산 분광법으로 확인합니다.
• 이 메커니즘은 합금 특성이라기보다 접촉 현상이므로 해답은 공구 배치에 있습니다. 다이가 용융 아연 또는 알루미늄과 작용하거나, 고정구, 베어링 합금 또는 코팅이 하중 하에서 이러한 금속 중 하나를 접촉시키는 경우, 해당 쌍은 위험 검토에 포함되어야 합니다.

해결책을 선택하기 전에 메커니즘 파악

취화된 부품은 모든 일상 검사에서 건전할 수 있지만 항복 강도 이하에서 파손될 수 있습니다. 단계별 원인, 검사 순서 및 사례 증거는 다음에 수집되어 있습니다: 공구 및 금형 고장 분석 페이지.

하중이 가해지지 않았는데 열린 균열

담금질 후 지연 균열은 취화 문제라기보다 잔류 오스테나이트 및 응력 문제이며, 균열 벽에 고유한 특징이 있습니다. 메커니즘과 예방 단계는 다음에 설명되어 있습니다: 담금질 균열 페이지.

잔류 원소 및 제강소에 문의할 사항

뜨임 취화는 인, 안티몬, 주석 및 비소에 의존하며, 이는 히트 분석이 범위 하한에서 보고하는 잔류물입니다. 인증서 검사 및 시험 보고서는 다음에서 다룹니다: 품질 검증 페이지.

등급별 뜨임 범위

모든 등급에는 작업에 필요한 작동 경도를 달성하는 뜨임 범위가 있으며, 일부 범위는 취화 대역 내에 있습니다. 범위와 그에 따른 경도는 다음에 표로 정리되어 있습니다: 담금질 차트.