듀플렉스 스테인리스 스틸 파우더 2205, 2507 및 2707
3D 프린팅으로 대표되는 적층 제조 기술의 급속한 발전으로 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 스틸은 해양, 화학, 석유 등 다양한 분야에 적용되기 시작했습니다. 듀플렉스 스테인리스강 분말의 정밀하고 제어 가능한 화학 성분은 이러한 종류의 분말 제조의 기초이자 어려움입니다. 이 백서에서는 생산 실무의 관점에서 안정적인 대량 생산을 달성하기 위해 핵심 기술을 돌파하는 방법을 자세히 분석합니다.
듀플렉스 스테인리스 스틸(DSS)은 페라이트(α)와 오스테나이트(γ)의 비슷한 부피 비율로 구성된 다상 구조의 금속 소재입니다. 페라이트계 스테인리스 스틸과 오스테나이트계 스테인리스 스틸의 장점을 통합하여 우수한 내식성, 고강도 및 우수한 가소성을 제공합니다.
표 1은 일반적인 듀플렉스 스테인리스강 2205, 2507, 2707의 화학 성분을, 표 2는 이러한 일반적인 스테인리스강의 기계적 특성을 보여줍니다.
| 등급 | 유엔 번호. | EN 아니요. | C | Cr | Ni | Mo | Cu | N |
| 2205 | S32205 | 1.4462 | ≤0.03 | 22.0-23.0 | 4.5-6.5 | 3.0-3.5 | – | 0.14-0.20 |
| 2507 | S32507 | 1.441 | ≤0.03 | 24.0-26.0 | 6.0-8.0 | 3.0-5.0 | ≤0.5 | 0.24-0.32 |
| 2707 | S32707 | ≤0.03 | 26.0-29.0 | 5.5-9.5 | 4.0-5.0 | ≤1.0 | 0.30-0.50 |
표 1 2205, 2507, 2707의 화학 성분(wt%)
| 유엔 번호. | Rp0.2/Mpa(ksi) | Rm/Mpa(ksi) | δ/% | EN 아니요. | Rp0.2/Mpa(ksi) | Rm/Mpa(ksi) | δ/% | |
| 2205 | S32205 | 450(65) | 655(95) | 25 | 1.4462 | 460(67) | 640(93) | 25 |
| 2507 | S32507 | 550(80) | 795(116) | 15 | 1.441 | 530(77) | 730(106) | 20 |
| 2707 | S32707 | 580(84) | 850(124) | 25 | 570(83) | 845(123) | 25 |
표 2 2205, 2507, 2707의 기계적 특성
그중에서도 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 스틸은 2507 는 해양, 화학 및 석유 엔지니어링 분야를 위해 특별히 설계되어 염화물 산 함유와 같은 열악한 환경에서도 우수한 내공극성, 우수한 내식성 및 높은 기계적 특성을 제공합니다.
그림 1은 50% 초산과 다양한 양의 포름산의 혼합물에서 끓는 온도에서 듀플렉스 및 오스테나이트 스테인리스 강의 부식 속도 비교를 보여줍니다.그림 2는 ASTM G482(6% FeCl)로 측정한 수용액 어닐링에서 다양한 스테인리스 강의 피팅 및 틈새 내식성을 비교한 것입니다.3).
에너지 및 환경 보호 문제가 점점 더 발전함에 따라 조력 발전 장비의 터빈 쉘과 블레이드, 원자력 발전소의 밸브 및 일부 탈황 장치의 임펠러는 대부분 주조 듀플렉스 스테인리스 스틸을 사용하고 있습니다. 그러나 복잡한 구조를 가진 일부 듀플렉스 스테인리스 스틸 주물은 주조가 어려워 개발에 제한이 있습니다.
기존 주조 공정에 비해 3D 프린팅의 장점은 원하는 형상을 얻기 위해 압출, 단조, 주조 및 2차 가공과 같은 전통적인 제조 방법 없이 분말로 직접 복잡한 부품을 자유롭게 제조할 수 있으며, 재료의 기계적 특성이 주조 수준을 충족하거나 초과할 수 있다는 점입니다.
는 2021년부터 일련의 듀플렉스 스테인리스 강 분말의 연구 개발을 시작한 것으로 알려져 있습니다. 이러한 종류의 듀플렉스 스테인리스 강은 N 함량이 높고 조성 간격이 좁으며 합금의 N 함량을 정확하고 안정적으로 제어하는 방법도 기술적 과제입니다.
N 합금의 열역학적 및 동역학적 계산을 기반으로 트루어스테인리스강 분말 RD 팀은 안정적이고 정확한 N 제어를 위해 조정 가능한 N 합금 제어 프로세스를 공식화했습니다. 트루어에서 생산하는 일련의 N 함유 듀플렉스 스테인리스강의 제어 수준은 그림 3에 나와 있으며, 모든 용광로에서 모든 유형의 듀플렉스 스테인리스강의 N 함량은 목표 범위 내에서 제어됩니다. 2205의 N 함량은 0.16~0.19 wt%, 2507의 N 함량은 0.26~0.30 wt%, 2707은 0.42~0.46 wt% 사이에서 안정적으로 제어할 수 있습니다.
그림 4는 트루어에서 생산한 2507 듀플렉스 스테인리스강의 다양한 용광로에서 주요 합금 원소의 변화를 보여줍니다. 다양한 합금 원소의 함량은 기본적으로 다른 용광로에서 동일하여 우수한 제련 제어 능력을 보여줍니다.
이러한 합금 원소 제어를 위해 트루어 스테인리스강 분말RD팀은 데이터 기반 분무 기술을 개발하여 응고 중 상전이, 응고 중 열전도도 변화, 액체 금속의 물성(점도, 표면장력) 등 파라미터의 시뮬레이션 계산을 완료하고 듀플렉스 스테인리스강의 가스 분무에 대한 완벽한 데이터 지원을 제공하는 전체 세트를 구축했습니다.그림 5-8은 2507 듀플렉스 스테인리스강의 상관 물성에 대한 시뮬레이션 결과를 보여줍니다.
그림 9는 트루어에서 생산한 2507 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 스틸 파우더(PSD 15-53μm)의 SEM 형태를 보여줍니다. 이 분말은 구형성이 우수하고 표면이 매끄럽고 위성 볼이 거의 없습니다. 그리고 표 3다른 등급의 듀플렉스 스테인리스 강 분말의 물리적 특성 비교. 입자 크기 (15-53um) 제어가 매우 안정적임을 보여주었습니다 (D10 : 18-23um, D50 : 32-36um, D90 : 52-56um).
| 등급 | 유엔 번호. | 크기 분포 | 유동성(s/50g) | 겉보기 밀도(g/cm³) | 탭 밀도(g/cm³) |
| 2205 | S32205 | D10/um:21.6 D50/um:34.7 D90/um:54.3 | 20 | 4.20 | 4.73 |
| 2507 | S32507 | D10/um:20.3 D50/um:32.9 D90/um:52.4 | 19.8 | 4.18 | 4.7 |
| 2707 | S32707 | D10/um:20.5 D50/um:33.1 D90/um:53.5 | 19.6 | 4.16 | 4.68 |
표 3 PSD 15-53um을 사용한 다양한 이중 스테인리스강 분말의 물리적 특성
스테인리스강 분말 연구 개발팀은 듀플렉스 스테인리스강 분말의 금속 조직 검사도 수행했습니다. 그림 10은 PSD 15-53μm의 2507 분말에서 분말의 에칭 상태를 보여줍니다. 그림에서 내부의 분말이 균일한 등축 결정 구조임을 명확하게 관찰할 수 있습니다.
트루어스는 합금 컴퓨터 지원 설계, 대기 조절 합금 공정, 데이터 기반 맞춤형 가스 분무 및 기타 통합 제어 기술을 포함한 일부 연구 개발에 기여하여 직렬 이중상 스테인리스강 배치 및 안정적인 생산을 성공적으로 실현했습니다.
트루어는 니켈 기반 초합금 인코넬 738LC, CMSX-4, 헤인즈 230, 하스텔로이 B, 모넬 400, BNi-7, NiCrAlY 등 일련의 고급 분말 제품을 개발 및 생산해왔습니다, 니티놀 NiTi50, 인바 36, Co 기반 초합금 트리발로이 T800, 헤인즈 188, 고엔트로피 합금 FeCoCrNiMn, AlCoCrFeNi, FeCoNiCrTi, WMoTaNbZr, FeCoNiCrV, CoCrNi 등이 있습니다.