티타늄 합금과 스테인리스강 용접: 과제와 모범 사례

티타늄 합금과 스테인리스강 용접: 과제와 모범 사례

티타늄과 그 합금은 높은 비강도, 높은 녹는점, 인성, 내식성으로 항공우주, 석유화학, 의료 분야에서 귀중합니다. 그러나 낮은 탄성 계수와 어려운 용접성으로 비용이 올라 광범위한 사용을 제한합니다. 스테인리스강은 높은 강도, 경제성, 우수한 내식성, 뛰어난 용접성으로 복합 부품의 매력적 파트너입니다.

티타늄 합금과 스테인리스강 결합은 두 소재의 장점을 취하면서 생산비 절감이 가능합니다. 그러나 이종 금속 용접은 여러 기술적 난제를 신중히 다뤄야 합니다.

티타늄 및 합금 용접 핵심 고려사항

티타늄의 높은 화학적 반응성으로 고온에서 수소, 산소, CO₂, 수증기와 쉽게 반응합니다. 이 반응들은 가소성과 충격 인성을 낮춰 용융선 근처 기공과 잠재적 냉간 균열을 만듭니다. 높은 녹는점, 낮은 열용량, 열악한 열전도율은 과열을 악화시켜 조대립 성장을 유발합니다.

탄성 계수가 강철의 약 절반이라 용접 후 상당한 잔류 변형이 생겨 치수 제어를 복잡하게 만듭니다.

스테인리스강 용접 기초

마르텐사이트계 420Cr강은 저온 취성과 경화 시 연성 저하. 페라이트계 430Cr강은 ~475°C 이상 가열 시 취화, 700~800°C 장시간 노출 시 내식성 저하와 지연 균열 유발. 오스테나이트계 304Cr-Ni강은 일반적으로 용접 양호하나 고니켈/몰리브덴 함량 시 고온 균열, σ상 취화, 응력부식 유발 가능.

듀플렉스 스테인리스강은 오스테나이트·페라이트 특성 결합으로 견고한 용접성에 열간 균열 감수성 낮음. 다만 열영향부 페라이트 비율 상승 시 내식성과 저온 인성 저하 가능.

티타늄 합금-스테인리스강 이종금속 용접 전략

현재 레이저빔, 플라즈마, 전자빔, 폭발, 마찰, 확산 용접 등 기술이 있습니다. 티타늄(~1,668°C)과 철(~1,538°C) 녹는점 약 140°C 차이는 핵심 과제: 스테인리스강이 녹는 동안 티타늄은 고체 상태라 용융 강철이 티타늄 결정립계로 침투해 소재 손실, 합금원소 증발, 불량 융합 유발.

티타늄의 Fe, Cr, Ni 등 스테인리스강 성분과의 반응성으로 취성 금속간 화합물 형성과 큰 내부응력 발생, 접합부 균열 유발.

이러한 장애에도 항공우주와 화학플랜트에서 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄-스테인리스강 계면 접합 성공 사례가 보고돼 이 용접 난제 극복의 경제적 잠재력을 입증합니다.

결론

티타늄 합금과 스테인리스강 간 독특한 야금적 상호작용 이해는 신뢰성 높은 고성능 복합 구조물 제작에 필수적입니다. 더 깊은 기술적 통찰과 고품질 티타늄 합금 접근은 캘리포니아 레이크포레스트 본사 어드밴스드 리프랙토리 메탈즈(ARM)에서 확인하세요. ARM은 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨, 레늄, 지르코늄 등 광범위한 내열 금속 포트폴리오를 경쟁력 있는 가격에 공급합니다.