대부분의 응용 분야에서 강수량 경화 17-4 PH(UNS S17400 / AISI 630)는 안정적인 강도와 내식성을 제공하며 최대 약 10년간의 연속 사용이 권장됩니다. 600 °F(≈316 °C). 이 범위보다 더 오래 노출되거나 지속적으로 사용하면 인성이 점진적으로 손실되고 기계적 특성이 변경됩니다. 고온(최대 ~1,100 °F/593 °C 이상)에 짧고 간헐적으로 노출되는 경우 내산화성을 위해 허용되는 경우도 있지만 일반적으로 설계 정당화, 재검증 또는 대체 합금 선택이 필요합니다.
17-4 PH 스테인리스란?
17-4 PH는 고강도와 적당한 내식성을 결합하도록 설계된 마르텐사이트 침전 경화 스테인리스강입니다. 용액 처리(마르텐사이트 매트릭스를 만들기 위한)와 제어된 노화(강도를 높이는 구리 및 기타 단계의 침전)의 2단계 야금학적 접근 방식을 통해 대부분의 바람직한 기계적 특성을 달성합니다. 유용한 특성은 정확한 열 이력에 따라 달라지기 때문에 사용 온도가 높아지면 시간에 따라 미세 구조가 변경되어 바람직한 강화가 이루어지지 않거나 취성 메커니즘이 발생할 수 있습니다. 따라서 실제 한계는 조건 의 합금(조건 A, H900, H1025, H1150등)에 대한 기간 온도에서, 그리고 서비스 환경 (염화물, H₂S, 산화 대기).
화학 성분(일반적인 범위)
| 요소 | 일반 wt.% |
|---|---|
| 크롬(Cr) | 15.0 - 17.5 |
| 니켈(Ni) | 3.0 - 5.0 |
| 구리(Cu) | 3.0 - 5.0 |
| 콜럼븀/탄탈륨(Nb+타) | 0.15 - 0.45 |
| 탄소(C) | 최대 0.07 |
| 망간(Mn) | 최대 1.00 |
| 실리콘(Si) | 최대 1.00 |
| 인(P) | 최대 0.04 |
| 유황(S) | 최대 0.03 |
| (UNS S17400 / AISI 630의 일반적인 컴포지션 창). |
열처리 조건 및 온도 랜드마크
17-4 PH는 다음 조건에서 가장 일반적으로 공급됩니다:
| 조건 | 숙성 온도(°F/°C) | 일반적인 의도 |
|---|---|---|
| 조건 A(용액 어닐링) | 용액 처리 ~1900°F(1038°C), 냉각 처리 | 부드럽고 연성인 시작 미세 구조(서비스에는 권장되지 않음). |
| H900 | 900°F(482°C) | 최대 강도, 낮은 인성 |
| H925 / H1025 | 925-1025 °F(496-552 °C) | 강도/인성 균형, 더 높은 노화 온도에서 향상된 SCC 저항성 |
| H1075 / H1150 | 1075-1150 °F(579-621 °C) | 낮은 강도, 높은 인성, 일부 환경에서의 내식성 강화 |
강화 침전물의 크기, 분포 및 부피 비율을 제어하기 위해 노화(침전) 온도를 선택했습니다. 서비스에 사용할 경우, 구성 요소는 일반적으로 조건 A가 아닌 노화 경화 상태에 있어야 합니다.
17-4 PH에서 '최대 서비스 온도'가 실제로 의미하는 것
세 가지 온도 개념을 구분해야 합니다:
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기계적 무결성을 위한 지속적인 서비스 온도: 장기 인장, 수율, 피로 및 인성 성능이 큰 물성 편차 없이 허용 가능한 온도로 유지되는 온도입니다. 업계 관행은 이 온도를 600 °F(≈316 °C) 를 일반적인 노화 조건에서 17-4 PH로 설정합니다.
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제조 시 사용되는 에이징/템퍼링 온도: 이들은 더 높은 온도(900~1150°F)에서 의도적으로 특성을 변경합니다. 의도적으로 H1025 또는 H1150으로 숙성된 구성 요소는 원하는 특성에 도달하기 위해 통제된 조건에서 더 높은 온도에 노출되었습니다.
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단기간의 산화 또는 어닐링 노출: 더 높은 온도(600°F 이상에서 수백 °F)에서의 짧은 분출은 내식성을 즉시 파괴하지는 않지만 일반적으로 기계적 성능을 저하시키며, 대부분의 경우 특성을 복원하기 위해 재검증 또는 재노화가 필요합니다. 카펜터 테크놀로지는 단기간에 약 1,100°F까지 산화 저항성을 보이지만 장기간 노출되면 인성이 감소한다고 경고합니다.
실용적인 권장 온도 밴드(경험 법칙)
| 목적 | 권장 연속 최대 온도 | 참고 |
|---|---|---|
| 숙성된 상태의 기계적 특성 유지(H900 또는 H1025) | ~600°F(316°C) | 일반 서비스에 대해 업계에서 인정하는 보수적인 상한선입니다. |
| 염화물 응력 부식 균열 최소화(더 높은 에이징 선택) | 1025°F(552°C) 이상까지 숙성시킨 다음 연속 서비스를 최대 600°F로 제한합니다. | 노화가 진행될수록 SCC 저항성은 향상되지만 여전히 인성/강도에 따라 서비스 제한이 적용됩니다. |
| 가끔씩 짧은 산화 노출 | 제한된 기간 동안 최대 ~1100°F(593°C)까지 사용 가능 | 속성이 변경될 수 있으며 재숙성이 필요할 수 있습니다. |
| Do not 700-900 °F(371-482 °C) 대역에서 장시간 연속 작동 | N/A | 이 밴드에서 장시간 노출되면 PH 마르텐사이트계 스테인리스강의 실온 충격 인성이 급격히 떨어지는 경우가 많습니다. |
엔지니어링 노트: 설계 검토와 필요한 경우 예상 시간-온도 프로파일 및 환경에 대한 쿠폰 테스트를 통해 구체적인 제한을 설정해야 합니다.
온도 감도 뒤에 숨은 야금학적 메커니즘
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강수량 거칠어짐 및 노화. 노화 온도에 가깝거나 그 이상의 온도에서는 강화 침전물이 더 거칠어집니다. 거친 침전물은 항복 강도를 감소시키고 파단 거동을 변화시킬 수 있습니다. 제어된 공장 노화(H900-H1150)는 목표 침전물 상태를 생성하지만, 제어되지 않은 서비스 가열은 바람직하지 않은 과노화를 일으킬 수 있습니다.
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마르텐사이트 템퍼링. 마르텐사이트 17-4 PH를 가열하면 연성은 증가하지만 강도는 낮아지는 템퍼링 반응이 일어납니다. 특정 기계적 균형은 온도에서 최고 온도와 시간에 따라 달라집니다.
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위상 변환 및 취성. 700~900°C에서 장시간 노출되면 취화 단계가 발생하거나 수소 효과가 발생하여 충격 인성 및 연성이 감소할 수 있습니다. 여러 연구에 따르면 이 범위에서 장시간 노출된 후 충격 인성이 급격히 떨어지는 것으로 나타났습니다.
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응력 부식 균열(SCC) 민감도. 노화 온도는 SCC 감수성에 영향을 미칩니다. 일반적으로 노화 온도(≥1025°F / 552°C)가 높을수록 염화물 SCC에 대한 내성이 향상됩니다. 그렇기 때문에 해양, 해양 및 NACE MR0175 환경에서는 종종 이중 에이징 또는 고온 에이징 프로토콜이 필요합니다.
환경별 고려 사항
염화물이 함유된 환경(해양, 염분)
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더 높은 에이징(H1025 이상)을 사용하면 SCC 저항성이 향상됩니다.
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그럼에도 불구하고 지속적인 서비스 온도는 보수적으로 유지해야 합니다. SCC는 스트레스, 환경 및 미세 구조의 함수이기 때문입니다.
황화물/H₂S 노출(오일 및 가스)
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NACE MR0175 / ISO 15156 지침이 적용되며, 17-4 PH는 제한된 조건에서 사용할 수 있으며, 황화물 응력 균열(SSC) 기준을 충족하기 위해 이중 숙성 또는 특정 열처리가 필요한 경우가 많습니다. 공급업체 인증을 받는 것이 좋습니다.
고온 산화 대기(공기, 증기)
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산화 저항성은 짧은 고온 노출을 허용합니다. 고온에서 장시간 노출되면 스케일 형성과 취성이 촉진되므로 연속 노출을 제한하세요. 카펜터는 단시간 노출 시 최대 1,100°F까지 산화 안정성을 보이지만 장시간 노출 시 인성 손실에 대해 경고합니다.
설계 및 검사 지침
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최종 열처리 조건 지정 조달 문서(H900, H1025, H1150 등)에 명시되어 있습니다. 재처리되지 않은 상태 A 부품은 서비스를 위해 접수하지 마세요.
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최대 연속 서비스 온도 정의 를 입력하고 허용되는 짧은 일시적 노출을 지속 시간으로 지정합니다.
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애플리케이션에 염화물 또는 H₂S가 포함된 경우1025 °F 이상에서 노화를 요구하거나 NACE/ISO 지침을 따르세요.
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우발적으로 가열될 수 있는 구성 요소의 경우 (용접, 국소 가열, 주변 공정), 재노화 지침 또는 유지 특성을 확인하기 위한 자격 테스트를 포함합니다.
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쿠폰 테스트 사용 (가속 노화, 피로, SCC 테스트) 설계 수명 또는 안전이 중요한 경우.
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비파괴 검사(NDT) 권장 온도 대역 근처에서 작동하면 주파수가 증가합니다.
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추적성 유지 밀 열, 상태 및 열처리 기록이 있습니다.
비교 표 - 17-4 PH와 다른 일반적인 스테인리스 대체품(온도 강조)
| 합금 | 일반적인 연속 온도 제한 | 17-4 PH 이상을 선택해야 하는 주요 이유 |
|---|---|---|
| 17-4 PH(숙성) | ~600°F(316°C) | 이 밴드에서 최고의 강도 + 우수한 내식성 |
| 304 / 316 | 800~900°F(427~482°C)의 부식 거동, 기계적 특성이 더 일찍 저하됨 | 일반적인 내식성은 우수하지만 강도는 낮음 |
| 321 / 347(안정화된 오스테나이트) | 고온 서비스용 ~800-1200 °F(427-649 °C) | 높은 온도에서 크리프/산화 저항성 향상 |
| 15-5 PH | 17-4와 유사하지만 노화 곡선이 다르며 때때로 인성을 위해 선호됩니다. | 비슷한 강도에서 약간 더 나은 인성 |
선택 시에는 강도, 부식, 인성 및 열 안정성을 함께 고려해야 합니다.
표 일반적인 기계적 특성 대 노화 조건(대표)
| 조건 | 0.2% Y.S. (ksi) | 인장 UTS(ksi) | 연신율 (%) | 경도(HRC) |
|---|---|---|---|---|
| H900 | ~170-190 | ~200-220 | 8-12 | ~40-45 |
| H1025 | ~140-160 | ~170-190 | 10-18 | ~34-40 |
| H1150 | ~100-140 | ~120-160 | 15-25 | ~28-36 |
(값은 대표값이며, 보장된 최소값은 공급업체 데이터시트를 참조하세요.)
장기간 열 노출: 실험 결과
여러 산업 기술 노트와 연구 보고서에 따르면 장시간 노출 시 700-900°F(371-482°C) 밴드는 강수 경화 마르텐사이트계 스테인리스강의 충격 인성이 급격히 감소하는 경우가 많으므로 설계자는 검증 테스트 없이 해당 구간에서 장기간 사용하도록 부품을 지정하지 않아야 합니다. NIST 사례 연구 및 제작 가이드는 이러한 효과를 입증하고 고온 노출 후 재에이징 또는 설계 변경을 권장하는 경험적 데이터 세트를 제공합니다.
대안 및 완화 전략
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600°F 이상의 연속 서비스가 필수인 경우: 부식 요구 사항에 따라 안정화된 오스테나이트 등급(321/347) 또는 더 높은 합금의 크리프/내열강(예: 310, 팽창된 니켈계 합금)으로 대체를 고려합니다.
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SCC 위험이 높은 경우: 더 높은 에이징(H1025/H1150), 표면 처리, 음극 보호 또는 대체 재료를 사용합니다.
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간헐적으로 고온이 발생하는 경우: 재에이징이 가능한 탈착식 구성 요소로 설계하거나 노출 후 재열 처리 요구 사항을 지정할 수 있습니다.
표준 및 사양
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UNS S17400/SAE 유형 630 (명명법) - 일반적으로 사용되는 참조입니다.
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AMS 5643 / AMS 5604 - 17-4 PH 형태 및 열처리 관행을 다루는 항공우주 및 고품질 단조 제품 사양.
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ASTM A564 / A693 - 는 특정 제품 형태와 요구 사항을 다룹니다.
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NACE MR0175 / ISO 15156 - (H₂S)에 대한 서비스 고려 사항입니다.
자주 묻는 질문
1. 17-4 PH의 단일 안전 최대 작동 온도는 얼마인가요?
모든 디자인에 맞는 단일 번호는 없지만 업계 관행은 다음을 사용합니다. ~600°F(316°C) 를 일반적인 노후 자료에 대한 보수적인 연속 서비스 상한선으로 설정합니다. 이보다 더 짧은 노출은 주의 사항과 함께 허용될 수 있습니다.
2. 조건 A(어닐링된 용액)에서 17-4 PH를 서비스에 사용할 수 있나요?
아니요, 조건 A는 더 부드럽고 수소 취성 및 SCC에 더 민감하므로 서비스 전에 숙성 경화를 권장합니다.
3. 실수로 부품이 노화 온도 이상으로 가열되면 어떻게 되나요?
제어된 노화는 예측 가능한 강도를 산출하지만, 제어되지 않은 가열은 마르텐사이트를 과도하게 사용하거나 템퍼링하여 강도를 낮추고 인성을 감소시킬 수 있으므로 재검증 또는 재노화가 필요할 수 있습니다.
4. 17-4 PH는 해양 샤프트 또는 해수에 적합합니까?
음극 보호 및 신중한 에이징을 통해 해양에서 사용했으며, 중요한 해수 서비스에서는 피팅/틈새 저항 및 SCC 위험을 평가하고 더 높은 에이징 온도를 고려하여 SCC 민감도를 줄입니다.
5. 노화 온도는 SCC 저항에 어떤 영향을 미치나요?
더 높은 노화 온도(≥1025°F / 552°C)는 일반적으로 H900에 비해 강도가 약간 감소하는 대가로 염화물 SCC 저항성을 향상시킵니다.
6. 17-4 PH를 용접하고 속성을 유지할 수 있나요?
용접은 국소 미세 구조를 변경하는 열 사이클을 도입하며, 균일한 기계적 특성을 복원하기 위해 일반적으로 용접 후 용액 처리 및 재노화가 필요합니다.
7. 고온 부품에는 어떤 비파괴 검사를 사용해야 하나요?
정기적인 육안 검사, 염료 투과제 또는 MPI(해당 형상의 경우), 정기적인 기계적 쿠폰 점검, 허용 온도 상한 대역 근처에서 주파수 증가.
8. 600°F에서 17-4 PH가 크리프되나요?
17-4 PH는 장시간 고온 하중을 견디는 내크리프 합금이 아니므로 지속적인 고온 및 응력이 예상되는 경우 내크리프 합금을 선택하세요.
9. H900, H1025, H1150에 대한 표준 에이징 주기가 있나요?
예. 일반적인 에이징 시간은 목표 온도에서 몇 시간(예: ~4시간)이지만 정확한 주기는 섹션 크기와 해당 사양(AMS/ASTM)에 따라 다릅니다. 항상 참조된 열처리 사양을 따르세요.
10. 조달 시 온도 제한을 어떻게 문서화해야 하나요?
필요한 최종 온도, 최대 연속 서비스 온도, 허용되는 과도 피크(크기 및 지속 시간), SCC 환경 제약 조건 및 노출 후 재열 처리 요구 사항을 지정합니다.
간단한 요약 및 요점
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사용 ~600°F(316°C) 를 17-4 PH에 대한 보수적인 연속 서비스 상한선으로 설정했습니다.
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장시간 연속 노출을 피하십시오. 700-900°F(371-482°C) 인성 손실 위험으로 인해
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노화 온도가 높을수록 SCC 저항성은 향상되지만 H900에 비해 달성 가능한 최대 강도는 낮아지며, 제조 노화와 사용 중 가열은 상호 교환할 수 없습니다.
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산화를 위해 단시간 고온 노출이 가능하지만, 설계자는 속성 변경 및 잠재적인 재처리에 대비해야 합니다.
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