Alloy 625의 Grade 1과 Grade 2: 품질 등급이 아니라 열처리 상태

많은 재료 규격에서 Grade 번호가 높을수록 강도가 높거나 품질이 좋다는 뜻입니다. Alloy 625(UNS N06625)는 그렇지 않습니다. Grade 2를 Grade 1보다 한 단계 위라고 생각하고 주문하면 0.2% 항복강도가 3분의 1 낮은 재료를 받게 됩니다.

Grade는 마지막 열처리를 뜻한다

ASTM은 Alloy 625를 두 개의 Grade로 나누며, 차이는 납품 전 마지막 열처리 온도뿐입니다.

표의 강도는 이음매 없는 관(ASTM B444)의 값입니다. 다른 제품 형태는 다음 절에서 다룹니다.

용체화 온도가 높을수록 결정립이 굵어집니다. 굵은 결정립은 상온 강도를 다소 잃지만, 고온에서 장시간 하중을 받을 때 크리프에 더 잘 견딥니다. 그래서 두 Grade는 두 가지 용도로 나뉩니다.

• 상온부터 1100 °F까지의 내식 구조물(해수, 화학 공정, 다운홀 등): 강도를 보고 Grade 1.
• 1100 °F 이상에서 장시간 하중을 받는 부품(노 내부 부품, 배기 계통 등): Grade 2.

Grade 2는 용체화 처리 후 예민화 저항을 높이기 위해 1800 °F(982 °C) 이상에서 안정화 소둔을 추가할 수도 있습니다. 규격은 이 공정이 있든 없든 인정하므로, 필요하면 주문서에 적어야 합니다.

최솟값은 제품 형태에 따라 다르다

Grade 1로 표시된 재료라도 박판, 후판, 대구경 봉의 최소 강도는 같지 않습니다. 아래 표는 각 제품 규격과 대조한 것입니다. 각 칸은 인장강도(ksi), 0.2% 항복강도(ksi), 연신율(%)이며 모두 최솟값입니다.

규격에 인쇄된 SI 값으로는 120 ksi가 827 MPa, 110은 758, 100은 690, 60은 414, 55는 379, 50은 345, 40은 276입니다. B705만 120, 60, 40 ksi를 825, 415, 275로 인쇄합니다.

눈여겨볼 점은 세 가지입니다.

• Grade 1에는 한 단계 낮은 수준이 있다. 열간 압연판, 대구경 봉, 단면이 두꺼운 단조품은 인장강도 최솟값이 120이 아니라 110 ksi입니다.
• Grade 2는 모든 제품 형태에서 같다. 인장강도 100 ksi, 0.2% 항복강도 40 ksi입니다.
• 봉에는 Grade 3이 있다. 용체화 처리 후 냉간 가공한 것으로, 2.5 in.(63 mm)까지 인장강도 135 ksi(930 MPa), 0.2% 항복강도 100 ksi(690 MPa), 연신율 25%가 최솟값입니다. 봉 규격 B446에만 있고, 판·관·단조품에는 이런 Grade가 없습니다.

항공우주용 AMS 규격은 자체 요구를 둡니다. 제품 형태별 전체 비교는 Alloy 625 재종 페이지에 있습니다.

주문서에 Grade가 없으면 Grade 1

일곱 개 규격의 주문 조항에는 같은 문장이 있습니다. Grade를 지정하지 않으면 Grade 1을 납품한다는 것입니다.

그러므로 고온 용도에 Grade 2가 필요한데 주문서에 'N06625, ASTM B444'만 적혀 있다면, Grade 1을 출하한 공급자는 주문을 완전히 이행한 것입니다. 반대 경우도 마찬가지입니다. 상온 내식 용도에 Grade 2라고 적으면 강도 최솟값이 낮은 재료가 오고, Grade 1에서 가져온 설계값은 더 이상 맞지 않습니다.

놓치기 쉬운 다섯 가지

SI 값은 규격값이 아니다. 판, 관, 봉, 단조품, 용접 튜브·파이프 규격은 인치·파운드 단위가 규격값이고 괄호 안의 SI 값은 참고용 환산값이라고 밝힙니다. 같은 120 ksi가 B704에는 827 MPa, B705에는 825 MPa로 인쇄되어 있습니다. 미터 단위 시험 성적서로 인수 여부를 따지는데 결과가 이 차이 안에 들면 인치·파운드 값이 우선합니다.

관이음쇠의 Grade는 이음쇠 자체의 열처리로 정해진다. ASTM B366에서는 Grade 1과 Grade 2 관이음쇠 모두 어느 Grade의 소재로든 만들 수 있습니다. 차이는 시험에 있습니다. Grade 1 관이음쇠는 로트마다 인장 시험을 해야 합니다. Grade 2 관이음쇠는 소재의 시험 성적서가 Grade 2를 표시하고 이음쇠의 최종 열처리가 용체화 처리 요건을 충족할 때만 면제됩니다. 소재 증명서의 Grade가 관이음쇠의 Grade는 아닙니다.

수압 시험 응력이 다르다. B444 이음매 없는 관은 시험 압력을 허용 응력 30 000 psi(207 MPa, Grade 1) 또는 25 000 psi(172 MPa, Grade 2)로 계산합니다.

기계적 성질을 보증하지 않는 재료도 있다. '열간 성형용(hot forming quality)' 관과 '단조용(forging quality)' 봉은 화학 성분과 표면 검사만으로 납품되고 인장 시험이 없습니다. 아주 얇은 박판과 대도 면제됩니다. 0.2% 항복강도는 0.020 in.(0.508 mm) 미만, 연신율은 0.010 in.(0.254 mm) 미만에 적용되지 않습니다.

재가열하면 상태가 바뀐다. 규격에는 열간 가공이나 재소둔이 가공 이력과 온도에 따라 성질을 크게 바꿀 수 있다는 주석이 있습니다. Grade 2를 사서 직접 열간 성형한다면 성형 후 상태를 다시 만들어야 합니다.

티타늄에서 Grade는 다른 합금

티타늄 ASTM 규격도 이 말을 쓰지만, 거기서는 Grade마다 UNS 번호와 화학 성분이 다른 별개의 합금입니다. 판 규격 ASTM B265에서 많이 쓰는 것들입니다. 강도는 ksi, 괄호 안은 MPa입니다.

• 순티타늄 Grade 1~4는 번호가 클수록 강하다. 산소와 철을 더 많이 허용하기 때문입니다. 그 대가로 연신율이 24%에서 15%로 떨어지고 성형이 어려워집니다. 번호가 커도 품질 등급이 높아지는 것은 아닙니다.
• Grade 23은 Grade 5보다 약하다. Ti-6Al-4V의 극저 침입형 원소 버전으로 산소를 0.20%에서 0.13%로 낮췄으며, 더 높은 인성이 필요한 곳에 씁니다.
• H가 붙은 Grade(2H, 7H 등)는 화학 성분은 같고 인장강도 최솟값만 58 ksi(400 MPa)로 올린 것으로, 주로 압력 용기용입니다.

세 번째 뜻: 강도 수준

18Ni 마레이징강에서는 이 말이 또 다른 뜻입니다. MIL-S-46850D에서 Grade 200, 250, 300, 350은 공칭 인장강도(ksi)입니다. 18Ni250, 18Ni300, 18Ni350이라는 이름의 숫자가 바로 그것입니다. 같은 규격에는 용해 방법을 뜻하는 Type I~IV도 있어, 주문할 때 둘 다 적어야 합니다.

한 단어에 세 가지 뜻이 있습니다. 'Grade'를 보면 먼저 어느 규격의 말인지 확인하십시오.