페라이트 검사란? 스테인리스강 용접부 품질을 지키는 핵심 분석법
스테인리스강의 용접 또는 열처리 후 품질을 판단할 때, 가장 중요한 검사 중 하나가 바로 페라이트 함량 측정(Ferrite Testing)이다. 특히 이중상 스테인리스강(duplex)에서는 페라이트와 오스테나이트의 균형이 내식성과 인성에 큰 영향을 미치므로, 비파괴로 이를 측정할 수 있는 검사는 산업현장에서 매우 실용적이다.
1. 페라이트란 무엇이며 왜 측정이 필요한가?
스테인리스강은 주로 오스테나이트, 페라이트, 마르텐사이트, 듀플렉스(혼합상) 조직으로 나뉜다. 이 중 **페라이트(ferrite)**는 자기적 성질을 가지며 고온에서도 안정한 결정 구조로, 내균열성과 용접 후 균열 방지에 도움을 준다.
하지만 페라이트가 너무 많으면 인성이 떨어지고, 너무 적으면 고온균열(Solidification Cracking) 위험이 높아지므로 적절한 범위 내에서 함량을 관리해야 한다.
일반적으로 다음 기준이 적용된다:
- 오스테나이트계 STS: 3~10 FN 적정
- 듀플렉스강: 35~65% 페라이트 유지
따라서 용접 후 혹은 열처리 후 페라이트 함량을 정확히 확인하는 것이 내식성, 기계적 성질, 파괴 인성 유지에 필수적이다.
https://youtu.be/PI4I9to7qfY?si=Va6-4ALJCOG4gB6E
2. 페라이트 검사 방법과 장비
페라이트 검사는 다음 두 가지 방법으로 수행된다.
- 1) 자계 유도식(자기투과형) 측정기: 비파괴 방식으로 휴대형 장비 사용, FN(Ferrite Number) 값으로 환산
- 2) 금속조직학적 방법: 연마 후 에칭, 금속현미경(OM)으로 페라이트 면적비 측정 (정확하지만 파괴법)
현장에서는 보통 **비파괴 휴대형 Ferrite Scope** 또는 Feritscope 장비를 사용하며, 프로브를 용접부에 직접 대면 디지털로 FN 값을 보여준다. 장비는 ASTM E562, WRC-1992 선도 기준에 맞춰 교정되어야 하며, NIST 표준 시편을 통한 보정이 필수다.
3. 어떤 현장에서 페라이트 검사를 시행하나?
페라이트 검사는 다음과 같은 산업 분야에서 자주 시행된다:
- 원자력 플랜트: 배관, 노즐, 용접부 내 방사선 균열 방지 목적
- 석유화학 플랜트: 고온·부식 환경 배관 재료 검증
- 해양 구조물: 듀플렉스강 용접부 부식 방지용 페라이트 균형 확보
- 제약·식품설비: 스테인리스 내부식성 유지
이 외에도 제조사 자재검사, WPS/PQR 검증, 열처리 후 품질평가 등에서 광범위하게 사용된다.
4. 검사 시 유의사항
페라이트 검사는 정확도가 중요하므로 다음 사항을 반드시 고려해야 한다:
- 검사 위치: 용접금속 중심(Fusion Zone), HAZ, Base Metal 모두 측정 필요
- 표면 상태: 페인트, 산화물 제거 후 측정해야 정확도 확보
- 온도 영향: 고온 측정 시 보정 계수 적용 필요
- 장비 보정: 교정된 표준 블록을 주기적으로 확인
측정값은 **Ferrite Number(FN)** 단위로 표시되며, 필요 시 실제 페라이트 함량(%)으로 환산 가능하다.
5. 실무 적용 사례
- STS316L 용접부: FN이 1 미만일 경우 고온균열 발생 위험 → 재작업 필요
- 듀플렉스 STS2205 배관: 페라이트가 70% 이상이면 인성 저하로 균열 가능성 ↑
- 용접 시공 기록: WPS상 5~10 FN 요구되었지만 검사 결과 0.5 FN → 불합격 처리
이처럼 페라이트 검사는 단순 참고값이 아닌, 합격/불합격 여부를 좌우하는 핵심 품질 평가 기준으로 활용된다.