스테인리스 용접봉 308 309 316 차이

E309L 용접봉이 연강과 STS304 사이에서 30% 희석되면 용착금속 크롬은 19.30%가 됩니다. 308 용접봉 규격 범위 안입니다. 같은 조건에서 E308L은 16.50%로 떨어져 그 범위를 벗어납니다.

세 봉은 크롬·니켈 폭과 몰리브덴으로 갈린다

AWS A5.4는 스테인리스 용접봉을 용착금속(녹아 굳은 금속)의 성분으로 나눕니다. 이 글은 피복아크용접봉을 용접봉으로 부릅니다. 현장에서는 용가재라는 말도 씁니다.

E308L은 크롬 18.021.0%, 니켈 9.011.0%입니다.

E309L은 크롬 22.025.0%, 니켈 12.014.0%입니다. 두 원소가 모두 308보다 한 단계 위에 있습니다.

E316L은 크롬 17.020.0%에 몰리브덴 2.03.0%를 더합니다. 308과 309의 몰리브덴은 0.75% 이하로 묶여 있습니다.

309는 같은 원소를 더 얹은 봉이고, 316은 다른 원소를 넣은 봉입니다. 저는 이 두 방향이 쓰임새를 가른다고 봅니다. 309는 희석에, 316은 부식 환경에 대응합니다.

출처: Lincoln Electric Excalibur 308/308H-16·308L-16, 309/309L 데이터시트(AWS A5.4/A5.4M:2006 요구값), DuraMax E316L-16 제품 정보

같은 강종끼리는 모재 번호를 따라간다

같은 강종을 붙일 때는 모재 번호에 맞춘 봉을 씁니다. 고베제강 교육 자료는 304에 308계, 316에 316계, 309S에 309계를 권장합니다.

316 모재에 308을 쓰면 봉에서 오는 몰리브덴은 0.75% 이하입니다. 희석 30%에 양쪽 상한을 넣으면 0.70 × 0.75 + 0.30 × 3.00 = 1.425%입니다. 316 모재 하한 2.00%에 못 미칩니다.

L 표시도 모재와 같다는 뜻이 아닙니다. 같은 자료에 따르면 304L·316L 모재의 탄소 상한은 0.03%입니다. 대응 용접봉은 규격상 0.04%입니다.

저는 L 용접봉을 ‘모재와 같은 저탄소’가 아니라 ‘탄소 0.04% 이하’로 읽어야 한다고 봅니다. 모재 수준의 탄소가 필요하면 극저탄소 제품을 따로 지정해야 합니다.

출처: KOBELCO Education Center, Welding of Stainless Steel 4장 / 동경철강 카탈로그 STS316 성분 범위

연강이 붙으면 308은 희석을 견디지 못한다

탄소강과 오스테나이트계 스테인리스를 붙일 때는 309계를 씁니다. 308계는 탄소강 쪽으로 크롬과 니켈이 묽어집니다. 그 결과 용착금속에 마르텐사이트(단단하고 취약한 조직)가 생길 수 있습니다.

출처: KOBELCO Education Center, Welding of Stainless Steel 5장

이 설명에 숫자를 대입해 보겠습니다. 식은 단순 혼합입니다.

용착금속 성분 = 0.70 × 용접봉 + 0.15 × STS304 + 0.15 × 연강

전체 희석률은 30%로 두고, 양쪽 모재가 절반씩 나눈다고 가정했습니다. 용접봉 성분은 AWS 요구 범위의 중앙값입니다.

STS304는 제조사 카탈로그 범위의 중앙값인 크롬 19.0%, 니켈 9.25%로 뒀습니다. 연강의 크롬과 니켈은 0%로 봤습니다.

E308L 크롬: 0.70 × 19.5 + 0.15 × 19.0 = 16.50%

E308L 니켈: 0.70 × 10.0 + 0.15 × 9.25 = 8.39%

E309L 크롬: 0.70 × 23.5 + 0.15 × 19.0 = 19.30%

E309L 니켈: 0.70 × 13.0 + 0.15 × 9.25 = 10.49%

표 1. 30% 희석 전후의 크롬·니켈(단위: 질량%)

조건	크롬	니켈
308계 규격 하한	18.0	9.0
E308L 중앙값	19.5	10.0
E308L 희석 후*	16.50	8.39
E309L 중앙값	23.5	13.0
E309L 희석 후*	19.30	10.49

* 희석률 30%(STS304 15%, 연강 15%) 가정의 필자 계산값임

* 8.39·10.49는 8.3875·10.4875를 소수 셋째 자리에서 반올림

* 탄소·망간·규소 미반영. 조직 판정 근거로는 부적절

자료: AWS A5.4/A5.4M:2006 요구값(Lincoln Electric 데이터시트 수록), 동경철강 카탈로그 STS304 성분 범위, 필자 계산

E308L은 두 원소 모두 308계 규격 하한을 밑돕니다. E309L은 두 값이 308계 범위 안으로 들어옵니다.

309는 희석으로 잃을 몫을 미리 얹어둔 봉입니다. 저는 309를 ‘더 좋은 308’이 아니라 ‘희석된 뒤 308이 되는 봉’으로 봅니다.

출처: AWS A5.4 요구값(Lincoln Electric 데이터시트 수록), 동경철강 카탈로그 STS304 성분 범위, 필자 계산

316이 끼면 자료마다 권장 봉이 다르다

탄소강과 316을 붙일 때의 권장은 자료마다 다릅니다. 호주스테인리스강개발협회(ASSDA)는 AS/NZS 1554.6을 근거로 듭니다. 탄소강과 304(L)에는 309L, 316(L)에는 309LMo를 권합니다.

현대종합금속도 309LMo 계열 용접봉의 용도에 STS 316과 연강의 이종금속 접합을 적습니다. 이 제품의 KS D 7014 표기는 E309MoL-16입니다. AWS 표기 E309LMo-16과 글자 순서만 다르고 같은 봉입니다.

고베제강 표는 탄소강 대 304·316L 조합을 한 칸으로 묶고 309·309L을 적습니다. 316 쪽을 따로 구분하지 않습니다.

차이는 316 쪽 내식성을 설계 조건으로 보느냐에서 나온다고 봅니다. 몰리브덴이 빠진 이음부에 316 모재와 같은 내공식성을 기대할 근거는 이 자료들에 없습니다.

출처: ASSDA Technical FAQ 9 / 현대종합금속 스테인레스강용 피복봉 제품 정보 / KOBELCO Welding of Stainless Steel 표 7

실제 희석률과 KS 원문은 확인하지 못했다

KS D 7014 원문은 열람하지 못했습니다. 제조사 제품 정보에서 AWS 형번과의 대응만 확인했습니다. 성분 요구값은 Lincoln 데이터시트에 실린 AWS A5.4/A5.4M:2006 기준입니다.

최신판 AWS A5.4 원문과는 대조하지 않았습니다. 탄소·망간·규소까지 넣은 크롬당량·니켈당량 계산과 페라이트량 예측도 하지 않았습니다.

30% 희석률은 가정입니다. ASSDA는 니켈이 없는 탄소강 쪽 용입이 스테인리스 쪽보다 깊어진다고 설명합니다.

그렇다면 연강 몫은 15%보다 클 수 있습니다. 그만큼 308의 계산 결과는 더 나빠집니다.

출처: ASSDA Technical FAQ 9, 현대종합금속 제품 정보

봉 번호는 모재 두 장의 성분표에서 나온다

스테인리스 용접에서 봉을 고르기 전에 확인할 것은 네 가지입니다.

• 양쪽 모재가 같은 강종이면 모재 번호를 따른다
• 한쪽이 탄소강이면 308이 아니라 309계를 쓴다
• 탄소강 반대편이 316이고 내식성이 설계 조건이면 309LMo를 검토한다
• 약 400℃ 이상의 열사이클을 받으면 니켈합금 용접재료를 검토한다

고베제강은 309 이종 용접의 일반적 적용 범위를 427℃ 아래로 적습니다. 온도 조건은 구조물 건전성과 직결됩니다. 시공 기준과 설계·품질 담당자 확인을 거쳐야 합니다.

세 봉의 이름은 모재 이름과 닮았지만 선택 기준은 이름이 아닙니다. 기준은 용접 뒤 용착금속이 어떤 성분이 되느냐입니다.

출처: KOBELCO Welding of Stainless Steel 표 7 주석, KOBELCO The ABC’s of Arc Welding

참고 자료

Excalibur 308/308H-16, 308L-16 데이터시트 / Lincoln Electric / Publication C6.5.5, 2010

Excalibur 309/309L-15, -16, -17 데이터시트 / Lincoln Electric / Publication C6.5.6, 2010

E316L-16 제품 정보 / DuraMax / AWS A5.4

Welding of Stainless Steel / KOBELCO Welding Education Center / 발행연도 미표기

The ABC’s of Arc Welding: Why Dissimilar-Metal Welding is Needed / KOBELCO / 1999

Technical FAQ 9: Welding Dissimilar Metals / ASSDA / AS/NZS 1554.6 인용

스테인레스강용 피복 용접봉 제품 정보 / 현대종합금속 / KS D 7014·AWS A5.4 대응 표기

회사 카탈로그 STS 선재 화학성분 / 동경철강 / DKS-V2-202104-01