[논문]합금강관의 Energy Resistance Welding 용접조건에 따른 미세조직 거동 및 기계적 특성 연구

이경민; 이동언; 김성웅; 윤병현; 강희재; 강남현; 조경목

doi:10.3740/mrsk.2011.21.1.050

합금강관의 Energy Resistance Welding 용접조건에 따른 미세조직 거동 및 기계적 특성 연구
Effects of Welding Condition on Microstructure and Mechanical Property of Energy Resistance Welding Alloy Steel Pipes 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.21 no.1, 2011년, pp.50 - 55

이경민 (부산대학교) , 이동언 (세아제강 기술연구소) , 김성웅 (세아제강 기술연구소) , 윤병현 (포항산업과학연구원) , 강희재 (부산대학교) , 강남현 (부산대학교) , 조경목 (부산대학교)

Abstract ▼ AI-Helper

Energy resistance welding (ERW) is a pipe-producing process that has high productivity and low manufacturing cost. However, the high heat input of ERW degrades the mechanical property of the pipe. This study investigates the effect of heat input and alloying elements on microstructure and mechanical properties of ERW pipes. As the heat input increased, the ferrite amount increased. The ferrite amount in the weld centerline was larger than t at in the weld boundary. Medium carbon steels (S45C and K55) having 0.3~0.4wt.% carbon yielded a significant difference of ferrite amount in the weld centerline and weld boundary. High alloyed steels (DP780 and K55) having 1.5~1.6wt.% Mn showed a ferrite rich zone in the weld centerline. These phenomena are probably due to decarburization and demanganisation in the weld centerline. As the ferrite fraction increased, the hardness decreased a little for the S45C steels. In addition, DP780 steels and K55 steels showed that the hardness drops when those steels have a ferrite rich zone. But we demonstrated the good tensile property of the DP780 steels and K55 steels in which Mn is included.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 저탄소강, 중탄소강, 고합금강 등 여러 합금원소가 첨가된 강재에 대해 입열량을 달리하고 후열처리 온도를 변화시켜 강재의 미세조직을 관찰해보고 경도 및 인장, 성분분석 등의 기계적 특성 평가를 통해 각각의 강의 기계적 특성에 미치는 용접조건의 영향에 대한 연구를 수행하였다.

제안 방법

이때 bond line의 위치를 명확히 하기 위하여 경도계를 사용하여 bond line의 폭에 들어갈 만한 넓이의 압흔을 부위별로 남겼다.^6,7) 기계적 성질을 분석하기 위해 비커스 경도를 측정하고 인장시험을 하였다. 경도는 bond line 을 중심으로 압흔간격 300 µm를 유지하며 좌우로 총 14회 측정하여 비교하였다.
하지만 metal flow의 형상이 거의 미미함을 알 수 있다. SEM 조직사진을 볼 때 입열량 과소와 과대 강종에서 ferrite rich zone이 나타나는 것을 관찰하였다. 입열량이 증가할수록 페라이트 양은 증가하였고, 용접경계부에 비해 용접중앙부의 페라이트 양이 큰 차이로 많았다.
경도는 bond line 을 중심으로 압흔간격 300 µm를 유지하며 좌우로 총 14회 측정하여 비교하였다.
모든 강재의 용접공정시 가압력은 일정하게 주었다. 미세조직을 관찰하기 위하여 bond line 이 포함된 용접면을 기계적으로 연마하여 nitric acid (3 ml) + ethanol (100 ml) 용액에서 에칭하여 광학현미경(OM)과 주사전자현미경(SEM)을 통해 미세조직을 관찰하였다. 이때 bond line의 위치를 명확히 하기 위하여 경도계를 사용하여 bond line의 폭에 들어갈 만한 넓이의 압흔을 부위별로 남겼다.
본 연구에서는 입열량과 합금원소가 다른 3가지 ERW 용접강재에 대한 미세조직 분석과 기계적 성질을 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

1은 S45C강의 모재부 및 용접중앙부의 광학현미경 미세조직이다. 모재부의 기본 조직은 초정 페라이트와 펄라이트로 구성되어있다. 입열량에 따른 용접중앙부에서의 조직 차이는 없었고 용접중 가압력에 의해 발생한 소성변형으로 인하여 metal flow 층상조직이 관찰되었다.

성능/효과

1. Ferrite rich zone이 극명하게 관찰되었던 DP780(medium heat input) 강종과 미세하게나마 ferrite rich zone이 존재하였던 K55 (low and high heat input) 강종에서 나란히 경도가 drop 되는 현상이 관찰되었다. Ferrite rich zone 및 경도 drop 현상은 강종마다 합금 중 C 및 Mn 농도, 입열량에 의한 복합적인 이유 때문으로 판단된다.
2. 입열량을 변화시킨 S45C강의 경우 인장 성질(인장강도, 연신율)이 비슷한 수치를 나타내었다. 입열량이 클수록 페라이트 분율이 증가함에 따라 경도값이 소폭 감소하였다.
3. 페라이트 분율을 도식화 해보면 탄소가 0.3~0.4 wt% 함유된 중탄소강인 S45C, K55의 경우 용접중앙부와 용접 경계부의 분율차이가 크며, 용접중앙부에서의 페라이트 분율이 상승하였다. 또한 Mn이 다량 함유되어 있는 DP780, K55 강종 또한 용접중앙부에서 ferrite rich zone 이 발견되었다.
DP강의 기계적 성질을 분석한 결과 입열량이 클수록 경도값은 낮게 측정되었으며 그외에 인장시험에 의한 강도 값과 연신율은 입열량에 따라 큰 변화를 가지지 않았다. 입열량이 클수록 경도값이 낮아진 것은 입열량이 증가함에 따라 페라이트 분율이 증가하는 결과와 일치한다고 판단된다.
DP강은 기본적으로 페라이트와 마르텐사이트 조직을 가진다. 광학현미경 및 주사전자현미경으로 용접부를 관찰해본 결과 다른 강종에 비해 metal flow가 입열량에 상관없이 확연하게 드러났고 bond line도 명확하게 관찰되었다(Figs. 3,4). 입열량 과소, 과대 강종에 비해 중간 정도의 입열량을 가진 강종에서는 ferrite rich zone이 발견되 었다.
용접중앙부에서 상대적으로 마르텐사이트의 양이 적어지면서 경도값이 낮아졌다고 생각된다. 또한 ferrite rich zone이 나타났던 중간 입열량 강종에서는 용접중앙부에서 경도 drop 현상이 나타나고 인장강도, 항복강도 모두가 낮은 기계적 성질을 나타내었다.
용접후 냉각속도가 용접중앙부에서 더 빠르게 일어났기 때문으로 판단된다. 또한 낮은 입열량을 가진 시편의 냉각속도가 상대적으로 높은 입열량의 시편보다 빠르므로 페라이트 양은 입열량이 높은 시편에서 더 많았고 용접경계부 보다는 용접중앙부에 페라이트 양이 더 많았다.
K55강의 기계적 특성으로는 용접조건의 변수를 입열량으로 둔 DP780강 및 S45C강과 마찬가지로 입열량이 클수록 경도값이 낮게 측정되었다. 인장성질은 입열량에 따라 큰 변화를 보이지 않았으나 ferrite rich zone이 존재하는 입열량 과소, 과대 강종에 비해 중간 입열량을 가진 시편의 기계적 성질이 가장 안정적이었다. Fig.
SEM 조직사진을 볼 때 입열량 과소와 과대 강종에서 ferrite rich zone이 나타나는 것을 관찰하였다. 입열량이 증가할수록 페라이트 양은 증가하였고, 용접경계부에 비해 용접중앙부의 페라이트 양이 큰 차이로 많았다. 용접중앙부의 경우 입열량이 커서 냉각속도가 느리고 따라서 페라이트 양이 증가한 것으로 판단된다.
이는 입열량이 클수록 냉각속도가 느리기 때문이다. 페라이트 양은 용접중앙부와 용접경계부가 큰 차이를 보이지는 않았으나 S45C강종과 마찬가지로 입열량이 증가할수록 페라이트 양도 증가함을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	ERW 공정의 장점은?	전 세계적으로 Line Pipe의 수요가 급증하는 추세이다. 이러한 점에서 높은 생산성과 낮은 제조비용의 장점을 갖고 있는 ERW (Electric resistance welding) 공정의 중요도와 관심도가 커지고 있다. ERW는 전기저항용접으로 파이프를 생산하는 용접으로 많이 쓰인다.
	ERW은 어떤 공정인가?	이는 순간적으로 가열되어 용융된 융액이 가압력에 의해 관의 내부 또는 외부로 밀려나와 비드가 형성되고 따라서 극히 적은 양의 융액만이 용접중심부를 형성하기 때문이다. 주로 강관을 생산하는데 이용되는 ERW는 금속 코일이 지나가면서 롤에 의해 파이프 형상을 만들면 전기저항을 이용하여 금속을 용융하여 롤에 의해 압접되는 공정이다. 생산 과정이 연속적으로 일어나기 때문에 생산성이 높다.
	ERW의 용접부의 특성을 결정짓는 세가지 요소는 무엇인가?	ERW의 용접부의 특성을 결정짓는 데는 세가지 요소가 있다. 그것은 바로 모재, 용접 조건, 그리고 후열처리이다. 탁월한 특성의 모재를 만들고 최적의 용접조건을 가지고 조관을 할지라도 용접 후 빠른 냉각 속도로 인해 용접부의 조직이 모재와 다른 조직을 갖게되고 기계적 특성이 취약해 지는 것은 피할 수 없다.

참고문헌 (7)

W. S. Kim, J. Kor. Welding Soc., 19(3), 10 (2001) (in
J. Lee, Trends in Metals and Materials Engineering, 12, 4
J. H. Choi, Y. S. Chang, C. M. Kim, J. S. Oh and Y. S.
D. I. Kang, J. H. Choi, Y. S. Jang and Y. S. Kim, Journal of KWS, 16(2), 29 (1998).
J. H. Suh, J. Kor. Welding Soc., 17(1), 133 (1999) (in
R. Datta and A. Deva, Practical Fail. Anal., 2(2) 59 (2002).

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Y. J. Ham, S. H. Kim, J. H. Im, J. S. Kwack and C. H. Lee,

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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