[논문]다층용접한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 용접금속의 조직 및 충격인성

서원찬; 박찬; 방국수

doi:10.5574/ksoe.2012.26.6.027

[국내논문] 다층용접한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 용접금속의 조직 및 충격인성
Microstructure and Impact Toughness of Weld Metal in Multipass Welded Super Duplex Stainless Steel 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.26 no.6 = no.109, 2012년, pp.27 - 32

서원찬 (부경대학교 신소재시스템공학과) , 박찬 (부경대학교 재료공학과) , 방국수 (부경대학교 신소재시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The effects of reheating during welding on the microstructure and impact toughness of weld metal in 25% Cr super duplex stainless steels were investigated. Using different heat inputs, weld metals with different reheated regions were obtained. This showed that, depending on the reheating temperature, the microstructure in the reheated region was quite different from that of the as-deposited microstructure. When reheated into the ${\gamma}+{\alpha}$ temperature range, fine intragranular austenite was formed in the as-deposited columnar structure. However, when reheated above the ${\alpha}$ solvus temperature range, most of the columnar structure disappeared and fine equiaxed austenite and ferrite were formed. Because of the larger amount of fine austenite in the reheated region, a higher impact toughness was obtained in the weld metal with a higher amount of reheated region.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 2.4kJ/mm 용접금속을 대상으로 주사전자현미경 후방산란전자상(BSEI, back scattered electron image)을 이용하여 σ상의 석출 가능성을 검토하였다.
이와 같이 다층용접 시 재가열영역의 형성은 용접금속 조직에 큰 영향을 미치나 그에 따른 용접금속 기계적성질의 변화, 특히 충격인성 변화에 대한 연구는 미미하다. 본 연구에서는 용접입열량을 달리 하여 다층용접한 경우 후속 패스에 의한 용접 금속 재가열영역의 조직변화와 그에 따른 용접금속 충격인성 변화에 대하여 조사하였다.

제안 방법

25%Cr SDSS를 입열량 1.5kJ/mm와 2.4kJ/mm로 다층용접하여 후속 패스에 의한 용접금속 재가열영역의 조직변화와 그에 따른 용접금속 충격인성 변화에 대하여 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
다층용접한 각 용접금속으로부터 Fig. 1과 같이 판표면 2mm 아래 위치에서 노치위치가 용접금속 중앙에 오도록 두께 5mm의 서브사이즈 충격시편을 가공한 후 –46℃에서 충격시험 하였다.
모재와 비교한 경우 Ni함량이 약 2%높아 사용한 용접봉이 높은 Ni함량을 가짐을 알 수 있다. 먼저 후속 패스에 의하여 재가열의 영향을 받지 않는 상태(용접 그대로 상태)에서 용접금속 조직을 조사하기 위하여 최종 패스부에서 광학현미경 조직검사를 행하였다. Fig.
이러한 점을 확인하기 위하여 열싸이클 재현장치를 사용하여 용접금속을 재가열한 후 충격시험을 하였다. 실험방법에서 설명한 것처럼 단층용접금속을 만든 후 용접금속부가 중앙에 오도록 열싸이클재현시편을 채취하여 열싸이클을 가하였다. 가열속도 150℃/s로 δ+γ 구역인 1200℃로 가열하여 1초간 유지한 후 7초와 35초만에 800℃까지냉각하였다.
용접금속이 후속패스에 의하여 재가열되는 것이 조직 및 충격인성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 용접열싸이클 재현장치를 이용하여 용접금속 재가열시험을 하였다. 먼저 Table 3에나타낸 용접조건과 용접이음부 형상으로 1패스 단층용접을 한후, 판 표면 1mm 아래에서 용접금속이 중앙에 오도록 두께 2.
4kJ/mm 용접금속의 충격인성이 높은 이유는 노치위치에서 이러한 재가열영역이 차지하는 비율이 높은 것이 하나의 원인으로 판단된다. 이러한 점을 확인하기 위하여 열싸이클 재현장치를 사용하여 용접금속을 재가열한 후 충격시험을 하였다. 실험방법에서 설명한 것처럼 단층용접금속을 만든 후 용접금속부가 중앙에 오도록 열싸이클재현시편을 채취하여 열싸이클을 가하였다.
Modified Murakami 용액을 사용하여 부식한 후 점산법을 이용하여 각 상을 관찰한 결과 페라이트와 오스테나이트의 비율은 각각 51와 49%였다. 이러한 판을 사용하여 직경 4mm의 AWS E2594-17 상당용접봉으로 SDSS의 일반적 최대 허용입열량인 1.5kJ/mm와 그보다 높은 2.4kJ/mm로 다층 피복아크용접 (SMAW, shielded metal arc welding)) 하였다. 용접 후 용접금속의 화학성분을 Table 1에 함께 나타내었다.
4 kJ/mm로 용접하여도 용접 그대로 상태에서는 용접금속 조직에 큰 차이를 나타내지 않음을 알 수 있다. 재가열에 의한 용접 금속 조직 변화를 살펴보기 위하여 적층모습이 상대적으로 단순한 2.4kJ/mm 용접금속을 사용하여 재가열 영역 부근을 관찰하였다. Fig.

대상 데이터

실험에 사용한 SDSS는 UNS No. S32750에 해당하는 두께 9mm의 판재로 Table 1에 화학성분을 나타내었다. Modified Murakami 용액을 사용하여 부식한 후 점산법을 이용하여 각 상을 관찰한 결과 페라이트와 오스테나이트의 비율은 각각 51와 49%였다.
용접금속이 후속패스에 의하여 재가열되는 것이 조직 및 충격인성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 용접열싸이클 재현장치를 이용하여 용접금속 재가열시험을 하였다. 먼저 Table 3에나타낸 용접조건과 용접이음부 형상으로 1패스 단층용접을 한후, 판 표면 1mm 아래에서 용접금속이 중앙에 오도록 두께 2.5mm, 폭 10mm, 길이 90mm인 판재를 가공하였다. 이 판재를 열싸이클 재현장치를 사용하여 가열속도 150℃/s로 1200℃로가열하여 1초간 유지한 다음 800℃까지 7초 혹은 35초로 냉각하였다.
그림 중에는 충격시편의 채취위치를 검은 선으로 함께 나타내었다. 판 표면 2mm 아래에서 노치위치가 용접금속 중앙에 오도록 두께 5mm의 서브사이즈 Charpy 충격시편으로 채취하였다. 채취된 시편은 노치가공 후 -46℃에서 충격시험 하였다.

성능/효과

1) 다층용접에서 용접금속이 재가열되면 재가열되는 온도에 따라 용접 그대로 상태와 다른 조직을 나타내었다. 페라이트와오스테나이트 2상영역으로 가열되는 경우에는 주상정 형태를 유지하며 입내 혹은 입계에서 괴상 혹은 침상의 미세한 오스테나이트를 나타내는 반면, 페라이트 용해도곡선 이상으로 가열 되는 경우에는 주상정 형태는 대부분 소실되고 비교적 등축의 오스테나이트와 페라이트를 나타내었다.
2) 재가열영역에서 페라이트와 오스테나이트 비율은 약15%와 85%로 21%와 79%인 용접 그대로 상태와 비교하여 페라이트는 감소하고 오스테나이트는 증가하였다.
3) 입열량 2.4kJ/mm 용접금속은 1.5kJ/mm 용접금속에 비하여 입열량이 높음에도 불구하고 충격인성이 7.7J 높았다. 이러한 원인은 오스테나이트 비율이 높고 크기가 미세하여 인성이 우수한 재가열영역이 차지하는 비율이 전체 노치길이에서 상대적으로 높기 때문이다.
입열량에 상관없이 주상정 형태의 페라이트와 입계 및 입내에서의 괴상(Allotriomorphic) 혹은 침상(Widmanstatten) 형태의 오스테나이트로 되어 있는 전형적인 SDSS 용접금속 조직을 보인다. 500배 확대사진을 사용하여 점산법으로 페라이트와 오스테나이트의 비율을 측정한 결과 1.5kJ/mm의 경우 각각 22%, 78%, 2.4kJ/mm의 경우 21%, 79%를 나타내었다. 두 용접금속 모두 오스테나이트 비율이 모재에 비하여 높은 것은 모재보다 용접금속의 Ni함량이 높은 것이 한 원인으로 판단된다.
S32750에 해당하는 두께 9mm의 판재로 Table 1에 화학성분을 나타내었다. Modified Murakami 용액을 사용하여 부식한 후 점산법을 이용하여 각 상을 관찰한 결과 페라이트와 오스테나이트의 비율은 각각 51와 49%였다. 이러한 판을 사용하여 직경 4mm의 AWS E2594-17 상당용접봉으로 SDSS의 일반적 최대 허용입열량인 1.
재가열영역에서 이러한 페라이트와오스테나이트 비율을 용접 그대로 상태에서의 비율 (21%와 79%)과 비교하면 페라이트는 감소하고 오스테나이트는 증가함을 알 수 있다. 따라서 용접금속이 재가열을 받으면 용접 그대로 상태보다 오스테나이트 비율이 증가하며 크기도 미세하여짐을 알 수 있다.
, 1991) 급속가열/냉각의 용접 특성상 재가열시 고온에서 페라이트로의 완전한 변태가 어렵기 때문에 ②-2영역은 잘 관찰 되지 않는다고 하였다. 본 실험에서도입열량이 낮아 냉각이 상대적으로 빠른 1.5kJ/mm 용접의 경우에는 이 영역이 확실히 나타나지 않고 재가열영역 대부분이 ②-1영역과 유사한 조직을 나타내었으며 페라이트와 오스테나이트 비율은 16%와 84%였다. 재가열영역에서 이러한 페라이트와오스테나이트 비율을 용접 그대로 상태에서의 비율 (21%와 79%)과 비교하면 페라이트는 감소하고 오스테나이트는 증가함을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	일반적인 허용 용접입열량 범위는?	, 2006). 따라서 용접 냉각속도 혹은 용접입열량을 일정한 범위에서 엄격히 관리하여야 하며, 일반적인 허용 입열량범위는 0.5~1.5kJ/mm로 알려져 있다(Gunn, 1997).
	슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 특징은 무엇인가?	해양플랜트산업, 정유산업, 발전플랜트산업 등과 같은 가혹한 환경에서 사용되는 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강(SDSS, Super duplex stainless steel)은 엄격한 조성관리와 가공열처리를 통하여 오스테나이트와 페라이트의 비율이 각각 50% 전후가 될 때가장 우수한 기계적성질과 내식성을 가진다고 알려져 있다(Gunn, 1997). 이런 SDSS를 용접하면 용접부, 특히 용접금속은 화학조성과 용접열이력에 따라 성질이 크게 변한다.
	용접금속 패스 수는 입열량에 따라 어떻게 변화하는가?	하지만 실제 용접은 대부분 다층용접이기 때문에 용접입열량의 변화는 냉각속도 뿐만 아니라 용접금속 패스 수에도 영향을 미친다. 일반적으로 입열량이 낮을수록 용접재료의 용융량이 적어 패스 수가 많아진다. 이때 앞선 패스에 의하여 형성된 용접 금속은 후속패스에 의하여 재가열/냉각되어 비평형적으로 형성된 페라이트로부터 2차 오스테나이트가 형성된다고 알려져 있다(Gooch, 1991).

참고문헌 (14)

Atamert, S., Reed, R.C., King, J.E., 1991. Modelling of Multipass Duplex Stainless Steel Weld Deposit Microstructures, Proc. Duplex Stainless Steels 91, 1, 393-402.
Atamert, S., King, J.E., Reed, R.C., 1992. Reheated Regions in Duplex Stainless Weldments, Proc. International Trends in Welding Science and Technology, 241-245.
Bonnefois, B., Charles, J., Dupoiron, F., Soulignac, P., 1991. How to Predict Welding Properties of Duplex Stainless Steels?, Proc. Duplex Stainless Steels 91, 1, 347-361.
Calliari, I., Zanesco, M., Ramous, E., 2006. Influence of Isot hermal Aging on Secondary Phases Precipitation and Toughness of a Duplex Stainless Steel SAF 2205, Journal of Materials Science, 41, 7643-7649.

상세보기
Gooch, T.G., 1983. Weldability of Duplex Ferritic-Austenitic Stainless Steels, Proc. Duplex Stainless Steels, 573-602,
Gooch, T.G., 1991. Corrosion Resistance of Welds in Duplex Stainless Steels, Proc. Duplex Stainless Steels 91, 1, 325-335.
Gunn, R.N., 1997a. Duplex Stainless Steels, Abington publishing, Cambridge, 24.
Gunn, R.N., 1997b. Duplex Stainless Steels, Abington publishing, Cambridge, 135.
Kotecki, D.J., 1997. Ferrite Determination in Stainless Steel Welds - Advances since 1974, Welding Journal, 76, 24s-37s.
Nakade, K., Ohe, K., Kuroda, T., 2001. Precipitation Behavior of ${\sigma}$ Phase for Reheated Duplex Stainless Steel Weld Metal, Journal of the Japan Welding Society, 19(1), 92-99.

상세보기
Noble, D.N., Gooch, T.G., 1986. Factors Controlling the Ferrite/Austenite Balance in Arc Welded 22Cr/5Ni/2.5 Mo/N Duplex Stainless Steel, The Welding Institute Report. No 321/1986.
Schubert, L.E., Kumar, A.S., Rosinski, S.T., Hamilton, M.L., 1995. Effect of Specimen Size on the Impact Properties of Neutron Irradiated A533B Steel, Journal of Nuclear Materials, 225, 231-237.

상세보기
Stekly, J.J.K., Scandella, J.-L., Salmon, K.A., 1991. Effects of Welding Techniques on the Properties of Super Duplex Stainless Steels, Proc. Duplex Stainless Steels 91, 1, 431-439.
Zucato, I., Moreira, M.C., Machado, I.F., Lebrao, S.M.G., 2002. Microstructural Characterization and the Effect of Phase Transformations on Toughness of the UNS S31803 Duplex Stainless Steel Aged Treated at $850^{\circ}C$ , Materials Research, 5(3), 385-413.

상세보기

저자의 다른 논문 :

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증