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문제 정의
- 본 연구는 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 UNS S32750을 FCA 다층 용접 후 열처리 온도의 영향을 조사하기 위해 미세조직 관찰, 부식시험, 그리고 기계적 특성을 평가하기 위해 경도시험, 인장시험 및 충격시험을 수행하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 기계적 특성을 평가하기 위해 경도시험, 충격시험 그리고 인장시험을 수행하였다. 경도시험은 마이크로 비커스 경도기로 하중 1kgf로 실시하였다. 충격시험은 KS B 0809의 4호 시험편을 제작하여 하중 30kg-m 의 샤르피 충격 시험기를 사용하여 수행하였으며 인장 시험은 KS B 0801의 비례 시험편 중 14B호를 참고 하여 제작한 시편을 사용하였으며 만능 인장 시험기를 이용하여 시험속도 1mm/min으로 수행하였다.
- 40kJ/mm이며 FCAW 다층 용접을 실시하였다. 그리고 비교조사를 위해 용접시편과 모재를 930℃, 1080℃, 1230℃에서 각각 열처리를 하였다. Table 3에 열처리 조건을 나타내었다.
- 그리고 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 열처리 온도별 공식특성을 평가하기 위하여 시편표면을 경면연마 후 공식실험을 ASTM G48 Method E에 따라 6%FeCl3+1%HCl 용액에 50℃, 24시간 유지하였다12).
- 기계적 특성을 평가하기 위해 경도시험, 충격시험 그리고 인장시험을 수행하였다. 경도시험은 마이크로 비커스 경도기로 하중 1kgf로 실시하였다.
- 본 연구에서는 25%Cr 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강중 일반적으로 해양구조물에 많이 사용되고 있는 UNS S32750을 사용하였으며, FCA(Flux Cored Arc) 용접을 실시하였다. 또한 용접 후 열처리를 한 후 온도에 따른 금속간화합물의 석출과 이에 따른 용접부와 모재의 미세조직의 변화, 공식(pitting corrosion) 평가 그리고 기계적 특성을 조사하기 위해 경도시험, 충격시험 그리고 인장시험을 수행하였다.
- 조직관찰은 시편을 정밀연마 후 무라카미 용액을 이용하여 에칭하여 관찰하였으며, 열처리 온도별로 모재와 용접부의 페라이트 상분율을 Ferritescope Fmp30을 이용하여 측정하였고 X-선 회절기(XRD)를 이용하여 상분석 하였다.
- 경도시험은 마이크로 비커스 경도기로 하중 1kgf로 실시하였다. 충격시험은 KS B 0809의 4호 시험편을 제작하여 하중 30kg-m 의 샤르피 충격 시험기를 사용하여 수행하였으며 인장 시험은 KS B 0801의 비례 시험편 중 14B호를 참고 하여 제작한 시편을 사용하였으며 만능 인장 시험기를 이용하여 시험속도 1mm/min으로 수행하였다.
대상 데이터
- 25%Cr계 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강은 용접시 모재에 비하여 Ni함량이 높은 25%Cr-10%Ni계 용접재료를 선택하였고 성분 또한 Table 1에 나타내었으며 Table 2에는 용접조건과 이음부의 형상을 나타내었다.
- 본 연구에서는 25%Cr 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강중 일반적으로 해양구조물에 많이 사용되고 있는 UNS S32750을 사용하였으며, FCA(Flux Cored Arc) 용접을 실시하였다. 또한 용접 후 열처리를 한 후 온도에 따른 금속간화합물의 석출과 이에 따른 용접부와 모재의 미세조직의 변화, 공식(pitting corrosion) 평가 그리고 기계적 특성을 조사하기 위해 경도시험, 충격시험 그리고 인장시험을 수행하였다.
- 실험에 사용된 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 UNS S32750은 두께 10mm의 판재이다. Table 1에 화학성분을 나타내었다.
- 0%로 나와 있다. 이에 따라 용접봉 선택시 AWS A5.22 E2553T0- G가 적합하다고 판단되어 본 용접봉을 사용하였으며, 용접 입열량은 2.40kJ/mm이며 FCAW 다층 용접을 실시하였다. 그리고 비교조사를 위해 용접시편과 모재를 930℃, 1080℃, 1230℃에서 각각 열처리를 하였다.
성능/효과
- 1) 미세 조직 관찰 결과 오스테나이트 조직이 초층에서 상층부로 갈수록 등축정 및 침상형태의 조직의 형상을 보였다.
- 2) 열처리 온도 930℃에서는 XRD 분석결과 σ상 생성이 확인되었고, 페라이트량은 5~10%로 상 분율이 매우 낮았다.
- 3) 용접 재열부에서는 이차 오스테나이트상이 생성하였고, 열처리 온도가 증가할수록 이차 오스테나이트상이 페라이트 내에 재용해 되었다.
- 4) 공식 시험 온도가 증가할수록 무게 감소량이 증가하였고 공식 발생장소는 이차 오스테나이트상이 생성된 재열부에서 많이 발생하였다. 따라서 이차 오스테나이트상이 공식 저항성을 감소시킴을 확인할 수 있었다.
- 5) 기계적 시험 결과 930℃에서 열처리 했을 경우 경도는 매우 높게, 인장강도와 충격값이 가장 낮았다. 이것은 취성파괴를 야기 시키는 σ상의 영향으로 930℃에서 100%에 가까운 취성파괴를 보여줬다.
- 930℃에서 열처리 한 조직 사진을 관찰하였을 때 나타난 미세한 상이 σ상이라는 것을 X선 회절 분석으로 확인되었다.
- 9는 열처리 온도별 경도를 측정한 결과이다. 대부분 용접부 보다 HAZ에서 경도가 미세하게 높게 나타났지만 930℃에서 열처리한 경우는 용접부에서 다른 온도에서 열처리한 경우와 비교하여 경도값이 100이상 높게 나타났으며, HAZ 영역보다도 다른 열처리 온도에 비하여 높게 나타났다. 이는 열처리시 생성된 미세한 시그마상의 영향으로 보여진다.
- 전체적으로 각 층별 사진중 (b)인 930℃에서 열처리 했을 때 조직사진을 보면 페라이트량은 많이 감소하였고 오스테나이트 입계사이에 미세한 σ상이 생성된 것을 관찰할 수 있다.
- 각 사진은 As-welded와 930℃, 1080℃ 그리고 1230℃에서 열처리 후 조직 사진을 나타낸 것이다. 전체적으로 열처리 온도가 증가함에 따라 오스테나이트의 크기가 조대해 지는 것을 관찰 할 수 있다.
후속연구
- 54%의 절반의 함유량을 가지고 있어 공식 저항성을 떨어뜨리는 것으로 알려져 왔다19). 열영향부(HAZ)에서 공식이 심하게 일어나 모재와 용접부가 서로 떨어지는 것도 시험을 통해 관찰할 수 있었으며 결과적으로 용접 후 높은 내공식성을 얻기 위해서는 추가적인 열처리가 필요하다고 사료된다.
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