[논문]해양플랜트용 후판강의 FCAW HAZ 미세조직과 샤르피 충격 특성의 상관관계

이훈; 이현욱; 조성규; 최동기; 김형찬; 권용재; 이정구; 신상용

doi:10.3740/mrsk.2019.29.8.497

해양플랜트용 후판강의 FCAW HAZ 미세조직과 샤르피 충격 특성의 상관관계
Correlation between Microstructure and Charpy Impact Properties of FCAW HAZ of Thick Steel Plates for Offshore Platforms 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.29 no.8, 2019년, pp.497 - 504

이훈 (울산대학교 첨단소재공학부) , 이현욱 (울산대학교 첨단소재공학부) , 조성규 (현대제철 R&D센터) , 최동기 (하이드로훼스트 기술연구소) , 김형찬 (한국생산기술연구원 에너지플랜트그룹) , 권용재 (울산대학교 첨단소재공학부) , 이정구 (울산대학교 첨단소재공학부) , 신상용 (울산대학교 첨단소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the correlation between microstructure and Charpy impact properties of FCAW(Flux cored arc welding) HAZ(Heat affected zone) of thick steel plates for offshore platforms was investigated. The 1/4 thickness(1/4t) location HAZ specimen had a higher volume fraction of bainite and finer grain size of acicular ferrite than those of the 1/2 thickness (1/2t) location HAZ specimen because of the post heat effect during the continuous FCAW process. The Charpy impact energy at $-20^{\circ}C$ of the 1/4t location HAZ specimen was lower than that of the 1/2t location HAZ specimen because of the high volume fraction of coarse bainite. The Charpy impact energy at -40 and $-60^{\circ}C$ of the 1/2t location HAZ specimen were higher than those of the 1/2t location HAZ specimen because the ductile fracture occurred in the fine acicular ferrite and martensite regions. In the ductile fracture mode, the deformed regions were observed in fine acicular ferrite and martensite regions. In the brittle fracture mode, long crack propagation path was observed in bainite regions.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

따라서 본 연구에서는 해양플랜트용 100 mm 두께를 갖는 후판강에 FCAW 공정을 연속적으로 적용하여 HAZ의 미세조직을 두께 위치별로 분석하였다. 그리고 저온에서 샤르피 충격 시험을 실시하여 저온 충격 인성을 평가하여 HAZ 미세조직과 샤르피 충격 특성의 상관관계를 조사하였다.
후판강에 용접 공정이 적용되고 HAZ의 미세조직과 저온 인성에 대한 연구가 다양하게 이루어졌음에도 불구하고, 100 mm 이상의 후판강에 실제 용접을 적용하여 두께 위치별로 HAZ 미세조직을 분석하고 이를 저온 인성과 연관지어 조사한 연구는 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 해양플랜트용 100 mm 두께를 갖는 후판강에 FCAW 공정을 연속적으로 적용하여 HAZ의 미세조직을 두께 위치별로 분석하였다. 그리고 저온에서 샤르피 충격 시험을 실시하여 저온 충격 인성을 평가하여 HAZ 미세조직과 샤르피 충격 특성의 상관관계를 조사하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 해양플랜트용 후판강의 화학조성은 Fe-0.05C-0.1Si-1.5Mn-1.0Ni-0.015(P+S)-0.6(Cr+Cu+Mo)-0.05(Al+Ti)-0.07(V+Nb) (wt%)이 포함되어 있으며, 탄소 당량은 0.43 %이다. 후판강은 TMCP로 제조되었으며, 1,200 ℃에서 2시간 용체화처리를 한 후, 1,050 ℃에서 조압연을 시작하였다.

성능/효과

(1) FCAW 공정 시 중심부에 가까울수록 후속되는 열영향에 의해 미세조직이 변화되기 때문에, 두께 1/4t 위치의 HAZ 시편(FQ 시편)이 두께 1/2t 위치의 HAZ 시편(FC 시편)에 비해 조대한 베이나이트 분율이 높고, 침상형 페라이트와 마르텐사이트 혼합 조직의 결정립도 미세하였고, 이들 조직의 주변에서 변형도 많이 일어났다. 이에 따라 두께 1/4t 위치의 HAZ 시편이 두께 1/2t 위치의 HAZ 시편에 비해 높은 경도를 갖는다.
(2) 두께 1/4t 위치의 HAZ 시편의 샤르피 충격 에너지는 두께 1/2t 위치의 HAZ 시편에 비해 낮았고, 온도가 감소할수록 샤르피 충격 에너지가 더 크게 감소하였다. 두께 1/2t 위치의 HAZ 시편은 -40과 -60 ℃에서 연성과 취성 파괴가 함께 발생하여, 두께 1/4t 위치의 HAZ 시편에 비해 샤르피 충격 에너지가 높았고, 그 편차도컸다.
(3) 미세한 결정립의 침상형 페라이트와 마르텐사이트가 많이 분포하는 영역에서는 연성 파괴에 의해 시편이 변형되었다. 반면, 베이나이트 영역에서는 긴 균열이 직선으로 베이나이트 패킷의 내부를 가로지르며 전파하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	입열량 제어를 통해 HAZ미세조직을 제어할 수 있지만 연속되는 용접 공정으로 발생하는 문제는?	입열량 제어를 통해 HAZ(heat affected zone) 미세조직을 제어할 수 있다. 하지만 연속되는 용접 공정에 의한 후속 열영향에 의해 HAZ미세조직은 후판강의 두께나 방향에 따른 위치별로 제어가 쉽지 않기때문에 강도와 인성과 같은 기계적 특성을 의도한 대로 얻는 어렵다. 후판강은 두께가 증가할수록, 연속 용접 공정 시 강판이 갖는 열용량이 증가하므로 강의 중심부와 표면부의 열구배가 증가한다.
	침상형 페라이트의 특징은?	따라서 균열은 입내를 가로질러 전파할 수 있어, 균열전파경로가 짧아져 저온 인성에 악영향을 미친다. 반면, 미세한 결정립을 갖는 침상형 페라이트는 높은 전위 밀도를 가지고, 유효결정립도가 작고, 무작위한 방향으로 배열되어 저온 인성이 우수한 조직으로 알려져 있다. 침상형 페라이트는 균열이 입내를 가로지르지 못하고 입계에서 꺾이는 형태로 전파하여 전체적인 균열전파경로가 길어져 저온 인성을 향상시킨다.
	FCAW(flux cored arc welding)의 장점은?	해양플랜트용 후판강의 용접 방법 중에서 FCAW(flux cored arc welding)는 filler metal이 플럭스를 감싼 용접봉을 이용하며, 비교적 빠른 용접이 가능하고 용접부의 산화를 효과적으로 방지하는 장점을 가진다.12,13) 이 때 전류, 전압, 용접봉 이송 속도 등의 용접 변수를 제어하는 것을 통해서 용접 시 시편에 가해지는 입열량을 제어할 수 있다.

참고문헌 (11)

10.1016/B978-075068084-4/50016-9
Dhua, S. K., Mukerjee, D., Sarma, D. S.. Influence of tempering on the microstructure and mechanical properties of HSLA-100 steel plates. Metallurgical and materials transactions. A, Physical metallurgy and materials science, vol.32, no.9, 2259-2270.

상세보기
Chapa, M., Medina, S. F., López, V., Fernández, B.. Influence of Al and Nb on Optimum Ti/N Ratio in Controlling Austenite Grain Growth at Reheating Temperatures.. ISIJ international, vol.42, no.11, 1288-1296.

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Hwang, Byoungchul, Lee, Chang Gil, Kim, Sung-Joon. Low-Temperature Toughening Mechanism in Thermomechanically Processed High-Strength Low-Alloy Steels. Metallurgical and materials transactions. A, Physical metallurgy and materials science, vol.42, no.3, 717-728.

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Liu, Dongsheng, Li, Qingliang, Emi, Toshihiko. Microstructure and Mechanical Properties in Hot-Rolled Extra High-Yield-Strength Steel Plates for Offshore Structure and Shipbuilding. Metallurgical and materials transactions. A, Physical metallurgy and materials science, vol.42, no.5, 1349-1361.

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Zhou, Y., Jia, T., Zhang, X., Liu, Z., Misra, R.D.K.. Investigation on tempering of granular bainite in an offshore platform steel. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.626, 352-361.

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Yu, C., Yang, T. C., Huang, C. Y., Shiue, R. K.. Low-Temperature Toughness of the Austempered Offshore Steel. Metallurgical and materials transactions. A, Physical metallurgy and materials science, vol.47, no.10, 4777-4783.

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Aloraier, A., Ibrahim, R., Thomson, P.. FCAW process to avoid the use of post weld heat treatment. The International journal of pressure vessels and piping, vol.83, no.5, 394-398.

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Sun, X.J., Yuan, S.F., Xie, Z.J., Dong, L.L., Shang, C.J., Misra, R.D.K.. Microstructure-property relationship in a high strength-high toughness combination ultra-heavy gauge offshore plate steel: The significance of multiphase microstructure. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.689, 212-219.

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Di, Xinjie, Tong, Min, Li, Chengning, Zhao, Chen, Wang, Dongpo. Microstructural evolution and its influence on toughness in simulated inter-critical heat affected zone of large thickness bainitic steel. Materials science & engineering. properties, microstructure and processing. A, Structural materials, vol.743, 67-76.

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Okumura, N.. Cleavage fracture of low carbon ferritic steels with fine grain size. Metal science, vol.17, no.12, 581-589.

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