[논문]극저온용 국산 Inconel계 피복아크용접봉의 특성 평가

김영천; 장웅성; 이종섭; 정현호

극저온용 국산 Inconel계 피복아크용접봉의 특성 평가
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김영천 (현대종합금속㈜기술연구소) , 장웅성 (포항산업과학연구원 설비용접연구팀) , 이종섭 (포항산업과학연구원 설비용접연구팀) , 정현호 (한국가스공사 연구개발원)

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문제 정의

현재 일본 및 국내에서 9%斜[강용으로 가장 널리 적용되고 있는 용접봉은 ENiCrFe-4계로서 inneL아囘I vertical 용접, inner-annular plate용접 등 대부분의 탱크 용접시공이 이 계통의 용접봉을 이용한 수동용접에 의해 이루어지고 있다. ENiCrFe-4계는 ENiCrfe-2계 보다 고강도의 용접봉으로 跡i강의 용접시 아크 쏠림 을 방지하기 위하여 교류용접을 적용할 때에 사용되어진다 본 연구에서는 시판재 및 개발품에 대하여 용접금속의 특성을 평가하고 모재인 9知1강 적용에 따른 용접이음부 기계적성질 및 고온균열 감 수성을 평가하였다.

제안 방법

각종 용접재료의 응고균열 감수성은 일본공업규격(JIS)에 규정되어 있는 C형지그 구속 맞대기용접 균열시험 방법(Z3155)과 Mini-Varestraint 균열시험법을 이용하여 평가하였다. HSCO 시험법이라 불리 우는 C형지그 구속 맞대기용접 균열시험 방법에 의한 평가 결과 응고균열은 주로 비드 starter부와 crater부에서 질중적으로 발생하는 경향을 보였고 각 제품별 응고균열감수성을 비교하기 위하여 용접 부를 강제 파단하여 Crack Ratio를 구하여 정성적으로 비교하였을 때 아래 도표에서 보는 바와 같이 전 반적으로 개 발품은 시 판제품과 유사한 응고균열감수성 을 지님을 확인 하였다.
시판제품 및 개발품은 각종 화학적, 물리적 시험을 통해 제품별 특성을 비교 평가하여 각종 기계적 성질과 조직의 상관성을 조사하였다. Table 1에는 개발제품에 대한 전용착금속의 화학성분을 나타내 고 있으며 개발품인 SR니34의 화학성분은 72Ni니6Cl1.
용착금속의 조직특성은 광학현미경과 SEM을 이용하여 조사하였으며 Fig.1에 조직특성을 정리하였다. 응고형태는 fee 단상응고 특성을 보이고 모재인 9%Ni강과의 용융선을 따라 분명한 경계조직이 형성되어 있음을 알 수 있다.
이러한 특성을 만 족하는 재료로서 종례부터 Ni합금인 Inconel계 합금이 가장 널리 사용되고 있으나 고Ni계 9%2강용 용접재료의 경우 선진국에서 기술 이전을 극구 기피하는 고부가가치 제품으로서 LNG 탱크의 국산화 제작을 위해서 모재의 국산화와 함께 독자적인 제조기술 확보가 요구되고 있다. 이를 위해 본 연구에서는 Incone계 피복아크용접봉 중 현재 국내 현장에서 주로 사용되는 ENiCrFe-4계 재료를 중심으로 시판 제품 및 개발품에 대한'비교 및 검토를 통해 국산 용접봉의 제조기술을 확립하고 개발품에 대한 전반적 특성을 평가하였다.

이론/모형

각종 용접재료의 응고균열 감수성은 일본공업규격(JIS)에 규정되어 있는 C형지그 구속 맞대기용접 균열시험 방법(Z3155)과 Mini-Varestraint 균열시험법을 이용하여 평가하였다. HSCO 시험법이라 불리 우는 C형지그 구속 맞대기용접 균열시험 방법에 의한 평가 결과 응고균열은 주로 비드 starter부와 crater부에서 질중적으로 발생하는 경향을 보였고 각 제품별 응고균열감수성을 비교하기 위하여 용접 부를 강제 파단하여 Crack Ratio를 구하여 정성적으로 비교하였을 때 아래 도표에서 보는 바와 같이 전 반적으로 개 발품은 시 판제품과 유사한 응고균열감수성 을 지님을 확인 하였다.
제품별로 보다 정량적인 균열감수성 차이를 확인하기 위해서 Mini-varestraint 시험법으로 각 재료별 용착금속의 고온균열감수성을 평가制였다. 이 시험법에서는 GTA 용접을 이용하여 제살妄접 (autogeneous)을 실시하는데 두께는 3剛로 하였고, 용접전류는 75-85A 범위, 용접속도는 150-2(㎛m /min.

성능/효과

주상정 조 직의 SEM을 이용한 고배율로 관찰결과 제2상이 주상정 경계를 따라 형성되어 있음을 알 수 있다. 용착금속 조직의 화학성분 분석결과와 유사한 성분을 나타내고 괴상의 밝은 contrast를 띤 제2상은 Nb, Mo가 주성분인 화합물이고 구상의 화합물은 알루미나 계통의 산화물임을 알 수 있다.
본 연구에서는 균열감수성 지수로서 가장 범용적으로 사용되는 TCLCTotal Crack Length)을 이용하여 균열감수성을 평가하였고 전체 균열 발 생율에서 개발품이 상대적으로 우수한 결과를 나타내었으며, 취성온도 범위(BTR, Brittle Temperature Range)를 나타내는 MCL 측정 결과 최대균열길이는 NIC-70Sp가 개발재에 비해 약간 작게 나타났으 며 Yawata weld B(M)0| 개 발재와 유사한 결과를 나타내었다. 이상의 결과로부터 개발품의 고온균열 감수성면은 시판제품에 비해 동등 또는 그 이상의 성능을 나타냄을 확인하였다.

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