[논문]SAW 용접금속 성질에 미치는 질소함량의 영향

변지철; 방국수; 이종봉; 안영호

SAW 용접금속 성질에 미치는 질소함량의 영향
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변지철 (부경대학교 공과대학 소재프로세스공학과) , 방국수 (부경대학교 공과대학 소재프로세스공학과) , 이종봉 (POSCO 기술연구소 접합연구그룹) , 안영호 (POSCO 기술연구소 접합연구그룹)

Effect of nitrogen content on SAW weld metal properties were investigated. Weld metal nitrogen content increased with an increase of base metal nitrogen content due to dilution. High nitrogen content in weld metal resulted in high free nitrogen content, and consequently reduced impact toughness due to, mainly, strain aging effect.

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문제 정의

이러한 이유는 용융금속에서의 복잡한 화학반웅에 의한 질화물, 산화물의 형성, 웅고과정 중 편석의 발생등에 기인한 것으로 생각된다. 본 연구에서는 SAW 용접시 모재의 질소 회석정도를 확인하고 그에 따른 용접금속의 성질에 미치는 질소의 영향을 조사하고자 한다.

제안 방법

용접 금속으로부터 인장 시험편을 가공하여 5% 예비스트레인을 가한 다음 하중을 제거한 후 250C에서 2시간 불활성 가스 분위기에서 시효처리 하였다. 시효후 다시 파단 될 때 까지 인장시험을 행하여 시효 전후의 강도차이를 측정하였다. Fig.
이러한 자유질소 증가가 기계적성질에 미치는 영향을 알아보기 위하여 변형 시 효시 험을 행 하였다. 용접 금속으로부터 인장 시험편을 가공하여 5% 예비스트레인을 가한 다음 하중을 제거한 후 250C에서 2시간 불활성 가스 분위기에서 시효처리 하였다. 시효후 다시 파단 될 때 까지 인장시험을 행하여 시효 전후의 강도차이를 측정하였다.
용접금속 충격 시험은 표준 Chaipy V노치를 용접금속 중앙과 중앙에서 3mm 떨어진곳에 설치하여 시험 하였다. Fig.
8mm와이어와 플럭스를 사용하였다. 용접금속에 대하여 수소고온 추출시험에 의한 자유질소의 정량화와 기계적 시험을 행하였다.
001%B 를 기본성분으로 질소함량을 46, 86, 130, 220ppm 변경시킨 두께 20mm의 인장강도 500MPa급 강이다. 이들 강을 입열량 118kJ/cm로 편면 일층 2전극 SAW 용접하여 질소함량이 다른 4종류의 용접금속을 제조하였다. Table 1에 용접금속의 화학성분을 나타내었다, 용접 재료는 AWS F7A4-EL8에 상당하는 직경 4.
용접금속 질소가 증가 함에 따라 자유질소도 증가함을 알 수 있다. 이러한 자유질소 증가가 기계적성질에 미치는 영향을 알아보기 위하여 변형 시 효시 험을 행 하였다. 용접 금속으로부터 인장 시험편을 가공하여 5% 예비스트레인을 가한 다음 하중을 제거한 후 250C에서 2시간 불활성 가스 분위기에서 시효처리 하였다.

대상 데이터

이들 강을 입열량 118kJ/cm로 편면 일층 2전극 SAW 용접하여 질소함량이 다른 4종류의 용접금속을 제조하였다. Table 1에 용접금속의 화학성분을 나타내었다, 용접 재료는 AWS F7A4-EL8에 상당하는 직경 4.8mm와이어와 플럭스를 사용하였다. 용접금속에 대하여 수소고온 추출시험에 의한 자유질소의 정량화와 기계적 시험을 행하였다.
본 연구에서 사용한 재료는 0.07%C-1.5%Mn -0.015%Ti-0.001%B 를 기본성분으로 질소함량을 46, 86, 130, 220ppm 변경시킨 두께 20mm의 인장강도 500MPa급 강이다. 이들 강을 입열량 118kJ/cm로 편면 일층 2전극 SAW 용접하여 질소함량이 다른 4종류의 용접금속을 제조하였다.

성능/효과

1) 모재 질소의 중가에 따라 회석에 의하여 용접금속 질소도 증가하였다. 본 실험의 경우 용접금속 질소는 희석율을 고려한 계산치 보다 약 70ppm 높은 값을 나타내었다.
2) 용접금속 질소가 증가함에 따라 경도와 항복강도는 큰 변화를 보이지 않는 반면, 충격 인성은 저하하였다.
3) 용접금속 자유질소의 증가는 조직에는 큰 영향을 미치지 않으나 변형시효를 증대 시켜 충격인성을 저하시킨다.
질소도 증가하였다. 본 실험의 경우 용접금속 질소는 희석율을 고려한 계산치 보다 약 70ppm 높은 값을 나타내었다.
IX-1533-88 조직분류에 따라 각 용접금속의 조직 분율을 측정하였으나 큰 차이를 나타내지 않았다. 열팽창수축 기록계에 의한 변태온도를 측정한 결과 질소 증가에 따라 Ai, A3 온도는 조금 저하 하여 질소의 오스테나이트 안정화 효과가 확인되나 M-A의 형성둥 조직에는 큰 차이를 나타내지 않았다.

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