KR100772729B1

KR100772729B1 - 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접이음부

Info

Publication number: KR100772729B1
Application number: KR1020067006182A
Authority: KR
Inventors: 다다시 이시가와; 다케히로 이노우에; 히로시 시마누키; 다다시 고세키; 쥰 오타니; 마사노리 미나가와; 아키히코 고지마
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-22
Publication date: 2007-11-02
Also published as: KR20060055557A; US20070131316A1; EP1695785A4; WO2005037480A1; WO2005037480B1; EP1695785A1; NO20161562A1; NO342770B1; JP2005144552A; NO20061905L; EP1695785B1; NO339500B1; EP2279823A1; US7829202B2; EP2279823B1; JP4528089B2

Abstract

용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서, (a1) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 110% 이하, (a2) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 70% 이상 110% 이하이고, 필요에 따라서, (b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하, (c) 열 영향을 받지 않는 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상, 및/또는 (d) 용접 용융선과 접하는 용접 영향부(HAZ)의 구오스테나이트 입자 지름이 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.

용접 구조체, 맞대기 용접 이음부

Description

내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부{HIGH HEAT INPUT BUTT WELDING JOINT EXHIBITING EXCELLENT CHARACTERISTICS IN RESISTANCE TO OCCURRENCE OF BRITTLE FRACTURE}

본 발명은 용접 구조체, 특히 판 두께가 50 mm가 넘는 강판을 맞대기 용접하여 구성한 용접 구조체의 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부에 관한 것이다.

용접 구조체에 있어서, 파괴 발생 가능성이 가장 높은 부위는 용접 이음부이다. 그 이유는 용접시에 용접 결함이 생기고, 이 결함이 파괴의 기점이 되는 응력 집중부가 될 가능성이 높은 점 및 용접 열의 영향에 의하여 강판 조직이 조대화되어 용접 이음부의 취성 파괴와 관련된 지표로서 사용되고 있는 파괴인성값 Kc가 저하되는 것 등을 들 수 있다.

그러므로, 용접 이음부에 변형이나 찌그러짐이 집중되는 것을 막기 위하여 용접 금속의 강도나 경도를 모재보다 높게 하는 것이 용접 이음부를 형성하는데 있어서 기본이며, 용접 금속을 선정할 때, 모재 강도와의 비교에서 오버 매칭이 되는 이음부 설계가 이루어지고 있다.

용접 이음부에 있어서의 파괴인성값을 평가하는 시험으로서는 도 4에 나타내는 바와 같이, 용접 금속(2)을 중앙에 둔, 표준적으로는 폭 400 mm의 시험편(1)의 중앙부에서 용접 이음부의 가장 취약한 부분으로 상정되는 위치에 표준적으로는 길이 240 mm의 노치(3)를 기계 가공한 시험편을 화살표 방향으로 당기는 딥 노치 시험이 있다.

또한, 지금까지 이 시험에 의하여 주로 판 두께가 50 mm 이하인 선체(船體) 구조용 강판의 용접 이음부에 있어서의 파괴인성값을 평가하고, 그 결과에 기초하여 선체용 강판에 필요한 성능·특성이 논해져 왔다.

그 결과, 용접부의 파괴인성값을 고려한 선체용 강판으로서 취성 파괴 특성과 피로 특성이 우수한 강판(TMCP 강판)이 개발되어 있다 (예를 들면, 일본 공개 특허 공보 평6-88161호 참조).

지금까지, 대형 탱커나 6000 TEU 이하의 컨테이너선의 건조에는 판 두께 50 mm 정도의 TMCP 강판 등이 사용되어 왔는데, 최근 6000 TEU 이상의 대형 컨테이너선 건조에 대한 수요가 많아지고, 그 결과, 판 두께가 60 mm 또는 그 이상인 강판도 선체용 구조 강판으로서 실용화되고 있다.

현재, 실용화되어 있는 선체용 구조 강판의 강도의 상한은 항복강도로 390 MPa 수준이지만, 컨테이너선의 크기가 한층 더 증대되면, 필연적으로 판 두께가 두꺼운(예를 들면 50 mm를 넘는) 강판을 이용하게 될 것이다.

그러나, 강판의 판 두께가 너무 증대되면, 용접 시공 상의 공정 수가 증가하여 건조 비용이 올라가거나 컨테이너선 자체의 중량이 증가하는 등 공업적인 문제가 발생한다.

컨테이너선 등의 용접 구조물의 대형화가 진행되어, 6000 TEU를 초과하는 컨테이너선을 건조하는 경우에 판 두께가 50 mm를 넘고, 또한, 설계 응력이 높은 고장력 후강판을 이용하여 컨테이너선을 건조하는 것이 요망되고 있다.

이에 본 발명자는 용접 이음부가 가장 파괴 발생 가능성이 높은 부위가 될 수 있다는 점을 감안하여, 판 두께가 50 mm 이상인 강판을 맞대기 용접한 대입열 용접 이음부의 성능에 대하여 조사하였다.

그 결과, 판 두께 50 mm 이상의 강판을 맞대기 용접한 대입열 용접 이음부는 소형 시험인 V 노치 샤르피 충격 시험에서 양호한 결과를 나타내더라도, 대형 파괴 시험인 딥 노치 시험에서는 반드시 양호한 파괴인성값(Kc)을 나타내지는 않는다는 것을 알아내었다.

이에 본 발명은 상기 발견에 기초하여 항복강도가 460 MPa 수준(class)이고, 판 두께가 50 mm를 넘는 선체용 용접용 고강도 강판을 맞대기 용접하여 파괴인성값(Kc)이 충분히 높은 용접 이음부를 형성하는 것을 과제로 한다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위하여, 모재와 용접 이음부의 기계적 성질에 대하여 조사하였다.

그 결과, 본 발명자는 용접 이음부에 변형이나 찌그러짐이 집중되는 것을 막기 위하여, 용접 금속의 강도나 경도를 모재의 강도나 경도보다 높게 하는 것을 용접 이음부 형성에 있어서 기본으로 하여 용접 금속을 선정할 때, 모재 강도와 비교하여 오버 매칭되는 종래의 이음부 설계에 구애되지 않는 신규 이음부 설계 기술을 밝혀내었다. 즉, 본 발명자는 대입열 맞대기 용접 이음부의 이음부 설계에 대하여, 용접 금속의 경도를

(al) 모재의 경도의 110% 이하, 또는

(a2) 모재의 경도의 70% 이상, 110% 이하가 되도록 제어하고(언더 매칭이 되는 이음부 설계), 또한 필요에 따라,

(b) 용접 금속의 폭을, 모재 판 두께의 70% 이하로 함으로써 언더 매칭에 의한 이음부 강도의 저하를 방지할 수 있다는 것을 알아내었다.

또한, 상기 발견에 기초하여, 항복강도 460 MPa 수준에서, 판 두께가 50 mm를 넘는(바람직하게는 50 mm 초과 내지 70 mm 정도) 고강도 후강판의 대입열 맞대기 용접에 있어서, 파괴인성값(Kc)이 높은 용접 이음부를 구현하는 기술로서 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a1) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 110% 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.

삭제

(2) 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a2) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 70% 이상 110% 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.

삭제

(3) 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(al) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 110% 이하이며, 또한 (b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.

(4) 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a2) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 70% 이상 110% 이하이며, 또한

(b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.

삭제

(5) 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a1) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 110% 이하이고,

(b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하이며, 또한

(c) 열 영향을 받지 않는 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.

(6) 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a2) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 70% 이상 110% 이하이며,

(b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하이고, 또한

(c) 열영향을 받지 않은 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.

(7)용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a1) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 110% 이하이며,

(c) 열영향을 받지 않은 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상이고, 또한

(d) 용접 용융선과 접하는 용접 영향부(HAZ)의 구오스테나이트 입자 지름이 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.

삭제

(8) 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

삭제

(9) 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a1) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 110% 이하며, (b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하이고,

(c) 열영향을 받지 않은 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상이고, 또한,

삭제

(10) 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a2) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 70% 이상 110% 이하이고,

(b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하이고,

(c) 열영향을 받지 않는 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상이며, 또한

(11) 상기 용접 구조체가 판 두께 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 것인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (10)의 어느 한 항에 기재된 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.

본 발명에 의하면, 항복강도가 460 MPa 수준이고, 판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판, 특히, 선체용 용접용 고강도 강판을 맞대기 용접할 때, 파괴인성값( Kc)이 충분히 높은 용접 이음부를 형성할 수 있다.

도 1은 Kc 값에 미치는 용접 금속과 모재의 경도의 영향을 나타내는 도면이다.

도 2는 이음부 강도에 미치는 용접 금속과 모재의 경도비 및 비드 폭과의 관계를 설명하는 도면이다.

도 3은 판 두께 70 mm의 시험편에 있어서, 용접 금속(WM)과 용접열 영향부(HAZ)와의 경계부(FL) 및 용접열 영향부(HAZ)에 노치를 형성하고, 노치 선단에서의 CTOD(Crack Tip 0penninng Displacement: 균열단 개구 변위)가 0.05 mm가 되는 경우의 노치 선단으로부터 균열 진전 방향으로 소정 거리 떨어진 각 위치에 있어서의 균열 개구 응력 분포를 FEM(3차원 유한요소법)으로 해석한 결과의 일례를 나타내는 도면이다.

도 4는 딥 노치 시험편을 나타내는 도면이다.

[발명을 실시하기 위한 최선의 실시 형태]

지금까지, 용접 이음부의 설계는 용접 이음부에 변형이나 찌그러짐이 집중되는 것을 막기 위하여, 용접 금속의 강도나 경도를 모재보다 높게 하는 것이 기본이었으며, 용접 재료는 그 강도가 모재 강도와 비교하여 오버 매칭되도록 선정되고 있었다.

이에 본 발명자는 항복강도로 460 MPa 수준의 강판을 시작(試作)하고, 용접 금속이 오버 매칭이 되도록 선정한 용접 재료로 용접 이음부를 제작하고, 딥 노치 시험으로 그 기계적 성질을 평가하였다.

그 결과, 상기 용접 이음부는 용접 이음부의 V 노치 샤르피 시험에서는 -20℃의 시험 온도에서 90 J 이상의 충분한 값을 나타내었고, 또한, 파면 천이 온도도 -20℃로 극히 양호한 값을 나타내었음에도 불구하고, 딥 노치 시험에서는 파괴인성값(Kc)이 2000 N/mm ^1.5이하로 극히 낮은 값을 나타내었다.

즉, 본 발명자는 종래부터 알려져 있던「V 노치 샤르피 시험 결과와 딥 노치 시험 결과의 상관관계」로부터 크게 일탈하는 시험 결과를 얻었다.

이에 딥 노치 시험으로의 파괴 발생점을 상세하게 조사한 결과, 본 발명자는

(i) 파괴의 발생 위치는 용접 금속(WM)과 용접열 영향부(HAZ)의 경계(용접 용융선[FL])인 점, 및

(ii) 파괴가 발생한 부분의 미세조직은 샤르피 시험편으로 관찰된 파괴 발생부의 미세조직과 동일한 것을 밝혀내었다.

또한, 본 발명자는 딥 노치 시험과 샤르피 시험에 있어서, 파괴의 원동력(driving force)이 되는 국소 응력의 분포 형태를 3차원 유한요소법으로 해석한 결과,

(iii) 딥 노치 시험과 샤르피 시험에 있어서의 국소 응력의 분포 형태는 현저하게 다른 것을 알아내었다.

도 3에, 판 두께 70 mm의 시험편에 대하여, 용접 금속(WM)과 용접열 영향부(HAZ)와의 경계부(FL) 및 용접열 영향부(HAZ)에 노치를 형성하고 노치 선단으로의 CTOD(Crack Tip 0penninng Displacement: 균열단 개구 변위)가 0.05 mm가 되는 경우의 노치 선단으로부터 균열 진전 방향으로 소정 거리 떨어진 각 위치에 있어서의 균열 개구 응력 분포를 FEM(3차원 유한요소법)으로 해석한 결과의 일례를 나타낸다.

도 3으로부터, (iv) 판 두께가 50 mm 초과 70 mm 정도가 되면, 판 두께 방향으로의 구속도(힘)가 현저하게 증대되고, 용접 금속(WM)의 강도가 모재(BM)나 용접열 영향부(HAZ)의 강도보다 높으면(WM-H의 경우) 국소 응력이 용접 금속(WM)과 용접열 영향부(HAZ)의 경계에서 현저하고 증대되는 것을 알 수 있다(도 중, □ [WM-H] 및 ■ [WM-L], 참조).

한편, 용접 금속(WM)의 강도가 모재(BM)나 용접열 영향부(HAZ)의 강도보다 높은 경우(WM-H의 경우)에도, 용접열 영향부(HAZ)에서는 국소적인 응력은 증대되지 않고, 용접 금속(WM)의 강도가 낮은 경우(WM-L의 경우)와 거의 같게 된다. 이것으로부터, Kc값이 저하되는 이유는 용접 금속(WM)의 강도가 모재(BM)나 용접열 영향부(HAZ)의 강도보다 높은 경우(WM-H의 경우)에, 용접 금속(WM)과 용접열 영향부(HAZ)의 경계에서 국소적인 응력이 증대되기 때문이라고 생각할 수 있다.

즉, 상기 해석의 결과, 본 발명은, (V) 용접 금속(WM)과 용접열 영향부(HAZ)의 경계에서의 국소 응력의 현저한 증대를 억제하고, Kc값을 향상시키려면 용접 금속(WM)의 강도를 가능한 한 낮게 할 필요가 있다는 것을 알아내었다.

이 때, 상기 해석 결과를 기초로, 용접 금속의 경도(Hv(WM))를 여러 가지로 변화시키고, 파괴인성값(Kc)을 측정하고, Kc 측정치를“용접 금속의 경도[Hv(WM)]/모재의 경도[Hv(BM)]"에 대하여 플롯한 결과, 도 1 중 「●」에 나타내는 바와 같이, 용접 금속 경도[Hv(WM)]를 모재 경도[Hv(BM)]의 110% 이하로 억제하면 국소적인 응력의 증대에 의한 파괴인성값의 저하를 방지할 수 있다는 것을 알게 되었다.

이와 같이, 용접 금속 경도[Hv(WM)]를 모재 경도[Hv(BM)]보다 낮게 하는 것이 용접 이음부의 파괴인성값(Kc)을 향상시키는데 필요하다는 것을 알아내었지만, 용접 금속 경도[Hv(WM)]를 저하시키면, 한편으로, 용접 이음부의 강도(인장 강도)를 확보하지 못하여 구조물이나 구조체로서 치명적인 문제를 일으키게 된다.

이에 용접 이음부에 있어서도 모재의 강도와 동일한 정도의 강도를 확보하기 위하여 필요한 용접 금속의 강도 하한을 실험적으로 검토하였다. 그 결과, 도 2에 나타내는 바와 같이, 용접 금속의 폭(비드 폭)의 영향이 현저한 바, 그 폭을 판 두께의 70% 이하로 한정하면, 용접 금속 경도[Hv(WM)]를 모재 경도[Hv(BM)]의 70% 까지 저감하여도, 용접 이음부의 강도(인장 강도)를 확보할 수 있다는 것을 알아내었다.

용접 이음부에 있어서 소정의 파괴인성값(Kc)을 확보하기 위해서는 용접 이음부의 가장 취약한 부분인 용접 용융선(FL)에 국소 응력이 증대되지 않도록 하는 것이 중요하다는 것은 전술한 바와 같으며, 동시에 FL 근방에서의 미시적인 내취성 파괴 발생 특성을 향상시키는 것이 중요하다.

FL 근방에서 취성 파괴가 발생하는 메카니즘을 조사, 검토한 결과, 구오스테나이트 주변에 생성되는 초석 페라이트나 구오스테나이트 내부에 라스(lath)상으로 생성되는 상부 베이나이트나 페라이트 사이드 플레이트 등이 파괴의 기점이 되는 것을 밝혀내고 구오스테나이트 입자 지름을 작게 억제함으로써 내취성 파괴 발생 특성을 개선할 수 있는 것을 알아내었다.

본 발명자의 실험 결과에 의하면, 용접 용융선(FL)과 접하는 용접열 영향부(HAZ)의 구오스테나이트 입자 지름을 200 ㎛ 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명자는 용접 금속에 접하는 용접 용융선(FL)에 있어서의 국소 응력의 발생 내지 분포는 용접 금속의 경도에 의하여 지배되지만, FL에 접하고 있는 HAZ 영역에 있어“연화되어 있는 영역"이 큰 경우에는 FL의 국소 응력이 완화되는 경향이 있다는 것을 알아내었다.

본 발명자의 실험 결과에 의하면, HAZ 연화 폭이 5 mm 이상 존재하였을 경우에, 상기 완화 현상이 발생하는 것이 인정되었으므로 HAZ 연화 폭은 5 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

HAZ부의 경도가 모재의 경도보다 낮으면 원리적으로 국소 응력은 저감되지만, 본 발명자의 실험 결과에 의하면, 국소 응력 저감 효과가 명확하게 인정되는 것은 HAZ부의 경도가 모재의 경도보다 5% 이상 낮아진 경우이다.

그러므로, 본 발명에 있어서는 열영향을 받지 않은 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접열 영향부 영역의 폭을 5 mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용하는 용접 구조체나 선체 외판용의 고강도 강판은 공지의 성 분 조성의 용접용 구조용 강으로부터 제조한 것이면 된다.

예를 들면, 질량%로, C: 0.02 내지 0.20%, Si: 0.01 내지 1.0%, Mn: 0.3 내지 2.0%, Al: 0.001 내지 0.20%, N: 0.02% 이하, P: 0.01% 이하, S: 0.01% 이하를 기본 성분으로 하고, 모재 강도나 이음부 인성의 향상 등 요구되는 성질에 따라, Ni, Cr, Mo, Cu, W, Co, V, Nb, Ti, Zr, Ta, Hf, REM, Y, Ca, Mg, Te, Se, B 중의 1종 또는 2종 이상을 함유한 강이 바람직하다.

강판의 판 두께는 특히 한정하지 않지만, 본 발명은 예를 들면, 판 두께가 5Omm를 넘는 대형 선체 외판용의 고강도 강판에 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 용접 재료도 본 발명에서 규정하는 특성을 만족하면 되고 그 화학 성분이나 용접 방법이 한정되는 것은 아니다.

또한, 용접 재료의 화학 성분으로서는 C: 0.01 내지 0.06%, Si: 0.2 내지 1.0%, Mn: 0.5 내지 2.5%, Ni: 0 내지 4.0%, Mo: 0 내지 0.30%, Al: 0 내지 0.3%, Mg: 0 내지 0.30%, Ti: 0.02 내지 0.25%, B: 0 내지 0.050%의 범위가 바람직하지만, 강재의 화학 성분도 고려하여 적절하게 선택하면 좋다.

용접 방법으로서는 VEGA(1 전극 요동식 일렉트로 가스 용접), VEGA-II(2 전극 요동식 일렉트로 가스 용접), EG(일렉트로 가스 용접), 및, SAW(서브머지드 아크 용접)를 이용한다.

예를 들면, VEGA-II에서는 상기 화학 성분의 범위의 용접 와이어를 2개 사용하여 판 두께 70 mm의 강판을 용접하는 경우에는 전압 42V, 전류 390A, 용접 속도 4.2 m/분, 용접 입열 450kJ/cm 이상으로 용접을 실시한다. 또한, 개선 각도는 20˚, 개선 폭은 33 mm, 루트 갭은 8 mm로 하는 것이 바람직하다.

또한, SAW로 판 두께 70 mm의 강판을 용접하는 경우에는 직경 4.8 mm의 용접 와이어를 이용하여 전류 650A, 전압 33V, 용접 속도 60cm/분으로 다층 용접하거나 또한, 이면을 동이나 석면(asbestos)으로 배킹(backing)하고, 전류를 더 올려 대입열 용접한다.

CO₂ 용접의 경우에는 예를 들면, 직경 1.4 mm의 용접 와이어를 사용하여, 전류 200 내지 450A 정도로 용접하지만, 이것들은 일례이며, 적절한 용접 조건을 선택하고, 용접 금속의 경도나 비드 폭을 본 발명에 규정하는 소정의 범위로 제어하면 본 발명의 효과를 얻을 수 있다.

결국, 용접 조건은 용접 금속의 경도나 비드 폭이 본 발명에서 규정하는 소정의 범위로 적확하게 제어되면, 특히 한정되지 않지만 소모식 전극형 일렉트로 가스 용접 등으로는 비드 폭이 판 두께 이상이 되므로 이 경우는 본 발명의 범위 외가 된다.

레이저 용접이나 전자빔 용접에서는 용접 비드의 폭을 판 두께 이하로 용이하게 제어할 수 있으므로, 용접 비드 폭과 함께 용접 금속의 경도를 본 발명에서 규정하는 소정의 범위 내로 제어하면, 이 경우는 본 발명의 범위 내가 된다.

그러나, 통상, 용접 재료를 사용하지 않는 용접에서는 모재 부분의 용융, 응고 과정만으로 형성되는 용접 금속이 되어, 용접 금속의 경도가 모재부보다 높아지기 쉬우므로, 용접 금속의 경도가 본 발명에 규정하는 소정의 범위의 범위 외이면, 본 발명의 범위 외이다.

이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하지만, 실시예에 있어서의 조건은 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 하나의 조건 예이며, 본 발명은 상기 조건 예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고 본 발명의 목적을 달성하는 한, 여러 가지 조건 내지 조건의 조합을 채용할 수 있는 것이다.

(실시예 1)

판 두께 50 mm 내지 100 mm의 후강판을 준비하여 용접 이음부의 특징 및 성능을 시험, 조사하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 사용한 강재(후강판)의 화학 성분(강종) 및 맞대기 용접부의 용접 재료의 화학 성분을 각각 표 3 및 표 4에 나타낸다. 용접 방법은 VEGA, VEGA-II, EG 및 SAW를 사용하였다. 각각의 용접 조건을 표 2에 나타낸다.

또한, 개선에 대하여, VEGA의 경우는 개선 각도 20˚의 V자 개선으로 하고, 루트 갭을 8 mm로 하고, VEGA-II 및 EG의 경우에는 개선 각도 20˚의 V자 개선으로 하고, 루트 갭을 8 mm로 하고, SAW의 경우는 개선 각도 40˚의 Y자 개선으로 하고, 루트 갭을 2 mm로 하였다.

Hv(BM)는 10 ㎏의 압흔에 의하여 측정한 모재의 판 두께 방향에 있어서의 경도의 평균치이다. Hv(WM)는 용접 금속의 판 두께 중앙부에서, 10 ㎏의 압흔에 의하여 측정한 경도의 값이다.

비드 폭은 용접 금속의 표면, 이면 및 판 두께 중심의 3개의 부분에서 측정한 평균치이다.

HAZ 연화 폭은 모재의 경도보다 5% 연화한 HAZ 영역을 용접 용융선으로부터 모재 방향으로 측정한 때의 영역의 폭이다.

HAZ의 구오스테나이트 입자 지름은 용접 용융선에 접하는 HAZ부에서의 구오스테나이트 입자를 원 상당 지름으로 표기한 것이다.

용접 이음부의 성능에 관하여, 파면 천이 온도 vTrs(℃)는 용접 이음부의 가장 취약한 부분인 용접 용융선(FL)이 시험편의 판 두께 중앙이 되도록 채취한 시험편을 이용하여 시험 온도를 변화시켜 구한 결과이다.

파괴인성값(Kc)(N/mm^1.5)은 전술한 딥 노치 시험에 있어서, -20℃의 시험 온도에서 구한 값이며, 「>」표를 부기한 값은 시험편의 노치 부분에서 충분히 변형되어 연성 균열의 흔적이 확인된 것이고, 시험편 폭이 400 mm 이기 때문에 그 이상의 Kc값를 계측할 수 없었던 것이다.

이음부 인장 강도(MPa)는 NKU1호 시험편을 제작하여 이음부 인장 시험을 실시한 결과이며, 파단한 강도를 나타내는 것이다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명 예의 No. 1 내지 17은 각종 조건이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 것이고, Kc값이 충분한 값을 나타내고 있다.

이러한 본 발명 예 중에서, No. 1 내지 14는 Hv(WM) /Hv(BM) 및 비드 폭/판 두께, HAZ 연화 폭이 본 발명의 범위 내에 있으므로, 용접 이음부의 Kc값 및 이음 부 인장 강도는 모두 충분한 값을 나타내고 있다.

또한, 본 발명예 No. 14는 HAZ 연화 폭이 본 발명의 바람직한 범위보다 작기 때문에 Kc값이 본 발명예의 No. 1 내지 13과 비교하여 약간 낮기는 하지만 그렇다고 하더라도 3000 N/mm^1.5이상의 양호한 값을 나타내고 있다.

본 발명예 No. 15는 샤르피 시험에 의한 vTrs가 본 발명 예의 No. 1 내지 14와 동일한 정도의 레벨인 것에 대응하고, Kc값이 충분한 값이지만, Hv(WM) /Hv(BM)의 바람직한 범위보다 낮기 때문에 이음부 강도가 낮은 것이다.

본 발명예 No. 16 및 17은 비드폭/판 두께가 본 발명의 바람직한 범위를 넘기 때문에 이음부 강도가 낮은 것이다.

이것에 대해서, 비교예 No. 18 내지 22는 Hv(WM) /Hv(BM)가 본 발명에서 규정하는 상한치를 넘기 때문에, 샤르피 시험에 의한 vTrs가 본 발명예의 No. 1 내지 17과 동일한 정도의 레벨에 있는 것임에도 불구하고, 용접 이음부의 Kc값이 낮은 것이다.

따라서, 본 발명은 YP가 470 MPa 이상의 고강도이고, 또한, 판 두께가 50 mm 이상인 후강판의 용접 이음부에 있어서, 적절한 Kc값를 확보하는데 적용되는 것이며, 이 점에 있어서 본 발명은 신규한 발명이다.

본 발명에 의하면, 고강도이고 또한 판 두께가 두꺼운 고강도 강판의 대입열 용접 이음부에 있어서, 만일, 용접 결함이 존재하거나, 피로 균열이 발생, 성장하여도, 취성 파괴가 발생하기 어렵기 때문에, 용접 구조체가 파괴하는 치명적인 손상, 손괴를 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명은 용접 구조체의 안전성을 현저하게 높인다고 하는 현저한 효과를 제공하는 것이며, 산업상의 이용가치가 높은 발명이다.

Claims

판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a1) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 65% 이상, 110% 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.
판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a2) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 70% 이상 110% 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.
판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(al) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 65% 이상, 110% 이하며, 또한 (b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.
판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a2) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 70% 이상 110% 이하이며, 또한

(b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.
판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a1) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 65% 이상, 110% 이하이고,

(b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하이며, 또한

(c) 열 영향을 받지 않는 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접열 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상, 18 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.
판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a2) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 70% 이상 110% 이하이며,

(b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하이고, 또한

(c) 열영향을 받지 않은 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접열 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상, 18 ㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.
판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a1) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 65% 이상, 110% 이하이며,

(c) 열영향을 받지 않은 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접열 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상, 18 ㎜ 이하이고, 또한

(d) 용접 용융선과 접하는 용접열 영향부(HAZ)의 구오스테나이트 입자 지름이 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.
판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a2) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 70% 이상 110% 이하이며,

(c) 열영향을 받지 않은 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접열 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상, 18 ㎜ 이하이고, 또한

(d) 용접 용융선과 접하는 용접열 영향부(HAZ)의 구오스테나이트 입자 지름이 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.
판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a1) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 65% 이상, 110% 이하며, (b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하이고,

(c) 열영향을 받지 않은 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접열 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상, 18 ㎜ 이하이고, 또한,

(d) 용접 용융선과 접하는 용접열 영향부(HAZ)의 구오스테나이트 입자 지름이 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.
판 두께가 50 mm를 넘는 고강도 강판을 맞대기 용접한 용접 구조체의 맞대기 용접 이음부에 있어서,

(a2) 용접 금속의 경도가 모재의 경도의 70% 이상 110% 이하이고,

(b) 용접 금속의 폭이 모재 판 두께의 70% 이하이고,

(c) 열영향을 받지 않는 모재부의 경도의 95% 이하의 경도로 연화되어 있는 용접열 영향부 영역의 폭이 5 mm 이상, 18 ㎜ 이하이며, 또한

(d) 용접 용융선과 접하는 용접열 영향부(HAZ)의 구오스테나이트 입자 지름이 200㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내취성 파괴 발생 특성이 우수한 대입열 맞대기 용접 이음부.
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