KR101143132B1 - 플럭스 코어드 아크 용접이음부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세한 복합개재물을 균일하게 분포시키고, 미세조직 및 입경을 제어함으로써, 우수한 항복강도, 저온 충격인성 및 CTOD값을 갖는 플럭스 코어드 아크 용접이음부를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 중량 %로, C: 0.01~0.1%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.5~2.0%, Ti: 0.02~0.08%, Ni: 0.01~3.0%, Mo: 0.5%이하(0은 제외), B: 0.0005~0.0060%, Nb: 0.02%이하(0은 제외), V: 0.02%(0은 제외), N: 0.002~0.010%, P: 0.020%이하(0은 제외), S: 0.020%이하(0은 제외), O: 0.03~0.08%, Al: 0.001~0.010%, Cu: 0.5%이하(0은 제외), Zr+Mg: 0.001~0.020%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Y: 0.0005~0.010% 및 REM: 0.0005~0.010%로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하며, 0.01≤(Y+REM)/Ti≤0.30 및 0.5≤(Ti+Y+REM+Zr+Mg)/(O+S)≤2.0의 관계를 만족하는 플럭스 코어드 아크 용접이음부를 제공한다.
본 발명에 따르면, 420MPa 이상의 고강도 물성을 가지면서 동시에 우수한 저온 충격인성과 저온 CTOD 성능을 갖는 플럭스 아크 용접이음부를 제공할 수 있다.

Description

플럭스 코어드 아크 용접이음부{FLUX CORED ARC WELDED JOINT}

본 발명은 해양구조물, 에너지, 조선, 건축, 교량 및 압력용기 등의 고장력강을 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)함으로써 얻을 수 있는 플럭스 코어드 아크 용접이음부(Flux Cored Arc Welded Joint)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 저온 충격인성 및 CTOD 특성, 고강도 및 고인성을 갖는 플럭스 코어드 아크 용접이음부에 관한 것이다.

최근 선박과 해양구조물이 적용되는 한냉지 또는 심해지역은 그 범위가 확대되고 있으며, 이러한 한냉지용 해양구조물은 한번의 사고로 인해 치명적인 환경재해 및 경제손실로 이어질 수 있기 때문에 요구성능이 매우 엄격하다. 또한, 상기 해양구조물이 대형화되고 있는 추세에 따라, 고강도 후물강재를 건전하고 효율적으로 제작하기 위해서는 용접이 불가피하며, 이들 강재를 용접하는 방법으로 가장 널리 사용되는 용접기술이 바로 플럭스 코어드 아크 용접(Flux Cored Arc Weld, FCAW)기술이다.

해양구조물의 용접에는 항복점(YP) 320~420MPa, 항복강도(YS) 460~560MPa급 등의 폭넓은 강도의 용접재료가 적용되는데, 이러한 고강도 후물 강재가 가혹한 환경에서 사용될 때에는 해양구조물 특유의 설계요구를 만족시켜야만 한다. 특히, 해양구조물의 제작시 가장 취약한 부분으로 알려진 용접이음부의 요구강도와 -40℃ 또는 -60℃에서의 저온인성 및 CTOD에 대한 요구가 엄격하기 때문에 해양구조물의 용접에는 저온인성의 확보가 가능한 용접재료가 주로 적용되어야 한다.

일반적으로, 용접시 형성되는 용접이음부는 용접재료가 용융되면서 일부 강재가 희석되어 용융풀을 형성하다가 이후 응고하면서 조대한 주상정 조직으로 발달한다. 또한, 용접이음부는 조대한 오스테나이트 결정입계를 따라서 조대한 입계 페라이트, 위드만스테텐 페라이트(Widmanstatten ferrite), 마르텐사이트 및 도상 마르텐사이트(M-A, Martensite Austenite constituent)등이 형성되어 충격인성이 가장 열화되는 부위이다.

따라서, 해양구조물용 용접재료 대부분은 -40℃~-60℃ 정도까지의 샤르피 저온 충격 인성을 확보하기 위해 탈산, 탈질, 탈수소 원소의 첨가와 함께 Ni, Ti 및 B 등의 합금 원소 복합 첨가를 통한 용접금속조직의 미세화가 필요하다. Ti-B-Ni 복합첨가에 의한 인성 향상수단은 CTOD를 비롯한 고인성 요구에 대응하기 위해 1980년대초에 개발, 실용화가 이루어져 왔으며, 현재 YP550MPa급 이하의 다양한 용접재료에서 채용되고 있다. Ti-B-Ni 복합첨가에 의한 조직미세화의 메커니즘은 Ni에 의한 기지(matrix) 강인화, 고용 B의 구오스테나이트 입계 편석(Segregation)에 의한 초석페라이트(Pro-eutectoid Ferrite) 생성 억제작용과 Ti, B, 산화물 및 질화물을 통한 오스테나이트 입내에서의 미세 페라이트 생성등이 알려져 있다.

상기한 바와 같이, 용접구조물의 안정성을 확보하기 위해서는 용접이음부의 미세조직을 제어하여 용접이음부의 충격인성을 확보할 필요가 있다. 이를 해결하기 위한 수단으로는, 용접재료의 성분을 규정한 기술로 예를 들어, 일본 특허공개공보 평8-10982호 및 일본 특허공개공보 평11-170085호 등이 있지만 상기 발명에서는 용접금속의 미세조직 및 입경 등을 제어하지 못하므로 용접재료의 충분하고 안정적인 용접이음부 인성을 확보하기가 어렵다.

본 발명은 미세한 복합개재물을 균일하게 분포시키고, 미세조직 및 입경을 제어함으로써, 우수한 항복강도, 저온 충격인성 및 CTOD값을 갖는 플럭스 코어드 아크 용접이음부를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 중량 %로, C: 0.01~0.1%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.5~2.0%, Ti: 0.02~0.08%, Ni: 0.01~3.0%, Mo: 0.5%이하(0은 제외), B: 0.0005~0.0060%, Nb: 0.02%이하(0은 제외), V: 0.02%(0은 제외), N: 0.002~0.010%, P: 0.020%이하(0은 제외), S: 0.020%이하(0은 제외), O: 0.03~0.08%, Al: 0.001~0.010%, Cu: 0.5%이하(0은 제외), Zr+Mg: 0.001~0.020%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Y: 0.0005~0.010% 및 REM: 0.0005~0.010%로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하며, 0.01≤(Y+REM)/Ti≤0.30 및 0.5≤(Ti+Y+REM+Zr+Mg)/(O+S)≤2.0의 관계를 만족하는 플럭스 코어드 아크 용접이음부를 제공한다.

상기 용접이음부는 개재물을 포함하고, 0.01~0.8㎛의 평균크기를 갖는 (Ti,Y,REM)-옥사이드 및 (Ti,Y,REM,Zr,Mg)-O,S계 개재물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 복합개재물을 전체 개재물에 대하여 65면적%이상 포함하는 것이 바람직하다.

상기 용접이음부는 구오스테나이트의 평균입자의 폭 크기가 400㎛이하인 것이 바람직하다.

상기 용접이음부는 하기 식으로 표현되는 P_GB(입계페라이트 생성계수)가 15이하인 것이 바람직하다.

P_GB = 18.3 + 152*Ti - 17.9*Mn -3149*B + 426*O

상기 용접이음부의 미세조직은 면적분율로 86%이상의 침상페라이트와 잔부 입계페라이트로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 고강도 물성을 가지면서 동시에 우수한 저온 충격인성과 저온 CTOD 성능을 갖는 플럭스 아크 용접이음부를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 발명재 1(a)과 비교재 1(b)의 복합개재물 분포를 나타내는 미세조직 사진이다.
도 2는 V 개선으로 FCAW 처리된 용접이음부를 나타내는 사진이다.

본 발명자들은 연구와 실험을 통해, 입내 침상페라이트의 분율이 증가할수록 용접이음부의 저온 충격인성 및 저온 CTOD값 향상에 효과적이며, 상기 입내 침상페라이트에 영향을 미치는 개재물 중 특히, (Ti,Y,REM)-옥사이드 및 (Ti,Y,REM,Zr,Mg)-O,S계 개재물을 제어하고, 이에 더하여 유효 B와 Ti, Al, Nb 및 V를 제어함으로써, 우수한 저온 충격인성 및 저온 CTOD값을 가짐과 동시에 높은 항복강도 및 인성을 갖는 용접이음부를 제공할 수 있다는 점을 인지하였고, 그 결과에 기초하여 본 발명을 완성하게 되었다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

C(탄소): 0.01~0.1중량%

C는 용접금속의 강도를 확보하고, 용접경화성을 확보하기 위하여 필수적인 원소이다. 그러나 C함량이 0.01%미만으로 첨가될 경우, 상기 효과를 발휘하기 어렵고, 0.1%를 초과하게 되면, 용접시 용접부 저온균열이 발생하기 쉽고, 용접금속부 충격인성이 크게 저하되는 문제점이 있다.

실리콘(Si): 0.1~0.5중량%

Si의 함량이 0.1% 미만인 경우에 용접금속내의 탈산효과가 불충분하고 용접금속의 유동성을 저하시키며, 0.5%를 초과하는 경우에는 용접금속내의 도상 마르텐사이트(M-A constituent)의 변태를 촉진시켜 저온 충격인성을 저하시키고 용접균열감수성에 영향을 미치는 단점이 있다.

망간(Mn): 0.5~2.0중량%

Mn은 용접금속부에서 탈산작용 및 강도를 향상시키는 필수원소로 TiO-(Ti,Me)O 복합산화물 주위에 MnS형태로 석출하여 인성개선에 유리한 침상 페라이트의 생성을 촉진시키는 역할을 한다. 또한 Mn은 기지조직내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용 강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데, 이를 위해서는 0.5%이상 함유되는 것이 바람직하다. 그러나, 2.0%를 초과할 경우 저온변태조직을 생성시키기 때문에 바람직하지 못하다.

티타늄(Ti): 0.02~0.08중량%

Ti는 O와 결합하여 미세한 Ti산화물을 형성시킬 뿐만 아니라 미세 TiN석출물을 형성시키기 때문에 본 발명에서는 필수불가결한 원소이다. 이러한 미세한 TiO산화물과 (Ti,Y,REM)-옥사이드, (Ti,Mn,Zr,Y,REM)-O,S 및 TiN복합석출물 효과를 얻기 위해서는 Ti을 0.020%이상 첨가하는 것이 바람직하나, 0.08%를 초과하면 조대한 TiO산화물 및 복합석출물이 형성되어 바람직하지 못하다.

니켈(Ni): 0.01~3.0중량%

Ni는 고용강화에 의해 매트릭스(matrix)의 강도와 인성을 향상시키는 필수적인 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Ni 함유량이 0.01%이상으로 함유되는 것이 바람직하지만, 3.0%를 초과하는 경우에는 소입성을 크게 증가시키고, 고온균열 발생의 가능성을 증가시키기 때문에 바람직하지 못하다.

몰리브덴(Mo): 0.5중량%이하(0은 제외)

Mo는 기지의 강도를 향상시키는 원소이지만, 0.5%를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화되고, 용접경화성이 크게 증가하여 마르텐사이트 변태를 촉진시켜 용접 저온균열 발생 및 인성을 저하시키는 단점이 있다.

보론(B): 0.0005~0.0060중량%

B는 소입성을 향상시키는 역할을 행한다. 또한, 용접이음부에 균일하게 분산되어 있는 복합개재물과는 별도로 고용되며, 결정입계로 확산되어 결정입계의 에너지를 낮게하여 결정입계에서 입계 페라이트 변태를 억제하는 역할을 한다. 상기 효과를 위해 0.0005%이상을 함유하는 것이 바람직하지만, 0.0060%를 초과하면 그 효과가 포화되고 용접경화성이 크게 증가하여 베이나이트 및 마르텐사이트 변태를 촉진시켜 용접 저온균열 발생 및 인성을 저하시키기 때문에 바람직하지 못하다.

니오븀(Nb) 및 바나듐(V): 0.02중량%이하(0은 제외)

용접금속부의 V과 Nb함량이 각각 0.02%를 초과할 경우, 용접이음부에서는 V(C,N), Nb(C,N) 석출물이 형성되어 용접금속부 입계 페라이트 형성을 조장하고 용접금속부에 카바이드(Carbide)와 같은 경화상을 형성시켜 용접금속부의 인성에 나쁜 영향을 미치기 때문에 용접 와이어의 설계에서는 V 및 Nb 각각의 함량을 0.02% 이하로 한정한다.

질소(N): 0.002~0.010중량%

N은 TiN 및 VN 석출물 등을 형성시키는데 필수불가결한 원소로, 미세 TiN 및 VN 석출물의 양을 증가시킨다. 특히 TiN, VN 석출물 크기 및 석출물 간격, 석출물 분포, 산화물과의 복합석출 빈도수, 석출물 자체의 고온 안정성 등에 현저한 영향을 미치기 때문에, 그 함량은 0.002%이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 하지만, 질소함량이 0.010%를 초과하면 그 효과가 포화되며, 용접금속내에 존재하는 고용질소량의 증가로 인해 인성저하를 초래할 수 있다.

인(P): 0.020중량%이하(0은 제외)

P는 용접시 고온균열을 조장하는 불순원소이기 때문에 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하며, 그 상한은 0.020%이하로 한정하는 것이 바람직하다.

황(S): 0.020중량%이하(0은 제외)

S는 MnS의 복합석출물을 석출시키는 원소이나, 0.020%를 초과하는 경우 FeS 등의 저융점화합물을 형성시켜 고온균열을 유발시킬 수 있기 때문에 바람직하지 못하다.

산소(O): 0.03~0.08중량%

O는 용접금속부 응고중 Ti와 반응하여 Ti산화물을 형성시키는 원소로, Ti산화물은 용접금속내에서 침상페라이트의 변태를 촉진시킨다. O함유량이 0.03% 미만이면 Ti산화물을 용접금속부에 적절히 분포시키지 못하며, 0.08%를 초과하면 조대한 Ti산화물 및 기타 FeO 등의 산화물이 생성되어 용접금속부 충격인성에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.

알루미늄(Al): 0.001~0.010중량%

Al은 탈산제로서 용접금속내에 산소량을 감소시키기 위해 필요한 원소이며, 고용질소와 결합하여 미세한 AlN 석출물을 형성시키기 위해서는 Al 함량을 0.001%이상으로 한정하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.010%를 초과하면 조대한 Al₂O₃를 형성시켜 인성개선에 필요한 TiO산화물의 형성을 방해하는 문제점이 있다.

구리(Cu): 0.5중량%이하(0은 제외)

Cu는 기지에 고용되어 고용강화 효과로 인하여 강도 및 인성을 확보하기 위해서 유효하지만, 0.5%를 초과하는 경우에는 용접금속부에서 경화성을 증가시켜 인성을 저하시키기 때문에 바람직하지 못하다. 또한, Cu와 Ni을 복합첨가하는 경우 이들의 합계는 3.5%미만으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 3.5%를 초과하는 경우에 소입성이 커져서 인성 및 용접성에 악영향을 초래하기 때문이다.

질코늄(Zr)+마그네슘(Mg): 0.001~0.020중량%

Zr 및 Mg는 탈산, 탈질 원소로 Ti 및 Y, REM 등과 함께 복합석출 개재물을 형성해 고온 등축정 응고 및 초석 페라이트 핵생성 시드 역할을 행하므로, 상기 Zr와 Mg는 그 합의 함량이 0.001%이상으로 첨가되는 것이 바람직하나, 0.020%를 초과할 경우, 그 효과가 포화되고 내부산화물이 조대화되어 용접금속부 인성에 나쁜 영향을 미칠 수 있는 단점이 있다.

이트륨(Y): 0.0005~0.010중량%

Y는 용접시 아크를 안정시키고 용접후 주상정 응고를 억제하고 등축정 응고를 촉진하여 응고과정에서 오스테나이트 결정립의 조대화를 방지하고, 옥사이드와 설파이드의 고용억제 및 개재물 미세화와 균일한 분포를 유도하며 (Ti,Mn,Zr,Y,REM)-O,S계의 복합개재물을 통해 침상페라이트 변태를 촉진하기 때문에 0.0005% 이상으로 첨가하지만, 0.010%이상 첨가시 용접금속부의 베이나이트변태를 촉진시켜 저온인성에 나쁜 영향을 미치기 때문에 바람직히지 못하다.

희토류원소(REM): 0.0005~0.010중량%

REM은 용접금속부에서 산화물을 형성시켜 오스테나이트 결정립 성장을 억제하고 입내 페라이트변태를 촉진시킨다. 이를 위해, REM은 0.0005%이상 첨가하는 것이 좋으나, REM이 0.010%를 초과하는 경우 대형 산화물을 형성하여 인성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 상기 REM으로서 Ce, La 및 Hf 중 1종 또는 2종이상을 사용하여도 무방하고, 어느 것을 사용하여도 상기 효과를 얻을 수 있다.

0.01≤(Y+REM)/Ti≤0.30

(Y+REM)/Ti 비가 0.01미만인 경우에는 용접금속내에 오스테나이트 결정립 성장억제 및 침상페라이트변태에 요구되는 (Ti,Y,REM)-O,S 복합개재물 형성 불충분하며, TiO 산화물내의 함유하는 Y 및 REM비율이 작아져서 등축정형성과 오스테나이트 미세화 및 침상 페라이트 핵생성 자리로서의 기능을 상실하여 인성개선에 유효한 효과가 나타나지 않는다. 반면, (Y+REM)/Ti의 비가 0.30을 초과의 경우에는 용접금속내에 과다하게 Ti, Y 및 REM이 고용됨에 따라 용접금속부의 인성을 저하하게 된다.

0.5≤(Ti+Y+REM+Zr+Mg)/(O+S)≤2.0

(Ti+Y+REM+Zr+Mg)/(O+S)비가 0.5미만인 경우에는 용접금속내에 오스테나이트 결정립 성장억제 및 침상페라이트변태에 요구되는 (Ti,Y,REM)-옥사이드 및 (Ti,Mn,Y,REM,Zr,Mg)-O,S계 개재물등의 복합개재물 형성이 불충분하며, TiO 산화물내의 함유하는 Ti비율이 작아져서 침상 페라이트 핵생성 자리로서의 기능을 상실하여 인성개선에 유효한 침상페라이트 상분율이 저하된다. 반면, (Ti+Y+REM+Zr+Mg)/(O+S)의 비가 2.0을 초과하는 경우에는 용접금속내에 조대한 복합개재물을 다량 생성 또는 성장시킴에 따라 용접금속부의 충격 및 파괴인성이 저하된다.

본 발명이 제안하는 상기 성분계를 갖는 용접이음부는 0.01~0.8㎛의 평균크기를 갖는 (Ti,Y,REM)-옥사이드 및 (Ti,Y,REM,Zr,Mg)-O,S계 개재물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 복합개재물을 포함하는 것이 바람직하며, 이 때, 상기 복합개재물의 분율은 전체 개재물에 대하여 65면적%이상인 것이 바람직하다. 0.01~0.8㎛의 복합개재물이 65면적%이상 용접부에 미세하게 균일분포된 경우, 입내 침상페라이트의　핵생성 자리로서 기능을 발휘하여 용접부 강도 및 인성개선에 유효한 미세 침상페라이트의 상분율이 증가에 유효하지만, 65%미만인 경우 오스테나이트에서의 입내 침상페라이트 핵생성 자리로서의 기능이 불충분하여 구오스테나이트 입계에서의 조대한 입계페라이트 및 위드만스테텐 페라이트조직 등이 증가하게 되어 저온인성이 저하하게 된다.

또한, 상기 용접이음부는 구오스테나이트의 평균입자의 폭 크기가 400㎛이하인 것이 바람직하다. 상기 입자의 폭 크기가 400㎛이하인 경우, 노치 및 크랙 선단에서의 다방정화로 인해 파괴전파에 대한 저항성이 증가하게 되어 저온 충격 및 CTOD성능 향상에 유효하지만, 400㎛를 초과하는 경우 노치 및 크랙 선단에서의 파괴전파에 대한 저항성이 낮아지게 되므로 -40℃ 이하의 저온 충격 및 CTOD성능이 급격히 저하하게 된다. 상기 언급한 다방정화란 미세조직이 미세해짐에 따라, 조직들의 방향이 일정하지 않고 대경각을 이루면서 여러 방향으로 형성되는 것을 의미한다.

상기 용접이음부는 P_GB = 18.3 + 152*Ti - 17.9*Mn -3149*B + 426*O로 표현되는 P_GB(입계페라이트 생성계수)가 15이하인 것이 바람직하다. 상기 P_GB가 15이하인 경우, 침상페라이트의 분율을 증가시킬 수 있으며, 인성이 양호힌 침상페라이트 조직을 얻을 수 있다. 반면, 15를 초과하는 경우, 입계페라이트 및 위드만스테텐(Widmanstaten) 페라이트 등의 조대한 조직이 형성되어 저온인성을 확보할 수 없는 문제점이 있다.

상기 용접이음부의 미세조직은 면적분율로 86%이상의 입내 침상페라이트와 잔부 입계페라이트로 이루어지는 것이 바람직하다. 침상페라이트 분율이 86%이상인 경우, 용접부 강도 및 인성개선에 유효한 미세한 침상페라이트가 미세조직을 지배하게 되어 저온 충격 및 CTOD성능을 보다 향상시키지만, 86%미만인 경우 오스테나이트에 조대한 입계페라이트 및 위드만스테텐 페라이트조직 등이 증가하여 저온 노치충격 인성 및 CTOD파괴 저항성이 저하하게 되어 저온인성을 충분히 확보할 수 없게 된다.

본 발명에서 언급하는 구오스테나이트란 페라이트로 변태되기 전의 오스테나이트를 의미하는 것으로서, 입계 페라이트의 바운더리(boundary)를 관찰함으로써 측정할 수 있다.

본 발명에서 제안하는 용접이음부는 FCAW 이외의 다른 용접 프로세스 즉, 용접이음부의 냉각속도가 느린 자동/반자동 대입열 용접의 경우에 의해서도 제조될 수 있다. 즉, 본 발명의 구성을 상기와 같은 다른 용접 프로세스에 적용하는 것은 기술의 단순한 변경일뿐이므로, 실질적으로 본 발명의 기술사상의 범위내라고 해석할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

플럭스 코어드 와이어를 용접한 후, 그 화학성분을 측정하여 하기 표 1과 2에 나타내었다. 용접의 방법으로는 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)법을 이용하였고, 입열량은 하기 표 3에 기재된 바와 같으며, 이 때, 보호가스로는 100% CO₂가스를 이용하였다.

상기와 같이 용접된 용접이음부의 기계적 성질을 평가하기 위한 시험편들은 용접이음부의 중앙부에서 채취하였으며, 인장시험편은 KS규격(KS B 0801) 4호 시험편을 이용하였고, 인장시험은 10mm/min의 크로스 헤드 스피드(cross head speed)으로 시험하였다. 충격시험편은 KS규격(KS B 0809) 3호 시험편에 준하여 제조하였다.

용접이음부의 충격인성에 중요한 영향을 미치는 (Ti,Y,REM)-옥사이드 및 (Ti,Y,REM,Zr,Mg)-O,S계 개재물등의 복합개재물 분율과 분포는 화상분석기(image analyzer)와 전자현미경을 이용한 포인트 카운팅(point counting)법으로 측정하였다. 또한, 전자현미경을 이용하여 용접이음부의 구오스테나이트 평균입자의 폭크기와 미세조직의 종류 및 분율을 측정하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

구분	화학성분(중량%)
	C	Si	Mn	P	S	Ni	Mo	Ti	B	N	Nb	V
발명재1	0.038	0.349	1.34	0.011	0.006	1.43	0.006	0.046	0.0040	0.0035	0.0021	0.0026
발명재2	0.031	0.434	1.36	0.011	0.007	1.50	0.004	0.050	0.0045	0.0068	0.0030	0.0031
발명재3	0.039	0.351	1.30	0.012	0.006	1.47	0.003	0.040	0.0039	0.0046	0.0024	0.0025
발명재4	0.03	0.375	1.32	0.013	0.007	1.47	0.003	0.049	0.0039	0.0046	0.0026	0.0026
발명재5	0.032	0.384	1.38	0.011	0.006	1.48	0.003	0.051	0.0041	0.0042	0.0024	0.0025
발명재6	0.028	0.345	1.36	0.012	0.005	1.51	0.005	0.048	0.0043	0.0041	0.0027	0.0024
발명재7	0.034	0.374	1.42	0.011	0.004	1.44	0.004	0.048	0.0038	0.0039	0.0021	0.0030
비교재1	0.041	0.494	1.53	0.009	0.005	1.43	0.005	0.098	0.0057	0.0058	0.0040	0.0040
비교재2	0.074	0.294	1.39	0.007	0.012	2.58	0.012	0.056	0.0041	0.0048	0.0020	0.0020
비교재3	0.027	0.230	1.11	0.017	0.011	1.51	0.011	0.032	0.0027	0.0040	0.0074	0.0028

구분	화학성분(중량%)
	Cu	Al	Mg+Zr	Y	REM	O	PGB	(Y+REM)/Ti	(Ti+Y+REM+Zr+Mg)/(O+S)
발명재1	0.087	0.003	0.007	0.0008	0	0.048	9.16	0.02	1.00
발명재2	0.024	0.004	0.008	0.0024	0	0.059	12.52	0.05	0.92
발명재3	0.031	0.002	0.012	0.0038	0	0.049	9.70	0.10	1.01
발명재4	0.027	0.003	0.017	0.0055	0.0030	0.053	12.42	0.17	1.24
발명재5	0.041	0.003	0.002	0.0008	0.0008	0.048	8.89	0.03	1.01
발명재6	0.032	0.002	0.013	0.0012	0.0030	0.042	5.60	0.09	1.39
발명재7	0.026	0.002	0.005	0.0024	0.0072	0.052	10.36	0.20	1.12
비교재1	0.016	0.004	0.012	0	0.0008	0.039	4.47	0	2.52
비교재2	0.015	0.003	0.007	0	0	0.067	17.56	0	0.80
비교재3	0.077	0.004	0.007	0.0122	0	0.056	18.65	0.38	0.76

구분	용접 입열량 (KJ/mm)	복합개재물 (0.1~0.8㎛)		오스테나이트 폭 크기(㎛)	용접이음부의 미세조직 (면적%)
		분율(%)	분포		입내 침상 페라이트	입계 페라이트
발명재1	2.7	78	균질	365	90.8	9.2
발명재2	2.7	75	균질	321	91.0	9.0
발명재3	1.5	69	균질	305	93.7	6.3
발명재4	2.7	70	균질	210	93.4	6.6
발명재5	2.7	70	균질	262	93.5	6.5
발명재6	2.7	69	균질	277	95.2	4.8
발명재7	2.7	66	균질	245	97.9	2.1
비교재1	2.7	60	불균질	468	85.8	14.2
비교재2	2.7	62	불균질	513	79.1	20.9
비교재3	1.5	59	불균질	525	77.6	22.4

도 1은 상기 발명재 1과 비교재 1의 복합개재물 분포를 나타내는 미세조직 사진이다. 도 1과 상기 표 3을 통해 알 수 있듯이, 발명재 1은 비교재 1에 비하여 미세한 복합개재물이 미세하게 분포되어 있음을 알 수 있다. 물론, 다른 발명재들 또한 비교재들에 비하여 높은 분율의 복합개재물을 포함하고 있음을 알 수 있다.

CTOD 시험을 위해, BS 7448-1에 의거하여 도 2와 같이 -40℃, -60℃에서 싱글(single) V 개선으로 두께 100mm, 입열량 2.7KJ/mm로 용접 후, 용접부에 노치를 만들고, 프리크랙(Pre-crack)길이를 1.3mm~2.5mm로 하여 CTOD값을 측정하였다. FCAW 용접이음부의 충격인성은 -40℃, -60℃에서 샤르피충격시험을 통하여 측정하였다. 또한, 발명재들과 비교재들의 항복강도와 인장강도를 측정하여, 상기 측정된 CTOD값과 저온충격인성과 함께 하기 표 4에 나타내었다.

구분	CTOD값 (mm)		저온충격인성 (J)		용접이음부 기계적 성질 (MPa)
	-40℃	-60℃	-40℃	-60℃	항복강도	인장강도
발명재1	1.91	1.65	152	139	477	542
발명재2	1.88	1.48	150	118	489	563
발명재3	1.16	0.76	158	106	501	588
발명재4	0.86	0.49	113	61	538	605
발명재5	1.72	0.95	122	101	489	582
발명재6	1.10	0.88	95	78	487	579
발명재7	0.63	0.50	91	65	534	616
비교재1	0.26	0.11	90	58	472	566
비교재2	0.38	0.11	71	38	446	521
비교재3	0.15	0.10	54	36	554	631

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명이 제안하고 있는 용접이음부의 복합개재물의 분율, 오스테나이트의 폭 크기 및 미세조직 분율을 만족하고 있는 발명재 1 내지 7은 CTOD값이 0.50mm 이상을 나타내고 있으며, 이를 통해, 파괴진전에 대한 저항성이 높다는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 발명재들은 고강도를 가지면서도 동시에 저온충격특성 또한 비교재들에 비하여 높은 값을 지닌다는 것을 알 수 있다.

비교재 1은 (Ti+Y+REM+Zr+Mg)/(O+S)의 비를 만족하지 않으며, 비교재 2 및 3은 Y와 REM의 함량 범위를 만족하지 않아, CTOD값과 저온충격인성이 발명재들에 비하여 낮음을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 중량 %로, C: 0.01~0.1%, Si: 0.1~0.5%, Mn: 0.5~2.0%, Ti: 0.02~0.08%, Ni: 0.01~3.0%, Mo: 0.5%이하(0은 제외), B: 0.0005~0.0060%, Nb: 0.02%이하(0은 제외), V: 0.02%(0은 제외), N: 0.002~0.010%, P: 0.020%이하(0은 제외), S: 0.020%이하(0은 제외), O: 0.03~0.08%, Al: 0.001~0.010%, Cu: 0.5%이하(0은 제외), Zr+Mg: 0.001~0.020%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
   Y: 0.0005~0.010% 및 REM: 0.0005~0.010%로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함하며,
   0.01≤(Y+REM)/Ti≤0.30 및 0.5≤(Ti+Y+REM+Zr+Mg)/(O+S)≤2.0의 관계를 만족하는 플럭스 코어드 아크 용접이음부.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 용접이음부는 개재물을 포함하고, 0.01~0.8㎛의 평균크기를 갖는 (Ti,Y,REM)-옥사이드 및 (Ti,Y,REM,Zr,Mg)-O,S계 개재물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 복합개재물을 전체 개재물에 대하여 65면적%이상 포함하는 플럭스 코어드 아크 용접이음부.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 용접이음부는 구오스테나이트의 평균입자의 폭 크기가 400㎛이하인 플럭스 코어드 아크 용접이음부.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 용접이음부는 하기 식으로 표현되는 P_GB가 15이하인 플럭스 코어드 아크 용접이음부.
   P_GB = 18.3 + 152*Ti - 17.9*Mn -3149*B + 426*O
   
5. 제1항 또는 4항에 있어서, 상기 용접이음부의 미세조직은 면적분율로 86%이상의 침상페라이트와 잔부 입계페라이트로 이루어지는 플럭스 코어드 아크 용접이음부.

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