KR101351267B1

KR101351267B1 - 저온인성이 우수한 1ＧＰａ급 고강도 용접부

Info

Publication number: KR101351267B1
Application number: KR1020110108042A
Authority: KR
Inventors: 이창희; 강용준; 장지훈; 한규태
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2014-02-13
Also published as: KR20130043884A

Abstract

본 발명은 저온인성이 우수한 1GPa급 고강도 용접부에 관한 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 용접부는 탄소(C) : 0.07~0.12%, 실리콘(Si) : 0.3~0.6%, 망간(Mn) : 2.0~3.2%, 니켈(Ni) : 1.6~2.8%, 몰리브덴(Mo) : 0.4~1.1%, 크롬(Cr) : 0.4~1.2%, 티타늄(Ti) ; 0.006~0.008%, 보론(B) : 0.0005~0.001%, 알루미늄(Al) : 0.018~0.024%, 구리(Cu) : 0.02~0.03%, 인(P) : 0.015% 이하, 황(S) : 0.008% 이하, 산소(O) : 0.025~0.035%, 질소(N) : 0.004~0.007%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지며, 합계로 92~95면적%의 마르텐사이트 및 베이나이트로와 나머지 불가피한 불순 조직으로 이루어지는 내부조직을 가질 수 있다.

Description

저온인성이 우수한 1ＧＰａ급 고강도 용접부{1GPa HIGH STRENGTH WELDING JOINT HAVING EXCELLENT LOW TEMPERATURE TOUGHNESS}

본 발명은 저온인성이 우수한 1GPa급 고강도 용접부에 관한 것이다.

용접구조물, 예를 들면 해양구조물, 건축물, 선박, 라인파이프, 교량 등은 점차 그 크기가 대형화되고 있는 추세이다. 그 결과, 초고층 빌딩, 초장대 교량, 초대형 컨테이너선, 초대형 유조선, 초대형 LNG선, 대구경 라인파이프 등이 속속 개발되고 있다.

이에 따라, 상기와 같은 초대형 구조물을 제조하기 위한 초고강도 강의 개발에 대한 요구도 날이 갈수록 증가하고 있는 추세이며, 이에 맞추어 강재의 새로운 합금 성분계가 설계되고, 적절한 제조방법이 개발되어 예를 들면 강도수준 1GPa급 이상의 초고강도강이 제공되기에 이르렀다.

그런데, 초고강도 강이 개발된다 하더라도 구조물을 제조하기 위해서는 상기 초고강도 강을 용접하여야 하는데, 용접된 부위는 이전까지 강재(모재)가 받았던 열이력과는 완전히 다른 이력을 가지게 되므로, 모재가 가지고 있던 강도가 반드시 용접부에서 구현된다고 볼 수는 없다. 따라서, 이를 위해서는 용접부 자체의 강도가 충분할 필요가 있다.

그런데, 용접부는 강재를 접합시키기 위하여 용접되었다가, 응고된 부위이기 때문에, 열기계적 변형에 의해 제어된 조직을 가지는 모재와는 그 조직이 상이하며, 그 결과 저온인성이 매우 취약한데, 이러한 경향은 고강도 용접부일수록 강하게 되며, 따라서 강도와 저온인성을 동시에 충족시키는 용접부를 개발하는 것은 용이하지 않다.

용접부의 강도와 인성을 확보하기 위한 기술로서 대한민국 공개특허공보 2011-0050039호를 들 수 있다. 그러나, 상기 기술은 용접부의 인장강도가 600MPa급에 불과하여 초고강도 용접구조물에 사용하기에는 적합하지 않다.

본 발명의 일측면에 따르면, 1GPa 이상의 강도와 우수한 저온인성을 가지는 용접부가 제공된다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 명세서의 전반적인 기재사항으로부터 충분히 파악될 수 있다.

본 발명의 일측면에 따른 용접부는 탄소(C) : 0.07~0.12%, 실리콘(Si) : 0.3~0.6%, 망간(Mn) : 2.0~3.2%, 니켈(Ni) : 1.6~2.8%, 몰리브덴(Mo) : 0.4~1.1%, 크롬(Cr) : 0.4~1.2%, 티타늄(Ti) ; 0.006~0.008%, 보론(B) : 0.0005~0.001%, 알루미늄(Al) : 0.018~0.024%, 구리(Cu) : 0.02~0.03%, 인(P) : 0.015% 이하, 황(S) : 0.008% 이하, 산소(O) : 0.025~0.035%, 질소(N) : 0.004~0.007%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지며, 합계로 92~95면적%의 마르텐사이트 및 베이나이트로와 나머지 불가피한 불순 조직으로 이루어지는 내부조직을 가질 수 있다.

이때, 하기 수학식으로 표시되는 탄소당량이 0.80~1.04인 것이 바람직하다.

[수학식 1]

탄소당량 = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4

단, 여기서 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo는 각각 해당 원소의 함량을 중량%로 나타낸 값임

그리고, 상기 마르텐사이트는 33~49면적%인 것이 효과적이다.

또한, 상기 불순 조직은 3.6면적% 이하의 잔류 오스테나이트를 포함하는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 용접부는, 상기 -40℃에서의 샤르피 충격 에너지 값이 47J 이상이라는 유리한 특성을 가진다.

본 발명에 따르면, 용접부의 강도를 높일 경우 불가피하게 발생될 수 있는 저온인성의 저하라고 하는 문제가 해결된 유리한 고강도 고인성 용접부가 제공될 수 있다. 본 발명의 유리한 효과는 상술한 내용 이외에도 명세서의 전반에 걸쳐서 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에서 형성한 용접부의 단면 형태를 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명의 용접부는 용접에 의해 용융되었다가 응고된 부위로서 용접부 및 상기 용접부가 다층 용접에 의해 다시 열을 흡수하게 되는 재열부까지 포함하는 의미임에 유의할 필요가 있다.

본 발명자들은 용접부의 조성을 아래와 같이 제어하고 조직을 특정한 형태로 제어할 경우에는 1GPa 이상의 고강도는 물론이고, -40℃에서의 높은 충격인성을 확보할 수 있다는 사실을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.

우선, 본 발명의 용접부의 유리한 조성에 대하여 설명한다. 후술하는 각 원소의 함량은 특별히 달리 규정하지 않는 한 중량%를 기준으로 한 것임에 유의할 필요가 있다.

탄소(C) : 0.07~0.12%

탄소는 강력한 경화능 향상원소로서 강도를 확보하기 위해 0.07중량% 이상 첨가된다. 다만, 과다하게 첨가할 경우에는 용접성이 저하되어 저온균열이 발생하기 쉬워지기 때문에 상기 탄소의 함량은 0.12중량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

실리콘(Si) : 0.3~0.6%

실리콘은 강을 탈산하기 위하여 강중에 첨가되는 원소이므로 0.3중량% 이상은 첨가될 필요가 있다. 만일 그 양이 충분하지 못할 경우에는 용존산소의 잔류량이 증가하여 블로우 홀이 발생하고, 인성이 열화되며 용융금속의 유동성이 저하될 우려가 있다. 또한, 실리콘은 경화능 향상원소로서 용접부의 강도를 향상시키기 위해서도 0.3중량% 이상은 첨가되는 것이 좋다. 다만, 과다하게 첨가될 경우에는 조직 중 마르텐사이트가 아닌 도상 마르텐사이트(Martensite-Austenite Constituent, MA라고도 함)등과 같은 경질 제2상이 생성되어 충격인성이 열화되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 0.6중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

망간(Mn) : 2.0~3.2%

망간 역시 강을 탈산시킬 뿐 아니라, 강도와 인성 확보에도 역할을 하므로 상기 망간은 2.0중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하며, 2.05 중량% 이상 첨가하는 것이 보다 바람직하다. 다만, 과다하게 첨가될 경우에는 저온균열이 발생하기 쉬워지기 때문에 상기 망간의 함량의 상한은 3.2중량%로 정하는 것이 바람직하다.

니켈(Ni) : 1.6~2.8%

니켈은 용접 금속의 강도와 인성을 모두 향상시키는 원소이므로 1.6중량% 이상 첨가되는 것이 바람직하다. 과다하게 첨가될 경우 경화능이 필요이상으로 증가하여 용접부의 저온인성이 감소하게 된다. 따라서, 2.8중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

몰리브덴(Mo) : 0.4~1.1%

몰리브덴은 강도를 향상시키고 결정입자의 크기를 감소시켜서 저온 충격 인성을 향상시킨다. 따라서, 이를 위해서는 0.4중량% 이상은 첨가할 필요가 있다. 그러나, 1.1중량%를 초과하는 경우 용접부의 강도가 지나치게 높아져서 저온인성이 감소하게 된다.

크롬(Cr) : 0.4~1.2%

크롬은 강도 상승에 기여하므로 0.4중량% 이상 첨가된다. 다만, 과다하게 첨가될 경우에는 입계에 조대한 탄화물이 형성되어 인성이 저하된다. 따라서, 1.2중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti) ; 0.006~0.008%

티타늄은 산소와 결합하여 티타늄 산화물을 형성시키고, 그것은 입내침상페라이트의 핵생성 장소가 되기 때문에, 용접용 금속 또는 용접부에는 통상 비교적 다량의 Ti를 첨가하는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명자들의 연구결과에 따르면 그 대상으로 하는 용접부의 강도가 1GPa 이상인 경우에는 후술하는 바와 같이 내부 조직을 마르텐사이트와 베이나이트가 대부분 조직으로 하여야 할 필요가 있는데, 이러한 조직에서는 과량의 티타늄 첨가는 오히려 저온인성을 감소시키는 요이이 될 수 있다. 따라서, 티타늄은 최소한의 필요량 만큼 첨가하여야 하는데, 본 발명의 성분계에서는 상기 티타늄의 적정 필요량은 0.006~0.008중량%이다.

보론(B) : 0.0005~0.001%

보론은 경화능을 크게 향상시키는 원소이다. 또한, 결정립계에 편석되어 입계 페라이트 변태를 억제하고, 입내 침상 페라이트 변태를 촉진하는 역할을 수행하므로 종래의 고강도 용접부에서는 비교적 다량 첨가되었다. 그러나, 상술하였듯이, 상기 티타늄과 보론은 입내 침상 페라이트를 다량 생성시킬 경우에는 강도와 인성을 동시에 향상시키는데 유효한 역할을 하는데, 본 발명과 같이 베이나이트와 마르텐사이트가 주상인 조직을 형성시킬 경우에는 상기 보론과 티타늄 첨가에 의한 인성 향상효과는 크지 않을 뿐만 아니라, 다량 첨가하면 오히려 저인인성이 저하될 수 있다. 따라서, 강도 향상 효과를 억기 위한 최소한의 양만 첨가시킬 필요가 있는데, 본 발명의 용접부 조성범위 내에서는 적정한 B 함량은 0.0005~0.001중량%이다.

알루미늄(Al) : 0.018~0.024%

알루미늄은 탈산제 역할을 하므로, 용접금속의 산소량을 감소시키기 위해 0.018중량% 이상 필요하다. 하지만 0.024를 초과하는 경우 조대한 Al₂O₃를 형성시켜 그 자체로 인성을 저하시키며, 입계 침상 페라이트의 변태를 촉진시키는 티타늄 산화물의 형성을 방해한다.

구리(Cu) : 0.02~0.03%

구리를 0.02중량% 이상 첨가할 경우 고용강화 효과로 강도를 확보할 수 있다. 하지만 0.03중량%를 초과하는 경우 용접 작업성을 저하시키고, 용접 고온 균열을 발생시킨다.

인(P) : 0.015% 이하

인은 불가피하게 함유되는 불순물이므로 가능한 낮게 한다. 용접 작업성을 열화시키고, 인성을 저하시킨다. 오스테나이트 결정립계에 편석되어 용접 고온균열을 조장한다.

황(S) : 0.008% 이하

불가피하게 함유되는 불순물로 가능한 낮게 한다. 인성을 저하시키며, FeS와 같은 저융점화합물을 형성시켜 고온균열을 유발할 수 있다.

산소(O) : 0.025~0.035%

상기 산소는 용접부의 Mn, Si, Al과 반응하여 미세한 (Mn-Si-Al)O 복합산화물을 형성시킴으로써 용접부의 조직을 미세하게 하는 원소이다. 따라서, 0.025중량% 이상은 첨가할 필요가 있다. 다만, 과다하게 첨가하면 상기 복합산화물의 크기가 조대하게 성장하여 상술한 유리한 효과를 거둘 수 없을 뿐만 아니라 저온인성을 열화시키므로 상기 산소는 0.035중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 여기서, 산소 함량은 산소/질소 분석기로 분석한 전산소(total Oxygen)을 의미한다.

질소(N) : 0.004~0.007%

Ti 및 Al과 결합하여 TiN석출물 및 AlN석출물을 형성하여 석출강화 효과를 얻을 수 있다. 하지만 0.009중량%를 초과하는 경우 용접금속의 고용 질소량이 증가하여 인성이 크게 저하된다.

본 발명의 용접부는 강재의 용접부이므로 상기 성분 이외의 잔부는 Fe이며, 기타 강재나 용접 와이어 등에서 혼입될 수 있는 불가피한 불순물이 포함될 수 있다.

따라서, 본 발명의 용접부는 중량%로, 탄소(C) : 0.07~0.12%, 실리콘(Si) : 0.3~0.6%, 망간(Mn) : 2.0~3.2%, 니켈(Ni) : 1.6~2.8%, 몰리브덴(Mo) : 0.4~1.1%, 크롬(Cr) : 0.4~1.2%, 티타늄(Ti) ; 0.006~0.008%, 보론(B) : 0.0005~0.001%, 알루미늄(Al) : 0.018~0.024%, 구리(Cu) : 0.02~0.03%, 인(P) : 0.015% 이하, 황(S) : 0.008% 이하, 산소(O) : 0.025~0.035%, 질소(N) : 0.004~0.007%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가진다.

또한, 본 발명의 또 한가지 측면에 따르면 용접부는 상술한 조성제한에 더하여 탄소당량(Ceq)를 하기와 같이 제한하는 것이 바람직하다. 즉, 탄소당량은 C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4로 표현되는 수식(단, 여기서 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo는 각각 해당 원소의 함량을 중량%로 나타낸 값)으로서 그 값이 0.80~1.04인 것이 바람직하다. 만일, 탄소 당량이 너무 낮을 경우에는 충분한 강도를 얻기 어렵고, 반대로 너무 높을 경우에는 베이나이트와 마르텐사이트 등과 같은 저온조직의 분율이 본원에서 규정하는 범위 이상으로 증가하여 저온인성이 열화될 우려가 있다.

본 발명의 용접부는 그 인장강도가 상술한 탄소당량에 의해 다음과 같은 관계를 가지는 것이 바람직하다. 본 발명자들의 연구결과에 따르면 인장강도가 하기 수학식 1의 관계를 충족시킬 경우 -40℃에서의 샤르피 충격 에너지 값이 47J 이상으로 우수한 저온인성을 가질 수 있는 것이다.

[수학식 1]

인장강도(MPa) = -1404×Ceq² + 2970×Ceq + a

단, 여기서 a는 상수값으로서 -497 ~ -457의 값을 가지며 보다 바람직하게는 -482.29 ~ -472.89의 값을 가진다.(? 마찬가지로 좀더 넓은 범위도 가질 수 있도록 하고 그 다음에 보내주신 범위로 좁히겠습니다 ?)

상술한 유리한 조성을 가지는 본 발명의 용접부는 베이나이트 및 마르텐사이트를 92~95면적%로 포함되는 미세조직을 포함하는 것이 바람직하다. 이때, 충분한 강도를 가지기 위해서는 상기 마르텐사이트 조직의 함량은 33면적% 이상인 것이 바람직하다. 다만, 마르텐사이트의 분율이 너무 높을 경우에는 용접부의 저온인성이 감소해 버리므로 상기 마르테나이트의 분율은 59면적% 이하인 것이 보다 바람직하다.

따라서, 본 발명의 한가지 측면에 따른 용접부의 내부 조직은 마르텐사이트 및 베이나이트가 92~95면적%를 포함하는 조직일 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 마르텐사이트는 33~59면적%로 포함될 수 있다.

상술한 조직 이외에는 용접부에 통상적으로 포함되는 불순조직으로서 이에 한정되는 것은 아니나 예를 든다면 초석페라이트, 입계 페라이트, 펄라이트, 침상페라이트, 잔류 오스테나이트 또는 이를 포함하는 도상 마르텐사이트 또는 세멘타이트 등의 불순 조직일 수 있으며, 본 발명에서 특별히 제한하지 않는다. 다만, 상기 불순 조직의 한가지 예를 든다면, 상술한 본 발명의 불순 조직으로는 잔류 오스테나이트가 3.6면적% 이하(0% 미포함)의 비율로 더 포함될 수 있다. 상기 잔류 오스테나이트는 용접부의 강도를 향상시키기 위하여 소량 포함될 경우 유리한 효과를 얻을 수 있으나, 통상 도상 마르텐사이트 형태로 존재하는 것이기 때문에 과량 첨가할 경우 인성이 열화될 수 있다. 따라서, 상기 잔류 오스테나이트의 분율은 3.6면적% 이하인 것이 바람직하다. 보다 유리한 잔류 오스테나이트의 함량은 2.0~3.6면적%이다.

또한, 본 발명의 용접부는 미세조직을 이루는 결정립은 대부분 주상 결정립으로 존재하는데 상기 주상 결정립의 평균너비(즉, 주상정의 폭)는 41㎛이하인 것이 바람직하다. 용접부의 미세한 결정립도는 용접부의 강도와 인성향상에 유리하다. 결정립도는 미세할수록 유리하기 때문에 그 하한은 굳이 정할 필요 없으나, 용접부의 열이력을 고려할 때 대략 34㎛ 이상의 범위에서 결정될 수 있다.

본 발명의 유리한 조성과 조직을 가지는 용접부는 (Mn-Si-Al)O 복합산화물을 가지게 되는데, 많은 경우에 510~520nm 정도의 평균입도를 가지면서 결정립을 미세화시키는데 기여할 수 있다.

본 발명의 상술한 유리한 조건의 용접부는 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 방법에 의해 충분히 제조할 수 있으므로 자세한 제조방법은 본 발명에서 특별히 논하지 않는다. 다만, 본 발명의 적용에 유리한 한가지 방법으로는 가스-실드 아크 용접을 들 수 있다. 상기 가스-실드 아크 용접은 분위기 가스 중 산소분압을 감소시킴으로써 용접부 산화를 방지하고 조성을 제어할 수 있어 유리하게 적용될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.

(실시예)

용접부를 형성하기 위하여 도 1에 도시된 형태로 개선부를 형성한 후 맞대기 가스-실드 아크 용접을 실시하였다. 용접시 적용한 용접조건은 하기 표 1에 기재된 바와 같이 설정하였다. 도면에서 확인할 수 있듯이, 모재 금속판 사이에 V형 개선부를 형성하였고, 모재와 동일한 조성의 백킹 스트립을 이용하여 맞대기 용접부의 바닥부를 덮도록 모재 금속판에 부착하였다.

모재	루트갭	개선 각도	적층	전류	전압	용접 속도	입열량	보호가스	보호가스유량
AH36, 20mm두께	16mm	20°	15패스	280A	29V	26~33cm/min	15~19 kJ/cm	20%CO₂ + 80%Ar	20 l/min

상기와 같은 조건으로 용접한 결과 도 1에서 도시한 바와 같이 7겹의 용접 금속이 형성된 용접부를 얻을 수 있었다. 본 실시예에서 사용한 용접부의 조성을 표 2에 나타내었다. 표에서 각 원소들의 함량은 중량% 단위로 나타내었다.

구분	C	Si	Mn	Ni	Mo	Cr	Ti	B	Al	Cu	P	S	O	N
실시예1	0.077	0.53	2.08	2.417	0.589	0.981	0.0072	0.0007	0.019	0.026	0.013	0.007	0.0329	0.0058
실시예2	0.081	0.56	2.26	2.594	0.564	1.057	0.0074	0.0007	0.022	0.027	0.014	0.007	0.0348	0.0054
실시예3	0.074	0.51	2.07	2.403	0.99	0.502	0.0072	0.0007	0.02	0.028	0.013	0.008	0.0307	0.0063
실시예4	0.091	0.43	2.49	1.722	0.498	0.992	0.0073	0.0007	0.021	0.026	0.013	0.007	0.0315	0.0067
실시예5	0.097	0.4	2.54	1.673	0.484	1.076	0.0072	0.001	0.019	0.022	0.014	0.008	0.0311	0.0059
실시예6	0.095	0.41	3.16	1.805	0.527	1.112	0.0069	0.0009	0.02	0.028	0.014	0.008	0.0319	0.0054
실시예7	0.114	0.53	2.19	2.511	0.554	0.499	0.0076	0.0006	0.019	0.026	0.013	0.007	0.0261	0.0049
실시예8	0.102	0.52	2.27	2.482	0.576	0.508	0.0075	0.0007	0.02	0.025	0.013	0.007	0.0288	0.0048
비교예1	0.152	0.39	2.32	1.602	0.465	0.879	0.0071	0.0006	0.023	0.021	0.013	0.008	0.0275	0.0044
비교예2	0.139	0.6	2.18	2.521	0.563	1.031	0.008	0.0008	0.024	0.029	0.013	0.008	0.0252	0.0064
비교예3	0.072	0.5	2.07	2.384	0.519	0.495	0.0073	0.0006	0.02	0.024	0.013	0.007	0.0201	0.0041
비교예4	0.075	0.51	2.14	2.168	0.498	0.492	0.0075	0.0007	0.021	0.028	0.014	0.007	0.0238	0.0062
비교예5	0.119	0.39	2.49	1.716	1.093	1.119	0.0061	0.0007	0.023	0.029	0.013	0.008	0.0362	0.0069
비교예6	0.115	0.36	2.41	1.935	1.085	1.194	0.0079	0.0009	0.024	0.028	0.015	0.008	0.0305	0.007
비교예7	0.077	0.45	2.1	2.791	1.05	1.09	0.048	0.0052	0.022	0.029	0.015	0.008	0.0282	0.0064
비교예8	0.072	0.42	2.1	2.778	0.5	1.03	0.045	0.0047	0.021	0.029	0.014	0.008	0.0302	0.0054

상기 표 2의 조성을 가지는 각 용접부의 탄소당량, 미세조직, 인장강도, 샤르피 충격에너지 값을 표 3에 나타내었다. 용접부의 조직은 상술한 표 1의 용접조건의 범위내에서 입열량과 냉각조건 등을 조절하여 변경가능하였다. 인장강도 측정을 위한 인장 시험편은 ASTM 규격 E8에 준하여 제조하였으며, 충격시험편은 ASTM 규격 E23에 준하여 제조하였다.

구분	Ceq(%)	인장강도 (MPa)	-40℃ 샤르피 충격에너지(J)	마르텐사이트 및 베이나이트 분율(면적%)	마르텐사이트 분율 (면적%)	잔류오스테나이트 분율 (면적%)	주상결정립 평균입도(㎛)	산화물 평균크기(nm)
실시예1	0.850	1037	50	92	38	3.3	37	515
실시예2	0.898	1059	53	93	42	3.3	38	513
실시예3	0.848	1033	52	95	37	3.4	36	520
실시예4	0.890	1051	53	94	41	3.3	37	515
실시예5	0.915	1061	65	94	38	3.5	34	510
실시예6	1.038	1090	47	95	49	3.6	41	518
실시예7	0.802	1001	49	93	35	3.4	40	514
실시예8	0.810	1002	49	93	33	3.3	41	516
비교예1	0.887	1066	30	98	36	3.8	51	492
비교예2	0.937	1093	40	97	50	3.8	52	488
비교예3	0.726	975	49	86	29	3	54	446
비교예4	0.730	971	50	87	31	2.8	53	452
비교예5	1.090	1115	42	96	52	3.7	49	577
비교예6	1.090	1109	38	96	51	3.8	51	520
비교예7	0.996	1078	11	96	51	3.6	44	516
비교예8	0.840	1019	24	95	35	3.5	46	519

상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 비교예1 및 비교예2는 탄소 함량이 본 발명에서 규정하는 범위를 벗어난 높은 값을 가지는 경우로서 샤르피 충격에너지가 충분하지 못하다. 또한, 잔류 오스테나이트의 비율과 주상결정립 평균입도 역시 저온인성을 확보하기에 적절하지 못한 범위라는 것을 확인할 수 있다.

비교예3 및 비교예4는 탄소당량이 충분하지 못한 경우를 나타내는데, 이러할 경우 강도가 본 발명에서 목표로 하는 1GPa 이상을 충족하지 못한다. 뿐만 아니라 비교예3 및 4 역시 주상결정립 평균입도가 조대하다는 것을 알 수 있다.

비교예5, 6은 반대로 탄소당량이 본원에서 제한하는 범위보다 높은 경우로서 샤르피 충격에너지의 값이 현저하게 낮아진 것을 알 수 있다.

또한, 비교예7, 8은 티타늄과 보론의 값이 과다한 경우로서 이 역시 강도는 높은나 샤르피 충격에너지의 값이 불량함을 알 수 있다.

그러나, 실시예1 내지 8은 각 성분의 함량 범위와 탄소 당량, 그리고 조직의 분율이 모두 본 발명에서 규정하는 범위를 충족하는 경우로서, 그 결과 모두 1GPa 이상의 강도와 47J 이상의 -40℃ 샤르피 충격에너지 값을 충족함을 알 수 있다.

또한, 상기 수학식 1 의해 구한 인장강도 예측식은 전반적으로 실제로 측정한 용접부의 인장강도에 일치함을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.

Claims

탄소(C) : 0.07~0.12%, 실리콘(Si) : 0.3~0.6%, 망간(Mn) : 2.0~3.2%, 니켈(Ni) : 1.6~2.8%, 몰리브덴(Mo) : 0.4~1.1%, 크롬(Cr) : 0.4~1.2%, 티타늄(Ti) ; 0.006~0.008%, 보론(B) : 0.0005~0.001%, 알루미늄(Al) : 0.018~0.024%, 구리(Cu) : 0.02~0.03%, 인(P) : 0.015% 이하, 황(S) : 0.008% 이하, 산소(O) : 0.025~0.035%, 질소(N) : 0.004~0.007%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 가지며, 합계로 92~95면적%의 마르텐사이트 및 베이나이트와 나머지 불가피한 불순 조직으로 이루어지는 내부조직을 가지는 저온인성이 우수한 1GPa급 고강도 용접부.
제 1 항에 있어서, 하기 수학식으로 표시되는 탄소당량이 0.80~1.04인 저온인성이 우수한 1GPa급 고강도 용접부.

[수학식 1]
탄소당량 = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4
단, 여기서 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo는 각각 해당 원소의 함량을 중량%로 나타낸 값임
제 1 항에 있어서, 상기 마르텐사이트는 33~59면적%인 저온인성이 우수한 1GPa급 고강도 용접부.
제 1 항에 있어서, 상기 내부조직은 3.6면적% 이하의 잔류 오스테나이트를 더 포함하는 저온인성이 우수한 1GPa급 고강도 용접부.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용접부는 -40℃에서의 샤르피 충격 에너지 값이 47J 이상인 저온인성이 우수한 1GPa급 고강도 용접부.