KR20110077220A - Method of manufacturing the pipe for excellent high haz toughness - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파이프 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 서브 머지드 아크 용접에 의하여 HAZ 인성이 우수한 파이프의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a pipe manufacturing method, and more particularly, to a method for producing a pipe excellent in HAZ toughness by submerged arc welding.
일반적으로 원유,가스를 수송하기 위한 강관은 API(American Petroleum Institute,미국 석유협회)규정을 따른다. API규격내에는 파이프 용접부에서 요구되는 물성은 일반적으로 인장강도, 굴곡시험, 충격인성 등이 있으며, 이중 용접부 인장강도의 경우 용접부는 일반적으로 모재대비 강도를 높여 설계하기 때문에 용접시 입열량이 과도하게 선정되지 않는 한 요구되는 강도를 얻는 데에는 큰 문제가 없다. In general, steel pipes for oil and gas transportation follow API (American Petroleum Institute) regulations. In the API standard, physical properties required for pipe welds generally include tensile strength, flexural test, and impact toughness.In the case of double welded tensile strength, welds are generally designed to increase the strength of the base metal, so excessive heat input during welding is required. Unless chosen, there is no big problem in achieving the required strength.
또한, 강관의 용접시에는 비교적 입열량이 높은 서브머지드 아크용접(Submerged Arc Welding, SAW)이 적용되며 이 용접법은 타 용접법 대비 용접부 결함비율이 상당히 낮아 용접부 굴곡시험시 문제시 되는 비율은 상당이 낮다. Submerged Arc Welding (SAW), which has a relatively high heat input, is used for welding steel pipes, and this welding method has considerably lower defect ratios than other welding methods. low.
또한, 용접부 충격인성은 노치위치에 따라서 크게 용접금속부 충격시험과, HAZ(Heat Affected Zone)충격시험으로 나눠지고, 용접금속부 충격시험은 상용화된 용접재료를 규정에 따라서 선택 시 우수한 충격인성의 획득이 가능하다. 하지만, HAZ충격시험의 경우 도 1과 같이 파이프의 중앙부에서 시편을 채취하여 HAZ 인성 시험을 하게 되므로 HAZ 충격 시편의 노치에 해당되는 부분이 ICCGHAZ(Inter Critical Coarse grain HAZ)에서 생성되는 취약한 MA(Martensite-Austenite)조직에 해당하게 되어 HAZ 인성이 좋지 않게 평가되는 문제가 있다.Also, the impact toughness of the welded part is divided into the welded metal part impact test and the HAZ (Heat Affected Zone) impact test according to the notch position. The welded metal part impact test has excellent impact toughness when the commercialized welding material is selected according to the regulations. Can be obtained. However, in the case of the HAZ impact test, as shown in FIG. 1, the specimen is taken from the center portion of the pipe and subjected to the HAZ toughness test. Therefore, a portion corresponding to the notch of the HAZ impact specimen is produced in an ICCGHAZ (Inter Critical Coarse grain HAZ). -Austenite) There is a problem that the HAZ toughness is poorly evaluated to correspond to the tissue.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서 서브 머지드 아크 용접에 의하여 HAZ 인성이 우수한 파이프의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a method for producing a pipe having excellent HAZ toughness by submerged arc welding, which is devised to solve the above problems.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 파이프에 내면 개선홈과 외면 개선홈을 형성하고 상기 내면 개선홈과 외면 개선홈의 각도가 20°~ 40°차이를 갖도록 가공하는 개선홈 형성단계 및 상기 내면 개선각과 외면 개선각에 서브 머지드 아크 용접하는 용접단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an improved groove forming step of forming an inner surface improvement groove and an outer surface improvement groove in a pipe and processing the angle of the inner surface improvement groove and the outer surface improvement groove to have a difference of 20 ° to 40 °. And a welding step of submerged arc welding the inner improvement angle and the outer improvement angle.
이때 외면 개선홈의 깊이가 상기 내면 개선홈 깊이의 2배 이상이 되도록 구설될 수 있다.At this time, the depth of the outer surface improvement groove may be constructed to be more than twice the depth of the inner surface improvement groove.
상기 구성에 의하여 구성요소의 별도의 추가 없이 HAZ 충격 시험에서 HAZ 인성이 뛰어난 파이프를 제조할 수 있다.By the above configuration, it is possible to produce a pipe having excellent HAZ toughness in the HAZ impact test without additional addition of components.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.As the invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하 는 것으로 이해되어야 한다. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.Terms including ordinal numbers such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as the first component, and similarly, the first component may also be referred to as the second component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하 려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this application, the terms "comprises" or "having" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, one or more other It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of features, numbers, steps, operations, components, parts, or a combination thereof.
또한 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다. In addition, it is to be understood that the accompanying drawings in this application are shown enlarged or reduced for convenience of description.
이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described in detail with reference to the drawings. Like reference numerals designate like elements throughout, and duplicate descriptions thereof will be omitted.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파이프 용접부의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a pipe welded part according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 본 발명의 실시예에 따른 파이프 용접 방법은 먼저 도 2와 같이 인장 강도가 700MPa인 파이프의 용접이음부에 내면 개선홈(20)과 외면 개선홈(10)를 형성하여 상기 내면 개선홈(20)과 외면 개선홈(10)은 각각 일정한 각도를 갖게 된다.(이하 내면 개선홈의 각도를 '내면 개선각'이라 정의하고, 외면 개선각홈의 각도를 '외면 개선각'이라 정의한다)In the pipe welding method according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, an inner
상기 내면 개선각(21)과 외면 개선각(11)은 용접시 용접 와이어가 녹아 들어가는 면적(용착면적)을 결정하는 변수로써 일반적으로 용착 면적이 넓을수록 높은 용접 입열량이 요구된다. The inner
상기 개선각이 90°를 초과할 경우 용착 면적이 과도하게 증가하여 보다 높은 용접입열량이 요구되는 문제점이 발생할 수 있으며 용접완료 후 용접부의 기계적 물성저하를 야기할 수 있다. If the improvement angle exceeds 90 °, the weld area may be excessively increased, which may cause a problem that a higher welding heat input amount is required and may cause mechanical properties deterioration after welding is completed.
반면, 개선각이 50° 미만일 경우, 용착 면적이 좁아서 용접입열량을 저감시킬 수는 있으나 용접시 용접 와이어가 개선홈 내로 깊게 들어가지 못하여 용접시 내/외면의 용접금속이 겹치지 않아 용접불량이 일어날 가능성이 높아진다.On the other hand, when the improvement angle is less than 50 °, the welding area is narrow, which can reduce the heat input of the welding. However, when welding, the welding wire does not go deep into the improvement groove. The chances are high.
따라서 내면 개선각(21)과 외면 개선각(11)은 각각 50°~90°사이에서 형성될 수 있다.Therefore, the
이때 상기 내면 개선각(21)과 외면 개선각(11)이 상이하도록 구성될 수 있으며, 더욱 자세하게는 상기 외면 개선각(11)과 상기 내면 개선각(21)이 20°~40°차이가 나도록 구성할 수 있다.In this case, the
또한, 외면 개선홈의 깊이(12)가 내면 개선홈의 깊이(12)와 상이하게 구성될 수 있다. 이를 더 자세하게 살펴보면 상기 외면 개선홈의 깊이(12)가 상기 내면 개선홈의 깊이(22)보다 2배 이상 깊게 형성될 수 있다.In addition, the
상기 개선각와 깊이는 각각 독립적으로 실시될 수 있다. 예를 들면, 외면 개선각(11)과 내면 개선각(21)이 상이하게 형성되나 깊이는 동일하게 형성될 수도 있으며, 각도는 동일하고 깊이만 상이하게 형성될 수도 있다. 이러한 변형은 실시 태양에 따라 자유롭게 변경 가능하다.The angle of improvement and the depth can be implemented independently. For example, the outer
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 내면 개선각과 외면 개선각이 상이한 파이프에 서브 머지드 아크 용접이 된 개념도이고, 도 4는 내면 개선홈의 깊이와 외면 개선홈의 깊이가 상이한 파이프에 서브 머지드 아크 용접이 된 개념도이다.3 is a conceptual view in which the submerged arc welding is performed on a pipe having different inner and outer angle improvements according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a submerged pipe having different depths of the inner and outer grooves. This is a conceptual diagram of de arc welding.
본 발명에서는 서브 머지드 아크 용접시 용접 입열량은 30~50kJ/cm의 낮은 입열량으로 용접 수행이 가능하다. 서브 머지드 아크 용접시 용접부에 유입되는 용 접 입열량은 용접열영향부(Heat Affected Zone)(이하 'HAZ'라 정의함)에 큰 영향을 미치는 것이 일반적이다. In the present invention, the welding heat input during the submerged arc welding is possible to perform welding with a low heat input of 30 ~ 50kJ / cm. In the case of submerged arc welding, the welding heat input into the weld zone generally affects the heat affected zone (HAZ).
즉, 입열량이 클수록 용접부의 상변태는 심해지고 용접시 HAZ의 결정립 조대화가 더욱 가속되는 바, 본 발명에서는 이러한 용접 입열량을 최대한 낮출 수 있다. That is, as the heat input amount increases, the phase transformation of the weld portion increases, and the grain coarsening of the HAZ is accelerated during welding. In the present invention, the heat input amount of the weld can be lowered as much as possible.
용접 입열량은 낮은 것이 유리하나 30kJ/cm 미만에서는 저입열에 의해 용접부의 기계적 물성은 양호하나 용접시 낮은 입열에 의해 용접불량이 발생할 가능성이 높아지며, 반면에 50kJ/cm를 초과하는 입열량에서는 과도한 입열에 의한 HAZ가 연화되어 입자가 조대해져 본 발명의 목적을 달성할 수 없으며, 원 모재 수준의 인장강도를 얻을 수 없으므로 본 발명에서는 용접 입열량은 30~50kJ/cm의 수준으로 유지하여 용접할 수 있다.Although the welding heat input is advantageously low, the mechanical properties of the weld are good due to low heat input at less than 30 kJ / cm, but it is more likely to cause welding defects due to low heat input during welding. On the other hand, excessive heat input at 50 kJ / cm The HAZ is softened by the heat input and the particles are coarse to achieve the object of the present invention, and since the tensile strength at the level of the base material cannot be obtained, in the present invention, the welding heat input is maintained at a level of 30 to 50 kJ / cm to be welded. Can be.
이때 상기 파이프의 두께는 30mm를 초과하는 경우에는 상기 30~50kJ/cm의 입열량으로 용접이 불가능하며 외면용접시 고입열에 의해 HAZ 인성이 급격하게 저하된다.In this case, when the thickness of the pipe exceeds 30mm, welding is impossible with the heat input amount of 30 to 50 kJ / cm, and HAZ toughness is sharply lowered due to high heat input during external welding.
본 발명에서의 서브 머지드 아크 용접은 일반적인 서브 머지드 아크 용접과 동일하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.Since the submerged arc welding in the present invention is the same as the general submerged arc welding, detailed description thereof will be omitted.
도 3을 참고할 때 상기 외면 개선홈(10)에 용접된 금속(이하 '외면비드'라 정의한다.)이 내면 개선홈(20)에 용접된 금속(이하 '내면비드'라 정의한다.)에 비하여 더 깊게 용접되고 상기 외면 비드(14)와 내부 비드(24)의 교차점에서 ICCGHAZ(Inter Critical Coarse grain HAZ) 발생함을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, the metal welded to the outer surface improvement groove 10 (hereinafter, referred to as 'outer bead') is welded to the inner surface improvement groove 20 (hereinafter, referred to as 'inside bead'). It can be seen that ICCGHAZ (Inter Critical Coarse grain HAZ) occurs at the intersection of the
이때 상기 HAZ 충격시험을 위하여 HAZ 충격 시험편(P)을 채취하게 되는데 일반적으로 상기 HAZ 충격 시험편(P)은 용접 부위의 파이프 중앙 부근에서 채취한다.At this time, the HAZ impact test piece (P) is taken for the HAZ impact test. In general, the HAZ impact test piece (P) is collected near the center of the pipe at the welding site.
상기 HAZ충격 시험편(P)의 중앙부에는 노치(P1)가 위치하게 되는데 본 발명의 실시예에 의하여 제조된 파이프는 외면 개선각(11)이 내면 개선각(21)보다 크게 형성되어 있으므로 상기 ICCGHAZ 부분이 노치(P1)의 위치와 상이한 지점에서 형성된다.The notch P1 is positioned at the center portion of the HAZ impact test piece P. The pipe manufactured according to the embodiment of the present invention has an
따라서 상기 시편을 채취하여 충격 실험을 하게 되면 취약한 MA(Martensite-Austenite)조직으로 구성된 ICCGHAZ 부분이 포함되어 있지 않으므로 우수한 HAZ 인성 값을 갖게 된다.Therefore, when the specimen is subjected to an impact test, the ICCGHAZ part composed of a weak MA (Martensite-Austenite) tissue is not included, and thus has excellent HAZ toughness.
이러한 구성은 상기 내면 개선각(21)이 외면 개선각(11)보다 크게 구성되어도 동일한 효과를 가져올 수 있다.Such a configuration can bring about the same effect even when the
또한 도 4와 같이 상기 내면 개선홈(20)의 깊이를 상기 외면 개선홈(10)의 깊이보다 깊게 형성하면 상기 ICCGHAZ 부분이 HAZ 충격 시험편에 포함되지 않게 되므로 더욱 우수한 HAZ 인성 값을 갖게 된다.In addition, if the depth of the inner surface improved
마찬가지로 외면 개선홈(10)의 깊이가 상기 내면 개선홈(20)의 깊이보다 깊게 형성되어도 동일한 효과를 갖게 된다.Similarly, even if the depth of the outer
하기 표 1은 본 발명의 실시예에 따라 개선각과 개선홈의 깊이에 차등을 두어 용접한 상태에서 HAZ 인성을 측정한 값과 비교예에 의하여 HAZ 인성을 측정한 값을 정리한 표이다.Table 1 below is a table summarizing the measured values of the HAZ toughness in the welded state with a difference in the angle of improvement and the depth of the groove according to the embodiment of the present invention and the values of the measured HAZ toughness by the comparative example.
(외면/내면)Heat input
(Outside / inside)
vE-20℃(J)HAZ Toughness
vE-20 ° C (J)
실시예
Example
비교예
Comparative example
상기 표 1을 참조할 때 실시예 모두 HAZ 인성이 비교예에 비하여 높은 값을 갖는 것을 알 수 있으며, 특히 실시예 6의 경우 내부 개선각과 외면 개선각을 20°차이가 나도록 구성한 경우 내부 개선각과 외면 개선각의 차이가 없는 비교예 4에 비하여 HAZ 인성이 2배 이상 높게 측정되었음을 알 수 있다.When referring to Table 1, it can be seen that all of the examples have a higher value of the HAZ toughness than the comparative example. It can be seen that the HAZ toughness was measured at least two times higher than that of Comparative Example 4 having no difference in improvement angle.
또한, 실시예 4와 같이 외면 개선홈의 깊이를 내면 개선홈 깊이의 2배 이상 깊게 형성한 경우 HAZ 인성 값은 깊이가 동일한 비교예 1에 비하여 65% 정도 향상되었음을 알 수 있다.In addition, when the depth of the outer surface improved grooves as in Example 4 is formed more than twice the depth of the inner groove improved depth HAZ toughness value can be seen that the depth is improved by about 65% compared to the same Comparative Example 1.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.Preferred embodiments of the present invention described above are disclosed for purposes of illustration, and those skilled in the art having various ordinary knowledge of the present invention may make various modifications, changes, and additions within the spirit and scope of the present invention. And additions should be considered to be within the scope of the following claims.
도 1은 종래 서브 머지드 아크 용접된 다이프의 측면도,1 is a side view of a conventional submerged arc welded dip;
도 2는 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파이프 용접부의 단면도,2 is a cross-sectional view of a pipe welding part according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 내면 개선각과 외면 개선각이 상이한 파이프에 서브 머지드 아크 용접이 된 개념도, 3 is a conceptual view in which submerged arc welding is performed on pipes having different inner and outer angle improvements according to an embodiment of the present invention;
도 4는 내면 개선홈의 깊이와 외면 개선홈의 깊이가 상이한 파이프에 서브 머지드 아크 용접이 된 개념도.4 is a conceptual view of a submerged arc welding to a pipe having a different depth of the inner surface improvement groove and a depth of the outer surface improvement groove.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>DESCRIPTION OF THE RELATED ART [0002]
외면 개선홈: 10 외면 개선각: 11Exterior improvementHome: 10 Exterior improvement angle: 11
외면 개선홈 깊이: 12 내면 개선홈: 20Exterior improvement groove depth: 12 Interior improvement groove: 20
내면 개선각: 21 내면 개선홈 깊이: 22Internal improvement angle: 21 Internal improvement groove depth: 22
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