KR20140084654A

KR20140084654A - 충격인성이 우수한 초고강도 플럭스 코어드 아크 용접이음부

Info

Publication number: KR20140084654A
Application number: KR1020120154333A
Authority: KR
Inventors: 정홍철; 이진우; 이동렬; 한일욱; 이홍길
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-07
Also published as: CN104903046B; CN104903046A

Abstract

본 발명은 해양구조물, 건축, 교량 등의 고장력강을 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW) 함으로써 얻을 수 있는 플럭스 코어드 아크 용접이음부(Flux Cored Arc Welded Joint)에 관한 것이다.
이를 위해, 용접이음부의 성분조성 및 미세조직 구성을 제어함으로써 강도 및 인성을 우수하게 확보한 용접이음부를 제공한다.

Description

충격인성이 우수한 초고강도 플럭스 코어드 아크 용접이음부 {ULTRA HIGH STRENGTH FLUX CORED ARC WELDED JOINT HAVING EXCELLENT IMPACT TOUGHNESS}

본 발명은 해양구조물, 건축, 교량 등의 고장력강을 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW) 함으로써 얻을 수 있는 플럭스 코어드 아크 용접이음부(Flux Cored Arc Welded Joint)에 관한 것이다.

최근, 선박, 건축 및 해양구조물 등은 부가가치의 확보를 위해 대형화가 이루어지고 있다. 이러한 구조물 등은 한번의 사고로 치명적인 환경, 인명, 재산상의 손실을 초래하게 됨으로, 이에 적용되는 강재는 초고강도, 극후물화 및 충격인성이 높은 소재가 사용되고 있다.

이러한 강재의 개발과 더불어, 건전하고 효율적인 용접을 필요로 하는데, 현재 이들 강재를 용접하는 방법으로 가장 널리 사용되는 용접기술은 플럭스 코어드 아크 용접(Flux Cored Arc Weld, FCAW) 기술이다.

일반적으로, 용접시 형성되는 용접이음부는 용접재료가 용융되면서 일부 강재가 희석되어 용융풀을 형성하다가 이후 응고하면서 조대한 주상정 조직으로 발달하게 되는데, 이러한 조직은 용접재료 및 용접시공시 입열량에 따라 변화하게 되며, 이러한 용접이음부는 조대한 오스테나이트 결정입계를 따라 조대한 입계 페라이트, 위드만스테텐 페라이트(Widmanstatten ferrite), 마르텐사이트 및 도상 마르텐사이트(M-A, Martensite Austenite constituent) 등이 형성되어 충격인성이 열화되는 문제점이 있다.

따라서, 해양구조물 등의 용접재료 대부분은 저온에서의 충격인성을 확보하기 위해 탈산, 탈질, 탈수소 원소의 첨가와 함께 Ni, Ti 및 B 등의 합금원소 복합첨가를 통한 용접금속 조직의 미세화를 추구하고 있다.

그러나, 상기 Ti-B-Ni 복합첨가에 의한 조직 미세화의 메커니즘은 Ni에 의한 기지(matrix) 강인화, 고용 B의 구오스테나이트 입계 편석(Segregation)에 의한 초석 페라이트(Pro-eutectoid Ferrite) 생성 억제작용과 Ti, B, 산화물 및 질화물을 통한 오스테나이트 입내에서의 미세 페라이트 생성이 가능하다.

상기한 바와 같이, 용접구조물의 안정성을 확보하기 위해서는 용접이음부의 미세조직을 제어하여 용접이음부의 충격인성을 확보할 필요가 있다. 이를 해결하기 위한 수단으로는, 용접이음부의 성분과 미세조직을 규정한 기술로 특허문헌 1은 탄소를 0.7~0.8중량%로 포함하고, 용접금속부의 미세조직이 베이나이트와 마르텐사이트가 10~20%로 낮고, 침상 페라이트(acicular ferrite)가 60% 이상으로 포함하는 저온인성이 우수한 950MPa급 이상의 초고강도 SAW 용접이음부에 대해서 개시하고 있다.

또한, 특허문헌 2 및 3은 내저온균열성이 우수한 Seam 용접부를 갖는 초고강도강관과 그 제조방법에 관한 것으로, Seam 용접금속부 중 잔류 오스테나이트를 1% 이상으로 함유함으로써 내균열저항성을 우수하게 확보하고 있으나, 용접금속부의 충격인성에는 다소 열악한 문제가 있다.

한국 공개특허 제2009-0016854호 일본 공개특허공보 제1999-063185호 일본 공개특허공보 제2002-115032호

본 발명의 일 측면은, 인장강도 900MPa 이상의 초고강도 강재를 용접하여 구성한 용접구조체에서 충격인성이 우수한 용접이음부를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.01~0.06%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 1.5~3.0%, 니켈(Ni): 2.5~3.5%, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0%, 구리(Cu): 0.4~1.0%, 크롬(Cr): 0.4~1.0%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1%, 보론(B): 0.003~0.007%, 질소(N): 0.001~0.006%, 인(P): 0.02% 이하(O은 제외), 황(S): 0.01% 이하(O은 제외), 산소(O): 0.03~0.07%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1로 표현되는 탄소당량 Ceq 값이 0.73~0.85%를 만족하고,

미세조직은 면적분율로 40% 이상의 침상 페라이트(Acicular ferrite) 및 40~50%의 베이나이트와 마르텐사이트의 혼합 조직을 포함하는 충격인성이 우수한 초고강도 플럭스 코어드 아크 용접이음부를 제공한다.

<관계식 1>

Ceq = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14

본 발명에 의하면, 초고강도 물성을 가지면서, 동시에 우수한 충격인성을 갖는 플럭스 코어드 아크 용접이음부를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발명예 2의 미세조직을 광학 현미경으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명에 따른 플럭스 코어드 아크 용접이음부에 대한 일 구현예들에 대하여 상세하게 설명하겠지만, 본 발명은 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 충격인성이 우수한 900MPa급 이상의 초고강도 펄럭스 코어드 아크 용접이음부를 제공할 수 있는 방안을 연구하기 위하여 면밀히 검토한 결과, 초고강도와 충격인성의 밸런스를 확보할 수 있는 최적의 조직 분율을 도출하였으며, 이러한 조직 분율을 확보하기 위해서는 용접금속의 성분 및 탄소당량식의 범위를 적절히 제어하면 용접이음부의 충격인성 뿐만 아니라, 900MPa급 이상의 초고강도를 확보할 수 있음을 새롭게 규명하고, 그 결과에 기초하여 본 발명을 완성하게 되었다.

이하, 본 발명의 초고강도 플럭스 코어드 아크 용접이음부에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 충격인성이 우수한 초고강도 플럭스 코어드 아크 용접이음부는 중량%로, 탄소(C): 0.01~0.06%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 1.5~3.0%, 니켈(Ni): 2.5~3.5%, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0%, 구리(Cu): 0.4~1.0%, 크롬(Cr): 0.4~1.0%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1%, 보론(B): 0.003~0.007%, 질소(N): 0.001~0.006%, 인(P): 0.02% 이하(O은 제외), 황(S): 0.01% 이하(O은 제외), 산소(O): 0.03~0.07%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

이하, 상기와 같이 성분을 제한하는 이유에 대하여 상세히 설명한다. 이때, 각 성분함량은 중량%를 의미한다.

C: 0.01~0.06%

탄소(C)는 용접금속의 강도를 확보함과 동시에 경화성을 확보하는데에 유리한 원소로서, 상술한 효과를 얻기 위해서는 C를 0.01% 이상으로 첨가할 필요가 있다. 다만, C의 함량이 0.06%를 초과하게 되면, 용접시 용접부 저온균열이 발생하기 쉽고 용접이음부 충격인성이 크게 저하되는 문제점이 있으므로, 그 상한을 0.06%로 제한함이 바람직하다.

Si: 0.1~0.5%

실리콘(Si)은 탈산효과를 위해 첨가하는 원소로서, 그 함량이 0.1% 미만이면 용접금속 내의 탈산효과가 불충분하고 용접금속의 유동성을 저하시키며, 반면 0.5%를 초과하는 경우에는 용접금속 내의 도상 마르텐사이트(M-A constituent)의 변태를 촉진시켜 충격인성을 저하시키고 용접균열 감수성에 영향을 미치는 단점이 있으므로, 본 발명에서는 Si의 함량을 0.1~0.5%로 제한함이 바람직하다.

Mn: 1.5~3.0%

망간(Mn)은 탈산작용 및 강도를 향상시키는 데에 필수적인 원소로서, TiO 산화물 주위에 MnS 형태로 석출하여 Ti 복합산화물로 하여금 인성개선에 유리한 침상 페라이트의 생성을 촉진시키는 역할을 한다. 또한, Mn은 기지조직 내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용 강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데, 이러한 효과를 얻기 위해서는 Mn을 1.5% 이상으로 첨가할 필요가 있다. 다만, 3.0%를 초과하게 되면 저온변태조직을 생성시켜 인성이 저하되는 문제가 있으므로, 그 상한을 3.0%로 제한함이 바람직하다.

Ni: 2.5~3.5%

니켈(Ni)은 고용강화에 의해 매트릭스(matrix)의 강도 및 인성을 향상시키는 필수적인 원소이다. 상기의 효과를 얻기 위해서는 Ni을 2.5% 이상으로 첨가할 필요가 있으나, 3.5%를 초과하여 너무 과도할 경우에는 소입성을 크게 증가시키고 고온균열 발생의 가능성이 있으므로 바람직하지 못하다. 따라서, 본 발명에서는 Ni의 함량을 2.5~3.5%로 제한함이 바람직하다.

Mo: 0.5~1.0%

몰리브덴(Mo)은 기지의 강도를 향상시키는 원소로서, 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.5% 이상으로 첨가할 필요가 있으나, 1.0%를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화되고, 용접경화성이 크게 증가하여 마르텐사이트의 변태를 촉진시켜 용접 저온균열을 발생시키거나 인성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 Mo의 함량을 0.5~1.0%로 제한함이 바람직하다.

Cu: 0.4~1.0%

구리(Cu)는 기지에 고용되어 고용강화 효과로 인하여 강도 및 인성을 확보하는데에 유리한 원소이며, 이러한 효과를 위해서는 0.4% 이상의 Cu를 첨가함이 바람직하다. 다만, 그 함량이 1.0%를 초과하는 경우에는 용접이음부에서 경화성을 증가시켜 인성을 저하시키는 문제가 있으므로, Cu의 함량을 0.4~1.0%로 제한함이 바람직하다.

또한, Cu와 Ni을 복합첨가하는 경우 이들의 합계는 3.5% 미만으로 제한함이 바람직한데, 상기 두 원소의 합이 3.5%를 초과하게 되면 소입성이 증가하여 인성 및 용접성에 악영향을 미치기 때문이다.

Cr: 0.4~1.0%

크롬(Cr)은 기지에 고용되어 소입성을 향상시키고, 강도를 향상시키는데 필수적인 원소로서, 강도 및 인성을 확보하는데에 유리한 원소이다. 상기의 효과를 얻기 위해서는 Cr을 0.4% 이상으로 첨가할 필요가 있으나, 다만 그 함량이 1.0%를 초과하게 되면 용접이음부에서 경화성을 증가시켜 인성을 저해하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 Cr의 함량을 0.4~1.0%로 제한함이 바람직하다.

Ti: 0.01~0.1%

티타늄(Ti)은 산소(O)와 결합하여 미세한 Ti 산화물을 형성시킬 뿐만 아니라, 미세한 TiN 석출물을 형성시켜 침상 페라이트의 형성을 촉진함으로써 강도와 인성을 향상시키는 원소이다. 이와 같이, Ti에 의한 미세한 TiO 산화물 및 TiN 복합석출물의 효과를 얻기 위해서는 0.01% 이상으로 첨가할 필요가 있으나, 너무 과다하면 조대한 산화물 또는 석출물이 형성되어 인성이 저하되는 문제가 있으므로, 그 상한을 0.1%로 제한함이 바람직하다.

B: 0.003~0.007%

보론(B)은 소입성을 향상시키는 원소로서, 입계에 편석되어 입계 페라이트의 변태를 억제하는 역할을 한다. 즉, 고용 B는 용접이음부의 강도를 향상시키는 경화능 확보 역할과 동시에 결정입계로 확산되어 결정입계의 에너지를 낮게하여 입계 페라이트의 변태를 억제하고, 침상 페라이트의 변태를 촉진시킨다. 상기의 효과를 얻기 위해서는 0.003% 이상의 B를 함유하는 것이 바람직하나, 그 함량이 0.007%를 초과하게 되면, 그 효과가 포화되고 용접경화성이 크게 증가하여 저온변태상을 촉진시켜 용접 저온균열 발생 및 인성을 저하시키는 문제가 있다. 따라서, B의 함량은 0.003~0.007%로 제한함이 바람직하다.

N: 0.001~0.006%

질소(N)는 TiN 및 VN 석출물 등을 형성시키는데 필수불가결한 원소로서, Ni의 양이 증가할수록 미세 TiN 및 VN 석출물의 양을 증가시킨다. 특히, TiN 석출물 크기 및 석출물 간격, 석출물 분포, 산화물과의 복합석출 빈도수, 석출물 자체의 고온 안정성 등에 현저한 영향을 미치기 때문에, 그 함량은 0.001% 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 다만, 너무 과도하여 0.006%를 초과하게 되면 그 효과가 포화되고, 용접금속 내에 존재하는 고용질소량의 증가로 인해 인정저하를 초래할 수 있으므로, N의 함량은 0.001~0.006%로 제한함이 바람직하다. 　

P: 0.02% 이하(O은 제외)

인(P)은 고온균열을 조장하는 불순물로서, 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하며, 그 상한은 0.02% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

S: 0.01% 이하(O은 제외)

황(S)은 Mn과 결합하여 MnS 복합산화물을 석출시키는 원소로서 작용하나, 그 함량이 0.01%를 초과할 경우에는 FeS 등의 저융점화합물을 형성시켜 고온균열을 유발시킬 수 있으므로, S의 함량을 0.01% 이하로 제한함이 바람직하다.

O: 0.03~0.07%

산소(O)는 용접이음부 응고중에 Ti와 반응하여 Ti산화물을 형성시키는 원소로서, Ti 산화물은 용접이음부 내에서 침상 페라이트의 변태를 촉진시킨다. 이때 O의 함량이 0.03% 미만이면 Ti 산화물을 용접이음부에 적절히 분포시키지 못하며, 반면 0.07%를 초과하게 되면 조대한 Ti 산화물 및 기타 FeO 등의 산화물이 생성되어 용접이음부의 충격인성에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명의 일 측면에 따른 용접이음부는 상술한 성분 이외에도 Nb, V, W 및 Zr로 구성된 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상과 칼슘 및 희토류금속 중 선택된 1종 또는 2종을 추가적으로 포함할 수 있다.

Nb: 0.001~0.1%

니오븀(Nb)은 소입성 향상을 목적으로 첨가되는 원소로, 특히 Ar3 온도를 낮추고 냉각속도가 낮은 범위에서도 베이나이트 생성범위를 넓히는 효과가 있어, 베이나이트 조직을 얻는데에 유리한 원소이다. 상술한 효과와 함께 강도 향상을 얻기 위해서는 Nb을 0.001% 이상으로 첨가할 필요가 있으나, 다만 그 함량이 0.1%를 초과하게 되면 용접시 용접이음부에서 도상 마르텐사이트(MA) 조직의 형성을 촉진함으로써 용접이음부의 인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

V: 0.001~0.1%

바나듐(V)은 N와 결합하여 VN 석출물을 형성시킴으로써 페라이트 변태를 촉진하는 원소로서, 상술한 효과를 얻기 위해서는 V을 0.001% 이상으로 첨가할 필요가 있다. 다만, 그 함량이 0.1%를 초과하게 되면 용접이음부에 카바이드(Carbide)와 같은 경화상을 형성시켜 용접이음부의 인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

W: 0.05~0.50%

텅스텐(W)은 고온강도를 향상시키고 석출강화에 효과적인 원소이다. 이러한 W의 함량이 0.05% 미만이면 강도상승 효과가 미미하고, 반면 0.50%를 초과할 경우에는 고강도 용접이음부 충격인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

Zr: 0.005~0.5%

지르코늄(Zr)은 산소(O)와 결합하여 미세한 Zr 복합 산화물을 형성시킨다. 이러한 미세 Zr 복합 산화물 분산효과를 얻기 위해서는 Zr을 0.005% 이상으로 첨가함이 바람직하나, 0.5%를 초과하게 되면 조대한 Zr 복합 산화물 및 조대한 ZrN 석출물이 형성되어 충격인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

Ca 및 REM: 각각 0.0005~0.005% 및 0.005~0.05%

칼슘(Ca) 및 희토류금속(REM)은 용접시 아크를 안정시키고, 용접이음부에서 산화물의 형성을 억제하는 역할을 한다. 또한, 냉각과정에서 오스테나이트 결정립의 성장을 억제하여 입내 페라이트 변태를 촉진시킴으로써 용접이음부의 인성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 상술한 효과를 얻기 위해, Ca의 경우에는 0.0005% 이상, REM의 경우에는 0.005% 이상으로 첨가할 필요가 있으나, Ca이 0.005%를 초과하거나 REM이 0.05%를 초과하는 경우에는 조대한 산화물을 형성함으로써 인성을 저해할 우려가 있다. 이때, REM으로서는 Ce, La, Y 및 Hf 등으로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소일 수 있으며, 어떠한 원소를 사용하여도 상술한 효과를 얻는데에는 무리가 없다.

나머지는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진다.

본 발명에서 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW) 후 형성되는 용접이음부의 미세조직은 면적분율로 40% 이상의 침상 페라이트(Acicular ferrite) 및 40~50%의 베이나이트와 마르텐사이트의 혼합 조직을 포함함이 바람직하다.

FCAW에 의해 형성된 용접이음부의 미세조직 중 강도가 높은 마르텐사이트나 베이나이트의 조직 분율이 높아지면, 강도는 쉽게 달성할 수는 있으나, 충격인성 측면에서는 만족스럽지 못한 결과를 가져올 수 있다. 반면, 인성이 우수한 침상 페라이트의 조직 분율이 높아지면 용접이음부의 인성은 우수하게 확보할 수 있으나, 강도 측면에서 목적하는 초고강도 급에 이르지 못할 수 있다. 따라서, 강도 및 인성을 동시에 우수하게 확보하기 위한 용접이음부의 조직은 40% 이상의 침상 페라이트 및 40~50%의 베이나이트와 마르텐사이트의 혼합 조직으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 용접이음부의 혼합 조직을 얻기 위해서는, 모재와 용가재가 통상의 용접조건에 의해 희석되어 형성된 용접이음부가 하기에 나타낸 탄소당량 Ceq 값이 0.73~0.85%의 범위를 만족하도록 성분설계가 이루어져야 한다.

<관계식 1>

Ceq = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14

상기 관계식 1로 나타나는 탄소당량 Ceq 값이 0.73~0.85% 범위를 만족하여야만, 용접이음부에서 충격인성과 초고강도의 밸런스가 이루어지며, 이때 용접이음부의 조직이 상술한 바와 같이 혼합 조직으로 이루어질 수 있는 것이다. 상기 용접이음부의 탄소당량 Ceq 값이 0.73% 미만일 경우에는 충격인성은 우수하나 초고강도를 달성하지 못하는 반면, 0.85%를 초과하는 경우에는 초고강도는 확보할 수 있으나 충격인성이 저하될 우려가 있다.

또한, FCAW를 적용한 후 형성되는 용접이음부에서 발생될 수 있는 균열을 방지하기 위해서는 용접 열에 의한 강재의 용접이음부 용접균열 감수성을 낮게 유지할 필요가 있다. 따라서, 하기 관계식 2로 표현되는 용접균열 감수성 지수 Pcm 값이 0.35% 이하를 만족함이 바람직하다.

<관계식 2>

Pcm = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B

상기 용접이음부의 용접균열 감수성 지수 Pcm 값이 0.35%를 초과하게 되면, 용접이음부에서 균열이 발생할 가능성이 높다. 따라서, C, Si, Mn 등의 함량은 낮게 제어될 필요가 있다.

상술한 바와 같이, 성분조성과 미세조직뿐만 아니라 각 성분들의 관계에 따라 Ceq 및 Pcm 값이 본 발명에서 제안하는 바를 만족하는 용접이음부는 -5℃에서의충격 흡수 에너지(vE)가 80J 이상으로, 우수한 충격인성을 갖는다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

( 실시예 )

중량%로, C: 0.05%, Si: 0.13%, Mn: 2.5%, P: 0.008%, S: 0.002%, 기타 Ni, Cr, Cu, Nb, Ti, B를 포함하는 건설용 강재인 HSA800강에 대하여, 직경이 1.6mm인 와이어를 이용하여 100% CO₂ 보호가스를 적용하여 20kJ/mm 입열량으로 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW)을 실시하였다. 상기 FCAW시 전류: 270A, 전압: 28V, 용접속도: 23cm/min, 층간온도: 150℃ 이하의 조건으로 실시하였다.

상기 플럭스 코어드 아크 용접 후 형성된 용접이음부의 조성 결과를 하기 표 1에 나타내었으며, 상기 용접시의 용접조건, 용접 후 용접이음부의 미세조직 구성 및 기계적성질을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 상기 기계적 성질 중 충격인성은 KS규격(KS B 0809) 충격 시험편을 이용하여 샤르피 충격시험을 통해 용접이음부의 충격 흡수 에너지(vE)를 평가하였다.

구분	성분조성(중량%)
구분	C	Si	Mn	P	S	Ni	Mo	Cu	Cr	Ti	B	Nb	V	Ca	REM	O (ppm)	Ceq	Pcm
발명예1	0.04	0.45	2.40	0.015	0.003	3.1	0.65	0.55	0.6	0.03	0.0030	-	-	-	-	480	0.82	0.34
발명예2	0.03	0.35	2.60	0.012	0.004	2.9	0.60	0.50	0.5	0.04	0.0031	-	-	-	-	510	0.80	0.33
발명예3	0.06	0.25	2.20	0.011	0.003	3.0	0.55	0.48	0.55	0.035	0.0037	-	-	-	-	490	0.76	0.34
발명예4	0.06	0.32	2.00	0.008	0.005	2.6	0.72	0.42	0.6	0.04	0.0040	-	-	-	-	480	0.77	0.33
발명예5	0.05	0.42	2.20	0.009	0.004	2.8	0.60	0.45	0.7	0.04	0.0035	-	-	-	-	470	0.79	0.34
발명예6	0.04	0.50	2.40	0.010	0.002	3.0	0.62	0.48	0.5	0.04	0.0046	-	-	-	-	500	0.79	0.34
발명예7	0.02	0.50	2.60	0.011	0.005	3.4	0.68	0.40	0.6	0.03	0.0034	0.01	-	-	-	450	0.85	0.34
발명예8	0.03	0.35	2.40	0.012	0.004	2.7	0.67	0.40	0.5	0.05	0.0035	-	0.01	-	-	460	0.78	0.31
발명예9	0.02	0.45	2.50	0.010	0.005	2.9	0.50	0.46	0.4	0.07	0.0060	-	-	0.001	-	470	0.73	0.31
발명예10	0.04	0.20	1.90	0.009	0.003	3.5	0.6	0.48	0.7	0.06	0.0040	-	-	-	0.001	490	0.74	0.32
비교예1	0.07	0.50	1.55	0.011	0.006	2.6	0.4	0.11	0.2	0.01	-	-	-	-	-	530	0.55	0.25
비교예2	0.05	0.30	1.93	0.011	0.004	1.7	0.2	0.25	0.6	0.03	0.0030	0.001	-	-	-	490	0.60	0.26
비교예3	0.06	0.60	2.50	0.010	0.007	2.6	0.2	0.34	0.5	0.04	0.0040		0.01	-	-	520	0.72	0.32
비교예4	0.08	0.90	2.00	0.008	0.004	2.7	0.5	0.30	0.3	0.06	0.0050	-	-	-	-	550	0.70	0.34
비교예5	0.09	0.50	2.50	0.012	0.005	2.5	0.6	0.5	0.6	0.04	0.0030	-	-	-	-	490	0.86	0.38
비교예6	0.04	0.60	2.50	0.011	0.007	3.4	0.8	0.7	0.8	0.03	0.0035	0.012	-	-	-	500	0.93	0.39
비교예7	0.09	0.80	2.70	0.014	0.008	3.0	0.7	0.4	0.9	0.05	0.0055	-	0.01	-	-	550	1.00	0.44
비교예8	0.07	0.40	2.30	0.011	0.006	2.9	0.9	0.4	0.7	0.04	0.0032	-	-	-	0.013	480	0.92	0.39
비교예9	0.03	0.37	1.50	0.015	0.010	2.4	0.9	0.2	0.3	0.05	0.0045	-	-	-	-	490	0.64	0.26
비교예10	0.05	0.65	3.00	0.009	0.004	2.3	0.6	0.5	0.8	0.04	0.0068	-	-	0.01	-	510	0.94	0.40

구분	용접조건		용접이음부 미세조직 분율 (%)		용접이음부 기계적성질
구분	용접종류	입열량 (kJ/cm)	침상 페라이트	베이나이트+ 마르텐사이트	인장강도 (MPa)	vE_-5℃ (J)
발명예1	FCAW	20	53	47	943	108
발명예2	FCAW	20	55	45	955	109
발명예3	FCAW	20	57	43	944	92
발명예4	FCAW	20	55	45	933	104
발명예5	FCAW	20	50	50	941	96
발명예6	FCAW	20	54	46	935	100
발명예7	FCAW	20	59	41	955	95
발명예8	FCAW	20	57	43	943	89
발명예9	FCAW	20	54	46	952	105
발명예10	FCAW	20	65	35	937	102
비교예1	FCAW	20	36	43	857	24
비교예2	FCAW	20	32	45	844	28
비교예3	FCAW	20	34	36	751	32
비교예4	FCAW	20	35	26	823	24
비교예5	FCAW	20	27	54	656	19
비교예6	FCAW	20	22	24	840	14
비교예7	FCAW	20	24	74	841	19
비교예8	FCAW	20	22	77	839	12
비교예9	FCAW	20	29	43	825	20
비교예10	FCAW	20	12	82	823	12

상기 표 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 성분조성, 성분 관계 및 미세조직을 모두 만족하는 용접이음부들은 강도뿐만 아니라 충격인성이 우수함을 보였다. 이는, 발명예들의 경우 비교예들과는 달리 성분조성 및 성분관계를 만족함에 따라 미세조직이 제어됨으로써 강도 및 인성이 크게 향상된 것으로 보여진다. 특히, 도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명에 의한 용접이음부는 미세조직이 침상페라이트와 마르텐사이트 및 베이나이트로 형성된 것을 확인할 수 있다.

이에 반면, 비교예들은 용접이음부의 성분조성 및 성분관계가 본 발명에서 제안하는 바를 만족하지 않는 경우로서, 형성된 미세조직 중 침상 페라이트가 분율이 너무 낮거나, 또는 베이나이트+마르텐사이트 분율이 너무 낮거나 높아, 오히려 강도 및 인성이 저하되는 결과를 보임을 확인할 수 있다.

상기의 결과를 통해, 플러스 코어드 아크 용접(FCAW)시 본 발명을 만족하는 용접이음부는 비교예 대비 강도 및 충격인성 측면에서 우수한 특성을 보임을 알 수 있다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.01~0.06%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 1.5~3.0%, 니켈(Ni): 2.5~3.5%, 몰리브덴(Mo): 0.5~1.0%, 구리(Cu): 0.4~1.0%, 크롬(Cr): 0.4~1.0%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1%, 보론(B): 0.003~0.007%, 질소(N): 0.001~0.006%, 인(P): 0.02% 이하(O은 제외), 황(S): 0.01% 이하(O은 제외), 산소(O): 0.03~0.07%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1로 표현되는 탄소당량 Ceq 값이 0.73~0.85%를 만족하고,
미세조직은 면적분율로 40% 이상의 침상 페라이트(Acicular ferrite) 및 40~50%의 베이나이트와 마르텐사이트의 혼합 조직을 포함하는 충격인성이 우수한 초고강도 플럭스 코어드 아크 용접이음부.
<관계식 1>
Ceq = C + Si/24 + Mn/6 + Ni/40 + Cr/5 + Mo/4 + V/14
제 1항에 있어서,
상기 용접이음부는 중량%로, 니오븀(Nb): 0.001~0.1%, 바나듐(V): 0.001~0.1%, 텅스텐(W): 0.05~0.50% 및 지르코늄(Zr): 0.005~0.5%로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상, 칼슘(Ca): 0.0005~0.005% 및 희토류(REM): 0.005~0.05%로 구성된 군에서 선택된 1종 또는 2종을 더 포함하는 충격인성이 우수한 초고강도 플럭스 코어드 아크 용접이음부.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 용접이음부는 하기 관계식 2로 표현되는 용접균열 감수성 지수 Pcm 값이 0.35% 이하를 만족하는 충격인성이 우수한 초고강도 플럭스 코어드 아크 용접이음부.
<관계식 2>
Pcm = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B
제 1항에 있어서,
상기 용접이음부는 -5℃에서 충격인성이 80J 이상인 충격인성이 우수한 초고강도 플럭스 코어드 아크 용접이음부.