KR20180074863A - WELDED JOINT OF HIGH Mn STEEL WITH EXCELLENT HOT CRACKING RESISTANCE - Google Patents
WELDED JOINT OF HIGH Mn STEEL WITH EXCELLENT HOT CRACKING RESISTANCE Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180074863A KR20180074863A KR1020160177843A KR20160177843A KR20180074863A KR 20180074863 A KR20180074863 A KR 20180074863A KR 1020160177843 A KR1020160177843 A KR 1020160177843A KR 20160177843 A KR20160177843 A KR 20160177843A KR 20180074863 A KR20180074863 A KR 20180074863A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- carbon
- welding
- weight percent
- welded joint
- weight
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
- B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
- B23K35/0255—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape for use in welding
- B23K35/0261—Rods, electrodes, wires
- B23K35/0266—Rods, electrodes, wires flux-cored
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/001—Austenite
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 고온균열 저항성이 우수한 고망간강 용접이음부에 관한 것이다.The present invention relates to a high manganese steel welded joint having excellent high temperature crack resistance.
고망간강은 고가의 니켈(Ni)를 배제하고 다량의 망간(Mn)과 탄소(C)를 첨가하여 상온 및 저온에서 오스테나이트 단상을 형성시키고, 소성변형시 발생하는 변형유기쌍정을 이용하여 고강도 및 고인성을 동시에 확보한 강재로서, 자동차, 조선, 해양, 건축 등의 다양한 분야에 적용 가능한 신소재이다.High manganese steel is produced by eliminating expensive nickel (Ni) and adding a large amount of manganese (Mn) and carbon (C) to form austenite single phase at room temperature and low temperature. It is a new material that can be applied to various fields such as automobile, shipbuilding, marine, and construction.
이러한 고망간강을 여러 산업분야에 적용하기 위해서는 용접공정이 필수적으로 요구된다. 이러한 용접과정에서 생성되는 용접부는 다양한 미세조직과 함께 예상치 못한 용접결함을 포함할 수 있고, 이는 구조물의 안정성에 치명적인 영향을 줄 수 있다.In order to apply these high-manganese steels to various industrial fields, welding processes are indispensable. The welds produced in these welding processes may include unexpected weld defects with various microstructures, which can have a critical impact on the stability of the structure.
그런데, 고유의 높은 탄소 및 망간 함량으로 인해, 상기 고망간강은 저합금강에 비해 대표적인 용접결함 중 하나인 균열, 특히 고온균열에 대한 높은 민감도를 갖는다. 이에, 강재 및 용접재료 개발에 있어 신중한 합금원소 첨가가 요구되고 있다.However, due to the inherent high carbon and manganese content, the high manganese steel has a high sensitivity to cracks, especially hot cracks, which is one of the representative weld defects compared to low alloy steels. Therefore, careful addition of alloying elements is required in the development of steels and welding materials.
이러한 고망간강의 용접부에서 야기되는 고온균열 문제를 해결하기 위한 방안으로서, 특허문헌 1(대한민국 공개특허공보 제10-2014-0146383호)은 알루미늄(Al) 함량을 2.0 ~ 8.0 중량%로 증가시켜 용접부 응고 모드 변화에 따른 고온균열 저항성 향상을 도모하였다.Patent Document 1 (Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0146383) discloses a method for increasing the aluminum (Al) content to 2.0 to 8.0% by weight, thereby improving the high temperature cracking caused by the welding portion of the high manganese steel, And to improve the high temperature crack resistance according to the coagulation mode change.
그러나, 특허문헌 1에 따르면, 고함량의 알루미늄 첨가에 의해 연속 주조 시 노즐 막힘 문제가 발생할 수 있고, 이로 인한 용접생산성의 저하로 인해 판재 제조 및 용접재료의 생산에 문제점이 수반될 수 있다.However, according to Patent Document 1, a problem of nozzle clogging may occur during continuous casting due to the addition of a high amount of aluminum, which may lead to problems in production of plate material and production of welding material due to deterioration of welding productivity.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해, 고망간강 용접이음부의 합금성분의 함량을 적절히 조절하고, 이들 성분 중 탄소에 대한 티타늄의 중량비(Ti/C)를 제어함으로써 고온균열 저항성이 우수한 고망간강 용접이음부를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve such a conventional problem, the present invention has been made to solve the problems of the prior art by appropriately adjusting the content of the alloy component in the high manganese steel weld joint and controlling the weight ratio (Ti / C) of titanium to carbon among these components, The purpose of manganese steel welding is to provide welds.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고망간강을 용접하여 얻어지는 용접이음부에 있어서, 상기 용접이음부는 탄소(C): 0.18 ~ 0.61중량%, 실리콘(Si): 0.23 ~ 1.0중량%, 망간(Mn): 16.2 ~ 23.0중량%, 니켈(Ni): 5.0 ~ 10.0중량%, 티타늄(Ti): 1.37중량% 이하(0중량%는 제외), 인(P): 0.023중량% 이하(0중량%는 제외), 황(S): 0.04중량% 이하(0중량%는 제외), 잔여 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 탄소(C)에 대한 상기 티타늄(Ti)의 중량비(Ti/C)가 2.0 ~ 3.0인 고온균열 저항성이 우수한 고망간강 용접이음부를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a welded joint obtained by welding a high manganese steel, wherein the weld joint has a carbon (C) content of 0.18 to 0.61 wt%, a silicon (Si) content of 0.23 to 1.0 wt% , Mn: 16.2 to 23.0 wt%, Ni: 5.0 to 10.0 wt%, Ti: 1.37 wt% or less (excluding 0 wt%) and phosphorus (P): 0.023 wt% or less (S): not more than 0.04% by weight (excluding 0% by weight), residual Fe and other unavoidable impurities, and the weight ratio of the titanium (Ti) to the carbon (C) / C) of 2.0 ~ 3.0, which is excellent in high temperature crack resistance.
상기 탄소(C)에 대한 상기 티타늄(Ti)의 중량비(Ti/C)는 바람직하게 2.5일 수 있다.The weight ratio (Ti / C) of the titanium (Ti) to the carbon (C) may be preferably 2.5.
상기 용접이음부의 최종 응고온도는 1,060 ~ 1,200℃일 수 있다.The final solidification temperature of the welded joint may be 1,060 to 1,200 ° C.
상기 용접이음부의 미세조직은 오스테나이트(γ) 단상조직을 가질 수 있다.The microstructure of the weld joint may have an austenite (?) Single phase structure.
상기 고망간간의 용접에는 플럭스 코어드 및 가스 텅스텐 아크 용접으로부터 선택된 하나의 용접 방식이 사용될 수 있다.One welding method selected from flux cored and gas tungsten arc welding can be used for the welding between the high manganese.
본 발명에 따르면, 고망간강 용접이음부의 합금성분의 함량을 적절히 조절하고, 이들 성분 중 탄소에 대한 티타늄의 중량비(Ti/C)를 제어함으로써 고온균열 민감도가 낮은 용접이음부를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a welded joint having a low hot crack sensitivity by appropriately controlling the content of the alloy component of the high manganese steel weld joint and controlling the weight ratio (Ti / C) of titanium to carbon among these components.
도 1은 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따라 용접된 고망간강의 용접금속부 총 균열길이 및 최대 균열길이를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1은 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따라 용접된 고망간강의 용접열영향부 총 균열길이 및 최대 균열길이를 비교하여 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing a total crack length and a maximum crack length of a weld metal portion of a high manganese steel welded in accordance with Example 1 and Comparative Examples 1 and 2. FIG.
FIG. 2 is a graph showing the total crack length and the maximum crack length of welded heat affected zone of high manganese steel welded according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 in comparison.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.
본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 인(P), 황(S) 및 잔부의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 특별한 성분비로 포함하되, 탄소(C)에 대한 티타늄(Ti)의 중량비의 조건을 제한하여 용접이음부를 제조하는 경우, 고온균열에 직접적으로 영향을 미치는 응고온도 구간을 축소할 수 있으며, 그 결과 고온균열을 효과적으로 저감시킬 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다. As a result of extensive research, the inventors of the present invention have found that iron (Fe), carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), nickel (Ni), titanium (Ti), phosphorus (P) And other inevitable impurities as specific component ratios, but when the weld joint is manufactured by limiting the weight ratio condition of titanium (Ti) to carbon (C), the solidification temperature section directly affecting the hot crack And as a result, it is possible to effectively reduce the high-temperature cracking, thereby completing the present invention.
구체적으로, 본 발명의 고온균열 저항성이 우수한 고망간강 용접이음부는 탄소(C): 0.18 ~ 0.61중량%, 실리콘(Si): 0.23 ~ 1.0중량%, 망간(Mn): 16.2 ~ 23.0중량%, 니켈(Ni): 5.0 ~ 10.0중량%, 티타늄(Ti): 1.37중량% 이하(0중량%는 제외), 인(P): 0.023중량% 이하(0중량%는 제외), 황(S): 0.04중량% 이하(0중량%는 제외), 잔여 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 탄소(C)에 대한 상기 티타늄(Ti)의 중량비(Ti/C)가 2.0 ~ 3.0인 것을 특징으로 한다.Specifically, the high manganese steel welded joint having excellent high temperature crack resistance according to the present invention comprises 0.18 to 0.61 wt% of carbon (C), 0.23 to 1.0 wt% of silicon (Si), 16.2 to 23.0 wt% of manganese (Mn) Nickel (Ni): 5.0 to 10.0 wt%, titanium (Ti): not more than 1.37 wt% (excluding 0 wt%), phosphorus (P): not more than 0.023 wt% (Ti / C) of 2.0 to 3.0 with respect to the carbon (C), wherein the weight ratio of the titanium (Ti) to the carbon (C) is 0.04 wt% or less (excluding 0 wt%), residual Fe and other unavoidable impurities .
먼저, 본 발명의 용접이음부를 구성하는 각 성분의 첨가 이유와 이들의 함량범위 수치한정 이유에 대하여 상세히 설명한다.First, the reason why each component constituting the welded joint of the present invention is added and the reasons for limiting the content range of the welded joint are described in detail.
탄소(C): 0.18 ~ Carbon (C): 0.18 ~ 0.61중량%0.61 wt%
탄소는 용접이음부의 강도 및 극저온 충격인성을 확보할 수 있는 가장 강력한 오스테나이트 안정화 원소이다. 이러한 용접이음부의 강도 및 극저온 충격인성을 안정적으로 확보하기 위해서는, 0.18중량% 이상의 탄소의 함량이 요구된다. 다만, 상기 탄소의 함량이 0.61 중량%를 초과하면 용접시 이산화탄소 가스 등이 발생하여 용접이음부의 결함을 유발할 수 있으며, 망간, 철, 크롬, 티타늄 등의 합금원소와 결합하여 M3C, M23C6, MC(본 명세서에서, M은 C이외의 합금원소를 나타낸다.) 등의 탄화물을 생성하여 저온에서 충격인성이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 탄소의 함량은 0.18 ~ 0.61중량%로 제한한다.Carbon is the most powerful austenite stabilizing element that can ensure weld strength and cryogenic impact toughness. In order to stably secure the strength and cryogenic impact toughness of such welded joints, a content of carbon of 0.18 wt% or more is required. However, if the content of carbon exceeds 0.61 wt%, carbon dioxide gas may be generated during welding to cause defects in the welding part. When the carbon content is higher than 0.61 wt%, M 3 C, M 23 C 6 , MC (in the present specification, M represents an alloy element other than C), and the impact toughness is lowered at a low temperature. Therefore, the content of carbon is limited to 0.18 to 0.61% by weight.
실리콘(Si): 0.23Silicon (Si): 0.23 ~ ~ 1.0중량%1.0 wt%
실리콘은 용접이음부 내의 탈산 효과 및 용접비드의 퍼짐성을 위해서 첨가시키는 원소이다. 이러한 실리콘의 함량이 0.23중량% 미만일 경우에는 용탕의 유동성이 저하되는 문제점이 있다. 반면, 상기 실리콘의 함량이 1.0중량%를 초과하는 경우에는 용접이음부 내에 편석이 유발되어 충격인성이 떨어지고, 공정 탄소 농도가 저하되어 고온균열 감수성이 상승되는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 실리콘의 함량을 0.23 ~ 1.0중량%로 제한하며, 바람직한 실리콘의 함량으로서 0.34 ~ 0.38중량% 범위로 제한할 수 있다.Silicon is an element added for the deoxidation effect in the weld zone and the spreadability of the weld bead. If the content of silicon is less than 0.23% by weight, the flowability of the molten metal is deteriorated. On the other hand, when the content of silicon exceeds 1.0% by weight, segregation is induced in the welded portion to deteriorate the impact toughness, lowering the process carbon concentration and increasing the susceptibility to hot cracking. Therefore, in the present invention, the content of silicon is limited to 0.23 to 1.0% by weight, and the content of silicon is preferably limited to 0.34 to 0.38% by weight.
망간(Mn): 16.2 ~ 23.Manganese (Mn): 16.2-23. 0중량%0 wt%
망간은 저온 및 상온에서 오스테나이트를 안정화시키는 주요 원소이다. 상기 망간 함량이 16중량% 미만이면 오스테나이트 단상 형성이 어려워 용접금속 내 입실론(ε)- 또는 알파(α)-마르텐사이트를 생성시킬 수 있고, 이는 저온 인성에 악영향을 미친다. 반면, 상기 망간 함량이 23.0중량%를 초과하는 경우에는 편석에 의한 고온균열 민감도가 커질 수 있으며, 용접시 인체에 유해한 흄(fume)이 과도하게 발생하고 제품의 가격 경쟁력에 악영향을 미친다. 따라서, 본 발명에서는 상기 망간의 함량을 16.2 ~ 23.0중량% 범위로 제한한다.Manganese is a major element that stabilizes austenite at low temperature and at room temperature. If the content of manganese is less than 16% by weight, it is difficult to form austenite single phase, which may result in the formation of epsilon (?) - or alpha (?) - martensite in the weld metal, which adversely affects the low temperature toughness. On the other hand, when the content of manganese exceeds 23.0 wt%, sensitivity to hot cracking due to segregation may be increased, and fumes harmful to the human body may be excessively generated at the time of welding, adversely affecting the price competitiveness of the product. Therefore, in the present invention, the content of manganese is limited to the range of 16.2 to 23.0 wt%.
니켈(nickel( NiNi ): 5~10 ): 5 to 10 중량%weight%
니켈은 강력한 오스테나이트 안정화 원소로, 내식성 및 강도, 인성을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명의 탄소, 망간의 합금성분 범위에서, 상기 니켈이 5중량% 미만 첨가되면 오스테나이트 단상을 생성시키기 어렵고, 10중량% 이상 첨가되면 가격경쟁력에 악영향을 미친다. 따라서, 본 발명에서는 상기 니켈의 함량을 5.0 ~ 10.0중량%로 제한한다.Nickel is a powerful austenite stabilizing element and plays a role in improving corrosion resistance, strength and toughness. In the range of the carbon and manganese alloy composition of the present invention, when the nickel content is less than 5 wt%, it is difficult to produce the austenite single phase. When the nickel content is more than 10 wt%, the cost competitiveness is adversely affected. Therefore, in the present invention, the content of nickel is limited to 5.0 to 10.0% by weight.
티타늄(titanium( TiTi ): 1.37 ): 1.37 중량%이하% By weight or less (( 0중량%는0 wt% 제외) except)
티타늄은 용접시 아크 안정성, 용접작업성의 확보, 입계부식 방지 등을 위해 첨가되는 것이 일반적이며, 탄소 함량에 따라 티탄 탄화물을 생성시켜 용접부 극저온 인성을 저하시킬 수 있다. 그러나, 상기 티타늄 탄화물의 형성은 기지와의 낮은 공정반응 온도를 갖는 M3C의 생성량을 저하시키는 장점 또한 가지고 있다. 그리고, 상기 티타늄은 탄소와의 중량비에 따라 응고온도를 변화시켜 고온균열 감수성에 영향을 준다. 따라서, 본 발명에서는 상기한 용접부 인성과 고온균열 저항성 향상을 고려하여, 티타늄 함량을 1.37중량% 이하로 제한하였으며, 동시에 상기 탄소에 대한 티타늄(Ti/C)의 중량비를 2.0 ~ 3.0으로 제한하였다.Titanium is generally added for the purpose of arc stability during welding, securing of welding workability, prevention of intergranular corrosion, etc., and titanium carbide may be generated depending on the carbon content to lower the cryogenic toughness of the welded portion. However, the formation of the titanium carbide also has the advantage of lowering the amount of M 3 C produced with a low process reaction temperature with the matrix. In addition, the titanium may change the solidification temperature depending on the weight ratio of carbon to carbon, thereby affecting high temperature crack susceptibility. Accordingly, in the present invention, the titanium content is limited to 1.37 wt% or less, and the weight ratio of titanium (Ti / C) to the carbon is limited to 2.0 to 3.0 in consideration of the improvement in toughness and high temperature crack resistance.
인(P): (P): 0.023중량%0.023 wt% 이하( Below( 0중량%는0 wt% 제외) except)
인은 용접이음부에 불가피하게 함유되는 불순물로서, 인이 포함되는 경우 저융점 화합물인 M3P가 생성되어 고온균열 감수성이 크게 증가하는 문제점이 있어 최대한 포함되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 불가피한 인 함량을 0.023중량%로 제한하였다.Phosphorus is an impurity which is inevitably contained in the weld joint, and when phosphorus is included, it is preferable that M 3 P which is a low melting point compound is generated and the hot-crack susceptibility is greatly increased. Therefore, the inevitable phosphorus content in the present invention is limited to 0.023 wt%.
황(S): Sulfur (S): 0.04중량%0.04 wt% 이하( Below( 0중량%는0 wt% 제외) except)
황은 용접이음부에 불가피하게 함유되는 불순물로서, 황이 포함되는 경우 고망간간 용접이음부 내에 망간황화물을 형성하여 인성 저하를 야기하므로 최대한 포함되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서는 불가피한 황 함량을 0.04중량%로 제한하였다.Sulfur is an impurity which is inevitably contained in the welded joint. When sulfur is included, it is preferable that the welded joint between the high manganese joints forms a manganese sulfide in the welded portion to cause degradation in toughness. Therefore, inevitable sulfur content in the present invention is limited to 0.04% by weight.
본 발명에 따른 고망간강 용접 이음부는 상술한 성분조성 이외에 잔부의 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함한다. 다만, 상기 불순물은 통상의 철강 제조과정에서 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 상태에서 불가피하게 혼입되는 것으로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 철강제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.The high manganese steel weld joint according to the present invention comprises the balance iron (Fe) and unavoidable impurities in addition to the above-mentioned component composition. However, the impurities can not be excluded because they are inevitably incorporated from the raw material or the surrounding environment in an unintended state during the ordinary steel making process. These impurities are not specifically mentioned in this specification, as they are known to any person skilled in the art of steel making.
한편, 본 발명자들의 연구에 의하면, 상술한 본 발명의 고망간강 용접이음부 성분 조성 중에서 탄소에 대한 티타늄의 중량(Ti/C)를 제어함으로써 최종 응고온도를 높여 응고온도 구간을 축소하는 것이 가능하고, 그 결과 고온균열 감수성을 저하시킬 수 있었다.On the other hand, according to research conducted by the inventors of the present invention, it is possible to reduce the solidification temperature range by increasing the final solidification temperature by controlling the weight (Ti / C) of titanium to carbon in the composition of the high manganese steel welded joint of the present invention As a result, the susceptibility to hot cracking could be reduced.
오스테나이트 단상조직을 갖는 고망간강계 용접이음부의 고온균열은 통상 응고균열(용접금속부 균열)과 액화균열(용접열영향부 균열)로 대표되며, 이들 균열의 발생 메커니즘에 대해 살펴보면 하기와 같다. High-temperature cracks in high-manganese steel-welded joints with austenite single-phase structure are typically represented by solidification cracks (weld metal part cracks) and liquefaction cracks (weld heat affected part cracks). Mechanisms of occurrence of these cracks are as follows .
상기 응고균열의 경우, 응고 말기에 불순물 원소인 P, S 등의 편석에 의해 생성된 저융점 화합물이 액막의 형태로 결정립계에 잔존하는 단계에서, 응고수축 및 열수축에 의한 응력이 재료의 변형 수용능력 이상으로 부가될 때 발생한다. 구체적으로, 고망간강 용접금속부에서, S는 높은 Mn 함량에 의해 MnS를 형성하고, 이러한 MnS의 형성은 저융점 화합물인 FeS의 형성을 충분히 억제할 수 있는 반면, P의 경우 엄격한 함량 관리가 필요하다. 그 외에, 기지 고용도 이상의 높은 함량으로 포함된 탄소에 의해 생성되는 M3C 형태의 탄화물 또는 공정조직이 응고입계에 존재하여 P편석과 함께 응고균열 감수성에 결정적인 영향을 미치게 된다. 즉, 저융점 화합물인 상기 탄화물, 공정조직 또는 P 편석 등은 용접이음부의 최종 응고온도를 낮추는 원인이 되고, 이에 따라 최종 응고온도가 낮아지면 응고 취성 온도 구간이 넓어지므로 균열 감수성이 높아지게 되는 것이다.In the case of the solidification crack, in the stage where a low melting point compound produced by segregation of impurity elements such as P and S at the end of solidification remains in the grain boundary in the form of a liquid film, the stress due to coagulation shrinkage and heat shrinkage Or more. Specifically, in the weld metal part of high manganese steel, S forms MnS by the high Mn content, and formation of such MnS can sufficiently suppress the formation of FeS which is a low melting point compound, while strict control of P content is required Do. In addition, the M 3 C-type carbide or process structure produced by the carbon contained at a high content above the base solubility exists in the coagulated grain boundaries, which has a decisive influence on the solidification cracking susceptibility together with the P segregation. That is, the carbide, the process structure, or the P segregation, which is a low melting point compound, causes the final coagulation temperature of the weld to be lowered, and if the final coagulation temperature is lowered, the coagulation brittle temperature range becomes wider, .
한편, 액화균열은 주로 용접열영향부에서 발생한다. 응고균열과 마찬가지로 응고 중 결정립계에 존재하는 P, S 등의 편석 등을 통해 발생하지만, 모재 내 저융점 공정조직이나 개재물이 존재할 경우, 그 만감도가 높아진다. 용접 열영향부는 용접과정에서 먼저 용접금속의 열팽창에 의한 압축응력을 받고, 응고시에는 온도 저하에 의한 인장응력을 받게 된다. 이때, 결정립계 석출물의 국부적 용융현상이 발생하거나 또는 공정 액화물이 입계에 필름상으로 존재하게 되면 균열이 발생하게 된다. On the other hand, liquefaction cracks mainly occur in the weld heat affected zone. Segregation such as P and S existing in the grain boundaries during solidification as in solidification cracks, but when the low-melting-point processing structure or inclusions exist in the base material, the degree of saturation increases. The welded heat affected zone receives compressive stress due to thermal expansion of the weld metal during the welding process and tensile stress due to temperature drop during solidification. At this time, local melting phenomenon of the grain boundary precipitates occurs or cracks are generated when the process liquor exists in the form of a film on the grain boundary.
결국, 응고시 상변태를 수반하지 않는 오스테나이트계 고망간강의 응고균열과 액화균열은 용접재료의 최종 응고온도 또는 저융점 공정조직의 최종 응고온도에 직접적인 영향을 받는다고 할 수 있다. As a result, the coagulation and liquefaction cracking of the austenitic high manganese steel without phase transformation during solidification is directly affected by the final coagulation temperature of the welding material or the final coagulation temperature of the low-melting-point structure.
이에, 본 발명에서는 최종 응고온도를 높여 응고 온도 구간을 축소함으로써 고온균열 저항성을 높이는 방안으로서, 고망간강 용접이음부의 구성성분 중 탄소(C)에 대한 티타늄(Ti)의 중량비(Ti/C)를 2.0 ~ 3.0으로 제한하는 방법을 제시하였다. 상기 탄소에 대한 티타늄의 중량비가 2.0 미만일 경우에는 최종 응고온도가 낮아지고, 이에 따라 응고 온도구간이 넓어져 균열감수성이 상승되는 문제가 있다. 반면, 상기 중량비가 3.0를 초과할 경우에는 조대한 티타늄 탄화물이 다량 형성되어 균열 저항성을 저해하고, 조직 내 결정립의 크기를 조대화 시키는 문제점이 있다. (Ti / C) to carbon (C) among the constituent components of the high manganese steel welded joint, as a method for improving the high temperature crack resistance by reducing the solidification temperature range by raising the final solidification temperature. Is limited to 2.0 ~ 3.0. When the weight ratio of titanium to carbon is less than 2.0, the final solidification temperature is lowered, and thus the solidification temperature range is widened, thereby increasing the susceptibility to cracking. On the other hand, when the weight ratio is more than 3.0, a large amount of coarse titanium carbide is formed to deteriorate the crack resistance and to enlarge the size of crystal grains in the structure.
더욱이, 상기 탄소에 대한 티타늄의 중량비(Ti/C)를 2.5로 제어할 경우, 응고균열(용접이음부 균열) 및 액화균열(용접열영향부 균열)에 대한 저항성이 극대화될 수 있어 바람직하다.Moreover, when the weight ratio (Ti / C) of titanium to carbon is controlled to 2.5, resistance to solidification cracks (welded joint cracks) and liquefied cracks (weld heat affected portion cracks) can be maximized.
상기와 같이 탄소(C)에 대한 티타늄(Ti)의 중량비를 제어함에 따라 제공되는 본 발명의 고망간강 용접이음부 최종 응고온도는 1,060 ~ 1,200℃의 높은 온도를 나타낼 수 있다.As described above, the final solidification temperature of the high manganese steel weld joint of the present invention, which is provided by controlling the weight ratio of titanium (Ti) to carbon (C), may be as high as 1,060 to 1,200 ° C.
그리고, 본 발명에 따른 고망간강 용접이음부의 미세조직은 용접 후 응고시 상변태를 수반하지 않으며, 따라서 오스테나이트(γ) 단상조직을 가질 수 있다.In addition, the microstructure of the high manganese steel weld joint according to the present invention does not involve a phase transformation upon solidification after welding, and thus may have austenite (?) Single phase structure.
한편, 본 발명에 따라 고망간강을 용접하여 얻어지는 용접이음부에 있어서 상기 용접방식으로는 공지된 통상의 용접 방식이 제한없이 사용가능하며, 바람직하게 상기 플럭스 코어드 및 가스 텅스텐 아크 용접으로부터 선택된 하나의 용접 방식이 사용될 수 있다.Meanwhile, in the weld joint obtained by welding the high manganese steel according to the present invention, the conventional welding method known in the above welding method can be used without limitation, and preferably one of the flux cored and the gas tungsten arc welding A welding method can be used.
이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these embodiments.
실시예Example 1 및 1 and 비교예Comparative Example 1 내지 2 1 to 2
고망간강 성분 원료와, 잔부의 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 시료를 진공 용해로에서 용해한 후, 잉곳(ingot) 제조를 통해 고망간 주강을 제조하였다. 이때, 상기 고망간강 성분은 하기의 표 1에 나타내었다.A sample made of a high manganese steel component raw material, a remaining Fe and unavoidable impurities was dissolved in a vacuum melting furnace, and then a high manganese cast steel was produced through ingot production. The high manganese content is shown in Table 1 below.
이후, 상기 고망간 주강에 전압 12V, 전류 100A, 용접속도 4mm/sec의 용접조건을 적용하여 제살 가스텅스텐 아크 용접을 실시하였으며, 보호가스는 100% 아르곤을 20리터/분의 조건으로 사용하였다.Thereafter, the high-manganese cast steel was subjected to a tungsten arc tungsten arc welding by applying a voltage of 12 V, a current of 100 A, and a welding speed of 4 mm / sec, and a protective gas was used at a rate of 20 liters / minute of 100% argon.
< 평가방법><Evaluation method>
1. 고온균열 감수성 실험(Varestraint 실험)1. High Temperature Crack Susceptibility Test (Varestraint Test)
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따라 용접된 고망간강의 용접이음부 고온균열 감수성을 분석하기 위하여, 상기 용접이음부에 4% 외부응력이 주어졌을 때 발생되는 총 균열길이와 최대 균열길이 값을 측정하였다. 이때, 고온균열로서는 상기 용접이음부 중 용접금속부에서 발생하는 응고균열 및 용접열영향부에서 발생하는 액화균열을 측정대상으로 하였으며, 그 결과를 도 1(용접금속부 균열) 및 도 2(용접열영향부 균열)에 도시하였다.In order to analyze the susceptibility of welded joints of high manganese steel welded according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the total crack length and maximum crack length generated when external stress of 4% Respectively. In this case, as the high-temperature crack, the solidification crack generated in the weld metal portion and the liquefied crack generated in the weld heat affected portion of the weld joint were measured. The results are shown in FIG. 1 (weld metal crack) and FIG. 2 Heat affected zone cracks).
2. 미세조직 2. Microstructure
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따라 제조된 고망간강의 용접 전/후의 미세조직을 전자주사현미경으로 관찰한 후, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다. 이때, 하기의 표 1에서 "고망간강 미세조직"은 용접 전의 고망간강의 미세조직을 의미하고, "용접이음부 미세조직"은 용접 후에 생성된 용접 이음부의 미세조직을 의미한다. 하기의 표 1에서 γ는 미세조직이 오스테나이트 단상구조를 갖는 것을 나타낸다.The microstructure before and after welding of the high manganese steel produced according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 was observed with an electron scanning microscope, and the results are shown in Table 1 below. Herein, "high manganese steel microstructure" in the following Table 1 means microstructure of high manganese steel before welding, and "welded joint microstructure" means microstructure of weld joint produced after welding. In the following Table 1,? Indicates that the microstructure has austenite single phase structure.
3. 최종 응고온도(℃)3. Final solidification temperature (℃)
최종 응고온도는 상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 2에 따라 제조된 고망간강의 화학 조성을 이용한 열역학적 계산, 도 1의 최대 응고균열 길이와 미세조직 관찰 결과를 종합적으로 판단하여 계산하였다.The final solidification temperature was calculated by the thermodynamic calculation using the chemical composition of the high manganese steel produced according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, the maximum coagulation crack length and the microstructure observed in FIG.
미세조직High manganese steel
Microstructure
미세조직Welded joint
Microstructure
응고온도
(℃)final
Solidification temperature
(° C)
* Ti/C : 탄소에 대한 티타늄의 중량비를 나타낸다. * Ti / C: represents the weight ratio of titanium to carbon.
상기 표 1을 살펴보면, 탄소에 대한 티타늄의 중량비(Ti/C)가 2.5인 실시예 1에 따라 제조된 고망간강의 경우, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 고망간강에 비하여 용접이음부의 최종 응고온도가 높게 나타나는 것을 알 수 있다.As shown in Table 1, in the case of the high manganese steel produced according to Example 1 in which the weight ratio (Ti / C) of titanium to carbon was 2.5, the weldability of the high manganese steel was higher than that of the high manganese steel produced according to Comparative Examples 1 and 2. It can be seen that the solidification temperature is high.
또한, 도 1 및 2를 살펴보면, 실시예 1에 따라 용접된 고망간강의 경우, 비교예 1 및 2에 따라 제조된 고망간강과 비교하였을 때 용접금속부 및 용접열영향부에서의 총 균열길이 및 최대 균열길이가 현저히 짧게 나타나는 것을 알 수 있다. 1 and 2, in the case of the high-manganese steel welded according to Example 1, the total crack length in the weld metal portion and the weld heat affected portion and the total crack length in the weld metal portion and weld heat affected portion, It can be seen that the maximum crack length is remarkably short.
이들 결과로부터, 최종응고온도 상승에 따라 용접금속부 균열(응고균열)(도 1)은 물론, 용접열영향부 균열(액화균열)(도 2)이 감소함을 확인할 수 있다. From these results, it can be seen that as the final solidification temperature rises, the weld metal portion crack (solidification crack) (FIG. 1) as well as the weld heat affected portion crack (liquefaction crack) (FIG. 2) decreases.
따라서, 본 발명에 사용된 성분계의 조정을 통해 고온균열 저항성이 높은 용접이음부를 도출할 수 있었으며, 특히 탄소에 대한 티타늄의 중량비(Ti/C)를 1.6에서 2.5로 증가시킴으로써 비교적 높은 탄소함량(0.55중량%)에서도 우수한 고온균열 저항성을 확보할 수 있었다.Thus, by adjusting the component system used in the present invention, welded joints with high resistance to high temperature cracking can be obtained, and particularly by increasing the weight ratio of titanium to carbon (Ti / C) from 1.6 to 2.5, 0.55% by weight), excellent high-temperature crack resistance could be secured.
이상, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (5)
상기 용접이음부는 탄소(C): 0.18 ~ 0.61중량%, 실리콘(Si): 0.23 ~ 1.0중량%, 망간(Mn): 16.2 ~ 23.0중량%, 니켈(Ni): 5.0 ~ 10.0중량%, 티타늄(Ti): 1.37중량% 이하(0중량%는 제외), 인(P): 0.023중량% 이하(0중량%는 제외), 황(S): 0.04중량% 이하(0중량%는 제외), 잔여 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 탄소(C)에 대한 상기 티타늄(Ti)의 중량비(Ti/C)가 2.0 ~ 3.0인 고온균열 저항성이 우수한 고망간강 용접이음부.In a weld joint obtained by welding high manganese steel,
Wherein the welded portion includes 0.18 to 0.61 wt% of carbon (C), 0.23 to 1.0 wt% of silicon (Si), 16.2 to 23.0 wt% of manganese (Mn), 5.0 to 10.0 wt% of nickel (Ni) (Except for 0% by weight) of phosphorus (Ti): not more than 1.37% by weight (excluding 0% by weight), phosphorus (P): not more than 0.023% Residual Fe and other unavoidable impurities,
Wherein a weight ratio (Ti / C) of the titanium (Ti) to the carbon (C) is 2.0 to 3.0.
상기 탄소(C)에 대한 상기 티타늄(Ti)의 중량비(Ti/C)가 2.5인 고온균열 저항성이 우수한 고망간강 용접이음부.The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio (Ti / C) of the titanium (Ti) to the carbon (C) is 2.5.
상기 용접이음부의 최종 응고온도가 1,060 ~ 1,200℃인 고온균열 저항성이 우수한 고망간강 용접이음부.The method according to claim 1,
Wherein the welded joint has a final solidification temperature of 1,060 to 1,200 DEG C, and has excellent high temperature crack resistance.
상기 용접이음부의 미세조직은 오스테나이트(γ) 단상조직을 갖는 고온균열 저항성이 우수한 고망간강 용접이음부.The method according to claim 1,
Wherein the microstructure of the welded joint has austenite (?) Single phase structure and is excellent in high temperature crack resistance.
상기 고망간간의 용접에는 플럭스 코어드 및 가스 텅스텐 아크 용접으로부터 선택된 하나의 용접방식이 사용되는 고온균열 저항성이 우수한 고망간강 용접이음부.
The method according to claim 1,
Wherein the high-manganese-to-high-manganese weld is one of a welding method selected from flux cored and gas tungsten arc welding.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160177843A KR101911898B1 (en) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | WELDED JOINT OF HIGH Mn STEEL WITH EXCELLENT HOT CRACKING RESISTANCE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160177843A KR101911898B1 (en) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | WELDED JOINT OF HIGH Mn STEEL WITH EXCELLENT HOT CRACKING RESISTANCE |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180074863A true KR20180074863A (en) | 2018-07-04 |
| KR101911898B1 KR101911898B1 (en) | 2018-10-26 |
Family
ID=62913102
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160177843A KR101911898B1 (en) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | WELDED JOINT OF HIGH Mn STEEL WITH EXCELLENT HOT CRACKING RESISTANCE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101911898B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110977241A (en) * | 2019-11-18 | 2020-04-10 | 天津大桥焊材集团有限公司 | Low-crack-sensitivity welding rod for welding and repairing high manganese steel |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102086266B1 (en) * | 2018-12-18 | 2020-03-06 | 주식회사 포스코 | Method for welding high Mn steel for cryogenic application having good toughness |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130003686A (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-09 | 주식회사 포스코 | Flux cored arc weld wire having excellent low temperature toughness for high maganese steel |
| JP2014507560A (en) * | 2010-12-28 | 2014-03-27 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | High manganese content steel for oil, gas and petrochemical applications |
| KR20140146383A (en) | 2013-06-17 | 2014-12-26 | 주식회사 포스코 | WELD METAL JOINT OF HIGH Mn STEEL WITH EXCELLENT HOT CRACKING RESISTANCE |
| KR20160078621A (en) * | 2014-12-24 | 2016-07-05 | 주식회사 포스코 | Tungsten inert gas welding material for high manganese steel |
-
2016
- 2016-12-23 KR KR1020160177843A patent/KR101911898B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014507560A (en) * | 2010-12-28 | 2014-03-27 | エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー | High manganese content steel for oil, gas and petrochemical applications |
| KR20130003686A (en) * | 2011-06-30 | 2013-01-09 | 주식회사 포스코 | Flux cored arc weld wire having excellent low temperature toughness for high maganese steel |
| KR20140146383A (en) | 2013-06-17 | 2014-12-26 | 주식회사 포스코 | WELD METAL JOINT OF HIGH Mn STEEL WITH EXCELLENT HOT CRACKING RESISTANCE |
| KR20160078621A (en) * | 2014-12-24 | 2016-07-05 | 주식회사 포스코 | Tungsten inert gas welding material for high manganese steel |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110977241A (en) * | 2019-11-18 | 2020-04-10 | 天津大桥焊材集团有限公司 | Low-crack-sensitivity welding rod for welding and repairing high manganese steel |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101911898B1 (en) | 2018-10-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6803825B2 (en) | Solid wire for manufacturing ultra-high strength gas metal arc welded joints with excellent impact toughness | |
| TWI641706B (en) | High manganese steel and manufacturing method thereof | |
| KR20100059957A (en) | Austenitic stainless steel | |
| JP5170297B1 (en) | Welding material for Ni-base heat-resistant alloy, weld metal and welded joint using the same | |
| EP3100818A1 (en) | Welding material for ni-based heat-resistant alloy, and welded metal and welded joint each using same | |
| JP2011255390A (en) | Welding material for austenitic heat-resistant steel, and welded metal and welded joint each using the same | |
| WO2020203336A1 (en) | Solid wire for gas metal arc welding and gas metal arc welding method | |
| EP3533891A1 (en) | Steel for high heat input welding | |
| KR101911898B1 (en) | WELDED JOINT OF HIGH Mn STEEL WITH EXCELLENT HOT CRACKING RESISTANCE | |
| TW200827459A (en) | A steel excellent in high toughness at weld heat-affect zone | |
| KR102237487B1 (en) | Wire rod for welding rod and method for manufacturing thereof | |
| KR102175609B1 (en) | High Mn steel welding joint for cryogenic application with good crack resistance | |
| EP3378962B1 (en) | High heat input welded steel material | |
| JP2005213534A (en) | Method for producing steel material excellent in toughness at welding heat affected zone | |
| KR101500086B1 (en) | WELD METAL JOINT OF HIGH Mn STEEL WITH EXCELLENT HOT CRACKING RESISTANCE | |
| JP7478821B2 (en) | Wire rod for welding rod and its manufacturing method | |
| KR101546155B1 (en) | Inverted angle steel and method of manufacturing the same | |
| EP4066981A1 (en) | Stainless steel welding wire for use in lng tank manufacturing | |
| KR20180074860A (en) | Welded joint with excellent ultra-low temperature toughness and strength | |
| JP2002224835A (en) | Method of welding high toughness high tension steel having excellent weld heat influence zone toughness | |
| EP3928917A1 (en) | Welding material for high-cr ferritic heat-resistant steels | |
| KR20190076148A (en) | High Mn steel welding joint for cryogenic application with hot cracking resistance | |
| KR102293623B1 (en) | Steel welding joint having excellent low-temperature toughness and crack resistance | |
| KR102283351B1 (en) | Complex concnetrated alloy welded joint and complex concnetrated alloy flux cored arc welding wire | |
| KR20180109130A (en) | Flux cored arc wellding joint |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |