KR20190077919A

KR20190077919A - 저온 충격인성이 우수한 용접이음부 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20190077919A
Application number: KR1020170179493A
Authority: KR
Inventors: 류강묵; 이현준
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-07-04
Also published as: KR102045647B1

Abstract

본 발명은 해양 플랜트, 육상 플랜트 등에 사용될 수 있는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

저온 충격인성이 우수한 용접이음부 및 그 제조방법{WELDED JOINT HAVING EXCELEENT LOW TEMPERATURE IMPACT TOUGHNESS, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

발전소, 조선소, 화학 플랜트 등의 부품은 고강도 고인성 강재를 이용하여 제조하고 있다. 상기 부품을 제조하기 위해서, 용접 공정없이 심리스(seamless) 방식으로 제작할 수 있지만, 대부분은 용접을 이용하여 제조한다. 바람직한 일예로 맞대기(버트) 용접(butt-welding)이 있다.

상기 용접을 통해 제조된 부품, 구조물 등은 용접 이음부의 충격인성을 확보할 필요가 있다. 용접이음부는 용접열원에 의하여 급열 및 급냉을 겪게 되고 이때, 금속조직학적으로 그 부위는 결정립이 조대화되거나 취약한 조직으로 상변태가 발생하여 결국 모재 대비 품질 특성이 필연적으로 열화된다.

따라서, 부품이나 구조물의 저온인성을 확보함에 있어서, 언제나 용접이음부가 핵심이 되며, 용접이음부의 저온인성을 확보하는 것이 중요한 기술적 과제로 대두되고 있다.

본 발명의 일측면은 용접이음부의 조성 및 미세조직을 최적화하여 우수한 저온 충격인성을 갖는 용접이음부와 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제는 상술한 사항에 한정되지 아니한다. 본 발명의 추가적인 과제는 명세서 전반적인 내용에 기술되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 명세서에 기재된 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일태양은, 중량 %로, 탄소(C): 0.04~0.12%, 실리콘(Si): 0.3~0.5%, 망간(Mn): 1.3~2.0%, 니켈(Ni): 1.0~2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.5%, 구리(Cu): 0.3~0.5%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1%, 니오븀(Nb): 0.02~0.04%, 바나듐(V): 0.04~0.06%, 인(P): 0.02% 이하(O은 제외), 황(S): 0.01% 이하(O은 제외), 산소(O): 0.025~0.040%, 질소(N): 0.005~0.008%, 보론(B): 0.0025~0.004%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 저온 충격인성이 우수한 일렉트로 가스 용접이음부를 제공한다.

본 발명의 또다른 일태양은 일렉트로 가스 용접을 행하여 중량%로, 중량 %로, 탄소(C): 0.04~0.12%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 망간(Mn): 1.3~2.0%, 니켈(Ni): 1.0~2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.5%, 구리(Cu): 0.3~0.5%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1%, 니오븀(Nb): 0.01~0.04%, 바나듐(V): 0.01~0.06%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 산소(O): 0.025~0.060%, 질소(N): 0.005~0.008%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용접이음부를 제조하는 단계;

상기 용접이음부를 가열하는 단계;

상기 가열된 용접이음부를 냉각(quenching)하는 단계; 및

상기 냉각된 용접이음부를 템퍼링 열처리하는 단계를 포함하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 우수한 저온 충격인성을 갖는 용접이음부와 이를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일구현예로 제조된 용접이음부 단면 사진이다.
도 2는 본 발명의 일구현예로 제조된 용접이음부의 광학현미경 미세조직 사진이다.
도 3은 본 발명의 또다른 일구현예로 제조된 용접이음부의 광학현미경 미세조직 사진이다.

이하, 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.

먼저, 용접이음부의 조성에 대해서 상세히 설명한다. 본 발명의 용접이음부는 중량 %로, 탄소(C): 0.04~0.12%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 망간(Mn): 1.3~2.0%, 니켈(Ni): 1.0~2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.5%, 구리(Cu): 0.3~0.5%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1%, 니오븀(Nb): 0.01~0.04%, 바나듐(V): 0.01~0.06%, 인(P): 0.02% 이하(O은 제외), 황(S): 0.01% 이하(O은 제외), 산소(O): 0.025~0.060%, 질소(N): 0.005~0.008%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함한다.

탄소(C): 0.04~0.12 중량% (이하, %)

상기 C는 용접금속의 강도와 경도를 확보하기 위해 필요한 원소로서, 이를 위해서 C는 0.04% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 다만, C의 함량이 0.12%를 초과하게 되면 용접시 균열 감수성이 증가하고 탄화물, 저온상 등의 생성으로 용접이음부 충격인성이 크게 저하되는 문제점이 있으므로, 0.12%를 넘지 않은 것이 바람직하다.

실리콘(Si): 0.05~0.5%

상기 Si는 용착 금속의 탈산 효과를 위해 첨가되며, 그 함량이 0.05% 미만이면 용접금속 내의 탈산 효과가 불충분하고 용접 금속의 유동성을 저하시킨다. 반면 0.5%를 초과하는 경우에는 용접 금속 내의 도상 마르텐사이트(MA constituent)의 변태를 촉진시키며, 경화능을 상승시켜 충격인성이 저하되는 문제점이 있으므로, 그 상한은 0.5%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

망간(Mn): 1.3~2.0%

상기 Mn은 탈산 작용 및 강도를 향상시키는데 필수적인 원소로서, TiO 산화물 주위에 MnS 형태로 석출되어 Ti 복합 산화물로 하여금 인성 개선에 유리한 침상 페라이트의 생성을 촉진시키는 역할을 한다. 또한, Mn은 기지조직 내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용 강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데, 이러한 효과를 위해서 Mn은 1.3% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 Mn이 1.3% 미만일 경우에는 열처리(Quenching & Tempering) 후 유효 페라이트 입도가 커지는 문제가 있다. 다만, 2.0%를 초과하게 되면, 저온 변태조직을 생성시켜 인성이 저하되는 문제가 있으므로, 2.0%는 넘지 않는 것이 바람직하다.

니켈(Ni): 1.0~2.5%

상기 Ni는 고용 강화의 의해 매트릭스(matrix)의 강도 및 인성을 향상시키는 원소이다. 상기 효과를 위해서는 1.0% 이상 포함할 필요가 있으나, 2.5%를 초과하여 너무 과도할 경우에는 소입성을 크게 증가시키거나, 고온 균열 발생 가능성이 있으므로, 바람직하지 않다.

몰리브덴(Mo): 0.1~0.5%

상기 Mo는 기지의 강도를 향상시키는 원소로서, 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.1% 이상 포함하는 것이 바람직하나, 0.5%를 초과하는 경우에는 상기 효과는 포화되고, 용접 경화성이 크게 증가되고 마르텐사이트의 변태를 촉진시켜 인성을 저하시키는 문제가 있다.

구리(Cu): 0.3~0.5%

상기 Cu는 기지에 고용되어 고용강화 효과로 인하여 강도 및 인성을 확보하는데 유리한 원소이며, 이러한 효과를 위해서는 0.3% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 그 함량이 0.5%를 초과하는 경우에는 용접이음부에서 경화성을 증가시켜 인성을 저하시키는 문제가 있으므로, 0.5%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti): 0.01~0.1%,

상기 Ti는 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 복합 석출물의 효과를 얻기 위해선즌 0.01% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 0.1%를 초과하여 너무 과다하면 조대한 산화물 및 석출물이 형성되어 인성이 저하되는 문제가 있으므로 0.1%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

니오븀(Nb): 0.01~0.04%,

상기 Nb는 소입성 향상을 목적으로 첨가되는 원소로, 특히 Ar3 온도를 낮추고 냉각속도가 낮은 범위에서도 베이나이트 생성 범위를 넓히는 효과가 있어, 베이나이트 조직을 얻는데 유리한 원소이다. 오스테나이징(austenizing)시 솔루트 드래깅(solute dragging) 또는 미세 탄화물로 석출되어 피닝(pinning) 효과를 줄 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해 Nb는 0.01% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 그 함량이 0.04%를 초과하는 경우에는 용접시 용접이음부에서 도상 마르텐사이트(MA) 조직의 형성을 촉진할 수 있고, PWHT(Post Weld Heat Treatment)시 M_xC 형성으로 인한 용접이음부의 충격인성이 저하되므로 바람직하지 않다.

바나듐(V): 0.01~0.06%

상기 V는 N과 결합하여 VN 석출물을 형성시킴으로써, 페라이트 변태를 촉진하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 V을 0.01% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 0.06%를 초과하게 되면 용접이음부에 탄화물(carbide)와 같은 경화상을 형성시켜 용접이음부의 인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 않다.

인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하

상기 P 및 S는 고온 균열을 조장하는 불순물로서, 가능한 낮게 관리하는 것이 바람직하다.

산소(O): 0.025~0.060%

상기 O는 용접이음부 응고 중에 Ti와 반응하여 Ti 산화물을 형성하는 원소로서, 상기 Ti 산화물은 용접이음부 내에서 침상 페라이트의 변태를 촉진시킨다. 상기 O의 함량이 0.025% 미만이면 Ti 산화물을 용접이음부에 적절히 분포시키기 못하며, 0.060%를 초과하게 되면 조대한 Ti 산화물 및 기타 FeO 등의 산화물이 생성되어 바람직하지 않다.

질소(N): 0.005~0.008%

상기 N은 Ti와 결합하여 용융풀이 응고되는 시점에서 고온에서 안정한 TiN으로 정출되어 피닝(pinning) 효과에 의한 오스테나이트 입도 성장을 억제하는 역할을 하며, 상기의 효과를 얻기 위해 0.005% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함량이 0.008%를 초과하게 되면 전위를 고착하여 인성을 저하키실 수 있으므로, 바람직하지 않다.

보론(B): 0.0015~0.004%

상기 B는 질화물 생성을 유도하여 자유 질소를 고정하여 고용 질소에 의한 충격인성 저하를 억제하는 역할을 하므로, 이를 위해서 0.0015% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 반면, 상기 B이 과다할 경우에는 매트릭스(matrix)에 고용되면서 충격인성을 저하시키는 요인이 되므로, 0.004%는 넘지 않는 것이 바람직하다.

상기 Ti 및 N은 Ti/N ≤ 3.14를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 Ti/N은 TiN 석출물의 분율과 사이즈를 결정해 주는 인자이다. 상기 TiN 입자는 높은 온도에서도 분해되지 않으며, 용탕의 승온 및 응고시 재료 내부에 분산되어 구오스테나이트 사이즈 성장을 억제해주는 역할을 한다. 열처리 전의 입계성장을 억제하기 위해서 미세한 TiN 입자를 분포시키는 것이 바람직하고, 이를 위해서는 상기 TiN의 값이 작을수록 바람직하다. 이를 위해서, 본 발명에서는 상기 Ti/N이 3.14 이하인 것이 바람직하다. 상기 Ti와 N은 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다.

상기 B 및 N은 B/N ≤ 0.5를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 B/N을 통해서 자유질소(free N)을 고정한다. 용접이음부 내 B를 일부 첨가하는 이유는 희석에 의해 용접이음부의 소입성을 강화시키는 목적이 있으나, 특정값을 초과할 경우에는 자유 질소를 고정하는 역할 이외에 소입성을 가중시켜 인성을 저하시키는 결과를 초래할 수 있다. 이에 본 발명에서 상기 B/N은 0.5 이하인 것이 바람직하다. 상기 B와 N은 각 원소의 함량(중량%)를 의미한다.

한편, 본 발명의 용접이음부는 하기 관계식 1로 정의되는 Ceq 값이 0.41~0.76%인 것이 바람직하다. 상기 Ceq가 0.41% 미만이 경우에는 모재 대비 용접이음부의 강도가 너무 낮은 반면, 0.76%를 초과하는 경우에는 저온 충격인성이 저하될 수 있으므로, 바람직하지 않다.

[관계식 1]

Ceq = C + Mn/6 + (Ni+Cu)/15 + (Cr+Mo+V)/5

(상기 C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo 및 V는 각 원소의 함량(중량%)임)

본 발명의 용접이음부는 나머지는 Fe와 불가피한 불순물을 포함한다. 상기 조성 이외에 유효한 성분의 첨가를 배제하는 것은 아니다.

본 발명의 용접이음부는 미세한 템퍼드 마르텐사이트, 템퍼드 베이나이트, 미량의 페라이트(20% 이하)를 포함한다. 상기 템퍼드 마르텐사이트와 템퍼드 베이나이트를 주조직이며, 상기 템퍼드 마르텐사이트와 템퍼드 마르텐사이트가 면적분율로 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상이다. 또한, 구오스테나이트 입도는 150~200㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 용접이음부는 -40℃의 저온에서도 100J 이상의 충격 흡수 에너지를 확보할 수 있다.

이하, 본 발명의 용접이음부를 제조하는 일구현예에 대해서 상세히 설명한다. 본 발명의 용접이음부의 제조하는 방법은 다양하게 제조될 수 있으며, 후술하는 방법에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 용접이음부는 발전소, 조선소, 플랜트 등의 고강도강의 용접을 대상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 용접이음부의 모재에 대해서 특별히 한정하는 것은 아니다.

일예로, 본 발명에서 적용될 수 있는 모재는 중량%로, 탄소(C) : 0.2% 이하(0% 제외), 망간(Mn): 1.0~1.45%, 실리콘(Si): 0.15~0.40%, 알루미늄(Al): 0.06% 이하(0% 제외), 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 고강도 탄소강(예컨대 ASTM A960, A860 등)일 수 있다. 상기 고탄소 탄소강은 상술한 합금조성 이외에 강의 물성 향상 측면에서 Cr, Ni, Mo, Cu, Ti, V 등을 더 포함할 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 준비된 모재를 용접한다. 상기 용접 방법은 특별히 한정하는 것은 아니고, 맞대기 용접(butt-welding)으로 행하는 것이 바람직하며, 일예로, 일렉트로-가스 아크 용접(Electro-Gas Arc Welding)을 이용하는 것이 바람직하다.

이때, 1 패스(1-pass) 용접으로 용접 이음부를 형성하는 것이 바람직하다. 도 1은 상기 1 패스 용접을 통해 형성된 용접 이음부의 단면을 나타낸 사진이다. 1 패스 용접시 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 용접이음부는 관이음쇠 등에 적용될 수 있으며, 이를 위해 상기 모재를 파이프 형상으로 절단 및 롤링 등을 행한 후에 용접하여 파이프 형상을 만들 수 있다. 상기 관이음쇠는 배관의 방향을 변경하거나 관경을 변경하여 주배관에서 분기한 배관을 필요로 할 때 사용되는 배관재를 이야기한다. 주로 엘보(Elbow), 티(Tee), 리듀서(Reducer), 캡(Cap) 등이 있다.

한편, 상기 용접 후 용접이음부의 미세조직은 면적분율로 베이나이트 40~50%, 침상형 페라이트 40% 이상, 입계 페라이트가 5~10%인 것이 바람직하다. 또한, 이때의 구오스테나이트 입도는 250~300㎛인 것이 바람직하다. 일반적으로 용접이음부의 미세조직이 모재의 미세조직과 유사하거나, 더 높은 강도를 갖도록 하는 것이 바람직하며, 용접부의 빠른 냉각속도에 맞는 최적의 성분계를 통해 미세한 침상 페라이트를 만드는 것이 일반적이다. 본 발명에서는 모재 보다 높은 강도를 갖는 용접이음부를 확보하기 위해서, 상기 베이나이트와 침상형 페라이트 여기에 일부 페라이트의 미세조직을 갖는 것이 바람직하다. 한편, 후술하는 열처리 후에 충격인성 회복을 위해서는 용접된 상태의 용접이음부에서 구오스테나이트 입도가 250~300㎛인 것이 바람직하다.

상기 용접 후, 가열처리하는 것이 바람직하다. 일예로, 상기 가열처리는 SR(Stress Relief) 처리한 후 열간 성형을 위한 것일 수 있다. 상기 SR(Stress Relief) 처리는 용접 과정에서 발생한 내부잔류응력을 제거하기 위한 공정으로, 강종 또는 두께별로 ASME 규격에 따라 행할 수 있다. 바람직하게는 재결정 온도 이하, 즉 기계적 성질이 변하지 않는 온도구간에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 열간 성형은 상기 SR 처리된 모재를 금형에 장착한 후 압축함으로써 행해질 수 있다. 바람직한 예로, 대략 900℃ 이상의 온도로 가열한 후 프레스하여 원하는 형상으로 관을 형성할 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 금형은 제작하고자 하는 형상(예를 들어, 관이음쇠)에 따라 선택하는 것이 바람직하다.

상기 가열처리 후, 켄칭(quenching) 및 템퍼링(tempering) 열처리하는 것이 바람직하다. 상기 켄칭을 통해서, 용접이음부는 마르텐사이트 조직을 형성하며, 후속하는 템퍼링 처리를 통해 내부 응력을 제거하고 조직을 연질화 시킬 수 있다.

상기 켄칭 공정은 상기 열간 성형을 위해 900℃ 이상의 온도로 가열된 상태에서 5~15℃/s의 냉각속도로 냉각하는 것이 바람직하며, 상기 냉각속도로 냉각할 때 적절한 미세조직을 확보하여, 강도 저하를 방지할 수 있다.

상기 템퍼링 공정은 급냉 후 생성되는 마르텐사이트에 의해 경화된 강의 취성을 줄이고, 인성을 향상시키기 위하여 행하며, 이러한 템퍼링 공정을 통해 급냉 중에 발생하는 탄화물의 잔류 응력, 불순물의 편석, 마르텐사이트의 격자 변형 등을 제거할 수 있다. 상기 템퍼링 공정은 590~670℃ 온도범위에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 온도가 670℃를 초과하면 강도, 경도가 하락하는 문제가 있으며, 반면 590℃ 미만이면 인성이 열위하는 문제가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.

(실시예)

모재로 50mm 두께의 ASTM A860-70 강재를 준비하여, 일렉트로 가스 용접(Electro Gas Welding)을 행하여, 용접이음부를 제조하였다. 상기 일렉트로 가스 용접은 약 300KJ/㎝의 입열량으로 행하고, 이때 보호가스는 100% 이산화탄소(CO₂)를 사용하여 용접을 행하였다. 이렇게 제조된 용접이음부의 조성은 하기 표 1에 나타내었다.

상기 용접이음부에 대해서, 가열처리 후, 켄칭(quenching) 및 템퍼링(tempering) 열처리를 행하였다. 이때 가열조건은 920℃의 온도까지 가열하고, 10℃/sec의 냉각속도로 켄칭(quenching)을 하고, 620℃의 온도로 템퍼링 열처리 후 공냉하였다. 상기 가열처리 전의 용접이음부의 입도와 미세조직을 관찰하여 이를 표 2에 나타내었고, 템퍼링 열처리 후 용접이음부의 입도를 관찰하여, 표 2에 함께 나타내었다. 템퍼링 열처리 후 용접이음부의 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트와 템퍼드 베이나이트가 면적분율로 90% 이상이고, 일부 페라이트가 관찰되었다.

상기와 같이 제조된 템퍼링 열처리 후의 용접이음부에 대해서, -40℃에서의 샤르피 충격 흡수 에너지를 측정하여, 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.

구분	Nb	Ti	N	B	Ti/N	B/N
비교예 1	0.02	0.005	0.005	0.0015	1	0.3
비교예 2	0.02	0.005	0.005	0.002	1	0.4
비교예 3	0.02	0.005	0.005	0.003	1	0.6
비교예 4	0.02	0.005	0.005	0.004	1	0.8
비교예 5	0.02	0.005	0.005	0.005	1	1
비교예 6	0.02	0.005	0.005	0.006	1	1.2
발명예 1	0.02	0.01	0.005	0.0015	2	0.3
발명예 2	0.02	0.01	0.005	0.002	2	0.4
비교예 7	0.01	0.01	0.005	0.0015	2	0.3
비교예 8	0.01	0.01	0.005	0.002	2	0.4
비교예 9	0	0.01	0.005	0.002	2	0.4
비교예 10	0.02	0.01	0.005	0.003	2	0.6
발명예 3	0.02	0.01	0.008	0.0015	1.25	0.19
발명예 4	0.02	0.01	0.008	0.002	1.25	0.25
발명예 5	0.02	0.01	0.008	0.003	1.25	0.38
발명예 6	0.02	0.01	0.008	0.004	1.25	0.50
비교예 11	0.02	0.01	0.008	0.005	1.25	0.63
비교예 12	0.02	0.01	0.008	0.006	1.25	0.75
비교예 13	0.02	0.01	0.009	0.0015	1.11	0.17
비교예 14	0.02	0.02	0.009	0.002	1.11	0.22
비교예 15	0.02	0.02	0.005	0.0015	4	0.30
비교예 16	0.02	0.02	0.005	0.002	4	0.40
비교예 17	0.02	0.02	0.005	0.003	4	0.60
발명예 7	0.02	0.02	0.008	0.0015	2.5	0.19
발명예 8	0.02	0.02	0.008	0.002	2.5	0.25
발명예 9	0.02	0.02	0.008	0.003	2.5	0.38
발명예 10	0.02	0.02	0.008	0.004	2.5	0.50
비교예 18	0.01	0.02	0.008	0.003	2.5	0.38
비교예 19	0	0.02	0.008	0.004	2.5	0.50
비교예 20	0.02	0.02	0.008	0.006	2.5	0.75
비교예 21	0.02	0.03	0.005	0.0015	6	0.30
비교예 22	0.02	0.03	0.005	0.002	6	0.40

상기 표 1의 단위는 중량%이고, 상기 표 1에 나타나지 않은 조성의 함량은 다음과 같다. C(0.05%), Si(0.5%), Mn(1.5%), Ni(1.0%), Mo, 0.1%), Cu(0.3%), V(0.04), P(0.005%), S(0.003%), 나머지는 Fe와 불가피한 불순물이다.

구분	용접 후 미세조직(면적%)			구오스테나이트 입도(㎛)		-40℃ 샤르피 충격 흡수 에너지(J)
구분	침상 페라이트	입계 페라이트	베이나이트	용접 후	템퍼링 후	-40℃ 샤르피 충격 흡수 에너지(J)
비교예 1	45	8	47	267	154	88
비교예 2	50	7	43	278	189	89
비교예 3	22	6	72	288	175	96
비교예 4	18	9	73	256	177	80
비교예 5	19	9	72	264	164	71
비교예 6	20	16	64	275	166	70
발명예 1	46	7	47	267	159	127
발명예 2	43	7	50	255	183	130
비교예 7	41	9	50	259	211	91
비교예 8	47	10	43	287	248	85
비교예 9	53	6	41	267	209	82
비교예 10	51	9	40	288	161	92
발명예 3	49	8	43	267	171	112
발명예 4	44	7	49	257	166	120
발명예 5	46	5	49	287	177	135
발명예 6	49	10	41	283	185	102
비교예 11	32	16	52	271	155	82
비교예 12	33	17	50	266	163	86
비교예 13	31	15	54	271	153	55
비교예 14	29	11	60	259	175	52
비교예 15	35	19	46	378	268	75
비교예 16	41	14	45	355	288	76
비교예 17	46	16	38	369	267	82
발명예 7	44	8	48	259	167	110
발명예 8	43	7	50	255	164	106
발명예 9	42	8	50	246	169	101
발명예 10	46	8	46	278	188	134
비교예 18	45	8	47	277	234	76
비교예 19	43	9	48	269	229	88
비교예 20	33	14	53	284	159	60
비교예 21	47	11	42	467	368	54
비교예 22	48	12	40	455	384	52

상기 표 2의 결과에서 알 수 있듯이, 본 발명의 조건을 충족하는 용접이음부는 -40℃의 극저온에서도 우수한 저온 충격인성을 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.

Claims

중량 %로, 탄소(C): 0.04~0.12%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 망간(Mn): 1.3~2.0%, 니켈(Ni): 1.0~2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.5%, 구리(Cu): 0.3~0.5%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1%, 니오븀(Nb): 0.01~0.04%, 바나듐(V): 0.01~0.06%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 산소(O): 0.025~0.060%, 질소(N): 0.005~0.008%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부.
청구항 1에 있어서,
상기 Ti 및 N은 Ti/N ≤ 3.14를 만족하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부.
청구항 1에 있어서,
상기 B 및 N은 B/N ≤ 0.5를 만족하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부.
청구항 1에 있어서,
상기 용접이음부는 미세조직이 템퍼드 마르텐사이트와 템퍼드 베이나이트를 주조직으로 하고, 제2상으로 페라이트를 포함하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부.
청구항 4에 있어서,
상기 미세조직의 구오스테나이트 입도는 150~200㎛인 저온 충격인성이 우수한 용접이음부.
청구항 1에 있어서,
상기 용접이음부는 하기 관계식 1로 정의되는 Ceq 값이 0.41~0.76%인 저온 충격인성이 우수한 용접이음부.
[관계식 1]
Ceq = C + Mn/6 + (Ni+Cu)/15 + (Cr+Mo+V)/5
(상기 C, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo 및 V는 각 원소의 함량(중량%)임)
청구항 1에 있어서,
상기 용접이음부는 -40℃의 저온에서 100J 이상의 충격에너지를 갖는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부.
일렉트로 가스 용접을 행하여 중량%로, 중량 %로, 탄소(C): 0.04~0.12%, 실리콘(Si): 0.05~0.5%, 망간(Mn): 1.3~2.0%, 니켈(Ni): 1.0~2.5%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.5%, 구리(Cu): 0.3~0.5%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1%, 니오븀(Nb): 0.01~0.04%, 바나듐(V): 0.01~0.06%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 산소(O): 0.025~0.060%, 질소(N): 0.005~0.008%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용접이음부를 제조하는 단계;
상기 용접이음부를 가열하는 단계;
상기 가열된 용접이음부를 냉각(quenching)하는 단계; 및
상기 냉각된 용접이음부를 템퍼링 열처리하는 단계
를 포함하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 가열 전 용접이음부의 구오스테나이트 입도는 250~300㎛인 저온 충격인성이 우수한 용접이음부의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 가열 전 용접이음부의 미세조직은 면적분율로 베이나이트 40~50%, 침상형 페라이트 40% 이상, 입계 페라이트가 5~10% 를 포함하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 가열은 900℃ 이상의 온도로 행하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 냉각은 5~15℃/sec의 냉각속도로 행하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 템퍼링 열처리는 590~670℃의 온도범위에서 행하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 일렉트로 가스 용접은 1-패스(1-pass) 용접을 수행하는 저온 충격인성이 우수한 용접이음부의 제조방법.