KR20200136788A

KR20200136788A - 변형이나 균열에 우수한 인장강도를 높인 용접방법

Info

Publication number: KR20200136788A
Application number: KR1020190062834A
Authority: KR
Inventors: 안대근
Original assignee: 안대근
Priority date: 2019-05-28
Filing date: 2019-05-28
Publication date: 2020-12-08

Abstract

본 발명은 잠수선, 심해저탐사선, 원자로용 압력용기, 고압저장용기 및 전타용 철판 등에 사용되는 항복강도 55∼85Kg/㎟급 고장력강을 용접하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접부의 연 신율, 충격인성 및 내응력부식균열성이 우수한 고장력강의 용접방법에 관한 것이다.

Description

변형이나 균열에 우수한 인장강도를 높인 용접방법{Welding method that increases tensile strength good for deformation or cracking}

본 발명은 초층용접재료에 있어서 C,Ni 함량을 감소시키고, 여기에서 발생되는 C과 Ni의 감 소로 인한 연화조직을 T,Nb,V과 같은 미량원소를 첨가하여 강중의 고용질소를 미세한 석출질화물로 바꾸어줌으로써, 그리고 초층용접재료(봉)의 직경을 다층용접재료봉의 직경보다 적게 하여 모재의 용접열영향부의 조대화된 조직의 생성을 적게 하여 취성을 감소시켜 줌으로써, 조직을 미세화시키고 연신율, 충격인성 및 내응력부식균열성이 우수한 고장력강의 용접방법을 제공하고자 하는데, 그 목 적이 있다.

통상, 0.05∼0.20%의 C 및 2.0∼3.0%의 Ni를 함유하고, 항복강도가 55∼85Kg/㎟급인 고장력강의 용 접재료는, 해수중에서 수심 3000m까지 잠수가 가능한 잠수선, 심해저탐사선 등에 적용되어 왔고, 또 한 최근에는, 원자로용 압력용기, 고압저장용기 및 전차용 철판등을 용접할 때의 용접재료로도 적용 되고 있다. 그러나, 상기 용도에 사용된는 용접재료는 높은 탄소함량 및 니켈의 함유로 인하여, 사 용도중에 용접부에 균열이나 그외의 결함에 의해서 응력부식균열이 발생하여 사고를 일으켜 수많은 재산과 인명의 손실을 가져올 가능성이 많다.

지금까지 상기의 용도로 사용되어진 용접재료는 C : 0.05∼0.20% 및, Ni : 2.0∼3.0%를 함유하고, Ti, Nb, V 등을 거의 함유하고 있지 않고, 또한 초층용접과 다층용접을 동일한 화학조성과 직경으로 이루어진 용접재료로써 용접을 하여 왔기 때문에 내응력부식균열성이 열화되는 문제점이 있었다. 여 기에 대비하여 최근에 템퍼비드(temper bead)법이라고 하여 초층용접부를 다층용접부보다 용접입열 량을 적게 하여 버티링(buttering) 용접한 후, 다층용접하는 방법이 개발되었다. 그러나, 이러한 종 래의 두가지 방법은 C : 0.05%이상, Ni : 2.0%이상 함유하고 Ti,Nb,B을 거의 함유하고 있지 않은 용 접재료이기 때문에, 탄화물과 Ni의 증가로 인하여 응력부식균열의 감수성이 매우 높아서, 사용도중 에 용접부에 응력부식균열이 쉽게 발생한다. 이러한 응력부식균열성의 열화원인은 용착금속의 순간 적인 응고에 의해서 카본(C)으로 인한 필라이트 생성과 Ni로 인한 국부적인 편석 내지 희석현상을 6-195-001777일으켜 취성의 원인이 되어 균열이 진행되기 때문이다.

초층용접시에 용접재료의 직경이 다층용접시 용접재료의 직경에 비해서 50% 이하가 되면, 용접입열 량이 너무 적고, 용접패스수가 너무 많아서 용접시간이 많이 걸리므로 비경제적이며, 용접부의 냉각 속도가 너무 늦어 조직미세화에도 더 이상 기여하지 못하므로 바람직하지 않다. 그러므로, 초층용접 시의 용접재료의 직경을 다층용접시의 용접재료의 직경에 비해서 하한선을 50%로 한정하는 것이 바 람직하다. 또한 초층용접시에 용접재료의 직경이 다층용접시의 용접재료의 직경에 비해서 90%이상이 되면, 초층용접시와 다층용접시에 용접패스수와 입열량이 거의 비슷하기 때문에 초층용접시의 용접 재료의 직경의 감소효과를 거의 볼 수 없고, 초층용접부 조직의 미세화에 기여하지 못하고, 용접열 영향부의 간격의 감소에도 전혀 기여하지 못하므로, 본 발명에서는 상한선을 90%로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 초층용접후 연마를 하는데, 연마를 하는 이유는 초층용접층의 두께를 일정하게 하여 모재의 용접열영향부의 간격을 균일하게 하고, 초층용접과 다층용접시의 계면응고반응을 용이 하게 하기 위함이다.

본 발명에 의한 용접방법은 내응력부식균열성이 우수하여 사용물의 수명과 용접 보수 기간을 최대한 연장할 수 있고, 용접부의 응력부식균열에 의한 사고를 방지할 수 있으며, 신규 제조시의 용접작업시에서나 혹은 보수용접시에 적용이 가능하다. 또한 본 발명에 의한 용접재료를 제조하면, Ni함유량을 1%이상 절감할 수 있어 값싸게 생산할 수 있다

본 발명은 용접재료에 있어서 C,Ni량을 감소시키고, Ti,Nb 및 V과 같은 미량원소 를 2종이상 첨가하고, 다층용접재료보다 직경이 작은 초층용접재료로 용접하므로서 용착금속과 용접 열영향부의 조직을 개선시켜 용접부의 기계적 성질과 내응력부식 균열성을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

제1도는 본 발명에 따라 고장력강을 용접하는 과정을 나타내는 용접시공도.
제2도는 응력부식균역시험을 위한 저변형속도 인장시험 결과도

본 발명은, 고장력강을 용접하는 방법에 있어서, 그 직경이 다층용접재료(봉) 직경의 50∼90% 범위 에 있고, 그 조성이 중량%로, C : 0.01∼0.04%, Mn : 0.40∼1.80%, Si : 0.25∼0.6%, P : 0.020%이 하, S : 0.010%이하, Ni : 1.0∼2.0%, Cr :0.06이하, Mo : 0.30∼0.65%, Cu : 0.50%이하, 및 N : 0.0040∼0.012%를 기본으로 하고 여기에 Ti,Nb 및 V중 2종 또는 3종을 각 성분당 0.01∼0.05% 첨가 하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 초층용접재료(봉)을 건조하고, 그리고 용접부위 를 예열한 다음, 초층 버터링 용접하는 단계 ; 및 상기와 같이 초층용접된 초층용접부를 연마 (grinding)한 다음, 중량%로 C : 0.05∼0.20%, Mn : 0.40∼1.80%, Si : 0.25∼0.60%, P : 0.20%이하, S : 0.010%이하, Ni : 2.0∼4.0%, Cr :0.06%이하, Mo : 0.30∼0.65%, Cu : 0.50%이하, N : 0.0040∼0.012%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 다층용접재료(봉)로 다층용접하는 단계를 포함하여 구성되는 용접부 내응력부식균열성이 우수한 고장력강의 용접방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 고장력강을 용접하기 위해서는 제1도(a)에도 나타난 바와 같이, 그 직경이 다층용접 재료 직경의 50∼90% 범위에 있고, 그 조성이, 중량%로 C : 0.01∼0.04%, Mn : 0.40∼1.80%, Si : 0.25∼0.60%, P : 0.020%이하, S : 0.010%이하, Ni : 1.0∼2.0%, Cr :0.06%이하, Mo : 0.30∼0.65%, Cu : 0.50%이하, 및 N : 0.0040∼0.012%를 기본으로 하고, 여기에 Ti,Nb 및 V중 2종 또는 3종을 각 성분당 0.01∼0.05% 첨가하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 초층용접재료(봉)을 건 조하고, 용접부위를 예열한 다음, 초층용접을 한다.

이때, 상기 용접봉의 건존는 350∼400℃에서 1시간 정도 행하는 것이 바람직하다.

상기 용접부위의 예열은 용접부의 균열을 방지하고 용접후의 냉각속도를 늦추어 용접부의 최고경도 치를 감소시키기 위한 것으로서, 예열온도는 75∼150℃ 정도가 바람직하다.

만약, 보수용접시에는 가우징(gouging) 처리하고 연마한 다음. 예열처리한다.

다음에, 제1도(b)에 나타난 바와 같이, 초층용접부를 연마한다.

다음에, 제1도(c) 및 (d)에 나타난 바와 같이, 중량%로 C : 0.05∼0.20%, Mn : 0.40∼1.80%, Si : 0.25∼0.60%, P : 0.20%이하, S : 0.01%이하, Ni : 2.0∼4.0%, Cr :0.06%이하, Mo : 0.30∼0.65%, Cu : 0.50%이하, N : 0.0040∼0.012%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 다층용접재료 (봉)로 다층용접을 하게 된다.

제1도에서, "1"은 초층용접부를, "2"는 다층용접부를 나타낸다.

본 발명에서 적용될 수 있는 용접방법은 통상적인 용접방법 어느것이나 가능하다.

이하, 상기 성분의 수치한정이유에 대해서 설명한다. 우선, 본 발명에 의한 용접재료의 화학성분의 한정이유에 대하여 설명한다.

상기 C은 강도를 확보하기 위해서 0.01% 이상 첨가하여야 하지만, 필요이상의 첨가는 용접성과 충격 인성을 열화시키고, C가 0.04% 이상에서는 펄라이트조직 및 조대탄화물의 형성으로 인하여 응력부식 균열감수성을 높이므로, 상기 C의 함유량은 0.01∼0.04%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 Si은 제강종 탈산제로써 필요한 원소로써 강도를 향상시키는데 최소한 0.25%이상 첨가하여야만 유효하고 0.60%를 넘으면 SiO 4 등의 비금속개재물을 형성할 뿐만 아니라, 도상 마르텐사이트를 형성 하여 용접성, 인성 및 응력부식균열성을 해치므로, 0.25∼0.60% 범위가 바람직하다.

상기 Mn은 제강중 탈산제로써 기본적으로 필요하며 소입성을 향상시켜 강도를 증가시키기 때문에 0.40%이상 첨가하여야 하지만, 1.80%를 넘으면 MnS등의 비금속개재물을 형성하여 열간가공성, 용접 성 및 응력부식균열성을 열화시키므로 상기 Mn의 함량은 0.4∼1.80%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 P는 강중에서 입계에 응고편석하여 강의 용접성과 인성을 심하게 열화시키고 응력부식균열감수 성을 높이므로 P의 함유량은 0.020%이하로 제한하는 것이 바람직하다.

상기 S는 MnS를 형성하고 입계편석을 함으로써 충격인성, 응력부식균열에 대한 감수성을 저하시키므 로 , S의 함량은 0.010%로 제한하는 것이 바람직하다.

상기, Ni은 소입성을 크게 향상시키는 원소이며 결정립을 미세화시키고 기지조직은 고용강화시켜 강 도의 상승에도 불구하고 저온인성을 크게 향상시키는데 효과가 있는데, 상기 효과를 얻기 위해서는 적어도 1.0%이상 첨가되어야 하지만, 상기 Ni이 2.0%이상 함유될 경우에는 부식분위기중에서 응력부 식균열에 대한 감수성을 증가시켜 취성 및 균열의 원인이 되므로 상기 Ni 함유량은 1.0∼2.0% 범 위로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Cr은 미량첨가시에 미세한 크롬탄화물 및 크롬질화물을 석출시키고, 조직을 미세화시켜 강도와 충격인성치를 상승시키지만, 상기 Cr이 0.60% 이상될때는 조대한 석출물을 형성시켜 저온인성과 내 응력부식균열성을 열화시키기 때문에 상기 Cr 함량은 0.6%이하로 한정하는 것이 바람직하다.

6-2

95-001777

상기 Mo은 강중에 몰리브덴탄화물을 석출시키고 조직을 미세화시켜 강도 및 내응력 부식균열성을 향 상시키는데, Mo의 함량이 0.30% 이상이 될 때에 상기의 효과를 나타낼 수 있고, 0.65% 이상 첨가시 에는 조대한 몰리브덴탄화물을 형성하여 용접성과 내응력부식균열성을 열화시키기 때문에 상기 Mo의 첨가법위는 0.30∼0.65%로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Cu는 강중에서 강도와 내부식성을 상승시키지만, 0.50% 이상에서는 열간압연시에 표면품질특성 이 좋지 않고 용접시에 고온균열이 발생하기 쉽기 때문에 상기 Cu의 함량은 0.50%이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 N은 0.012% 이하인 경우에는 Ti,Nb,V과 같은 미량첨가원소들과 결합하여 질화물을 형성하기 때 문에 초층용접부의 응고조직의 미세화 효과가 크고 저온충격인성 및 강도가 동시에 향상될 뿐만 아 니라 내응력부식균열성이 양호하게 되지만 0.012% 이상에서 고용질소가 장중에서 많아져 충격인성을 해치기 때문에 상기 N의 함량은 0.012% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 Ti,Nb,V은 초층용접부에 있어서 소입성을 향상시키고, 미세한 탄화물 및 질화물을 형성하여 결 정립을 미세화시켜서 탄소당량의 증가없이 강도 및 충격인성을 높히고 내응력부식균열성을 향상시키 지만, 상기 원소들을 1종만을 함유할 경우에 강도, 충격인성 및 내응력부식균열성이 충분히 향상되 지 않기 때문에 2종이상으로 한정하는 것이 바람직하다. 상기 Ti,Nb,V을 각각 0.01%이하로 함유시킬 때는 강도, 충격인성 및 내응력부식균열성을 향상시키는 효과가 없고, Ni,Nb,V을 각각 0.04% 이상으 로 함유시킬 때는 상기 원소들이 입계에 편석석출하고, 고용원소들의 함량이 증가하여, 저온인성 및 내응력부식균열성을 저하시키기 때문에, Ti,Nb 및 V은 2종 또는 3종으로 하고 각각의 성분함량은 0.01∼0.05%로 제한하는 것이 바람직하다

HY 100강
V 그루브

Claims

고장력강을 용접하는 방법에 있어서, 그 직경이 다층용접재료(봉) 직경의 50∼90% 범위에 있고, 그 조성이 중량%로, C : 0.01∼0.04%, Mn : 0.40∼1.80%, Si : 0.25∼0.60%, P : 0.020%이하, S : 0.001%이하, Ni : 1.0∼2.0%, Cr :0.06%이하, Mo : 0.30∼0.65%, Cu : 0.50%이하, 및 N : 0.0040∼ 0.012%를 기본으로 하고, 여기에 Ti,Nb 및 V중 2종 또는 3종을 각 성분당 0.01∼0.05% 첨가하고, 잔 부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어진 초층용접재료(봉)을 건조하고, 그리고 용접부위를 예열 한 다음, 초층 버터링 용접하는 단계 ; 및 상기와 같이 초층용접된 초층용접부를 연마한 다음, 중량 %로, C : 0.05∼0.20%, Mn : 0.40∼1.80%, Si : 0.25∼0.60%, P : 0.02%이하, S : 0.010%이하, Ni : 2.0∼4.0%, Cr :0.06%이하, Mo : 0.30∼0.65%, Cu : 0.50%이하, N : 0.0040∼0.012%, 잔부 Fe 및 기 타 불가피한 불순물로 이루어진 다층용접재료(봉)로 다층용접하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용접부 내응력부식균열성이 우수한 고장력강의 용접방법.
청구항 2
제1항에 있어서, 초층용접재료(봉)의 건조온도가 350∼400℃이고, 그리고 용접부위의 예열온도가 75 ∼150℃인 것을 특징으로 하는 용접부 내응력부식 균열성이 우수한 고장력강의 용접방법