KR20230048558A

KR20230048558A - 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법

Info

Publication number: KR20230048558A
Application number: KR1020237009105A
Authority: KR
Inventors: 자오샤 류; 위안둥 뤄; 샤오훙 쉬; 윈 바이; 쥔 류; 위 멍; 융하오 저우; 진밍 우; 충 천
Original assignee: 지앙인 싱쳉 스페셜 스틸 웍스 코., 엘티디.
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2021-05-30
Publication date: 2023-04-11
Also published as: JP7482319B2; EP4180164A4; CN112192001B; CA3189684A1; EP4180164A1; WO2022037175A1; CN112192001A; JP2023539123A

Abstract

본 발명은, (1) 인장 강도가 630~670MPa인 선박용 5Ni 강을 접합 모재로 하며; 매칭되는 용접 재료: 용접 재료의 인장 강도는 630~710MPa이고, 용접 와이어의 직경은 φ2.4mm 이상이며, 등급은 INCO-WELD Filler Metal C-276이고, 플럭스는 INCOFLUX 9이며; (2) 접합 재료의 서브머지드 아크 용접 홈은 K자형 홈을 사용하고; (3) 용접 파라미터: 용접 전류는 410±10A, 용접 전압은 32±1V, 용접 속도는 27±2cm/min, 용접 라인 에너지는 30±3KJ/cm이고, 용접 이음새가 채워질 때까지 동일한 판 두께의 접합 모재의 맞대기 이음부를 연속적으로 용접하며, 각 패스의 용접 후 스틸 브러쉬로 용접 비드를 청소하고; 플럭스 베이킹 시스템은 350℃×1h이며; 층간 온도를 ≤80℃로 제어하는 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법에 관한 것이다. 서브머지드 아크 용접은 용접 이음부의 인장 강도, 용접 이음부의 용접 이음새, 용합선, 열영향 영역 등의 충격 흡수 에너지 값이 모두 높은 수준에 도달하였고, 용접 이음부는 우수한 저온 충격 인성 및 냉간 굽힘 성능을 가진다.

Description

선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법

본 발명은 고 니켈강의 용접 방법에 관한 것으로, 특히 선박용 5Ni 강의 용접 방법에 관한 것이다.

석유화학공업의 발달로 액화 석유 가스선, 석유 분해 및 액화를 통해 얻은 액화 에틸렌선, 프로판선은 일반적으로 고강도, 우수한 저온 인성, 고연신율, 저잔자성의 5Ni 강으로 제조된다. 일반적으로 5Ni 강의 니켈(Ni) 함량은 4.7~5.3% 범위에 있으며, 5Ni 강의 니켈(Ni) 함량이 높기 때문에, 강재 생산 및 제조에 일련의 문제를 가져올 뿐만 아니라, 후속 제조업체의 용접 및 성형에 사용 문제를 가져오게 된다. 중국에는 소수의 철강 회사가 선급사의 규범 요구를 충족시키는 선박용 5Ni 강을 성공적으로 개발하였고, 점차 시장에 투입되고 있다. 그러나 용접, 특히 서브머지드 아크 용접의 경우 저온 인성이 여전히 존재하고 용접 후 냉간 굽힘 성능이 불안정하여, 선급사의 용접성 테스트 요구를 충족시키기 어렵다.

검색 결과, 중국 특허 CN10852661A는 니켈 기반 솔리드 용접 와이어 가스 보호 용접 방법을 공개하여 5Ni 강, 9Ni 강의 가스 보호 용접을 구현하였지만, 문헌에는 9Ni 강 용접에 대한 구체적인 실시예만 설명하였고, 5Ni 강이 해당 방법으로 용접되었을 때 효과가 어떠한지에 대한 구체적인 설명이 없었다. 5Ni 강의 용접성이 낮은 문제를 해결하는 것은 조선 산업 발전의 중요한 부분이다.

본 발명은 적합한 5Ni 강판, 일치하는 용접 재료 및 대응되는 서브머지드 아크 맞대기 용접 공법을 선택하여 매칭시키며, 일련의 용접성 기계적 성능 테스트를 수행한 결과 본 발명의 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접은 선급사의 용접성 테스트 요구를 완전히 충족시키는 것으로 나타난다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 선박용 5Ni 강의 서브머지드 아크 용접 공법을 제공하되, 상기 공법은 용접 전에 예열하지 않고, 용접 후에 열처리가 필요 없으며, 구체적으로 다음과 같다.

(1) 인장 강도가 630~670MPa인 선박용 5Ni 강을 접합 모재로 하며; 매칭되는 용접 재료: 용접 재료의 인장 강도는 630~710MPa이고, 용접 와이어의 직경은 φ2.4mm 이상이며, 등급은 INCO-WELD Filler Metal C-276이고, 플럭스는 INCOFLUX 9이며;

(2) 접합 재료의 서브머지드 아크 용접 홈은 K자형 홈을 사용하고, 홈 각도는 45°이며, 루우트 페이스(root face)는 5mm이고;

(3) 용접 파라미터: 용접 전류는 410±10A, 용접 전압은 32±1V, 용접 속도는 27±2cm/min, 용접 라인 에너지는 30±3KJ/cm이고, 용접 이음새가 채워질 때까지 동일한 판 두께의 접합 모재의 맞대기 이음부를 연속적으로 용접하며, 각 패스의 용접 후 스틸 브러쉬로 용접 비드를 청소하고; 플럭스 베이킹 시스템은 350℃×1h이며; 층간 온도를 ≤80℃로 제어한다.

바람직하게, 본 발명의 용접 방법은 두께가 40mm~50mm인 상기 접합 재료에 적용된다.

본 발명의 핵심은, 용접에 사용되는 용접 와이어의 화학 조성 및 질량 백분율은 C: ≤0.03%, Si: 0.10~0.40%, Mn: 0.2~1.0%, P: ≤0.020%, S: ≤0.030%, Cr: 14~18%, Ni: 53~60%, W: 3.0~4.5%, Fe: 4.0~7.0%, Mo: 15.0~17.0%이고, 잔량은 불가피한 불순물 원소인 것이다.

상기 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법을 통해 얻은 두 개의 접합 모재의 용접 이음부는 테스트를 거쳐 용접 이음새 초음파 탐상 결과가 GB/T 11345-1989 표준에 규정된 요구인 I급 요구에 도달한다.

상기 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법을 통해 얻은 두 개의 접합 모재의 용접 이음부의 인장 강도는 620~660MPa 범위에 있고, 굽힘 중심 직경은 D=4a이며, 180℃ 정방향 및 역방향 냉간 굽힘은 합격이고, -130℃ 극저온 횡충격 인성값은 안정적이며, 여기서, 용접 이음새 ≥70J, 용합선 ≥60J, HAZ ≥100J, 모재 ≥180J이고, 선급사의 용접성 인증 및 생산 요구, 즉 선급사의 규범 요구보다 휠씬 높은 -110℃의 극저온 횡충격 인성값 ≥27J을 충족시킨다.

상기 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법을 통해 얻은 두 개의 접합 모재의 용접 이음부의 용접 이음새 영역의 조직은 오스테나이트 조직이고, 열영향 영역의 조직은 저 베이나이트 조직이되, 저 베이나이트 조직 시트 레이어가 미세함으로써, 양호한 극저온 인성을 구비한다.

본 발명은 선행 기술에 비해 다음과 같은 장점이 있다.

(1) 액화 석유 가스선, 액화 에틸렌선 등의 선박용 5Ni 강의 핵심 서브머지드 아크 용접 공법 제조 기술을 충족시킨다. 서브머지드 아크 용접은 용접 이음부의 인장 강도, 용접 이음부의 용접 이음새, 용합선, 열영향 영역 등의 충격 흡수 에너지 값은 모두 높은 수준에 도달하였고, 용접 이음부는 우수한 저온 충격 인성 및 냉간 굽힘 성능을 가진다.

(2) 본 발명의 용접 이음부의 열영향 영역 HAZ 조직은 주로 저 베이나이트 조직이고, 베이나이트 시트 레이어는 미세하며, 용접 금속은 주로 오스테나이트 조직이므로, 용접 이음새가 우수한 강도, 극저온 인성 성능 및 냉간 굽힘 성능을 갖도록 한다.

(3) 선박용 5Ni 강의 맞대기 이음부 후판 구조 제조 과정에서 용접 전에 예열하지 않고, 용접 후에 열처리하지 않는 용접 공법을 구현하였고, 다층 다중 패스 연속 용접 공법을 사용할 때, 용접 이음부는 우수한 종합적인 기계적 성능을 갖고; 용접 작업이 간단하고, 효율적이며, 에너지를 절약하고, 액화 석유 가스선, 액화 에틸렌선, 액화 프로판선 등의 선박용 5Ni 강 제조 및 보급 응용에 적용된다.

도 1은 50mm+50mm인 접합 모재 조합의 서브머지드 아크 용접의 용접 패스의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1의 용접 이음부의 용접 이음새 조직을 도시한 것으로, 오스테나이트 조직이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1의 용접 이음부의 용합선 조직을 도시한 것으로, 일측은 오스테나이트 조직이고, 타측은 저 베이나이트 조직이며, 베이나이트 시트 레이어는 미세하다.
도 4는 본 발명의 실시예 1의 용접 이음부가 용합선에서 3mm 떨어진 HAZ영역의 조직을 도시한 것으로, 이는 저 베이나이트 조직이고, 시트 레이어가 미세하며, 초기 오스테나이트는 도 3에서의 초기 오스테나이트 조직보다 더 미세하다.

아래에 첨부 도면과 결부하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하며, 상기 실시예는 예시적인 것이고, 본 발명을 해석하기 위한 것일 뿐, 본 발명에 대한 제한으로 이해해서는 안된다.

실시예 1:

모재: 인장 강도가 653MPa인 선박용 5Ni 강이고, -130℃ 극저온 횡충격 인성값은 ≥180J이며, 후판 조합은 50mm+50mm이다. 맞대기 용접의 각 시험판의 사이즈는 1300mm×300mm×50mm이고, 서브머지드 아크 용접 홈은 K자형 홈을 사용하며, 홈 각도는 45°이고, 루우트 페이스는 5mm이다.

용접 재료 매칭:

용접 와이어: 화학 조성 및 질량 백분율: C: 0.02%, Si: 0.15%, Mn: 0.4%, P: 0.015%, S: 0.01%, Cr: 16.4%, Ni: 57%, W: 3.5%, Fe: 5.50%, Mo: 16.0%이고, 잔량은 불가피한 불순물 원소이다.

용접 와이어의 직경은 φ2.4mm이며, 소결 플럭스 INCOFLUX 9와 매칭하여 용접하고, 융착 금속의 기계적 성능: 항복 강도 Rp_0.2: 407MPa, 인장 강도 Rm: 665MPa, 연신율 A: 42.0 %, Z방향 단면 수축률: 38%이며, -110℃ AKv 충격 흡수 에너지 값: 92J, 89J, 77J이다.

용접 공법 파라미터: 용접 전류는 410±10A, 용접 전압은 32±1V, 용접 속도는 27±2cm/min, 용접 라인 에너지는 30KJ/cm이고; 플럭스 베이킹 시스템은 350℃×1h이며; 층간 온도를 50~70℃로 제어한다. 용접 패스는 도 1을 참조한다.

실시예 2:

모재: 인장 강도가 639MPa인 선박용 5Ni 강이고, 후판 조합은 40mm+40mm이다. 맞대기 용접의 각 시험판의 사이즈는 1300mm×300mm×40mm이고, 서브머지드 아크 용접 홈은 K자형 홈을 사용하며, 홈 각도는 45°이고, 루우트 페이스는 5mm이다.

용접 재료 매칭:

용접 와이어: 화학 조성 및 질량 백분율: C: 0.02%, Si: 0.20%, Mn: 0.45%, P: 0.013%, S: 0.01%, Cr: 16.8%, Ni: 58%, W: 3.3%, Fe: 5.80%, Mo: 16.5%이고, 잔량은 불가피한 불순물 원소이다.

용접 와이어의 직경은 φ2.4mm이며, 소결 플럭스 INCOFLUX 9와 매칭하여 용접하고, 융착 금속의 기계적 성능: 항복 강도 Rp_0.2: 513MPa, 인장 강도 Rm: 660MPa, 연신율 A: 32.0 %, Z방향 단면 수축률: 51%이며, -110℃ AKv 충격 흡수 에너지 값: 93J, 109J, 84J이다.

용접 공법 파라미터: 용접 전류는 410±10A, 용접 전압은 32±1V, 용접 속도는 27±2cm/min, 용접 라인 에너지는 30KJ/cm이고; 플럭스 베이킹 시스템은 350℃×1h이며; 층간 온도를 50~70℃로 제어한다.

상기 용접 방법으로 용접된 선박용 5Ni 강판의 용접 이음부는 테스트를 거쳐 용접 이음새 초음파 탐상 결과가 GB/T 11345-1989 표준에 규정된 요구인 I급 요구에 도달한다.

상기 용접 방법으로 용접된 선박용 5Ni 강은 용접 이음부의 기계적 성능을 검출하였으며, 인장 테스트, 충격 테스트 및 냉간 굽힘 테스트 결과는 각각 표 1, 표 2 및 표 3에 나타냈다. 실시예의 성능으로 부터 볼 때, 강판 용접 이음부의 인장 강도는 620~660 MPa 범위에 있고, 굽힘 중심 직경은 D=4a이며, 180℃ 정방향 및 역방향 냉간 굽힘은 합격이고, 용접 이음새, 용합선, HAZ 영역의 -130℃ 극저온 횡충격 인성값은 안정적이며, 선급사의 용접성 인증 및 생산 요구를 완전히 충족시킨다.

표 1 맞대기 이음부의 인장 테스트 결과

표 2 맞대기 이음부의 굽힘 테스트 결과

표 3 용접 이음부의 충격 테스트 결과

주해: “/”뒤의 값은 해당 그룹의 평균값이다.용접 열영향 영역은 매우 낮은 저온 인성을 가지는 것을 나타낸다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하였으나, 본 기술분야의 통상의 기술자에게 있어서 본 발명은 다양한 변경 및 변화가 존재할 수 있음을 명확히 이해해야 한다. 본 발명의 사상 및 원칙 내에서 이루어진 모든 수정, 균등 교체, 개선 등은 모두 본 발명의 보호 범위에 포함되어야 한다.

Claims

선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법으로서,
(1) 인장 강도가 630~670MPa인 선박용 5Ni 강을 접합 모재로 하고, 접합 모재의 -130℃ 횡충격 인성값은 ≥180J이며; 매칭되는 용접 재료: 용접 재료의 인장 강도는 630~710MPa이고, 용접 와이어의 직경은 φ2.4mm 이상이며, 등급은 INCO-WELD Filler Metal C-276이고, 플럭스는 INCOFLUX 9이며;
(2) 접합 재료의 서브머지드 아크 용접 홈은 K자형 홈을 사용하고;
(3) 용접 파라미터: 용접 전류는 410±10A, 용접 전압은 32±1V, 용접 속도는 27±2cm/min, 용접 라인 에너지는 30±3KJ/cm이고, 용접 이음새가 채워질 때까지 동일한 판 두께의 접합 모재의 맞대기 이음부를 연속적으로 용접하며, 각 패스의 용접 후 스틸 브러쉬로 용접 비드를 청소하고; 플럭스 베이킹 시스템은 350℃×1h이며; 층간 온도를 ≤80℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법.
제1항에 있어서,
상기 접합 재료의 두께는 40mm~50mm인 것을 특징으로 하는 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법.
제1항에 있어서,
상기 K자형 홈의 홈 각도는 45°이고, 루우트 페이스(root face)는 5mm인 것을 특징으로 하는 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법.
제1항에 있어서,
상기 용접 와이어의 화학 조성 및 질량 백분율은 C: ≤0.03%, Si: 0.10~0.40%, Mn: 0.2~1.0%, P: ≤0.020%, S: ≤0.030%, Cr: 14~18%, Ni: 53~60%, W: 3.0~4.5%, Fe: 4.0~7.0%, Mo: 15.0~17.0%이고, 잔량은 불가피한 불순물 원소인 것을 특징으로 하는 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법.
제4항에 있어서,
두 개의 접합 모재의 용접 이음부는 테스트를 거쳐 용접 이음새 초음파 탐상 결과가 GB/T 11345-1989 표준에 규정된 요구인 I급 요구에 도달하는 것을 특징으로 하는 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법.
제4항에 있어서,
두 개의 접합 모재의 용접 이음부의 인장 강도는 620~660 MPa 범위에 있고, 굽힘 중심 직경은 D=4a이며, 180℃ 정방향 및 역방향 냉간 굽힘은 합격이고, -130℃ 극저온 횡충격 인성값은 안정적이며; 용접 이음새의 횡충격 인성값 ≥70J, 용합선의 횡충격 인성값 ≥60J, HAZ의 횡충격 인성값 ≥100J, 모재의 횡충격 인성값 ≥180J이고, 선급사의 용접성 인증 및 생산 요구를 충족시키는 것을 특징으로 하는 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법.
제4항에 있어서,
두 개의 접합 모재의 용접 이음부의 용접 이음새 영역의 조직은 오스테나이트 조직이고, 열영향 영역의 조직은 저 베이나이트 조직이되, 저 베이나이트 조직은 시트 레이어가 미세함으로써, 양호한 극저온 인성을 구비하는 것을 특징으로 하는 선박용 5Ni 강 서브머지드 아크 용접 방법.