KR102396818B1 - 우수한 저온인성 및 저경도 특성을 가지는 서브머지드 아크 용접 금속부 및 이를 포함하는 용접 강관 - Google Patents
우수한 저온인성 및 저경도 특성을 가지는 서브머지드 아크 용접 금속부 및 이를 포함하는 용접 강관 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 우수한 저온인성과 저경도 특성을 가지는 서브머지드 아크 용접 금속부를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 서브머지드 아크 용접 금속부는, 중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.2 ~ 0.7%, 망간(Mn): 0.8 ~ 1.2%, 크롬(Cr): 0 초과 ~ 0.1%, 니켈(Ni): 0.05 ~ 0.15%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0 초과 ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.025%, 보론(B): 0.0005 ~ 0.0025%, 인(P): 0 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Mn[중량%]+5Si[중량%]+8Ni[중량%]+20Mo[중량%]가 3.5 이상 ~ 4.5 이하로 제어된다.
Description
본 발명의 기술적 사상은 해양구조물, 건축, 교량 등의 고장력강을 서브머지드 아크 용접함으로써 얻을 수 있는 서브머지드 아크 용접 금속부 및 이를 포함하는 용접 강관에 관한 것이다.
셰일 가스, 오일샌드 등 새로운 에너지의 부상과 활발한 자원 개발에 따라 에너지 수송 및 플랜트용 강관의 수요가 점차 증가하고 그 경제성 및 고성능 강관의 개발 필요성이 증대되고 있다. 석유 및 가스의 정유(Refining) 플랜트에 적용되는 강관은 주로 ASTM A516-60/65 강종이 가장 많이 적용되고 있으며 해당 소재를 이용하여 강관을 제조 시 ASTM A671/672-Cl60/65 규격에 해당된다. 강관 통상적으로 JCO 프레스, Roll-Bending, UOE 방식으로 제조 되며, 판재를 강관 형상으로 성형하고 이음매가 되는 심(Seam) 용접부는 서브머지드 아크 용접을 이용하게 된다. 용접 순서는 일반적으로 내면 용접, 외면 용접 순으로 진행되며, 최종 강관 제품의 품질은 심 용접 금속부 기계적 성능에 크게 좌우 되며, 따라서 고품질의 강관을 제조하기 위해서는 우수한 품질의 용접 금속부 확보가 매우 중요하다.
최근 원유 및 천연가스의 품질이 낮아짐에 따라 그 속의 불순물 함량이 높아지고, 특히 산성 유화 수소(sour gas, H2S)가 많이 함유되어 이를 수송하거나, 저장 및 처리하는 설비는 HIC, 및 SSCC 발생 위험이 높아짐에 따라, 강관 소재 및 심 용접부에 더 높은 내사워(Sour) 특성을 요구하고 있다. NACE(National Association of Corrosion Engineers)에서는 정제 플랜트에 사용되는 자재들의 HIC 및 SSCC 저항성 확보를 위해서 다양한 요구 사항을 제공하고 있으며, 용접 금속부의 경우 최고 경도 요구치를 규정하고 있다. 또한 용접 구조물의 안정성 확보를 위해 -51℃ 수준의 저온충격인성 특징도 동시에 요구하고 있으며, 용접 금속부는 용융되어 모재의 일부가 희석되어 형성되기 때문에 모재의 조직과는 다른 입계 페라이트, 위드만스테텐 페라이트, 침상 페라이트 등으로 형성되어 저온으로 갈수록 충격인성이 낮아 진다. 그에 따라서 용접 금속부의 화학성분 설계 시, 합금을 첨가하여 저온에서 우수한 충격인성 확보가 가능하지만, 상충되는 특징으로 용접 금속 경도는 증가하게 되므로 우수한 저온인성과 낮은 경도를 동시에 확보하기가 어려운 문제가 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 저온인성과 저경도 특성을 가지는 서브머지드 아크 용접 금속부 및 이를 포함하는 용접 강관을 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 의하면, 우수한 저온인성과 저경도 특성을 가지는 서브머지드 아크 용접 금속부 및 이를 포함하는 용접 강관을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 서브머지드 아크 용접 금속부는, 중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.2 ~ 0.7%, 망간(Mn): 0.8 ~ 1.2%, 크롬(Cr): 0 초과 ~ 0.1%, 니켈(Ni): 0.05 ~ 0.15%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0 초과 ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.025%, 보론(B): 0.0005 ~ 0.0025%, 인(P): 0 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Mn[중량%]+5Si[중량%]+8Ni[중량%]+20Mo[중량%]가 3.5 이상 ~ 4.5 이하로 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 서브머지드 아크 용접 금속부는, 용접 금속부 강도: 450 MPa 이상, 비커스 경도: 210 Hv10 이하, 및 샤르피 충격시험: -51℃에서 60J 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 서브머지드 아크 용접 금속부는, 용접 금속부 강도: 450 ~ 550 MPa, 비커스 경도: 180 ~ 210 Hv10, 및 샤르피 충격시험: -51℃에서 60 ~ 200J 을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 용접 강관은, 제1 강관 부재; 제2 강관 부재; 및 상기 제1 강관 부재와 제2 강관 부재를 접합하는 서브머지드 아크 용접 금속부;를 포함하고, 상기 서브머지드 아크 용접 금속부는, 중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.2 ~ 0.7%, 망간(Mn): 0.8 ~ 1.2%, 크롬(Cr): 0 초과 ~ 0.1%, 니켈(Ni): 0.05 ~ 0.15%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0 초과 ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.025%, 보론(B): 0.0005 ~ 0.0025%, 인(P): 0 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Mn[중량%]+5Si[중량%]+8Ni[중량%]+20Mo[중량%]가 3.5 이상 ~ 4.5 이하로 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 서브머지드 아크 용접 금속부는, 용접 금속부 강도: 450 MPa 이상, 비커스 경도: 210 Hv10 이하, 및 샤르피 충격시험: -51℃에서 60J 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의할 경우, 망간(Mn), 실리콘(Si), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 함량을 제어하여, 저온인성이 우수하고, 경도가 낮은 서브머지드 아크 용접 금속부를 제공한다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부(120)가 적용된 용접 강관을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부가 적용된 용접 강관을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부를 확대하여 도시하는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부의 미세조직을 나타내는 광학 현미경사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부가 적용된 용접 강관을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부를 확대하여 도시하는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부의 미세조직을 나타내는 광학 현미경사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
본 발명의 기술적 사상은 대구경 후육 강관의 조관 공정에 주로 사용되는 서브머지드 아크 용접(SAW) 기법을 적용하여 얻을 수 있는 용접 금속부에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접 이음강도 550Mpa 이하의 강도를 확보하고 동시에 우수한 저온인성 및 저경도 특성을 가지는 서브머지드 아크 용접 금속부에 관한 것이다
용접부의 최고 경도 규제와 관련하여, NACE에서는 정제 플랜트에 사용되는 자재들의 요구 사항을 MR0103에 규정해 놓았으며, 일반적으로 탄소강 자재들의 용접부는 22HRc(248 Hv10) 이하를 넘지 않도록 하고 잇다. 그러나 최저 인장강도 490 MPa 이하의 소재들에 대해서는 RP0472 규격이 추가로 적용되고 있다. RP0472가 적용되는, 최저 인장강도 490 MPa 이하의 소재들은 사워(Sour) 환경에 노출되어 장기간 사용될 경우 용접 금속부의 최고 경도가 22HRc를 넘지 않더라도 HIC 및 SSCC의 발생 확률이 증가하게 된다. 또한 해당 강종에서 발생하는 부식 균열들은 모재와 용접 결합부 뿐만 아니라 용접 금속부에서도 발견되고 있으며, 용접 금속부의 경도가 높을 경우 균열 감수성이 더욱 증가 하기 때문에 최고 경도를 브리넬 경도 기준으로 200HB(비커스 경도 기준, 210 Hv10)이하로 더욱 낮게 규정하고 있다. 따라서, 강관 용접 금속부의 저온 안정성과 내사워 특성을 확보하기 위해서는 화학조성을 적절히 제어하여 서브머지드 아크 용접 금속부의 높은 저온인성과 낮은 경도를 동시에 확보할 필요가 있다.
본 발명에서는 강관의 심(Seam)부 서브머지드 아크 용접 시 만들어지는 용접 금속부의 화학 조성을 제어하여 저온 인성이 우수하고 경도가 낮은 서브머지드 아크 용접 금속부를 제공한다.
상기 서브머지드 아크 용접 금속부는, 중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.2 ~ 0.7%, 망간(Mn): 0.8 ~ 1.2%, 크롬(Cr): 0 초과 ~ 0.1%, 니켈(Ni): 0.05 ~ 0.15%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0 초과 ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.025%, 보론(B): 0.0005 ~ 0.0025%, 인(P): 0 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르는 서브머지드 아크 용접 금속부에 있어서, 상술한 바와 같이, 상기 용접 금속부의 성분조성을 제어함이 필요한데, 그 상세한 내용에 대하여 다음과 같이 설명한다. 이하, 용접 금속부에 대한 중량%이며, 이하 단지 '%'로 기재하기로 한다.
탄소(C): 0.05 ~ 0.1%
탄소(C)는 경화능이 높은 원소로 용접금속의 강도를 확보하기 위한 원소이다. 탄소(C)의 함량은 용접 금속부에 대해 0.05 ~ 0.1% 범위로 함유함이 바람직하다. 탄소(C)의 함량이 0.05% 미만인 경우에는, 용접 금속부의 강도가 저하될 수 있다. 탄소(C)의 함량이 0.1%를 초과하는 경우에는, 경화능 증가로 강도 및 경도가 급격히 증가할 수 있다.
실리콘(Si): 0.2 ~ 0.7%
실리콘(Si)은 용접 금속의 유동에 영향을 주고 탈산 효과를 가진다. 실리콘(Si)의 함량은 용접 금속부에 대해 0.2 ~ 0.7% 범위로 함유함이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.2% 미만인 경우에는, 탈산력 부족으로 결함, 특히 기공이 발생하기 쉽다. 실리콘(Si)의 함량이 0.7%를 초과하는 경우에는, 충격인성을 저하시키고 경도기 증가될 수 있다.
망간(Mn): 0.8 ~ 1.2%
망간(Mn)은, 용접 금속부의 강도와 충격인성을 확보하고 탈산 작용을 하는 매우 중요한 원소이다. 망간(Mn)의 함량은 용접 금속부에 대해 0.8 ~ 1.2% 범위로 함유함이 바람직하다. 일반적인 고강도 용접금속부의 망간 함량은 1.2~1.7% 수준을 유지하지만, 이러한 경우에는 경도가 상승으로 인해 본 발명의 제한 범위를 벗어난다. 망간(Mn)의 함량이 0.8% 미만인 경우에는, 그 효과를 기대할 수 없다. 망간(Mn)의 함량이 1.2%를 초과하는 경우에는, 용접 금속부의 강도 및 충격인성을 적당히 유지하고, 낮은 경도를 확보하기 어렵다.
크롬(Cr): 0 초과 ~ 0.1%
크롬(Cr)은 기지에 고용되어 소입성을 증가시키고, 강도를 향상시키는데 필수적인 원소로서, 강도 및 인성을 확보하는 데에 유리한 원소이다. 크롬(Cr)의 함량은 용접 금속부에 대해 0 초과 ~ 0.1% 범위로 함유함이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 2.5%를 초과하는 경우에는, 용접 이음부에서 경화성을 크게 증가시켜 인성을 저하시킬 수 있다.
니켈(Ni): 0.05 ~ 0.15%
니켈(Ni)은 니켈은 용접 금속부의 기지조직을 강화시켜 강도와 충격 인성을 확보하는 매우 중요한 원소이다. 니켈(Ni)의 함량은 용접 금속부에 대해 0.05 ~ 0.15% 범위로 함유함이 바람직하다. 니켈(Ni)의 함량이 0.05% 미만인 경우에는, 그 효과를 기대할 수 없다. 니켈(Ni)의 함량이 0.15%를 초과하는 경우에는, 경화능 증가로 강도와 경도 상승의 우려가 있다.
몰리브덴(Mo): 0 초과 ~ 0.01%
몰리브덴(Mo)은 용접 금속의 응고 시 δ-페라이트 함량을 최소화 시켜 오스테나이트 조직을 조대화 하여 충격인성에 열악한 결정입계 페라이트 함량을 최소화하고, 충격인성이 양호한 침상 페라이트 함량을 극대화 시키기 때문에 서브머지드 아크 용접 금속부에 0.3~0.5% 정도 포함되는 경향이 있다. 몰리브덴(Mo)의 함량은 용접 금속부에 대해 0 초과 ~ 0.01% 범위로 함유함이 바람직하다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.01%를 초과하는 경우에는, 기지조직을 강화시켜 강도를 상승시킬 수 있다.
니오븀(Nb): 0 초과 ~ 0.03%
니오븀(Nb)은 Nb(C, N) 형태의 탄화물을 형성한다. 니오븀(Nb)의 함량은 용접 금속부에 대해 0 초과 ~ 0.03% 범위로 함유함이 바람직하다. 니오븀(Nb)의 함량이 0.03%를 초과하는 경우에는, 상기 탄화물에 의하여 충격인성이 나쁜 결정입계 페라이트 형성을 조장하고 카바이드 형태의 취약한 상을 형성할 수 있다.
티타늄(Ti): 0.01~0.025%
티타늄(Ti)은 용접 금속부의 충격인성에 좋은 영향을 미치는 침상 페라이트 조직 형성에 큰 기여를 하는 합금 원소로 주로 TiO 산화물이나 TiN 형태의 석출물을 만들어 용접금속부의 DBTT를 낮추는 역할을 한다. 티타늄(Ti)의 함량은 용접 금속부에 대해 0.01 ~ 0.025% 범위로 함유함이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.01% 미만인 경우에는, 그 효과를 기대할 수 없다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.025%를 초과하는 경우에는, 산화물 석출물이 조대해져 인성 저하가 발생하여, 충격인성 상승효과는 줄어들고 오히려 강도 상승 및 인성 저하를 초래할 수 있다.
보론(B): 0.0005 ~ 0.0025%
보론(B)은 적당량 첨가 시에 오스테나이트 결정입계에 편석하여 입계 에너지를 낮추어 충격인성이 열악한 결정입계 페라이트 형성을 억제하고 침상 페라이트 변태를 촉진시키는 역할을 한다. 보론(B)의 함량은 용접 금속부에 대해 0.0005 ~ 0.0025% 범위로 함유함이 바람직하다. 보론(B)의 함량이 0.0005% 미만인 경우에는, 그 효과를 기대할 수 없다. 보론(B)의 함량이 0.0025%를 초과하는 경우에는, 소입성 증가로 용접 금속부의 강도와 경도가 증가하고, 저온 균열에 대한 감수성이 증가될 수 있다.
인(P): 0 초과 ~ 0.02%
인(P)은 불순물 원소로서, 인(P)의 함량은 0.02% 이하가 바람직하다. 인(P)은 서브머지드 용접 공정 시 고온균열을 발생시키는 불순물로서 최대한 낮게 관리하는 것이 중요하다.
황(S): 0 초과 ~ 0.01%
황(S)은 불순물 원소로서, 황(S)의 함량은 0.01% 이하가 바람직하다. 황(S)은FeS 저융점 화합물을 형성하기 때문에 고온균열 발생 가능성을 높이고 MnS를 형성하여 내사워 특성을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
한편, 본 발명의 실시예에서는, 상기 용접 금속부 합금 원소 중에서 망간(Mn), 실리콘(Si), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 함량이, 아래의 관계식 1의 함량 제어에 따를 수 있다.
<관계식 1>
3.5 ≤ Mn[중량%]+5Si[중량%]+8Ni[중량%]+20Mo[중량%] ≤ 4.5
상기 관계식 1이 3.5 미만인 경우에는, 서브머지드 용접 금속부의 경화능이 부족하여 목표로 하는 강도 및 저온충격인성 확보가 어렵다. 상기 관계식 1이 4.5를 초과하는 경우에는, 경화능이 크게 증가하여 강도가 증가하고, 용접부 경도가 210Hv을 초과할 우려가 있다. 따라서 용접 이음부 강도 450~550Mpa, 우수한 저온인성 및 낮은 경도를 동시에 확보하기 위해서는 중에서 망간(Mn), 실리콘(Si), 니켈(Ni), 및 몰리브덴(Mo)의 함량을 상기와 같이 제어하는 것이 바람직하다.
상기 관계식 1을 만족시키도록 상기 합금 원소 간 함량 제어를 한 용접 금속부가, 관계식 1을 만족시키지 못하도록 상기 합금 원소 간 함량 제어를 한 용접 금속부에 비하여, 비커스 경도가 낮으며, -51℃ 에서의 평균 충격 에너지가 우수할 수 있다. 이러한 사실은 후술하는 실시예의 결과를 통해 명확하게 나타난다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 서브머지드 아크 용접 금속부는, 용접 금속부 강도: 450 MPa 이상, 비커스 경도: 210 Hv10 이하, 및 샤르피 충격시험: -51℃에서 60J 이상을 만족한다. 상기 서브머지드 아크 용접 금속부는, 용접 금속부 강도: 450 ~ 550 MPa, 비커스 경도: 180 ~ 210 Hv10, 및 샤르피 충격시험: -51℃에서 60 ~ 200J, 예를 들어 60 ~ 140J 을 만족한다.
실시예
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐 본 발명의 범위가 이러한 실시예의 기재범위에 의하여 제한되는 것은 아니다.
40 kJ/cm의 용접 입열량으로 서브머지드 아크 용접(SAW)하여, 하기 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같은 성분조성을 갖는 용접 금속부를 형성하였다.
표 1 및 표 2는 본 발명의 일실시예에 따른 서브머지드 아크 용접 금속부의 성분조성을 나타내는 표이다. 각 성분의 함량은 중량%로 나타나있다.
| 구분 | C | Si | Mn | P | S | Cr |
| 실시예1 | 0.07 | 0.45 | 1.08 | 0.012 | 0.005 | 0.047 |
| 실시예2 | 0.06 | 0.54 | 0.95 | 0.015 | 0.006 | 0.041 |
| 실시예3 | 0.06 | 0.31 | 1.11 | 0.012 | 0.006 | 0.052 |
| 실시예4 | 0.06 | 0.41 | 1.15 | 0.013 | 0.004 | 0.055 |
| 실시예5 | 0.07 | 0.56 | 0.89 | 0.011 | 0.003 | 0.054 |
| 실시예6 | 0.06 | 0.43 | 0.85 | 0.011 | 0.003 | 0.040 |
| 비교예1 | 0.05 | 0.25 | 0.84 | 0.009 | 0.002 | 0.043 |
| 비교예2 | 0.06 | 0.31 | 0.86 | 0.010 | 0.004 | 0.051 |
| 비교예3 | 0.06 | 0.65 | 1.05 | 0.013 | 0.005 | 0.052 |
| 비교예4 | 0.09 | 0.51 | 1.15 | 0.011 | 0.003 | 0.049 |
| 비교예5 | 0.07 | 0.12 | 0.50 | 0.010 | 0.004 | 0.054 |
| 비교예6 | 0.08 | 0.15 | 0.84 | 0.008 | 0.003 | 0.044 |
| 비교예7 | 0.13 | 0.41 | 1.17 | 0.011 | 0.005 | 0.049 |
| 비교예8 | 0.15 | 0.49 | 1.06 | 0.012 | 0.003 | 0.057 |
| 비교예9 | 0.06 | 1.05 | 1.16 | 0.013 | 0.008 | 0.061 |
| 비교예10 | 0.05 | 0.41 | 1.43 | 0.012 | 0.007 | 0.070 |
| 구분 | Ni | Mo | Nb | Ti | B | 관계식 |
| 실시예1 | 0.09 | 0.003 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 4.11 |
| 실시예2 | 0.07 | 0.002 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 4.25 |
| 실시예3 | 0.13 | 0.003 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 3.76 |
| 실시예4 | 0.10 | 0.002 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 4.04 |
| 실시예5 | 0.09 | 0.002 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 4.45 |
| 실시예6 | 0.07 | 0.005 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 3.66 |
| 비교예1 | 0.07 | 0.004 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 2.73 |
| 비교예2 | 0.08 | 0.002 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 3.09 |
| 비교예3 | 0.12 | 0.005 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 5.36 |
| 비교예4 | 0.13 | 0.008 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 4.90 |
| 비교예5 | 0.08 | 0.004 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 1.82 |
| 비교예6 | 0.01 | 0.004 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 1.75 |
| 비교예7 | 0.11 | 0.006 | 0.01 | 0.032 | 0.002 | 4.22 |
| 비교예8 | 0.09 | 0.007 | 0.01 | 0.013 | 0.006 | 4.37 |
| 비교예9 | 0.35 | 0.003 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 9.27 |
| 비교예10 | 0.011 | 0.24 | 0.01 | 0.013 | 0.002 | 8.37 |
표 1 및 표 2를 참조하면, 비교예 1, 2, 5, 및 6은 상기 관계식의 수치가 하한치인 3.5 미만이고, 비교예 3, 4, 9, 및 10은 상기 관계식의 수치가 하한치인 4.5 이상이다. 비교예 7 및 8은 상기 관계식의 수치가 3.5 이상 ~ 4.5 이하 범위에 포함되지만, 개별 구성 성분이 본 발명의 범위를 벗어난다. 비교예 7은 탄소(C) 함량이 상한치인 0.1%를 초과하고, 티타늄(Ti) 함량이 상한치인 0.025%를 초과하고, 보론(B) 함량이 상한치인 0.0025%를 초과한다. 비교예8은 탄소(C) 함량이 상한치인 0.1%를 초과하고, 보론(B) 함량이 상한치인 0.0025%를 초과한다. 비교예 9는 실리콘(Si) 함량이 상한치인 0.7%를 초과하고, 니켈(Ni) 함량이 상한치인 0.15%를 초과한다. 비교예 10은 망간(Mn) 함량이 상한치인 1.2%를 초과하고, 비교예 10은 몰리브덴(Mo) 함량이 상한치인 0.01%를 초과한다.
상기 용접 금속부의 물성을 평가하기 위하여 인장 시험편, 충격 시험편 및 경도 시험편을 각각 용접 이음부 중앙에서 채취하였다. 인장강도는 KS규격(KS B 0833) 1호에 따라, 용접금속 맞대기 인장 시험편을 제조하여 만능인장시험기로 측정하였다. 충격시험편은 KS규격(KS B 0809) 3호에 따라 제조하여 -51℃에서 샤르피 충격 시험을 통하여 충격흡수에너지를 측정하였다. 경도 시험편은 용접 금속부의 표면부, 중심부, 및 이면부를 측정하여 기계적 성질 평가를 수행하였다.
표 3은 본 발명의 일실시예에 따른 서브머지드 아크 용접 금속부의 기계적 특성을 나타내는 표이다.
| 구분 | 인장강도 (MPa) |
충격인성 (J at -51℃) |
비커스 경도 (Hv10) | ||
| 표면부 | 중심부 | 이면부 | |||
| 실시예1 | 510 | 105 | 195 | 195 | 193 |
| 실시예2 | 525 | 98 | 198 | 197 | 191 |
| 실시예3 | 493 | 134 | 191 | 189 | 193 |
| 실시예4 | 505 | 127 | 197 | 202 | 194 |
| 실시예5 | 527 | 120 | 201 | 198 | 187 |
| 실시예6 | 516 | 113 | 189 | 186 | 185 |
| 비교예1 | 486 | 37 | 188 | 185 | 176 |
| 비교예2 | 501 | 45 | 183 | 185 | 174 |
| 비교예3 | 539 | 92 | 221 | 220 | 215 |
| 비교예4 | 531 | 116 | 229 | 231 | 224 |
| 비교예5 | 434 | 47 | 176 | 174 | 164 |
| 비교예6 | 440 | 36 | 180 | 175 | 177 |
| 비교예7 | 587 | 46 | 230 | 228 | 220 |
| 비교예8 | 576 | 54 | 234 | 231 | 224 |
| 비교예9 | 573 | 143 | 215 | 210 | 198 |
| 비교예10 | 589 | 150 | 220 | 215 | 211 |
표 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 서브머지드 아크 용접 금속부는, 450 ~ 550 MPa 범위의 용접 금속부 강도를 만족하며, 동시에 -51℃에서 60 ~ 200J, 바람직하게는 60 ~ 140J 범위의 우수한 저온 인성을 확보하고, 또한, 180 ~ 210 Hv10 범위의 낮은 비커스 경도를 확보함을 알 수 있다.
용접금속부가 본 발명 범위의 화학 조성이나, 관계식을 벗어난 비교예 1~10은 모두 용접부의 강도 및 경도가 초과되거나 저온 충격인성이 저하되었다. 비교예1, 2, 5, 6, 7, 8은 저온 인성의 하한 값인 60J에 비하여 낮은 수치를 가졌다. 비교예3, 4, 7, 8, 9, 10은 비커스 경도의 상한 값인 210 Hv10에 비하여 높은 수치를 가졌다.
비교예 1, 2, 3, 4의 경우에는, 본 발명의 조성 범위에는 포함되나, 상기 관계식을 벗어나는 경우로서, 충격인성이 저하되고 경도가 증가되었다.
비교예 5, 6의 경우에는, 실리콘(Si), 망간(Mn), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 등의 함량이 본 발명의 범위에 비하여 부족한 경우로서, 합금성분의 부족으로 인해 낮은 경도를 확보할 수 있으나, 인장강도와 충격인성의 저하가 발생함을 알 수 있다.
비교예 7, 8의 경우에는, 탄소(C), 티타늄(Ti), 보론(B) 등의 함량이 본 발명의 범위를 초과한 경우로서, 용접금속 인장강도와 경도가 상승하여 본 발명의 목표 범위를 초과하였고, 반면 저온 충격인성은 저하되었다.
비교예 9, 10의 경우에는, 실리콘(Si), 망간(Mn), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 등의 함량이 본 발명의 범위를 초과한 경우로서, 저온 충격인성은 양호하나 용접 금속의 인장강도 및 경도가 상승되었다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부(120)가 적용된 용접 강관(100)을 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부(120)가 적용된 용접 강관(100)을 나타내는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부(120)를 확대하여 도시하는 사진이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 용접 강관(100)은 강판(110)을 원형으로 성형하여 양쪽 측부를 용접하여 서로 접합시켜 형성된 서브머지드 아크 용접 금속부(120);를 포함한다.
서브머지드 아크 용접 금속부(120)는, 중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.2 ~ 0.7%, 망간(Mn): 0.8 ~ 1.2%, 크롬(Cr): 0 초과 ~ 0.1%, 니켈(Ni): 0.05 ~ 0.15%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0 초과 ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.025%, 보론(B): 0.0005 ~ 0.0025%, 인(P): 0 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, Mn[중량%]+5Si[중량%]+8Ni[중량%]+20Mo[중량%]가 3.5 이상 ~ 4.5 이하로 제어될 수 있다.
서브머지드 아크 용접 금속부(120)는, 용접 금속부 강도: 450 MPa 이상, 비커스 경도: 210 Hv10 이하, 및 샤르피 충격시험: -51℃에서 60J 이상을 만족할 수 있다.
도 1에 도시된 강관은 예시적이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않고 다양한 형상 및 치수의 강재에 적용되는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 상기 서브머지드 아크 용접 금속부의 미세조직을 나타내는 광학 현미경사진이다.
도 4를 참조하면, 상기 서브머지드 아크 용접 금속부의 미세조직은 저온인성을 확보하는데 필수 조직인 침상 페라이트(Acicular ferrite)가 대부분이며, 그 외 일부 입계 페라이트(Grain boundary Ferrite) 및 위드만슈테텐 페라이트 ((Widmanstatten Ferrite) 조직으로 이루어진 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
Claims (5)
- ASTM A516-60/65 강종으로 이루어진 판재를 강관 형상으로 성형 후 양쪽 측부를 서브머지드 아크 용접하여 이음매가 되는 서브머지드 아크 용접 금속부를 형성하여 제조한 강관에 있어서,
상기 서브머지드 아크 용접 금속부는,
중량%로, 탄소(C): 0.05 ~ 0.1%, 실리콘(Si): 0.2 ~ 0.7%, 망간(Mn): 0.8 ~ 1.2%, 크롬(Cr): 0 초과 ~ 0.1%, 니켈(Ni): 0.05 ~ 0.15%, 몰리브덴(Mo): 0 초과 ~ 0.01%, 니오븀(Nb): 0 초과 ~ 0.03%, 티타늄(Ti): 0.01 ~ 0.025%, 보론(B): 0.0005 ~ 0.0025%, 인(P): 0 초과 ~ 0.02%, 황(S): 0 초과 ~ 0.01%, 및 잔부는 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
Mn[중량%]+5Si[중량%]+8Ni[중량%]+20Mo[중량%]가 3.5 이상 ~ 4.5 이하로 제어되는,
서브머지드 아크 용접 금속부. - 제 1 항에 있어서,
상기 서브머지드 아크 용접 금속부는,
용접 금속부 강도: 450 MPa 이상, 비커스 경도: 210 Hv10 이하, 및 샤르피 충격시험: -51℃에서 60J 이상을 만족하는,
서브머지드 아크 용접 금속부. - 제 1 항에 있어서,
상기 서브머지드 아크 용접 금속부는,
용접 금속부 강도: 450 ~ 550 MPa, 비커스 경도: 180 ~ 210 Hv10, 및 샤르피 충격시험: -51℃에서 60 ~ 200J 을 만족하는,
서브머지드 아크 용접 금속부. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 서브머지드 아크 용접 금속부를 포함하는,
용접 강관. - 삭제
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|---|---|---|---|
| KR1020200103527A KR102396818B1 (ko) | 2020-08-18 | 2020-08-18 | 우수한 저온인성 및 저경도 특성을 가지는 서브머지드 아크 용접 금속부 및 이를 포함하는 용접 강관 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200103527A KR102396818B1 (ko) | 2020-08-18 | 2020-08-18 | 우수한 저온인성 및 저경도 특성을 가지는 서브머지드 아크 용접 금속부 및 이를 포함하는 용접 강관 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220022399A KR20220022399A (ko) | 2022-02-25 |
| KR102396818B1 true KR102396818B1 (ko) | 2022-05-11 |
Family
ID=80490067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200103527A Active KR102396818B1 (ko) | 2020-08-18 | 2020-08-18 | 우수한 저온인성 및 저경도 특성을 가지는 서브머지드 아크 용접 금속부 및 이를 포함하는 용접 강관 |
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|---|---|---|---|---|
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| KR101180222B1 (ko) * | 2010-12-27 | 2012-09-05 | 주식회사 포스코 | 저온인성이 우수한 고강도 서브머지드 아크 용접금속부 |
-
2020
- 2020-08-18 KR KR1020200103527A patent/KR102396818B1/ko active Active
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| Publication number | Publication date |
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