해양플랜트용 460 MPa급 후판강의 CGHAZ 미세조직과 기계적 특성에 미치는 V과 B의 영향에 대한 연구

Abstract

산업이 발전함에 따라 전세계적인 에너지 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 심해저와 극지방에서의 자원개발이 활발히 이루어지고 있다. 해양플랜트용 후판강은 극한 환경에서의 유빙충돌 및 심해저의 높은 압력을 견디기 위해 고강도뿐만 아니라 저온에서의 높은 충격 인성이 갖춰야 되는 한편, 용접성을 위해 낮은 탄소 당량이 요구된다. 그러나 모재의 물성이 우수하더라도 용접 과정에서 모재는 높은 온도로 가열되고 빠르게 냉각된다. 이 같은 용접입열의 영향을 받은 열영향부(Heat affected zone) 중 CGHAZ(Coarse grain heat affected zone)에서 결정립이 조대화되고 마르텐사이트와 같은 경질상을 형성하여 충격 인성을 크게 저하시키는 것으로 알려져 있다. 열영향부의 저온 충격 인성을 높이기 위한 방법으로는 강재의 합금첨가원소의 종류와 양을 조절하여 미세조직을 변화시키는 방법이 일반적으로 적용되고 있다. 그 중에서 특히 미량 합금첨가원소 중 바나듐과 붕소는 각각 결정립을 미세화하고, 강의 경화능을 향상시켜 강재의 인장 강도를 높이는데 효과적인 원소로 알려져 있다. 합금원소의 첨가량에 따라서 모재의 미세조직과 열영향부의 미세조직이 모두 변화하므로, 미량 합금원소의 첨가량에 따른 모재와 열영향부 미세조직 변화와 물성 변화의 연구가 더 많이 필요하다. 본 연구에서는 V과 B의 함량을 제어하여 3종류의 강재를 두께 16 mm로 제조하였다. CGHAZ 미세조직을 구현하기 위해서 입열량 7 kJ/cm로 HAZ 모사하였다. 모재와 HAZ 모사 시험한 시편의 미세조직을 각각 광학현미경과 전자현미경을 사용하여 분석하였다. 또한 강재와 HAZ 시편의 저온 충격 특성을 알아보기 위해서 모재는 0~-80℃에서 샤르피 충격 시험 실시하였고 HAZ 시편은 -40℃에서 샤르피 충격 시험을 실시하였다. 이 결과를 통해서 합금원소에 첨가량에 따라 변하는 모재의 미세조직과 저온 충격 인성, HAZ 미세조직과 저온 충격 인성의 상관관계를 규명하였다.