LNG 연료탱크용 9% Ni강에 Alloy 625 용접와이어 적용 시 희석률이 응고균열에 미치는 영향

Abstract

LNG 연료탱크용 강재는 -163℃의 LNG 액화 온도 환경에서 사용되기 때문에 저온 인성이 중요하다. 따라서 저온 인성이 우수한 9% Ni Steel이 모재로 사용되고 그에 상응하는 용접와이어는 Alloy 625가 적용된다. Alloy 625 용접와이어의 강화 원소로 첨가된 Nb로 인해 용접 시 응고균열 문제가 발생한다. LNG 연료탱크 용접에서처럼 모재와 용접와이어의 화학조성이 크게 다른 경우 희석률에 따라 용접부의 화학조성이 변하게 되어 응고균열 감수성을 변화시킨다. 본 연구에서는 LNG 연료탱크용 9% Ni Steel에 Alloy 625 용접 와이어 적용 시 희석률에 따른 용접부 화학 조성변화가 응고균열에 미치는 영향에 대해서 연구했다. Nb조성이 다른 두 가지 용접와이어를 이용하여 9% Ni강에 FCAW 기법으로 모두 동일한 구속조건으로 초증용접을 실시했다. 실험결과, 희석률이 증가함에 따라 응고균열 감수성은 증가하는 경향성을 보였다. 원인을 밝히고자 용접부 조성변화를 분석한 결과, 희석률이 증가하게 되면 용접부의 Nb농도는 감소하고 Fe농도는 증가하게 된다. 하지만 Inter dendrite 영역은 희석률이 증가함에 따라 Nb농도가 증가하는 경향성을 보였다. 이러한 현상이 나타난 이유는 용접부의 Fe농도 증가효과가 Nb농도 감소 효과보다 지배적으로 작용하여 Nb의 고용도를 감소시켜 Nb의 용질분배계수(kNb)를 감소시켰기 때문이다. 따라서 희석률이 증가하게 되면 응고 중 Nb의 편석이 증가해 저융점 액상필름 양을 증가시키게 되어 응고균열 감수성을 높이게 된다. 이러한 결과는 LNG 연료탱크용 9% Ni Steel에 Alloy 625 용접와이어를 적용했을 때 응고균열을 방지하기 위해서는 낮은 희석률을 가질 수 있는 용접조건을 선정해야 함을 나타낸다.