선급용 TMCP 강의 편면 SAW 용접부 미세조직과 기계적 특성에 미치는 플럭스 조성 및 냉각속도의 영향

Abstract

최근 생산성 향상을 위해 대입열 용접이 적극적으로 활용되고 있다. 조선 산업에서는 합금 첨가비용의 감소, 기계적 성질의 향상, 탄소당량 감소 등의 장점이 부각된 TMCP(Thermo Mechanical Control Process) 고강도강의 사용이 증가하고 있다. 그리고 선박의 크기가 증가함에 따라 부재가 후물화 되면서 기존에 사용하던 저입열 용접기법인 FCAW(Flux Cored Arc Welding)로 용접하면 다층 용접으로 인해 생산성이 감소한다. 따라서 대입열 용접기법 중에서 편면 SAW(One-side Submerged Arc Welding)로 용접하면 한번에 용접이 가능하다는 장점으로 인해 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 그러나 대입열로 인한 용접부 조직이 조대화 되어 기계적 특성이 변화한다. 용접부 저온 인성을 향상시키기 위한 방법으로 편면 SAW용 플럭스에 산화물을 첨가하는 연구가 있다. 이러한 산화물들이 산화물들이 용접부 내 비금속 개재물 역할을 해서 침상형 페라이트 조직을 형성시켜 기계적 특성을 향상 시킬 수 있다. 여러 산화물들 중에서 Ti와 B 산화물이 침상형 페라이트 조직을 잘 형성시킨다고 알려져 있다. 따라서, 본 연구에서는 편면 SAW 공정에서 사용하는 플럭스 조성을 변화시켜 용접부에 복합산화물을 형성시키고, 용접 공정의 냉각속도를 조절하여 용접부에 형성되는 침상형 페라이트의 분율도 제어하였다. 또한 용접부의 인장 및 샤르피 충격 시험을 통해 기계적 특성과 파괴 기구를 분석하였고, 이를 침상형 페라이트 분율과 종횡비로 설명하였다. 용접부 내 Ti, B을 포함한 복합산화물 개수가 증가함에 따라 침상형 페라이트 분율이 증가하였고, 복합산화물의 개수와 크기에 의한 부피분율이 증가함에 따라 침상형 페라이트의 종횡비가 증가하였다. 침상형 페라이트 분율이 증가할수록 인장강도는 증가했으며, -20℃ 샤르피 충격 에너지는 Face부와 Root부의 침상형 페라이트 분율이 같아도 종횡비의 차이에 의해 서로 다른 값을 가졌다. 선급용 TMCP 강을 입열량 130kJ/cm 이상의 편면 SAW로 용접할 경우, 냉각속도를 1.2℃/s 이상으로 조절한 시편의 강도 및 저온 샤르피 충격 에너지가 가장 우수하였다. 따라서 적용두께에 따른 적절한 플럭스 조성과 냉각속도를 고려한 용접조건을 선정해야함을 나타낸다.