용접후열처리에 따른 원자로압력용기용 Ni-Mo-Cr계 저합금강/스테인리스강 이종용접부 특성에 대한 연구

Abstract

압력용기강으로 사용되는 저합금강은 부식에 취약하기 때문에 내식성을 증대시키기 위하여 압력용기 내부를 오스테나이트계 스테인리스강으로 클래딩 용접을 시행한다. 용접열영향부(HAZ)에서는 높은 잔류응력과 조직이 불안정하여 이에 따라 인성이 저하되는 현상이 나타남으로서 HAZ의 기계적 특성을 향상시키기 위하여 용접후열처리(PWHT)는 필수적으로 필요한 공정이다. 본 연구구에서는 Ni-Mo-Cr계 SA508 Gr.4N 저합금강과 ER309L의 이종용접부의 미세조직 및 기계적 특성을 평가를 하였고 또한 PWHT 영향을 알아보기 위하여 이를 Mn-Mo-Ni계 SA508 Gr.3 저합금강과 비교 분석하였다. PWHT이전 Gr.4N의 HAZ에서 Gr.3보다 높은 경도를 나타내고 있는데 이는 마르텐사이트 분율의 증가로 인하여 경화능이 향상되었기 때문이다. 또한 fusion line에서 멀어짐에 따라 두 강종 모두 경도가 감소하는 경향을 보이고 있으며, Gr.4N의 모사된 단위 HAZ와 비슷한 경도를 보이고 있었다. PWHT이후 두 강종 모두 HAZ에서 템퍼링 효과로 인해 전체적인 경도가 감소하였다. 그러나 fusion line 근처의 용융부에서 PWHT과정 중 C의 농도 구배에 의해 모재에서 용융부로 확산되어 높은 경도를 보이는 영역이 형성되었다. Gr.4N의 hard zone을 TEM으로 분석한 결과 전체적으로 모재와 유사한 Cr계 탄화물의 석출거동을 나타내었다. 따라서 이러한 Cr계 탄화물의 석출거동이 경도에 큰 영향을 미지지 못하고 주변에 형성된 Cr-rich상 및 이에 따른 C의 확산 등의 영향에 의해 경도가 상승한 것으로 생각된다.