ERW 용접부의 후열처리에 따른 미세조직 및 기계적 성질 변화에 대한 연구

Abstract

주로 강관을 생산하는데 쓰이는 ERW 공정은 높은 생산성과 낮은 제조비용의 장점을 갖고 있으나 용접 후 용접부의 기계적 특성 감소로 인한 단점이 있다. 때문에 기계적 특성 향상을 위해 후열처리가 필수적이다 본 연구에서는 API X65 grade와 내마모강의 Electric Resistance Welding (ERW) pipe 용접부의 후열처리를 통한 미세조직의 변화와 기계적 특성에 대해서 고찰하였다. 실제 ERW 공정상의 용접부의 후열처리 재현을 위해 Gleeble 1500을 사용하였고 경도 시험, 충격 인성 시험을 통하여 경도와 충격 인성을 평가하였다. 기계적 특성 평가 결과, X65 grade의 경우 as-welded bond line에서 metal flow와 압접한 흔적이 관찰되었고 미세조직은 ferrite, bainite 그리고 martensite로 이루어져 있었다. Normalizing 후의 bond line의 미세조직은 polygonal ferrite와 elongated pearlite로 변화하였다. 한편, Quenching & Tempering 후에는 bond line에서 tempered martensite가 관찰되었고, metal flow와 elongated pearlite가 사라졌다. Transverse specimen의 Charpy impact toughness test에서는 as-welded bond line의 경우 모재와 비교해서 충격 인성이 감소했다. 이는 martensite 같은 경한 상의 영향 때문인 것으로 판단된다. 반면 모든 열처리 조건에서 bond line의 인성이 현저하게 개선된 것을 볼 수 있었다. 특히, X65 grade에 대해서는 Normalizing 열처리가 bond line의 충격 인성을 개선시키는 데 Quenching & Tempering 열처리에 대비해서 효율적인 것을 알 수 있었다. 내마모강의 경우, as-normalized bond line의 미세조직은 ferrite와 pearlite로 이루어져 있고, 충격 인성은 모재보다 현저히 취약했다. 한편, Quenching & Tempering 열처리 후의 bond line의 충격 인성은 눈에 띄게 개선되었다. 이는 Quenching & Tempering 열처리 동안 tempered martensite의 형성과 상대적으로 연한 상인 bainite와 ferrite의 생성 때문인 것으로 판단된다. Quenching & Tempering 열처리가 Normalizing 열처리와 비교해서는 bond line에서 현저히 높은 인성을 갖는 것으로 나타났다.; The objective of this study is to evaluate the microstructure evolution and toughness improvement in ERW pipe welds of API X65 grade and wear resistance steels, which are widely used to construct the lifeline parts, through post weld heat treatments. Heat treatment schedules of one step process (Normalizing) and two step process (Quenching & Tempering) were tried to control the properties in the ERW welds and were simulated by Gleeble simulator. Mechanical properties were measured by Vickers hardness test and Charpy impact toughness test. In the case of X65 grade, metal flow and traces of pressure welding have been found at the as-welded bond line, and the microstructure consisted of ferrite, bainite and martensite. The microstructures of the bond line were changed to polygonal ferrite and elongated pearlite after normalizing. Meanwhile, tempered martensite was found at the bond line after Quenching & Tempering process and metal flow and elongated pearlite were disappeared. Charpy impact toughness of transverse specimens has shown that toughness of the as-welded bond line decreased with comparing to that of base metal, which is due to the microstructure degradation. While, toughness in the bond line was remarkably improved by all heat treatments; in addition, it has been observed that normalizing treatment of them was the most effective to improve toughness in the API X65 steel ERW pipe welds. In the case of wear resistance steels, microstructure of as-normalized bond line was composed of ferrite and pearlite and toughness of as-normalized bond line was significantly poor than base metal. Meanwhile, the toughness of bond line after Quenching & Tempering heat treatment was significantly improved. It may be due to the microstructure change during heat treatment. That is, the microstructure was changed to a multiphase consisting of bainite, ferrite and tempered martensite during Quenching & tempering process.