저합금강 용접금속의 미세조직과 기계적 특성에 미치는 니켈 함량의 영향

Abstract

본 연구에서는 저합금강에서 니켈 함량에 따른 용접금속의 미세조직과 기계적 특성 평가와 후열처리의 영향을 분석하였다. 용접은 MCAW 공정을 이용하여 다층용접으로 수행하였으며 후열처리는 600 ℃에서 30분, 1시간 실시하였다. 용접 후 니켈 함량이 2.3 %, 3 %, 3.3 %로 변화 할 때 용접금속의 미세조직을 광학현미경(OM)과 주사전자현미경(SEM)으로 미세조직을 분석하였다. 미세조직은 columnar grain region과 coarse grain HAZ region, fine grain HAZ region으로 각각 나누어 미세조직 변화와 상분율, 초기 오스테나이트 결정립 크기를 니켈 함량 변화와 연관시켜 분석하였다. 그리고 주사전자현미경과 투과전자현미경(TEM)으로 second phase를 관찰하고 니켈 함량 변화에 따른 second phase의 성분과 크기 변화를 분석하였다. 또한, 기계적 특성 평가를 위하여 경도 시험과 인장시험, 충격인성 시험을 시행하였다. 또한 600 ℃에서 후열처리를 실시하여 같은 방법으로 미세조직과 기계적 특성을 평가하였다. 미세조직 분석 결과, as-weld 상태에서는 acicular 페라이트와 베이나이트, 마르텐사이트로 구성되어 있었고 니켈 함량이 증가할수록 acicular 페라이트의 상분율은 감소하고 베이나이트와 마르텐사이트의 상분율은 증가함을 확인하였다. as-weld 상태에서 니켈 함량이 증가할수록 초기 오스테나이트 결정립 크기는 감소하였고 후열처리 시 초기 오스테나이트 결정립 크기는 변화 없이 조직 자체만 템퍼링됨을 확인할 수 있었다. second phase로 as-weld 상태에서는 시멘타이트 film과 M-A 상이 관찰되었고 니켈 첨가에 따른 변화는 없었다. 후열처리 시 시멘타이트 film과 M-A상은 사라졌고 Fe3C type의 석출물이 생성되었다. 시간이 증가할수록 이 석출물들의 크기와 volume fraction은 증가하였다. 기계적 특성 평가 시험 결과 경도는 HAZ region에서 낮은 값을 가졌고 니켈 함량의 증가에 따라 경도는 columnar region을 기준으로 302 Hv에서 334 Hv로 증가하였다. 인장 강도가 823 MPa에서 921 MPa로 증가하였으며 충격 인성은 49 J로 비슷한 값을 보였다. 후열처리 시 경도와 강도는 감소하였고 결정립계에 있는 석출물들로 인하여 충격인성은 시간이 증가할수록 41J, 38J로 감소함을 확인하였다.