Ni-Cr-Fe합금 용접금속부의 연성저하균열 저항성 평가

Abstract

연성저하균열은 용접금속의 융점 온도 50~80% 범위의 온도영역에서 심각한 연성저하현상을 발생시키며, 재결정에 의해 형성된 결정입계를 따라 균열이 발생하는 것으로 알려져 있다. 또한 다층용접 시 용접금속 내에 선행 비이드의 열 싸이클에 의한 지속적인 고온 공정은 용접금속의 연성저하균열 저항성을 감소시키는 원인으로 보고되어 있다. 따라서 다층용접을 사용하여 실제 구조물과 유사한 조건에서 연성저하균열 생성 원인을 파악하고 연성저하균열의 발생에 미치는 영향에 대한 기초적인 검토가 필요하다. 본 연구에서는 Inconel 600계열의 용가재 FM-82와 Inconel 690계열의 용가재 FM-52, FM-52M에 대한 연성저하균열 저항성 평가를 수행하였다. 미세조직 관찰을 통해 입계거동 변화와 입계거동에 미치는 석출물의 영향을 확인하였으며, hot ductility test와 STF test를 통해 고온에서의 연성특성 변화 및 연성저하균열 형성 거동을 평가하였다. 입계의 이동 빈도는 FM-52가 가장 많았고, FM-52M, FM-82 순으로 발생빈도가 감소하였다. 입계 형태는 FM-82에서는 대부분 곡선 형태로 관찰되었으며 FM-52와 FM-52M는 직선형의 입계를 주로 형성하였다. 이는 석출물의 거동에 기인한 것으로 FM-82는 응고직전에 생성되는 Nb계 탄화물이 입내와 입계에 다량으로 석출하여 응고선 근처에서 발생하는 입계의 이동현상을 저하시켰으며, 입계 pinning 효과를 통해 입계를 곡선 형태로 형성시킨 것으로 보인다. 그에 반해 FM-52의 경우 입계와 입내에 TiN과 M23C6가 형성되었으나, 이러한 석출물은 대부분 응고 완료 후 형성되기 때문에 입계의 이동현상을 저하시키지 못하며, 또한 입계 pinning 효과의 부재로 입계를 곡선화하지 못한 것으로 보인다. 또한 FM-52M의 경우 FM-52와 달리 pinning 효과를 일으킬 수 있는 Nb계 탄화물이 석출되었기 때문에, FM-52에 비해 migrated grain boundary 생성 빈도가 적었으며, FM-82와 유사한 곡선형태의 입계가 관찰되었다. 온도영역을 저온영역 (600~700℃), 중온영역 (700~900℃), 고온영역 (900~1200℃)로 나누어 세 filler metal의 단면 수축률을 비교하였을 때, 저온영역(600~700℃)의 경우 모든 합금이 전체적으로 우수한 연성을 나타내는 연성파괴를 나타내어 연성저하균열이 발생하지 않았고, 중온 영역(800~900℃)의 경우 전체적으로 연성이 저하되었다. 고온영역(900~1200℃)에서는 연성이 회복되는 경향이 나타났기 때문에 연성저하균열은 중온영역에서 발생하는 것으로 평가되었다. 중온영역에서의 FM-52는 연성이 가장 심하게 저하되었으며, 파단면에서도 입계파괴거동을 나타내었다. 그리고 이러한 경향은 FM-52M, FM-82로 감에 따라 감소하여 FM-82에서는 중온영역에서도 연성이 크게 저하되지 않으며 연성파괴거동을 나타내었다. FM-82의 경우 14%의 높은 변형률에서부터 균열이 형성되었고, 형성된 균열의 형태는 입계를 따라 전파하지만 일부 구간에서 균열이 이어지지 않는 것으로 나타났다. FM-52는 2%의 낮은 변형률에서부터 균열이 발생하였으며, 생성된 균열의 수와 평균 길이는 변형률이 증가함에 따라 급격하게 증가하여 변형률 14%를 받는 영역에서는 파단이 일어났다. 또한 관찰된 균열은 직선 형태의 입계를 따라서 비교적 길게 형성되었다. 반면 FM-52M의 경우 FM-52보다 더 높은 변형률에서 균열이 발생하였으며, 변형률에 따른 균열의 길이 및 숫자의 증가 폭 또한 매우 완만하였다. 그리고 형성된 균열의 형태는 FM-52와 마찬가지로 직선 형태를 나타내었으나, 동일한 변형률에서 생성된 균열의 수 및 길이가 FM-52보다 매우 적었다.