저온 강재용 용접재료의 성능저온 강재용 용접재료의 성능저온 강재용 용접재료의 성능저온 강재용 용접재료의 성능FCW CTODFCW CTODFCW CTODFCW CTOD

향상을 위한 핵심기술지원향상을 위한 핵심기술지원향상을 위한 핵심기술지원향상을 위한 핵심기술지원

2005. 6. 302005. 6. 302005. 6. 302005. 6. 30

지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원::::

지원기업 서아에삽지원기업 서아에삽지원기업 서아에삽지원기업 서아에삽::::

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 저온 강재용 용접재료의 성능 향상을 위한 핵심기술지“ FCW CTOD

원 지원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다”( : 2004. 7.1~2005. 6.30) .

2005. 6. 30.2005. 6. 30.2005. 6. 30.2005. 6. 30.

지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원지원기관 포항산업과학연구원::::

대표자 홍 상 복대표자 홍 상 복대표자 홍 상 복대표자 홍 상 복( )( )( )( )

참여기업 세아에삽참여기업 세아에삽참여기업 세아에삽참여기업 세아에삽::::

대표자 공 원 일대표자 공 원 일대표자 공 원 일대표자 공 원 일( )( )( )( )

지원책임자 윤 병 현지원책임자 윤 병 현지원책임자 윤 병 현지원책임자 윤 병 현::::

참여연구원 권 영 각참여연구원 권 영 각참여연구원 권 영 각참여연구원 권 영 각::::

- 3 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

저온강용 용접재료에 의한 등 특수선박 및 해양구조물의 극후판FCW LPG, LNG

용접부 인성값 확보를 목표로 한다CTOD .

모재강판 두께- : API 2W Gr. 60, : 40-75mm

용접와이어 저온용 용접와이어- : FCW

인성값 요구- CTOD : 0.25mm, -10δ ≥ ℃

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

용접재료 설계 및 품질평가 지원을 통한 저온 향상1) FCW (Wire, Flux) CDOT

방안 지원

저온 성능평가 기술지원2) CTOD

(-10, -20 )℃

성능 평가 안정화를 위한 평가 절차 표준화 방법 선정3) CTOD CTOD

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

용접재료 개발 지원 보증용0℃ 보증용-10℃

성능 평가 지원CTOD 미적용 -10, 20 CTOD℃

평가 표준 절차CTOD

구축 지원미적용

성능 평가CTOD

표준 절차 구축

- 4 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 저온 강재용: FCAW wire◦

모 델 명 : Dual shield II81-K2◦

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질 보증용-10℃ 보증용0℃ 보증용-10℃

경쟁제품 대비 가격 원8,500 원2,600 원2,600 kg

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 백만원 년- / ( %)

인건비 절감 백만원 년- / ( %)

계 백만원 년- / ( %)

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비

증가비율비고

내 수 백만원 년2,020 / 백만원 년2,300 / 13.9%

수 출 백만원 년46 / 백만원 년100 / 117%

계 백만원 년2,066 / 백만원 년2,400 / 16.2%

참고) 적용제품 주요수출국1. :

작성당시 환율기준2. :

- 5 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

DW-55LSR 천달러 년850 / 천달러 년450 / 천달러 년400 /

계 천달러 년850 / 천달러 년450 / 천달러 년400 /

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

현재 수요가 확대되고 있는 해양구조물용 용접재료에 있어서 저온 요구CTOD

치를 만족하는 용접재료를 개발하므로서 국내 고부가가치 용접재료 공급이 가능

해짐에 따라 수입대체 기술로 활용

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

저온 요구값을 만족하는 용접재료 설계 기술 개발을 바탕으로- (-10 ) CTOD℃

용 용접재료 개발이 가능해 짐-20 CTOD℃

성능 평가를 위한 표준화된 절차를 구축하므로서 성능 평가가- CTOD CTOD

보다 용이해 짐 따라서 성능 평가를 위한 비용 및 시간의 절약이 가능해. CTOD

짐.

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

- 6 -

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

종 류 명칭 번호발명자

고안자( )권리자 실시권자

비고

등록 출원( , )

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건5 저온 파괴인성 관련 자료 제공 등(CTOD)

시제품제작 건3 용접재료 및 용접 설계

양산화개발 건

공정개선 건

품질향상 건1 용접부 특성 향상CTOD

시험분석 건14 특성 평가 등CTOD

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 건

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건12 기술지원 일정 업로드

지원기업 방문회수 건4 기술지원 관련 협의

기 타 건2 용접부 특성 평가 등

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

저온 특성이 우수한 용 와이어의 제조 기술을 지원하므로써 신수요 창CTOD FCAW

출에 의한 제품수주가 가능함.

- 7 -

연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )□□□□

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과□□□□

논문게재 세부사항

(9)

게재

년도

(10)

논문명

저자(11)(12)

학술지명

(13)

Vol.

(No.)

(14)

국내외

구분

(15)

SCI

구분주저자

교신

저자

공동

저자

- - - - - - - - -

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과특허 성과특허 성과특허 성과□□□□

출원된 특허의 경우ㅇ

세부사항

(9)

출원년도

(10)

특허명

(11)

출원인

(12)

출원국

(13)

출원번호

- - - - -

등록된 특허의 경우ㅇ

특허 세부사항

(9)

등록년도

(10)

특허명

(11)

등록인

(12)

등록국

(13)

등록번호

- - - - -

사업화 현황사업화 현황사업화 현황사업화 현황□□□□

사업화 세부사항

사(9)

업화

명

(10)

사업화

내용

사업화 업체 개요(11) (12)

기

매출액

백만원( )

(13)

당해연도

매출액

백만원( )

(14)

매출액

합계

백만원( )업체명 대표자 종업원수

사업화

형태

- - - - - - - - -

고용창출 효과고용창출 효과고용창출 효과고용창출 효과□□□□

고용창출 세부사항

창업 명(9) ( ) 사업체 확장 명(10) ( ) 합계 명(11) ( )

- - -

- 8 -

세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용□□□□

기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건기술정보제공 건1. : 51. : 51. : 51. : 5

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2004.7.5 용접재료기술동향 자료 제공 보고서

2 2004.10.19 파괴인성에 관한 기술자료 제공 보고서

3 2004.11.29 미세조직과 특성관련 자료제공CTOD 보고서

4 2004.12.20평가 기준인CTOD BS-7448Code

분석자료 제공보고서

5 2005.1.25 용접관련 특허 자료 제공PCA 자료Upload

시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건시제품제작 건2. : 32. : 32. : 32. : 3

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2004.8 차 용접재료 제작1 FCA 보고서

2 2005.1 차 용접재료 제작2 FCA 보고서

3 2005.4 차 용접재료 제작3 FCA 보고서

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건3. : 143. : 143. : 143. : 14

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2004.9.9 시험Pre-crack 보고서

2 2004.9.9 차 성능 평가1 CTOD 보고서

3 2004.9.10 경도시험 보고서

4 2004.9.16 성분 분석C/S 시험결과

5 2005.2.2 인장시험 보고서

6 2005.2.2 조직시험 보고서

7 2005.2.14 시험Pre-crack 보고서

8 2005.2.14 차 성능 평가2 CTOD 보고서

9 2005.4.11 용접재료 서응 평가 별첨자료

10 2005.5.3 시험Pre-crack 보고서

11 2005.5.3 차 서응 평가3 CTOD 보고서

12 2005.5.10 저온충격시험 보고서

13 2005.6.9 조직시험 보고서

14 2005.6.9 경도시험 보고서

- 9 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

부 록부 록부 록부 록

- 10 -

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

기술요청기업인 세아에삽은 용접재료 생산 및 판매의 전문 업체로서 국내최초로,

의 국산화에 성공하였으며 국내 선도 기업으로서의 입지를 확고히Flux cored wire ,

지키고 있다 업계에서 유일하게 거의 모든 품목의 용접와이어를 생산하여 국. FCW

내 대부분 조선소에 제품을 공급하고 있다 특히 세아에삽이 개발하여 생산중인.

등 저온강용 용접재료는 이미 국내 대형조선소에서 환경Dual shield II-81K2 0℃

에서의 시험을 통과하였으며 충분한 판매 실적을 갖고 있다CTOD , .

그러나 조선 및 해양구조물의 강재에 대한 저온충격인성 요구가 강화되어 용접부에

대한 요구도 상응하게 제고되었다 따라서 더욱 낮은 온도에서의 인성치가. CTOD

요구되며 정확한 시험평가는 필수적이다 에서의 파괴인성요구치를 만족하는, . -10℃

용접재료의 개발은 수차례의 자체 시도결과 달성을 하지 못한 상태이다.

파괴인성은 기존의 충격인성과는 다른 개념으로 충격인성은 균열이 없는 상태에서

의 인성을 말하는 것이며 파괴인성은 미세균열이 있다는 가정하에서의 균열진전에,

대한 저항성을 평가하는 것으로 매우 엄격한 실험이다 특히 용접재료의 성분과 파. ,

괴인성과의 상관관계 및 용접후 모재와의 희석에 의한 효과 등 다양한 변수가 작용

하기 때문에 저온인성이 우수한 용접재료를 제조하는 것이 어려운 실정이다.

한편 시험평가는 예비균열 생성 압축잔류응력 인가 및 하중인가시험 등의, CTOD ,

절차를 거쳐서 이루어지는 시험으로 조직이 균일하지 않은 용접부에서 직선적인 형

태의 예비균열을 만든다는 것은 상당히 어렵다 따라서 압축잔류응력인가 시험 등.

의 동반시험이 필요한바 압축잔류응력이 예비균열에 미치는 효과 등에 대한

가 필요하다know-how .

- 11 -

상기한 이유로 경험이 많지 않은 세아에삽 단독으로 시험평가를 수행하는CTOD

데는 많은 애로사항이 있다.

저온파괴인성이 우수한 성분계의 용접재료 설계 기술1) .

평가를 위한 예열 등을 비롯한 용접시공에 필요한 부족2) CTOD know-how

시편가공 특히 의 정확한 도입을 위한 시험장비와 방법의 결여3) , Pre-crack

시험평가의 어려움4) CTOD .

상대적으로 낮은 시험평가의 성공확률 등5)

현재 일반적인 시험 성공률은 약 정도임( 10-20% ).

- 12 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

품질 목표품질 목표품질 목표품질 목표1.1.1.1.

저온강용 용접재료에 의한 등 특수선박 및 해양구조물의 극후판 용FCW LPG, LNG

접부 인성값 확보를 목표로 한다CTOD .

모재강판 두께- : API 2W Gr. 60, : 40-75mm

용접와이어 저온용 용접와이어- : FCW

및 기타제품(Dual shield II81-K2 )

인성값 요구- CTOD : 0.25mm, -10δ ≥ ℃

기술지원 목표기술지원 목표기술지원 목표기술지원 목표2.2.2.2.

저온파괴인성이 우수한 해양구조물용 플럭스 코어드 와이어 제조기술 지원

용접재료 설계 및 품질평가 지원을 통한 저온 향상 방1) FCW (Wire, Flux) CTOD

안 지원

저온 성능평가 기술지원2) CTOD (-10, -20 )℃

성능 평가 안정화를 위한 평가 절차 표준화 방법 도출3) CTOD CTOD

- 13 -

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

다양한 강 구조물에서 구조물 전체의 안전성을 고려하면 모재 및 용접부에 대한 재

질 평가가 매우 중요하다 용접부는 모재와 다른 조성의 응고조직 용접금속 과 용접. ( )

열사이클의 영향으로 모재와는 다른 조직 용접열영향부 을 가지고 있는 불연속부로( ) ,

일반적으로 인성이 낮아지는 부분이다.

일반적으로 강은 온도가 낮아짐에 따라 연성에서 취성으로 천이의 형태로 파괴가

일어나게 되는데 해양 구조물들은 때때로 상당한 저온에 노출됨에 따라 저온에서도

충분한 인성을 가져야 한다 이에 본 기술지원에서는 용접부의 저온인성을 향. FCA

상시킬 수 있는 방안과 저온인성 평가방법으로 특성 평가에 대한 기술지원CTOD

을 수행하였다.

현 공정의 차적 진단 및 개선 연구1) 1 案

용접재료 성분 분석 용접조건 전류 전압 둥 검토, ( , )•

보증용 용접재료의 특성 분석0 CTOD• ℃

용접재료 개발 시험적용 및 품질평가 지원을 통한2) FCW (Wire, Flux) Design( )/

용접재료의 저온 향상 방안 지원FCW CTOD

보증을 위한 최적 합금 성분계 설정-10 CTOD• ℃

입열량 변화에 따른 강도와 인성 변화의 정량화•

예열과 층간온도 변화실험을 통한 최적 조건 도출•

에 의한 특성 평가3) BS-7448 Code CTOD

시편 정면과 뒷면의 길이의 편차 이내의 도입Crack 10% Pre-crack•

에서의 성능 보증 시험-10 CTOD• ℃

에서의 기초적 성능 평가-20 CTOD• ℃

- 14 -

성능 평가 안정화를 위한 평가 기술 표준화 연구4) CTOD CTOD

피로파단면의 적정한 형상을 위한 노치부에 대한 소규모 소성변형량의 정확한 파•

악

용접재료 특성에 따른 용접부 조직 및 인성값과의 상관관계 조사CTOD•

평가를 용이하게 하기 위한 표준화된 방법 정립CTOD•

- 15 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

기술지원 목표 달성도기술지원 목표 달성도기술지원 목표 달성도기술지원 목표 달성도1.1.1.1.

본 기술지원의 목표는 저온강용 용접재료에 의한 등 특수선박 및FCW LPG, LNG

해양구조물의 극후판 용접부 인성값 확보를 목표로 하는 것으로서 용접재료CTOD

개발지원 및 성능평가 결과 에서 인성값 요구치CTOD , -10 CTOD ,℃ δ ≥

를 상회하는 의 값을 얻음으로서 소기의 목적을 달성하0.25mm 0.8-1.2mm CTOD

였음

모재강판 두께- : API 2W Gr. 60, : 40-75mm

용접와이어 저온용 용접와이어- : FCW

및 기타제품(Dual stueld II81-K2 )

인성값 요구- CTOD : 0.25mm, -10δ ≥ ℃

본 기술지원을 통하여 에서 인성값 요구치를 상회하는 용접재료를 개-10 CTOD℃

발하므로서 저온강용 용접재료 공급이 가능하게 되었음.

기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용기술지원 내용2.2.2.2.

현 재료의 진단 및 개선안 연구1)

현 용접재료에 대한 용접부 조직 및 물성 평가-

용접재료 시험적용 및 품질평가 지원을 통한 용접재료의 저온2) FCW FCW CTOD

향상 방안 지원

용접부 조직 인장시험 경도 시험 충격시험 등- , , ,

에 의한 특성 평가3) BS-7448 Code CTOD

- 16 -

및 에서의 성능 평가- -10 -20 CTOD℃ ℃

외산재료 및 세아에삽 개발 재료에 대한 성능 평가- CTOD

차 차 및 차에 걸친 성능 평가- 1 /2 3 CT0D

성능 평가 안정화를 위한 평가 기술 표준화 연구4) CTOD CTOD

에 따른 특성 평가 표준 절차 구축- BS-7448 code CTOD

시험 및 품질분석 사항시험 및 품질분석 사항시험 및 품질분석 사항시험 및 품질분석 사항3.3.3.3.

세아에삽 개발 용접재료에 대한 용접방법에 따른 용접조건 및 용접재료를 변화시키

면서 용접부의 물리 화학적 물성치 변화를 평가 분석함, ,

인장시험-

용접부:

충격시험 저온충격특성 평가- ( )

용접부:

: -10 , -20℃ ℃

경도시험과 현미경 조직 분석-

용접부: , HAZ

시험 용접부 파괴인성 평가- CTOD ( )

적용: BS-7448 Code

시편을 이용한 특성 평가: Bend type CTOD

: -10 , -20℃ ℃

- 17 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2222

기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정기술지원 추진일정1.1.1.1.

- 18 -

기술지원 상세 내용기술지원 상세 내용기술지원 상세 내용기술지원 상세 내용2.2.2.2.

가 해양구조물용 용접재료의 기술 동향가 해양구조물용 용접재료의 기술 동향가 해양구조물용 용접재료의 기술 동향가 해양구조물용 용접재료의 기술 동향....

최근 해양 플랜트 시장에서는 심해 유전개발이 확대되면서 부유식 원유시추 설비,

에 대한 시장 규모가 급속히 증가하고 있으며 새로운 성장의 발판 역할을 할 것으

로 전망된다 석유 천연가스 등의 에너지 자원을 구하기 위해 북해 멕시코만을 필두. · ·

로 발해 사할린 연안 등에서 해양개발이 진행되고 있으며 해양에서의 에너지 자원· ,

개발은 그 중요성이 점점 높아질 것으로 생각된다 해양 에너지 자원의 개발에 있.

어서 해양구조물의 역할은 매우 크며 설치되는 해역의 환경이 더욱 가혹해지면서,

구조물에 대한 설계요구도 점점 엄격해지고 있다.

용접품질의 요구 사항용접품질의 요구 사항용접품질의 요구 사항용접품질의 요구 사항1)1)1)1)

해양구조물에서 요구되는 용접품질의 가장 큰 특징은 예비시험을 통해 규정(BS

에서 요구하는 용접성 및 파괴인성을 만족하는 강재와 용접재료 만이 구EN10225)

조물 제작에 사용할 수 있고 실구조물 제작 용접 또한 예비시험에서 검증된 입열,

혹은 예열조건 범위에서만 적용이 가능하다는 것이다 따라서 해양구조물에서 요구.

되는 까다로운 품질수준을 만족하기 위해서는 용접기만 뿐만 아니라 강재 용접재,

료 입열 및 예열조건에 대한 면밀한 검토가 이루어 져야 한다, .

해양구조물 용접부의 저온균열을 방지하기 위해서는 강재 탄소당량 용접재료의 확,

산성 수소 및 용접입열 등 다양한 변수가 검토되어야 한다 해양구조물에 사용되는.

용접재료는 확산성수소량이 5 - 10 cc/100g(AWS A4.3 Gas Chromatography

이하로 관리되어야 한다 또한 용접 재료가 대기에 노출될 경우 발생하는Method) .

흡습문제를 고려해 특정 분위기 에 방치하여 확산성 수소량이(30 & RH80%)℃

이하가 되는 시 간을 측정하고 용접재료 개봉후에 사용 가능한 시간5-10 cc/100g

을 관리하게 된다.

석유자원 고갈과 함께 점차 극한지역으로 해양구조물 설치가 확대되고 있으며 구,

조물 크기 또한 생산성을 극대화하기 위하여 대형화 되고 있다 이같이 악화된 조.

업조건은 대형 용접구조물의 제작에 생산성 향상을 위하여 대입열 용접이 필수적이

지만 입열이 증가됨에 따른 용접부와 열영향부 파괴인성이 열화되어 구조물의 안정

성을 위협하는 문제가 있다.

- 19 -

따라서 해양구조물 제작에 대입열 용접으로 생산성을 확보하면서 구조물의 취성파

괴에 대한 안정성을 보장 받기 위한 방편으로 강재에 대해 혹은BS EN10225(

규정에 따라 혹은 실구조물 용접에서 적용할 용접입열량EEMUA 158) 15-45 kJ/cm

범위내에서 열영향부에 대한 시험을 실시하여 취성파괴에 대한 안정성이 확CTOD

보된 강재를 이용하여 제작하게 된다 또한 용접구조물 제작에서는 강재의 열영향. ,

부에서 파괴인성이 검증된 용접입열 범위내에서 구조물제작 용접을 할 수 있으며,

용접부에서도 강재 열영향부와 동일하게 시험을 하게 된다 용접부와 열영향CTOD .

부에 대한 시험은 또는 규정에 따라 실시하고CTOD BS5762, 7448 ASTM 1290

시험온도는 통상 구조물의 이다AMST(Anticipated Minimum Service Temperature) .

용접재료용접재료용접재료용접재료2)2)2)2)

해양구조물의 용접에는 급 급 및 급 고강도YP320~420MPa , 460~500MPa 690MPa

강용 등 폭넓은 강도 클래스의 용접재료가 이용된다 급 고강도강을 제. YP690MPa

외한 상기의 용접 재료는 조선용으로서 취득한 선급협회의 인정재료도 이용되지만

환경이 가혹한 해역에서의 사용 구조부재의 후판화와 고강도 강재의 사용 등 해양,

구조물 특유의 설계요구를 만족하기 위해서는 기존에 취득한 인정품질 이외의 품질

을 요구하는 경우가 많다 특히 저온인성에 대한 요구가 엄격하기 때문에 해양구조.

물의 용접에는 저온용 강용 용접 재료가 많이 이용된다.

표 은 일본 고베사의 대표적인 해양구조물용 저온사양 용접재료를 나타낸 것이다1 .

표 중의 재료 대부분은 정도까지의 샤르피 충격 성능요구에 대응이 가능하-60℃

며 급 강재용 및 일부의 재료를 제외하면 이하에서의 요, YP690MPa -10 CTOD℃

구에도 대응이 가능하다.

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표 해양구조물용 용접재료표 해양구조물용 용접재료표 해양구조물용 용접재료표 해양구조물용 용접재료[ 1 ][ 1 ][ 1 ][ 1 ]

향후 동향과 과제향후 동향과 과제향후 동향과 과제향후 동향과 과제3)3)3)3)

최근에는 새로운 생산설비의 개발 및 새로운 에너지 자원의 개발과 관련된 연구가

활발하게 행해지고 있다 새로운 생산설비로서는 대수심용으로 해저생산 시스템.

이 이용되고 있으며 앞으로도 에너지 자원 생(Subsea Production System : SPS) ,

산설비로서의 이용이 확대되어 나갈 것으로 생각한다.

한편 신에너지 자원으로서 천연가스의 이용이 점차 증대되고 있다 메탄올 주성분, .

으로 하는 천연가스는 석유자원에 비해 공해가 적고 매장량이 풍부하다 특히 천연.

가스로부터 디메틸 에데르 및 에탄올을 제조하는 기술이(DME) GTL(Gas To Liqid)

검토되고 있다.

한편 심해역의 천연가스전에 많이 존재하고 있는 메탄 하이드레이트의 채취 및 운,

송 저장 그리고 천연가스로부터 메탄 하이드레이트를 제조하는 기술의 개발 실용화· , ·

에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다 메탄 하이드레이트는 자기보존 효과에 의.

해 대기압하 전후에서도 거의 분해되지 않고 존재할 수 있기 때문에 그 수, -5℃

송 저장의 면에서 보다 저코스트가 될 것으로 기대하고 있다· LNG .

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앞으로 해양구조물용 용접재료 개발은 상기와 같은 새로운 생산설비 신에너지 자원·

개발에의 대응과 함께 기존의 굴삭 생산 시스템에서의 한냉역화 대수심화 대형화 경· · · ·

량화 등 구조형식의 변화도 포함하여 고강도화 고인성화의 요구가 어디까지 진행될·

것인지를 살핀 후에 행해 나갈 필요가 있다 그러나 고강도화 외에 가일층의 고인.

성화는 앞으로도 강력하게 요구될 것이며 그것을 해결하는 수단의 검토가 커다란,

과제가 될 전망이다.

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나 특성 평가 해설 기준나 특성 평가 해설 기준나 특성 평가 해설 기준나 특성 평가 해설 기준. CTOD (BS-7448 ). CTOD (BS-7448 ). CTOD (BS-7448 ). CTOD (BS-7448 )

해양구조물용 강재 및 용접재료에 적용되는 특성 평가기준은CTOD BS-7448

가 업계 표준처럼 되어 있는 실정이다 는 그리고 로code . BS-7448 code 1,2 4

구분되는데 은 강재에 대한 특성 평가 기준이고 는BS-7448-1 CTOD BS-7448-2

용접부에 대한 평가 기준이다 는 보다는 한단계 낮은 수. BS-7448-4 BS-7448-1

준의 특성 평가 기준을 제공하고 있다CTOD .

용접 및 시험편 형상 결정용접 및 시험편 형상 결정용접 및 시험편 형상 결정용접 및 시험편 형상 결정1)1)1)1)

용접부에서의 파괴인성 시험은 주로 두 가지로 요약할 수 있다 용접부의 특정한.

위치 예를 들어 루트나 캡 에 따라 파괴인성을 측정하는 방법과 용접부의 미시구조( ))

의 변화에 따라 파괴인성을 측정하는 방법이다 미시구조에 따라. CTOD(Crack Tip

균열 선단 개구 변위 시험을 할 때 일반적으로 특정한Opening Displacement : ) ,

미시구조에 노치가 존재하도록 해야 한다.

에서의 노치 위치는 중종 용접 종류에 의존한다 용접이 시험을 위하여 행해HAZ .

졌다면 에서의 시험이 용이하도록 설계할 수 있다 용접부에서는 그루브, HAZ .

가공 형태를 그루브나 반 그루브를 많이 사용한다 이러한 그루브들(Groove) K K .

은 을 비교적 직선적이고 일정하게 얻을 수 있기 때문이다Fusion Line .

파괴의 개시와 균열 성장을 검토하기 위하여 주로 사용하는 시험편은 두 가지가 있

다 컴팩트 시험편 과 편측 노치 굽힘 시험편. (Compact specimen) (Single Edge

가 그것이다 그림 은 각 시험편의 형상을 보여Notched Bend specimen : SENB) . 1

주고 있다 컴팩트 시편은 상대적으로 재료가 적게 소모되지만 구멍의 가공을 위하. ,

여 폭 방향으로 여분의 재료를 요구하게 된다.

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따라서 판재나 단조재를 시험할 경우에는 컴팩트 시험편이 경제적이지만 용접부의

시험에 있어서는 시험편이 용접재의 소모를 줄일 수 있어 더 경제적이다 이SENB .

러한 이유로 대부분의 경우 용접부는 시편을 더 선호한다SENB .

그림 시험을 위한 형상그림 시험을 위한 형상그림 시험을 위한 형상그림 시험을 위한 형상1 CTOD compact specimen and SENB specimen .1 CTOD compact specimen and SENB specimen .1 CTOD compact specimen and SENB specimen .1 CTOD compact specimen and SENB specimen .

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시험편 채취방향시험편 채취방향시험편 채취방향시험편 채취방향2)2)2)2)

용접부는 매우 불균질한 미시조직을 가지고 있으므로 이로 인하여 파괴인성은 시,

험하고자 하는 위치가 조금만 이동하여도 크게 변할 수 있다 그러므로 목표한 영.

역에 피로균열이 정확히 위치하도록 주의를 기울이는 것이 매우 중요하다 파괴인.

성 시험이 실제 구조물의 결함을 시뮬레이션 하도록 설계되었다면 그 때 피로균열,

은 실제 구조물의 결함과 유사한 미시조직에 삽입되어야 한다 용접과정을 검증하.

거나 일반적인 용접부의 파괴인성 평가를 위하여 가장 취약한 곳에 균열을 위치시

키는 것이 바람직하지만 용접부의 어느 곳이 가장 낮은 인성을 갖는지 사전에 아,

는 것은 힘들다 일반적인 구조용 강에서 인성은 보통 큰 결정립을 갖는 열영향부.

와 용착부와의 경계에서 낮은 값을 나타낸다 높은 경(heat-affected zone : HAZ) .

도를 가지는 부분이 때때로 취성거동을 나타내는 부분과 일치하므로 미시경도 측,

정은 저인성 영역을 확인하는 데 도움을 준다 가장 안전한 접근법은 용접부의 여.

러 곳에 대하여 파괴인성 시험을 수행하는 것이다.

그림 는 파괴인성시험편의 채취방향에 대하여 도식적으로 나타낸 것이다 시험편2 .

채취방향은 용접부에서 목표영역의 선정에 따라 결정된다 그림 은 노치위치를 나. 3

타낸 것이다 목표한 미시조직이 확인되면 노치의 방향이 선택되어야 하고 관통노. ,

치와 표면노치 중 어느 것을 선정할 것인가를 결정한다 에서는 용접부의. BS7448

두께를 전체 두께로 하는 것을 원칙으로 하고 있으며 표면 노치 시험편은 정사각,

형 단면 을 가지고 관통 노치 시험편은 보통 장방형 단면을 가지도록(BxB) , (Bx2B)

시험편을 제작한다.

용접부 시험에서는 일반적으로 용접부의 다양한 영역이 시험될 수 있는 관통방향,

이 선호된다.

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그러나 용접금속시험을 위하여 표면 노치를 사용하면 루트나 캡과 같은 용접부의

특정한 영역을 시험할 수 있으며 또한 가공되지 않은 용접금속과 같은 특별한 미,

시조직에 노치가 존재하도록 할 수 있다.

에서 노치의 위치는 종종 용접 종류에 의존하게 된다 용접이 단지 기계적 시HAZ .

험을 위해 행하여졌을 경우 시험이 용이하도록 용접 이음부를 설계할 수 있, HAZ

다 그루브 형상이 와 단일 그루브 이음의 와 반 용접 이음부의 형상. V V K K(half-K)

이 에서 영역별로 나누어 평가하기에 좋은 형상이며 용접부가 만들어질 때 평HAZ , ,

판은 실제 단일 또는 이중 이음부와 같은 각이 있도록 해야 한다 파괴인성 시험V .

을 위하여 관통 노치는 또는 반 에서 열영향부의 수직면에 위치한다, K K .

그림 시험편 채취 위치그림 시험편 채취 위치그림 시험편 채취 위치그림 시험편 채취 위치2 .2 .2 .2 .

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그림 관통노치 규정을 나타낸 그림그림 관통노치 규정을 나타낸 그림그림 관통노치 규정을 나타낸 그림그림 관통노치 규정을 나타낸 그림3. .3. .3. .3. .

는 관통 노치 시험편의 치수를 예를 들어 도시한 것이다 클립게이지를 부착Fig. 4 .

할 위치 나이프 에지 는 시험편에 직접 가공하는 과 시험편의 외부( ) (a)integral type

에 나이프 에지를 설치하여 개구변위를 측정하는 의 두 가지가 있(b)attached type

다 시험 후 개구변위를 계산할 때에는 은 나이프 에지의 높. CTOD attached type

이가 고려되어야 한다.

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그림 시편의 노치 형상그림 시편의 노치 형상그림 시편의 노치 형상그림 시편의 노치 형상4 SENB .4 SENB .4 SENB .4 SENB .

잔류옹력의 재분포와 피로예비균열 삽입잔류옹력의 재분포와 피로예비균열 삽입잔류옹력의 재분포와 피로예비균열 삽입잔류옹력의 재분포와 피로예비균열 삽입3)3)3)3)

용접부는 주위의 온도 상승에 의한 팽창과 냉각에 의한 수축이 발생하게 된다 이.

러한 현상은 용접부 주위에서 국부적으로 일어나게 되므로 온도 변화의 과정에서

용접 이음부 부근의 복잡한 구속에 의한 응력 변화가 발생하며 냉각 후에도 응력,

이 잔류하고 또한 굽힘과 같은 변형이 발생하게 된다.

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그림 는 사변이 자유인 용접 이음부에 관하여 잔류응력의 일반적인 분포를5 butt

한 예로 나타내었다 보는 바와 같이 상당히 복잡한 응력분포를 나타내고 있으며. ,

잔류응력이 불규칙적으로 변동하고 있음을 알 수 있다.

그림 맞대기 용접부의 잔류응력 분포도그림 맞대기 용접부의 잔류응력 분포도그림 맞대기 용접부의 잔류응력 분포도그림 맞대기 용접부의 잔류응력 분포도5 .5 .5 .5 .

인장 잔류응력은 피로균열의 발생과 성장을 가속시키지만 압축 잔류응력은 이를,

지연시킨다 잔류응력의 크기도 단면에 따라 다르기 때문에 용접부 시험편에서 피.

로 균열선단은 매우 불규칙하게 된다 용접부의 시험편은 직선적인 피로예비. CTOD

균열을 얻기 위하여 잔류응력을 재분포시켜야 하는데 피로균열을 생성시키기 위하,

여 역굽힘 높은 응력비 국부 압축(Reversed bending), (High R-ratio), (Local

등의 방법이 있다compression) .

역굽힘 은 균열선단을 따라 압축응력을 상쇄시키는 인장 잔류응(Reversed bending)

력을 발생시키기 위하여 원래의 부하 방향에 대하여 반대로 시험편을 굽히는 것이

다.

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이 방법은 위의 문제점을 약간 개선시켜 주지만 만족할 만한 균일한 피로균열을,

만족시키지 못하는 것으로 알려져 있다.

높은 응력비 의 방법은 용접부 파괴인성 시험편의 피로예비균열을 서(High R-ratio)

로 다른 응력비 최대응력에 대한 최소응력의 비 의 두 가지 단계로 구성된다 첫 번( ) .

째 단계는 표준시험법에 규격화된 값 을 사용하여 균열을 정도 진전시R (0.1) 1mm

킨 후 두 번째 단계에서 훨씬 큰 칼 을 사용하여 잔류응력의 효과를 극소화하R (0.7)

는 방법이다 높은 은 피로에 대한 잔류응력 효과를 최소화하지만 시험편의 겉보. R ,

기 인성을 증가시키기도 한다 더구나 높은 에서 피로예비균열을 삽입하기 위해서. R

는 일 때보다 훨씬 긴 시간이 걸린다R=0.1 .

국부 압축법 은 피로예비균열을 도입할 위치의 표면에 기계적(LocaI compression)

으로 잔류응력을 없애는 두께의 만큼의 소성 압축을 가하여 두께 방향의 잔류응1%

력을 균일하게 재분포시키는 방법이다 하지만 극후판의 경우 판두께 중앙까지 압. ,

축에 의한 소성변형이 형성되기 위해서는 대단히 큰 장비가 필요하므로 상당한 어

려움이 존재한다 나. Dawes Machida6)등은 실험결과의 비교분석을 통하여 이 세

가지 방법 중 균일한 피로예비균열을 얻기 위해 가장 유용한 방법은 국부 압축법이

라고 그들의 논문에 밝히고 있다 하지만 국부 압축법도 역시 재질 악화에 따른 파.

괴 인성의 과소평가나 압축소성응력 인가에 따른 인성치의 과대평가 가능성 등의

문제는 가지고 있는 것으로 알려지고 있다.

그림 은 국부 압축법의 세 가지 방법에 대하여 설명한 그림이다 는 지름6 . Fig.6(a)

이 시편두께와 같은 환형의 압자를 이용하여 피로예비균열을 삽입할 부위에 한쪽

방향을 선택하여 국부적으로 를 압축하는 방법이고 는 의 직사각형 압1% , (b) BxB/2

자를 제작하여 양쪽으로 썩 압축하는 방법이며 는 지름이 인 환형 압0.5% , (c) B/2

자를 양쪽으로 씩 압축하는 방법이다0.5% .

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시험은 하중을 가하기 전에 생성된 매우 날카로운 균열이 시편에 적용되게CTOD

되는데 이러한 날카로운 균열을 삽입하기 위해 가장 효과적인 방법은 피로하중을,

가하는 것이다 반복적인 피로하중은 노치 선단에 작은 소성명역을 갖는 유한한 반.

지름의 균열을 생성시키며 균열선단의 영역에는 가공경화 부분이 나타나게 된다, .

에서는 를 사이의 값을 가지도록 하고 있으며 이 때 적용되BS7448 a/W 0.45~0.70

는 하중은 다음의 식에 의하여 결정된다.

Ff 피로예비균열 적용 최대하중: 리가먼트W-a :

σYSP 항복응력: σTSP 인장응력:

길이S : span

일반적으로 시험시 최대 피로하중은 리가먼트에 항복을 일으키는 하중보다CTOD

작아야 하며 피로예비균열의 삽입을 위한 하중을 항상 허용 하중보다 낮게 설정해,

야하나 피로하중이 줄어듦에 따라 균열 삽입 시간은 훨씬 많이 걸리게 된다, .

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그림 국부압축응력을 가하는 방법그림 국부압축응력을 가하는 방법그림 국부압축응력을 가하는 방법그림 국부압축응력을 가하는 방법6 .6 .6 .6 .

시험시험시험시험4) CTOD4) CTOD4) CTOD4) CTOD

잔류응력을 재분포시키고 피로예비균열을 목표한 위치까지 삽입한 시험편은CTOD

실험하고자 하는 온도의 상태를 유지한 상태에서 시험 장비에 시험편을 위CTOD

치시킨 후 하중을 점차적으로 증가시키면 부하하중과 클립게이지의 전위차에 의한,

변위가 측정된 하중 변위 선도를 얻을 수 있다- .

그림 은 시험 장치를 도시화한 것으로 시험 장치의 규격은 아래와 같다7 CTOD .

시험 고정체는 마찰 하중점을 최소한으로 줄일 수 있는 하중 고정체로(1) CTOD

시험하여야 한다.

시험 고정체의 롤러부는 회전이 가능해야하며 시험동안 접촉하면서 유동할 수(2)

있어야 한다 롤러의 지름은 사이로 하며 길이는 시편의 두께보다 커야하. W~W/2<

고 시험편의 전 길이를 시험 고정체로 지지할 수 있어야 한다.

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롤러와 롤러의 간격은 즉 스펀 길이 에서의 는 로 설정하여(3) , (Fig. 7 S) 4W±0.02W

야 한다.

그림 측정 방법그림 측정 방법그림 측정 방법그림 측정 방법7 Crack Tip Opening Displacement .7 Crack Tip Opening Displacement .7 Crack Tip Opening Displacement .7 Crack Tip Opening Displacement .

시험 후 변위 계산 및 분석시험 후 변위 계산 및 분석시험 후 변위 계산 및 분석시험 후 변위 계산 및 분석5) CTOD5) CTOD5) CTOD5) CTOD

실험적인 평가는 탄성성분과 소성성분으로 분리하여 행한다 의 탄성CTOD . CTOD

성분은 탄성 로부터 얻어진다K .

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δel 탄성: CTOD 포아송의 비:ν

의 계수E : Young

응력확대계수K :

탄성 는 식 로부터 계산된다 의 소성성분은 시험편이 소성 중심점을 기K (12) . CTOD

준으로 회전한다고 가정함으로써 얻어지게 된다 그림 은 시험편에 대하여. 8 SENB

이러한 개념을 설명한 것으로 소성 는 닮음꼴 삼각형을 사용하여 균열 개구CTOD

변위의 소성성분 Vp로부터 구할 수 있다.

δpl 소성: CTOD rp 소성회전계수:

리가먼트(W-a) : 나이프 에지 높이z :

여기에서 rp는 소성회전계수로서 회전의 상대 위치를 정의하는 과 의 사이의 상, 0 1

수이다 개구변위는 클립게이지로 측정된다 시험편은 종종 나이프 에지가. . SENB

부착되기도 한다 그러므로 식 에는 나이프 에지를 붙이지 않은 상태에서는. (14) z

의 높이를 고려할 필요가 없으나 설치된 시험편에서는 나이프 에지의 높이 가 고z

려되어야 한다.

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그림 는 시험 후 얻어진 전형적인 하중 변위 곡선에서9 CTOD - Vp값을 결정하는 방

법에 대하여 나타낸 것이다 변위의 소성성분 는 하중 변위 곡선의 탄성 부하 선. V -

에 평행한 선을 그림으로써 구해진다 에 의하면 소성회전계수는 시. BS 7448 SENB

험편에 대하여 rp 규정하였다=0.4 .

일반적인 시험편의 실질적인 값은 탄성성분과 소성성분을 더하여 구하여 진CTOD

다.

그림 시편에서 값 측정 방법그림 시편에서 값 측정 방법그림 시편에서 값 측정 방법그림 시편에서 값 측정 방법8 SENB CTOD .8 SENB CTOD .8 SENB CTOD .8 SENB CTOD .

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그림 의 결정 방법그림 의 결정 방법그림 의 결정 방법그림 의 결정 방법9 Crack opening displacement .9 Crack opening displacement .9 Crack opening displacement .9 Crack opening displacement .

의 표준 시험법은 연성과 취성재료와 연성 취성 거동을 보이는 강에BS7448 CTOD -

서도 적용될 수 있는데 이 표준들은 시험편의 파괴거동을 설명하는 임계 값CTOD

을 제안하고 있다.

δc 이상의 안정 균열 성장이 나타나지 않고 불안정 파괴가 개시되는 점에: 0.2mm

서의 임계 CTOD.

δu 이상의 안정 균열 성장이 나타난 후 불안정 파괴가 개시되는 점에서의: 0.2mm

임계 CTOD.

δi 안정 균열 성장 개시점 근처의: CTOD.

δm 최초로 최대하중에 도달하는 점에서의 이것은 강의 상한 영역 또는 그: CTOD.

근처에서 일어난다.

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그림 은 위에서 언급한 각각의 파손 시나리오를 보여주는 하중 변위 곡선의 모10 -

식도이다 곡선 에서는. (a) δc가 얻어지며 벽개파괴는, Pc에서 일어난다 는. (b) δu에

해당하며 벽개파괴에 앞서 연성파괴가 나타난다 연성 균열성장은, . Pi에서 시작된

다 상한영역 또는 그 근처에서의 시험으로부터 와 같은 하중 변위 곡선이 얻어. (c) ·

지며 최대 하중점은, Pm이다 결과의 세 가지 형태. CTOD δc, δw, δm은 상호 배제

적이므로 동일한 시험편에서는 일어날 수 없다 그러나. δi값은 δm또는 δu값이 얻어

지는 시험에서도 측정될 수 있다.

그림 시험시 파괴 모드그림 시험시 파괴 모드그림 시험시 파괴 모드그림 시험시 파괴 모드10 CTOD .10 CTOD .10 CTOD .10 CTOD .

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그림 은 시험 후 파단면에서 균열길이를 측정하는 방법에 대하여 도식적11 CTOD

으로 설명한 것이다 실제적인 균열길이는 피로예비균열을 포함하지 않은 부분의.

연성파괴된 영역을 측정하는 것으로 초기 균열선에서 최종 균열선까지의 길이를 9

부분으로 나누어 측정한 후 평균을 낸 것이다 이 부분이 시험편의 파괴인성. CTOD

을 나타내는 부분이 된다.

그림 시편에서 균열길이 측정 방법그림 시편에서 균열길이 측정 방법그림 시편에서 균열길이 측정 방법그림 시편에서 균열길이 측정 방법11 SENB .11 SENB .11 SENB .11 SENB .

일반적으로 용착금속에서의 시험에 대한 피로균열의 정확한 위치를 정하는CTOD

것은 어렵지 않으며 이러한 영역에서는 영역에 비해 상대적으로 균질하다 그, HAZ .

러나 에서의 미시조직은 미소한 영역 내에서도 상당히 다른 양상을 보인다HAZ .

에서 피로균열의 정확한 위치를 선정하는 것은 많은 어려움이 따른다HAZ .

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피로 균열선단은 보통 약간의 곡률을 가지고 있어서 시험편 중앙에서 균열선단의

정확한 위치는 시험편의 표면관찰로는 거의 불가능하다 그러므로 파괴인성. HAZ

시험편들은 파괴가 시작된 점의 미시조직을 알기 위하여 시험 후에 광학현미경으로

검사해야 한다 용착금속 시험편들에서도 때로는 시험 후의 광학현미경으로 검사가.

필요하다.

그림 는 표면 노치와 관통노치를 가진 시험편의 단면을 절단하는 과정을 나타낸12

것이다 먼저 파괴의 원점을 표시한 후 시험편을 파면에 수직으로 절단하고 광학현.

미경으로 검사한다 시험편은 원점의 한쪽 면까지 절단되고 균열이 시작하는 곳을.

향하여 아래로 연마되어야 한다 원점에 다다랐을 때 위에서 표시한 작은 점이 연.

마된 시험편 상에 나타난다.

에서는 시험편의 시험 후 해석에 대하여 자세히 서술되어 있는데 시BS7448 HAZ ,

험편 단면의 절단과 함께 균열선단에 존재하는 큰 결정립의 미시 영역이 정량화되

어야 하고 유효한 시험이 되기 위해서는 적어도 균열 전방의 가 큰 결정립을, 15%

같은 열영향부에 있어야 한다 이의 목적은 열영향부 인성에 패해서 강을 먼저 검.

사하고 낮은 열영향부 인성을 나타내는 부분이 가공 전에 제거될 수 있도록 그 부,

분을 확인하는 것이다.

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그림 표면노치시편의 확인 방법그림 표면노치시편의 확인 방법그림 표면노치시편의 확인 방법그림 표면노치시편의 확인 방법12 Post-test sectioning .12 Post-test sectioning .12 Post-test sectioning .12 Post-test sectioning .

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다 저온강용 용접재료 게발관련 기술 지원다 저온강용 용접재료 게발관련 기술 지원다 저온강용 용접재료 게발관련 기술 지원다 저온강용 용접재료 게발관련 기술 지원. FCAW. FCAW. FCAW. FCAW

성능과 미세조직과의 상관관계 분석을 위한 기술자료 제공- CTOD

야금학적으로 재료의 인성을 지배하는 인자는 결정입도 입계형상 개재물 탄화물, , , ,

질화물 등의 석출 고용원소 수소 등이다 용접금속은 급속하, M-A Constituents, , .

게 응고되는 부분으로 산소량 산화물 에 따라 용접금속의 인성이 달라진다 기본적( ) .

으로 인성을 높이는 방법은 입자크기를 미세하게 하는 것이다.

저합금강 용접금속의 조직은 여러 가지 조직이 있을 수 있으나 현재까지 밝혀진 바

로는 침상의 페라이트조직이 가장 우수한 인성을 나타내는 것으로 알려져 있다 이.

러한 침상페라이트의 특징을 열거하면 아래와 같다.

침상페라이트가 조직의 대부분이 구오스테나이트 입내에 존재1)

길이는 약 두께대 길이의 비 정도2) 2 , 1/3 - 1/10㎛

개재물을 기점으로 방사선 모양으로 발달3)

그림 과 는 계 서브머지드 아크 용접금속의 인성을 분석한 것으로 비재열용1 2 Ti-B

접금속의 실험식은 다음과 같다.

vTrs( ) = 1.4 X (GBF%) + 1.5 X℃ σB(kg/ ) - 1.87㎟

여기서 는 입계페라이트 양GBF% , σB는 인장강도이다.

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그림 계 용접금속의 천이온도그림 계 용접금속의 천이온도그림 계 용접금속의 천이온도그림 계 용접금속의 천이온도13 Ti-B13 Ti-B13 Ti-B13 Ti-B

와 입계페라이트양과의 관계와 입계페라이트양과의 관계와 입계페라이트양과의 관계와 입계페라이트양과의 관계

그림 계 용접금속의그림 계 용접금속의그림 계 용접금속의그림 계 용접금속의14 Ti-B14 Ti-B14 Ti-B14 Ti-B

와 천이온도와의 관계와 천이온도와의 관계와 천이온도와의 관계와 천이온도와의 관계0.25mmCTOD0.25mmCTOD0.25mmCTOD0.25mmCTOD

그림 에서 알 수 있듯이 입계페라이트양이 많아지면 급격하게 천이온도가 낮아지13

는 것을 알 수 있다.

재열용접금속에서의 값은 아래와 같이 보고되고 있다0.25mm CTOD .

T0.25 = 0.72 x vTrs + 12.6 x σB(kg/ ) - 176㎟

여기서 는 충격천이온도vTrs , σB는 인장강도이다.

그림 는 상온에서의 충격흡수에너지와 입계페라이트양과의 관계를 나타낸 것이15

다 입계페라이트양이 적을수록 충격흡수에너지가 높아지는 것을 알 수 있다. .

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그림 입계페라이트와 상온 충격흡수에너지와의 관계그림 입계페라이트와 상온 충격흡수에너지와의 관계그림 입계페라이트와 상온 충격흡수에너지와의 관계그림 입계페라이트와 상온 충격흡수에너지와의 관계15 .15 .15 .15 .

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라 차 특성 평가라 차 특성 평가라 차 특성 평가라 차 특성 평가. 1 CTOD. 1 CTOD. 1 CTOD. 1 CTOD

강재를 대상으로 세아에삽 개발 용접재를 적용한 시편 제1) API 2W Gr60 CTOD

작

강재 두께2) : 64t

용접 방법3) : FCAW

시험온도4) : -10℃

측정 값 범위를 나타냄5) CTOD : 0.21-0.78

요구치가 이상으로서 실제 측정값이 요구치보다 낮은 영6) -10 CTOD 0.25mm℃

역이 발생 하한치를 높일 수 있는 방안 필요.

그림 시편 형상그림 시편 형상그림 시편 형상그림 시편 형상16 CTOD .16 CTOD .16 CTOD .16 CTOD .

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그림 도입 실험 장면그림 도입 실험 장면그림 도입 실험 장면그림 도입 실험 장면17 Pre-Crack .17 Pre-Crack .17 Pre-Crack .17 Pre-Crack .

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그림 시험 장면그림 시험 장면그림 시험 장면그림 시험 장면18 CTOD .18 CTOD .18 CTOD .18 CTOD .

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그림 시험후 파면 사진그림 시험후 파면 사진그림 시험후 파면 사진그림 시험후 파면 사진19 CTOD .19 CTOD .19 CTOD .19 CTOD .

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마 차 특성 평가마 차 특성 평가마 차 특성 평가마 차 특성 평가. 2 CTOD. 2 CTOD. 2 CTOD. 2 CTOD

강재를 대상으로 세아에삽 개발 용접재를 적용한 시편 제1) API 2W Gr60 CTOD

작

강재 두께2) : 75t

용접방법3) : FCAW

시험온도4) : -10℃

측정 값 범위를 나타냄5) CTOD : 0.20-0.58

요구치가 이상으로서 실제 측정값이 요구치보다 낮은 영6) -10 CTOD 0.25mm℃

역이 발생 평균값은 상승하였으나 하한치를 높일 수 있는 방안 필요.

그림 시편 혈상그림 시편 혈상그림 시편 혈상그림 시편 혈상20 CTOD .20 CTOD .20 CTOD .20 CTOD .

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그림 시험후 파면 사진그림 시험후 파면 사진그림 시험후 파면 사진그림 시험후 파면 사진21 CTOD .21 CTOD .21 CTOD .21 CTOD .

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바 차 특성 평가바 차 특성 평가바 차 특성 평가바 차 특성 평가. 3 CTOD. 3 CTOD. 3 CTOD. 3 CTOD

강재를 대상으로 세아에삽 개발 용접재를 적용한 시편 제1) API 2W Gr60 CTOD

작

강재 두께2) : 40t

용접방법3) : FCAW

시험온도4) : -10 , -20℃ ℃

측정 값 범위의 값을 나타냄 표 참조5) CTOD : 0.4-13 CT0D ( 2 )

실험 결과 요구치 이상을 만족하는 결과를 나타6) CTOD , -10 CTOD 0.25mm℃

냄 일부 시편에서는 요구치도 만족하는 것으로 나타남. -20 CTOD .℃

그림 시편 형상그림 시편 형상그림 시편 형상그림 시편 형상22 CTOD .22 CTOD .22 CTOD .22 CTOD .

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그림 용접부 단면그림 용접부 단면그림 용접부 단면그림 용접부 단면23 FCAW Macro .23 FCAW Macro .23 FCAW Macro .23 FCAW Macro .

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그림 용접부 조직 사진그림 용접부 조직 사진그림 용접부 조직 사진그림 용접부 조직 사진24 FCAW Micro .24 FCAW Micro .24 FCAW Micro .24 FCAW Micro .

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그림 용접부 경도 분포도그림 용접부 경도 분포도그림 용접부 경도 분포도그림 용접부 경도 분포도25 .25 .25 .25 .

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그림 용접부 충격인성그림 용접부 충격인성그림 용접부 충격인성그림 용접부 충격인성26 .26 .26 .26 .

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표 차 시험 결과표 차 시험 결과표 차 시험 결과표 차 시험 결과2. 3 CT0D2. 3 CT0D2. 3 CT0D2. 3 CT0D

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그림 시험후 파면사진그림 시험후 파면사진그림 시험후 파면사진그림 시험후 파면사진27 CTOD .27 CTOD .27 CTOD .27 CTOD .

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제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3333

저온강용 용접재료에 대한 등 특수선박 및 해양 구조물의 극후판 용FCW LPG, LNG

접부 인성값 확보를 목표로 기술지원을 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻CTOD

었다.

용접부의 성능 향상을 위하여 용접재료의 성분선정 지원1. FCAW CTOD , FCAW

용접부 조직과 인성과의 상관성 이해 지원 시제품 적용 전용착금속 및 용접이음부,

특성 비교평가를 통하여 특성 보증을 위한 용접재료 설계기술 지원함CTOD .

용접부 파괴인성 평가를 위한 및 에서의 성능 시험을 지원2. -10 -20 CT0D℃ ℃

함.

시험결과 인성 요구값 에서 이상의 값을3. CTOD , CTOD ( ) : -10 0.25mmδ ℃ δ ≥

얻음으로서 보증용 용접재료의 공급이 가능해 짐-10 .℃

성능 평가를 위한 표준화된 방법을 구축하므로서 안정적인 성능4. CTOD CTOD

평가 기술을 지원함.

향후 차례의 추가 성능 평가를 통하여 용접재료 수주를 지원할 계획임5. 1 CTOD .

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주 의

이 보고서는 산업자원부에서 시행한 부품 소재종합기술지원사업의1. ㆍ

기술지원보고서이다.

이 기술지원내용을 대외적으로 발표할 때에는 반드시 산업자원부에서2.

시행한 부품 소재종합기술지원사업의 기술지원결과임을 밝혀야 한다.ㆍ

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