경량철강 개발 현황 및 용접특성

문준오,박성준,이창훈 대한용접접합학회 2020 대한용접·접합학회지 Vol.38 No.4

Due to lower mass density compared to conventional steels, lightweight steels have recently received attention as structural materials for components of power plants and transportation vehicles. Lightweight steels based on the Fe-Mn-Al-C system have been developed and show excellent mechanical properties. In this review paper, the latest developments of Fe-Mn-Al-C based lightweight steels are introduced, focusing on alloy design, microstructure, and mechanical properties. Then the welding characteristics of the steels are reviewed, particularly, microstructure evolution in the weld heat-affected zone and its effects on the mechanical properties and cracking susceptibility.

Mo, Nb 첨가에 따른 내화강 용접열영향부 미세조직 및 고온강도 변화에 대한 연구

문준오,조효행,이창훈,홍현욱 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5

최근 고층 건축구조물에서의 대형 화재로 인한 건물 붕괴 및 이에 따른 인명사고 발생이 증가하고 있으며, 이에 따라 고층건물 화재 시 건물 붕괴를 지연시킬 수 있는 내화강재 개발 및 건축물에의 적용을 위한 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 내화강은 일반강 대비 고온내력이 우수한 강재로써 일반적으로 600 ℃에서의 항복강도가 상온 항복강도 대비 2/3 이상을 가진다. 보고에 따르면 고온에서의 전위회복이 느릴수록 강재의 내화특성은 향상되며, Mo, Nb 등의 원소 첨가 시 격자팽창 등에 따라 전위의 이동 및 회복이 지연되는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 Ti, Mo, Nb의 함량이 다른 내화강재에 대해 용접열영향부에서의 미세조직 및 고온강도 변화에 대해 평가하였다. 평가 결과, Mo함량이 증가할수록 Ti 대신 Nb을 첨가할수록 내화특성은 향상되는 것으로 확인되었다. 이는 Mo, Nb 모두 고용상태에서 전위의 이동을 방해할 뿐 만 아니라 Nb의 경우에는 미세한 나노사이즈의 석출물을 형성시킴으로서 전위의 이동을 억제하기 때문으로 확인되었다. 한편, 실제 화재상황에서의 강재의 내화특성을 확인하기 위해 Constant-loading test를 실시하였다. Constant-loading test는 일정한 하중을 가하며 승온 시 파단되는 온도를 측정하는 방법으로 파단되는 온도가 높을수록 우수한 내화특성을 의미한다. 평가 결과, 고온인장시험과 마찬가지로 Mo함량이 증가할수록 Ti 대신 Nb을 첨가할수록 내화특성이 향상되는 것을 확인하였다. 마지막으로 본 연구에서는 이러한 합금원소 성분 변화에 따른 미세조직 변화 및 고온에서의 전위거동 변화에 대해 In-situ TEM, APT 등을 이용하여 분석 및 고찰하였다.

경량 고망간강의 용접부 연성저하 균열 발생과 제어

문준오,김성대,박성준 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11

최근 수송기기의 경량화를 통한 연비향상 및 이산화탄소 배출 저감을 위한 많은 연구들이 진행되어 오고 있다. 구조용 소재로서 가장 널리 사용되는 철강의 경우, 경량 원소인 Al을 다량 첨가하여 강의 비중을 낮춘 경량철강이 개발되어 이를 자동차 등에 적용하고자 하는 노력 들이 진행되고 있다. 경량철강은 Fe-Mn-Al-C 합금계를 기본 조성으로 가지고 있으며, 첨가원소의 화학 성분 함량에 따라 오스테나이트, 페라이트, 듀플렉스의 미세조직을 가진다. 일반적으로 약 1wt%의 Al 첨가에 따라 강의 밀도는 약 0.1g/cm3 감소하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 합금원소 첨가에 따른 경량철강의 용접열영향부(HAZ) 연성저하 균열 거동 변화에 대해 평가하였다. HAZ 모사 및 Hot ductility test는 Gleeble simulator를 이용하여 실시하였으며, Hot ductility test 후 파단된 샘플의 미세조직을 OM, SEM, TEM 등을 이용하여 분석하였다. 평가결과, Al, C, Si의 증가에 따라 κ-carbide 석출이 촉진되고 이로 인해 고온연성이 감소하는 것을 확인하였다. 특히, 800℃ 부근에서는 조대한 κ-carbide의 입계 석출에 따라 고온연성이 급격하게 하락하는 Ductility dip cracking이 관찰되었다.

용접 열영향부 미세조직 및 재질 예측 모델링 : I. 용접부 재질 예측 모델 기술 개발 연구 동향

문준오,이창희,Moon Joon-Oh,Lee Chang-Hee 대한용접접합학회 2005 대한용접·접합학회지 Vol.23 No.4

HAZ (Heat Affected Zone) which occurs during welding thermal cycle has an important effect on the mechanical properties of the weld metal. So there were many efforts to develop the model which is able to predict the microstructure and mechanical properties in weld HAZ and lots of metallurgical models have reported since early 1940. These models are justifiable based on the reasonable assumption and analytical approach, but they also have limitation by interesting alloying system and assumption in each literature. Therefore, this study summaries the previous models for prediction of properties in weld HAZ. Then several issues to solve for developing the more reliable model were proposed.

Nb의 첨가에 따른 Ti 첨가 저합금강 용접열영향부에서의 석출물 거동 변화

문준오,이창희,Moon, Joon-Oh,Lee, Chang-Hee 대한용접접합학회 2008 대한용접·접합학회지 Vol.26 No.1

The effect of Nb addition on the precipitation and precipitate coarsening behavior was investigated in Ti and Ti + Nb steel weld HAZ. A dilatometer equipped with a He-quenching system was used to simulate the weld thermal cycle. Compared to $TiC_yN_{1-y}$ precipitate in a Ti containing steel, $Ti_xNb_{1-x}C_yN_{1-y}$ complex particle with addition of Nb is precipitated in a Ti + Nb containing steel. Meanwhile, precipitate coarsening occurred more easily in Ti + Nb steel, which may be because the high temperature stability of $Ti_xNb_{1-x}C_yN_{1-y}$ complex particle is deteriorated by the Nb addition.

용접 열영향부 미세조직 및 재질 예측 모델링: IV. Ti-첨가 저합금강에서의 임계 석출물 크기의 영향을 고려한 용접 열영향부 석출물 조대화 예측 모델

문준오,김상훈,정홍철,이종봉,이창희,Moon, Joon-Oh,Kim, Sang-Hoon,Jeong, Hong-Chul,Lee, Jong-Bong,Lee, Chang-Hee 대한용접접합학회 2007 대한용접·접합학회지 Vol.25 No.2

A kinetic model fur the particle coarsening behavior was developed. The proposed model considered the critical particle size which can be derived from Gibbs-Thomson equation unlike the conventional approach. In this study, the proposed particle coarsening model was applied to study the coarsening behavior of titanium nitride (TiN particle) in microalloyed steel weld HAZ. Particle size distributions and mean particle size by the proposed model were in agreement with the experimental results. Meanwhile, using additivity rule, the isothermal model was extended to predict particle coarsening behavior during continuous thermal cycle.

Microstructure and Mechanical Property in the Weld Heat-affected Zone of V-added Austenitic Fe-Mn-Al-C Low Density Steels

문준오,박성준 대한용접접합학회 2015 대한용접·접합학회지 Vol.33 No.5

Microstructure and tensile property in the weld heat-affected zone (HAZ) of austenitic Fe-Mn-Al-C lowdensity steels were investigated through transmission electron microscopy analysis and tensile tests. The HAZsamples were prepared using Gleeble simulation with high heat input welding condition of 300 kJ/cm, andthe HAZ peak temperature of 1200℃ was determined from differential scanning calorimetry (DSC) test. Thestrain- stress responses of base steels showed that the addition of V improved the tensile and yield strengthby grain refinement and precipitation strengthening. Tensile strength and elongation decreased in the weldHAZ as compared to the base steel, due to grain growth, while V-added steel had a higher HAZ strengthas compared than V-free steel.

Role of Ca Treatment in Hydrogen Induced Cracking of Hot Rolled API Pipeline Steel in Acid Sour Media

문준오,Seong-Ju Kim,이창희 대한금속·재료학회 2013 METALS AND MATERIALS International Vol.19 No.1

The effect of Ca treatment on hydrogen-induced cracking (HIC) resistance of hot rolled pipeline steel was evaluated. HIC testing was carried out in acidic condition according to NACE standard; results clearly prove that HIC resistance is very sensitive to Ca/S ratio. When Ca/S ratio is below the stoichiometric ratio,HIC occurred at mid-thickness of the steel regardless of the S content. This is closely related to the formation of spherical CaS inclusion with Ca treatment instead of MnS inclusion, which acts on crack initiation sites.

Influence of Ti Addition on the Hydrogen Induced Cracking of API 5L X70 Hot-Rolled Pipeline Steel in Acid Sour Media

문준오,Chulbong Park,Seong-Ju Kim 대한금속·재료학회 2012 METALS AND MATERIALS International Vol.18 No.4

In this study, Hydrogen Induced Cracking (HIC) testing of high strength API 5L grade X70 linepipe hot rolled steel containing Ti was performed to investigate the effects of (Nb, Ti, V)(C, N) particles on HIC susceptibility. By controlling chemical composition and hot rolling parameters, experimental steel with Bainitic ferrite and Bainite microstructures was fabricated. HIC testing was carried out within an acidic condition (pH=2.7±0.1) according to NACE standards with test results showing cracking propagated along coarse (Nb, Ti, V)(C, N) particles at mid-thickness. This is mainly due to centerline segregation and hydrogen blistering between matrix and coarse (Nb, Ti, V)(C, N) particles without external stress.

PBF 공정으로 제조된 Fe-Mn-Al-C 경량철강의 미세조직 및 기계적 성질

문준오 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11

최근 온실가스 배출저감을 위한 전 세계적인 노력이 진행되고 있으며, 이러한 사회적인 추세에 따라 소재분야에 있어서도 경량화를 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 경량철강의 경우, 다량의 Al 첨가를 통해 기존 강재 대비 밀도를 크게 낮춘 철강 소재로 주목 받고 있다. 본 연구에서는 적층제조공정을 통해 Fe-Mn-Al-C계 경량철강 판재 표면에 이종의 경량철강 분말을 적층한 후, 시효열처리에 따른 적층부의 미세조직 및 기계적 성질 변화에 대해 분석하였다. 이 때, 적층제조는 PBF (Powder Bed Fusion) 방식을 이용하였다. 적층제조공정 후 미세조직 관찰결과, 모재와 적층부 사이의 계면은 건전하였으며, 광학현미경 상에서 비드 형상의 적층부가 관찰되었다. 550℃에서 시효열처리 시간이 증가함에 따라 모재 대비 적층부의 경도값은 상대적으로 크게 증가하였다. 즉, 적층부(9Al-1.1C)는 모재(8Al-0.7C) 대비 높은 Al, C 함량에 따라 시효열처리 시 다량의 κ-carbide가 생성되었다. 550℃에서 1000sec 시효열처리 시, 모재와 표면 적층부의 경도는 각각 약 200, 400HV로 표면경화형 경량철강을 구현할 수 있었다.