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유한요소해석을 통해 모사된 tandem EGW의 CGHAZ에서 Ti / N 비와 Nb 함량이 초기 오스테나이트 결정립 크기에 미치는 영향
유성훈(Seonghoon Yoo),문병록(Byungrok Moon),최명환(Myeonghwan Choi),강남현(Namhyun Kang) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.5
조선, 해양플랜트 및 초고층 구조물 등에 적용되는 후판 강재의 경우 용접시간 단축을 통해 획기적인 원가 절감 및 생산성 향상이 가능하다. 이러한 후판 강재의 용접 생산성은 350 kJ/cm 이상의 EGW/tandem EGW 초대입열 용접을 통해 확보할 수 있다. 하지만 초대입열 용접의 과도한 용접 입열로 인해 용착금속과 열영향부 인성이 저하되는 문제점이 있기 때문에 초대입열 용접에도 충격 인성을 확보할 수 있는 강재 개발이 필요하다. 최근 Ti, Nb, V, Mo 등을 첨가하여 탄화물, 질화물 그리고 탄질화물을 형성해 초기 오스테나이트 결정립 성장을 억제시켜 충격 인성을 확보하는 방법이 적용 중이다. 하지만 일정한 주기를 가지고 진동하는 2개의 용접봉이 적용된 tandem EGW의 모델링 및 여러 가지 화학 조성이 기계적 특성에 미치는 영향에 관한 연구가 미비하며 유한요소해석을 통해 tandem EGW의 CGHAZ를 모사해 CGHAZ의 충격인성 확보를 위한 화학조성 최적화에 관련된 연구가 필요하다. 따라서 본 연구는 유한요소해석으로 tandem EGW를 모사했고, 결과로 얻은 CGHAZ에서의 열이력을 글리블 실험을 통해 여러 가지 화학 조성의 강재에 적용해 Ti/N 비와 Nb 함량이 CGHAZ의 초기 오스테나이트 결정립 크기에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 글리블 실험 후 얻은 TEM 결과를 통해 석출물의 평균 입도 및 분포와 부피 분율을 측정했다. Ti/N 비가 변화함에 따라 초기 오스테나이트 결정립 크기가 변하였고 hypo-stoichiometric ratio의 비를 가질 때 더 우수한 결정립 미세화 효과를 보였으며 Nb 함량이 증가할수록 Nb - rich 상의 heterogeneous nucleation이 증가해 더 많은 양의 석출물이 관찰되었다.
Cu를 포함한 CrCoFeMnNi 용접재료를 적용한 GTA 용접부의 PWHT 온도의 영향
유성훈(Seonghoon Yoo),이유나(Yoona Lee),나영상(Youngsang Na),김형섭(Hyoungseop Kim),강남현(Namhyun Kang) 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11
최근 가혹한 환경에서 적용되는 구조용 재료의 수요가 증가함에 따라 재료의 고기능화가 요구되고 있다. 현재 극저온 환경에서 적용되는 구조용 재료는 FCC 결정구조를 갖는 오스테나이트계 스테인레스 강을 주로 사용하나, 이를 용접 재료를 사용할 경우 고온균열 및 입계 예민화 현상이 발생하게 된다. 따라서 이러한 대안으로 현재 고엔트로피 합금 (High Entropy Alloy, HEA)이 개발되었으며, 이를 상온 및 극저온용 구조재료로 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 고엔트로피 합금이란, 여러 원소를 혼합하여 발생하는 배열 엔트로피 증가로 인한 hign-entropy effect, sluggish diffusion, lattice distortion, cocktail effect의 4가지 core 현상을 기반으로 기계적 특성이 우수한 합금이다. 특히 기존의 HEA 대비 가격 경쟁력 및 기계적 성질이 우수한 Fe-base 중엔트로피 합금(Medium Entropy Alloy, MEA)이 최근 개발되고 있으며, 이를 구조용 재료로 적용하기 위해 용접 기술을 최적화하는 연구가 활발히 진행하고 있다. 따라서 본 연구에서는 Fe-rich MEA에 적합한 HEA 용접재료 개발을 목표로 진행하였으며, 용접재료는 결정립 미세화, 석출강화 및 제 2상 FCC를 형성시키는 Cu를 소량 첨가하기 위해 FCC계 HEA인 Cantor alloy(CoCrFeMnNi)에 Cu를 코팅하여 (CoCrFeMnNi)99Cu1 용접재료를 개발하였으며, 이를 Fe-rich MEA 모재에 적용하였다. 또한 구조용 재료에 필요한 용접후열처리(Post Weld Heat Treatment, PWHT) 효과를 확인하기 위해 PWHT를 진행하였다. 본 연구에 사용된 모재는 1.5mm 두께의 Rolled Fe-rich MEA를 사용하였으며, V-groove에 언급한 (CoCrFeMnNi)99Cu1 용접재료를 적용하여 GTAW를 실시하였다. PWHT는 700, 800, 900℃에서 1시간 진행하였으며, As-welded 조건과 PWHT 온도에 따른 기계적 성질 및 미세조직 차이에 대해 검토하였으며, 인장 파단 위치에 영향을 미치는 인자에 대해 미세조직학적으로 고찰하였다.