KR102418269B1 - Nickel steel welding method and nickel steel with welded joints - Google Patents

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Abstract

본 명세서에서는 니켈강의 용접 방법에 대하여 개시한다. 개시되는 니켈강의 용접 방법에 따르면, 중량%로, C: 0.03 내지 0.3%, Si: 0.1 내지 2.0%, Mn: 0.3 내지 3.0%, Ni: 9.5% 이하(0은 제외), P: 0.01% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 니켈강을 마련하는 단계; 및 상기 니켈강을 용접 토치를 이용하여 용접이음부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 용접 토치는 용접 진행 방향에 수직한 방향으로 진동한다.여기서, 상기 토치의 용접 입열량은 10kJ/mm 이상일 수 있다.In the present specification, a welding method of nickel steel is disclosed. According to the disclosed welding method of nickel steel, in wt%, C: 0.03 to 0.3%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.3 to 3.0%, Ni: 9.5% or less (excluding 0), P: 0.01% or less (excluding 0), S: 0.01% or less (excluding 0), the remainder providing a nickel steel containing Fe and unavoidable impurities; and forming a welding joint with the nickel steel using a welding torch, wherein the welding torch vibrates in a direction perpendicular to a welding progress direction. Here, the welding heat input of the torch may be 10 kJ/mm or more. .

Description

니켈강의 용접 방법 및 용접이음부가 형성된 니켈강{NICKEL STEEL WELDING METHOD AND NICKEL STEEL WITH WELDED JOINTS}Nickel steel welding method and nickel steel with welded joints

본 발명은 니켈강의 용접 방법 및 용접이음부가 형성된 니켈강에 관한 것으로, 보다 상세하게는 니켈강으로 이루어진 구조물 등의 제조에 적용되는 니켈강의 용접 방법 및 용접이음부가 형성된 니켈강에 관한 것이다.The present invention relates to a welding method of nickel steel and nickel steel with welded joints, and more particularly, to a welding method of nickel steel applied to the manufacture of structures made of nickel steel, and nickel steel with welded joints.

해양환경 규제가 본격화됨에 따라, 선박의 적용되는 연료를 기존의 중유 기반에서 친환경 연료로 대체해야 하는 상황에 놓이게 되었다. 이에 따라, 최근에는 친환경 연료인 LNG(Liquefied Natural Gas)를 사용하는 선박의 건조가 시작되었다. 하지만, 종래의 강재로 LNG 연료저장탱크를 제조하게 되면, 저온으로 인한 물성저하가 발생해 저온에서도 물성저하가 없는 강재가 요구되었다.As marine environment regulations are in full swing, we are in a situation where we have to replace the fuel used for ships with eco-friendly fuels from the existing heavy oil-based fuels. Accordingly, recently, the construction of ships using LNG (Liquefied Natural Gas), which is an eco-friendly fuel, has started. However, when an LNG fuel storage tank is manufactured with conventional steel materials, deterioration of physical properties occurs due to low temperature, so a steel material that does not deteriorate even at low temperatures was required.

이에 3.5 내지 9.5중량%의 니켈(Ni)를 포함하는 니켈강은 저온 및 극저온에서 충격인성이 높아, 실제 액화 LNG 및 액화 CO2 등의 운반선 및 육상 탱크를 제작하는 소재로 활용되고 있다. 또한, 니켈강을 용접 구조물에 활용할 경우, 동일 수준의 극저온 충격인성을 나타내는 용접이음부를 확보할 필요가 있다.Accordingly, nickel steel containing 3.5 to 9.5% by weight of nickel (Ni) has high impact toughness at low and cryogenic temperatures, and is actually used as a material for manufacturing carriers and land tanks such as liquefied LNG and liquefied CO 2 . In addition, when nickel steel is used for a welded structure, it is necessary to secure a weld joint that exhibits the same level of cryogenic impact toughness.

니켈강의 용접이음부는 내식성 및 저온 인성을 가지기 위해 니켈 함량이 높은 용접금속을 사용한다. 특히, 극저온에서 사용되는 후판강을 용접할 시 용접부가 극저온에서 우수한 충격인성을 가져야 하므로, 니켈 함량이 60 내지 65중량%인 니켈강을 용접 재료로 사용한다.The weld joint of nickel steel uses a weld metal with a high nickel content in order to have corrosion resistance and low-temperature toughness. In particular, when welding a thick plate steel used at a cryogenic temperature, a weld portion must have excellent impact toughness at a cryogenic temperature, so nickel steel having a nickel content of 60 to 65 wt% is used as a welding material.

그러나, 니켈 함량이 높은 용접금속은 오스테나이트 단일 상으로 응고가 진행되고 상온에서도 오스테나이트상을 유지하기 때문에 응고 중에는 응고 수축이 크게 발생하여 용접금속에 고온균열을 발생시키기 쉽다. 그러므로 니켈 함량이 높은 용접금속을 사용할 경우에는 용접금속부의 고온균열을 방지하기 위해서 용접 입열량을 억제한다. 그러나, 용접 입열량을 억제하면, 용접부의 공급되는 열량이 충분하지 않아 용접 시 소요되는 시간이 증가하는 등의 용접 능률이 저하되는 문제가 있다.However, since the weld metal having a high nickel content proceeds with solidification as a single austenite phase and maintains the austenite phase even at room temperature, solidification shrinkage occurs greatly during solidification, which is likely to cause high-temperature cracks in the weld metal. Therefore, when a weld metal with a high nickel content is used, the amount of heat input from welding is suppressed to prevent high-temperature cracking of the weld metal part. However, when the amount of heat input to welding is suppressed, there is a problem in that the amount of heat supplied to the welding portion is insufficient, so that the welding efficiency is reduced, such as increasing the time required for welding.

한국 공개특허공보 제10-2012-0133086호 (공개일자: 2012년12월10일)Korean Patent Publication No. 10-2012-0133086 (published date: December 10, 2012)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 용접 능률이 저하되지 않으면서, 양호한 용접이음부를 가질 수 있는 니켈강의 용접 방법 및 양호한 용접이음부가 형성된 니켈강을 제공하는 것이다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a welding method of nickel steel that can have a good weld joint and nickel steel in which a good weld joint is formed, without reducing welding efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 니켈강의 용접 방법은 중량%로, C: 0.03 내지 0.3%, Si: 0.1 내지 2.0%, Mn: 0.3 내지 3.0%, Ni: 9.5% 이하(0은 제외), P: 0.01% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 니켈강을 마련하는 단계; 및 상기 니켈강을 용접 토치를 이용하여 용접이음부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 용접 토치는 용접 진행 방향에 수직한 방향으로 진동한다.The welding method of nickel steel according to the present invention for achieving the above object is, by weight, C: 0.03 to 0.3%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.3 to 3.0%, Ni: 9.5% or less (0 Except for silver), P: 0.01% or less (excluding 0), S: 0.01% or less (excluding 0), the remainder providing a nickel steel containing Fe and unavoidable impurities; and forming a welding joint with the nickel steel using a welding torch, wherein the welding torch vibrates in a direction perpendicular to a welding direction.

여기서, 상기 토치의 용접 입열량은 10kJ/mm 이상일 수 있다.Here, the welding heat input of the torch may be 10 kJ/mm or more.

여기서, 상기 진동의 주기는 5초 이하일 수 있다.Here, the period of the vibration may be 5 seconds or less.

여기서, 상기 진동의 폭은 5 내지 15mm일 수 있다.Here, the width of the vibration may be 5 to 15 mm.

여기서, 상기 용접이음부는 균열 발생율이 5% 이하일 수 있다.Here, the weld joint may have a cracking rate of 5% or less.

여기서, 상기 용접이음부는, 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 내지 3.0인 용접비드를 포함할 수 있다.Here, the weld joint may include a weld bead having a ratio of width to depth of 1.5 to 3.0.

여기서, 상기 니켈강은 Ni: 5 내지 9.5%를 포함하고, 용접열영향부의 -196℃에서의 샤르피 충격 에너지 값이 100J 이상일 수 있다.Here, the nickel steel includes Ni: 5 to 9.5%, and the Charpy impact energy value at -196° C. of the heat-affected zone of welding may be 100J or more.

여기서, 상기 니켈강의 두께는 10 내지 20mm일 수 있다.Here, the thickness of the nickel steel may be 10 to 20 mm.

여기서, 상기 용접이음부를 형성하는 방법은, 가스 텅스텐 아크 용접, 서브머지드 아크 용접, 피복 아크 용접, 가스 금속 아크 용접, 플러스 코어드 아크용접, 플라즈마 아크 용접 중 어느 하나일 수 있다.Here, the method of forming the weld joint may be any one of gas tungsten arc welding, submerged arc welding, covered arc welding, gas metal arc welding, plus cored arc welding, and plasma arc welding.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 니켈강은 중량%로, C: 0.03 내지 0.3%, Si: 0.1 내지 2.0%, Mn: 0.3 내지 3.0%, Ni: 9.5% 이하(0은 제외), P: 0.01% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물;및 용접이음부를 포함하고, 상기 용접이음부는 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 내지 3.0인 용접비드를 포함한다.According to the present invention for achieving the above object, nickel steel is, by weight, C: 0.03 to 0.3%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.3 to 3.0%, Ni: 9.5% or less (excluding 0) , P: 0.01% or less (excluding 0), S: 0.01% or less (excluding 0), the remainder including Fe and unavoidable impurities; and a weld joint, wherein the weld joint has a depth-to-width ratio of 1.5 to 3.0 including a weld bead.

여기서, 상기 용접이음부는 균열 발생율이 5% 이하일 수 있다.Here, the weld joint may have a cracking rate of 5% or less.

여기서, 상기 니켈강은 Ni: 5 내지 9.5%를 포함하고, 용접열영향부의 -196℃에서의 샤르피 충격 에너지 값이 100J 이상일 수 있다.Here, the nickel steel includes Ni: 5 to 9.5%, and the Charpy impact energy value at -196° C. of the heat-affected zone of welding may be 100J or more.

여기서, 상기 니켈강은 10 내지 20mm의 두께로 마련될 수 있다.Here, the nickel steel may be provided to a thickness of 10 to 20 mm.

본 발명에 의하면, 용접 토치를 용접 진행 방향에 수직한 방향으로 특정 주기 및 진폭으로 진동시킴으로써 용접이음부의 과열을 방지하고, 용접열영향부의 인성을 확보하며, 양호한 용접이음부를 가질 수 있는 니켈강의 용접 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, by vibrating the welding torch at a specific period and amplitude in a direction perpendicular to the welding progress direction, overheating of the weld joint is prevented, the toughness of the weld heat affected zone is secured, and nickel steel capable of having a good weld joint of welding methods can be provided.

또한, 본 발명에 의하면, 용접열영향부에서 저온 인성이 향상되고, 양호한 용접이음부를 포함하는 니켈강을 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide a nickel steel having improved low-temperature toughness in the heat-affected zone of welding and including a good weld joint.

도 1은 용접 토치의 용접 조건에 따른 용접 비드의 상태 및 저온 인성을 나타낸 그래프이다.
도 2는 용접 토치 및 송급 와이어를 통해, 용접 공정이 수행되는 과정을 도시한 개략도이다.1 is a graph showing the state and low-temperature toughness of a welding bead according to the welding conditions of a welding torch.
2 is a schematic diagram illustrating a process in which a welding process is performed through a welding torch and a supply wire.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술사상이 이하에서 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following describes preferred embodiments of the present invention. However, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the technical idea of the present invention is not limited to the embodiment described below. In addition, the embodiments of the present invention are provided in order to more completely explain the present invention to those of ordinary skill in the art.

본 출원에서 사용하는 용어는 단지 특정한 예시를 설명하기 위하여 사용되는 것이다. 때문에 가령 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수여야만 하는 것이 아닌 한, 복수의 표현을 포함한다. 덧붙여, 본 출원에서 사용되는 "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 명확히 지칭하기 위하여 사용되는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것의 존재를 예비적으로 배제하고자 사용되는 것이 아님에 유의해야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific examples. Therefore, for example, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly requires it to be singular. In addition, as used in this application, terms such as "comprises" or "includes" are used to clearly indicate that the features, steps, functions, components, or combinations thereof described in the specification exist, and other features It should be noted that the use is not intended to preliminarily exclude the existence of elements, steps, functions, components, or combinations thereof.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진 것으로 보아야 한다. 따라서, 본 명세서에서 명확하게 정의하지 않는 한, 특정 용어가 과도하게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 가령, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein should be regarded as having the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Accordingly, unless explicitly defined herein, specific terms should not be construed in an unduly idealistic or formal sense. For example, a singular expression herein includes a plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

또한, 본 명세서의 "약", "실질적으로" 등은 언급한 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.In addition, in this specification, "about", "substantially", etc. are used in or close to the numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and are used in a precise sense to aid the understanding of the present invention. or absolute figures are used to prevent unreasonable use by unconscionable infringers of the mentioned disclosure.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it is necessary to note that the following examples are only intended to illustrate the present invention in more detail and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by the matters described in the claims and matters reasonably inferred therefrom.

본 발명의 일 측면에 따른 니켈강의 용접 방법은, 중량%로, C: 0.03 내지 0.3%, Si: 0.1 내지 2.0%, Mn: 0.3 내지 3.0%, Ni: 9.5% 이하(0은 제외), P: 0.01% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 니켈강을 마련하는 단계; 및 상기 니켈강을 용접 토치를 이용하여 용접이음부를 형성하는 단계;를 포함한다.Nickel steel welding method according to an aspect of the present invention, by weight, C: 0.03 to 0.3%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.3 to 3.0%, Ni: 9.5% or less (excluding 0), P : 0.01% or less (excluding 0), S: 0.01% or less (excluding 0), the remainder preparing nickel steel containing Fe and unavoidable impurities; and forming a welding joint with the nickel steel using a welding torch.

이하, 각 합금원소의 성분범위를 한정한 이유에 대하여 설명한다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한 단위는 중량%이다.Hereinafter, the reason for limiting the component range of each alloy element will be described. Hereinafter, unless otherwise specified, the unit is % by weight.

C의 함량은 0.03 내지 0.3%이다.The content of C is 0.03 to 0.3%.

탄소(C)는 용접이음부의 강도 및 저온 인성을 확보할 수 있는 오스테나이트 형성원소로 강도 확보를 위해 0.03% 이상 첨가될 수 있다. 다만, 그 함량이 과도할 경우에는 용접 중 공정 화합물을 과다하게 형성해 고온균열과 용접 퓸(Fume) 및 스패터가 발생하는 문제가 있어, 그 상한을 0.3%로 한정할 수 있다.Carbon (C) is an austenite forming element that can secure the strength and low-temperature toughness of the weld joint, and may be added in an amount of 0.03% or more to secure strength. However, if the content is excessive, there is a problem that high-temperature cracks, welding fume and spatters occur due to excessive formation of process compounds during welding, so the upper limit may be limited to 0.3%.

Si의 함량은 0.1 내지 2.0%이다.The content of Si is 0.1 to 2.0%.

실리콘(Si)은 용접시 망간과 함께 복합 탈산효과를 극대화하기 위해 0.1% 이상 첨가될 수 있다. 다만, 그 함량이 과도할 경우에는 공정화합물이 과다하게 석출되어 내균열성을 저하시킬 수 있어, 그 상한을 2.0%로 한정할 수 있다.Silicon (Si) may be added in an amount of 0.1% or more to maximize the composite deoxidation effect together with manganese during welding. However, if the content is excessive, the eutectic compound may be excessively precipitated to reduce crack resistance, and the upper limit may be limited to 2.0%.

Mn의 함량은 0.3 내지 3.0%이다.The content of Mn is 0.3 to 3.0%.

망간(Mn)은 용접 중 산소, 황과 반응하여 탈산, 탈황을 수행하는 역할을 하므로 0.3% 이상 첨가될 수 있다. 다만, 그 함량이 과도할 경우에는 제조 비용이 증가하고 용접재료 제조에 어려움이 있어, 그 상한을 3.0%로 한정할 수 있다.Manganese (Mn) reacts with oxygen and sulfur during welding to perform deoxidation and desulfurization, and thus may be added in an amount of 0.3% or more. However, if the content is excessive, the manufacturing cost increases and there is a difficulty in manufacturing the welding material, so the upper limit may be limited to 3.0%.

Ni의 함량은 9.5% 이하(0은 제외)이다.The content of Ni is 9.5% or less (excluding 0).

니켈(Ni)은 강력한 오스테나이트 안정화 원소로, 니켈을 첨가하면 저온 충격인성은 매우 빠른 속도로 증가한다. 이는 니켈이 용접이음부내의 적층 결함 에너지(Stacking Fault Energy)를 높이는 역할을 하기 때문이다. 다만, 그 함량이 과도할 경우, 강도를 저하시킬 뿐만 아니라 제조비용이 증가하는 문제가 있어, 그 상한을 9.5%로 한정할 수 있다. Nickel (Ni) is a strong austenite stabilizing element, and when nickel is added, the low-temperature impact toughness increases very rapidly. This is because nickel plays a role in increasing the stacking fault energy in the weld joint. However, when the content is excessive, there is a problem in that the strength is reduced as well as the manufacturing cost is increased, so the upper limit can be limited to 9.5%.

한편, 극저온 소재로 사용되는 니켈강은 각각 사용되는 온도에 따라　니켈의 함량이 다르다. 주로 액화 에탄을 저장하는 용도로 사용되는　3.5% 니켈강은　-95℃에서 사용된다. 반면, 액화 에틸렌을 저장하는 용도로 사용되는　5% 니켈강은　-110℃에서 사용되며,　액화 천연가스(메탄)를 저장하는 용도로 사용되는　9%Ni강은　-196℃에서 사용된다. 따라서, 상기 니켈강은 특정 온도가 아닌, 사용되는 온도에서 일정 이상의 충격인성 보증이 요구된다.On the other hand, nickel steel used as a cryogenic material has a different nickel content depending on the temperature at which it is used.　3.5% nickel steel, which is mainly used for storage of liquefied ethane, is used at -95℃. On the other hand, 　5% nickel steel used for storing liquefied ethylene is used at -110℃, and 　9%Ni steel used for storing liquefied natural gas (methane) is used at 　-196℃. Therefore, the nickel steel is required to guarantee a certain level of impact toughness at the temperature used, not at a specific temperature.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)일 수 있다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 불가피한 불순물로는 예를 들면, 인(P), 황(S) 등을 들 수 있다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.The remaining component of the present invention may be iron (Fe). However, since unintended impurities from raw materials or the surrounding environment may inevitably be mixed in the normal manufacturing process, this cannot be excluded. As an unavoidable impurity, phosphorus (P), sulfur (S), etc. are mentioned, for example. Since these impurities are known to any person skilled in the art of manufacturing processes, all details thereof are not specifically mentioned in the present specification.

P의 함량은 0.01% 이하(0은 제외)이다.The content of P is 0.01% or less (excluding 0).

인(P)은 고온균열에 영향을 고온균열에 영향을 미치는 주요 원소 중 하나로서, Ni3S7, NiS, Ni3P 등 니켈합금과 저융점 화합물을 발생시켜 고온균열을 발생시킬 수 있어, 가급적 포함되지 않는 것이 바람직하다. 그러나 과도한 저감은 정제 비용을 증가시켜 제조 원가를 상승시키기 때문에, 상기 인의 함량은 0.01% 이하로 제어되는 것이 바람직하다.Phosphorus (P) is one of the main elements that affects high-temperature cracking and can cause high-temperature cracking by generating nickel alloys and low-melting-point compounds such as Ni 3 S 7 , NiS, and Ni 3 P. It is preferable not to include it as much as possible. However, since excessive reduction increases the refining cost to increase the manufacturing cost, the phosphorus content is preferably controlled to 0.01% or less.

S의 함량은 0.01% 이하(0은 제외)이다.The content of S is 0.01% or less (excluding 0).

황(S)은 용접이음부에 불가피하게 함유되는 불순물로서, 미량 첨가에 의해서도 응고입계에 편석하여 응고온도를 낮춰 고온 균열 감수성을 증가시키므로, 가급적 포함되지 않는 것이 바람직하다. 그러나 과도한 저감은 정제 비용을 증가시켜 제조 원가를 상승시키기 때문에, 상기 황의 함량은 0.01% 이하로 제어되는 것이 바람직하다.Sulfur (S) is an impurity that is unavoidably contained in the weld joint, and it is preferable not to include it as much as possible because it segregates at the solidification grain boundary and increases the high-temperature cracking susceptibility by lowering the solidification temperature even when a small amount is added. However, since excessive reduction increases the refining cost to increase the manufacturing cost, the sulfur content is preferably controlled to 0.01% or less.

니켈강은 일반적으로 극저온 환경에서 사용되는 강재로, 니켈강의 용접이음부는 내식성 및 저온 인성을 가지기 위해 모재 보다 니켈 함량이 높은 용접금속을 사용한다. 그러나, 니켈 함량이 높은 용접금속을 사용하면, 용접시에 생기는 응력 및 변형에 의하여 용접이음부에 고온균열이 발생한다. Nickel steel is generally used in a cryogenic environment, and the weld joint of nickel steel uses a weld metal with a higher nickel content than the base material to have corrosion resistance and low-temperature toughness. However, when a weld metal having a high nickel content is used, high-temperature cracking occurs in the weld joint due to stress and deformation occurring during welding.

고온균열은 용접 중 또는 용접 직후에 300℃ 이상의 고온에서 용접부의 수축 및 외부 구속 등에 의한 인장 응력과 균열에 민감한 조직이 만나면 발생한다. 고온균열 발생의 주요 원인은 인(P)과 황(S)의 용해도가 낮은 결정구조인 면심입방정(FCC)의 오스테나이트 조직 때문으로 알려져 있다.High-temperature cracking occurs when a structure sensitive to cracks and a tensile stress caused by shrinkage and external restraint of the weld meet at a high temperature of 300°C or higher during or immediately after welding. It is known that the main cause of high-temperature cracking is the austenite structure of the face-centered cubic (FCC) crystal structure with low solubility of phosphorus (P) and sulfur (S).

고온균열은 용접부의 품질을 저하시킬 뿐만 아니라, 용접구조물의 기계적 성질과 내응력 부식 저항성을 저하시킨다. 따라서, 고온균열의 발생을 방지하기 위해 니켈강 용접시 용접입열량을 제어한다. 그러나 용접입열량이 낮은 경우에는 용접 능률을 향상시키는데 제약이 있다.High-temperature cracking not only deteriorates the quality of the weld, but also lowers the mechanical properties and stress corrosion resistance of the welded structure. Therefore, in order to prevent the occurrence of high-temperature cracks, the amount of heat input during welding of nickel steel is controlled. However, when the amount of heat input to welding is low, there is a limitation in improving welding efficiency.

이를 해결하기 위해 본 발명에서는 용접 토치의 진동 조건을 제어하여, 용접 능률을 확보하는 동시에 용접이음부의 균열이 발생하지 않는 니켈강의 용접 방법을 제공하고자 한다.In order to solve this problem, the present invention is to control the vibration condition of the welding torch to provide a welding method of nickel steel that secures welding efficiency and at the same time does not cause cracks in the welding joint.

상기 용접이음부를 형성하는 방법은, 가스 텅스텐 아크 용접, 서브머지드 아크 용접, 피복 아크 용접, 가스 금속 아크 용접, 플러스 코어드 아크용접, 플라즈마 아크 용접 중 어느 하나를 적용할 수 있다.As a method of forming the weld joint, any one of gas tungsten arc welding, submerged arc welding, covered arc welding, gas metal arc welding, plus cored arc welding, and plasma arc welding may be applied.

한편, 용접 입열량은 용접시 용접부에 공급된 열량으로서, 용접비드 단위길이(1cm)당 공급되는 열량으로 나타낼 수 있다, 용접 입열은 용접 중에는 용접아크에 의한 열, 용접봉의 코팅이나 용융부에서 발생하는 화학에너지, 금속이행에 의한 입열 등이 있다. 아크(arc)용접에 있어 용접 입열량(Q)의 크기는 하기 식으로 계산될 수 있다.On the other hand, the welding heat input is the amount of heat supplied to the welding part during welding, and it can be expressed as the amount of heat supplied per unit length (1 cm) of the weld bead. There are chemical energy and heat input due to metal transition. The magnitude of the welding heat input Q in arc welding may be calculated by the following formula.

Q=(ηEI)/v(J/cm)(η: 아크효율, E: 전압(V), I: 전류(A), v: 용접속도(cm/sec)) Q=(ηEI)/v(J/cm) (η: arc efficiency, E: voltage (V), I: current (A), v: welding speed (cm/sec))

용접 입열량은 용접 후 냉각속도의 차이를 유발하며, 금속학적 미세조직 조절에 영향을 끼치므로, 용접변수로써 관리된다. 따라서, 니켈강 용접시 용접 입열량을 억제하여, 용접금속부의 고온균열을 방지할 필요가 있다. 그러나, 용접 입열량을 억제하면, 용접속도 등의 저하로 용접 능률이 낮아지게 된다. 또한, 용접공정 시 용접 입열량이 적으면 용착되는 금속의 양이 감소하는 문제가 있다. 이에 본 발명에서는, 용접금속부의 고온균열이 발생하지 않고 용접 입열량을 10kJ/mm 이상으로 확보할 수 있는 니켈강의 용접 방법에 대한 연구를 수행하였다.Welding heat input causes a difference in cooling rate after welding and affects metallurgical microstructure control, so it is managed as a welding variable. Therefore, it is necessary to prevent high-temperature cracking of the weld metal part by suppressing the amount of heat input during welding of nickel steel. However, when the amount of heat input to welding is suppressed, welding efficiency is lowered due to a decrease in welding speed and the like. In addition, when the amount of heat input during the welding process is small, there is a problem in that the amount of metal to be welded is reduced. Accordingly, in the present invention, a study was conducted on a welding method of nickel steel that can secure a welding heat input of 10 kJ/mm or more without high-temperature cracking of the weld metal part.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 용접 토치의 진동 주기(초) 및 진동 폭(mm)을 최적화함으로써 양호한 용접비드가 형성됨과 동시에 용접열영향부의 저온인성을 확보할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by optimizing the vibration period (seconds) and the vibration width (mm) of the welding torch, good weld beads are formed and the low-temperature toughness of the heat-affected zone can be secured.

이때, 용접 토치의 진동 주기는 5초 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 진동 주기가 5초를 초과하게 되면 용접비드의 폭이 용접선 길이 방향으로 서로 다르게 형성되어 양호한 용접선을 얻을 수 없고, 균일한 용접비드 폭을 확보할 수 없다.At this time, it is preferable to control the vibration period of the welding torch to 5 seconds or less. If the vibration period exceeds 5 seconds, the width of the weld bead is formed differently in the longitudinal direction of the weld line, so that a good weld line cannot be obtained and a uniform weld bead width cannot be secured.

또한, 용접 토치를 진동시킬 때, 진동의 폭을 5 내지 15mm 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 진동 폭이 5mm 미만인 경우에는 용접 입열량의 영향으로 용접비드의 폭이 너무 작아져 용접 금속부에 고온 균열이 발생하고 용접열영향부의 충격인성을 충분히 확보할 수 없다. 반면에, 진동 폭이 15mm를 초과하는 경우에는 용접비드 깊이에 대한 폭의 값이 너무 커져 용접비드의 형상이 불량하며, 적절한 용입을 확보할 수 없다.In addition, when vibrating the welding torch, it is preferable to control the width of the vibration to 5 to 15 mm or less. If the vibration width is less than 5mm, the width of the weld bead becomes too small due to the influence of the heat input of the weld, resulting in high-temperature cracking in the weld metal, and the impact toughness of the heat-affected zone cannot be sufficiently secured. On the other hand, when the vibration width exceeds 15 mm, the value of the width to the depth of the weld bead is too large, so the shape of the weld bead is poor, and proper penetration cannot be ensured.

용접 토치의 진동을 본 발명이 제시하는 진동 주기 및 진동 폭으로 제어하여, 용접을 실시하게 되면 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 내지 3.0인 용접비드가 형성될 수 있다.When the welding is performed by controlling the vibration of the welding torch to the vibration period and the vibration width suggested by the present invention, a welding bead having a ratio of width to depth of 1.5 to 3.0 can be formed.

용접비드의 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 미만으로 형성되면, 용접 부에 고온 균열이 발생하고, 용접열영향부의 충격인성을 충분히 확보할 수 없다. 반면, 용접비드의 깊이 대비 폭의 값이 3.0을 초과하게 되면, 용접비드의 형상이 불량하며 적절한 용입을 확보할 수 없다.If the ratio of the width to the depth of the weld bead is less than 1.5, high-temperature cracking occurs in the welded part, and the impact toughness of the welded heat-affected zone cannot be sufficiently secured. On the other hand, when the value of the width to depth of the weld bead exceeds 3.0, the shape of the weld bead is poor and proper penetration cannot be ensured.

한편, 용접열영향부(Heat Affected Zone, HAZ)는 용접열에 의해 금속조직이나 성질의 변화하나 용융되지 않은 모재의 일부이다. 용접열영향부는 용접구조물에서 가장 취약한 부위이므로, 용접열영향부의 높은 충격인성은 용접구조물의 안전성 관점에서 필수적이다. 이에 본 발명 일 실시예에 따른 니켈강 용접방법은 용접토치의 진동 주기 및 진폭을 최적화함으로써, -196℃에서의 100J 이상의 샤르피 충격 에너지 값을 갖는 용접열영향부를 도출할 수 있다.On the other hand, the Heat Affected Zone (HAZ) is a part of the base material that is not melted even though the metal structure or properties are changed by the heat of welding. Since the heat-affected zone is the weakest part of the welded structure, the high impact toughness of the heat-affected zone is essential from the viewpoint of the safety of the welded structure. Accordingly, in the nickel steel welding method according to an embodiment of the present invention, by optimizing the vibration period and amplitude of the welding torch, it is possible to derive a weld heat affected zone having a Charpy impact energy value of 100J or more at -196°C.

다음으로, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 니켈강에 대해 설명한다.Next, a nickel steel according to another aspect of the present invention will be described.

본 발명의 다른 일 측면에 따른 니켈강은, 중량%로, C: 0.03 내지 0.3%, Si: 0.1 내지 2.0%, Mn: 0.3 내지 3.0%, Ni: 9.5% 이하(0은 제외), P: 0.01% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물;및 용접이음부를 포함한다.Nickel steel according to another aspect of the present invention, by weight, C: 0.03 to 0.3%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.3 to 3.0%, Ni: 9.5% or less (excluding 0), P: 0.01 % or less (excluding 0), S: 0.01% or less (excluding 0), the remainder including Fe and unavoidable impurities; and weld joints.

각 합금원소의 성분범위를 한정한 이유는 상술한 바와 같다.The reason for limiting the component range of each alloy element is as described above.

본 발명의 일 실시예에 따른 니켈강은 상기 용접방법으로 용접되어 용접이음부가 형성될 수 있다. 이때, 상기 용접이음부는 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 내지 3.0인 용접비드를 포함한다.Nickel steel according to an embodiment of the present invention may be welded by the above welding method to form a weld joint. In this case, the weld joint includes a weld bead having a ratio of width to depth of 1.5 to 3.0.

용접비드의 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 미만인 경우에는 니켈강의 용접이음부에 고온균열이 발생할 수 있어, 용접 구조물으로 활용시 제약이 있다. 또한, 용접비드의 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 미만인 경우에는 용접열영향부의 저온에 대한 충격인성을 충분히 확보할 수 없어, 심해 또는 극지의 저온의 환경에서 안정상의 문제가 있다. 용접비드의 깊이에 대한 폭의 비가 3.0을 초과하는 경우에는 양호한 용접비드의 형상을 얻을 수 없다. 또한, 용접비드의 깊이에 대한 폭의 비가 3.0을 초과하는 경우에는 적절한 용입을 확보할 수 없어, 이음의 강도가 약하게 되고 균열이 발생하기 쉽다.When the ratio of the width to the depth of the weld bead is less than 1.5, high-temperature cracks may occur in the weld joint of nickel steel, which limits its use as a welded structure. In addition, when the ratio of the width to the depth of the weld bead is less than 1.5, the impact toughness against the low temperature of the heat affected zone cannot be sufficiently secured, and there is a stability problem in the low temperature environment of the deep sea or the polar region. When the ratio of the width to the depth of the weld bead exceeds 3.0, a good shape of the weld bead cannot be obtained. In addition, when the ratio of the width to the depth of the weld bead exceeds 3.0, proper penetration cannot be ensured, the strength of the joint is weakened, and cracks are likely to occur.

또한, 상기 용접이음부는 균열 발생율이 5% 이하일 수 있다. 용접이음부의 균열 발생율은, 용접 실시 길이에 대한 비드 내부에 결함이 존재하는 길이의 퍼센트 비율로 도출할 수 있다. 용접이음부의 균열 발생율이 5%를 초과하는 경우에는 해양구조물, 교량, LNG 연료저장탱크 등에 활용될 경우, 응력에 의한 균열로 안전상의 문제가 발생할 수 있다.In addition, the weld joint may have a cracking rate of 5% or less. The crack occurrence rate of the weld joint can be derived as a percentage ratio of the length of the bead with defects to the length of the welding operation. If the crack occurrence rate of the welded joint exceeds 5%, safety problems may occur due to cracking due to stress when used in offshore structures, bridges, and LNG fuel storage tanks.

한편, 극저온 영역인 -196℃ 이하에서 용접구조물의 안정성을 확보하기 위해서는 100J 이상의 충격인성을 나타내는 용접열영향부의 확보가 필수적이다. 이에, 본 발명의 니켈강 용접방법에 따라 용접된 니켈강은 용접열영향부의 -196℃에서의 샤르피 충격에너지 값이 100J 이상일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 니켈강은 모재 자체와 동일 수준의 용접열영향부의 극저온 충격인성을 확보함으로써, -196℃ 이하에서 용접구조물의 안정성을 확보할 수 있다.On the other hand, in order to secure the stability of the welded structure at -196°C or lower, which is a cryogenic region, it is essential to secure a welded heat-affected zone that exhibits an impact toughness of 100J or more. Accordingly, the nickel steel welded according to the nickel steel welding method of the present invention may have a Charpy impact energy value of 100J or more at -196°C in the heat-affected zone of welding. Nickel steel according to an embodiment of the present invention secures the cryogenic impact toughness of the heat-affected zone at the same level as the base material itself, thereby securing the stability of the welded structure at -196° C. or less.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, it is necessary to note that the following examples are only intended to illustrate the present invention in more detail and are not intended to limit the scope of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by the matters described in the claims and matters reasonably inferred therefrom.

{실시예}{Example}

하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 니켈강과 용접재료를 준비하였다. 하기 표 1에 기재된 각 원소의 함량은 중량%를 기준으로 나타낸 것이다.Nickel steel and welding materials having the compositions shown in Table 1 were prepared. The content of each element shown in Table 1 below is expressed based on weight %.

CC SiSi MnMn NiNi PP SS 9%Ni강9% Ni steel 0.0460.046 0.250.25 0.660.66 9.29.2 0.00460.0046 0.00090.0009 5%Ni강5% Ni steel 0.0620.062 0.240.24 0.550.55 5.15.1 0.00250.0025 0.00070.0007 3.5%Ni강3.5% Ni steel 0.100.10 0.300.30 0.650.65 3.63.6 0.00530.0053 0.00050.0005 용접재료
(전용착금속)welding material
(Dedicated metal) 0.020.02 0.210.21 2.52.5 6262 0.00600.0060 0.00100.0010

표 1의 합금 조성을 가지는 두께 10 내지 20mm의 후판재를 제조하였다. 제조한 후판재에 대해 상기 용접재료를 이용하여 하기 표 2의 입열량과 용접 토치의 진동 주기 및 진동 폭에 따라, 가스 텅스텐 아크 용접을 실시하였다. A thick plate material having a thickness of 10 to 20 mm having an alloy composition of Table 1 was prepared. Gas tungsten arc welding was performed on the manufactured thick plate material according to the amount of heat input in Table 2 below and the vibration period and vibration width of the welding torch using the welding material.

그 밖의 용접조건은 전류: 300A, 전압: 30V, 용접속도: 10cm/min, 아르곤(Ar)가스 유량 16l/min이다. 하기 표 2는 용접을 실시한 강종, 강종 두께 및 용접 조건을 나타냈다.Other welding conditions are current: 300A, voltage: 30V, welding speed: 10cm/min, argon (Ar) gas flow rate 16l/min. Table 2 below shows the welded steel type, steel type thickness, and welding conditions.

강종steel grade 강종 두께
(mm)steel grade thickness
(mm) 진동 주기
(초)oscillation cycle
(candle) 진동 폭
(mm)vibration width
(mm) 용접 입열량
(kJ/mm)Welding heat input
(kJ/mm) 실시예 1Example 1 9%Ni강9% Ni steel 2020 1One 55 1010 실시예 2Example 2 9%Ni강9% Ni steel 2020 22 55 1212 실시예 3Example 3 9%Ni강9% Ni steel 2020 55 55 1818 실시예 4Example 4 9%Ni강9% Ni steel 2020 33 1010 1010 실시예 5Example 5 9%Ni강9% Ni steel 2020 1One 1515 1818 실시예 6Example 6 9%Ni강9% Ni steel 2020 33 1515 1515 실시예 7Example 7 9%Ni강9% Ni steel 2020 55 1515 2020 실시예 8Example 8 5%Ni강5% Ni steel 1515 22 55 1515 실시예 9Example 9 3.5%Ni강3.5% Ni steel 1515 33 1010 1010 실시예 10Example 10 9%Ni강9% Ni steel 1010 55 1010 1818 실시예 11Example 11 5%Ni강5% Ni steel 1010 55 1515 1414 비교예 1Comparative Example 1 9%Ni강9% Ni steel 2020 00 00 22 비교예 2Comparative Example 2 9%Ni강9% Ni steel 2020 00 00 55 비교예 3Comparative Example 3 9%Ni강9% Ni steel 2020 22 22 1010 비교예 4Comparative Example 4 9%Ni강9% Ni steel 2020 44 33 1515 비교예 5Comparative Example 5 9%Ni강9% Ni steel 2020 66 1One 1818 비교예 6Comparative Example 6 9%Ni강9% Ni steel 2020 77 55 1010 비교예 7Comparative Example 7 9%Ni강9% Ni steel 1515 88 1010 1212 비교예 8Comparative Example 8 5%Ni강5% Ni steel 1515 1010 55 1515 비교예 9Comparative Example 9 3.5%Ni강3.5% Ni steel 1515 22 22 1212 비교예 10Comparative Example 10 9%Ni강9% Ni steel 1515 55 1717 1717 비교예 11Comparative Example 11 9%Ni강9% Ni steel 1515 33 1818 1212 비교예 12Comparative Example 12 5%Ni강5% Ni steel 2020 22 1616 1212 비교예 13Comparative Example 13 3.5%Ni강3.5% Ni steel 2020 22 2020 1313

표 2를 살펴보면, 실시예 1 내지 11은 용접 입열량이 10kJ/mm 이상으로 고능률 용접을 실시했다. 또한, 실시예 1 내지 11은 용접 토치의 진동 주기를 5초 이하로 제어하였으며, 진동 폭은 5 내지 15mm로 제어하였다.Referring to Table 2, Examples 1 to 11 performed high-efficiency welding with a welding heat input of 10 kJ/mm or more. In addition, in Examples 1 to 11, the vibration period of the welding torch was controlled to 5 seconds or less, and the vibration width was controlled to 5 to 15 mm.

반면, 비교예 1 및 비교예 2는 용접토치를 진동하지 않고 용접 입열량이 각각 2kJ/mm, 5kJ/mm로 낮을 능률의 용접을 실시했다. On the other hand, Comparative Examples 1 and 2 did not vibrate the welding torch and the welding heat input was 2kJ/mm and 5kJ/mm, respectively, and welding was performed with low efficiency.

비교예 6 내지 8은 용접 토치의 진동 주기가 5초를 초과하여 용접되었다. 또한, 비교예 3 내지 5 및 비교예 9는 용접 토치의 진동 폭이 5mm 미만으로 용접되었고, 비교예 10 내지 13은 용접 토치의 진동 폭이 15mm를 초과하여 용접되었다.Comparative Examples 6 to 8 were welded in which the oscillation period of the welding torch exceeded 5 seconds. In addition, Comparative Examples 3 to 5 and Comparative Example 9 were welded with a vibration width of the welding torch less than 5 mm, and Comparative Examples 10 to 13 were welded with a vibration width of the welding torch exceeding 15 mm.

다음으로, 표 2의 실시예 및 비교예에 대하여 용접비드 폭의 균일성 여부를 관찰하였고, WGU-8M 용접 게이지(weld gauge)를 통해 용접비드 깊이에 대한 폭의 비를 측정했다. 또한, 표 2의 실시예 및 비교예에 대하여 용접이음부의 균열 발생율 및 용접열영향부의 저온인성을 측정했다.Next, for the Examples and Comparative Examples in Table 2, the uniformity of the weld bead width was observed, and the ratio of the width to the depth of the weld bead was measured using a WGU-8M weld gauge. In addition, the crack generation rate of the weld joint and the low-temperature toughness of the heat-affected zone were measured for Examples and Comparative Examples in Table 2.

용접이음부의 균열 발생율은, 용접 실시 길이에 대한 비드 내부에 결함이 존재하는 길이의 퍼센트 비율로 도출하였다. 용접열영향부의 저온인성은 KS규격(KS B 0801) 4호 시험편을 이용하여 9%Ni강은 -196℃, 5%Ni강은 -110℃, 3.5%Ni강은 -95℃에서 샤르피 충격시험(CVN)을 통해 평가하였다.The crack occurrence rate of the weld joint was derived as a percentage ratio of the length of the bead with defects to the length of the welding operation. The low-temperature toughness of the heat-affected zone was tested at -196°C for 9%Ni steel, -110°C for 5%Ni steel, and -95°C for 3.5%Ni steel using KS standard (KS B 0801) No. 4 specimens. (CVN) was evaluated.

하기 표 2는 용접비드 깊이에 대한 폭의 비, 용접비드 폭 균일성 여부, 용접이음부 균열 발생율 및 측정된 저온인성 값을 나타냈다. 용접비드의 폭이 균일한 경우에는 'O'로, 용접비드의 폭이 균일하지 않은 경우에는 'X'로 나타냈다.Table 2 below shows the ratio of the width to the depth of the weld bead, whether the width of the weld bead is uniform, the rate of cracking in the weld joint, and the measured low-temperature toughness values. When the width of the weld bead is uniform, it is indicated by 'O', and when the width of the weld bead is not uniform, it is indicated by 'X'.

구분division 용접비드 깊이에 대한 폭의 비Weld Bead Depth to Width Ratio 용접비드
폭 균일성weld bead
width uniformity 용접이음부
균열 발생율(%)weld joint
Crack occurrence rate (%) 용접열영향부 샤르피충격에너지 값(J)Welding heat affected zone Charpy impact energy value (J) 실시예 1Example 1 1.91.9 OO 00 134134 실시예 2Example 2 1.81.8 OO 00 143143 실시예 3Example 3 1.51.5 OO 00 121121 실시예 4Example 4 2.42.4 OO 00 187187 실시예 5Example 5 2.52.5 OO 00 124124 실시예 6Example 6 2.92.9 OO 00 128128 실시예 7Example 7 2.62.6 OO 00 131131 실시예 8Example 8 22 OO 00 113113 실시예 9Example 9 2.22.2 OO 00 9898 실시예 10Example 10 2.42.4 OO 00 132132 실시예 11Example 11 2.32.3 OO 00 110110 비교예 1Comparative Example 1 2.62.6 OO 00 200200 비교예 2Comparative Example 2 2.12.1 OO 00 150150 비교예 3Comparative Example 3 1.71.7 OO 00 2626 비교예 4Comparative Example 4 1.21.2 OO 55 2525 비교예 5Comparative Example 5 0.90.9 OO 1212 1717 비교예 6Comparative Example 6 1.81.8 XX 00 121121 비교예 7Comparative Example 7 1.91.9 XX 00 113113 비교예 8Comparative Example 8 2.12.1 XX 00 9898 비교예 9Comparative Example 9 1.61.6 OO 1One 2222 비교예 10Comparative Example 10 3.13.1 XX 00 131131 비교예 11Comparative Example 11 3.33.3 XX 00 140140 비교예 12Comparative Example 12 3.53.5 OO 00 110110 비교예 13Comparative Example 13 3.73.7 OO 00 9595

표 3을 살펴보면, 실시예 1 내지 9의 용접비드는 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 내지 3.0으로 형성되었고, 용접선 길이 방향으로 균일한 폭을 가지는 용접비드가 형성되었다. 또한, 실시예 1 내지 9는 용접열영향부의 샤르피 충격에너지 값이 100J 이상으로 측정되어, 극저온에서도 뛰어난 인성을 확보하였음을 확인할 수 있었다.Referring to Table 3, the weld bead of Examples 1 to 9 was formed to have a width-to-depth ratio of 1.5 to 3.0, and a weld bead having a uniform width in the longitudinal direction of the weld line was formed. In addition, in Examples 1 to 9, the Charpy impact energy value of the heat-affected zone of welding was measured to be 100J or more, and it was confirmed that excellent toughness was secured even at a cryogenic temperature.

비교예 1 및 비교예 2는 용접토치를 진동하지 않았지만, 용접 입열량이 10kJ/mm 이하의 조건에서 용접이 실시되어 건전한 용접이음부와 충분한 충격인성을 확보할 수 있었다.In Comparative Examples 1 and 2, although the welding torch did not vibrate, welding was performed under the condition that the amount of heat input was 10 kJ/mm or less, so that a sound weld joint and sufficient impact toughness could be secured.

반면에, 비교예 3 내지 5 및 비교예 9는 용접 토치 진동 폭이 5mm 미만으로 제어되어, 10kJ/mm 이상의 높은 용접 입열량으로 인해 용접비드의 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 미만으로 형성됐다. 또한, 비교예 3 내지 5 및 비교예 9는 용접이음부에 고온균열이 발생했으며, 용접열영향부의 충격인성을 충분히 확보할 수 없었다.On the other hand, in Comparative Examples 3 to 5 and Comparative Example 9, the welding torch vibration width was controlled to be less than 5 mm, and the ratio of the width to the depth of the weld bead was formed to be less than 1.5 due to the high welding heat input of 10 kJ/mm or more. In addition, in Comparative Examples 3 to 5 and Comparative Example 9, high-temperature cracks occurred in the weld joint, and the impact toughness of the heat-affected zone was not sufficiently secured.

비교예 10 내지 13은 용접 토치의 진동 폭을 15mm를 초과하여 용접비드의 깊이에 대한 폭의 비가 3.0을 초과하여, 용접비드의 형상이 불량했으며, 적절한 용입을 확보할 수 없었다.In Comparative Examples 10 to 13, the oscillation width of the welding torch exceeded 15 mm, and the ratio of the width to the depth of the weld bead exceeded 3.0, the shape of the weld bead was poor, and proper penetration could not be ensured.

비교예 6 내지 8은 용접 토치의 진동 주기가 5초를 초과하여, 용접비드의 폭이 용접선 길이 방향으로 서로 다르게 형성되어 건전한 용접선을 얻을 수 없었다.In Comparative Examples 6 to 8, the vibration period of the welding torch exceeded 5 seconds, and the width of the weld bead was formed differently in the longitudinal direction of the weld line, so that a sound weld line could not be obtained.

도 1은 상기 실시예와 비교예의 용접 토치의 진동 조건에 따른 특성을 분류하여 나타냈다. 도 1를 살펴보면, 용접 토치의 진동주기가 5초 이하이며, 용접 토치의 진동 폭이 5 내지 15mm인 경우 용접비드 형상이 양호하며, 용접열영향부의 높은 저온인성을 확보할 수 있었다.1 shows the characteristics according to vibration conditions of welding torches of Examples and Comparative Examples by classification. 1, when the vibration period of the welding torch is 5 seconds or less and the vibration width of the welding torch is 5 to 15 mm, the shape of the weld bead is good, and high low-temperature toughness of the heat-affected zone can be secured.

개시된 실시예에 따르면, 본 발명이 제시하는 조건으로 용접된 니켈강은 10kJ/mm 이상의 높은 용적 입열량으로 용접하더라도, 용접선에 따라 폭이 균일하게 용접비드가 형성됨과 동시에 용접 이음부의 균열이 발생하지 않고 용접열영향부의 뛰어난 충격인성을 확보할 수 있다.According to the disclosed embodiment, even when the nickel steel welded under the conditions presented by the present invention is welded with a high volumetric heat input of 10 kJ/mm or more, the weld bead is formed uniformly in width along the weld line and cracks in the weld joint do not occur at the same time. Excellent impact toughness of the heat-affected zone of welding can be secured.

상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.In the foregoing, exemplary embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and those of ordinary skill in the art may not depart from the concept and scope of the claims described below. It will be appreciated that various modifications and variations are possible.

Claims (13)

중량%로, C: 0.03 내지 0.3%, Si: 0.1 내지 2.0%, Mn: 0.3 내지 3.0%, Ni: 9.5% 이하(0은 제외), P: 0.01% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 니켈강을 마련하는 단계; 및
상기 니켈강을 용접 토치를 이용하여 용접이음부를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 용접 토치는 용접 진행 방향에 수직한 방향으로 진동하고, 진동의 폭은 5 내지 15mm인, 니켈강의 용접 방법.In wt%, C: 0.03 to 0.3%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.3 to 3.0%, Ni: 9.5% or less (excluding 0), P: 0.01% or less (excluding 0), S: 0.01 % or less (excluding 0), the remainder providing a nickel steel containing Fe and unavoidable impurities; and
Comprising the step of forming a welding joint using the nickel steel welding torch,
The welding torch vibrates in a direction perpendicular to the welding progress direction, and the width of the vibration is 5 to 15 mm, a welding method of nickel steel. 청구항 1에 있어,
상기 토치의 용접 입열량은 10kJ/mm 이상인, 니켈강의 용접 방법.The method according to claim 1,
The welding heat input of the torch is 10 kJ / mm or more, the welding method of nickel steel. 청구항 1에 있어,
상기 진동의 주기는 5초 이하인, 니켈강의 용접 방법.The method according to claim 1,
The period of the vibration is 5 seconds or less, the welding method of nickel steel. 삭제delete 청구항 1에 있어,
상기 용접이음부는 균열 발생율이 5% 이하인, 니켈강의 용접 방법.The method according to claim 1,
The welding joint has a crack occurrence rate of 5% or less, a welding method of nickel steel. 청구항 1에 있어,
상기 용접이음부는, 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 내지 3.0인 용접비드를 포함하는, 니켈강의 용접 방법.The method according to claim 1,
The welding seam, including a weld bead having a width to depth ratio of 1.5 to 3.0, a welding method of nickel steel. 청구항 1에 있어,
상기 니켈강은 Ni: 5 내지 9.5%를 포함하고,
용접열영향부의 -196℃에서의 샤르피 충격 에너지 값이 100J 이상인, 니켈강의 용접 방법.The method according to claim 1,
The nickel steel includes Ni: 5 to 9.5%,
A welding method of nickel steel, wherein the Charpy impact energy value at -196° C. of the heat-affected zone of welding is 100 J or more. 청구항 1에 있어,
상기 니켈강의 두께는 10 내지 20mm인, 니켈강의 용접 방법.The method according to claim 1,
The thickness of the nickel steel is 10 to 20mm, the welding method of nickel steel. 청구항 1에 있어,
상기 용접이음부를 형성하는 방법은, 가스 텅스텐 아크 용접, 서브머지드 아크 용접, 피복 아크 용접, 가스 금속 아크 용접, 플러스 코어드 아크용접, 플라즈마 아크 용접 중 어느 하나인, 니켈강의 용접 방법.The method according to claim 1,
The method of forming the weld joint is any one of gas tungsten arc welding, submerged arc welding, covered arc welding, gas metal arc welding, plus cored arc welding, and plasma arc welding, a welding method of nickel steel. 중량%로, C: 0.03 내지 0.3%, Si: 0.1 내지 2.0%, Mn: 0.3 내지 3.0%, Ni: 9.5% 이하(0은 제외), P: 0.01% 이하(0은 제외), S: 0.01% 이하(0은 제외), 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물;및
용접이음부를 포함하고,
상기 용접이음부는 깊이에 대한 폭의 비가 1.5 내지 3.0인 용접비드를 포함하고, 용접열영향부의 -196℃에서의 샤르피 충격 에너지 값이 100J 이상인, 니켈강.In wt%, C: 0.03 to 0.3%, Si: 0.1 to 2.0%, Mn: 0.3 to 3.0%, Ni: 9.5% or less (excluding 0), P: 0.01% or less (excluding 0), S: 0.01 % or less (excluding zero), the remainder being Fe and unavoidable impurities; and
including a welded joint;
The weld joint includes a weld bead having a width to depth ratio of 1.5 to 3.0, and a Charpy impact energy value at -196° C. of the weld heat affected zone is 100J or more, nickel steel. 청구항 10에 있어,
상기 용접이음부는 균열 발생율이 5% 이하인, 니켈강.11. The method of claim 10,
The weld joint has a crack occurrence rate of 5% or less, nickel steel. 청구항 10에 있어,
상기 니켈강은 Ni: 5 내지 9.5%를 포함하는, 니켈강.11. The method of claim 10,
The nickel steel includes Ni: 5 to 9.5%, nickel steel. 청구항 10에 있어,
10 내지 20mm의 두께로 마련되는, 니켈강.11. The method of claim 10,
Provided with a thickness of 10 to 20 mm, nickel steel.
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