KR20190006044A - Welded joint with excellent ctod properties in welding heat affected zone - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a welded joint obtained by multilayer steel welding. When the welding heat affected zone formed by the welding is distinguished into upper, central, and lower regions along the thickness direction of the steel, the central region is formed solely of a fine grain heat affected zone (FGHAZ) and the upper and lower regions include a coarse grain heat affected zone (CGHAZ). According to the welded joint with excellent CTOD properties in a welding heat affected zone and a method for manufacturing the same of the present invention, a welding wire angle and a bead overlapping length can be appropriately controlled during multilayer welding of very thick steel, and thus the welded joint improved in terms of CTOD properties in a welding heat affected zone and the method for manufacturing the same can be provided.

Description

용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부{WELDED JOINT WITH EXCELLENT CTOD PROPERTIES IN WELDING HEAT AFFECTED ZONE}[0002] Welded joints having excellent CTOD characteristics in welding heat affected part [

본 발명은 용접 열영향부 CTOD(Crack Tip Opening Displacement; 균열 선단 개구 변위) 특성이 우수한 용접부 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 극후물 강재의 다층 용접시 용접 와이어 각도 및 비드겹침길이를 제어함으로써 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부 및 그 제조방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a welding portion having excellent CTOD (Crack Tip Opening Displacement) characteristic of a welding heat affected portion and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a welding portion having a welding wire angle and a bead overlap length And a method of manufacturing the welded portion.

최근, 컨테이너선의 대형화에 따라 고강도, 극후물 조선용강의 적용이 증가하고 있다. 이러한 극후물 강재를 적용한 대형 선박의 경우, 운영 중의 외부응력이나 지속적인 피로환경에 의해 강재 내부나 특히 용접부에 작은 결함이라도 발생된다면 단시간 내에 선체 파단에 이를 수 있는 취성 균열전파의 위험성을 항상 가지게 된다. In recent years, the application of high-strength, ultrafine-grained shipbuilding steels has been increasing as container ships become larger. In case of large ships using such superfine steel, if there are small defects in the steel or in the welds due to the external stress or continuous fatigue environment during operation, there is always a risk of brittle crack propagation that can lead to hull fracture in a short time.

따라서, 이와 같은 취성 균열전파의 위험성을 사전에 예방하고자 노르웨이독일선급(DNVGL)을 비롯한 대형 선급에서는 극후물 강재 적용시 용접부에서의 크랙(Crack) 개시를 방지하기 위해 용접 열영향부와 용접금속에 CTOD특성을 요구하고 있다.Therefore, in order to prevent the risk of such brittle crack propagation in advance, large ships such as DNVGL (Norwegian Society of Naval Architects) CTOD characteristics are required.

한편, 두꺼운 판재의 용접을 위해서 조선업계는 용접효율이 우수한 서브머지드 아크용접(Submerged Arc Welding; SAW)과 다양한 각도에서 우수한 용접 작업성을 가지고 있는 플럭스코어드 아크용접(Flux Cored Arc Welding; FCAW)을 주로 적용하고 있다. 그리고, 극후물 강재의 용접을 위해서는 주로 다층 용접(Multi-pass welding)이 적용되고 있다. 상기 다층 용접은 각 패스당 용접입열이 낮아 대입열 용접법에 비해 용접금속부나 열영향부의 강도나 인성이 우수하다는 장점을 가지고 있다.  Meanwhile, for the welding of thick plates, the shipbuilding industry has developed submerged arc welding (SAW) with excellent welding efficiency and Flux Cored Arc Welding (FCAW) ) Are mainly applied. In addition, multi-pass welding is mainly applied for the welding of the superfine steel material. The multi-layer welding has an advantage that the heat input of each pass is low and the strength and toughness of the weld metal portion and the heat affected portion are excellent as compared with the batch heat welding method.

예컨대, 특허문헌 1에는 질량％로 Cr:1.5~3.5%, Mo:0.5~1.5%, V:0.15~0.5%를 함유하는 구조용 강재의 용접방법으로서, 다층용접을 사용하는 방법이 공지되어 있다.For example, Patent Document 1 discloses a method of using multi-layer welding as a method of welding a structural steel material containing 1.5 to 3.5% of Cr, 0.5 to 1.5% of Mo, and 0.15 to 0.5% of V in mass%.

그러나, 다층 용접시에도 용접금속과 모재의 경계선인 용융선(Fusion line)과 인접한 부분에서 용접입열에 의해 모재의 결정립이 성장하고, 이 부분에서의 냉각속도가 상대적으로 빨라 저온변태조직이 주로 생성된 조립 열영향부(Coarse grain HAZ; CGHAZ)가 형성된다. 이렇게 형성된 CGHAZ은 CTOD 특성 열화의 원인이 되므로, 용접 열영향부의 미세조직 제어가 필요한 실정이다.However, even in the case of multi-layer welding, the crystal grains of the base material grow due to the welding heat input at the portion adjacent to the fusion line, which is the boundary line between the welding metal and the base metal, and the cooling rate at this portion is relatively fast, The coarse grain HAZ (CGHAZ) is formed. The CGHAZ thus formed causes deterioration of the CTOD characteristics, and therefore microstructure control of the weld heat affected zone is required.

한국 공개특허공보 제10-2014-0142226호Korean Patent Publication No. 10-2014-0142226

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해, 극후물 강재의 다층용접시 용접와이어 각도 및 비드겹침길이를 적절히 제어함으로써 용접열영향부 CTOD 특성이 향상된 용접부 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a welded portion having improved CTOD characteristics of a welding heat affected portion by appropriately controlling a welding wire angle and a bead overlapping length in multi-layer welding of a superfine steel material to solve such a conventional problem, and a manufacturing method thereof .

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 강재를 다층 용접하여 얻어지는 용접부에 있어서, 상기 용접에 의해 형성되는 용접 열영향부를 상기 강재를 두께 방향을 따라 상부영역, 중심영역 및 하부영역으로 구분하였을 때, 상기 중심영역은 세립영역(Fine Grain Heat Affected Zone; FGHAZ) 단독으로 구성되고, 상기 상부영역 및 하부영역은 조립영역(Coarse Grain Heat Affected Zone; CGHAZ)을 포함하는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that, in a welded portion obtained by multi-layer welding a steel material, the welded heat affected portion formed by the welding is divided into an upper region, a central region and a lower region along the thickness direction And the upper region and the lower region are weld heat affected zone CTOD characteristics including a Coarse Grain Heat Affected Zone (CGHAZ) Provide excellent welds.

상기 상부영역, 중심영역 및 하부영역의 길이는 하기의 관계식 (1) 내지 (3)을 만족한다.The lengths of the upper region, the central region, and the lower region satisfy the following relational expressions (1) to (3).

0.2 × T < H1 < 0.5 × T --- (1)0.2 x T < H 1 < 0.5 x T - (1)

0 < H2 ≤ 0.3 × T --- (2) 0 < H 2 ? 0.3 T - (2)

0.2 × T < H3 < 0.5 × T --- (3)0.2 x T <H 3 <0.5 × T --- (3)

단, 상기 관계식 (1) 내지 (3)에서 T는 강재의 두께를 나타내고, H1 내지 H3은 각각 상부영역, 중심영역 및 하부영역의 길이(강재 두께방향 기준)를 나타낸다.In the above relational expressions (1) to (3), T denotes the thickness of the steel material, and H 1 to H 3 denote the lengths of the upper region, the central region and the lower region.

상기 중심영역을 구성하는 FGHAZ는 선행패스 용접에 의해 형성된 CGHAZ이 상기 선행용접 패스와 직접 접촉되는 후행패스 용접에 의해 재가열되어 형성될 수 있고, 상기 CGHAZ 대비 상대적으로 작은 크기를 갖는 결정립으로 구성될 수 있다.The FGHAZ constituting the central region can be formed by reheating the CGHAZ formed by the preceding pass welding by the rear pass welding in which the CGHAZ is in direct contact with the preceding welding pass and can be composed of a crystal having a relatively small size as compared with the CGHAZ have.

상기 상부영역 및 하부영역은 FGHAZ을 더 포함할 수 있다.The upper region and the lower region may further include FGHAZ.

상기 중심영역의 적어도 일부는 상기 강재 두께 중심선 상에 배치될 수 있다.At least a portion of the central region may be disposed on the steel thickness centerline.

상기 강재는 50mm ~ 200mm의 두께를 갖는 극후물 강재일 수 있다.The steel may be a very fine steel having a thickness of 50 mm to 200 mm.

본 발명에 따르면, 극후물 강재에 적용되는 다층용접시 용접와이어 각도 및 비드겹침길이를 적절히 제어하여 용접 열영향부의 중심영역(강재 두께 방향 기준)에서의 결정립 조직을 CGHAZ에서 상대적으로 CTOD특성이 우수한 FGHAZ로 변태시킴으로써 용접 열영향부 CTOD특성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to appropriately control the angle of the welding wire and the bead overlap length in the multi-layer welding applied to the superfine steel material, so that the crystal grain structure in the center region (based on the steel thickness direction) By transforming to FGHAZ, the CTOD characteristics of the weld heat affected zone can be improved.

도 1은 종래의 방법에 따라 다층 용접된 강재 및 용접부의 단면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 다층 용접된 강재 및 용접부의 단면 모식도이다.
도 3은 용접 와이어를 이용하여 용접비드를 형성하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 4는 실시예 1에 따라 용접된 중간영역의 용접 열영향부 및 이에 접하여 형성된 용접비드를 나타내는 사진이다.1 is a cross-sectional schematic diagram of a multi-layer welded steel and weld according to a conventional method.
2 is a cross-sectional schematic diagram of a multi-layer welded steel and weld according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing a process of forming a weld bead using a welding wire.
4 is a photograph showing a welding heat affected zone of an intermediate region welded according to the first embodiment and a weld bead formed in contact therewith.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.

본 발명자들은 극후물 강재의 다층용접 공정에 있어서 CTOD 특성을 확보하고자 연구를 거듭한 결과, 용접 열영향부 CTOD특성에 가장 큰 영향을 미치는 부분이 용접 열영향부의 중심 부근(강재 두께방향 기준) 임을 확인하고, 상기 중심 부근에서 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 용접와이어 각도 및 비드겹침 길이를 조절함으로써 용접 열영향부의 CTOD 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다. As a result of repeated studies to secure CTOD characteristics in the multi-layer welding process of ultra-fine steel, the present inventors have found that the portion that has the greatest influence on the CTOD characteristics of the weld heat affected portion is the vicinity of the center of the weld heat affected portion And the CTOD characteristics of the weld heat affected zone can be improved by adjusting the angle of the welding wire and the bead overlap length when forming the weld bead in contact with the steel material in the vicinity of the center.

먼저, 용접 열영향부 CTOD 특성에 영향을 미치는 부분을 확인하는 과정에 대해 도 1을 참조하여 구체적으로 살펴본다. 상기 도 1에는 종래의 방법에 따라 다층용접에 의해 용접된 극후물 강재 및 용접부 단면이 모식적으로 도시되어 있다. 다만, 상기 도 1에는 다층용접에 의해 여러 층으로 쌓인 용접비드는 도시되어 있지 않다. First, a process of confirming a portion that affects the CTOD characteristics of the welding heat affected portion will be described in detail with reference to FIG. FIG. 1 schematically shows a cross section of a superfine steel material welded by multi-layer welding according to a conventional method and a welded section. However, in FIG. 1, weld beads stacked in layers by multi-layer welding are not shown.

일반적으로, 극후물 강재 용접시에는 싱글 베벨 그루브(Single bevel groove, レ형 홈) 또는 K-그루브(K-Groove, K형 홈)가 많이 적용되며, 도 1에는 싱글 베벨 그루브로 가공된 강재가 도시되어 있다In general, single bevel grooves or K-grooves (K-grooves) are applied to the case of welding of ultra-fine steel materials. In FIG. 1, a steel material processed into a single bevel groove Is shown

구체적으로 용접 열영향부 CTOD 특성을 알아보기 위하여, 우선 싱글 베벨 그루브로 가공된 극후물 강재(10)에 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding; SAW) 또는 플럭스코어드 아크용접(Flux Cored Arc Welding; FCAW) 방식으로 다층용접을 실시한다. 이어서, 상기 용접에 의해 생성된 용접 열영향부 영역 내에 노치(30)를 가공하여 피로균열을 생성시킨 후, 벤딩시험기에 의해 소정의 온도로 냉각된 시험편의 CTOD 특성을 평가한다. 이때, 상기 노치(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 용융선(31) 약 5mm이내에 강재 두께방향으로 생성하였다.In order to investigate the CTOD characteristics of the weld heat affected zone, first, a submerged arc welding (SAW) or a flux cored arc welding 0.0 &gt; FCAW) &lt; / RTI &gt; Then, the notch 30 is machined in the weld heat affected zone created by the welding to generate fatigue cracks, and then the CTOD characteristics of the specimen cooled to a predetermined temperature are evaluated by a bending tester. At this time, as shown in FIG. 1, the notch 30 is formed in a thickness direction of the steel within about 5 mm of the melting line 31.

이러한 CTOD 특성 시험 시에는 피로균열(30) 부분에서 크랙(Crack) 발생이 개시되는 것이 일반적이다. 그리고, 상기 피로균열(30)의 선단에 특별한 결함이 존재하지 않는 경우, 통상 크랙의 개시점은 삼축응력작용 등에 의해 표면부(강재 두께방향 기준) 대비 응력이 크게 걸리게 되는 용접 열영향부의 중심부(강재의 두께방향 기준) 부근에서 시작된다. 즉, 노치선(30)과 강재 두께 중심선(검은색 가로방향 점선)이 교차하는 M 지점 부근이 용접 열영향부의 크랙 개시점이 될 수 있다. 따라서, 용접 열영향부의 CTOD 특성을 향상시키기 위해서는, 크랙의 개시점인 M지점 부근의 특성 제어가 중요하다고 할 수 있다. Generally, cracks are initiated in the fatigue crack 30 at the time of testing the CTOD characteristics. When there is no special defect at the tip of the fatigue crack 30, the starting point of the crack is usually the center portion of the weld heat affected portion (the stress is applied to the surface portion The thickness direction of the steel material). That is, the vicinity of point M where the notch line 30 and the steel material thickness center line (black horizontal dashed line) intersect can be a crack starting point of the weld heat affected zone. Therefore, in order to improve the CTOD characteristic of the weld heat affected zone, characteristic control near the M point, which is the starting point of the crack, is important.

그리고, 상기 노치선(30) 상에 용접 열영향부에서 인성이 가장 열위한 CGHAZ가 존재할 경우, 용접 열영향부 CTOD 특성 평가시 크랙 개시에 취약하게 된다.If there is CGHAZ on the notch line 30 for the most toughness in the weld heat affected zone, it becomes vulnerable to crack initiation in the evaluation of the CTOD characteristics of the weld heat affected zone.

이러한 점들을 고려하여, 본 발명자들은 용접 열영향부의 CTOD 특성 향상을 위해서, 크랙의 개시점이 위치할 수 있는 용접 열영향부의 중심부(강재 두께방향 기준) 부근에 CGHAZ이 생성되지 않도록 미세조직을 제어할 필요가 있음을 인지하였다. Taking these points into consideration, the inventors of the present invention have found that, in order to improve the CTOD characteristics of the weld heat affected zone, the microstructure is controlled so that CGHAZ is not generated in the vicinity of the central portion (based on the thickness direction of the steel material) It was recognized that there was a need.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부에 대해 구체적으로 살펴본다. 상기 도 2에는 본 발명의 일실시예에 따라 다층용접에 의해 용접된 극후물 강제 및 용접부 단면이 모식적으로 도시되어 있다.Hereinafter, with reference to FIG. 2, a welded portion having excellent CTOD characteristics of the weld heat affected portion according to the present invention will be described in detail. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a cross-section of a steel body and a welded portion welded by multi-layer welding according to an embodiment of the present invention.

구체적으로, 본 발명의 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부는 강재(10)를 다층 용접하여 얻어지는 것으로, 상기 용접에 의해 형성되는 용접 열영향부를 상기 강재(10)의 두께 방향을 따라 상부영역(23), 중심영역(24) 및 하부영역(25)으로 구분하였을 때, 상기 중심영역(24)은 세립영역(Fine Grain Heat Affected Zone; FGHAZ) 단독으로 구성되고, 상기 상부영역(23) 및 하부영역(25)은 조립영역(Coarse Grain Heat Affected Zone; CGHAZ)을 포함하는 것을 특징으로 한다.Specifically, the welded portion having excellent CTOD characteristics of the weld heat affected portion of the present invention is obtained by multi-layer welding of the steel material 10. The welded heat affected portion formed by the welding is divided into an upper region ( 23, the central region 24 and the lower region 25, the central region 24 is composed of a fine grain heat affected zone (FGHAZ) alone, and the upper region 23 and the lower region 25 The region 25 is characterized by including a Coarse Grain Heat Affected Zone (CGHAZ).

상기 중심영역(24)을 구성하는 FGHAZ는 선행패스 용접에 의해 형성된 CGHAZ이 상기 선행용접 패스와 직접 접촉되는 후행패스 용접에 의해 재가열되어 형성될 수 있고, 상기 CGHAZ 대비 상대적으로 작은 크기를 갖는 결정립으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 다층 용접 과정에서 후행패스 용접시의 열영향에 의해 선행패스 용접부의 일부 조직이 변태되는데, 이 때 선행패스 용접시 형성되었던 열 용융선(31) 근방의 CGHAZ 조직이 후행패스 용접에 의해 재가열되어 FGHAZ으로 변태될 수 있다. 상기 FGHAZ는 조대 결정립으로 구성된 CGHAZ이 Ac3 변태점 이상으로 재가열되어 재결정화된 미세 결정립 영역으로, 인성 등 기계적 성질이 우수하다.The FGHAZ constituting the central region 24 can be formed by reheating the CGHAZ formed by the preceding pass welding by the post-pass welding in direct contact with the preceding welding pass, and the grains having a relatively smaller size than the CGHAZ Lt; / RTI &gt; Particularly, in the multi-layer welding process, a part of the structure of the preceding pass welded portion is transformed by the heat effect at the time of the posterior pass welding. At this time, the CGHAZ structure in the vicinity of the hot melt line 31, Reheated and transformed into FGHAZ. The FGHAZ is a recrystallized microcrystalline region where CGHAZ composed of coarse grains is reheated to an Ac3 transformation point or higher and has excellent mechanical properties such as toughness.

상기한 바와 같은 CGHAZ에서 FGHAZ로의 조직 변태는 도 2에 도시된 미제조직 제어영역(22)(노란색 표시부분-)에서의 용접조건을 조절함으로써 가능한 것인데, 상기 용접조건에 대해서는 후술할 「용접부의 제조방법」에 구체적을 명시되어 있다.The texture transformation from CGHAZ to FGHAZ as described above is possible by controlling the welding conditions in the non-microorganism control region 22 (yellow indication portion-) shown in Fig. 2. The welding conditions are described in &quot; Method ".

다만, 미세조직 제어영역(22)이 넓을수록 작업자의 세밀한 작업을 요구하여 작업시간이 증가하고 용접공의 수가 증가하는 문제점을 가지게 되므로, 상기 미세조직 제어영역(22)의 길이(강재 두께방향 기준)는 강재의 두께 대비 30%이하인 것이 바람직하다. 또한, 크랙 개시점이 존재할 수 있는 두께 중심선(40) 부근에는 가능한 한 CGHAZ가 존재하지 않는 것이 바람직하다..However, as the microstructure control area 22 is wider, it requires more detailed work by the operator, which increases the work time and increases the number of welders. Therefore, the length of the micro structure control area 22 (on the basis of the steel thickness direction) Is preferably 30% or less of the thickness of the steel material. In addition, it is preferable that CGHAZ is not present in the vicinity of the thickness center line 40 where a crack initiation point may exist.

이에, 상기 상부영역(23), 중심영역(24) 및 하부영역(25)의 길이는 하기의 관계식 (1) 내지 (3)을 만족하는 하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the lengths of the upper region 23, the central region 24, and the lower region 25 satisfy the following relational expressions (1) to (3).

0.2 × T < H1 < 0.5 × T --- (1)0.2 x T < H 1 < 0.5 x T - (1)

0 < H2 ≤ 0.3 × T --- (2) 0 < H 2 ? 0.3 T - (2)

0.2 × T < H3 < 0.5 × T --- (3)0.2 x T <H 3 <0.5 × T --- (3)

단, 상기 관계식 (1) 내지 (3)에서 T는 강재의 두께를 나타내고, H1 내지 H3은 각각 상부영역, 중심영역 및 하부영역의 길이(강재 두께방향 기준)를 나타낸다.In the above relational expressions (1) to (3), T denotes the thickness of the steel material, and H 1 to H 3 denote the lengths of the upper region, the central region and the lower region.

상기 중심영역(24)의 적어도 일부가 상기 강재 두께 중심선(40) 상에 배치될 수 있으며, 더욱 바람직하게 상기 상기 두께 중심선 연장선(40) 상에는 CGHAZ 없이 FGHAZ 조직만 배치될 수 있다.At least a portion of the central region 24 may be disposed on the steel wall centerline 40 and more preferably only the FGHAZ structure may be disposed without CGHAZ on the thickness centerline extension line 40. [

한편, DNVGL을 비롯한 선급에서는 용접 열영향부 CTOD평가시 노치선(30) 상에 CGHAZ 조직의 분율을 15%이상 포함해야 한다는 규정이 있다. 본 발명에서 상기 CGHAZ는 용접 열영향부의 상부영역(23) 및 하부영역(25)에만 존재하는 조직으로, 이들 영역에서 최소한 15%의 CGHAZ 분율이 확보되면 상기 영역들 내의 나머지 부분에서는 FGHAZ 및 CGHAZ이 공존하도록 변태시킴으로써 선급규격에 적합하며 우수한 용접 열영향부 CTOD 특성을 나타내는 용접부를 제작할 수 있다. 즉, 상기 상부영역(23) 및 하부영역(25)은 CGHAZ 이외에 FGHAZ을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 FGHAZ은 필요에 따라 적절한 분율로 포함될 수 있고, 상기 영역들 내에서 연속적으로 또는 불연속적으로 포함될 수 있다.On the other hand, in DNVGL and other classifications, it is stipulated that the fraction of the CGHAZ structure should be at least 15% on the notch line (30) when evaluating the CTOD of the welding heat affected part. In the present invention, the CGHAZ is a structure existing only in the upper region 23 and the lower region 25 of the weld heat affected portion. When a CGHAZ fraction of at least 15% in these regions is secured, FGHAZ and CGHAZ By transforming the welded joints to coexist, it is possible to manufacture a welded part which is suitable for the class standard and exhibits excellent CTOD characteristics of welded heat affected part. That is, the upper region 23 and the lower region 25 may further include FGHAZ in addition to CGHAZ. At this time, the FGHAZ may be contained in an appropriate fraction as necessary, and may be continuously or discontinuously included in the regions.

본 발명에 따라 제공되는 용접부는 50mm ~ 200mm의 두께를 갖는 극후물 강재에 바람직하게 적용될 수 있다. 상기 용접부는 우수한 용접 열영향부 CTOD 특성을 나타내므로, 본 발명의 용접부를 구비하는 용접 구조체는 취성 파괴의 위험이 현저히 줄어들 수 있다.The weld provided in accordance with the present invention is preferably applicable to extreme-gauge steels having a thickness of 50 mm to 200 mm. Since the welds exhibit excellent weld heat affected zone CTOD properties, the risk of brittle fracture can be significantly reduced in welded structures comprising welds of the present invention.

상기한 바와 같은 용접부의 제작을 위해서는 용접 열영향부의 중심영역(24)에 FGHAZ 단독으로 구성된 미세조직이 필요하며, 본 발명에서는 이러한 미세조직 제어를 위해 다층용접시의 적층방법을 제어함으로써 이를 달성할 수 있다.In order to manufacture the welded portion as described above, a microstructure composed of FGHAZ alone is required in the central region 24 of the weld heat affected zone. In the present invention, this is accomplished by controlling the stacking method in the multi-layer welding for controlling the microstructure .

구체적으로, 본 발명에 따른 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부의 제조방법은 강재를 다층 용접하여 용접부를 얻는 방법으로서, 상기 강재를 두께 방향을 따라 상부영역, 중심영역 및 하부영역으로 구분하였을 때, 상기 중심영역에서 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 용접와이어 각도를 0° ~ 10°범위로 제어하고, 상기 용접비드(A)와 상기 용접비드(A) 다음에 형성되는 용접비드(B)의 비드겹침 길이는 용접비드 폭의 1/2 이하(0mm는 제외)로 조절하는 것을 특징으로 한다.Specifically, a method of manufacturing a welded portion having excellent CTOD characteristics of a heat-affected portion according to the present invention is a method of obtaining a welded portion by welding a steel material in multiple layers. When the steel material is divided into an upper region, a central region, Wherein the angle of the welding wire is controlled in the range of 0 ° to 10 ° when forming the weld bead in contact with the steel material in the central region and the bead of the weld bead (B) formed next to the weld bead (A) The overlap length is controlled to be not more than 1/2 of the weld bead width (except for 0 mm).

도 3에는 용접 와이어를 이용하여 용접비드를 형성하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다. 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 용접부 제조방법에 대해 좀 더 구체적으로 살펴본다.FIG. 3 schematically shows a process of forming a welding bead by using a welding wire. 3, a method of manufacturing a welded portion according to the present invention will be described in more detail.

상기 용접 와이어의 각도가 증가하면 용접비드과 용융선의 접촉면적이 커져 용접비드의 높이가 증가하게 되고, 이로 인해 CGHAZ 분율이 증가한다. 이에, 본 발명에서는 상기 용접 와이어 각도를 10°이내로 제한한다. 또한, 상기 와이어 각도가 0° ~ 10° 범위 내에서 0°에 가까울수록 와이어가 용융면과 평행하게 위치하기 때문에 용접비드와 용융선의 접촉면적이 줄어들어 CGHAZ분율이 저감된다.As the angle of the welding wire increases, the contact area between the welding bead and the welding wire becomes larger, thereby increasing the height of the weld bead. As a result, the CGHAZ fraction increases. Accordingly, in the present invention, the angle of the welding wire is limited to within 10 degrees. Further, since the wire is positioned in parallel with the melting surface as the wire angle approaches 0 ° within the range of 0 ° to 10 °, the contact area between the weld bead and the melting wire is reduced and the CGHAZ fraction is reduced.

그리고, 비드겹침길이는 용융선과 접하여 형성된 용접비드(A)와 상기 용접비드(A) 다음에 용접된 용접비드(B)가 겹쳐지는 길이를 나타내는 것으로, 이때의 겹침길이가 증가하게 되면 용접비드(A)의 위에 적층되는 후행패스 용접비드(C)의 높이가 높아지고, 겹침길이가 감소하게 되면 용접비드(C)의 높이가 낮아진다. 이때, 상기 용접비드(C)의 높이가 낮을수록 CGHAZ분율은 감소하게 된다. The bead overlap length indicates the length of overlap of the weld bead A formed in contact with the melt wire and the weld bead B welded after the weld bead A. When the overlap length is increased at this time, A, the height of the trailing pass weld bead C increases, and when the overlap length decreases, the height of the weld bead C decreases. At this time, the CGHAZ fraction decreases as the height of the weld bead (C) decreases.

이에 본 발명에서는, 상기 중심영역(24)에서 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 용접 와이어 각도를 0° ~ 10°로 제한하고, 비드겹침길이를 용접비드 폭의 1/2 이하로 제한함으로써 강재 중심부 부근에서의 CGHAZ분율을 최소화하였다. Therefore, in the present invention, the welding wire angle is limited to 0 ° to 10 ° at the time of forming the weld bead in contact with the steel material in the central region 24, and the bead overlap length is limited to 1/2 or less of the weld bead width, The CGHAZ fraction was minimized.

상기 용접비드는 복수개가 연속적으로 적층되어 상기 강재와 접하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 용접 와이어 각도 및 비드겹침길이를 조절하여 용접비드를 형성한 용접금속 영역(22)은 용접 열영향부의 미세조직을 제어하기 위해 형성되는 영역이므로, 본 명세서에서는 상기 용접금속 영역(22)을 미세조직 제어영역(22)이라 명명하였고, 도 2에 노란색 부분으로 표시되어 있다. 그리고, 용접부(20)에서 상기 미세조직 제어영역(22)을 제외한 영역을 미세조직 비제어영역(21)이라 명명한다.A plurality of the welding beads may be continuously laminated and contacted with the steel material. Since the weld metal area 22 forming the weld bead by adjusting the welding wire angle and the bead overlap length is an area formed to control the microstructure of the weld heat affected zone, Labeled microstructure control region 22, and is indicated by a yellow portion in FIG. A region of the welded portion 20 excluding the microstructure control region 22 is referred to as a microstructure-uncontrolled region 21.

그리고, 상술한 바와 같은 미세조직 제어영역(22)에서의 용접비드 형성에 의해 상기 중심영역(24)의 결정립 크기가 세립화될 수 있고, 이렇게 해서 용접 열영향부 중심부 부근에 FGHAZ 단독으로 구성된 되는 중심영역(24)이 형성될 수 있다.The grain size of the central region 24 can be made fine by the formation of the weld bead in the microstructure control region 22 as described above and thus the FGHAZ is formed only in the vicinity of the center of the weld heat affected zone The central region 24 can be formed.

또한, 상기 상부영역(23) 및 하부영역(25)은 CGHAZ 이외에 FGHAZ을 더 포함할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명에서는 상기 상부영역 및 하부영역의 일부에서도 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 상기 용접와이어 각도(0°~ 10°) 및 비드겹침길이(용접비드 폭의 1/2 이하) 조건으로 용접을 실시할 수 있다.In order to further include the FGHAZ in the upper region 23 and the lower region 25 in addition to the CGHAZ, in the present invention, at the time of forming the weld bead in contact with the steel material in the upper region and the lower region, Welding can be performed under the conditions of an angle (0 ° to 10 °) and a bead overlap length (½ or less of the weld bead width).

이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these embodiments.

실시예 1Example 1

먼저, 싱글베벨 그루브(Single bevel groove)로 가공된 100mm 두께의 강재를 준비하고, 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding; SAW)을 통해 다층 용접을 실시하였다. First, a 100 mm thick steel material machined with a single bevel groove was prepared, and multi-layer welding was performed through Submerged Arc Welding (SAW).

이때, 상기 강재를 두께 방향을 따라 상부영역 32.5mm, 중심영역 21mm 및 하부영역 46.5mm로 구분하고, 상기 중심영역에서 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 용접 와이어 각도 0°, 비드폭 15mm, 비드겹침길이 7mm 조건으로 용접비드를 형성하였다. 이렇게 해서 용접 열영향부의 중심영역은 CGHAZ가 존재하지 않는 FGHAZ 조직으로 구성되었다.At this time, the steel material is divided into an upper region of 32.5 mm, a center region of 21 mm and a lower region of 46.5 mm along the thickness direction, and a welding wire angle of 0 °, a bead width of 15 mm, And weld beads were formed under the conditions of a length of 7 mm. Thus, the central region of the weld heat affected zone was composed of the FGHAZ structure without CGHAZ.

단, 상기 상부영역 및 하부영역은 용접 와이어 각도 7°, 비드폭 15mm, 비드겹침길이 10mm 조건으로 용접비드를 형성하였으며, 이들 영역에서는 CGHAZ 및 FGHAZ이 공존하는 결정 조직을 나타내었다 However, weld beads were formed in the upper and lower regions under the conditions of a welding wire angle of 7 °, a bead width of 15 mm, and a bead overlap length of 10 mm, and CGHAZ and FGHAZ coexisted in these regions

실시예 2,3 및 비교예 1 내지 7Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 to 7

상기 중심영역에서 상기 강재와 접하는 용접비드 형성시 상기 와이어 각도, 비드폭, 비드겹침길이 및 중심영역 길이(강재 두께 방향 기준)를 하기의 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 다층용접을 실시하였다.The same as in Example 1 except that the wire angle, the bead width, the bead overlap length and the central region length (on the basis of the steel thickness direction) were adjusted as shown in Table 1 below when forming the weld bead in contact with the steel material in the center region Multi - layer welding was carried out.

< 용접 열영향부의 CTOD 특성 평가 방법 ><Method of evaluating CTOD characteristics of welding heat affected part>

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 7에 따라 다층용접을 실시한 후, 도 2에 도시된 노치선(30) 위치(용융선에서 강재 쪽으로 5mm 지점)에 강재 두께방향으로 노치를 만든 후, -10℃에서 CTOD 시험기를 이용하여 용접금속 CTOD 값을 측정하고, 그 결과를 하기의 표 1에 나타내었다. After performing the multi-layer welding in accordance with Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 7, a notch was made in the steel thickness direction at the position of the notch line 30 (5 mm from the melting line toward the steel material) The CTOD value of the weld metal was measured at -10 ° C using a CTOD tester. The results are shown in Table 1 below.

와이어각도
(deg.)Wire angle
(deg.) 비드폭 (mm)Bead Width (mm) 비드겹침길이
(mm)Bead overlap length
(mm) 중심영역길이
(mm)Center zone length
(mm) 용접 열영향부 CTOD @-10℃(mm)Welding heat affected part CTOD @ -10 ° C (mm) 실시예 1Example 1 00 1515 77 2525 0.450.45 실시예 2Example 2 22 1313 55 2323 0.610.61 실시예 3Example 3 1010 1212 55 2424 0.580.58 비교예 1Comparative Example 1 44 1212 44 4242 0.420.42 비교예 2Comparative Example 2 44 1212 55 5050 0.420.42 비교예 3Comparative Example 3 55 1111 77 1010 0.250.25 비교예 4Comparative Example 4 1313 1414 55 1515 0.210.21 비교예 5Comparative Example 5 1212 1010 77 1010 0.180.18 비교예 6Comparative Example 6 1515 1212 77 1212 0.190.19 비교예 7Comparative Example 7 1010 1111 88 1717 0.180.18

상기 표 1을 살펴보면, 용접 와이어 각도가 0° ~ 10° 범위 내에 있고, 비드겹침길이가 비드폭의 1/2이하이며, 강재두께에 대한 중심영역(미세조직 제어영역) 길이의 비가 30% 이하의 조건으로 용접된 실시예 1,2 및 3의 경우, 용접 열영향부 CTOD 값이 높게 나타내는 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, when the angle of the welding wire is in the range of 0 占 to 10 占 and the bead overlap length is 1/2 or less of the bead width and the ratio of the length of the central region (microstructure control region) In the case of Examples 1, 2 and 3 welded under the condition of the weld heat affected zone CTOD.

그리고, 상기 실시예 1에 따라 용접된 중간영역의 용접 열영향부 및 이에 접하여 형성된 용접비드의 사진이 도시되어 있는 도 4을 살펴보면, 노치선상에서 CGHAZ가 존재하지 않음을 알 수 있다. 다만, 실시예 2,3의 경우, 실시예 1과 거의 흡사한 용접 열영향부 및 용접비드 형상을 나타내어 별도의 도면으로 첨부하지 않았을 뿐, 노치선 상에서 CGHAZ가 존재하지 않았다.Referring to FIG. 4 showing a weld heat affected zone of the intermediate region welded according to the first embodiment and a weld bead formed in contact therewith, it can be seen that there is no CGHAZ on the notch line. However, in the case of Examples 2 and 3, the weld heat affected portion and the weld bead shape, which are almost similar to those in Example 1, are shown, and CGHAZ does not exist on the notch line.

반면, 와이어 각도가 0° ~ 10° 범위 내에 있고, 비드겹침길이가 비드폭의 1/2이하인 비교예 1 및 2의 경우, 비교예 3 내지 7에 비하여 상대적으로 높은 용접열영향부 CTOD값을 가지고 있기는 하지만, 실시예들에 비하여서는 미흡한 상태이고, 강재두께에 대한 중심영역 길이의 비가 30%를 초과하여 작업시간이 상당히 오래 걸리므로 본 발명의 실질적인 효과가 저감된다고 할 수 있다.On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 in which the wire angle is in the range of 0 ° to 10 ° and the bead overlap length is not more than 1/2 of the bead width, a relatively high weld heat affected portion CTOD value However, it is insufficient in comparison with the embodiments, and the ratio of the central region length to the thickness of the steel material exceeds 30%, and the working time is considerably long, so that the substantial effect of the present invention is reduced.

또한, 비교예 3은 와이어각도는 0° ~ 10°범위 내에 있으나 비드겹침길이가 비드폭의 1/2을 넘었고 비교예 4는 비드겹침길이는 비드폭의 1/2을 넘지 않았지만, 와이어 각도가 10° 이상이기 때문에 중심영역에 CGHAZ도 존재하게 되어 용접 열영향부 CTOD값이 저하되었다. 그리고, 비교예 5 내지 7은 모두 와이어 각도 및 비드겹침길이가 최적의 범위 밖에 있어 중심영역에 CGHAZ가 존재하였고, 그 영역도 넓어져 용접 열영향부 CTOD값의 저하를 초래하게 되었다.In Comparative Example 3, the wire angle was in the range of 0 ° to 10 °, but the bead overlap length exceeded 1/2 of the bead width. In Comparative Example 4, the bead overlap length did not exceed 1/2 of the bead width. 10 °, CGHAZ was also present in the center region, and the CTOD value of the weld heat affected zone was lowered. In all of Comparative Examples 5 to 7, the wire angle and the bead overlap length were out of the optimum ranges, CGHAZ was present in the center region, and the area was widened, resulting in a decrease in the CTOD value of the weld heat affected portion.

이상, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is to be accorded the widest scope consistent with the appended claims and their equivalents. Should be construed as being included in the scope of the present invention.

10: 강재 20: 용접부
21: 미세조직 비제어영역 22: 미세조직 제어영역
23: 상부영역 24: 중심영역
25: 하부영역 30: 노치선
31: 용융선 40: 강재 두께 중심선
T: 강재 두께 M: 크랙 개시점10: steel material 20: welded part
21: Microstructure non-control area 22: Microstructure control area
23: upper region 24: central region
25: lower region 30: notch line
31: Melting line 40: Steel material thickness centerline
T: steel material thickness M: crack starting point

Claims (5)

강재를 다층 용접하여 얻어지는 용접부에 있어서,
상기 용접에 의해 형성되는 용접 열영향부를 상기 강재를 두께 방향을 따라 상부영역, 중심영역 및 하부영역으로 구분하였을 때,
상기 상부영역, 중심영역 및 하부영역의 길이는 하기의 관계식 (1) 내지 (3)을 만족하며,
상기 중심영역은 세립영역(Fine Grain Heat Affected Zone; FGHAZ) 단독으로 구성되고,
상기 상부영역 및 하부영역은 조립영역(Coarse Grain Heat Affected Zone; CGHAZ)을 포함하는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부.
0.2 × T < H1 < 0.5 × T --- (1)
0 < H2 ≤ 0.3 × T --- (2)
0.2 × T < H3 < 0.5 × T --- (3)
(단, 상기 관계식 (1) 내지 (3)에서 T는 강재의 두께를 나타내고, H1 내지 H3은 각각 상부영역, 중심영역 및 하부영역의 길이(강재 두께방향 기준)를 나타낸다)In a welded portion obtained by multi-layer welding a steel material,
When the welding heat affected portion formed by the welding is divided into an upper region, a central region and a lower region along the thickness direction,
The lengths of the upper region, the central region, and the lower region satisfy the following relational expressions (1) to (3)
The center region is composed of a fine grain heat affected zone (FGHAZ) alone,
Wherein the upper region and the lower region have a CTOD characteristic of a weld heat affected zone including a Coarse Grain Heat Affected Zone (CGHAZ).
0.2 x T < H 1 < 0.5 x T - (1)
0 < H 2 ? 0.3 T - (2)
0.2 x T <H 3 <0.5 × T --- (3)
(Where T denotes the thickness of the steel material and H 1 to H 3 denote the lengths of the upper region, the central region and the lower region (on the basis of the steel thickness direction), respectively, in the relational expressions (1) to (3) 제1항에 있어서,
상기 중심영역을 구성하는 FGHAZ는 선행패스 용접에 의해 형성된 CGHAZ이 상기 선행패스 용접과 직접 접촉되는 후행패스 용접에 의해 재가열되어 형성되며, 상기 CGHAZ 대비 상대적으로 작은 크기를 갖는 결정립으로 구성되는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부.The method according to claim 1,
The FGHAZ constituting the central region is formed by reheating the CGHAZ formed by the preceding pass welding and the rear pass welding in which the CGHAZ formed by the preceding pass welding is in direct contact with the preceding pass welding, Welds with excellent CTOD characteristics. 제1항에 있어서,
상기 상부영역 및 하부영역은 FGHAZ을 더 포함하는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부.The method according to claim 1,
Wherein the upper region and the lower region further comprise a FGHAZ. 제1항에 있어서
상기 중심영역의 적어도 일부는 상기 강재 두께 중심선 상에 배치되는 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부.The method of claim 1, wherein
And at least a part of the central region is disposed on the steel thickness centerline. 제1항에 있어서,
상기 강재는 50mm ~ 200mm의 두께를 갖는 극후물 강재인 용접 열영향부 CTOD 특성이 우수한 용접부.The method according to claim 1,
The steel material is a welded part excellent in the CTOD characteristic of welding heat affected part, which is a superfine steel material having a thickness of 50 mm to 200 mm.
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