저합금·고장력강·TMCP 강

저합금·고장력강의 용접 문제점 4대 이슈

1. 열영향부의 경화·인성 저하 — Mn, Si, Cr, Mo, Ni 등 합금원소가 담금질성을 증가시켜 HAZ가 마르텐사이트화
2. 저온균열(냉간균열) — 마르텐사이트 + 수소 + 구속응력의 3박자
3. 결정립 조대화 — 대입열 용접 시 본드부 결정립 성장 → 인성 저하
4. 인성 저하 — V, P, Mo, C, N이 천이온도를 높이는 원소

저탄소(C 0.18% 이하)임에도 경화가 발생하는 것은 합금원소가 일으키는 마르텐사이트 변태 때문입니다.

HAZ 조직 변화 (입열 작음 → 큼):
$$\text{Martensite} \to \text{미세 Bainite (하부)} \to \text{조립 Bainite (상부)} \to \text{Ferrite} \to \text{Pearlite}$$

노치인성이 가장 우수한 조직 = 저탄소 마르텐사이트 + 미세 베이나이트 혼합

용접용 CCT 선도와 특성 값

저합금 고장력강의 용접부 냉각 거동을 예측하는 핵심 도구. 3개 특성 값 C'Z, C'F, C'P로 표현합니다.

용접 냉각시간 t₈/₅ (800℃→500℃ 도달 시간)를 측정하여 CCT 선도에 매핑:
- t₈/₅ < C'Z → 마르텐사이트 100%, 경화·취화·균열 多
- C'Z ≤ t₈/₅ < C'F → 하부 Bainite + 마르텐사이트, 최적 인성
- t₈/₅ ≥ C'F → 상부 Bainite·Ferrite·Pearlite, 충격값 저하

핵심 사실: 용접 입열이 매우 적으면(C'Z 이내) 본드부 100% 마르텐사이트 → 수소 지체균열, 매우 작으면 안 됨. 매우 크면(C'F 초과) 결정립 조대화로 충격값↓. 적정 입열 윈도우 존재.

탄소당량별 최고경도 예측

Ceq(IIW): $$C_{eq} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}\,(\%)$$

HAZ 최고 경도와 탄소당량의 비례 관계:

HV 350 이상은 균열 발생 가능 → 일반적으로 HV 350을 관리 한도로 설정.

탄소당량을 낮추는 강 제조 기술이 TMCP입니다.

TMCP 강 vs NORMALIZED 강 — 제조 공정 비교

NORMALIZED 강 (전통적 방법)

제품 최종 두께까지 열간압연 → 냉각 → AC3 + 30~50℃ 재가열 → 공냉 → 조직 미세화. 추가 열처리 공정 필요.

TMCP 강 (Thermo-Mechanical Control Process — 1980s 등장)

열간 압연공정에서 압연 + 가속냉각을 일체화. 별도 열처리 불필요.

TMCP의 3가지 분류 — 압연-냉각 조합

1. CR-ACC (수냉형) — AR3 이상부터 가속수냉, 저온까지. Bainite·마르텐사이트 多. 강도↑.
2. CR (제어압연만) — 가속냉각 없이 공냉. 조직 미세화만.
3. CR-DQ (수냉-소준형, Q-T) — 압연 후 직접 quench → tempering. 종래 조질강 특성.

고장력강 용접 시공 가이드

용접봉 / 와이어 선택
- HT50급 (50 kg/mm²): CO₂ 또는 Mix 가스 + 일반 와이어
- HT60~HT70급: MIG + 80%Ar-20%CO₂ + 저수소계
- HT80급 이상: MIG + Ar-CO₂ + 극저수소계 + 엄격한 관리

저수소계 용접봉 재건조 (참고용):

재건조 후 유지온도: 120℃ (휴대용 건조통)

> 출처 주의: 위 값은 국내 용접기술 교재 권장 범위입니다. 정확한 노출 시간·건조 조건은 AWS A5.1/A5.5, 용접봉 제조사 기술자료, AWS D1.1 §7.3 우선 적용. ASME에서는 SFA 사양 + WPS 명시 사항을 따릅니다.

예열 + 후열: 100~170℃ 예열로 t₈/₅를 적정 범위에 놓고, 용접 후 250℃ 후열 1~5시간으로 잔류 수소 방출 → 지연균열 방지.

Short Bead 금지 (종래 조질강): 길이 50mm 이하 짧은 비드는 급냉 → 마르텐사이트 多 → 저온균열 위험 → 금지. 단, TMCP 강은 이 제한이 완화됨.