저온균열 (수소유기균열)

저온균열(Cold Cracking)은 용접부가 상온 부근으로 냉각된 후에 발생하는 균열입니다. 수소유기균열(Hydrogen-Induced Cracking, HIC) 또는 지연균열(Delayed Cracking)이라고도 합니다.

용접 완료 후 수시간에서 수일이 지나서 발생하기 때문에 "지연균열"이라 하며, 검사 시점이 중요합니다.

저온균열 발생의 3대 조건

다음 3가지 조건이 동시에 충족될 때 저온균열이 발생합니다. 하나라도 제거하면 균열을 방지할 수 있습니다.

1. 경화 조직 (Susceptible Microstructure)
- 주로 마르텐사이트(Martensite) — 경도가 높고 취성이 큰 조직
- HAZ에서 급냉 시 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태
- 탄소당량(CE)이 높을수록 마르텐사이트 형성 경향 증가

2. 확산성 수소 (Diffusible Hydrogen)
- 용접 중 용융풀에 용해된 수소가 냉각 후 HAZ로 확산
- 마르텐사이트 조직의 격자에 수소가 집중되면 취화 발생
- 수소량 기준: 16ml/100g 이상이면 고위험

3. 구속 응력 (Restraint Stress)
- 용접 수축에 의한 잔류 인장응력
- 구조물의 강성에 의한 외부 구속
- 판 두께가 두꺼울수록, 구속도가 높을수록 위험 증가

수소 침입 경로

용접부에 수소가 유입되는 주요 경로:

- 수분(H₂O): 대기 습도, 피복제/플럭스의 흡습, 모재 표면의 결로
- 유기물: 기름, 그리스, 방청유, 페인트, 마킹펜
- 녹(Fe₂O₃·nH₂O): 산화철에 결합된 수분
- 용접재료 건조 불량: 저수소계 용접봉의 건조 부족이 가장 흔한 원인

지연균열(Delayed Cracking)의 특성:
- 용접 완료 직후에는 균열이 없으나, 수소가 HAZ로 확산·집중되면서 수시간~수일 후 균열 발생
- 이 때문에 일부 코드에서는 용접 완료 후 24~48시간 대기 후 NDT 실시를 요구

예열 온도와 후열 처리

예열(Preheat):
- 목적: 냉각 속도 감소 → 마르텐사이트 형성 억제, 수소 확산 시간 확보
- 온도 결정 인자: 탄소당량(CE/Pcm), 판 두께, 구속도, 수소량
- 일반적 범위: 50~300°C (CE와 두께에 따라)

후열(DHT, Post-Heating / Dehydrogenation Heat Treatment):
- 용접 직후 200~300°C로 2~4시간 유지
- 확산성 수소를 용접부 밖으로 방출시키는 것이 목적
- PWHT와는 다름: DHT는 수소 제거, PWHT는 응력 제거 + 조직 개선

PWHT (Post Weld Heat Treatment):
- 탄소강: 보통 595~650°C, 두께 25mm당 1시간
- 목적: 잔류응력 제거, 경도 감소(마르텐사이트 템퍼링), 인성 향상