용접부의 열처리 전 경도가 모재 보다 낮은 상황은 매우 예외적인 상황입니다.

용접을 완료하고 나면 해당 용접부의 경도는 모재에 비해 올라갑니다. (이게 기본이고 당연한 결과입니다.)

특히 용접금속에 비해 열영향부의 경도는 무조건 올라가는 게 정상입니다. (물론 현장에서 HAZ를 정확하게 찍는 것은 말처럼 쉽지는 않습니다.)

그걸 용접후열처리를 하면 크게 차이는 나지 않아도 약간 감소합니다. (이게 실제 현장에서 보면 예상 보다 큰 폭의 감소는 없으며, 모재 보다 더 낮게 떨어지는 경우는 일반 탄소강과 저합금강에서는 약간 논리적이지 않습니다.)

하지만, 그렇게 작은 변화라고 해도 해당 용접부에 걸리는 응고수축에 의한 잔류응력을 완화하기에 충분하다고 평가하는 것이지요.

그래서 대개의 경우에 열처리 온도와 유지 시간 그리고 가열 및 냉각의 속도를 열처리의 기준으로 제시하기만 합니다.

537 Cl2는 QT로 제작된 소재입니다.

그래서 용접과정에서 입열이 크면 QT 효과가 감소하여 경도가 낮아질 수는 있으나, 그렇다고 해서 지금 제시된 것 처럼 모재의 값보다 더 낮은 수준인 150 정도까지는 저는 경험해 보지 못했으며, 굳이 시비를 걸자면 뭔가 문제가 있을 수 있는 상황으로 이해합니다. (QT의 효과가 사라지면 경도가 낮아질 수 있으나, 이는 결과적으로 강도의 변화가 있을 수 있음을 의미합니다. 아마도 조직 검사를 해 보면 입자 크기와 석출물의 분포만으로도 논리적인 설명이 가능할 것 같습니다.)

그렇데 그렇게 낮은 값의 경도가 응력완화를 위한 열처리 이후에 도리어 상승한다는 것은 역시 논리적이지 못합니다.

굳이 가능성을 찾자면 냉각속도가 너무 빨라서 표면 경도가 증가할 수는 있겠으나, Spherical Tank의 열처리 과정을 기준으로 보면, 쉽게 상상할 수 있는 수준이 아닙니다.

이 강종은 저온-압력 액화 저장 Tank에 주로 사용되는 강종 (Q-T) 입니다. 

우선 용접부의 경도가 모재보다 낮게 나오는 경우라면 Preheat 관리가 아주 잘 되었고 Shop에서 대부분의 용접이 실시한 경우가 아닌가 생각합니다.  그러나 두께가 1.5”보다 크고 and/or Field 용접부의 경우 and/or 내부에 Gas Burner를 이용한 PWHT의 경우는 모재 또는 용접직후의 경도보다 증가하게 될 가능성이 아주 높습니다.  이 강종의 저온 인성은 입자의 미세화에서 기반한 것이기에 후판 (t > 1.5”) 용접의 경우 입자 조대화로 저온인성치가 눈에 띄게 감소할 수있고 Tempered Martensite를 온전히 유지할 수 없기에 경도가 증가하게 되어 Cracking 이 쉽게 발생하게 됩니다.  이에 따라 Lummus Design의 경우 두께가 1.5”를 초과하는 경우는 북미 Project에서는 이 강의 사용을 불허하기도 합니다.  아울러 자재 구매시 모재의 Tempering Temperature를 제작후 실시하는 PWHT보다 높게 유지하지 않을 경우 PWHT후 경도는 모재나 용접직후 보다 적지않게 증가하게 됩니다.

안녕하세요. 인터넷에서 찾은 KOBELCO 자료에는 PWHT 로 인해 embrittlement 해진다는 내용이 있습니다. 많은 양은 아니지만 LB-62L 에는 Titanium (0.018%) 이 들어있어서 그런 것으로 판단됩니다. 참고로 ASME Sec. II Part C 의 E8016-C1 에는 Ti 에 대한 강제사항이 없습니다

LB-62L maintains adequate tensile strength over extended PWHT
Some weld joints where residual stresses are prone to concentrate (e.g. a crown plate to nozzle weld joint of
a spherical tank ) require postweld heat treatment ( PWHT) . As usual with ferritic weld metal , the
strength of LB-62L weld metal decreases as PWHT temperature and soaking time increase. However, LB-
62L weld metal maintains adequate tensile strength over the minimum tensile strength (550N/mm2) of A
537 Cl.2 steel even after extended PWHT as shown in Figure 3. In addition, some types of weld metal lose
notch toughness due to embrittlement caused by PWHT. LB-62 L weld metal , however , maintains
adequate notch toughness even after PWHT as shown in Figure 4.

감사합니다.

아래의 Kobelco Welding Today에 따르면 일부 유형의 용접 금속 (i.e., Cr-Mo steels - P. No. 3-5 series) 은 PWHT 후 취성 (주로 다양한 탄화물에 기인)으로 인해 노치 인성을 잃을 수 있지만 LB-62 L 용접 금속은 그림 4와 같이 PWHT 후에도 적절한 노치 인성을 잘 유지하는 것으로 설명되어 있네요. 

https://www.kobelco.co.jp/english/welding/files/kwt_special_low_temp_single.pdf  (page 20)

한편 미량의 Ti은 Steel에서 탈산제와 입자 미세화 원소로 작용하므로 저온용 모재/Filler에서는 긍정적인 요인으로 적용되는 것이 일반적인데 혹시 부정적인 사례의 보고서나 Paper가 있으면 공유하여 주시면 고맙겠습니다.  혹시 security에 문제가 있다면 아래로 연락주셔도 반갑게 검토하겠습니다.

thomaseun at yahoo.com

안녕하세요

솔직히 말씀드리면 제가 이것저것 자료 찾다가 그런 결론에 도달한 것입니다.

Ti 이 들어있는 weld metal 은 PWHT 를 하면 hardness 가 증가한다 정도의 자료...............,

Kobelcowelding 에 문의 email 을 보냈으나 연말연시 휴가로 인해 자동응답 email 만 받았습니다. 나중에라도 제대로 된 reply 를 받게되면

여기에 공유하도록 하겠습니다.

감사합니다.

첨부의 자료를 참고로 보세요. 아래와 같은 내용이 수록되어 있습니다.

The hardness test of the SA537 Class 2 material welding specimens has different hardness levels in the weld metal, HAZ, and base metal areas, depending on the grain size of the microstructure and the cooling rate of the material. Overall, the hardness value in HAZ is higher than base metal and weld metal with the highest value of 220 HV. However, the hardness of the parent metal, HAZ, and weld metal with variations in heat input showed no significant difference. The difference in Heat Input does not significantly affect the hardness results in the HAZ and weld metal area of the SA537 Class 2 material welded with E8018 electrodes and ER 80S-Ni2 filler. Hardness will increase if the resulting grain is small. This can occur because in smaller grains the movement of the dislocation will be more difficult. Meanwhile, if the cooling rate is fast, then the grains do not have time to change to become large so small grains have a higher hardness value than large grain sizes. The higher the heat input, the slower the cooling rate so that it can affect its lower hardness. The low hardness of the weld in the welding process using filler ER 80S-Ni2 is also influenced by the high level of nickel which has the property of increasing the ductility of the filler. Then in the HAZ area, the hardness is higher than the base metal area because the HAZ area is a part of the metal that is affected by direct heating from the welding process and experiences a fast cooling rate so that the distorted atoms increase the hardness value in the HAZ area. Then in the HAZ area, the hardness is higher than the base metal area also because of the dominance of the pearlite phase which is formed due to the influence of heat input.

안녕하십니까

아래와 같이 KOBELCO 의 회신을 받았습니다. 좀 이해가 안가는 부분이 있기는 하지만 그래도 하나의 의견이니 참조하십시요

email 을 아래에서 부터 위로 읽으세요

------------Email from KOBELCO on 29 January 2024-------------------------------------------

RE:(2) FW: Hardness value increase after PWHT for Kobelco LB-62L Product

Dear Mr. Gyuhwag Lee,

I apologize for this late reply.

Generally speaking, as you mentioned, tensile strength and hardness values decrease after PWHT.

A possible reason for the increase in hardness values after PWHT is the effect of the hardness measurement location.

The hardness of weld metal differs depending on whether the measurement location is the nonaffected zone or the reheated zone. Assuming the measurement location is the final pass, if it is measured the nonaffected zone of the final pass, it is higher than the reheated zone.

For further verification of the validity of this result, possible methods include measuring the Vickers hardness at the center of weld metal in the thickness direction, checking the chemical composition of weld metal, and checking the tensile strength before and after PWHT.

If you can provide the following information, we can comment it further.

- Actual test results
- Hardness measurement location
- PWHT conditions
- Are the welding conditions for as-welded and PWHT the same?
- Welding conditions
　- Polarity AC or DC
　- Preheat/inter-pass temperature
　- Heat input
　- Welding position

Best regards,

Kazuki Sakakiyama

Welding Engineer & Product manager

KOBELCO WELDING OF EUROPE B.V.

Mobile: +31(0)6 2742 99 42

E-mail: sakakiyama.kazuki@kobelco.com

(About us: http://www.kobelcowelding.nl/)

-------------------- Gyuhwag Lee email of 11 January 2024----------------------------------------------------

Dear Robert Melvin

Thank you for your reply

I know the hardness values are within the limit.

My concern is why hardness values were increased after PWHT. This is against general understanding.

Do you have any experience or data or technical report to support this result?

Regards

from Gyuhwag Lee

---------------------------------Email from Robert Melvin------------------------------------------------------------------

Sender : Robert Melvin <R.Melvin@kobelcowelding.nl>

Date : 2024-01-11 00:36 (GMT+9)

Title : FW: Hardness value increase after PWHT for Kobelco LB-62L Product

Dear Mr. Gyuhwag Lee,

We would like to comment something concerning your email.

Although there may be microscopic precipitation hardening due to Nb, V, Ti, etc., it is unlikely that macroscopic effects such as hardness value and tensile strength will be affected.

Also, the amount of Ti is not very large.

We do not know your welding conditions, hardness measurement locations, PWHT conditions, etc., but it may be within the range of variation.

We feel that 150HB is too low for this material and as-welded.

---------------------- Gyuhwag Lee email of 05 January 2024----------------------------------------------

Dear Sirs

Good morning

I received a report from a project like below:

Hardness values of a spherical tank were increased after PWHT

- base metal : ASTM A537 Cl.2 45mm, hardness values on MTC(Mill Test Certificate) are 190~250 HB

- hardness values of HAZ & base metal before/after PWHT are similar values on MTC

- hardness values of weld metal before PWHT are 150~200 HB while hardness values of weld metal after PWHT are around 200 HB

- welding consumable LB-62L (AWS A5.5 E8016-C1) (please refer to attachment)

Why hardness values are increased after PWHT? Generally hardness values are reduced after PWHT.

To figure out this case, I found "kwt_special_low_temp_single.pdf" (please refer to attachment)

As per the statement, "embrittlement caused by PWHT ............,". It means that hardness values will be increased due to PWHT but not more than requirement"

As per MTC of LB-62L, LB-62L has Titanium content (0.018%)

In my personal conclusion, LB-62L has a certain content of Titanium and due to this Titanium elements, hardness values are increased on weld metal

Please check my statement and send your advice shortly

*********page 20 of "kwt_special_low_temp_single.pdf" *********************************************

LB-62L maintains adequate tensile

strength over extended PWHT

Some weld joints where residual stresses are prone to

concentrate (e.g. a crown plate to nozzle weld joint of

a spherical tank ) require postweld heat treatment

( PWHT) . As usual with ferritic weld metal , the

strength of LB-62L weld metal decreases as PWHT

temperature and soaking time increase. However, LB-

62L weld metal maintains adequate tensile strength

over the minimum tensile strength (550N/mm2) of A

537 Cl.2 steel even after extended PWHT as shown in

Figure 3. In addition, some types of weld metal lose

notch toughness due to embrittlement caused by

PWHT. LB-62 L weld metal , however , maintains

adequate notch toughness even after PWHT as shown

in Figure 4.

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