안녕하세요.
요즘 부쩍 질문사항이 많아졌네요
POSCO 에서 특허가 있는 ASTM A1106 (Standard Specification for Pressure Vessel Plate, Alloy Steel, Austenitic High Manganese for Cryogenic Application) 의 용접봉 종류 및 용접시 주의사항 등이 있는지 궁금합니다.
비교적 최근(2017)에 ASTM 에 등록되어 있어서 그런지 권장 용접봉사양등등에 대해서는 인터넷에서 자료 찾기가 어렵군요
늘 건강하십시요
감사합니다.
용접봉은 고려용접봉(포스코와 협업하여 Hi-Mn plate에 맞는 FC용접봉을 생산)에서 생산되는 걸로 압니다. 이 재질로 연료탱크 C타입 반구형 head를 제작을 했었습니다. 이때 포밍용 핸들링 러그를 용접했었는데 용접시 뿐만 아니라 절단시에도 상당히 많은 흄이 나옵니다. 용접시 발생하는 흄은 새발의 핍니다.
안녕하세요.
답변 감사합니다. 답변자료를 참고하여 더욱 스터디 해보겠습니다.
즐거운 하루 하루 되십시요
감사합니다.
이규확
이 강종은 Hadfield steel (고강도, 내마모강) 의 특성을 유지하면서 더 낮은 Cryogenic Temperature (-320F/-196C unless otherwise required)까지 사용할 수 있도록 개발된 강종으로서 Hot Rolling 후 급공랭 (50초 내에 상온까지 냉각)을 하여 100% austenitic 조직을 확보하게 됩니다. 당연히 용접부에서는 일부 다른 조직이 공존할 수 있기에 설계 조건을 만족하는 PQR 의 실시가 반드시 요구됩니다.
지난 15년간 POSCO가 이 강재의 상용화를 위해 많은 자료를 발표하였는데 그 중 그들이 개발한 용접 재료로는 (좀 오래된 자료이지만) 다음의 상품 (Korean brand)들을 추천하고 있습니다. 공급처: 포항특수용접봉 (주), 고려용접봉(주)
GTAW: T-400M
FCAW: PT-400HM & PT-400NM (Non-magnetic)
SAW: PC-400M
저가 알기로는 이 소재는 수년 전 Canada의 Pipeline (기존의 Erosion Rate가 0.5mm to 2 mm/yr인 Line) 에 대체 소재로 사용된 적이 있으나 Cryogenic Service에서는 아직까지는 LNG 를 다루는 Cylindrical Tanks (e.g., DF VLCC)에 국부적으로 사용되고 있습니다. 가까운 미래에 9%Ni 대형 storage tanks와 LNG Import/Export Terminal의 304/304L SS 소재의 대체 재료로 기대가 되고 있습니다.
한편, 이들을 위한 IGC & IMO 의 Guideline은 제공되고 있으나 아직 API/AWS 등의 application standards를 위한 Technical Committees의 올해의 활동계획은 보이지 않습니다. 일반적으로 활동 계획이 잡히면 대개 3-7년 뒤 1st edition이 발표됩니다.
아래의 References에서는 Welding시 기본적인 Procedure와 주의사항도 제공하고 있으니 참고하시기 바랍니다.
[References for Welding]
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC10058796/pdf/materials-16-02381.pdf
J.K. Choi, et al., High Manganese Austenitic Steel for Cryogenic Applications, isope.org, 2012
Gyubaek An 1 , Jeongung Park 2,* , Hongkyu Park 1 and Ilwook Han, Fracture Toughness Characteristics of High-Manganese Austenitic Steel Plate for Application in a Liquefied Natural Gas Carrier, MDPI, 17 Dec. 2021 (https://www.mdpi.com/2075-4701/11/12/2047)
IGC Code- The International Code for the Construction and Equipment of Ships Carrying Liquefied Gases in Bulk, Chapter 6, Materials of Construction.
https://www.irclass.org/media/6302/guidelines-on-approval-of-high-manganese-austenitic-steel-for-cryogenic-service_new.pdf
[Other References-mechanical properties]
https://www.nature.com/articles/s43246-021-00149-8
https://www.mdpi.com/1996-1944/14/18/5426
다들 쉽게 의견을 더하기 어려운 것 같아서 제가 조심스럽게 의견을 드립니다.
고망간강은 망간의 농도와 온도에 따라 조직이 변화합니다. 아래 Fe-Mn의 상태도를 제시합니다.
ASTM A1106의 망간 함량이 22.50 ~ 25.50 이므로 아래 상태도에서 확인되는 바와 같이 냉각 과정에서 alpha 상이 석출됩니다.
alpha 상이 있다는 얘기는 우리가 용접시에 Ferrite 함량을 언급하는 것과 유사한 내용으로 이해하시면 됩니다. 용접부는 급냉 조직이기에 Alpha 조직이 많아도 걱정 적어도 걱정이 되는 상황입니다.
Mn이 많으면 용접과정에서 Hume 발생이 커집니다.
용접관련한 요구 사항은 IGF Code - International Code of Safety for Ships Using Gases or Other Low-Flashpoint Fuels의 16.3 Welding of metallic materials and non-destructive testing for the fuel containment system 항목을 참고하세요. (사실 여기를 읽어봐도 특별한 얘기는 별로 없습니다.)
다른 금속에 비해 열팽창과 수축이 크기 때문에, 용접 조인트 관리 및 응고수축균열 예방을 위한 관리와 주의가 필요합니다.
입열이 크지 않도록 관리해야 하며, 가급적 용접속도를 빠르게 가져가는 게 좋습니다.
용접봉 선정과 관련해서는, 국제학술지등에 소개된 논문 자료를 참고하세요.
몇년 사이에 중국업체들이 고망간강 용접봉의 특허를 출원한 것들도 많이 있습니다.
특허 자체가 그리 큰 의미를 갖지는 못할 것 같지만, 그 특허 출원 내용을 보면 고망간강 용접에 대한 참고 자료가 될 겁니다.