용접후 열처리를 바로 하지 않으면 어떤 문제점이 생길 것인가?

용접후 열처리의 목적으로 크게 구분하여 두가지로 설명될 수 있습니다.
- 잔류 응력의 완화
- 수소 취성 가능성 완화

이중에서 전자의 잔류응력에 대해서는 해당 부재가 구속된 상태가 아니라면, 사실 운전과정의 압력과 부식환경하에 노출되지 않는 한 문제가 생기지는 않습니다.
내부 잔류응력이 문제가 될 정도의 상황이 없다면 고민하지 않아도 되는 것이지요

하지만 일부 강종이나 Spec.에서는 재질이 상온까지 완전히 식기 전에 응력을 충분히 제거해 주는 게 좋겠다고 하여 Intermediate Stress Relieve를 요구하기도 합니다.
지금 상황은 그런 상황은 아닌 것으로 추정되어 이 부분에 대한 설명은 생략합니다.

두번째 수소의 제거는 사실 외부 응력이나 부식 환경이 없이도, 해당 용접부에 잔존하는 수소로 인해 균열이 발생할 가능성이 있기 때문에 위험합니다.
그렇다면 수소를 언제 제거하는 것이 가장 좋은 가?

제일 좋은 시점은 용접과정 그 자체일 것이고, 그 다음으로는 용접이 완료된 이후 즉시라고 할 수 있습니다.
일부 Spec.에서는 용접완료후 4시간 혹은 8시간 이내에 열처리를 하라는 조항도 있습니다.

지금 열처리를 하다가 중단되었다고 했는 데...

그렇다면 다시 열처리를 해야 하나?
==> 예 다시 열처리를 해서 정확한 열처리 Chart를 제시해 주는 것이 좋습니다. 열처리 과정에서는 단지 유지 온도와 시간만이 중요한게 아니라 냉각속도와 가열속도도 매우 중요합니다.
전체적으로 부적절하게 관리되었다면 지금이라도 바로 잡아서 제대로 다시 하는 것이 필요합니다.
간혹 감독관 혹은 발주처측과 협의하여 정상적인 열처리인데, 단지 Chart만 없는 상황이라면 경도 측정등을 통해서 대안으로 검증하는 방안도 있을 수 있겠으나, 실제로는 그렇게 허용될 가능성은 별로 없을 것으로 판단합니다.

열처리가 잘못된 부재를 파내고 다시 용접해야 하나?
==> 굳이 그럴 필요까지는 없습니다.
이미 완료된 용접부에 다시 열처리를 하고 열처리 이후에 적절한 비파괴 검사를 통해 결함 유무만을 확인해 주시면 됩니다.

The requirements of Gr.91 is greatly different from those of 1~3Cr -0.5~1Mo or Gr. 9 steels.

Here are my answers for your questions.

Q1. Gr.91은 용접 후 바로 후열처리를 해야하는지?
[A1-Thomas Eun] No.
Because the Mf temperature of Gr.91 is relatively low, it is necessary to cool welds to below 93C before performing a PWHT. This cooling step is required in order to maximize austenite transformation to martensite (tempered martensite during/after PWHT). Austenite that is not transformed to martensite before PWHT will transform to fresh martensite upon cooling from PWHT temperature and will lead to high weld hardness.
However, a postweld bake-out after welding and before PWHT may be of critical importance, especially for thick-walled components when presence of residual hydrogen is of concern. One example of postweld back-out process includes soaking the weld joint at 320C for a minimum of 20 minutes or 60 minutes for thin and thick-wall components respectively. Then the weldment is wrapped with insulation and allowed to cool below 93C. This process facilitates hydrogen diffusion from the weld joint.


Q2. 후열처리중에 문제가 생겨서 다시 해야하면 용접부를 파야하는지?
[A2-Thomas Eun] It may be required when the material has been over-tempered.
Over-tempering during PWHT causes a coarsening of critical precipitates, with a corresponding loss in creep-rupture strength because of the loss of the restraining influence of these precipitates, while under-tempering can jeopardize the high-temperature properties, since the required precipitation does not go to completion, and the precipitates either are absent or are of insufficient size to stabilize the structure as well as will lead to high weld hardness from untempered martensite.

The ASME Boiler & Pressure Vessel Code states that the maximum PWHT temperature for P-No. 5B, Group 2 materials will be 1425F (774C), except as indicated below:
■ If 1.0% ≤ Ni + Mn < 1.5%, the maximum PWHT temperature is 1450F (788C).
■ If Ni + Mn < 1.0%, the maximum PWHT temperature will be 1470F (799C). The new rules also make some provision for microstructure recovery if these limits are exceeded during processing.

Q3. 용접 후 몇시간 안에 후열처리를 해야하는지
[A3-Thomas Eun] Not Applicable.


Gr.91 is not a common material, especially compared to the requirements of material, welding and heat treatment of Gr. 9. The requirements and general trends in API TR 938-B shall meet as a minimum.
Please find API TR 938-B (2008) Use of 9Cr-1Mo-V (Grade 91) Steel in the Oil Refining Industry for more detail.