저자의 의도는 700 MPa 이상의 고장력강이란 조건을 고려해서 작성을 하라는 것 같은데, 사실 700 MPa 이상의 고장력강이란 조건 자체가 조금은 애매한 것 같습니다. 합금에 의한 강화를 얘기하는 것인지, 조직 및 열처리에 의한 강화를 얘기하는 것인지, 성형 방법에 의한 것을 말하는 것인지 명확치 않지만 몇몇 가능한 시나리오는 보면 개인적으로는 다음과 같은 것들이 있을 것 같습니다.

1. 고장력강이면 통상 일정량의 탄소와 합금 원소를 함유하고 있다고 볼 수 있을 것입니다. 열처리 과정에서 탄화물이나 기타 석출물의 조대화에 의해서 과도한 강도 저하가 발생하면 인성이 저하 될 수 있을 것 같습니다. 아시겠지만 인성은 강도와 연성의 조합인지라 적절한 비율이 중요합니다.

2. 열처리 과정이나 열처리 냉각 과정 중에 retained austenite가 untempered martensite로 형성되는 경우 역시 인성의 감소로 이어질 수 있을 것 같습니다.

3. 일부 HSLA 또는 저합금강의 경우 후열처리시 Reheat cracking이나 Tempered martensite embrittlement과 같은 취성화 기구에 의해 급격한 인성 저하가 발생할 수 있습니다.

박판쪽보다는 후판쪽으로 서술 -> 아크용접 후열처리 특성 (충격인성) 에 관련된 문제로 판단됩니다.

후판 및 열연 강재 중에는 TS 700MPa급은 일본의 건축구조용 강재 HT70-80 과 같은 하이텐 제품

한국은 포스텐 이름을 가진 후판이 있습니다.

또한 중장비 자동차용 열연강재 (HR Plate) 등 산업 분야별로 HSLA 초고장력 저합금 강재가 있습니다.

통상 과거에는 조질처리 QT <RQT 원리> 공법으로 제조하였습니다만,

근래에는 보다 생산성을 개선한 TMCP 공법과 같은 온라인 프로세싱화 되어가고 있습니다. <DQT 원리>

고강도 후물재 즉, 해비 게이지스틸 (해양구조물 잭업리그선의 고강도 랙, 코어드로 설계)

F690 120~210t 같은 극후물 TMCP 소재 등도 강도상 연관 됩니다.

강재가 고강도화가 진행 되어짐에 따라 TS 700급 초고장력강은 합금설계 조성중 탄소량을 보면 TS 500MPa 대비 오히려 더 낮습니다.

따라서 특별한 합금성분으로 설계되지 않는다면, 탄소량을 증가시켜 강도를 높인 소재가 아니라서 PWHT 진행시 연화가 더 잘 일어날 수 있습니다.

가열속도, 유지온도와 시간, 냉각속도의 적절한 처리가 중요하며 계산 되어진 A1 온도 이하의 적정 온도로 

템퍼링이 정상적으로 진행되었을 경우로 가정했을때 예상되는

3가지 요인으로 충격인성 저하 가능성이 TS 500 강재대비 TS 700 급 강재는 상대적으로 더 높을 수 있습니다.

- 템퍼링 (온도>시간 효과) 시 탄화물 입계편석과 탄화물 크기 증가에 기인하는 인성감소

- 용접 후 대비 추가 후열처리시 최종 기지조직에 농축 MA 생성에 의한 인성감소

  용접 열영향부 : 상부 베이나이트 + 마텐사이트 + MA --> 후열처리시 : 템퍼드 베이나이트 + 마텐사이트 + MA 농축 증가 (Condensed Phase)

  (인성순서 : 하부베이나이트 > 마텐사이트 > 상부베이나이트, MA : 농축상 : 파괴/충격 인성에 매우 취약 = 모재 탄소량 감량 필요 사유)

- 저탄소량으로 결정립 합체가 잘 일어나므로 연화에 의한 인성감소 (강도*연성 밸런스=인성)
 

기술사가 최상위의 문제를 다루지만 서술을 위해서는 소재 및 용접 야금학적 고찰경험이 필요한 문제로 보입니다.

많은 수험자들에게 (기계 등 타 전공자 뿐 아니라 금속전공 학사과정에서 인식하기 어렵고 철강 후판/용접분야 연구경험이 있어야 선택하기 좋은 문제)

많이 다루시는 탄소강 관련 용접성 문제이긴 하나 생각보다 서술이 쉽지 않을 수 있는 문형으로 보이니 참고 바랍니다.

- 2023.08.03 김기혁 기술사 드림 -

P.S : 특정 업무 사유로 답변 마감이 늦은 점 양해 바랍니다.

우선 문제에서 강종의 종류 (P. No나 강화기구에 따른) 나 두께등을 제시하지 않은 것이 조금 아쉽습니다.  만약 실무에서 더 구체적인 강종과 PWHT 상황이 제시된다면 더 자세한 답들이 제시될 것으로 판단됩니다.

좋은 답글들에 일반적인 경향을 조금만 더 보태어 봅니다.

1. Temper Embrittlement

특히 Cr-Mo-(V) steels (J factor, X-bar가 Control되지 않은)이 용접이나 PWHT중에 2nd phase precipitation (M3C, MX, M2C, etc.) 를 형성하여 Toughness를 강하시키게 됩니다.

2. Q-T강의 특성

대부분의 고장력강은 Q-T 처리를 통해 강화되는데 PWHT온도가  Tempering Temperature를 초과하면 Toughness는 일반적으로 하강하게 됩니다.

3. TMCP강의 특성

입자미세화로 강도와 Toughness를 크게 향상시킨 TMCP는 PWHT에 의해 Toughness의 저하를 가져올 수 있습니다.  PWHT가 요구된다면 자재 구매시 Simulation Test를 요구하여 기자재의 설계기준을 만족하는지 확인이 꼭 필요합니다.

4. PWHT Procedure

PWHT는 잔류응력을 제거시키는 1차적인 목적의 결과물로 Toughness를 향상시켜주는 효과를 가지게 됩니다.  따라서 각종 Codes에서도 PWHT를 실시하면 MDMT의 Temperature Mitigation의 허용을 인정하고 있습니다.  그러나 이는 규정에 따른 PWHT Procedure를 준수할 때 가능한 것이기에 규정에 벗어나는 경우를 확인하면 이들의 대부분은 Toughness의 향상을 가져오지 못하거나 역행하는 결과와 연계되어 있음을 알게 됩니다.

1. (1) PWHT되는 부재가 PWHT 중 국부적으로 다른 온도 Profile을 가지게 되면 각기 다른 냉각속도에 따른 제2의 Stress가 발생하여 Toughness 의 손상을 가져올 수 있습니다.  
2. (2) Cooling Rate를 너무 빨리하면 잔류응력의 제거에도 불구하고 bainite 또는 martensite가 형성하여 toughness 가 역행할 수 있습니다.
3. (3) 긴 Holding Time은 잔류응력의 제거에는 큰 기여를 하나 너무 긴 경우 약간의 Grain Growth 를 가져 올 수 있습니다. (Toughness 강하 요인)
4. (4) 기자재의 Codes에서는 일반적으로 Maximum Holding Temperature 를 제시하고 있지 읺습니다.  PWHT온도가 A1 point  (LCPTT)를 초과하게 되면 Grain Growth 는 눈에 띄게 증가하게 됩니다. (Toughness 강하 요인-LMP에 따라)

Note:  Microalloyed 고장력강의 경우 600도C 전후에서 실시하였다면 충분히 잔류응력을 제거하기가 힘들 수 있습니다. 그렇지만 Temper Embrittlement가 적용되지 않는 강종이라면 Toughness가 역행하지는 않는 것이 일반적입니다.

Hope this helps,

References: https://www.springer.com/gp/book/9783030364298

안녕하세요 인성저하에 관한 논문을 하나 찾아놓은게 있어서 첨부하려하는데 첨부가 잘 되지 않아 아쉽습니다.(용량이 크지 않은데...ㅜㅜ)

'탄소강 모재의 기계적 특성과 미세조직에 미치는 용접후열처리 온도의 영향' 논문의 결론부분만 발췌해서 송부 드립니다.

앞에서 좋은의견을 너무 많이 남겨주셔서 저는 후열처리 관련 참고사항 하나만 더 댓글 달아보겠습니다 

현장설비교체 용접 등으로 인해 현장에서 동일한 배관이나 설비에 몇 차례 용접을 하게되면 강도 또는 인성의 저하를 가져오게 되고 이를 방지하기 위해 동일 Heat No.를 가진 재료에 모의후열처리(simulated PWHT)를 사전에 수행하여 재료의 강도나 인성의 저하가 얼마나 되는지 확인하는 인장시험, 샤르피 충격시험을 하게 됩니다. 

예를들어 후열처리 시간을 10시간 정도 해보고 물성치를 테스트하게 되는것이지요  정말 10시간 열처리를 해도 인성이나 강도가 기준값이하로로 떨어지는지 확인하는겁니다.

그럼 결국 나중에 현장에 설치된 설비도 교체나 보수 후 후열처리를 여러번 해도 즉 모의후열처리한 시간만큼( 코드상에서는 1.25배 입니다.) 건전하다는 것을 증명하게 되는 것이지요.

아래는 논문내용입니다.

----논문-----

4. 결 론
본 연구에서는 국내 원자력발전소 기기, 배관 등에 대표적으로 많이 사용되는 탄소강인 MDF A 105,106-B, 216-WCB, 516-415, 516-485를 대상으로 PWHT에 따른 기계적 특성 및 미세조직 변화를 분석 하였다. 열처리 후 인장강도와 충격인성 모두 감소하였으며, 열처리 온도가 높아짐에 따라 더 크게 감소하는 경향을 보였다. MDF A 105, 216-WCB, 516-485와 같이 상대적으로 높은 인장강도를 갖는 재료에서 열처리 후에 인장강도 요건을 만족하지 못하는 경우가 관찰되었으며, 열처리 수행 전부터 상대적으로 낮은 충격 인성을 갖는 MDF A 106-B의 경우 낮은 열처리 온도에서도 충격인성이 큰 폭으로 감소하였다. 인장강도 감소는 펄라이트 내 시멘타이트의 구상화로 인한 연화가, 충격인성 감소는 취성이 큰 시멘타이트 석출이 주된 원인인 것으로 판단된다.