미세조직 특성

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(가) SA213-T91 조직사진

용접부 근처의 금속 조직검사에서 다음과 같은 결과를 확인하였다. 두 시험편 모 두 완전 침투, 양호한 융합 양호한 용접 프로피일을 나타냈고, 아래 Fig.25 (a),(b) 시험편에서는 어떠한 미세한 균열이 열영향부 및 모재 부분에서 나타나지 않은것 을 확인하였다. 또한 추가적인 PWHT 또는 열처리 이후에 수소 취화 균열로부터 안정된 것으로 사료된다. 두 표본에서 SA213-T91 튜브쪽의 모재 및 용접부는 정 상적인 세밀한 Ferrite Matrix 및 분산 탄화물을 형성 확인하였고, 시험편의 SA213-T91 Tube의 HAZ 부위는 Tempering 된 Martensite 구조의 거친 결정립 크 기의 시험편의 추가 열처리 30분의 미세 구조가 시험편 추가 120분의 경우보다 마르텐사이트 형태를 유지에 상당히 부 자연스러운것을 확인하였다. 이것은 PWHT 추가 120분이 PWHT 추가 30분보다 더 효과적인것으로 사료된다. 두 표본 모두에 서 SA213-T91 튜브의 모재는 정상적인 세밀한 Ferrite Matrix 및 분산 탄화물을 확인 할 수 있었다.

(a) Additional 30min. Approx. magnification 500X Fusion Line

(b) Additional 120min. Approx. magnification 500X Fig.25 Microstructures of T91HAZ immediately adijacent to fusion

(나) SA213-TP347H 조직사진

아래의 Fig.26 사진을 보면 SA213-TP347H Tube의 모재는 정상적인 미립 오스 테나이트 일부(Cr 크롬) 탄화물을 갖는 입자는 결정 입계를 따라 석출을 확인하였 다. (V 니오븀) 탄화물의 미세한 양이 두 시험편의 오스테나이트 결정립에서 침전 되어 있는 것으로 사료된다.

아래의 Fig.27 사진을 보면 SA213-TP347H Material 경우 두 시험편의 접합부 융착선(Funsion Line) 근처의 조직사진은 모재 금속과 동일한 미세 구조를 확인하 였다. 따라서 추가 PWHT 30분 또는 추가 PWHT 120분이 SA213-TP347H 튜브의 미세 구조에 악영향을 미치지 않았다는 것을 확인 할 수 있었다.

Fusion Line

(a) Specimen 1. Approx. magnification 200X

(b) Specimen 2. Approx. magnification 200X Fig.26 General micro-structures of TP347H Base Metal

(a) Additional 30 minutes. Approx. magnification 200X

(b) Additional 120 minutes. Approx. magnification 200X Fig.27 Microstructures of TP347H immediately adjacent

to fusion line Fusion Line

Fusion Line

(다) SA213-T91 & TP347H 융합선 조직사진

아래의 Fig.28 & 29 조직사진을 보면 두 시험편의 용접부, HAZ 그리고 모재부의 금속은 정상적인 수지상 미세 구조를 확인하였다. 또한 Dendrite 경계를 따라 과도 한 추가 석출 없었고 추가적인 Post Weld Heat Treatment는 두 시험편의 용접금속 및 모재부의 미세 조직구조에 악영향을 미치지 않았다고 결과를 확인하였다. 아래 의 사진에 표시된 2가지 조직 Sample에서 SA213-T91 Tube의 모재는 정상적인 세밀한 페라이트 매트릭스 및 분산 탄화물을 (Specimen.1.2)에서 확인 할 수 있었 다. 각각의 시험편은 미세조직 사진으로 볼 때 열처리가 완벽히 수행된 것으로 확 인하였고, 앞서 손상된 용접 Sample 에서 거친 Bead 파형이 관찰된 Notch 부위 에 엄청난 응력이 발생 및 복합적으로 균열이 발생에 영향을 끼친것에 관련하여 이번 Sample 시험편 Type 1,2 용접부위는 용접 후 열처리 전 외관이 좋지 못한 부위에 대하여 Smooth Grinding 수행하여 ASME Sec I Code 기준에 나와있는 모 재 두께당 Weld reinforcement 기준으로 용접 여성고 높이를 Grinding 하여 열처 리 후 외관검사를 수행하였는데 특별한 notch 부위를 발견할 수 없었고 급격히 Weld Bead 형상이 불규칙한 것은 찾아볼 수 없어 양호한 용접 Profile 형성을 보 였고 Back bead 또한 외관상으로는 양호한 용접형태로 확인 되었다는 것을 확인 할 수 있었다.

(a) To T91 tube. Approx. magnification 200X

T91

Fusion

Weld Metal

(b) To TP347H tube. Approx. magnification 200X

Fig.28 General microstructures of weld metals, additional 30 minutes

(a) To T91 tube. Approx. magnification 200X

T91

Weld Metal

Fusion Line Fusion Line 347H

Weld Metal

(b) To TP347H tube. Approx. magnification 200X

Fig.29 General microstructures of weld metals, additional 120 minutes

347H Weld Metal

Fusion Line

제 4 장 결 론

9% Cr-1Mo 강중 SOVR 화력 발전소 보일러 Pendene Super-Heater 수냉벽용 으로 개발된 SA213-T91재질은 720℃~750℃ 온도로 용접 후 열처리 시험편을 제 작하여 육안검사, 비파괴 검사, 경도검사, 조직검사를 관찰 결과 다음과 같은 결론 을 얻었다.

1) Post Weld Heat Treatment 를 추가로 120분 동안 사용하면 경도는 수준이 최고 허용경도 수준 주로 280Hv 이하로서 추가적인 PWHT는 튜브 또는 용접금속의 미세 구조를 변화 시키지 않았다고 사료된다.[4]

2) 본 결과를 토대로 필요하다면 다른 발전소의 용접 접합부의 SA213-T91 튜브에서 경질 Martensite의 열영향부(HAZ)부에 추가 120분 PWHT를 적 용해야 한다. 두 시험편 모두 완전 침투, 양호한 융합 및 양호한 용접 프 로파일을 나타냈다. 어떤 시험편도 추가적인 PWHT 이전에 수소 취화 균 열이 발생하거나 PWHT에서 가열 또는 냉각에 의해 유발 될 수 있는 열 응력으로 인해 발생 할 수 있는 미세 균열을 나타내지 않았다. [4]

3) 120분 추가 열처리는 장시간 Holding time 인한 입자 성장이 발생할 수 있 고, 조직 내에 가공경화에 의해 형성된 적층결함이 해소되는 효과가 발생 했기 때문에 안전상이 되었다고 사료된다.

4) 추가적인 120분 PWHT 테스트 공정이 SA213-T91 용접부, 열영향부(HAZ), 모재부의 경도를 크게 감소 시켰음을 확인하였다.

5) 용접 후열처리 후 경도는 열영향부의 금속부분이 가장 높으며 상층부,

중층부, 그리고 하층부 순으로 경도가 높은 것으로 결과를 확인하였다.

6) 모재부 경도는 용접후열처리 온도 변화와 무관하게 280Hv로 일정하게 측정되었다. 용착 금속부와 열영향부 경도를 저하시키기 위한 용접 후 열처리 온도는 730℃~750℃ 이상이 요구되는 것으로 사료된다.

7) 후열처리 온도가 증가함에 따라 용착 금속부와 열영향부 입계에 탄화물 석출이 증가되는 것을 확인하였다.

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