TMCP강의특성

1. TMCP강재의 용접성

1. TMCP강재의 특성(TEMPERATE MACHINICAL CONTROL PROCESS)
1) 저 탄소당량
장점 : 용접시 저온균열감수성의 저하로 용접예열온도를 낮추거나 생략할 수 있다. 급냉 열 CYCLE에 대한 인성열화가 감소하기 때문에 시공시 선상가열냉각의 제약조건이 완화된다.
단점 : 대입열 용접시 HAZ의 연화로 대입열 용접의 사용에 제약이 가해진다,탄소당량의 하한치를 설정 할 것. 모재의 희석에 의한 용접금속의 강도저하로 FLUX나 WIRE의 성분중 합금성분량을 증가시켜야 한다.
2) 제어 압연과 제어 가속 냉각
장점 : 인성향상으로 인해 대입열용접시 입열제한이 어느정도 완화한다.
단점 : 강재 내부 응력의 불균일로 인해 가스절단및 용접시에 변형발생이 생긴다.
3) 판 두께 방향의 강도 특성이 우수하여 LAMMELLAR TEAR방지에 유효하다.
4) 파괴인성이 우수하여 취성균열전파의정지성능이 양호하다.
5) Hv350이하를 만족하는 조건으로 하면 Ceq≤0.36에서 최소bead길이는 10mm까지 허용된다.
6) 종래 normalized 강재와 비교하여 볼때 HAZ의 강도(저싸이클피로)는 모재에 비하여 낮으나 ASME Code Sec. SⅢ원자력plant에 적용되는 피로강도보다 높아서 HAZ부의 연화가 저cycle피로강도에 큰 영향을 끼치지 않는다.

2. TMCP강의 제조원리
열간압연 공정에서 non-recrystallization 영역에서 Austennite 결정립을 미세하게 제어하여 상온에서의 강의 조직을 미세하게 하는 제어압연공정 (Contrdlled rolling process ) 과 열간압연직후 Ar₃온도부근( 직상 )에서 약 500℃까지 강재를 약 10℃/sec급속냉각시켜서
상온에서의 조직이 martensite나 bainite와 같은 저온 변태 조직들을 많이 생성되게 하는 가속 냉각 공정 ( Accelerated Cooling Process )을 복합적으로 이용하는 방법으로 TMCP 강을 제조하고 있다.
이에 대한 특성은 저온 변태 조직을 이용한 강재의 고 강도화, 결정립의 미세화를 통한 고 인성화, 저 탄소당량을 이용한 고 용접성 향상등을 들 수 있다.
1) 제어 압연
약 950℃ - Ar₃온도 영역 즉 미 재결정온도 영역에서 섬유상의 압연된 ( 층상조직형성) Υ결정입계및 입내에 deformation band ( 변 형대 )를 생성시켜 γ조직이 α조직으로 변태할 때 α결정핵의 생성기지를 많이 제공하여 결정립을 더욱 미세화시키는 미재결정 영역에서의 압연으로 구성되어 있다.(nomalized강재 결정립이 미세하고 인성이 높다)

2) 가속 냉각 공정
제어압연후 Ar₃(직상 )-약 500℃온도영역사이를 냉각수를 이용하여 laminar flow( water) type 이나 Mist Cooling type으로 약 10℃/sec로 가속냉각시켜서 생성되는 ferrite결정립의 크기를 더욱 미세화시킨다. 이 때 얻어지는 결정립도는 ASTM No 10-12. 취성천이온도는 약 -70℃ 정도이다.

3. TMCP강재의 특징.
가) 고 인성화: 저온변태조직에 의한 인성저화보다는 미세한 다수의 ferrite조직에 의한 인성향상효과가 더 크다. 상온에서의ferrite결정립의 크기를 미세화(ASTM No 10 - 12)시켜 충격천이온도를 약 -70℃까지 낮추으로써 노치인성이 풍부하다. 제어압연을 통하여 가능하게 되였다. 즉 합금원소의 첨가에 의한 강도증가가 아니고 변태조직의 의한 것이므로 인성도풍부하다
나) 고 강도화
강의 가속냉각공정을 통하여 pearite조직의 생성을 억제하고 martenite조직이나 bainite
조직과 저온변태조직을 생성시켜 고장력화하고 있다.
이는 합금원소을 첨가하여 소압경화시켜 강도을 증대시키는 방법에 의하지 않아탄소당량이 낮다.
다) 고 용접성 향상
탄소당량 을 0.32정도로 기존 normalizing강재 0.42보다도 크게 낮춤으로써 소입경화 경향이 적어져서 예열온도을 낮추거나 생략할 수있으며 저온균열을 방지할 수 있다.
이 처럼 탄소당량을 낮출수 있는 것은 기존normalizing강재의 경우는 조직이 ferrite + pealite조직인데 반하여 TMCP강은 ferrite bainite + 약간의 marteensite조직을 형성시켜서 고강도화 하였기 때문이다.

4.TMCP강재의 장단점
가) 장점
1) 높은 인장강도와 항복강도를 갖는 고장력강이다
2) 노치인성이 풍부하다(특히 HAZ의 경화등이 저탄소당량으로인해적어서 노치인성이 크다)
3) 용접성의 향상 : 저 탄소당량을 통하여 예열생략.저온균열방지.균열감수성이 적다.
4) 대입열용접시 HAZ의 노치인성이 기존 강재모재부의 그것보다 우수하다(취화없음)
저 탄소당량과 결정립미세화에 의한 노치인성(HAZ부의 연화현상및원래미세조직이기 때문이다)이 우수하므로 기존강재에서 문제가 된 HAZ부의 인성저하와는 달리 대입열 용접가능하다.
5) 두께방향의 재질편차감소
기존 normalizing강재는 두께방향이 pearite band로 인해 강도저하특성이 나타나지만 TMCP강에서는 pearite band가 소멸하고 재질의 균일하여 진다.
6) TMCP강 제조 COST를 절감
동일강도의 기존 고장력강과 비교하여 합금원소의 첨가를 줄이거나 생략할수있으며 mormalizing이나 qendining & temering과 같은 off-line열처리공정을 생략할 수 있다.
7) 용접비용의 절감
예열생략, 고능률 대입열용접가능, 고강도에 따른 강재의 경량화에 따른 용접재료및 용접공수의 절감..
나) 단점
1) PWHT(후열처리)이후 TMCP강의 강도저하(연화현상)TMCP강에 Ac₁온도이하에서 존재하는 bainite조직이나 Martensite조직등의 준 안정조직이 tempering초과에 의해 조직변화을 일으켜 기계적성질, 특히 인장강도가 저하된다.
따라서 강도저하를 감안하여 모재의 강도를 높게 설정하여 연화후에도 적정한 강도를
유지하도록 모재두께선정하여야 한다.
2) HAZ의 연화현상
용접시 나타나는 용접부heat Cycle중 HAZ부위에서 Ac₁이하로 가열된 영역은 tempering 효과를 받아 TMCP강에 존재하는 준안정조직,즉 bainte조직이나α-martensite조직이 안정조직으로변화하면서 기계적 성질, 특히 강도가 모재부강도보다 저하하여 연화되는데 이는주로 대입열용접시에 용접부의 냉각속도가 가속냉각강판제조시에 적용된 냉각속도보다 낮을때에 발생하며 이 때 얻어진 조직이 가속냉각조직보다 연화하기 때문이다.(여기에 후열를 하면 용접부의 강도저하는 더욱 심하여진다)
3) 판재의 소성변형및 절단시 CAMPERING TMCP강재의 가속냉가시에 판내의 온도불균일에 의하여 발생하는 열응력에 의하여 여러가지 형태의 소성변형을 일으키는데 대표적인 변형은 wave변형,gutter 변형,Heat-tail curl변형등이 있다. 또 소성변형을 일으킬 정도의 열응력이 발생하지 않는 경우는 잔류응력으로 판재에 남아 있다가 TMCP강재를 소절단할 때에 판이 휘어버리는 Camber현상이 나타난다…
4)TMCP강 용접부 연화에 따른 기계적 성질의 변화
A) 열영향부의 연화현상
용접후 냉각속도가 제강시 TMCP강이 가속냉각공정에서 받는 냉각속도보다 느릴때 모재보다연화되며 용접입열 크기에 따라 연화화되는 정도및 연화영역이 달라지게 된다. 즉 용접입열량이클수록 연화정도가 더욱 커지고 열영향부의 모재쪽으로연화영역이 확대 된다. 그러므로 TMCP강의 용접시에는 모재강도보다 적어지지않는 즉 연화현상이 발생 되지 않는 용접입열(용접조건)을 선정검토할 필요가 있다.
또한 용접후 Ac₁변태온도이하에서의 후열처리에 의해서도 연화현상이 심하게 발생한다
5) TMCP강 용접부 연화에 따른 피로균열 전파속도
연화부에서의 피로균열전파속도는 모재부보다 매우 빠르게 진행된다. 특히 연화영역 에서는 피로강도가 저하하나 bond line부근의 인장강도및 경도값이 큰지역에서는 피로강도가 상승한다