PAW-TIG 하이브리드 텐덤 용접법에 의한 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강의 용접성에 관한 기초 연구

Abstract

전 세계적으로 대기오염으로 인한 환경, 인체 및 사회적 유해성에 대한 관심이 증가되면서 모든 분야에서 대기오염을 방지하기 위한 규정들을 강화해 왔다. IMO는 선박 대기오염 규제를 지속적으로 강화하고 있으며 2016년 10월 개최된 MEPC 70차 회의에서 2020년 1월 1일부터 배출규제해역이 아닌 일반해역을 운항하는 전 세계 모든 적용대상 선박에 대하여 황함유량 0.5%를 초과하지 않는 연료유를 사용하도록 결정하였다. 한국선급이 실시한 경제성 분석 결과에 따르면 배기가스 세정장치(EGCS, exhaust gas cleaning system)의 투자비 회수 기간을 감안할 때 상기 규정을 만족하는 저유황유의 사용이나 LNG의 사용보다는 EGCS를 설치하여 규정을 만족시키는 것이 가장 경제적인 것으로 분석되었다. EGCS란 다량의 황이 함유된 연료유를 사용하는 선박에서 배기가스 배출관에 EGC 시스템을 설치하여 최종 배출되는 SOx의 양을 감소시키는 방법이다. EGCS의 관장치에는 내부식 특성이 우수한 여러 재료들이 사용되고 있지만, 내부식성이 좋은 스테인리스강 중에서도 널리 사용되는 오스테나이트 스테인리스강 대비 강도와 경도 및 부식저항성이 좋은 슈퍼듀플렉스 스테인리스강에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 친환경 선박의 황산화물 배기가스 세정장치용 슈퍼듀플렉스 스테인리스강의 용접을 위해 개선 및 용가재가 필요 없는 PAW를 활용한 키홀용접을 적용하였고, 용접품질 및 내구성 향상을 위해 TIG 열원도 추가 하였다. 슈퍼듀플렉스 스테인리스강의 용접성과 열처리 특성을 확인하기 위해 슈퍼듀플렉스 스테인리스강에 대한 PAW 열원과 TIG 열원의 용입 특성을 식별하였고, 슈퍼듀플렉스 스테인리스강에 대한 PAW-TIG 하이브리드 텐덤 비드용접 시 매개변수의 영향 평가를 실시하였으며, 슈퍼듀플렉스 스테인리스강에 대한 PAW-TIG 하이브리드 텐덤 맞대기용접 시 매개변수의 영향 평가도 실시하였다. 또한, 인장시험, 굽힘시험 등 기계적 시험과 미세조직 분석, SEM 분석, EDS 분석, 분율 확인 등 조직시험을 통해 슈퍼듀플렉스 스테인리스강에 대한 PAW-TIG 하이브리드 텐덤 맞대기용접 후 고용화 열처리 영향도 함께 평가 하였다.

With increasing interest in environmental, human and social hazards from worldwide air pollution, regulations have been strengthened to prevent air pollution in all areas. IMO continues to strengthen ship air pollution regulation and at the 70th MEPC meeting held in October 2016, It was decided to use fuel oil not exceeding 0.5% sulfur content for all vessels that operate in general waters other than emission-controlled waters in the world from January 1, 2020. According to the results of the economic analysis conducted by the Korean Register considering the payback period of the exhaust gas cleaning system (EGCS), the installation of EGCS rather than the use of low-sulfur oil or LNG that satisfies the above regulations is analyzed to be the most economical. EGCS is a method that reduces the amount of SOx that is finally discharged by installing an EGC system in the exhaust pipe in a ship using a large amount of sulfur-containing fuel oil. Although several materials with excellent corrosion resistance are used in the piping system of EGCS, it is necessary to study superduplex stainless steel with good strength, hardness and corrosion resistance compared to austenite stainless steel, which is widely used among stainless steel with good corrosion resistance. In this study, keyhole welding using PAW, which does not require groove and fillers, was applied for welding of super duplex stainless steel for EGCS of eco-friendly ship, and TIG process was also applied to improve welding quality and durability. In order to confirm the weldability and heat treatment characteristics of the super duplex stainless steel, the penetration characteristics of the PAW and the TIG process for the super duplex stainless steel were identified, and the effect of the parameters was evaluated when the PAW-TIG hybrid tandem beads welding to the super duplex stainless steel. In addition, the effect of the parameters when the PAW-TIG hybrid tandem butt welding on the super duplex stainless steel was also evaluated. In addition, the impact of heat treatment after PAW-TIG hybrid tandem butt welding on super duplex stainless steel was evaluated through mechanical tests such as tensile test and bending test, and microstructure analysis, SEM analysis, EDS analysis and fractional test.