탄소강 배관 용접부 용접후열처리（PWHT） 온도 ＆ 시간에 따른 잔류응력, 미세조직 및 기계적 성질과 수소 전기 장입 후 특성 비교 분석
- 주제(키워드) 도움말 탄소강 , 용접후열처리 , 잔류응력 , 용접공정 , 수소취성 , 수소유기균열
- 발행기관 강원대학교 일반대학원
- 지도교수 도움말 최원열
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 6
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 신소재공학과（강릉）
- 세부분야 해당없음
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000012435
- UCI I804:42001-000000012435
- 본문언어 한국어
초록/요약 도움말
아크 용접 과정에서 발생하는 잔류응력은 탄소강 배관 시스템의 구조 건전성 및 사용 신뢰성에 중요한 영향을 미치며, 특히 수소 관련 환경에서 그 영향이 더욱 크게 나타난다. 이러한 잔류응력을 완화하기 위해 용접후열처리 （PWHT）가 널리 적용되고 있으나, 국제 규격에서는 서로 다른 PWHT 온도–시간 조건을 규정하고 있어 과도하게 보수적인 요구조건이 적용될 가능성이 존재한다. 본 연구에서는 탄소강 배관 용접부에 대하여 가장 높은 적용온도와 긴 유지시간 PWHT 조건인 650 °C/2 h 대비, 완화된 조건인 635 °C/1 h가 동등한 수준의 잔류응력 완화, 미세조직 안정성, 기계적 특성 및 수소취성 저항성을 제공할 수 있는지를 평가하고자 하였다. 잔류응력 분포는 휴대용 X-ray 회절 분석을 통해 측정하였으며, 미세조직 변화는 OM, SEM, EDS 및 EBSD 분석을 통해 평가하였다. 기계적 특성은 경도시험, 인장시험 및 Charpy 충격시험을 통해 평가하였다. 위의 시험결과에 더하여 수소취화 거동은 전기화학적 수소 장입 후 Ex-situ 인장시험, 단면수축률 （RA）, 상대 단면수축률 （RRA）, 그리고 파면 분석을 평가하였다. 모사시편을 아래와 같이 준비하여 국부 용접후열처리를 진행하였다. 모재: 4inch, Sch 40 （Dia. 114.3mm, Thickness 6.02mm）, ASTM A106/A106M 용접공정: GTAW, GTAW+SMAW 용접후열처리 P0; As-welded no PWHT, P1; PWHT 635 °C/1 h P2; PWHT 650 °C/2 h, P3; PWHT 635 °C/1 h+650 °C/2 h 상기 조건에서 탄소강의 PWHT 효과를 평가하기 위하여 다양한 분석을 수행하였으며, 그 결과는 다음과 같으며. 본 연구에서 P1 （635 °C/1 h）, P2 （650 °C/2 h）, 그리고 P3 （635 °C/1 h + 650 °C/2 h）의 PWHT 효과는 동등하다고 확인되었다. 전기화학적 수소 장입 후 인장시험 결과, 인장강도는 비교적 작은 변화를 나타낸 반면, GTAW 용접부의 P2 및 P3 조건에서는 연성이 감소하는 경향이 나타났다. 반면, GTAW+SMAW 용접부는 동일한 PWHT 조건에서도 상대적으로 높은 연성을 유지하였다. GTAW+SMAW 복합 용접공정과 높은 PWHT 온도 조건의 조합은 국부 변형 집중 （Local strain concentration）을 완화하고 수소 유기 균열의 발생 및 전파 저항성을 향상시키는 것으로 나타났다. 본 연구는 수소용 배관 적용 시 신뢰성 향상을 위한 실질적인 기술적 지침을 제공할 수 있다.
more목차 도움말
Ⅰ. 서 론 1
1. 탄소강 1
2. 탄소강의 탄소당량 3
3. 주요 국제 규격 용접후열처리 요구조건 4
Ⅱ. 연구 목적, 모사 시편 및 분석 항목 목록 7
1. 연구목적 7
2. 분석항목 14
Ⅲ. 관련 이론 15
1. 열처리에 의한 응력완화 15
2. 잔류응력의 완화 16
3. 금속의 수소 장입 시험 방법 18
Ⅳ. 실험방법과 절차 21
1. 잔류응력 분석 21
2. 광학현미경 (OM) 관찰 25
3. 주사전자현미경 (SEM) 관찰 26
4. 에너지 분산 분광분석 (EDS) 26
5. 전자후방산란회절 분석 (EBSD) 26
6. 비커스 경도시험 27
7. 인장시험 27
8. 충격 시험 29
9. 전기화학적 수소 장입 30
Ⅴ. 결 과 32
1. 잔류응력 측정 32
2. OM 관찰 40
3. SEM 관찰 54
4. EDS 분석 62
5. EBSD 분석 66
6. 경도시험 결과 67
7. 인장시험 69
8. 충격시험 71
9. 전기화학적 수소 장입 후 분석 73
Ⅵ. 결과 고찰 119
1. 용접후열처리 완화 거동 119
2. 전기화학적 수소 장입 후 125
3. 종합고찰 130
Ⅶ. 결 론 132
APPENDIX A. INDUSTRIAL FAILURE ANALYSIS CASE OF STAINLESS-STEEL METAL HOSE 134
1.FAILURE ANALYSIS OF STAINLESS-STEEL METAL HOSE USING AMMONIA GAS 134
Ⅷ. 주요 경력 140
Ⅸ. 참고 문헌 141
