고압 Weld Neck Flange용 A105 합금의 열간 단조율에 따른 기공 압착과 기계적 물성 연구

A Study on the Compression of Voids and Mechanical Properties of A105 Alloy Based on Hot Forging Ratio for High-Pressure Weld Neck Flanges

본 연구는 12inch W/N 플랜지를 제조에 사용되는 원소재에 존재할 수 있는 내부 결함을 고려하여 최적의 단조 공정을 수립함으로써 과도하게 발생되는 단조 공정비용이 발생하지 않도록 A105 합금강의 열간 단조 특성을 연구하였다. 원소재에서 존재할 수 있는 Φ3의 기공을 열간 단조 압착 시험한 결과, 단조율 45% 이상일 경우 모두 닫히며 데드메탈존의 영향으로 1/2L 부위가 1/4L 부위보다 먼저 닫히는 것을 알 수 있었다. A105 소재의 기지조직은 템퍼드 마르텐사이트이며, 단조율이 높아질수록 오스테나이트 결정립이 미세화되어 열처리 후에도 미세한 템퍼드 마르테사이트로 나타났다. 단조율이 높아질수록 결정립의 크기는 미세화되어 단조율 50%일 때 결정립 평균 직경은 65㎛이며, 80%일 때는 42㎛로 나타났으며, 단조율이 높아질수록 결정립 크기의 분포도도 좁아졌다. 또한 단조 율이 높아질수록 결정입의 미세화로 인장강도, 경도, 충격은 증가하였으며, 연신율은 미세하게 낮아졌다.

This study investigates the hot forging characteristics of A105 alloy steel to mitigate excessive costs associated with the forging process, particularly related to internal defects that may be present in the raw materials used to manufacture 12-inch weld neck (W/N) flanges. The results of hot forging compression tests on pores of Φ3 revealed that all pores are closed when the hot forging ratio reaches 45% or higher. Notably, the 1/2L section closes before the 1/4L section does due to the influence of the dead metal zone. The matrix structure of A105 steel is tempered martensite, and as monotonicity increases, the austenite grains become finer, resulting in a refined tempered martensite even after heat treatment. As the hot forging ratio increases, the crystal grain size decreases, where the average diameter of the crystal grain is approximately 80 μm at a 50% hot forging ratio and approximately 60 μm at higher ratios. In addition, as the forging ratio increases, tensile strength, hardness, and impact toughness also improve due to grain refinement, even as elongation and the number of crystal grains decrease slightly.