KR100217852B1 - 내마모성이 우수한 고크롬 탄화물계 합금의 육성용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 극심한 마모가 발생되는 부위의 내마모성을 향상시키는 고크롬 탄화물계 합금의 육성 용접방법에 관한 것으로, 고크롬 탄화물계 합금의 육성 용접시 전극재인 고합금의 플럭스 코어드 와이어와 모재간에 적정 두께로 고크롬 탄화물계 육성 용접합금 분말을 도포하여 아크를 발생시키므로서, 고크롬 탄화물계 육성 용접판의 내마모성 및 생산성의 향상과 고합금화가 가능해져, 보다 경제적이면서 우수한 품질의 고크롬 탄화물계 육성 용접판을 제조할 수 있는 용접방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고크롬 탄화물계 합금을 육성용접하는 방법에 있어서, 상기 모재상에 고크롬 탄화물계 육성 용접 합금분말을 0.5-4.0㎜ 의 두께범위로 도포한 상태에서 육성용접 합금의 분말이 내부에 적정량 충진된 플럭스 코어드 와이어를 전극재로 사용하여 아크를 발생시키는 것을 포함하여 이루어지는 내마모성이 우수한 고크롬 탄화물계 합금의 육성용접방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

내마모성이 우수한 고크롬 탄화물계 합금의 육성 용접방법

제1도는 본 발명의 방법이 적용된 육성 용접방법의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 전극재 20 : 고크롬 탄화물계 육성용접합금분말(금속분말)

30 : 모재

본 발명은 토사 및 광물과의 마찰로 인한 극심한 마모 발생부위, 즉 준설기기, 시멘트 공장의 파쇄롤, 제철소의 원료 및 소결광의 스크린, 호퍼(Hopper), 화력발전소의 원료탄 장입부, 레미콘기 내부등의 수명 연장을 위해 사용되는 고크롬 탄화물계 합금의 육성용접 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 보다 경제적이면서 우수한 품질의 고크롬 탄화물계 육성 용접방법에 관한 것이다.

크롬 탄화물을 가지는 고크롬 철계 육성용접판은 내마모성을 필요로 하는 분야에서 매우 중요하게 사용되는 재료이다. 이들 고크롬 철계 육성용접판들은 타 재료들에 비해서 값이 싸면서도 내마모성이 우수하다는 장점을 지니고 있다.

고크롬 탄화물계 육성용접합금은 합금이 함유하고 있는 탄소와 크롬원소가 응고도중에 상호 결합하여 경도값이 Hv 1,100-1,700 으로 매우 높은 고경질의 크롬탄화물[(Cr, Fe)₇C₃]을 석출시킴으로서 내마모성이 특히 우수한 합금이다. 이 고크롬 탄화물계 육성용접합금 중에서 조대한 일차크롬계 탄화물을 함유하는 과공석 합금의 경우는 주로 육성용접판의 형태로 제조되어 산업기기 전반에 사용되고 있다. 특히 토사 및 광물과의 마찰로 인한 극심한 마모 발생부위, 즉 준설기기, 시멘트 공장의 파쇄롤, 제철소의 원료 및 소결광의 스크린, 호파(Hopper), 화력 발전소의 원료탄장입부, 레미콘기 내부등의 수명 연장을 위해 사용된다.

여기서 고크롬 탄화물계 육성용접합금은 중량비로 탄소(C):2.0-6.5%, 크롬(Cr):10-35%, 망간(Mn):0.1-5%, 실리콘(Si):0.1-2%, 니오비움(Nb), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 바나디움(V), 보론(B):각각 0-15%(이들 다섯원소들은 항시 첨가되는 것은 아니고 전혀 첨가 안되거나, 각각의 원소들이 개별 혹은 상호 함께 첨가되어도 됨), 나머지는 철(Fe)로 구성되는 재료이다.

고크롬 탄화물계 육성용접판의 제조를 위해서 사용되고 있는 육성용접 방법은 연강 혹은 합금의 모재위에 먼저 용접시 희석률을 고려해서 융착금속이 목적하는 합금성분이 되는 고합금의 용접 와이어를 전극재로 이용하여 용접 와이어와 모재간에 아크를 발생시키고, 아크열에 의해 용접와이어가 녹아 모재 표면에 융착되게 하여 제조한다. 결국 육성 용접후 연강 혹은 합금의 모재층 위에 원하는 물성(내마모성)을 지닌 육성용접층이 상호 결합되어 있는 이층 복합강판이 되는 것이다.

고크롬 탄화물계 육성용접판의 제조를 위해서 현재까지 가장 널리 사용되고 있는 육성 용접방법은 오픈 아크(Open Arc)용접법과 벌크(Bulk)용접법이 있다. 연강의 모재위에 전극재로 고합금의 플럭스 코어드 와이어(Flux Cored Wire)를 사용하여 아크열로 전극재를 용융시켜 육성층을 제조하는 방법이 오픈 아크 용접법이다. 이때 사용하는 플럭스코어드와이어는 폭이 10㎜ 내외인 연강의 냉연판을 외경 2.8-3.2㎜ 되게 와이어 형태로 가공하고, 가공된 와이어 내부에 대부분이 고합금의 금속분말이고, 일부는 용접성을 위한 무기물 플럭스를 충질하여 사용한다. 이 용접법은 단순히 연속으로 공급되는 용접 와이어만을 사용하여 연강의 모재위에서 용접작업을 하므로 매우 간편하면서도 연속자동이 가능한 장점을 지니고 있다. 그러나 이 방법은 한정된 와이어의 내부에 분말을 충진시켜야 하므로 첨가 합금원소의 양에 제한을 받으며, 전극재와 모재간에 직접 아크열이 발생되어 아크열에 의한 모재의 용융정도가 심해 전극재의 합금을 일부 희석시키는 단점을 갖고 있다.

벌크 용접법은 전극재로 구리가 수마이크로 두께로 코팅된 연강의 고체 와이어를 사용하고 연강의 모재와 전극재간에 아크를 발생시키고, 아크발생과 동시에 고합금의 금속분말은 전극재인 고체와이어가 공급되는 통로 주위에서 아크가 발생하는 지점으로 공급되어 아크열에 의해 용해된다. 이때 발생되는 아크열의 일부가 공급되는 금속분말의 용해를 위해 소모됨으로 해서 오픈 아크법 보다는 모재의 희석정도가 적고, 금속분말과 고체 전극제가 동시에 용해되므로 단위시간당 용융금속의 양이 오픈아크법보다 다소 많다. 그러나, 협소한 통로를 통해 금속분말이 원활히 공급되어야 하므로 사용하는 금속의 입자는 일정크기 이상으로 크기가 제한을 받게 되고, 고합금화를 위해서는 공급분말의 합금원소 함유비가 높은 고가의 분말을 사용해야 하는 단점을 가지고 있다.

이에 본 발명자는 상기한 종래의 고크롬 탄화물계 합금의 육성용접 방법인 오픈 아크용접법과 벌크 용접법에서의 단점인 생산성, 희석율 및 사용분말의 제한등을 해결하기 위하여 연구와 실험을 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 고크롬 탄화물계 합금의 육성용접시 전극재인 고합금의 플럭스 코어드 와이어와 모재간에 적정 두께로 고크롬 탄화물계 육성 용접합금 분말을 도포하여 아크를 발생시키므로서, 고크롬 탄화물계 육성 용접판의 내마모성 및 생산성의 향상과 고합금화가 가능해져, 보다 경제적이면서 우수한 품질의 고크롬 탄화물계 육성 용접판을 제조할 수 있는 용접방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 고크롬 탄화물계 합금을 육성용접하는 방법에 있어서, 상기 모재상에 고크롬 탄화물계 육성 용접 합금분말을 0.5-4.0㎜ 의 두께범위로 도포한 상태에서 육성용접 합금의 분말이 내부에 적정량 충진된 플럭스 코어드 와이어를 전극재로 사용하여 아크를 발생시키는 것을 포함하여 이루어지는 내마모성이 우수한 고크롬 탄화물계 합금의 육성용접방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 우선 제1도에서와 같이, 모재상에 금속분말을 도포한다. 이때 금속분말의 조성 및 그 도포두께는 다음과 같다.

금속분말, 즉 고크롬 탄화물계 육성용접 합금 분말(20)의 조성은 중량%로, C:2.0-6.5%, Cr:10-35%, Mn:0.1-5%, Si:0.1-2% 및 나머지 : Fe 로 조성되거나, 또는 상기 조성에 Nb, Mo, W, V 및 B 이 단독 또는 복합으로 15% 이하로 첨가된 조성이다.

이와같이 조성되는 금속분말층은 우선 연강인 평판 형상의 모재판(30) 위에 금속분말(20)을 일정 두께로 깔아 두면 된다. 이때 사용하는 금속분말의 크기는 직경이 0.5㎜ 이하여야 한다.

사용하는 금속 분말의 크기가 0.5㎜ 이상이 되는 입자를 사용하게 되면 용접시 발생하는 아크열에 충분히 녹지 않아 미용해된 입자자 형태로 용착금속에 잔류하게 되어 용착금속의 합금화가 이루어지지 않게 된다. 그리고 분말층의 두께는 0.5-4㎜ 이어야 한다. 금속분말층의 두께가 0.5㎜ 이하인 경우에는 균일한 금속분말층 두께를 얻기가 어려우며 4㎜ 이상인 경우에는 금속분말이 전극재와 모재인 금속평판 사이에 존재하면서 아크발생을 방해하게 되어 용접도중에 아크단락이 발생하여 용접작업성을 방해하므로 금속분말층의 두께 하한치를 0.5㎜, 상한치를 4㎜로 한정함이 바람직하다.

본 발명에서는 상기와 같은 조건을 만족하도록 모재(30) 위에 금속분말(20)을 도포한 후에는 그위에 전극재(10)인 플럭스 코어드 와이어가 위치되도록 한다.

본 발명에서 사용되는 전극재(10)는 플럭스 코어드 와이어로서 폭이 10㎜ 내외인 연강의 냉연판을 외경 2.0-3.2㎜ 되게 와이어 형태로 가공하고 가공된 와이어 내부에는 대부분이 고합금의 금속분말이며 일부는 용접성을 위한 무기물 플럭스를 충진할 것이다. 와이어의 외경이 2.0㎜ 이하이면 생산성이 낮아지고 3.2㎜ 이상이면 아크 안정성이 저해되며 동시에 용입정도가 심해져 희석으로 인한 융착금속의 재질 열화가 일어나므로 사용가능한 와이어의 직경은 하한치 2.0㎜, 상한치 3.2㎜ 로 한정함이 바람직하다. 그리고 전극재(10)로 플럭스 코어드 와이어를 사용하는 이유로는 플럭스 코어드 와이어가 고체 와이어와 비교할때 내부에는 금속분말(20)이 충진되어 있음으로 해서 동일 전력 부하조건에서 보다 높은 저항열로 인해 단위 시간당 전극재(10)의 용착률이 높기 때문에 생산성이 높다. 그리고 고합금의 원소를 와이어 내부에 충진할 수 있으므로 용착금속의 고합금화가 보다 용이하기 때문이다.

상기와 같이 모재(30)위에 금속분말(20)을 도포하고 그 위에 전극재(10)를 위치시켜 용접을 실시한다. 그러면 모재판(30) 위에 일정 두께로 깔려 있는 금속분말(2)은 전극재(10)와 모재(30) 사이에 존재하면서 용접시 모재(30)와 전극재(10)간에 발생하는 아크열의 일부를 흡수하여 분말 자신이 용해되는데 사용되므로 모재로 전달되는 열의 일부가 소모된다. 그 결과 아크열에 의한 모재의 용융정도는 작아지고 결국 모재 용융으로 인한 전극재의 희석 정도가 줄어들게 되는 잇점이 있다. 그리고 용착금속의 최종 합금성분이 오픈 아크용접법의 경우 전극재에 의해서만 공급되고, 벌크용접법의 경우 공급분말에 의해서만 공급되는 기존의 방법과는 달리 본 발명의 경우는 전극재(10)인플럭스 코어드 와이어와 금속 분말층의 합금분말 양측에서 공급된다. 따라서 기존의 육성용접 방법에 의해서 공급될 수 있는 합금성분의 양 이상으로 본 발명의 방법에 의해서는 공급 가능하다. 그리고 용접시 전극재와 동시에 금속분말층에 존재하는 합금분말 또한 동시에 용해되어 용착되므로 단위 시간당 용착금속의 양 또한 증가된다.

이상과 같은 방법에 의하여 모재상에 고크롬 탄화물계 합금을 육성용접하게 되면 모재상에는 중량비로, 탄소(C):2.0-6.5%, 크롬(Cr):10-35%, 망간(Mn):0.1-5%, 실리콘(Si):0.1-2%, 니오비움(Nb), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 바나디움(V), 보론(B):각각 0-15%(이들 다섯 원소들은 항시 첨가되는 것은 아니고 전혀 첨가안되거나, 각각의 원소들이 개별 혹은 상호 함께 첨가되어도 됨), 나머지는 철(Fe)로 조성되는 육성용접 합금이 형성된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

두께 9㎜ 인 연강(ss 41종)의 모재위에 본 발명의 육성용접 방법과 기존의 육성 용접방법으로 각기 육성용접을 실시하고, 이때의 각 용접 공정별 단위 시간당 용착량, 희석층 두께 및 용입깊이를 측정하여 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.

오픈 아크법과 본 발명의 육성 용접법에서 사용한 전극재는 외경 3.2㎜ 인 플럭스 코어드 와이어를 사용했다. 그리고 본 발명의 육성용접법에서의 금속분말층 두께는 2㎜ 였다. 모든 육성용접공법의 용접시 사용전압은 30-34볼트, 사용전류는 400-460암페어로 용접비드폭은 50㎜, 한 육성층 두께는 5㎜ 로 이층 용접했다.

상기 표 1에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명 용접법의 경우 단위시간당 용착량이 13㎏ 으로서 기존의 육성 용접법에 의해서는 7-8㎏/hr. 인 것과 비교해 볼때 매우 생산성이 높은 것을 알 수 있다. 그리고 본 발명 용접법의 경우 육성용접층의 희석층 두께 또한 0.1㎜ 로 기존의 육성용접법에 의한 경우 희석층 두께가 0.4-3㎜인 것과 비교해 볼때 매우 얕은 희석층을 가진 우수한 육성용접층을 얻을 수 있었음을 알 수 있다. 또한 용접시 아크열로 인한 모재가 용융되는 정도를 나타내는 용입깊이를 살펴보면 본 발명 용접법의 경우 용입 두께가 0.5㎜ 로 기존의 육성용접법에 의한 경우 용입 두께가 1-3㎜ 인 것과 비교해볼때 용입이 매우 적게 발생하는 육성용접공법임을 알 수 있다. 용입두께가 작으면 매우 얇은 박판에도 육성용접중 모재에 구멍이 발생하지 않으면서 육성용접이 가능할 수 있음을 의미하므로 보다 넓은 용도로의 용융이 가능함을 시사한다.

[실시예 2]

본 발명의 방법에 의한 육성용접시 금속분말층의 두께가 용접성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 다른 모든 조건을 상기 실시예 1의 발명 용접법의 경우와 동일하게 한채, 모재상 금속분말층의 두께를 하기표 2와 같이 변화시켜가면서 용접을 실시한 후, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.

상기 표 2에서 알 수 있는 바와같이, 본 발명의 금속분말 두께 범위를 만족하는 발명예(1-4)의 경우, 이를 만족하지 못하는 비교예(a-b)의 경우에 비하여 용접특성이 우수함을 알 수 있다.

상술한 바와같이 본 발명은 금속분말을 전극재와 모재 사이에 적정 두께로 도포한 후 용접하므로서 기존의 고크롬 탄화물계 육성용접판 제조방법들이 갖고 있는 생산성, 희석률, 사용모재의 두께의 제한등과 같은 한계성을 개선할 수 있어, 고크롬탄화물계 육성용접판의 내마모성 및 생산성의 향상과 박판 육성용접 그리고 고합금화가 가능해져 보다 경제적이면서 우수한 품질의 고크롬 탄화물계 육성용접판을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 고크롬 탄화물계 합금을 육성 용접하는 방법에 있어서, 상기 모재상에 고크롬 탄화물계 육성 용접합금 분말을 0.5-4.0㎜ 의 두께범위로 도포한 상태에서 육성용접합금의 분말이 내부에 적정량 충진된 플럭스 코어드 와이어를 전극재로 사용하여 아크를 발생시키는 것을 포함하여 이루어지는 내마모성이 우수한 고크롬 탄화물계 합금의 육성 용접 방법.