KR100262668B1 - 고효율 크롬탄화물형 표면경화 육성용 용접와이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경화육성용 용접와이어에 관한 것이며; 그 목적은 스패터 발생량이 적고, 용착금속의 비드형상이 건전하게 형성될 수 있는 경화육성용 용접와이어를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플럭스가 30-60중량%이고, 나머지 튜브라형 외피로 구성되는 육성용접 와이어에 있어서, 상기 플럭스중 95중량% 이상이 와이어 총중량에 대하여 C : 2-6중량% Mn; 0.5-4중량%, Si : 0.2-4중량% 및 나머지 Fe로 이루어지는 금속분말이고; 상기 플러스중의 나머지 5중량% 이하가 와이어의 총중량에 대하여 Al : 3중량%이하, CaF₂:3중량%이하, Ti 또는 Fe-Ti중 선택된 1종: 0.3-2.0중량%로 이루어지는 혼합분말로 구성되는 고효율 크롬탄화물형경화육성용 용접와이어에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

고효율 크롬탄화물형 표면경화 육성용 용접와이어

본 발명은 크롬탄화물용 경화육성용 용접와이어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 스패터 발생이 적어 육성용접층의 고합금화가 가능한 용접와이어에 관한 것이다.

표면경화 육성용접제는 금속간 마모 혹은 토사 및 광물과의 마찰로 인한 극심한 긁힘 마모가 발생하는 부위의 내마모성을 개선하거나 손상된 부위를 용접하여 보수하는데 사용되는 용접재료이다. 이 용접재료는 셀프쉴더 플럭스 코어드 와이어 혹은 혼합분말 형태로 제조되어 제철소의 철광석 및 소결광의 스크린(Screen) 및 내마모판(wear Plate), 시멘트 공장의 파쇄 롤, 준설기기의 마도부 등의 육성용접시 사용된다.

표면경화육성용 용접와이어는 도1에 도시된 바와 같이, 폭이 약 10mm 내외의 얇은 냉연강판(두께 ; 0.2-0.8mm)스트립(10)을 가공하여 튜브라(Tubular)형태로 만들며, 이 튜브라 형태의 와이어 내부에는 용접성 확보를 위한 분말과 융착금속의 물성확보를 위한 금속 분말이 혼합된 분말(플럭스)(11)을 채워 넣은 것이다.

제1도에서 미설명부호 1 : 후프릴, 2 : U형가공홀, 3 : 플럭스호퍼 4 : 플럭스 배출구, 5 : 성형콜, 6 : 인발다이 7 : 와이어권취기이다.

이러한 용접와이어는 용접시 외부에서 공급하는 용융금속 보호가스나 플럭스 없이 단지 와이어 내부에 충진된 대부분의 무기물 분말과 일부 금속분말들 만으로 용접아크열에 의해서 가스나 슬라그 혹은 증기 등을 발생시켜 용융금속을 대기로 부터 차단시켜 보호하는 즉, 자체차단(Self-shielding)이 가능한 용접와이어라 해서 셀프쉴더 플럭스 코어드 와이어 일명 논가스(Non Gas)와이어라 한다.

한편, 셀프쉴더 플럭스 코어드 와이어의 내부에 충진되는 플럭스는 벌크용접(Bulk Weldig : US Patent 3,076,888)에서의 혼합분말로 그대로 사용될 수 있다.

셀프쉴더 플럭스 코어드 용접와이어 내부에 충진되는 플럭스는 용착금속의 요구물성을 확보하기 위해서 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 실리콘, 망간, 탄소, 니오븀, 타티니움, 바나디움, 니켈, 철 등의 원소가 함유된 금속분말들과 용접시 용접와이어의 용접성을 확보하기 위해서 첨가되는 무기물분말인 슬라그 형성제(MnO, MgO, SiO₂)등으로 구성된다.

플럭스중 무기물 함량이 20-30%인 일반 연강 이음용 셀프쉴더 플럭스 와이어와는 달리, 경화육성용 셀프쉴더 플럭스 코아드 와이어는 다량의 합금분말을 충진하고 있어야 하므로 플럭스 중 무기물분말의 함량은 10%이하이다. 와이어의 용접성을 좌우하는 무기물 플럭스의 함량이 적게 사용할 수 밖에 없으므로 인해서 경화육성용 셀프쉴더 플럭스 코아드 와이어는 용접성이 나쁘며, 특히, 아크안정성이 열악하여 용접시 스패터를 대량으로 발생시키는 단점이 있다. 용접시 스패터가 발생되면, 와이어로부터 용착금속으로 합금성분이 이전되어야 할 합금성분이 손실되어 경제적 손실뿐만 아니라 원하는 합금성분을 가진 육성층을 제조하기에는 어려움이 있게 된다.

특히, 크롬탄화물형 경화육성용 셀프쉴더 플럭스 코어드 용접와이어의 경우 용착금속 중에 크롬탄화물을 다량 석출시켜 내마모성을 높여야 한다. 이를 위해 용접와이어 제조시 용접와이어 내부에 충진되는 플럭스 중 가능한 금속분말의 함유량을 95%이상 유지시킨다. 그 결과, 아크안정성이 더욱 저하되어 스패터 발생량이 4%이상으로 증가되어 융착금속으로 이전되어야 할 합금성분이 용접시 스패터 발생되게 되고, 이에 따라 고합금성분을 가진 육성층을 얻을 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 용접 와이어 내부에 충진되는 플럭스 중 금속분말의 함유량을 95%이상 유지시키면서 무기물 분말성분들과 일부 금속분말의 적절한 선택과 첨가량의 제어로 용접시 스패터의 발생량의 매우적고, 융착금속의 비드형상이 건전하게 형성될 수 있는 크롬탄화물형 경화육성용 셀프쉴더 플럭스 코어드 와이어를 제공하는데, 그 목적이 있다.

제1도는 튜브라 형 육성용접용 와이어 제조장치의 개략도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 냉연강판 스트립 11 : 혼합분말(플럭스)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 육성용접 와이어는, 플럭스가 30-60중량%이고, 나머지 튜브라형 외피로 구성되는 육성용접용 와이어에 있어서, 상기 플럭스중의 95중량% 이상이 와이어 총중량에 대하여 C:2-6중량%, Cr : 10-35중량%, Mn : 0.5-4중량%, Si : 0.2-4중량% 및 나머지 Fe로 이루어지는 금속분말이고; 상기 플럭스중의 나머지 5중량%이하가 와이어의 총중량에 대하여 Al:3중량%이하, CaF₂: 3중량%이하, Ti또는 Fe-Ti중 선택된 1종 : 0.3-2.0중량%로 이루어지는 혼합분말로 구성된다.

또한, 플럭스가 30-60중량%이고 나머지 튜브라형 외피로 구성되는 육성용접용 와이어에 있어서, 상기 플럭스중의 95% 이상이 와이어 총중량에 대하여 C:2-6중량%, Cr : 10-35중량%, Mn : 0.5-4중량%, Si : 0.2-4중량% ,여기에 Nb, Mo, W, V의 탄화물형성 원소그룹중 선택된 1종 또는 2종 이상 : 15중량% 이하 및 나머지 Fe로 이루어지는 금속분말이고; 상기 플럭스중의 나머지 5중량% 이하가 와이어의 총중량에 대하여 Al : 3중량% 이하, CaF₂: 3중량% 이하, Ti 또는 Fe-Ti중 선택된 1종 : 0.3-2.0중량%로 이루어지는 혼합분말로 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 튜브라 형태로 가공되는 와이어 외피인 일반 냉연강 후프(두께: 0.28-0.32mm)의 내부에 충진되는 플럭스에 관한 것이다. 여기서 플럭스는 용착금속의 물성을 부여하기 위해 함유되는 금속분말과 용접성확보를 위해 함유되는 혼합분말로 구성된다.

금속분말은 플럭스 중에서 중량비로 95%이상(통상적으로 크롬탄화물형 경화육성용접 와이어에서 차지하는 금속성분의 함량 분포임, 그리고, 여기서 크롬탄화물형 경화육성용접 와이어는 호주용접연구회의 Hardfacing alloy classification 중 Chromiun white iron을 의미함-Australian welding research association, technical note 4, hardfacing, July 1979)을 차지하며, 나머지는 용접시 스패터의 발생량이 매우 적고, 건전한 용착금속의 비드형상 확보 등 용접성을 확보하기 위해 함유되는 무기물 및 금속분말로 구성된다. 특히, 본 발명에서는 플럭스 중 용접성 확보용으로 첨가되는 금속성분 중에서 Ti 및 Fe-Ti에 주안점을 둔다.

이하, 본 발명의 플럭스를 1) 그 중량의 95%이상을 차지하고, 용착금속의 물성을 확보하기 위해 함유되는 금속분말 및 2) 그 나머지의 중량을 차지하고, 용접성 확보를 위해 함유되는 혼합분말을 나누어 설명한다.

1)융착금속의 물성확보용으로 첨가되는 금속분말

이 분말은 합금원소별 순분말, 합금철분말 또는 합금형태 분말을 사용한다. 사용분말들의 제조형태는 분무분말, 환원분말, 파쇄분말 등을 사용하며, 사용분말의 입도는 직경 0.5mm이하를 사용하며 0.1mm이하의 미분이 많을 경우에는 혼합분말의 유동도가 떨어져서 와이어 가공상의 어려움이 야기되므로 주의를 요한다.

이러한 금속분말중 먼저, 탄소(C)는 철을 강화시켜주는 원소로서 재료의 경도를 증가시킨다. 본 발명재에서는 크롬, 티타니움, 니오비움, 몰리브덴, 텅스텐, 바나디움과 결합하여 고경질의 탄화물을 형성하고, 나머지는 탄화물 주위를 둘러싸고 있는 기지조직 종에 고용된다. 따라서 본 발명재에 있어서의 탄소첨가 함량은 내마모성에 절대적으로 기여하는 탄화물을 형성할 수 있는 2.0% 이상이어야 하며, 6%이상 첨가되었을 경우에는 미용해 탄소로 기지조직 중에 존재하게 되어 본 발명재의 취성 및 내마모성이 열악해지므로 2.0-6.0%의 범위로 함유하는 것이 바람직하다.

크롬(Cr)은 본 발명재에 있어서 필수적인 원소이다. 탄소 및 칠과의 결합으로 값이 싸면서도 내마모성이 우수한 경질의 탄화물을 형성하고, 내산화성을 향상시킨다. 탄화물을 형성하기 위해서는 10%이상 첨가되어야 하며, 35%이상은 내마모성 개선효과가 뚜렷하지 않으며 동시에 경제성이 없으므로 그 함유량은 10-35%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

망간(Mn)은 실리콘과의 첨가비율에 따라서 공정반응에 큰 영향을 미친다. 그리고, 응고시 중의 용존 산솔르 제거해주는 역할을 하므로 0.5%이하 첨가하는 것이 필요하다. 4%이상 첨가시는 오스테나이트상의 경도를 저하시켜 결국 내마모성을 저해하는 단점을 야기하므로 그 함유량을 0.5~4.0%로 하는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)은 용강 중의 산소를 탈산시키는 기능을 가지고 있다. 0.2%이하 함유하면 그 기능이 미약하며, 4.0%이상 함유하면 본 발명재의 취성 및 내마모성을 저해하는 퍼얼라이트상을 유발시키므로 그 함유량은 0.2~4.0%로 하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 이루어진 금속분말에 바나디움(V), 니오비움(Nb), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W)이 함유되는 경우 탄화물을 형성하여 내마모성을 개선한다. 따라서, 바나디움, 니오븀, 몰리브덴, 텡스텐 중 선택된 1종 또는 2종 이상을 15%까지 함유하는 것이 바람직하다. 이때, 15%를 넘게 함유되면 함유량을 증가에 따른 효과가 미세하고, 재료원가가가 상승된다.

2) 용접성확보를 위해 함유되는 혼합분말

본 발명에 따라 용접성확보를 위해 함유되는 혼합분말은 Al, CaF₂, 그리고 Ti또는 Ti-Fe이다.

이중 먼저, Al은 용착금속의 탈산효과, 금속중기의 발생으로 대기로부터 용융금속을 보호, 아크릴 안정화시키는 역할을 하는 분말로, 3%이상 함유되어도 그 효과가 뚜렷하지도 않고 과도한 슬라그 형성의 원인이 되므로 3%이하로 함유하는 것이 바람직하다.

CaF₂는 아크용접시 플로라이드계 이온을 형성하여 대기로부터 용융금속을 보호하고 아크를 안정화시키게 하는 원소로서 첨가량이 과도하면 아크안정화를 저해하므로 첨가량은 3%이하로 한다.

티타니움(Ti) 또는 페로티타늄(Fe-Ti)은 본 발명제에 있어서 필수적인 원소로서, 이는 용접시 아크를 안정시켜줌으로서 스패터의 발생량을 현격히 감소시켜 주기 때문이다. 그리고 부수적으로는 탄소와 결합하여 크롬계탄화물 보다 강도가 높은 티타니움탄화물을 형성시켜 내마모성을 확보하는 역할도 한다. 아크안정화를 이루기 위해서는 티타니움 또는 페로티타늄을 0.3%이상 첨가되어야 하고, 첨가량이 2% 이상은 용착금속의 비드형상을 저해하므로 티타니움 또는 페로티타늄 중 선택된 1종을 0.3~2.0%의 범위로 함유하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

하기 표1의 발명제와 비교재를 도 1과 같은 와이어 가공기에서 외경 3.2mm로 가공했다. 이때 와이어의 충진률은 50%였으며, 충진된 플럭스 중 용착금속의 물성을 부여하기 위해서는 첨가되는 철, 크롬, 니오비움, 실리콘, 망간 및 나머지 철로 이루어지는 금속분말의 합이 플럭스 중에서 중량비로 95%이상이였으며, 스패터 발생에 직접적인 영향을 미치면서 동시에 와이어의 용접성을 갖게하기 위해서 첨가되는 무기물 및 금속분말들은 1~5%였다.

이와 같이 가공된 와이어로 정전압 : 30~32, 전류 : 400암페어, 직류 역전극항서 비드폭 : 55mm, 비드높이 : 5mm 비드길이 : 220mm되게 모재두께 12mm인 AISI1020 후판 위에서 예열없이 오실레이팅(Oscillating) 용접한 후 아래의 식으로 스패터 발생률을 구한 다음, 그 결과를 아래 표2에 나타내었다.

그리고, 용접비드 형상은 육안으로 관찰 판정하였다.

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명재의 경우 스패터의 발생률이 2.0-3.7% 범위를 가짐으로서 통상의 크롬탄화물형 경화육성접용 쉘프쉴더 플럭스 코오드 와이어의 스패터 발생량이 5% 내외인 것을 감안하면 본 발명재의 경우 우수한 아크안정성을 유지하고 있음을 알수 있다. 그리고 본 발명재의 경우 와이어 내의 플럭스 중에 티타늄 원소를 함유하고 있음에도 불구하고 육성용접부의 비드표면 형상이 건전한 육성용접층이 형성됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 크롬탄화물형 경화육성용 쉘프쉴더 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 육성용접 할 때 그간 스패터의 과다발생이 최대 결점이었으나 본 발명재의 경우 스패터의 발생량을 현격히 줄일 수 있다. 따라서 본 크롬탄화물형 경화육성용 쉘프쉴드용접 와이어 개발로 육성용접층의 고합금화가 가능해지고, 스패터로 유실되는 양이 줄어듬에 따라 실수율이 증가하며, 용접 작업성이 동시에 되는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 플럭스가 30-60중량%이고 나머지 튜브라형 외피로 구성되는 육성용접용 와이어에 있어서, 상기 플럭스 중의 95중량% 이상이 와이어 총중량에 대하여 C : 2-6중량%, Cr : 10-35중량%, Mn : 0.5-4중량%, Si : 0.2-4중량% 및 나머지 Fe로 이루어지는 금속분말이고; 상기 플럭스 중의 나머지 5중량% 이하가 와이어의 총중량에 대하여 Al : 3중량%이하, CaF₂:3중량%이하, Ti 또는 Fe-Ti중 선택된 1종: 0.3-2.0중량%로 이루어지는 혼합분말인 것을 특징으로 하는 고효율화하는 크롬탄화물형 경화육성용 용접와이어.
2. 플럭스가 30-60중량%이고 나머지 튜브라형 외피로 구성되는 육성용접용 와이어에 있어서, 상기 플럭스 중의 95중량%이상이 와이어 총중량에 대하여 C: 2-6중량%, Cr : 10-35중량% Mn : 0.5-4중량%, Si : 0.2-4중량%, 여기에 Nb, Mo, W, V의 탄화물형성 원소그룹 중 선택된 1종 또는 2종 이상 : 15중량% 이하 및 나머지 Fe로 이루어지는 금속분말이고; 상기 플럭스 중의 나머지 5중량% 이하가 와이어의 총중량에 대하여 Al : 3중량%이하, CaF₂: 3중량%이하, Ti 또는 Fe-Ti중 선택된 1종 0.3-2.0중량%로 이루어지는 혼합분말인 것을 특징으로 하는 고효율 크롬탄화물형 경화육성용 용접와이어.

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