KR100920549B1 - 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 강제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어지는 직류 역극성으로 사용하는 저합금 내열강용 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어는, 강제 외피 및 플럭스로 이루어지는 와이어 전체에서, 와이어 전체 질량에 대하여 BaF2: 1.0 내지 5.0질량%, Al: 0.3 내지 3.0질량%, C: 0.04 내지 0.15질량%, N: 0.005 내지 0.040질량%, Cr: 1.0 내지 2.7질량%, Mo: 0.4 내지 1.3질량%, Si: 0.05 내지 0.5질량%, Mn: 0.5 내지 1.5질량%, 및 Fe: 85 내지 95질량%를 함유하고, Ni: 0.1질량% 이하로 규제한다. 본 발명에 따르면, 저합금 내열강용 용접 재료에 있어서 전자세 용접이 가능하며, 인성 및 취화 특성이 양호하다.
Description
본 발명은 원자력, 화력 발전, 석유 정제 등의 각종 플랜트에 사용되는 저합금 내열강의 용접 재료에 있어서, BaF2를 포함하여 인성이 양호한 용접 금속을 얻을 수 있고, 전자세에서의 용접 작업성이 뛰어난 저합금 내열강용 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에 관한 것이다.
저합금 내열강용의 용접 재료로서 TiO2를 주요 플럭스로 하는 티타니아계의 플럭스 함유 와이어가 알려져 있는데(미국 특허 제6940042호), 이 티타니아계 플럭스 함유 와이어는 전자세에서의 용접성은 양호하지만, 용접 금속 중의 산소량이 다른 시공법에 비하여 높고, 인성은 반드시 충분히 만족할만한 수준에 있다고는 할 수 없었다.
한편, 일본 특허 제3511366호에는 Ba 화합물을 함유하는 아연 도금 강판 용접용 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어가 기재되어 있다. 이 Ba 화합물을 함유하는 플럭스 함유 와이어는 염기성 플럭스 함유 와이어이다.
그러나 이들 상기 두 문헌에 기재된 종래 기술에 있어서는, 이하에 개시한 문제점이 있다. 즉 가스 실드 아크 용접 티타니아계 플럭스 함유 와이어는 전자세 용접에 있어서 뛰어난 용접 작업성 및 능률성을 가지고 있으나, 조재제로서 TiO2 등의 산화물을 와이어 중에 다량으로 함유하며, 슬래그의 염기도도 산성이다. 따라서 용접 금속의 산소량은 일반적으로 70 내지 900질량ppm으로 높고, 인성면에서는 염기성 와이어에 비하여 떨어졌다. 한편, 염기성 와이어는 용착 금속의 산소량이 비교적 낮고, 양호한 인성이 얻어지지만, 전자세 용접의 작업성이 티타니아계 플럭스 함유 와이어에 비교하면 현저하게 떨어진다.
염기성 플럭스 함유 와이어는 불화물의 첨가량을 높게 하고 있는데, 그렇게 하면 용접 퓸 및 스패터의 발생량이 많아지는 것 이외에, CaF2 및 BaF2 등을 사용함으로써 슬래그의 염기도가 상승하여 입향 자세에서의 용접성이 극단적으로 열화된다는 문제점이 있다. 따라서, 이 종래 기술은 전자세 용접에의 적용이 어려웠다.
또한 일본 특허 제3511366호에 기재된 염기성 플럭스 함유 와이어는 정극성(와이어를 마이너스로 하여 용접)으로 용접하는 것이다. 이 와이어 정극성의 경우에는 전자세 용접이 가능해지는데, 정극성의 특징인 용융 속도가 느리다는 문제점을 포함하는 것이다. 따라서 와이어 역극성(와이어를 플러스)으로의 용접이 가능한 염기성 플럭스 함유 와이어의 개발이 요망되고 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 저합금 내열강용 용접 재료에 있어서, 전자세에 있어서 인성 및 취화 특성이 양호한 용접 금속을 얻을 수 있고, 와이어 역극성으로 고능률 용접이 가능한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 저합금 내열강용 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어는, 강(鋼)제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어지는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어로서, 강제 외피 및 플럭스로 이루어지는 와이어 전체에서, 와이어 전체 질량에 대하여 BaF2: 1.0 내지 5.0질량%, Al: 0.3 내지 3.0질량%, C: 0.04 내지 0.15질량%, N: 0.005 내지 0.040질량%, Cr: 1.0 내지 2.7질량%, Mo: 0.4 내지 1.3질량%, Si: 0.05 내지 0.5질량%, Mn: 0.5 내지 1.5질량%, 및 Fe: 85 내지 95질량%를 함유하고, Ni: 0.1질량% 이하로 규제한다.
이 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어에 있어서, 와이어 전체 질량에 대하여 플럭스 중에 Mg를 0.1 내지 0.5질량% 더 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 와이어 전체 질량에 대하여 플럭스 중에 철 산화물(FeO 환산), Mn 산화물(MnO 환산), Zr 산화물(ZrO2 환산) 및 Mg 산화물(MgO 환산)을 총 0.5 내지 2.5질량% 함유하는 것이 바람직하다.
더욱이, Al, C 및 N의 함유량을 각각 [Al], [C], [N]이라 하면, 3.0≤[Al]/([C]+[N])≤15.0의 관계를 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 염기성 플럭스 원료인 BaF2를 포함함으로써 인성이 뛰어난 용접 금속을 얻을 수 있고, 또한 스패터 및 퓸 등의 용접 작업성도 우수하다. 게다가, 전자세 용접의 경우에도 용접 금속의 처짐 등의 문제가 발생하지 않고, 또한 조대 δ페라이트의 석출이 억제되어 용접 금속의 강도 저하도 방지할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 저합금 내열강용 용접 재료에 있어서, TiO2를 주요 플럭스로 하는 티타니아계 플럭스 함유 와이어는 전자세에서의 용접성은 양호하지만, 용접 금속 중의 산소량이 다른 시공법에 비하여 높고, 반드시 인성은 양호하다고는 할 수 없었다. 따라서, 열처리 후의 인성 및 취화 특성 등의 신뢰성이 높을 것이 요구되는 리액터 등의 분야에는 티타니아계의 플럭스 함유 와이어의 적용은 제한된다. 따라서, 티타니아계 플럭스 함유 와이어는 그다지 널리 적용되고 있지 않은 것이 실정이었다.
반면, 염기성 플럭스 원료 또는 불화물을 플럭스 성분으로 하는 플럭스 함유 와이어는 산소량이 낮고 인성이 양호하다. 그러나 이들 염기성 플럭스 원료 및 불화물은 스패터 및 퓸 등의 용접 작업성을 열화시키는 경향이 있어 적용이 어려웠다. 또한 입향 용접 및 상향 용접 등의 전자세에서의 용접은 작업성이 나빠 곤란하였다. 그러나, 본 발명자들이 실험 연구한 결과, 염기성 플럭스 원료이기는 하지만 Ba 화합물은 비교적 저온에서 분해되는 것과, Ba의 이온화 에너지가 비교적 작기 때문에 아크 안정성을 저해하는 영향이 작다는 것이 밝혀졌다. 그 중에서도 특히 BaF2는 다른 불화물에 비하여 스패터 및 퓸 등의 용접 작업성이 뛰어난 경향을 보였다.
그러나, BaF2를 함유하는 플럭스 함유 와이어라도, 전자세 용접의 경우에는 용접 금속의 처짐 등의 문제가 발생하였다.
따라서 본 발명자들이 용접 금속의 처짐을 방지하기 위하여 여러가지로 검토한 결과, BaF2를 함유하는 플럭스 함유 와이어의 경우, 양호한 아크 안정성을 유지하면서 용접 금속의 처짐을 방지하기 위해서는 용접 금속 중에 Al을 첨가하는 것이 바람직하다는 것을 알아내었다.
그러나, Al은 페라이트 생성 원소이기 때문에 용접 금속 중에 조대한 δ페라이트를 석출시키기 쉽고, 이 조대 δ페라이트가 석출되면 용접 금속의 강도 저하가 발생하게 된다는 문제점이 있다.
따라서 γ페라이트의 생성 원소를 투입하여 δ페라이트의 석출을 방지할 필요가 있다. γ생성을 위한 조직 제어에 사용하는 원소로서 Ni, Mn, C 및 N 등이 있음은 공지이다.
그러나, Ni 및 Mn은 뜨임(Tempering) 취화를 촉진시키는 원인이 되기 때문에 필요 이상의 첨가는 바람직하지 않다. 이는 Mn 및 Ni는 오스테나이트 결정립을 조대화시켜 변태 후의 구 오스테나이트 결정립계로부터의 균열 전파 에너지를 작게 하여 파단을 용이하게 하기 때문이다. 또한 Mn은 본 발명과 같은 염기성 플럭스 함유 와이어에 있어서는 전자세, 특히 입향상진 용접 및 상향 자세에서의 작업성을 열화시킨다. 이는 Mn 산화물은 슬래그 형성 성분 중 비교적 융점이 낮고, 용접 중의 온도 영역에서는 점도가 낮으며, 유동성이 높은 것에 기인한다.
따라서 본 발명에 있어서는, C 및 N의 첨가에 의해 페라이트의 석출을 억제하였다. 특히 N은 γ 생성화 원소일뿐만 아니라, 질화물 및 M2X를 석출하여 피닝 효과에 의해 페라이트 밴드의 성장을 억제하는 효과가 있으며, 저합금 내열강에 있어서는 특징적으로 베이나이트 조직 및 마텐사이트 조직의 안정화에 대하여 유효한 첨가 원소이다.
따라서, 본 발명의 플럭스 함유 와이어는 특히 BaF2: 1.0 내지 5.0질량%, Al: 0.3 내지 3.0질량%, C: 0.04 내지 0.15질량%, N: 0.005 내지 0.040질량%를 함유하는 것에 특징이 있다.
이하, 본 발명의 각 성분의 첨가 이유 및 조성 한정 이유에 대하여 설명한다.
"BaF2: 1.0 내지 5.0질량%"
염기성 플럭스 원료 및 각종 불화물은 플럭스에 포함되어 용접 금속 중에 들어가며, 높은 슬래그 염기도 때문에 슬래그 메탈 반응에 의해 용접 금속의 산소량을 저감시킨다. 또한 불화물은 아크 분위기에서 해리되며, 가스화된 불소 가스가 불소 분압을 올리고 상대적인 산소 분압을 내리기 때문에 한층더 용접 금속의 산소량 저감에 효과가 있다. 또한 아크 중에서 용융 금속의 교반을 촉진하는 등에 의 해 용융 금속으로부터의 슬래그의 부상, 분리를 촉진하기 때문에, 용접 금속의 산소량을 저감하는 작용을 갖는다.
이 용접 금속 저산소화를 위해서는 BaF2의 첨가량은 1.0질량% 이상으로 할 필요가 있다. BaF2의 첨가량이 1.0질량%보다 작으면 그 효과가 없고, 반대로 BaF2의 첨가량이 5.0질량%보다 많으면 BaF2에 의한 산소량의 저감 효과는 이미 포화 상태에 있는데다가 아크 안정성을 해쳐 와이어 설계 상의 메리트가 없다. 따라서, BaF2는 1.0 내지 5.0질량%로 한다. 보다 바람직하게는 BaF2는 1.5 내지 3.5질량%이다.
"Al: 0.3 내지 3.0질량%"
일반적으로 Al은 융점이 낮고 이온화 에너지도 작기 때문에 아크 안정성을 높이는 것은 알려져 있으나, 본 발명자들의 연구에 따르면 특히 BaF2와 Al의 복합 첨가는 아크 안정성을 현저하게 향상시키는 효과가 있다. 또한 Al은 용접 금속의 점성을 향상시키고 입향 용접 자세에서의 처짐을 방지하는 데에도 현저한 효과가 있다. 그들 효과는 Al 함유량이 0.3질량%보다 적으면 불충분하지만, 반대로 3.0질량%를 초과하면 용접 금속의 점성이 지나치게 높아져 미려한 용접 비드를 얻을 수 없게 된다. 또한 Al 함유량이 3.0질량%를 초과하면 용접 금속 성능의 인성 및 고온 특성 등의 기계적 성능도 1.25Cr-0.5Mo계 및 2.25Cr-1Mo계 저합금강으로서 열악해지게 된다.
따라서, Al은 0.3 내지 3.0질량% 첨가할 필요가 있다. 보다 바람직하게는 Al의 첨가량은 0.5 내지 1.5질량%이다. 또한, Al의 첨가는 금속 외피 또는 플럭스 중에 금속 Al 또는 Al-Mg 합금 등의 Al 화합물의 형태로 투입한다.
"C: 0.04 내지 0.15질량%"
C는 담금질성을 높여 용접 금속의 인장 강도와 인성을 향상시키는 효과를 가지며, 저합금 내열강의 용접 금속이 저합금 내열강으로서의 소정의 성능을 얻기 위해서는 필수적인 원소이다. 본 발명에 있어서는 이 효과에 더하여, C는 전술한 Al의 첨가에 의해 δ페라이트가 석출되기 쉬워지는 것을 억제하기 위한 γ생성 원소로서의 작용 효과가 있다. 이 δ페라이트 억제를 위한 γ생성 원소로서의 작용을 위해서는 C는 적어도 와이어 중에 0.04질량% 이상 함유될 필요가 있다. 그러나 다른 한편, C의 0.15질량%를 초과하는 첨가는 용접 금속에 담금질 과잉 및 MA의 석출을 일으키는 원인이 되고, 용접 금속의 인장 강도가 과도해지고 인성이 현저하게 저하하는데다가 고온 갈라짐을 야기하는 경우도 있다. 따라서 C는 0.04 내지 0.15질량%로 할 필요가 있다.
또한, C는 금속 외피 또는 플럭스 중 어느 하나 또는 둘 모두로부터 첨가한다. 플럭스로부터 첨가하는 경우에는 그래파이트, 크롬 카바이트, Si-C, 고 C-Fe-Mn, 고 C-Fe-Cr 등의 단체 또는 합금류를 사용한다.
"N: 0.005 내지 0.040질량%"
N은 용접 금속 중에서 질화물이 되어 석출됨으로써 페라이트 밴드를 억제하는 효과를 갖는다. 또한 본 발명에 있어서는 페라이트 밴드의 억제에 더하여 N은 전술한 Al의 첨가에 의해 δ페라이트가 석출하는 것을 억제하기 위한 γ생성 원소로서의 작용 효과가 있다.
따라서, N은 적어도 와이어 중에 0.005질량% 이상 첨가될 필요가 있다. 한편, N을 0.040질량%를 초과하여 첨가하면, 고용 N이 증가하여 인성이 열화하는데다가, 과잉의 N이 블로홀 생성 및 슬래그 박리성 열화의 원인이 된다. 이상의 이유에서 N은 0.005 내지 0.040질량%로 한다.
또한, N을 플럭스로부터 첨가하는 경우, N-Cr, N-Si, N-Ti 등의 금속 질화물을 사용한다.
"Cr: 1.0 내지 2.7질량%, Mo: 0.4 내지 1.3질량%"
Cr 및 Mo는 저합금 내열강으로서의 소정의 기계적 성능 및 내열성을 부여하기 위하여, Cr: 1.0 내지 2.7질량%, Mo: 0.4 내지 1.3질량%의 범위에서 첨가할 피요가 있다. JIS Z3318에 있어서는 YF1CM-G로 분류되는 저합금강용 플럭스 함유 와이어(그 용착 금속 성분이 Cr: 1.00 내지 1.50질량% 및 Mo: 0.40 내지 0.65질량%), YF2CM-G로 분류되는 저합금강용 플럭스 함유 와이어(그 용착 금속 성분이 Cr: 2.00 내지 2.50질량% 및 Mo: 0.90 내지 1.20질량%)를 본 발명의 대상으로 한다. 또한, AWS A5.29도 동일한 Cr 및 Mo의 함유량 범위를 갖는다. 그리고, 이 범위에 용착 금속의 Cr 및 Mo를 넣기 위하여, 수율을 고려하여 본 발명의 플럭스 함유 와이어는 Cr: 1.0 내지 2.7질량% 및 Mo: 0.4 내지 1.3질량%로 한다.
"Fe: 85 내지 95질량%"
Fe는 플럭스 중의 Fe와 강제 외피 중의 Fe의 총합으로 규정한다. Fe는 플럭 스 중에서는 철분, Fe-Mn, Fe-Si, Fe-Al 등의 합금 철의 형태로 첨가된다. 종래로부터 이들 철분 또는 합금 철이 철분에 의해 용접 금속량을 증가시키는 효과가 있으며, 시공 능력을 향상시키는 것이 알려져 있다. 또한 철분 및 합금 철분은 다른 플럭스 성분과 혼합되어 플럭스 전체의 유동성을 크게 개선시킨다. 본 발명에서는 플럭스 성분으로 사용하는 BaF2가 현저하게 플럭스의 유동성을 저해하기 때문에 특히 철분 및 합금 철분의 첨가에 의해 전술한 용접 금속량 증대 작용을 얻음으로써 뛰어난 용접성을 얻을 수 있다. 따라서, 시공 능률과 플럭스 유동성의 관점에서, 와이어 전체 질량 당 Fe는 85질량% 이상 첨가될 필요가 있다. 한편, Fe가 95질량%를 초과하면 전술한 다양한 플럭스 성분을 충분히 첨가할 수가 없게 된다. 따라서 Fe의 첨가량은 85 내지 95질량%로 한다.
"Si: 0.05 내지 0.5질량%"
Si는 페라이트 형성 원소이며, 뜨임 취화의 촉진 원소이기 때문에, 저합금 내열강의 분야에서는 0.5질량%를 초과하는 적극 첨가는 바람직하지 않다. 그러나, Si는 모재와 용접 금속 간 친화, 소위 비드의 친화를 양호하게 하는 데 유효한 성분이다. 강제 외피 및 플럭스 중의 Si의 총합이 0.05질량% 미만에서는 그러한 효과는 충분히 발휘되지 않는다. 따라서 Si량은 0.05 내지 0.5질량%의 범위로 한다. Si는 플럭스 중의 Si와 강제 외피 중의 Si의 총합으로 규정하며, 플럭스로부터는 Fe-Si, Fe-Si-Zr 등의 합금 형태로 첨가할 수 있다.
"Mn: 0.5 내지 1.5질량%"
Mn은 γ형성 원소이며, 특히 본 발명과 같은 Al을 대량으로 포함한 용접 금속에서의 인성을 확보하는 데 유효한 성분이다. 그러나, 와이어 전체 질량 중의 Mn량의 총합이 0.5질량% 미만에서는 그러한 효과가 충분히 발휘되지 않고, 한편 Mn이 1.5질량%를 초과하면 용접 금속이 열처리 과정에서 뜨임 취화를 발생시켜 실용상의 적용은 어려워진다. 따라서, Mn량은 0.5 내지 1.5질량%의 범위로 한다. Mn은 플럭스 중의 Mn과 강제 외피 중의 Mn의 총합으로 규정하고, 플럭스로부터는 금속 Mn의 형태 이외에, Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등의 합금 형태로 첨가할 수 있다.
"Ni: 0.1질량% 이하"
Ni는 γ형성 원소이며, 본 발명과 같은 Al을 대량으로 포함한 용접 금속에서의 인성을 확보하는 데 유효한 성분이다. 그러나, 고온에서의 조업에 사용되는 저합금 내열강의 경우에는 Ni는 뜨임 취화를 촉진시키게 되는 작용이 있다. 따라서 Ni의 첨가는 와이어 전체 질량 중의 Ni량의 총합으로서 0.1질량% 이하로 규제한다.
"Mg: 0.1 내지 0.5질량%"
Mg는 산소와 친화력이 높은 강탈산제이며, 용접 금속의 산소량을 저감하고 점성을 상승시킨다. 또한 용접 금속의 저산소화는 인성을 확보하기 위해서도 유효하다. 더욱이 생성되는 Mg 산화물이 고융점이므로 용접 비드를 덮어씌워 전자세 에서의 용접 작업성을 향상시킨다. 따라서 Mg는 필요에 따라 첨가되는데, 이 Mg의 첨가는 와이어 전체 질량 중의 Mg량 총합으로서 0.1질량% 이상일 필요가 있다. 그러나, Mg 함유량이 0.5질량%를 초과한 경우에는 용접 금속의 점성을 과도하게 상승시키게 되어 용접 비드가 퍼져나가지 않아 결과적으로 미려한 용접부를 얻을 수 없 게 되는데다가, 스패터의 대량 발생을 발생시켜 용접 재료로는 부적절해진다. 따라서, Mg 함유량은 0.1 내지 0.5질량%로 한다. Mg는 플럭스로부터, 금속 Mg의 형태 이외에 Al-Mg, Fe-Si-Mg 등의 합금 형태로 첨가할 수 있다.
"산화물: 0.5 내지 2.5질량%"
와이어에 포함되는 산화물은 용접 금속 중에서 핵생성 사이트로 작용하여, 결정립의 미세화에 효과가 있고, 응력제거시(As Stress Relief(SR))의 인성은 물론 뜨임 취화의 방지에 효과가 있다. 따라서 산화물은 필요에 따라 첨가된다. 본 발명에서는 다른 필수 첨가 플럭스 원소와의 균형을 고려하여, 용접 작업성을 그다지 열화시키지 않고 첨가할 수 있는 산화물로는 철 산화물, Mn 산화물, Zr 산화물 또는 Mg 산화물이 있다. 그리고, 그 효과가 발휘되는 것은 와이어 전체 질량에 대하여 그들 산화물의 총합으로 0.5질량% 이상이다. 한편, 산화물의 2.5질량% 이상의 첨가는 용접 시의 스패터의 다발 등의 작업성의 열화를 발생시키고, 용접 금속의 개재 물량의 증가로 인한 인성 저하를 발생시키기 때문에 피할 필요가 있다. 따라서, 본 발명에서는 플럭스 중에 철 산화물(FeO 환산), Mn 산화물(MnO 환산), Zr 산화물(ZrO2 환산) 및 Mg 산화물(MgO 환산)을 총 0.5 내지 2.5질량% 첨가한다.
"[Al]/([C]+[N]): 3.0 내지 15.0"
Al을 포함한 용접 금속에서 페라이트 밴드 및 δ페라이트의 석출을 억제하기 위해서는 전술해 온 바와 같이 γ 생성 원소를 첨가할 필요가 있다. 본 발명에서는 전술한 바와 같이, γ 생성 원소로서 C와 N이 필요한데, 용접 금속 중에서의 Al 과의 첨가 밸런스를 고려함으로써 그 개선 효과는 보다 현저해져 간다. 이를 위하여, Al, C, N의 밸런스로서, 각 원소의 첨가량을 []로 표시한 경우, [Al]/([C]+ [N])을 3.0 내지 15.0으로 하는 것이 바람직하다. 본 발명자들은 [C]와 [N]의 총합에 대하여 [Al]의 비가 3.0 미만인 경우, C와 N의 첨가량이 지나치게 많아 강도가 지나치게 높아져 양호한 인성을 얻을 수 없음을 알아내었다. 또한 이 비가 15.0을 초과하면 페라이트 억제의 효과가 나타나지 않는다. 따라서, 와이어 전체 질량에 의한 계산에서 [Al]/([C]+[N]): 3.0 내지 15.0으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 플럭스 함유 와이어는 직류 역극성으로 사용한다. 직류 역극성이란 와이어를 플러스 극으로 하여 용접하는 것이다.
본 발명의 플럭스 함유 와이어의 플럭스율은 10 내지 25%로 하는 것이 바람직하다. 플럭스율이 10% 미만에서는 필요한 합금 성분이나 탈산제, 슬래그 생성제를 와이어 중에 함유할 수 없다. 플럭스율이 25%를 초과하면 와이어 제조에 있어서 신선 중에 단선 다발하여 지장을 초래한다. 보다 바람직한 플럭스율의 범위는 13 내지 15%이다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예의 비교 시험에 의해 본 발명의 효과에 대하여 실증한다. 하기 표 1은 본 시험에서 사용한 플럭스 함유 와이어의 강제 외피의 조성을 나타낸다. 또한 하기 표 2는 이 플럭스 함유 와이어의 조성(와이어 전체 질량 당)을 나타낸다. 와이어 지름은 모두 1.2mm이다. 플럭스율은 14%이다.
이들 와이어에 대하여 "용접 작업성 평가", "용접 후 열처리 PWHT(Post Weld Heat Treatment)(690℃×1시간 가열, 노냉) 후의 용접 금속의 인장 시험과 충격 시험", "용착 금속의 취화 특성", "δ페라이트 및 페라이트 밴드 발생 여부 확인"에 관한 시험을 실시하였다. 또한 "δ페라이트 및 페라이트 밴드 발생 여부 확인"에서는 PWHT를 690℃×28시간으로 하였다.
시험판 강종은 ASTM A387 Gr.11 및 ASTM A387 Gr.22를 사용하였다. 도 1은 이들 시험판의 개선 형상을 나타낸다. 하기 표 3은 이 시험판을 하향 용접하였을 때의 용접 조건이고, 하기 표 4는 입향(立向) 필릿(fillet) 용접하였을 때의 용접 조건이다. 그리고, 용접 작업성으로서 용접 시의 아크 안정성, 스패터 발생량 및 비드 형상을 관능 평가하였다. 또한, 실시예 비교예의 실드 가스 조성은 와이어 No.40 내지 42는 CO2 100%, 그 이외는 Ar 80%-CO2 20%를 사용하였다. 또한, 실드 가스로는 이 이외에 Ar 가스와 CO2 가스의 비율을 변화시킨 것과, Ar 가스 대신 비활성 가스로서 He 가스를 사용한 것 등을 적용할 수 있다.
또한, 용접 금속을 제작 후 각종 PWHT를 실시하고, 용접 금속의 인장 시험 및 충격 시험(n=3)을 실시하였다. 이 용접 금속의 인장 시험 및 충격 시험에 대해서는 하기 표 5에 규정한 성능이 얻어진 경우에 합격으로 평가하였다.
δ페라이트 및 페라이트 밴드의 발생 여부 확인은 다음과 같이 행하였다. 즉, 용접 금속의 단면 마이크로 조직 관찰용 시험편을 PWHT 후의 시험판 용접 금속 부분으로부터 용접선 방향으로 등간격으로 6개 채취하여 연마, 식각 후, 광학 현미경으로 관찰을 행하고, 그 여부를 확인하였다. 평가는 여섯 단면 중에 δ페라이트나 페라이트 밴드가 보이지 않는 것을 합격, 한편 한 단면이라도 δ페라이트나 페라이트 밴드가 보인 것을 불합격으로 하였다.
하기 표 6은 이상의 시험에 의해 얻어진 각 와이어 성능의 평가 결과를 나타낸다.
이 표 6에서, 아크 안정성, 스패터 발생량, 비드 형상, 슬래그 박리성 및 내블로홀성은 ○가 양호, ×가 불량이다. 페라이트 밴드 및δ페라이트의 석출은 그들이 발생하지 않은 경우를 ○, 발생한 경우를 ×로 하였다. 인장 성능에 대해서는 표 5에 나타낸 인장 강도의 범위 내이면 ○, 표 5의 인장 강도의 범위에서 벗어난 것을 ×로 하였다. 또한, 표 5에 나타낸 인장 강도의 범위 내에서 그 상하한값에 가까운 것(10MPa 이내)을 △로 하였다. 충격 성능은 n=3의 시험편의 평균값이 55J 이상으로서 39J 미만인 시험편이 없는 경우를 ○, n=3의 시험편의 평균값이 55J 이상이지만 39J 미만인 시험편도 있는 경우를 △, n=3의 시험편의 평균값이 55J 미만인 경우를 ×로 하였다.
이 표 2 및 표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위에 들어가는 실시예 와이어는 아크 안정성, 스패터 발생량, 비드 형상, 슬래그 박리성 및 내블로홀성이 모두 양호하였다. 또한 실시예 와이어는 페라이트 밴드 및 δ페라이트의 석출이 발생하지 않았고 충격 성능 및 인장 성능도 뛰어났다.
반면, 본 발명의 범위에서 벗어나는 비교예 와이어는 상기 특성 중 적어도 어느 하나가 떨어지는 것이었다.
본 발명은 원자력, 화력 발전, 석유 정제 등의 각종 플랜트에 사용되는 저합금 내열강의 용접 재료로 유효하다.
도 1은 본 발명의 실시예 및 비교예에 있어서, 개선 형상 및 용접 금속을 보인 단면도이다.
Claims (4)
- 강제 외피에 플럭스를 충전하여 이루어지는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어로서,강제 외피 및 플럭스로 이루어지는 와이어 전체에서, 와이어 전체 질량에 대하여,BaF2: 1.0 내지 5.0질량%,Al: 0.3 내지 3.0질량%,C: 0.04 내지 0.15질량%,N: 0.005 내지 0.040질량%,Cr: 1.0 내지 2.7질량%,Mo: 0.4 내지 1.3질량%,Si: 0.05 내지 0.5질량%,Mn: 0.5 내지 1.5질량%, 및Fe: 85 내지 95질량%를 함유하고,Ni: 0.1질량% 이하로 규제하는,가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
- 제 1 항에 있어서,와이어 전체 질량에 대하여 플럭스 중에 Mg를 0.1 내지 0.5질량% 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
- 제 1 항에 있어서,와이어 전체 질량에 대하여 플럭스 중에 철 산화물(FeO 환산), Mn 산화물(MnO 환산), Zr 산화물(ZrO2 환산) 및 Mg 산화물(MgO 환산)을 총계로 0.5 내지 2.5질량% 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
- 제 1 항에 있어서,Al, C 및 N의 함유량을 각각 [Al], [C], [N]이라 하면,3.0≤[Al]/([C]+[N])≤15.0의 관계를 만족하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 함유 와이어.
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