KR100992306B1

KR100992306B1 - 일렉트로슬래그 육성 용접용 플럭스

Info

Publication number: KR100992306B1
Application number: KR1020080007615A
Authority: KR
Inventors: 히로히사 와타나베; 사토루 가노
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2010-11-05
Also published as: KR20080070558A; JP2008183570A; JP5086652B2; CN101229609A

Abstract

대상(帶狀) 전극을 이용한 일렉트로슬래그 육성(肉盛) 용접의 용접용 플럭스에 있어서, 육성 두께 4mm가 상한이었던 종래의 용접용 플럭스와는 달리 육성 두께 5mm, 6mm의 육성 용접을 가능하게 하는 일렉트로슬래그 육성 용접용 플럭스를 제공한다. 본 발명의 용접용 플럭스는 질량%로 CaF₂: 35 내지 50%, SiO₂: 15% 초과 20% 이하, Al₂O₃: 10 내지 20%, CaO: 10% 이하, MgF₂ 및 AlF₃: 합계로 5 내지 10%, MgO: 5 내지 15%를 각각 함유한다.

Description

일렉트로슬래그 육성 용접용 플럭스{FLUX FOR ELECTROSLAG SURFACING WELDING}

본 발명은 일렉트로슬래그 육성(肉盛) 용접용 플럭스에 관한 것으로, 리액터 등 화학 반응 용기의 내면 등에 내식 기능을 부여하기 위해서 실시되는 대상(帶狀) 전극을 이용한 일렉트로슬래그 육성 용접의 용접용 플럭스에 관한 것이다.

종래에 이러한 종류의 일렉트로슬래그 육성 용접용 플럭스(이하, 간단히 육성 용접용 플럭스라고 하기도 한다)로서 일본 특허 공고 소 62-49155호 공보에 개시된 것이 있다. 이러한 종래의 육성 용접용 플럭스는 용접속도가 30cm/min인 고속 용접 시에 있어서 슬래그의 박리성 및 내소부성(耐燒付性)을 개선하는 것을 목적으로 한 것이고, 그러한 제 1 육성 용접용 플럭스는 CaF₂: 30 내지 60중량%, Al₂O₃: 10 내지 30중량%, SiO₂: 5 내지 15중량%, CaO: 10중량% 이하, MgF₂ 및/또는 AlF₃: 합계로 3 내지 20중량%, MgO 및/또는 BaO: 합계로 2 내지 15중량%를 각각 함유하고, (MgF₂+AlF₃)/SiO₂: 0.50 이상의 조건을 만족하는 것이다. 또한, 그러한 제 2 육성 용접용 플럭스는 상기 제 1 육성 용접용 플럭스의 플럭스 성분에 더하여, S 의 단체 및/또는 화합물: 합계로 0.01 내지 0.1중량%(S 환산)를 함유하는 것이다.

그리고, 상기 제 1 육성 용접용 플럭스는 슬래그의 박리성 및 내소부성을 개선하는 성분으로서, MgF₂ 및/또는 AlF₃를 합계로 3 내지 20중량% 함유하는 것을 더욱 더 특징적 구성으로 하고 있고, 슬래그의 박리성을 개선하는 성분으로서 MgO 및/또는 BaO를 합계로 2 내지 15중량% 함유하고 있다.

또한, 상기 제 2 육성 용접용 플럭스는 슬래그의 내소부성을 더욱 개선하기 위하여, S의 단체 및/또는 화합물을 합계로 0.01 내지 0.1중량%(S 환산) 함유하고 있다.

그러나, 상기 종래의 육성 용접용 플럭스에서는 SUS347계로 대표되는 스테인레스강제의 대상 전극을 이용한 일렉트로슬래그 육성 용접을 하는 경우에 육성 두께의 상한이 4mm이며, 고능률화되도록 그 이상 용접전류를 높이더라도 용융풀(weld pool)이 흐름을 일으켜 버려서 육성 두께 5mm, 6mm의 육성 용접을 할 수 없었다.

그래서, 본 발명의 과제는 대상 전극을 이용한 일렉트로슬래그 육성 용접의 용접용 플럭스에 있어서, 육성 두께 4mm가 상한이었던 종래의 용접용 플럭스와는 달리 육성 두께 5mm, 6mm의 육성 용접을 가능하게 하는 일렉트로슬래그 육성 용접용 플럭스를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에는 다음의 기술적 수단을 강구한다.

본 발명은 대상 전극을 이용한 일렉트로슬래그 육성 용접의 용접용 플럭스로서, 질량%로 CaF₂: 35 내지 50%, SiO₂: 15% 초과 20% 이하, Al₂O₃: 10 내지 20%, CaO: 10% 이하, MgF₂ 및 AlF₃: 합계로 5 내지 10%, MgO: 5 내지 15%를 각각 함유한다.

상기의 플럭스 성분에 더하여, 질량%로 Cr을 0.1 내지 12질량% 함유시킬 수 있다. 또한, 금속 Ni: 0.1 내지 7질량%를 함유시킬 수 있다.

본 발명의 일렉트로슬래그 육성 용접용 플럭스는 용융 슬래그에 점성을 주어서 용융풀의 흐름을 막는 성분인 SiO₂를 종래 플럭스에 비해 증가시킴과 동시에, 슬래그 박리성과 관계 있는 성분인 CaF₂, MgF₂ 및/또는 AlF₃, 및 MgO의 함유량을 적정 범위로 정함으로써 SiO₂의 증가에 따른 슬래그 박리성의 악화를 막도록 한다. 따라서, SUS347계로 대표되는 스테인레스강제의 대상 전극을 이용한 일렉트로슬래그 육성 용접을 하는 경우에, 용융풀이 흘러서 육성 두께 4mm가 상한이었던 종래의 용접용 플럭스와는 달리 육성 두께 5mm, 6mm의 육성 용접을 할 수 있다.

본 발명의 육성 용접용 플럭스의 특징은 용융 슬래그에 점성을 주어서 용융풀의 흐름을 막는 성분인 SiO₂를 종래 플럭스에 비해 증가시킴과 동시에, 슬래그 박리성과 관계 있는 성분인 CaF₂, MgF₂ 및/또는 AlF₃, 및 MgO의 함유량을 적정 범위로 정함으로써, SiO₂의 증가에 따른 슬래그 박리성의 악화를 막도록 한 점에 있다. 이로 인하여, 표준 육성 두께로 되어 있는 육성 두께 4mm의 육성 용접을 종래 플럭스에 비해 높은 35cm/min의 용접속도에까지 이르러 행할 수 있고(종래: 30cm/min), 또한 육성 두께 4mm가 상한이었던 종래의 용접용 플럭스와는 달리 육성 두께 5mm, 6mm의 육성 용접을 할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 육성 용접용 플럭스의 성분 선택 이유 및 각 성분 범위 설정 이유에 관하여 설명하겠다. 한편, 각 플럭스 성분의 함유량은 질량%로 나타낸다.

CaF₂는 일렉트로슬래그 용접에 필요한 슬래그의 전기전도성을 높이는 성분이 다. 그러나, 35% 미만이면 충분한 전기전도성을 얻을 수 없다. 한편, 50%를 초과하면 슬래그 박리성이 악화되거나 슬래그의 유동성이 과대하게 되어 비드 형상이 악화되거나 한다. 따라서, CaF₂의 함유량은 바람직하게는 35 내지 50%, 보다 바람직하게는 38 내지 47%, 특히 바람직하게는 41 내지 44%의 범위이다.

SiO₂는 용융 슬래그에 적절한 점성을 줌으로써 비드 형상 및 비드 외관을 양호하게 조절하는 성분이다. 그러나, 15% 이하이면, 육성 두께 4mm의 육성 용접을 고용접전류 및 용접속도 35cm/min이라는 고용접속도로 행하는 경우와, 육성 두께 4mm인 때에 비해 고용접전류 · 저용접속도로 육성 두께 5mm, 6mm의 육성 용접을 하는 경우에, 그 효과가 발휘되지 않고 용융풀의 흐름이 발생하기 쉽게 된다. 한편, 20%를 초과하면 슬래그의 점성이 과잉으로 되어 슬래그 박리성이 악화됨과 동시에 슬래그의 소부성이 현저해진다. 따라서, SiO₂의 함유량은, 바람직하게는 15% 초과 20% 이하, 보다 바람직하게는 15% 초과 17% 이하의 범위이다.

MgF₂와 AlF₃는 슬래그의 박리성 및 내소부성을 개선하는 성분이고, 양자는 단독 · 병용의 여하를 막론하고 슬래그의 박리성을 양호하게 하는 효과를 발휘한다. 그러나, MgF₂ 및/또는 AlF₃가 합계로 5% 미만이면 슬래그 박리성의 개선 효과가 불충분하다. 한편, 10%를 초과하면 용융 슬래그의 유동성이 과대하게 되어 비드 지단부가 가지런하지 않게 되는 등 비드 형상의 악화를 초래한다. 따라서, MgF₂, AlF₃의 함유량은 바람직하게는 그것들의 합계로 5 내지 10%, 보다 바람직하게 는 7 내지 8%의 범위이다.

MgO는 슬래그의 박리성을 개선하는 성분이다. 그러나, 5% 미만이면 슬래그 박리성의 개선 효과가 불충분하다. 한편, 15%를 초과하면 비드 형상이 악화되어 슬래그 휩쓸림, 융합 불량뿐만 아니라 언더컷 등의 결함이 발생하기 쉽게 된다. 따라서, MgO의 함유량은 바람직하게는 5 내지 15%, 보다 바람직하게는 8 내지 13%의 범위이다.

Al₂O₃는 비드의 평활성, 비드 지단부의 습윤성과 직선성을 양호하게 하는 성분이다. 그러나, 10% 미만이면 상기 효과가 발휘되지 않고, 20%를 초과하면 슬래그의 전기전도성의 저하에 의해서 통전성이 나빠져서 용접 작업성이 악화된다. 따라서, Al₂O₃의 함유량은 바람직하게는 10 내지 20%, 보다 바람직하게는 14 내지 16%의 범위이다.

CaO는 슬래그의 염기도를 높여서 용접 금속의 청정도를 높이는 성분이다. 이 효과는 그 존재량에 비례하는 것으로, 1% 이상 함유시키는 것이 좋다. 한편, 상한에 관해서는 10%를 초과하면 용융 슬래그의 유동성이 과대하게 되어 비드 형상 및 외관이 악화된다. 따라서, CaO의 함유량은 바람직하게는 10% 이하, 보다 바람직하게는 8% 이하, 특히 바람직하게는 6% 이하이다.

Cr은 대상 전극이 용융하여 이루어지는 용접 금속 중의 Cr의 감소분을 보충하기 위해서 첨가하는 성분이다. 25cm/min 이상의 고속 용접 시에는 용접 금속이 모재로부터 지나치게 많이 희석되고 용융풀 속에서 Cr의 소비가 가속됨에 따라서, 용접 금속 중의 Cr량이 지나치게 감소된다. 용접 금속 중의 Cr이 지나치게 감소되면, 용접 금속의 내식성의 저하를 초래함과 동시에, 용접 금속이 소량의 페라이트밖에 포함하지 않고 고온에서 깨짐에 대하여 매우 민감하게 된다.

이러한 문제를 회피하기 위해서는 플럭스 안에 Cr을 첨가함으로써 용접 금속에 있어서의 Cr의 감소분을 보충하는 것이 가능해진다. 이로 인하여, 모재 희석이 큰 고속 용접에 있어서도 충분한 내식성과 깨짐에 대한 내성을 갖는 용접 금속을 얻는 것이 가능해진다.

그런데, Cr은 원래 플럭스 안에 첨가하면 슬래그의 내소부성 및 슬래그 박리성의 악화를 초래하는 성분이며, 그 첨가량은 슬래그의 내소부성 및 슬래그 박리성과 밀접한 관계가 있다.

그래서, CaF₂: 35 내지 50%, SiO₂: 15% 초과 20% 이하, Al₂O₃: 10 내지 20%, CaO: 10% 이하, MgF₂ 및 AlF₃: 합계로 5 내지 10%, MgO: 5 내지 15%의 플럭스 성분에 더하여, Cr을 0.1 내지 12%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 9%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 5% 함유시키는 것이 좋다. Cr이 12%를 초과하면, 슬래그의 내소부성 및 슬래그 박리성이 악화되기 때문에 좋지 않다. 한편, 용접 금속에 있어서의 Cr의 감소분을 보충하는 효과를 얻기 위해서는, Cr을 적어도 0.1% 함유시킬 필요가 있다.

또한, 금속 Ni은 대상 전극이 용융하여 이루어지는 용접 금속 중의 Ni 감소분을 보충하기 위해서 첨가하는 성분이다. 25cm/min 이상의 고속 용접 시에는 용접 금속이 모재로부터 지나치게 많이 희석되어, 용접 금속 중의 Ni량이 지나치게 감소된다. 이러한 Ni의 지나친 감소는 용접 금속 조직의 불안정화를 촉진하여 내식성을 열화시킨다. 이러한 문제를 회피하기 위해서는 플럭스 안에 금속 Ni을 첨가함으로써, 용접 금속에 있어서의 Ni의 감소분을 보충하는 것이 가능해진다.

그런데, 금속 Ni은 원래 플럭스 안에 첨가하면 슬래그의 내소부성 및 슬래그 박리성의 악화를 초래하는 성분이며, 그 첨가량은 슬래그의 내소부성 및 슬래그 박리성과 밀접한 관계가 있다.

그래서, CaF₂: 35 내지 50%, SiO₂: 15% 초과 20% 이하, Al₂O₃: 10 내지 20%, CaO: 10% 이하, MgF₂ 및 AlF₃: 합계로 5 내지 10%, MgO: 5 내지 15%의 플럭스 성분에 더하여, 금속 Ni을 0.1 내지 7%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 3% 함유시키는 것이 좋다. 금속 Ni이 7%를 초과하면 슬래그의 내소부성 및 슬래그 박리성이 악화되기 때문에 좋지 않다. 한편, 용접 금속에 있어서의 Ni의 감소분을 보충하는 효과를 얻기 위해서는, 금속 Ni을 적어도 0.1% 함유시킬 필요가 있다.

상술한 본 발명 플럭스의 필수성분(CaF₂, SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgF₂ 및/또는 AlF₃, MgO)과 선택첨가성분(금속 Cr, 금속 Ni) 이외의 성분(잔부)의 함유량은 2 내지 5%로 하는 것이 바람직하다. 잔부로서 함유가 허용되는 물질로서는 예컨대 S, MnO, Fe₂O₃, Na₂O를 들 수 있다.

실시예

표 2에 그 플럭스 성분 조성을 나타낸 비교예 1 내지 비교예 9의 육성 용접용 플럭스를 이용해서 표 1에 나타낸 용접 조건으로 1층 육성 용접을 하여, 그 용접 결과에 대하여 평가하였다. 결과를 표 2에 나타내었다. 한편, 표 2와 후술할 표 3 및 표 4에 있어서의 플럭스 성분 조성 중의 「기타」는 S, MnO, Fe₂O₃, Na₂O이다. 또한, 표 2 내지 표 4에 있어서, 평가는 ◎: 매우 양호, ○: 양호, △: 약간 불량, ×: 불량으로 하였다.

표 2에 나타낸 비교예 1 내지 비교예 9의 육성 용접용 플럭스는 전술한 일본 특허 공고 소 62-49155호 공보에 기재된 발명예 12 내지 발명예 20의 육성 용접용 플럭스와 플럭스 조성이 동일한 것이다. 표 2에 나타낸 바와 같이, SiO₂량이 15% 이하인 비교예 1 내지 비교예 9에서는 용융풀이 흐름을 일으켜 버려서 육성 두께 5mm, 6mm의 육성 용접을 할 수 없었다.

표 3에 그 플럭스 성분 조성을 나타낸 비교예 10 내지 비교예 18의 육성 용접용 플럭스를 이용해서 표 1에 나타낸 용접 조건으로 1층 육성 용접을 하여, 그 용접 결과에 대하여 평가하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.

표 3에 나타낸 바와 같이, 비교예 10 내지 비교예 18에서는 본 발명에서 규정하는 요건 중 일부를 결하기 때문에 다음과 같은 문제가 있었다. 비교예 10은 SiO₂량이 하한치보다 낮아서 용융풀의 점성이 낮고, 육성 두께 4mm의 육성 용접에서는 비드 외관, 비드 형상이 약간 불량이었다. 또한, 육성 두께 5mm, 6mm의 각 육성 용접에서는 용융풀의 흐름이 발생하기 쉽고, 용접 불가(용접 곤란)였다. 비교예 11은 SiO₂량이 상한치보다 높아서 슬래그 박리성이 나쁘고, 또한 슬래그의 소성이 현저하였다. 비교예 12는 CaF₂량이 상한치보다 높아서 비드 형상, 슬래그 박리성 등이 약간 불량이었다. 비교예 13은 SiO₂량이 하한치보다 낮음과 동시에 MgF₂ 및/또는 AlF₃의 양이 합계로 상한치보다 높아서 육성 두께 4mm의 육성 용접에서는 비드 외관, 비드 형상이 불량이며, 슬래그 박리성, 슬래그의 내소부성도 불량이었다. 또한, 육성 두께 5mm, 6mm의 각 육성 용접에서는 용융풀의 흐름이 발생하기 쉽고, 용접 불가(용접 곤란)였다.

또한, 비교예 14는 CaO량이 상한치보다 높아서 비드 외관, 비드 형상이 약간 불량이었다. 비교예 15는 MgF₂ 및/또는 AlF₃의 양이 합계로 상한치보다 높아서 비드 형상이 불량이었다. 비교예 16은 MgO량이 상한치보다 높아서 비드 외관, 비드 형상이 불량이며, 슬래그 휩쓸림, 융합 불량, 언더컷 등의 결함이 발생하였다. 비교예 17은 금속 Ni량이 상한치보다 높아서 슬래그의 내소부성 및 슬래그 박리성이 불량이었다. 비교예 18은 금속 Cr의 양이 상한치보다 높아서 슬래그의 내소부성 및 슬래그 박리성이 불량이었다.

표 4에 그 플럭스 성분 조성을 나타낸 실시예 1 내지 실시예 11의 육성 용접용 플럭스를 이용해서 표 1에 나타낸 용접 조건으로 1층 육성 용접을 하여, 그 용접 결과에 대하여 평가하였다. 결과를 표 4에 나타내었다.

표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 11에서는 육성 두께 4mm, 5mm 및 6mm의 각 육성 용접에 있어서 양호한 용접 결과를 얻을 수 있었다.

도 1은 실시예 1에 있어서의 육성 두께 4mm, 5mm 및 6mm에서의 용접 조건 범위(용접전류와 용접속도의 관계)를 나타낸 그래프이다. 이러한 도 1 중, ○ 표시는 비교예 7에 있어서 육성 두께 4mm에서의 용접 조건 범위를 나타낸 것이다.

도 2는 실시예 3에 있어서의 육성 두께 4mm, 5mm 및 6mm에서의 용접 조건 범위(용접전류와 용접속도의 관계)를 나타낸 그래프이다. 이러한 도 1 중, ○ 표시는 비교예 8에 있어서 육성 두께 4mm에서의 용접 조건 범위를 나타낸 것이다.

도 3은 실시예 9에 있어서의 육성 두께 4mm, 5mm 및 6mm에서의 용접 조건 범위(용접전류와 용접속도의 관계)를 나타낸 그래프이다. 이러한 도 1 중, ○ 표시는 비교예 9에 있어서 육성 두께 4mm에서의 용접 조건 범위를 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 육성 두께 4mm의 육성 용접에 관하여 보면, 비교예 7, 8, 9에서는 용접속도가 14 내지 30cm/min(용접전류: 1200 내지 2100A)의 범위였다. 이에 대해 실시예 1, 3, 9에서는 용접속도가 14 내지 35cm/min(용접전류: 1100 내지 1900A)의 범위이고, 플럭스 중의 SiO₂량을 종래 플럭스에 비해 높이고 슬래그 박리성의 악화를 저지함으로써 비교예 7, 8, 9(종래 기술)와 비교하여 35cm/min이라는 높은 용접속도에까지 이르러 육성 용접을 할 수 있었다.

또한, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1, 3, 9에서는 육성 두께 4mm가 상한이었던 비교예 7, 8, 9(종래 기술)와는 달리, 플럭스 중의 SiO₂량을 종래 플럭스에 비해 높여서 용융풀의 흐름을 방지하고 슬래그 박리성의 악화를 저지함으로써 육성 두께 5mm, 6mm의 육성 용접이 가능하였다. 특히, 용융풀의 흐름이 발생하기 쉬운 저용접속도로 행하는 육성 두께 6mm의 육성 용접도 가능하게 할 수 있었다. 한편, 다른 실시예에 있어서도, 각 실시예 1, 3, 9와 동일한 결과를 얻을 수 있다.

도 1은 실시예 1에 있어서의 육성 두께 4mm, 5mm 및 6mm에서의 용접 조건 범위(용접전류와 용접속도의 관계)를 나타낸 그래프이다.

도 2는 실시예 3에 있어서의 육성 두께 4mm, 5mm 및 6mm에서의 용접 조건 범위(용접전류와 용접속도의 관계)를 나타낸 그래프이다.

도 3은 실시예 9에 있어서의 육성 두께 4mm, 5mm 및 6mm에서의 용접 조건 범위(용접전류와 용접속도의 관계)를 나타낸 그래프이다.

Claims

대상 전극을 이용한 일렉트로슬래그 육성 용접의 용접용 플럭스로서, 질량%로 CaF₂: 35 내지 50%, SiO₂: 15% 초과 20% 이하, Al₂O₃: 10 내지 20%, CaO: 10% 이하, MgF₂ 및 AlF₃: 합계로 5 내지 10%, MgO: 5 내지 15%를 각각 함유하고, Cr을 0.1 내지 12질량% 추가로 함유하는, 일렉트로슬래그 육성 용접용 플럭스.
삭제
제 1 항에 있어서,

금속 Ni: 0.1 내지 7질량%를 추가로 함유하는 일렉트로슬래그 육성 용접용 플럭스.