KR101148277B1

KR101148277B1 - 플럭스 내장 와이어

Info

Publication number: KR101148277B1
Application number: KR20100046684A
Authority: KR
Inventors: 마사끼 시마모또; 히또시 이시다; 고오이찌 사까모또; 슈우지 사사꾸라; 도모노리 가끼자끼
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2012-05-21
Also published as: CN101890597A; KR20100125188A; JP2010269335A; JP5400472B2; CN101890597B

Abstract

본 발명의 과제는, 내고온 균열성, 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 성질이 우수한 플럭스 내장 와이어를 제공하는 것이다.
플럭스 내장 와이어는, 강제 외피에 플럭스가 충전되고, 와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 10 내지 25질량％이고, 와이어 전체 질량에 대해, C:0.03 내지 0.08질량％, Si:0.10 내지 1.00질량％, Mn:2.4 내지 3.7질량％, Ti:0.15 내지 1.00질량％, TiO₂:5.0 내지 8.0질량％, Al:0.20 내지 0.50질량％, Al₂O₃:0.05 내지 0.50질량％, B:0.003 내지 0.020질량％, Mg:0.3 내지 1.0질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 (4×Ti＋10×Al－3×Si)≥1.0의 관계식을 만족하고, 상기 관계식에 있어서 (Ti)는 와이어에 함유되는 Ti 및 TiO₂ 중 Ti로부터만 산출되는 Ti량이다.

Description

플럭스 내장 와이어{FLUX CORED WIRE}

본 발명은, 연강, 고장력강 등으로 이루어지는 강판의 가스 실드 아크 용접에 적용되는 플럭스 내장 와이어에 관한 것이다.

종래, 강판의 가스 실드 아크 용접에 적용되는 플럭스 내장 와이어에는, 이하와 같은 구성을 구비한 것이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허 문헌 1에서는, 와이어 전체 질량에 대해 질량％로, 소정량의 TiO₂, SiO₂, ZrO₂, CaO, Na₂O, K₂O, F, C, Si, Mn, Al, Mg, P, S, B, Bi를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 Na₂O＋K₂O, Mn/Si, Al＋Mg가 소정량인 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어가 제안되어 있다.

일본 특허 출원 공개 제2006-289404호 공보

그러나 특허 문헌 1에 기재된 와이어는, Ti를 함유하지 않고, 또한 Mn의 함유량도 소량이기 때문에, 강판의 편면 맞댐 용접 이음부에 있어서, 초층 용접부에서 고온 균열이 발생한다고 하는 문제가 있다. 또한, 와이어가 Al₂O₃을 함유하지 않으므로, 수평 필렛 용접에서의 비드 형상이 악화되거나, 입향상진(立向上進) 용접에서 비드 흘러내림이 발생하거나 하는 등의 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성이 열화된다고 하는 문제가 있다. 또한, 와이어의 Mn량 및 B량이 소량이기 때문에, 용접 금속의 기계적 성질(인성)이 열화된다고 하는 문제도 있다.

본 발명은 상기 과제에 비추어 이루어진 것으로, 내고온 균열성, 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 성질이 우수한 플럭스 내장 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어는, 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 플럭스 내장 와이어이며, 와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 10 내지 25질량％이고, 와이어 전체 질량에 대해, C:0.03 내지 0.08질량％, Si(와이어에 함유되는 모든 Si원으로부터 산출되는 Si량의 총합):0.10 내지 1.00질량％, Mn(와이어에 함유되는 모든 Mn원으로부터 산출되는 Mn량의 총합):2.4 내지 3.7질량％, Ti:0.15 내지 1.00질량％, TiO₂:5.0 내지 8.0질량％, Al:0.20 내지 0.50질량％, Al₂O₃:0.05 내지 0.50질량％, B:0.003 내지 0.020질량％, Mg:0.3 내지 1.0질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 (4×Ti＋10×Al－3×Si)≥1.0의 관계식을 만족하고, 상기 관계식에 있어서 (Ti)는, 상기 와이어에 함유되는 상기 Ti 및 상기 TiO₂ 중 상기 Ti로부터만 산출되는 Ti량인 구성으로 한다.

이러한 구성에 따르면, 와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 소정량이며, 와이어 전체 질량에 대해, 소정량의 C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, B 및 Mg를 함유함으로써, 용접시, 스패터 발생, 흄 발생이 억제되고, 슬래그 박리성이 개선되는 동시에, 용접 이음부(용접 금속)의 기계적 성질이 향상되고, 또한 초층 용접부에 있어서의 고온 균열이 억제된다. 또한, Ti량, Al량 및 Si량이, 소정의 관계를 만족, 즉 (4×Ti＋10×Al－3×Si)≥1.0을 만족시킴으로써, 용접시에 Ti가 탈산 반응에 기여하여, 용접 금속 중에 생성되는 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 Ti계 산화물 조성으로 제어할 수 있다. 그 결과, 용접 금속의 응고 조직을 미세화할 수 있어, 고온 균열의 억제 작용이 향상된다.

또한, 청구항 2에 관한 플럭스 내장 와이어는, 와이어 전체 질량에 대해, 희토류 화합물 중 1종 또는 2종 이상을, 희토류 원소 환산값으로 0.5질량％ 이하 함유하는 구성으로 한다.

이러한 구성에 따르면, 와이어 전체 질량에 대해, 소정량의 희토류 화합물 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유함으로써, Ti의 용접 금속에의 수율이 향상되고, 용접 금속 중에 생성되는 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 Ti계 산화물 조성으로 제어할 수 있다. 그 결과, 용접 금속의 응고 조직을 미세화할 수 있어, 고온 균열의 억제 작용이 더욱 향상된다.

청구항 1에 관한 플럭스 내장 와이어에 따르면, 플럭스 충전율이 소정량이며, 소정량의 C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, B, Mg를 함유하고, 또한 플럭스 내장 와이어에 포함되는 Ti량, Al량 및 Si량이 소정의 관계를 만족시킴으로써, 편면 맞댐 용접 이음부의 초층 용접부에 있어서의 내고온 균열성이 우수한 동시에, 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성(비드 외관을 포함함) 및 용접 금속의 기계적 특성이 우수한 것이 된다. 그 결과, 품질이 우수한 용접 제품을 제공할 수 있다.

청구항 2에 관한 플럭스 내장 와이어에 따르면, 소정량의 희토류 화합물 중 1종 또는 2종 이상을 더 함유함으로써, 편면 맞댐 용접 이음부의 초층 용접부에 있어서의 내고온 균열성이 우수한 동시에, 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성(비드 외관을 포함함) 및 용접 금속의 기계적 특성이 보다 우수한 것이 된다. 그 결과, 보다 품질이 우수한 용접 제품을 제공할 수 있다.

도 1의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 내고온 균열성의 평가에 사용하는 용접 모재의 개선 형상을 도시하는 단면도.

본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어에 대해 상세하게 설명한다. 도 1의 (a) 내지 (d)는 플럭스 내장 와이어의 구성을 도시하는 단면도이다.

도 1의 (a) 내지 (d)에 도시하는 바와 같이, 플럭스 내장 와이어(이하, 와이어라 칭함)(1)는, 통 형상으로 형성된 강제 외피(2)와, 그 통 내에 충전된 플럭스(3)로 이루어진다. 또한, 와이어(1)는 도 1의 (a)에 도시하는 바와 같은 이음매가 없는, 강제 외피(2)의 통 내에 플럭스(3)가 충전된 시임리스 타입, 도 1의 (b) 내지 (d)에 도시하는 바와 같은 이음매(4)가 있는, 강제 외피(2)의 통 내에 플럭스(3)가 충전된 시임 타입의 어느 형태라도 좋다.

그리고 와이어(1)는, 플럭스 충전율이 소정량이며, 소정량의 C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, B, Mg 및 희토류 화합물을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 Ti량, Al량 및 Si량이 소정의 관계를 만족시킨다[구체적으로는, (4×Ti＋10×Al－3×Si)가 소정값 이상임].

이하에, 와이어 성분(플럭스 충전율 및 성분량)의 수치 범위를, 그 한정 이유와 함께 기재한다. 플럭스 충전율은, 강제 외피(2) 내에 충전되는 플럭스(3)의 질량을, 와이어(1)[강제 외피(2)＋플럭스(3)]의 전체 질량에 대한 비율로 규정한다. 또한, 성분량은, 강제 외피(2)와 플럭스(3)에 있어서의 성분량의 총합으로 나타내고, 와이어(1)[강제 외피(2)＋플럭스(3)]에 포함되는 각 성분의 질량을, 와이어(1)의 전체 질량에 대한 비율로 규정한다. 또한, 와이어(1)를 구성하는 성분 중, C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, B, Mg 및 희토류 화합물은, 강제 외피(2)로부터 첨가할지, 플럭스(3)로부터 첨가할지는 특별히 상관없으며, 강제 외피(2) 및 플럭스(3) 중 적어도 한쪽에 첨가되어 있으면 된다.

(플럭스 충전율:10 내지 25질량％)

플럭스 충전율이 10질량％ 미만에서는, 아크의 안정성이 악화되고, 스패터 발생량이 증가하여, 용접 작업성이 저하된다. 또한, 플럭스 충전율이 25질량％를 초과하면, 와이어(1)의 단선 등이 발생하여, 생산성이 현저하게 열화된다.

(C:0.03 내지 0.08질량％)

C는, 용접부의 켄칭성을 확보하기 위해 첨가한다. C량이 0.03질량％ 미만인 경우, 켄칭성 부족에 의해 용접부의 강도(인장 강도), 인성(흡수 에너지)이 부족하다. 또한, 저C량에 의해 용접부(초층 용접부)에 고온 균열이 발생한다. C량이 0.08질량％를 초과하면, 용접시의 스패터 발생량 또는 흄 발생량이 증가하여, 용접 작업성이 저하된다. 또한, 피용접재인 강재의 C량이 많은 경우, 용접부(용접 금속)의 C량이 많아진다. 그리고 C가 포정 반응(peritectic reaction)을 일으키는 영역이 되면, 용접부(초층 용접부)에 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, C원으로서는, 예를 들어 강제 외피, Fe-Mn 등의 합금 분말, 철 분말 등을 이용한다.

(Si:0.10 내지 1.00질량％)

Si는, 용접부의 연성 확보, 비드 형상 유지를 위해 첨가한다. Si량이 0.10질량％ 미만에서는, 용접부의 연성(연신)이 부족하게 된다. 또한, 비드 형상이 악화되어, 특히 입향상진 용접에서 비드가 흘러내려, 용접 작업성이 저하된다. Si량이 1.00질량％를 초과하면, 용접부(초층 용접부)에 고온 균열이 발생한다. 여기서, Si량이라 함은, 와이어(1)에 함유되는 모든 Si원으로부터 산출되는 Si량의 총합이다. 또한, Si원으로서는, 예를 들어 강제 외피, Fe-Si, Fe-Si-Mn 등의 합금, K₂SiF₆ 등의 불화물, 지르콘샌드, 규사, 장석 등의 산화물을 이용한다.

(Mn:2.4 내지 3.7질량％)

Mn은, 용접부의 켄칭성 확보를 위해 첨가한다. Mn량이 2.4질량％ 미만에서는, 용접부의 켄칭성이 부족하여 인성이 저하된다. 또한, 불가피적 불순물로서 함유되는 S와 결합하여 얻어지는 MnS량도 적어지므로, MnS에 의한 고온 균열의 억제 작용이 작아져, 용접부(초층 용접부)에 고온 균열이 발생한다. Mn량이 3.7질량％를 초과하면, 용접부의 강도가 과다가 되어 인성 부족이 된다. 또한, 용접부에 저온 균열이 발생한다. 여기서, Mn량이라 함은, 와이어(1)에 함유되는 모든 Mn원으로부터 산출되는 Mn량의 총합이다. 또한, Mn원으로서는, 예를 들어 강제 외피, Mn 금속 분말, Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등의 합금을 이용한다.

(Ti:0.15 내지 1.00질량％, 바람직하게는 0.20 내지 1.00질량％)

Ti(금속 Ti)는, 용접부(초층 용접부)의 내고온 균열성을 개선하기 위해 첨가한다. Ti(금속 Ti)는 용접시에 탈산 반응에 기여하여, 용접 금속 중의 개재물을 Ti계 산화물 조성으로 제어할 수 있고, 그 결과 용접부(용접 금속)의 응고 조직을 미세하게 할 수 있어, 용접부(초층 용접부)의 고온 균열 억제 작용이 개선된다. Ti량(금속 Ti)이 0.15질량％ 미만에서는, 용접부(초층 용접부)에 고온 균열이 발생한다. Ti량(금속 Ti)이 1.00질량％를 초과하면, 용접 금속 재열부가 단단하고 깨지기 쉬운 베이나이트, 마르텐사이트로 되기 쉬워, 인성이 저하된다. 또한, 용접시의 스패터 발생량이 많아져, 용접 작업성이 저하된다. 또한, Ti원으로서는, 예를 들어 강제 외피, Fe-Ti 등의 합금 분말을 이용한다.

(TiO₂:5.0 내지 8.0질량％)

TiO₂(Ti 산화물)는, 모든 자세 용접성을 확보하기 위해 첨가한다. TiO₂량(Ti 산화물)이 5.0질량％ 미만에서는, 입향상진 용접에서 비드가 흘러내려, 용접 작업성이 저하된다. TiO₂량(Ti 산화물)이 8.0질량％를 초과하면, 용접시의 슬래그 박리성이 떨어져, 용접 작업성이 저하된다. 또한, 플럭스(3)의 부피 비중이 작아져, 생산성이 열화된다. 또한, TiO₂원으로서는, 예를 들어 루틸 등을 이용한다.

(Al:0.20 내지 0.50질량％, 바람직하게는 0.20 내지 0.40질량％)

Al은 강탈산제로, 용접 이음부(용접 금속) 중에 생성되는 개재물로부터, Al에 비해 탈산력이 약한 Si로 이루어지는 SiO₂를 환원하여, 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 Ti계 산화물 조성의 개재물로 제어할 수 있다. 그 결과, 용접 금속의 응고 조직을 미세하게 할 수 있다. 또한, 용접 금속의 산소량을 저하시켜, Mn의 수율이 안정되고, 용접부(초층 용접부)의 고온 균열 억제 작용이 개선되어, 인성도 안정화된다. Al량이 0.20질량％ 미만에서는, 탈산이 충분하지 않아, 용접부(초층 용접부)에 고온 균열이 발생한다. 또한, 인성도 저하된다. Al량이 0.50질량％를 초과하면, 용접시의 스패터 발생량이 많아져, 용접 작업성이 저하된다. 또한, Al원으로서는, 예를 들어 강제 외피, Al 금속 분말, Fe-Al, Al-Mg 등의 합금 분말을 이용한다.

(Al₂O₃:0.05 내지 0.50질량％, 바람직하게는 0.05 내지 0.40질량％)

Al₂O₃은, 수평 필렛 자세에서의 비드 형상, 입향상진 자세에서의 비드의 흘러내림 방지를 위해 첨가한다. Al₂O₃량이 0.05질량％ 미만에서는, 수평 필렛 용접에서의 비드 형상(친화성)이 나쁘고, 또한 입향상진 용접에서 비드 흘러내림이 발생하여, 용접 작업성이 저하된다. Al₂O₃량이 0.50질량％를 초과하면, 용접시의 슬래그 박리성이 떨어져, 용접 작업성이 저하된다. 또한, Al₂O₃원으로서는, 예를 들어 알루미나나 장석 등의 복합 산화물을 이용한다.

(B:0.003 내지 0.020질량％)

B 중, 용존 B는 γ 입계에 편석되어, 초석 페라이트의 생성을 억제하는 효과가 있어, 용접 금속의 인성 개선에 유효하다. B량이 0.003질량％ 미만에서는, 대부분의 B가 BN으로서 질화물로 고정화되어, 초석 페라이트의 생성을 억제하는 효과가 없어, 인성 개선 효과가 얻어지지 않는다. B량이 0.020질량％를 초과하면, 용접 금속의 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, B원으로서는, 예를 들어 Fe-B, 아토마이즈 B 등의 합금을 이용한다.

(Mg:0.3 내지 1.0질량％)

Mg는 강탈산제로, 용접 금속의 산소량을 저하시켜, Mn의 수율이 안정되고, 고온 균열 억제 작용이 개선되어, 인성도 안정화된다. Mg량이 0.3질량％ 미만에서는, 탈산이 충분하지 않아, 용접부(초층 용접부)에 고온 균열이 발생한다. 또한, 인성도 저하된다. Mg량이 1.0질량％를 초과하면, 스패터 발생량이 많아진다. 그 밖에, Mg를 첨가함으로써 Ti의 용접 금속에의 수율이 향상되어, 실질적인 Ti의 사용량 저감을 가능하게 한다. 또한, Ti의 용접 금속에의 수율이 향상되어, 용접 금속 중의 개재물을 핵 생성 촉진에 효과적인 Ti계 산화물 조성으로 제어하는 것이 가능해진다. 또한, Mg원으로서는, 예를 들어 금속 Mg, Al-Mg, Fe-Si-Mg 등의 금속 분말, 합금 분말을 이용한다.

[(4×Ti＋10×Al－3×Si)≥1.0]

와이어(1)에 포함되는 Ti량(금속 Ti)을 소정 범위 내로 제어함으로써, 용접시에 Ti(금속 Ti)가 탈산 반응에 기여하여, 용접 이음부(용접 금속) 중에 생성되는 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 Ti계 산화물 조성의 개재물로 제어할 수 있다. 그 결과, 용접 금속의 응고 조직을 미세하게 할 수 있어, 고온 균열 억제 작용을 현저하게 개선할 수 있는 것이다. 또한, 핵 생성 촉진에 효과적인 Ti계 산화물에는, 개재물 융점을 낮추는 SiO₂를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 또한, Al은 강탈산제로, Al에 비해 탈산력이 약한 Si로 이루어지는 SiO₂를 환원하여, 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 Ti계 산화물 조성의 개재물로 제어하는 효과가 있다. 그로 인해, 와이어(1)에 포함되는 Ti량(금속 Ti), Al량 및 Si량의 관계로 규정함으로써, Ti계 산화물 조성을 응고 조직 미세화에 의해 효과적인 조성으로 제어 가능해져, 용접 금속의 응고 조직을 고온 균열 억제 작용의 개선에 있어서 바람직한 것으로 제어 가능해진다.

(4×Ti＋10×Al－3×Si)＜1.0이면, 용접 이음부의 응고 조직이 미세화되지 않는다. 따라서, (4×Ti＋10×Al－3×Si)≥1.0이다. 또한, 계산식 (4×Ti＋10×Al－3×Si)는 와이어(1)에 함유되는 Ti량을 소정 범위 내로 제어하기 위해 경험적·실험적으로 얻어진 식이다.

여기서, (Ti)는 와이어(1)에 함유되는 상기 Ti 및 상기 TiO₂ 중 상기 Ti(금속 Ti)로부터만 산출되는 Ti량으로, 와이어(1)에 함유된 상기 TiO₂(Ti 산화물)로부터 산출(환산)되는 Ti량은 포함되지 않는다.

또한, (Si)라 함은, 와이어(1)에 함유되는 상기 Si원 전부로부터 산출되는 Si량의 총합이다. 또한, 상기 SiO₂는, Si원으로서 이용되는, 예를 들어 지르콘샌드, 규사, 장석 등의 산화물에 포함된다.

(Fe)

잔량부인 Fe는, 강제 외피(2)를 구성하는 Fe, 및/또는 플럭스(3)에 첨가되어 있는 철 분말, 합금 분말의 Fe에 상당한다.

(불가피적 불순물)

잔량부의 불가피적 불순물로서는, S, P, Ni, O, Zr 등을 들 수 있고, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 함유하는 것이 허용된다. S량, P량, Ni량, O량, Zr량은, 각각 0.050질량％ 이하가 바람직하고, 강제 외피(2)와 플럭스(3)에 있어서의 각 성분량의 총합이다.

또한, 강제 외피(2) 및 플럭스(3)는, 와이어 제작시에 상기 와이어 성분(성분량)이 상기 범위 내가 되도록, 강제 외피(2) 및 플럭스(3)의 각 성분(각 성분량)을 선택한다.

또한, 와이어(1)의 표면에 Cu 도금을 실시하는 것도 가능하고, 와이어 전체 질량에 대해 0.35질량％ 이하의 Cu를 함유해도 좋다.

(희토류 화합물:희토류 원소 환산값으로 0.5질량％ 이하)

희토류 원소는 강탈산제로, 적정량의 첨가이면 Ti의 용접 금속에의 수율이 향상되어, 실질적인 Ti 사용량 저감을 가능하게 한다. 또한, Ti의 용접 금속에의 수율이 향상되어, 용접 금속 중의 개재물을 핵 생성 촉진에 효과적인 Ti계 산화물 조성으로 제어가 가능해져, 용접부(초층 용접부)의 내고온 균열성이 더욱 개선된다. 그러나 그 함유량이 희토류 원소 환산값으로 0.5질량％를 초과하면 스패터 발생량이 많아지고, 아크가 불안정해져 비드 외관이 불량이 된다.

본 발명에 있어서의 희토류 원소라 함은, Sc, Y 및 원자 번호 57(La) 내지 71(Lu)의 원소를 말한다. 또한, 희토류 화합물이라 함은, 희토류 원소의 산화물(Nd₂O₃, La₂O₃, Y₂O₃, CeO₃, Ce₂O₃, Sc₂O₃ 등의 단체의 산화물이나 이들의 복합 산화물 및 모나자이트, 바스트네사이트, 알라나이트, 셀라이트, 제노타임, 가돌리나이트 등의 희토류 산화물의 광석을 포함함), 불화물(CeF₃, LnF₃, PmF₃, SmF₃, GdF₃, TbF₃ 등) 및 합금(희토류 원소-Fe, 희토류 원소-Fe-B, 희토류 원소-Fe-Co, 희토류 원소-Fe-Si, 희토류 원소-Ca-Si 등), 미시 메탈을 말한다.

[실시예]

본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어에 대해, 본 발명의 요건을 만족시키는 실시예와, 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예를 비교하여 구체적으로 설명한다.

강제 외피(강은, C:0.03질량％, Si:0.02질량％, Mn:0.25질량％, P:0.010질량％, S:0.007질량％를 함유하고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 사용)의 내측에 플럭스를 충전하여, 표 1, 표 2에 나타내는 와이어 성분으로 이루어지는 와이어 직경 1.2㎜의 도 1의 (b)에 도시하는 와이어(1)(실시예:No.1 내지 25, 비교예:No.26 내지 49)를 제작하였다.

또한, 와이어 성분은, 이하의 측정 방법에 의해 측정, 산출하였다.

C량은,「적외선 흡수법」에 의해 측정하였다. Si량, Mn량, B량, Mg량 및 희토류 화합물량(희토류 원소량)은, 와이어 전량을 용해하여「ICP 발광 분광 분석법」에 의해 측정하였다. 또한, 희토류 화합물로서는 미시 메탈을 이용하여, 희토류 원소(Ce, La)를 측정하였다.

TiO₂량(TiO₂ 등으로서 존재하고, Fe-Ti 등은 포함하지 않음)은,「산 분해법」에 의해 측정된다. 산 분해법에 사용하는 용매는 왕수(王水)를 이용하여, 와이어 전량을 용해하였다. 이에 의해, 와이어(1)에 포함되는 Ti원(Fe-Ti 등)은 왕수에 용해되지만, TiO₂원(TiO₂ 등)은 왕수에 대해 불용이므로, 용해되고 남는다. 이 용액을, 필터(여과지는 5C의 눈의 미세도)를 이용하여 여과하고, 필터째 잔사를 니켈제 도가니로 옮겨, 가스 버너에 의해 가열하여 회화하였다. 계속해서, 알칼리 융제(수산화나트륨과 과산화나트륨의 혼합물)를 첨가하고, 다시 가스 버너에 의해 가열하여 잔사를 융해하였다. 다음에, 18질량％ 염산을 첨가하여 융해물을 용액화한 후, 메스플라스크로 옮기고, 순수를 더 첨가하여 메스업하여 분석액을 얻었다. 분석액 중의 Ti 농도를「ICP 발광 분광 분석법」에 의해 측정하였다. 이 Ti 농도를 TiO₂량으로 환산하여, TiO₂량을 산출하였다.

Ti량(Fe-Ti 등으로서 존재하고, TiO₂ 등은 포함되지 않음)은,「산 분해법」에 의해 와이어 전량을 왕수에 용해하여, 불용이었던 TiO₂원(TiO₂ 등)을 여과하고, 그 용액을 와이어(1)에 포함되는 Ti원(Fe-Ti 등)으로 할 수 있음으로써,「ICP 발광 분광 분석법」을 이용하여, Ti량(Fe-Ti 등)으로서 존재를 구하였다.

Al₂O₃량(알루미나나 장석 등의 복합 산화물로서 존재하고, Al 금속 분말 등의 합금 분말은 포함되지 않음)은,「산 분해법」에 의해 측정된다. 산 분해법에 사용하는 용매는 왕수를 이용하여, 와이어 전량을 용해하였다. 이에 의해, 와이어(1)에 포함되는 Al원(Al 금속 분말 등의 합금 분말)은 왕수에 용해되지만, Al₂O₃원(알루미나나 장석 등의 복합 산화물)은 왕수에 대해 불용이므로, 용해되고 남는다. 이 용액을, 필터(여과지는 5C의 눈의 미세도)를 이용하여 여과하고, 필터째 잔사를 니켈제 도가니로 옮겨, 가스 버너에 의해 가열하여 회화하였다. 계속해서, 알칼리 융제(수산화나트륨과 과산화나트륨의 혼합물)를 첨가하고, 다시 가스 버너에 의해 가열하여 잔사를 융해하였다. 다음에, 18질량％ 염산을 첨가하여 융해물을 용액화한 후, 메스플라스크로 옮기고, 순수를 더 첨가하여 메스업하여 분석액을 얻었다. 분석액 중의 Al 농도를「ICP 발광 분광 분석법」에 의해 측정하였다. 이 Al 농도를 Al₂O₃량으로 환산하여, Al₂O₃량을 산출하였다.

Al량(Al 금속 분말 등의 합금 분말로서 존재하고, 알루미나나 장석 등의 복합 산화물은 포함되지 않음)은,「산 분해법」에 의해 와이어 전량을 왕수에 용해하여, 불용이었던 Al₂O₃원(알루미나나 장석 등의 복합 산화물)을 여과하고, 그 용액을 와이어(1)에 포함되는 Al원(Al 금속 분말 등의 합금 분말)으로 할 수 있음으로써, 「ICP 발광 분광 분석법」을 이용하여, Al량(Al 금속 분말 등의 합금 분말)으로서 존재를 구하였다.

제작된 와이어(1)를 이용하여, 이하에 나타내는 방법으로, 내고온 균열성, 기계적 성질(인장 강도, 흡수 에너지), 용접 작업성에 대해 평가하였다. 그 평가 결과에 기초하여, 실시예 및 비교예의 와이어(1)의 종합 평가를 행하였다.

(내고온 균열성)

JIS G3106 SM400B 강(C:0.12질량％, Si:0.2질량％, Mn:1.1질량％, P:0.008질량％, S:0.003질량％를 함유하고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물)으로 이루어지는 용접 모재를, 표 3에 나타내는 용접 조건으로 편면 용접(하향 맞댐 용접)하였다.

도 2는, 내고온 균열성의 평가에 사용하는 용접 모재의 개선(開先) 형상을 도시하는 단면도이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 용접 모재(11)는 V 형상의 개선을 갖고, 이 V 형상의 개선의 이면에는, 세라믹제의 내화물(12) 및 알루미늄 테이프(13) 등으로 이루어지는 백킹재(backing material)가 배치되어 있다. 그리고 개선 각도를 35°로 하고, 백킹재가 배치되어 있는 부분의 루트 간격을 4㎜로 하였다.

용접 종료 후, 초층 용접부(크레이터부를 제외함)에 대해, X선 투과 시험(JIS Z3104)에서, 내부 균열의 유무를 확인하고, 균열 발생 부분의 토털 길이를 측정하여, 균열율을 산출하였다. 여기서, 균열율은, 균열율 W＝(균열 발생 부분의 토털 길이)/[초층 용접부 길이(크레이터부를 제외함)]×100에 의해 산출된다. 그 균열율로 내고온 균열성을 평가하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

또한, 평가 기준은, 용접 전류 240A에서 균열율 0％이고 또한 용접 전류 260A에서 균열율 0％이고 또한 용접 전류 280A에서 균열율 0％일 때「매우 우수함:◎◎」, 용접 전류 240A에서 균열율 0％이고 또한 용접 전류 260A에서 균열율 0％이고 용접 전류 280A에서 5％ 이하일 때「보다 우수함:◎」, 용접 전류 240A에서 균열율 0％이고 또한 용접 전류 260A에서 균열율 5％ 이하이고 또한 용접 전류 280A에서 균열율 5％ 초과 내지 10％ 이하일 때「우수함:○~◎」, 용접 전류 240A에서 균열율 0％이고 또한 용접 전류 260A에서 균열율 5％ 초과이고 또한 용접 전류 280A에서 균열율 10％ 초과일 때「양호함:○」, 용접 전류 240A에서 균열 있음이고 또한 용접 전류 260A에서 균열 있음이고 또한 용접 전류 280A에서 균열 있음일 때「떨어짐:×」으로 하였다.

(기계적 성질)

JIS Z3313에 준하여, 인장 강도, 0℃ 흡수 에너지(인성)에 대해 평가하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

또한, 인장 강도의 평가 기준은, 490㎫ 이상 640㎫ 이하일 때 「우수함:○」, 490㎫ 미만 또는 640㎫ 초과일 때「떨어짐:×」으로 하였다. 또한, 0℃ 흡수 에너지의 평가 기준은, 60J 이상일 때「우수함:○」, 60J 미만일 때「떨어짐:×」으로 하였다. 또한, JIS Z3313에 준하여, 연신율을 평가하는 경우에는, 그 평가 기준은 22％ 이상일 때「우수함:○」, 22％ 미만일 때「떨어짐:×」으로 하였다.

(용접 작업성)

내고온 균열성과 동일한 용접 모재를 사용하여, 하향 필렛 용접, 수평 필렛 용접, 입향상진 필렛 용접, 입향하진(立向下進) 필렛 용접의 4종의 용접을 행하여, 작업성을 관능 평가하였다. 여기서, 하향 필렛 용접 시험, 수평 필렛 용접 시험 및 입향하진 용접 시험의 용접 조건은, 상기 내고온 균열성과 동일하게 하였다(표 3 참조). 입향상진 필렛 용접 시험의 용접 조건은, 용접 전류 200 내지 220A, 아크 전압 24 내지 27V로 하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

또한, 평가 기준은 스패터 발생, 흄 발생, 비드 흘러내림, 비드 외관 등의 용접 불량이 발생하지 않을 때「우수함:○」, 용접 불량이 발생하였을 때「떨어짐:×」으로 하였다.

(종합 평가)

종합 평가의 평가 기준은, 상기 평가 항목 중, 내고온 균열성이「◎◎ 또는 ◎」또한 기계적 성질 및 용접 작업성이「○」일 때「가일층 우수함:◎」, 내고온 균열성이「○~◎」 또한 기계적 성질 및 용접 작업성이「○」일 때「우수함:○~◎」, 내고온 균열성이「○」 또한 기계적 성질 및 용접 작업성이「○」일 때「양호함:○」, 상기 평가 항목 중 적어도 1개가「×」일 때「떨어짐:×」으로 하였다.

그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

표 1, 표 4에 나타내는 바와 같이, 실시예(No.1 내지 25)는 모든 와이어 성분이 본 발명의 범위를 만족하므로, 내고온 균열성, 기계적 성질 및 용접 작업성 전부에 있어서 우수하고(또는 양호하고), 종합 평가에 있어서도 우수하였다(또는 양호하였다).

표 2, 표 5에 나타내는 바와 같이, 비교예(No.26)는 C량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.27)는, C량이 상한값을 초과하므로 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.28)는, Si량이 하한값 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.29)는, Si량이 상한값을 초과하므로, 내고온 균열성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(No.30)는, Mn량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.31)는, Mn량이 상한값을 초과하므로, 기계적 성질 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.32)는, Ti량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.33)는, Ti량이 상한값을 초과하므로, 기계적 성질 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(No.34)는, TiO₂량이 하한값 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.35)는, TiO₂량이 상한값을 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.36)는, Al량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.37)는, Al량이 상한값을 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(No.38)는, Al₂O₃량이 하한값 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.39)는, Al₂O₃량이 상한값을 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.40)는, B량이 하한값 미만이므로, 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.41)는, B량이 상한값을 초과하므로, 내고온 균열성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.42, No.43, No.44)는, 와이어(1)에 함유되는 Ti량(금속 Ti)과 와이어(1)에 함유되는 Al량과, 와이어(1)에 함유되는 Si량의 관계 (4×Ti＋10×Al－3×Si)가 하한값 미만이므로, 내고온 균열성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(No.45)는, 플럭스 충전율이 하한값 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.46)는 플럭스 충전율이 상한값을 초과하므로, 와이어 생산 중에 단선이 발생하여, 종합 평가로서는 떨어져 있었다. 비교예(No.47)는 Mg량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.48)는 Mg량이 상한값을 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.49)는 희토류 화합물량이 상한값을 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

이상의 결과로부터, 실시예(No.1 내지 25)는, 비교예(No.26 내지 49)와 비교하여 플럭스 내장 와이어(1)로서 우수한 것이 확인되었다.

1 : 플럭스 내장 와이어(와이어)
2 : 강제 외피
3 : 플럭스
4 : 이음매
11 : 용접 모재
12 : 내화물
13 : 알루미늄 테이프

Claims

강제 외피 내에 플럭스가 충전된 플럭스 내장 와이어이며,
와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 10 내지 25질량％이고,
와이어 전체 질량에 대해,
C:0.03 내지 0.08질량％,
Si(와이어에 함유되는 모든 Si원으로부터 산출되는 Si량의 총합):0.10 내지 1.00질량％,
Mn(와이어에 함유되는 모든 Mn원으로부터 산출되는 Mn량의 총합):2.4 내지 3.7질량％,
Ti:0.15 내지 1.00질량％,
TiO₂:5.0 내지 8.0질량％,
Al:0.20 내지 0.50질량％,
Al₂O₃:0.05 내지 0.50질량％,
B:0.003 내지 0.020질량％,
Mg:0.3 내지 1.0질량％
를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
또한, (4×Ti＋10×Al－3×Si)≥1.0의 관계식을 만족하고, 상기 관계식에 있어서 (Ti)는, 상기 와이어에 함유되는 상기 Ti 및 상기 TiO₂ 중 상기 Ti로부터만 산출되는 Ti량인 것을 특징으로 하는, 플럭스 내장 와이어.
제1항에 있어서, 와이어 전체 질량에 대해, 희토류 화합물 중 1종 또는 2종 이상을, 희토류 원소 환산값으로 0.5질량％ 이하 함유하는 것을 특징으로 하는, 플럭스 내장 와이어.