KR101178668B1 - 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어는, 스테인레스 강제의 외피 중에 플럭스가 충전되고, 와이어 전체 질량당 Cr을 22.0 내지 30.0질량%, Ni를 6.0 내지 12.0질량%, Mo를 2.0 내지 5.0질량%, N을 0.20 내지 0.35질량%, TiO2를 4.0 내지 9.0질량%, SiO2를 0.1 내지 2.0질량%, ZrO2를 0.5 내지 4.0질량%, Li2O, Na2O 및 K2O를 총량으로 0.50 내지 1.50질량%, 금속 불화물을 불소량 환산값으로 0.10 내지 0.90질량%, 희토류 원소 성분을 0.10 내지 1.00질량% 함유한다. C의 함유량은 0.04질량% 이하, W의 함유량은 4.0질량% 이하, Cu의 함유량은 2,0질량% 이하, Bi2O3의 함유량은 0.01질량% 이하로 규제되고, 상기 이외의 산화물 함유량은 3.0질량% 이하로 규제되어 있다. 이러한 구성에 의해, 2상 스테인레스강 등을 아크 용접할 때에, 모든 자세 용접에서의 용접 작업성이 양호하고, 우수한 내공식성을 유지하면서, 저온 인성이 보다 우수한 용접부가 얻어진다.

Description

스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어{FLUX-CORED WIRE FOR ARC WELDING OF STAINLESS STEEL}
본 발명은 오스테나이트상과 페라이트상의 2상 스테인레스강 등을 아크 용접할 때에 사용되는 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어에 관한 것이며, 특히 내공식성(耐孔食性) 및 저온 인성이 우수하고, 또한 모든 자세 용접에서의 용접 작업성이 양호한 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어에 관한 것이다.
종래, 화학 플랜트 기기, 석유 또는 천연 가스의 굴착용 유정관, 라인파이프, 케미컬 탱커(chemical tanker) 및 수문 등의 구조물용 부재에는, 주로 해수 등의 염소 이온을 포함하는 환경에서의 내응력 부식 깨짐성(SCC) 및 내공식성이 우수하고, 고강도인 것이 요구된다. 그리고, 이러한 요구를 만족하는 부재로서, 예를 들면 JIS SUS 329J3L, SUS 329 J4L 및 ASTM S31803의 2상 스테인레스강 등이 사용되고 있다.
이러한 구조물용 부재의 용접에 있어서는, 기본적으로는 모재와 마찬가지인 합금 조성으로 이루어지는 용접 재료가 사용되는 경우가 많다. 따라서, 용접 재료의 합금 조성도 모재와 마찬가지로, 다방면에 걸쳐 있다. 또한, 용접 방법에 관해서도 각종 방법이 사용되고 있지만, 특히 고능률로 사용하기 쉬운 플럭스 함유 와이어에 의한 아크 용접이 널리 사용되고 있다.
그러나, 전술한 2상 스테인레스 강재는, 제조 과정에서 압연 후에 열처리가 실시되고 있어, 2상 스테인레스 강재의 조직은 열처리 온도에서의 평형 상태에 가까운 조직으로 안정화되어 있다. 이에 비해, 용접 금속은, 페라이트 단상으로 응고한 후, 자연 냉각의 과정에서 페라이트상에 오스테나이트상이 석출하는 비평형 상태의 비교적 불안정한 조직이다. 이 때문에, 2상 스테인레스 강재의 용접부에는, 강재와 비교하여 내공식성 또는 저온 인성이 불안정한 면이 있어서, 이것을 적용한 구조물에 따라서는, 내공식성 및/또는 저온 인성의 열화가 문제가 되어, 용접 재료의 개선이 요망되고 있다.
플럭스 함유 와이어를 사용한 아크 용접에 있어서, 용접부의 내공식성을 향상시키는 기술로서는, 예를 들면 미국 특허출원공개 제2008/0093352호 및 일본 특허공개 제2008-221292호를 들 수 있다. 이러한 특허문헌에는, 플럭스 함유 와이어에 Cr, Mo 및 N을 첨가하는 것에 의해, 용접부의 내공식성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다. 또한, 플럭스 함유 와이어에의 N 첨가에 의해, 용접 금속의 강도를 높이는 것이 개시되어 있다.
그러나, 전술한 종래 기술에는 이하와 같은 문제점이 있다. 최근, 2상 스테인레스강 등의 구조재는, 예를 들면 해구 및 해저 등의 염소 이온을 포함하여, 고압력이고 저온의 환경에서 사용되도록 되어져 왔기 때문에, 용접부에는 보다 높은 내공식성 및 저온 인성이 요구되고 있다. 그러나, 전술한 종래의 플럭스 함유 와이어는 최근의 내공식성 및 저온 인성에의 요구에 부응할 수 있지는 않았다.
또한, 미국 특허출원공개 제2008/0093352호의 플럭스 함유 와이어는, 알칼리 금속 성분의 함유량이 적고, 특히 입향 상진(立向上進) 용접에서 아크의 안정성이 얻어지지 않아서, 용접 작업성이 저하된다.
또한, 일본 특허공개 제2008-221292호의 2상 스테인레스강 용접용 플럭스 함유 와이어는, ZrO2의 함유량이 적고, 특히 입향 용접 및 상향 용접에 있어서, 양호한 슬래그 피포성(被包性)을 얻을 수 없고, 이것에 의해, 슬래그 박리성 및 내기공성이 열화하여, 용접 작업성이 저하된다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 2상 스테인레스강 등을 아크 용접할 때에, 모든 자세 용접에서의 용접 작업성이 양호하고, 우수한 내공식성을 유지하면서, 저온 인성이 보다 우수한 용접부가 얻어지는 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어는, 스테인레스 강제의 외피 중에 플럭스를 충전한 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어로서, 와이어 전체 질량당 Cr을 22.0 내지 30.0질량%, Ni를 6.0 내지 12.0질량%, Mo를 2.0 내지 5.0질량%, N을 0.20 내지 0.35질량%, TiO2를 4.0 내지 9.0질량%, Si02를 0.1 내지 2.0질량%, Zr02를 0.5내지 4.0질량%, Li2O, Na2O 및 K2O를 총량으로 0.50 내지 1.50질량%, 금속 불화물을 불소량 환산값으로 0.10 내지 0.90질량%, 및 희토류 원소 성분을 0.10 내지 1.00질량% 함유하고, C의 함유량이 0.04질량% 이하, W의 함유량이 4.0질량% 이하, Cu의 함유량이 2.0질량% 이하, Bi2O3의 함유량이 0.01질량% 이하로 규제되고, 상기 Bi2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, Li2O, Na2O 및 K2O 이외의 산화물 함유량이 총량으로 3.0질량% 이하로 규제되어 있다.
본 발명의 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어는, 적정한 범위로 N, Cr 및 Mo를 함유한 것에 더하여, 와이어 중의 Bi2O3의 함유량이 규제되고, 와이어에 희토류 원소 성분을 적량 첨가하고 있기 때문에, 2상 스테인레스강 등의 용접부에서, 우수한 내공식성을 유지하면서, 보다 높은 저온 인성을 얻을 수 있다. 또한, 슬래그 형성제 및 아크 안정제를 적정한 범위로 함유하여, 필요한 성분 이외의 산화물 함유량이 규제되어 있기 때문에, 양호한 슬래그 피포성이 얻어지고, 용접 작업성도 양호하다.
도 1은 플럭스 함유 와이어의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2a는 하향 용접에 있어서의 용접 모재의 개선(開先) 형상을 나타내는 단면도이고, 2b는 입향 용접 및 상향 용접에 있어서의 용접 모재의 개선 형상을 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 구체적으로 설명한다. 2상 스테인레스강 등의 용접부에서 높은 내공식성을 얻기 위해서는, 종래부터 플럭스 함유 와이어의 성분으로서 N, Cr 및 Mo를 첨가하는 것이 행해져 왔다. 그러나, N을 다량으로 첨가하는 것은, 용접부에 피트 및 가스구 등의 용접 결함이 발생하는 원인이 되고, 용접부의 저온 인성도 열화하기 쉬워진다. 저온 인성이 열화한 구조재는, 예를 들면 해구 또는 해저 등의 고압력이고 저온의 환경에서 사용할 수 없다. 본원 발명자들은 플럭스 함유 와이어에의 N 첨가에 의한 용접 결함의 발생 및 용접부의 저온 인성의 열화라는 문제점을 해결하려고 예의 실험 검토를 했다. 그리고, 2상 스테인레스강 등의 용접부에서, 종래와 동등 이상의 내공식성을 유지하면서, 우수한 저온 인성을 얻기 위해서는, N, Cr 및 Mo를 첨가한 플럭스 함유 와이어에 있어서, Bi2O3의 함유량을 규제하면서, 플럭스 함유 와이어에 희토류 원소 성분을 적량 첨가하면 된다는 것을 발견했다.
또한, 본원 발명자들은 플럭스 함유 와이어에 슬래그 형성제로서의 TiO2, SiO2 및 ZrO2, 아크 안정제로서의 Li2O, Na2O 및 K2O, 및 금속 불화물로서의 불소를 적정한 범위로 첨가하고, 필요한 성분 이외의 산화물 함유량을 규제하면, 양호한슬래그 피포성이 얻어지고, 이것에 의해 슬래그 박리성 및 내기공성이 양호하며, 양호한 용접 작업성도 얻어지는 것을 발견했다.
본 발명은, 예를 들면 2상 스테인레스강 등의 스테인레스강을 모재로 하는 용접에 사용할 수 있는 이외에, 예를 들면, 연강을 모재로 하고 그 위에 육성(肉盛) 용접하는 경우에 있어서도 적합하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어에 대하여, 수치 한정의 이유에 대하여 설명한다.
「Cr: 와이어 전체 질량당 22.0 내지 30.0질량%」
Cr은 용접부의 내공식성을 향상시키는 작용을 한다. Cr의 함유량이 와이어의 전체 질량당 22.0질량% 미만이면, 용접부의 내공식성을 충분히 향상시킬 수 없다. 한편, Cr의 함유량이 와이어의 전체 질량당 30.0질량%를 초과하면, 용접부에 FeCr을 주체로 하는 금속간 화합물인 σ상이 석출하여, 저온 인성이 열화(σ상 취화)한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, Cr의 함유량은 와이어의 전체 질량당 22.0 내지 30.0질량%로 규정한다.
「Ni: 와이어 전체 질량당 6.0 내지 12.0질량%」
Ni는 2상 스테인레스강 등의 용접부에서, 오스테나이트상을 안정화시켜, 용착 금속의 저온 인성을 향상시키는 작용을 한다. Ni의 함유량이 와이어의 전체 질량당 6.0질량% 미만이면, 용착 금속의 저온 인성을 향상시키는 작용을 충분히 얻을 수 없다. 한편, Ni의 함유량이 와이어의 전체 질량당 12.0질량%를 초과하면, 용착 금속의 연성을 저하시켜 버린다. 따라서, 본 발명에 있어서는, Ni의 함유량을 와이어의 전체 질량당 6.0 내지 12.0질량%로 규정한다.
「Mo: 와이어 전체 질량당 2.0 내지 5.0질량%」
Mo는, Cr과 마찬가지로 용접부의 내공식성을 향상시킬 목적으로 첨가한다. Mo의 함유량이 와이어의 전체 질량당 2.0질량% 미만이면, 용접부의 내공식성을 충분히 향상시킬 수 없다. 한편, Mo의 함유량이 와이어의 전체 질량당 5.0질량%를 초과하면, 2상 스테인레스강 등의 용접부에서, FeCr을 주체로 하는 금속간 화합물인 σ상이 석출하여, 용착 금속의 저온 인성이 열화(σ상 취화)한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, Mo의 함유량은 와이어의 전체 질량당 2.0 내지 5.0질량%로 규정한다.
「N: 와이어 전체 질량당 0.20 내지 0.35질량%」
N은, Cr 및 Mo와 마찬가지로 용접부의 내공식성을 향상시키는 작용을 한다. N의 함유량이 와이어의 전체 질량당 0.20질량% 미만이면, 용접부의 내공식성을 충분히 향상시킬 수 없다. 한편, N의 함유량이 와이어의 전체 질량당 0.35질량%를 초과하면, 용접부의 내기공성이 열화하여, 피트 및 가스구 등의 용접 결함이 발생하는 원인이 되거나, 용착 금속의 저온 인성이 열화한다. 따라서, 본 발명에 있어서, N의 함유량은 와이어의 전체 질량당 0.20 내지 0.35질량%로 규정한다.
「TiO2: 와이어 전체 질량당 4.0 내지 9.0질량%」
TiO2는, 슬래그 형성제이며, 슬래그의 유동성을 개선하여, 슬래그의 피포성과 박리성을 향상시킨다. 또한, TiO2는 아크의 안정성을 향상시키는 작용이 있다. TiO2의 함유량이 와이어의 전체 질량당 4.0질량% 미만이면, 슬래그 피포성 및 슬래그 박리성의 향상 효과 및 아크의 안정성이 얻어지지 않게 된다. 한편, TiO2의 함유량이 와이어의 전체 질량당 9.0질량%를 초과하면, 슬래그의 유동성이 저하되어, 용접부에 슬래그 말려들어감 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워진다. 또한, 용접시의 슬래그 박리성 및 내기공성이 열화한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, TiO2의 함유량은 와이어의 전체 질량당 4.0 내지 9.0질량%로 규정한다. 보다 바람직한 하한값은 5.0질량%이다. 보다 바람직한 상한값은 8.0질량%이다.
「SiO2: 와이어 전체 질량당 0.1 내지 2.0질량%」
SiO2는 비드의 친화성 및 슬래그의 피포성을 양호하게 하는 작용이 있어, SiO2의 첨가에 의해 양호한 슬래그 박리성 및 내기공성을 얻을 수 있다. SiO2의 함유량이 와이어의 전체 질량당 0.1질량% 미만이면, 비드의 친화성 및 슬래그의 피포성을 향상시키는 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편, SiO2의 함유량이 와이어의 전체 질량당 2.0질량%를 초과하면, 슬래그가 눌어붙기 쉬워져서, 슬래그 박리성이 열화한다. 따라서, 본 발명에 있어서는 SiO2의 함유량을 와이어 전체 질량당 0.1 내지 2.0질량%로 규정한다.
「ZrO2: 와이어 전체 질량당 0.5 내지 4.0질량%」
ZrO2는 슬래그의 점성을 향상시키는 작용이 있어, ZrO2의 첨가에 의해 특히 입향 용접 및 상향 용접시에 양호한 슬래그 피포성을 얻을 수 있고, 이것에 의해 양호한 슬래그 박리성 및 내기공성을 얻을 수 있다. ZrO2의 함유량이 와이어의 전체 질량당 0.5질량% 미만이면, 슬래그의 점성을 향상시키는 효과를 충분히 얻을 수 없게 되어 입향 상진 용접성이 열화한다. 한편, ZrO2의 함유량이 와이어의 전체 질량당 4.0질량%를 초과하면, 슬래그의 점성이 지나치게 높아지고, 슬래그 박리성이 열화하여, 용접부에 슬래그 말려들어감 등의 용접 결함도 발생하기 쉬워진다. 따라서, 본 발명에 있어서는, ZrO2의 함유량은 와이어의 전체 질량당 0.5 내지 4.0질량%로 규정한다. 보다 바람직한 하한값은 1.0질량%이다.
「Li2O, Na2O 및 K2O: 총량으로 와이어 전체 질량당 0.50 내지 1.50질량%」
알칼리 금속인 Li, Na 및 K의 산화물은, 첨가하는 것에 의해 아크의 안정성을 향상시키고, 특히 입향 상진 용접에 있어서 용접 작업성을 향상시키는 작용을 한다. Li2O, Na2O 및 K2O의 함유량이 총량으로 와이어의 전체 질량당 0.50질량% 미만이면, 모든 자세 용접에 있어서 양호한 용접 작업성을 얻을 수 없게 된다. 한편, Li2O, Na2O 및 K2O의 함유량이 총량으로 와이어의 전체 질량당 1.50질량%를 초과하면, 와이어의 내흡습성이 열화하기 쉬워진다. 따라서, 본 발명에 있어서는, Li2O, Na2O 및 K2O의 함유량은 총량으로 와이어의 전체 질량당 0.50 내지 1.50질량%로 규정한다.
「금속 불화물: 불소량 환산값으로 와이어 전체 질량당 0.10 내지 0.90질량%」
불소는 용접부에의 피트(pit) 및 블로홀(blowhole) 등의 용접 결함의 발생을 억제하고, 또한 내기공성을 향상시키는 작용이 있어, 본 발명에 있어서는 금속 불화물에 의해 첨가한다. 금속 불화물의 함유량이, 불소량 환산값으로 와이어의 전체 질량당 0.10질량% 미만이면, 피트 및 블로홀이 발생하기 쉬워져서, 슬래그 박리성도 열화한다. 한편, 금속 불화물의 함유량이 불소량 환산값으로 와이어의 전체 질량당 0.90질량%를 초과하면, 용접시의 아크 안정성이 저하되어 스퍼터 및 흄 발생량이 증가하여, 용접 작업성이 열화한다. 따라서, 본 발명에 있어서는 금속 불화물의 함유량은 불소량 환산값으로 와이어의 전체 질량당 0.10 내지 0.90질량%로 규정한다. 또한, 보다 바람직한 금속 불화물의 함유량은 불소량 환산값으로 와이어의 전체 질량당 0.30 내지 0.90질량%이다.
「희토류 원소 성분: 와이어 전체 질량당 0.10 내지 1.00질량%」
희토류 원소 성분은 본 발명에 있어서 용접부의 저온 인성을 향상시키기 위해 가장 중요한 성분이다. 즉, 희토류 원소 성분은 강탈산제이기 때문에, 용착 금속 중의 산소량을 저감시킴과 아울러, 산화된 개재물을 기점으로 하여 용착 금속이 페라이트상으로부터 오스테나이트상으로 원활하게 천이하기 쉬워지고, 그 결과, 2상 스테인레스강 등의 조직을 미세화하여 용접부의 저온 인성을 향상시키는 작용을 한다. 또한, 희토류 원소 성분은, 슬래그의 피복을 균일화하고, 슬래그 박리성을 향상시키는 효과가 있어, 용착 금속과 슬래그의 경계 부분에 체류하는 질소 가스 등의 가스에 의해 가스구 및 피트 등의 용접 결함이 발생하는 것을 방지하는 작용이 있다. 희토류 원소 성분은, 예를 들면 Ce, La 및 Y 등을 불화물 또는 산화물 등의 형태로 플럭스 중에 첨가할 수 있다. 희토류 원소 성분의 함유량은, 와이어의 전체 질량당 0.10질량% 이상이면, 용접부의 저온 인성을 향상시킬 수 있다. 한편, 희토류 원소 성분의 함유량이 와이어의 전체 질량당 1.00질량%를 초과하면, 반대로 슬래그 박리성이 열화하기 쉬워진다. 이것은 희토류 원소의 산화물이 슬래그 중에 증가하는 것에 의한 것이라 생각된다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 희토류 원소 성분의 함유량은 와이어의 전체 질량당 0.10 내지 1.00질량%로 규정한다. 또한, 희토류 원소 성분의 함유량은, 와이어의 전체 질량당 0.30질량% 이상으로 하는 것에 의해 전술한 효과를 충분히 얻을 수 있다.
「C: 와이어 전체 질량당 0.04질량% 이하로 규제」
C는 Cr 및 Mo와 반응하여 탄화물을 생성하여, 용접부의 내공식성을 열화시킨다. C의 함유량이 와이어의 전체 질량당 0.04질량%를 초과하면, 용접부의 내공식성이 열화한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, C의 함유량을 와이어의 전체 질량당 0.04질량% 이하로 규제한다.
「W: 와이어 전체 질량당 4.0질량% 이하로 규제」
와이어 중의 W의 함유량이 와이어 전체 질량당 4.0질량%를 초과하도록 다량의 W를 첨가하면, 2상 스테인레스강 등의 용접부에서 질화물 및 금속간 화합물이 석출하여, 용착 금속의 취성 및 저온 인성이 열화한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, W의 함유량을 와이어의 전체 질량당 4.0질량% 이하로 규제한다. 또한, 바람직하게는 W의 함유량은 와이어의 전체 질량당 2.0질량% 이하이다.
「Cu: 와이어 전체 질량당 2.0질량% 이하로 규제」
Cu는 첨가량이 미량이어도 슬래그 박리성을 열화시킨다. 또한, Cu의 함유량이 와이어의 전체 질량당 2.0질량%를 초과하도록 다량의 Cu를 첨가하면, 슬래그 박리성이 열화하여, 내기공성도 열화한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, Cu의 함유량은 와이어의 전체 질량당 2.0질량% 이하로 규제한다. 또한, 바람직하게는 Cu의 함유량은 와이어의 전체 질량당 1.0질량% 이하이다.
「Bi2O3: 와이어 전체 질량당 0.01질량% 이하로 규제」
Bi2O3는 용착 금속 중의 산소량을 증가시켜, 용접부의 저온 인성을 열화시킨다. Bi2O3의 함유량이 와이어의 전체 질량당 0.01질량%를 초과하면, 용접부의 저온 인성이 열화한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, Bi2O3의 함유량을 와이어의 전체 질량당 0.01질량% 이하로 규제한다. 또한, 바람직하게는 Bi2O3의 함유량은 와이어의 전체 질량당 0.005질량% 이하이다.
「상기 이외의 산화물: 와이어 전체 질량당 3.0질량% 이하로 규제」
상기 Bi2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, Li2O, Na2O 및 K2O 이외의 산화물은, 예를 들면 슬래그 박리성 및 내기공성이라는 슬래그의 특성을 열화시켜, 용접 작업성을 열화시킨다. Bi2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, Li2O, Na2O 및 K2O 이외의 산화물 함유량이 와이어의 전체 질량당 3.0질량%를 초과하면, 슬래그 박리성이 열화하여, 내기공성도 열화한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, Bi2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, Li2O, Na2O 및 K2O 이외의 산화물 함유량을 와이어의 전체 질량당 3.0질량% 이하로 규제한다. 또한, Bi2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, Li2O, Na2O 및 K2O 이외의 산화물 함유량은, 와이어의 전체 질량당 1.2질량% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는, 전술한 와이어 조성의 수치 범위에 더하여, 와이어 전체 질량에 대한 플럭스의 질량비인 플럭스율을 25.0 내지 40.0질량%로 하는 것이 바람직하다. 플럭스율이 25.0질량% 미만이면, 슬래그 말려들어감 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워지는 경우가 있고, 플럭스율이 40.0질량%를 초과하면, 와이어의 강도 저하에 의해 송급성이 열화하기 쉬워져서, 안정한 용접 작업을 할 수 없게 되는 경우가 있다. 따라서, 플럭스율은 25.0 내지 40.0질량%인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 플럭스율은 30.0 내지 38.0질량%이다.
또한, 본 발명에 있어서는, 생산성의 관점에서 플럭스 함유 와이어의 외피로서는, 외피의 전체 질량당 Cr을 16.0 내지 22.0질량%, Ni를 10.0 내지 14.0질량%, 및 Mo를 2.0 내지 3.0질량% 함유하는 스테인레스강을 사용하는 것이 바람직하다. 이 조성 이외의 스테인레스강을 외피로서 사용하는 경우에는, 생산성이 저하되어 비용이 증대하기 쉬워지는 경우가 있다.
[실시예]
이하, 본 발명의 범위를 만족하는 실시예에 대하여, 그의 효과를 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예와 비교하여 설명한다. 우선, 표 1에 나타내는 조성의 스테인레스강으로 이루어지는 두께 0.4mm, 폭 9.0mm의 띠를 그의 길이 방향으로 이동시키면서, 그 위에 플럭스를 공급하고, 또한 그 띠를 폭 방향으로 서서히 만곡시켜 도 1b에 나타내는 원통상으로 성형하는 것에 의해. 외피(1a)(No. A 및 B) 속에 금속 원료와 슬래그 성분으로 이루어지는 플럭스(1b)를 충전했다. 얻어진 플럭스 함유 와이어(1)(No. 1 내지 24)를, 직경이 1.2mm가 되도록 신선(伸線) 가공하여 공시(供試) 와이어로 했다. 이때, 외피에의 플럭스의 충전율과, 플럭스의 조성을 조정하는 것에 의해, 표 2-1 및 표 2-2에 나타내는 조성을 갖는 각 실시예 및 비교예의 플럭스 함유 와이어를 제작했다.
Figure 112010082219232-pat00001
[표 2-1]
Figure 112010082219232-pat00002
[표 2-2]
Figure 112010082219232-pat00003
전술한 방법으로 제조한 No. 1 내지 24의 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어(1)를 사용하여 표 3에 나타내는 화학 조성을 갖는 용접 모재에 대하여 하향 용접, 입향 용접 및 상향 용접을 하여, 용접 작업성에 대하여 평가했다. 도 2a는 하향 용접에 있어서의 용접 모재의 개선 형상을 나타내는 단면도이고, 도 2b는 입향 용접 및 상향 용접에 있어서의 용접 모재의 개선 형상을 나타내는 단면도이다. 하향 용접은, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 용접 모재(2)의 단부에 경사면(2a)을 형성하여, 용접 모재(2)의 경사면(2a) 끼리가 마주 향하도록 설치하여 용접을 행했다. 입향 용접 및 상향 용접은, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 상판(3)의 측면(3a)에 용접 모재(4)에 형성된 경사면(4a) 측의 단부를 당접시켜 용접을 행했다. 이때의 용접 조건을 하기 표 4에 나타낸다. 각 실시예 및 비교예의 플럭스 함유 와이어에 대하여, 하향 용접, 입향 용접 및 상향 용접시의 아크 안정성, 슬래그 박리성 및 내기공성에 따라 용접 작업성을 평가했다. 또한, 입향 용접에 관해서는, 입향 상진성에 관해서도 아울러 평가했다. 각 실시예 및 비교예의 플럭스 함유 와이어에 의한 용접 작업성에 대하여, 매우 양호한 경우를 ◎, 양호한 경우를 ○, 불량한 경우를 ×라고 평가하여, 하기 표 5에 나타낸다.
Figure 112010082219232-pat00004
Figure 112010082219232-pat00005
다음으로, 하향 용접에 의해 용접한 용착 금속으로부터 ASTM G48E법에 준거하여 시험편을 채취하고, 이 시험편에 대하여 공식 시험을 실시하여, CPT(공식 발생 임계 온도, Critical Pitting Temperature)를 측정하는 것에 의해 내공식성을 평가했다. CPT가 40℃ 이상인 것을 ◎, 35℃ 초과 40℃ 미만이던 것을 ○, 35℃ 이하인 것을 ×라고 평가했다. 각 실시예 및 비교예의 플럭스 함유 와이어를 사용하여 용접한 용착 금속에 대하여, 내공식성의 평가 결과를 표 5에 아울러 나타낸다.
또한, 각 실시예 및 비교예마다 하향 용접으로 용접한 동일한 용착 금속에 대하여, JIS Z3128에 준거하여 -40℃의 온도에서 샤르피 충격 시험을 3회 행하여, 측정한 흡수 에너지의 평균값에 따라 저온 분위기에서의 절흠(切欠) 인성을 평가했다. 한편, 샤르피 충격 시험에 의한 3회의 흡수에너지의 측정값의 평균이 35J 이상인 것을 ◎, 35J 미만인 것을 ×라고 평가했다.
그리고, 종합 평가로서, 용접 작업성(아크 안정성, 슬래그 박리성, 입향 상진 용접성 및 내기공성) 및 용착 금속 성능(내공식성 및 저온 인성)의 모든 항목이 ◎였던 경우를 ◎, 어느 것인가 1항목이라도 ×의 평가가 있었던 경우에는 ×, 평가가 ◎ 및 ○였던 경우에는 ○라고 평가했다.
Figure 112010082219232-pat00006
표 5에 나타낸 바와 같이, 실시예 No. 1 내지 No. 9는, 플럭스 함유 와이어의 조성이 본 발명의 범위를 만족하기 때문에, 플럭스 함유 와이어의 조성이 본 발명의 범위를 만족하지 않는 비교예 No. 10 내지 No. 24에 비하여 용접 작업성 및 용착 금속의 성능이 양호했다.
비교예 No. 10은, 와이어 중의 C의 함유량이 본 발명의 범위를 초과하여 용착 금속의 내공식성이 열화하고, TiO2 부족에 의해 슬래그 박리성이 열화했다. 비교예 No. 11은, 와이어 중의 Ni의 함유량이 본 발명의 범위를 하회하여 용착 금속의 저온 인성이 열화하고, SiO2 부족에 의해 슬래그 박리성이 열화했다. 비교예 No. 12는, 와이어 중의 Cu의 함유량이 본 발명의 범위를 초과하여 용접 작업시의 슬래그 박리성이 열화하고, 내기공성도 열화했다.
비교예 No. 13은, 와이어 중의 Bi2O3의 함유량이 본 발명의 범위를 초과하여 용착 금속의 저온 인성이 열화하고, SiO2의 함유량이 과잉이 되어 슬래그 박리성이 열화했다. 비교예 No. 14는, 와이어 중의 Mo 부족에 의해 용착 금속의 내공식성을 향상시킬 수 없고, Bi2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, Li2O, Na2O 및 K2O 이외의 산화물이 과잉이 되어, 용접시의 슬래그 박리성이 열화하고, 내기공성도 열화했다.
비교예 No. 15는, 와이어 중의 N 및 TiO2의 함유량이 본 발명의 범위를 초과하여 용접부의 내기공성이 열화하고, TiO2가 과잉이 되어 슬래그 박리성도 열화하고, 또한 N이 과잉이 되어 저온 인성이 열화했다. 한편, 비교예 No. 24는, 와이어 중의 TiO2의 함유량이 본 발명의 범위를 초과하여, 용접부의 내기공성 및 슬래그 박리성이 열화했지만, 와이어 중의 N의 함유량이 본 발명의 범위를 만족하여 용착 금속의 저온 인성은 양호했다.
비교예 No. 16은, 와이어 중의 희토류 원소 성분의 함유량이 본 발명의 범위를 초과하여 슬래그 박리성이 열화했다. 이는 희토류 원소의 산화물이 슬래그 중에 증가하는 것에 의한 것이라 생각된다. 비교예 No. 17은, 와이어 중의 Cr의 함유량이 본 발명의 범위를 초과하여 저온 인성이 열화하고, ZrO2 부족에 의해 슬래그 박리성 및 입향 상진 용접성이 열화했다.
비교예 No. 18은, 와이어 중의 Li2O, Na2O 및 K2O의 총량이 본 발명의 범위를 하회하여, 충분한 아크 안정성을 얻을 수 없고, 입향 상진 용접성도 약간 저하되었다. 또한, ZrO2의 함유량이 과잉이 되어, 슬래그의 점성이 높아져 슬래그 박리성이 열화했다. 비교예 No. 19는, 와이어 중의 Cr의 함유량이 본 발명의 범위를 하회하여 내공식성이 열화하고, 과잉인 금속 불화물에 의해 아크 안정성이 저하되었다. 비교예 No. 20은, 와이어 중의 W의 함유량이 본 발명의 범위를 초과하여 용착 금속의 저온 인성이 열화했다.
비교예 No. 21은, 와이어 중의 희토류 원소 성분의 부족에 의해 용착 금속의 저온 인성을 향상시킬 수 없고, 내기공성도 열화했다. 비교예 No. 22는, 와이어 중의 Mo의 함유량이 본 발명의 범위를 초과하여 용착 금속의 저온 인성이 열화했다. 또한, 와이어 중의 금속 불화물의 함유량이 본 발명의 범위를 하회하여, 슬래그 박리성 및 내기공성이 열화했다. 비교예 No. 23은, 와이어 중의 N의 함유량이 본 발명의 범위를 하회하여, 용착 금속의 내공식성이 열화했다. 또한, Li2O, Na2O 및 K2O의 부족에 의해, 아크의 안정성을 충분히 향상시킬 수 없었다.

Claims (1)

  1. 스테인레스 강제의 외피 중에 플럭스를 충전한 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어로서,
    와이어 전체 질량당 Cr을 22.0 내지 30.0질량%, Ni를 6.0 내지 12.0질량%, Mo를 2.0 내지 5.0질량%, N을 0.20 내지 0.35질량%, TiO2를 4.0 내지 9.0질량%, SiO2를 0.1 내지 2.0질량%, ZrO2를 0.5내지 4.0질량%, Li2O, Na2O 및 K2O를 총량으로 0.50 내지 1.50질량%, 금속 불화물을 불소량 환산값으로 0.10 내지 0.90질량% 및 희토류 원소 성분을 0.10 내지 1.00질량% 함유하고,
    C의 함유량이 0.04질량% 이하, W의 함유량이 4.0질량% 이하, Cu의 함유량이 2.0질량% 이하, Bi2O3의 함유량이 0.01질량% 이하로 규제되고,
    상기 Bi2O3, TiO2, SiO2, ZrO2, Li2O, Na2O 및 K2O 이외의 산화물 함유량이 총량으로 3.0질량% 이하로 규제되어 있는 스테인레스강 아크 용접 플럭스 함유 와이어.
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