KR101180850B1

KR101180850B1 - 오픈-아크 타입 육성 용접용 플럭스 충전 와이어

Info

Publication number: KR101180850B1
Application number: KR20100137674A
Authority: KR
Inventors: 김성국; 정석진
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2012-09-10
Also published as: KR20120075815A

Abstract

본 발명은 고망간강의 오픈-아크 타입 용접(Open Arc Type Welding)시 양호한 내결함성 및 슬래그 도포성을 확보함과 아울러, 흄과 스패터 발생량을 최소화할 수 있는 플럭스 코어드 와이어를 제공하고자 하는 것이다.
이를 위해, 강재 외피에 플럭스가 충전된 플럭스 충전 와이어에 있어서, 와이어 전중량에 대한 중량%로, C: 0.2~2.0%, Si: 0.2~2.0%, Mn: 13.0~22.0%, P: 0.02%이하, S: 0.02%이하, Cr: 3.0~18.0%,
Al 및 Mg 중 1종 또는 2종: 0.3~2.0%,
NaF, Na₃AlF₆ 및 K₂SiF₆ 중 1종 이상: 0.3~2.0%,
TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO 중 1종 이상: 3.5~6.0%,
CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃ 중 1종 이상: 1.0~1.8%, 나머지는 철분, 강재 외피중의 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
(TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO 중 1종 이상의 함량)/(CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃ 중 1종 이상의 함량)의 비가 3.0~5.5를 만족하는오픈-아크 타입 육성 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공한다.

Description

오픈-아크 타입 육성 용접용 플럭스 충전 와이어{FLUX CORED WIRE FOR OPEN-ARC TYPE SURFACE WELDING}

본 발명은 분쇄기 롤러 밑깔기 및 철도레일, 크러쉬 햄머/롤러 등의 밀깔기 및 표면층 육성 용접용 용접재료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고망간강의 오픈-아크 타입(Open-Arc Type) 육성 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

오픈-아크 타입 용접은 가스실드(Gas Shielded) 용접과 달리 별도의 보호가스를 사용하지 않기 때문에, 용접시 용접금속내로 대기중의 산소, 질소, 수소 등이 유입될 수 있어 내결함성이 취약한 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 종래에는 오픈-아크 타입 용접재료에는 자체적으로 보호가스를 발생시키는 가스 형성제와 슬래그 형성제, 아크 안정제 및 강탈산제 성분들을 과다하게 사용하였는데, 이는 내결함성 측면에 있어서는 유리하나, 상대적으로 합금성분들의 첨가량이 줄어들게 되어, 의도하는 용접금속 화학성분을 확보하기가 어렵고, 흄과 스패터가 과다하게 발생하는 등의 문제가 있었다.

본 발명의 일측면은 양호한 내결함성 및 슬래그 도포성을 확보함과 아울러, 흄과 스패터 발생량을 최소화하고, 용접금속에 적정 합금성분 함량을 유지할 수 있는 고망간강 육성 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 강재 외피에 플럭스가 충전된 플럭스 충전 와이어에 있어서, 와이어 전중량에 대한 중량%로, C: 0.2~2.0%, Si: 0.2~2.0%, Mn: 13.0~22.0%, P: 0.02%이하, S: 0.02%이하, Cr: 3.0~18.0%,

Al 및 Mg 중 1종 또는 2종: 0.3~2.0%,

NaF, Na₃AlF₆ 및 K₂SiF₆ 중 1종 이상: 0.3~2.0%,

TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO 중 1종 이상: 3.5~6.0%,

CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃ 중 1종 이상: 1.0~1.8%, 나머지는 철분, 강재 외피중의 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,

(TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO 중 1종 이상의 함량)/(CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃ 중 1종 이상의 함량)의 비가 3.0~5.5를 만족하는 오픈-아크 타입 육성 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공한다.

본 발명은 플럭스 조성성분 및 함량과 이들 성분간의 함량비를 제어하여, 양호한 내결함성 및 슬래그 도포성을 확보함과 아울러, 흄과 스패터 발생량을 최소화하는 것이 가능하고, 적정 합금성분 함량을 유지하여 용접금속 화학성분 확보가 용이한 고망간강 오픈-아크 타입 육성 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 강재 외피에 플럭스가 충전된 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로, 와이어 전중량에 대하여 다음과 같은 조성을 포함하는 것이 바람직하다(이하, 중량%)

C: 0.2~2.0%

C는 오스테나이트 조직을 형성하여 내결함성 및 인성을 향상시키는 성분으로 Cr과 결합하여 크롬 카바이드를 형성하여 강도 및 경도를 향상시킨다. 그러나, 그 함량이 0.2% 미만이면 첨가에 따른 효과를 기대할 수 없고, 2.0%를 초과하면 탄화물을 형성하여 용접부 인성저하와 내균열성 및 내입계부식성 저하의 원인이 되므로, 0.2~2.0%를 포함하는 것이 바람직하다.

Si: 0.2~2.0%

Si는 탈산 작용을 하고, 용접작업성을 향상시키는 성분이다. 그러나, 그 함량이 0.2% 미만이면 첨가에 따른 효과를 기대하기 어렵고, 2.0%를 초과하면 취성 및 내마모성 저하의 원인이 될 수 있으므로, 0.2~2.0%를 포함하는 것이 바람직하다.

Mn: 13.0~22.0%

Mn은 탈산 작용을 하고 오스테나이트 조직을 형성하여 내결함성 및 인성, 내충격마모성, 가공경화로 인한 경도 향상 등에 유효한 성분이다. 그러나, 그 함량이 13.0% 미만이면 상기 효과를 충분히 거둘 수 없고, 22.0%를 초과하면 내마모성 저하의 원인이 될 수 있으므로, 13.0~22.0%를 포함하는 것이 바람직하다.

P 및 S: 각각 0.02% 이하

P 및 S는 불가피하게 첨가되는 성분으로, 각각의 함량이 0.02%를 초과하면 인성저하, 입계석출물 생성 및 균열의 원인이 될 수 있어, 그 상한을 한정하는 것이 바람직하다.

Cr: 3.0~18.0%

Cr은 C 및 Fe와 결합하여 내마모성이 우수한 경질의 탄화물을 형성하고, 내산화성을 향상시킨다. 그러나, 그 함량이 3.0% 미만일 경우에는 상기 탄화물 형성이 어렵고, 18.0%를 초과하면 고망간강의 특징인 연성을 저해하기 때문에 3.0~18.0%를 포함하는 것이 바람직하다.

Al 및 Mg 중 1종 또는 2종: 0.1~2.0%

Al 및 Mg는 강탈산제로서 아크성 및 내결함성을 향상시키는 역할을 한다. 그러나, 그 함량이 0.1% 미만이면 첨가에 의한 효과를 얻기 어렵고, 2.0%를 초과하는 경우에는 용입량이 과다해지는 문제가 있어, 0.1~2.0%를 포함하는 것이 바람직하다.

NaF, Na₃AlF₆ 및 K₂SiF₆ 중 1종 이상: 0.3~2.0%

NaF, Na₃AlF₆ 및 K₂SiF₆는 용접금속 수소함량을 제어하고, 아크 안정제 역할을 하는 성분이다. 그러나, 그 함량이 0.3% 미만에서는 첨가에 따른 효과를 기대하기 어렵고, 2.0%를 초과하는 경우에는 흄 발생량이 과다해지는 문제가 있으므로, 0.3~2.0%를 포함하는 것이 바람직하다.

TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO 중 1종 이상: 3.5~6.0%

TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO는 슬래그 형성제 및 아크 안정제로서 대기로부터 용착금속을 보호하고 작업성을 향상시키는 역할을 한다. 그러나, 그 함량이 3.5% 미만인 경우에는 상기 역할을 충분히 기대하기 어렵고, 6.0%를 초과하는 경우에는 내결함성이 저하되는 문제가 있으므로, 그 함량을 3.5~6.0%로 하는 것이 바람직하다.

CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃중 1종 이상: 1.0~1.8%

상기 CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃는 오픈-아크 타입 용접에서 필요한 탄산가스를 발생시켜 용착금속을 보호하고 내결함성을 향상시키는 역할을 하지만, 그 함량이 1.0% 미만에서는 이러한 효과를 기대하기 어렵고, 1.8%를 초과하는 경우에는 아크성이 저하되고 흄이 과다하게 발생하는 문제가 있다. 따라서, 그 함량은 1.0~1.8%인 것이 바람직하다.

나머지는 철분, 강재 외피 중의 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.

본 발명의 용접와이어는 (TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO 중 1종 이상의 함량)/(CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃중 1종 이상의 함량)의 비가 3.0~5.5를 만족하는 것이 바람직하다.

CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃과 같은 가스 형성제의 함량이 작고, TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO과 같은 슬래그 형성제의 함량이 많아지면 내결함성이 급격히 취약해질 수 있고, 반대로 가스 형성제의 함량이 증가하고 슬래그 형성제가 감소하면 용접작업성이 저하되기 때문에, 이를 적절히 제어하여야만 안정적인 용접작업성과 내결함성을 확보할 수 있다.

상기 (TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO 중 1종 이상의 함량)/(CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃중 1종 이상의 함량)의 비가 3.0 미만에서는 슬래그 도포성 및 아크성이 저하되고, 스패터 발생량이 많아지며, 5.5를 초과하게되면 내결함성이 저하되기 때문에, 3.0~5.5를 만족하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의해서 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

표 1의 조성을 갖는 강 외피에 플럭스를 충진하여, 표 2의 조성을 갖는 플럭스 충전와이어를 제조하였다. 제조된 와이어를 아래의 용접조건으로 용접한 후, 용접부에 대한 평가를 작업자의 관능평가를 통해 평가하여 그 결과를 표 3에 나타내었다.

용접조건

- 모재규격: SCM 4 Cr-Mo 강재

- 보호가스: 없음

- 용접와이어: 2.8㎜

- 용접극성: DC(+)

- 전류/전압/속도: 380~400A/28~30V/30cpm

- 와이어 돌출길이: 25㎜

- 용접기법: Auto Carriage 전진법

평가항목

- 슬래그 도포성: 완전도포(○)/부분 및 전면 미도포(×)

- 스패터 발생량: 양호(○)/ 보통(△)/ 과다(×)

- 흄 발생량: 양호(○)/ 보통(△)/ 과다(×)

- 내결함성: 기공 미발생(○)/ 기공 발생(×)

C	Si	Mn	P	S	Fe
0.015~0.018	0.012~0.015	0.15~0.18	0.008~0.010	0.009~0.011	나머지

구분	C	Si	Mn	P	S	Cr	Al+Mg	ⓐ	ⓑ	ⓒ	ⓑ/ⓒ
발명예 1	0.30	0.42	16.4	0.015	0.010	13.7	0.4	0.35	5.82	1.15	5.06
발명예 2	0.62	0.53	15.7	0.013	0.014	16.4	0.9	1.92	5.24	1.11	4.72
발명예 3	0.50	0.37	13.9	0.011	0.008	16.7	1.4	0.57	3.62	1.07	3.38
발명예 4	1.21	0.81	16.7	0.011	0.015	4.2	1.2	1.61	5.91	1.32	4.48
발명예 5	1.37	1.13	15.0	0.015	0.012	4.7	0.3	0.52	4.01	1.05	3.82
발명예 6	0.68	0.42	16.7	0.009	0.008	12.8	0.7	1.23	5.73	1.77	3.24
발명예 7	0.72	0.53	16.4	0.011	0.007	14.2	1.9	0.97	3.82	1.25	3.06
발명예 8	0.41	1.35	17.4	0.012	0.005	16.9	1.2	1.14	5.87	1.08	5.44
발명예 9	0.57	0.72	14.2	0.017	0.014	17.2	1.1	0.62	4.75	1.23	3.86
발명예 10	1.13	0.66	16.7	0.006	0.009	3.7	0.4	1.71	5.33	1.25	4.26
비교예 1	0.54	0.78	15.4	0.007	0.015	13.4	1.4	0.18	3.94	1.11	3.55
비교예 2	0.25	0.92	15.5	0.009	0.011	14.2	0.6	2.53	4.21	1.04	4.05
비교예 3	0.72	0.46	16.2	0.012	0.007	3.8	0.2	0.41	3.21	1.02	3.15
비교예 4	1.35	1.43	16.9	0.012	0.009	4.5	1.4	0.92	6.87	1.26	5.45
비교예 5	1.03	0.57	13.6	0.010	0.016	16.4	1.3	1.57	4.68	0.87	5.38
비교예 6	0.61	0.68	14.4	0.007	0.005	17.0	0.8	1.10	5.90	1.94	3.04
비교예 7	0.49	0.74	15.9	0.017	0.011	17.4	1.0	0.37	3.62	1.46	2.48
비교예 8	0.72	1.09	16.2	0.013	0.015	4.2	1.0	1.23	5.89	1.03	5.72
비교예 9	0.92	0.57	17.2	0.015	0.009	12.9	1.2	0.41	5.00	2.21	2.26
비교예 10	0.74	0.85	15.9	0.014	0.008	15.7	1.4	0.68	4.98	0.81	6.15

ⓐ: NaF, Na₃AlF₆, K₂SiF₆ 중 선택된 1종 이상, ⓑ: TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, MgO 중 선택된 1종 이상, ⓒ: CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃, Ba₂CO₃ 중 선택된 1종 이상

구분	슬래그 도포성	스패터 발생량	흄 발생량	내결함성
발명예 1	○	△	○	○
발명예 2	○	○	△	○
발명예 3	○	△	○	○
발명예 4	○	○	△	○
발명예 5	○	○	○	○
발명예 6	○	△	○	○
발명예 7	○	○	○	○
발명예 8	○	○	○	○
발명예 9	○	○	○	○
발명예 10	○	○	△	○
비교예 1	○	×	○	○
비교예 2	○	○	×	○
비교예 3	×	△	○	○
비교예 4	○	○	○	×
비교예 5	○	○	○	×
비교예 6	○	×	×	○
비교예 7	×	△	○	○
비교예 8	○	○	○	×
비교예 9	○	×	×	○
비교예 10	○	○	○	×

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예에서는 양호한 슬래그 도포성 및 내결함성을 가지며, 흄과 스패터의 발생량이 적은 것을 확인할 수 있었다.

이에 비해, 비교예 1 및 2는 NaF, Na₃AlF₆, K₂SiF₆ 중 선택된 1종 이상의 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 것으로서, 본 발명 범위에 미달되는 경우에 스패터성이 저하되고, 초과하는 경우에는 흄 발생량이 많아지는 것을 확인할 수 있었다.

비교예 3 및 4는 TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, MgO 중 선택된 1종 이상의 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 본 발명 범위에 미달되는 경우는 슬래그 미도포가 발생되고, 초과하는 경우에는 내결함성이 열위에 있음을 확인할 수 있었다.

비교예 5 및 6은 CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃, Ba₂CO₃ 중 선택된 1종 이상의 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 본 발명 범위에 미달되는 경우에는 결함이 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 초과하는 경우에는 흄 발생이 과다하고 스패터성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다.

비교예 7 및 8은 (TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, MgO 중 선택된 1종 이상의 함량)/(CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃, Ba₂CO₃ 중 선택된 1종 이상의 함량)의 비가 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 본 발명 범위에 미달하는 경우에는 슬래그 미도포 및 스패터성이 저하되고, 초과하는 경우에는 결함이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

비교예 9 및 10은 (TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, MgO 중 선택된 1종 이상의 함량)/(CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃, Ba₂CO₃ 중 선택된 1종 이상의 함량)의 비 뿐만 아니라, CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃, Ba₂CO₃ 중 선택된 1종 이상의 함량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, 이러한 경우에는 흄 발생이 많아지거나 스패터성이 저하될 수 있고, 결함발생도 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

Claims

강재 외피에 플럭스가 충전된 플럭스 충전 와이어에 있어서, 와이어 전중량에 대한 중량%로, C: 0.2~2.0%, Si: 0.2~2.0%, Mn: 13.0~22.0%, P: 0.02%이하, S: 0.02%이하, Cr: 3.0~18.0%,
Al 및 Mg 중 1종 또는 2종: 0.3~2.0%,
NaF, Na₃AlF₆ 및 K₂SiF₆ 중 1종 이상: 0.3~2.0%,
TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO 중 1종 이상: 3.5~6.0%,
CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃ 중 1종 이상: 1.0~1.8%, 나머지는 철분, 강재 외피중의 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
(TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ 및 MgO 중 1종 이상의 함량)/(CaF₂, CaCO₃, Na₂CO₃ 및 BaCO₃ 중 1종 이상의 함량)의 비가 3.0~5.5를 만족하는 오픈-아크 타입 육성 용접용 플럭스 충전 와이어.