KR101452035B1 - 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스 및 솔리드 와이어, 및 저온용 강의 서브머지드 아크 용접 방법 - Google Patents

서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스 및 솔리드 와이어, 및 저온용 강의 서브머지드 아크 용접 방법 Download PDF

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Abstract

저온 파괴 인성이 우수한 용접부(용접 금속)를 우수한 용접 작업성으로 얻을 수 있는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스 및 솔리드 와이어, 및 저온용 강의 서브머지드 아크 용접 방법을 제공한다.
본드 플럭스는, MgO: 23 내지 43%, Al2O3: 11 내지 31%, CaF2: 6 내지 16%, SiO2: 7 내지 20%, 금속 탄산염: CO2 환산으로 1.0 내지 8.0%, CaO 및 BaO의 1종 또는 2종: 합계로 2 내지 16%를 함유함과 더불어, 금속 Si: 0.4 내지 1.5%, 금속 Ti 및 Ti 산화물(전체 Ti): Ti 환산치의 합계로 1.0 내지 7.0%, 금속 B 및 B 산화물의 1종 또는 2종: B 환산치의 양자의 합계로 0.01 내지 0.20%, 알칼리 금속 Na, K 및 Li의 산화물: 각 원소로의 환산치의 합계로 1.0 내지 6.0%를 함유하고 있고, (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2: 0.05 내지 0.55를 만족한다.

Description

서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스 및 솔리드 와이어, 및 저온용 강의 서브머지드 아크 용접 방법{BONDED FLUX AND SOLID WIRE FOR SUBMERGED ARC WELDING, AND METHOD FOR SUBMERGED ARC WELDING OF STEEL FOR LOW TEMPERATURE SERVICE}
본 발명은 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스(bonded flux) 및 와이어에 관한 것이며, 특히 -40℃ 정도의 저온까지 우수한 파괴 인성을 갖는 용접부를 얻을 수 있고, 주로 해양 구조물 또는 LPG 탱크 등에 사용되는 저온 고강도용 강의 용접에 적합한 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스 및 솔리드 와이어, 및 저온용 강의 서브머지드 아크 용접 방법에 관한 것이다.
저온용 강은, 한냉지에서의 라인 파이프, 해양에서의 석유 굴착 기지 등의 해양 구조물, LPG 탱크 등에 사용되고 있다. 이들의 구조물에서는, 안전성 및 내구성의 관점에서, 한층 더 품질 향상이 요구되고 있고, 그 중에서, 용접부에 대한 보다 엄격한 성능의 향상이 요구되고 있다.
이 용접부의 품질로서, 저온에서의 파괴 인성 성능이 있고, 당해 인성의 평가 기준으로서, 샤피(Charpy) 충격 시험에서의 흡수 에너지 및 설계 온도에서의 파괴 인성치(CTOD)가 있다.
종래, 상기 저온에서의 파괴 인성 성능의 향상을 목적으로 한 기술로서, 본원 출원인은 특허문헌 1에 개시된 것을 제안했다. 이 특허문헌 1에 개시된 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스는, MgO: 20 내지 45%, Al2O3: 10 내지 30%, CaF2: 5 내지 15%, SiO2: 5 내지 20%, 금속 탄산염(CO2 환산): 2 내지 10%, CaO 및 BaO 중 1종 또는 2종의 합계: 2 내지 20%를 함유함과 더불어, 금속 Si, 금속 Al 및 금속 Ti 중 1종 또는 2종 이상의 합계: 0.5 내지 5%, 금속 Ti 및 Ti 산화물(Ti 환산)의 합계(전체 Ti): 1 내지 7%, 금속 B 및 B 산화물(B 환산)의 1종 또는 2종의 합계: 0.1 내지 0.5%, S: 0.005 내지 0.15%를 함유하는 것이다.
또, 특허문헌 2에 있어서는, 저온용 강용의 Ti 탈산강(脫酸鋼)으로 대표되는 제어 탈산의 다층 용접에 있어서, 양호한 용접 작업성과 AW(용접한 그대로) 및 PWHT(응력 제거 소둔 후)도 양호한 인성을 구비하는 용접부를 얻는 것을 목적으로 한 저온용 강의 서브머지드 아크 용접용 와이어로서, Ca, Mg, Zr 및 Al로부터 선택된 1종 이상의 원소량의 합계가 중량%로 0.015% 이하인 Ti 탈산강으로 대표되는 제어 탈산강 판을 용접하는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스 및 와이어이고, 하기 수학식 1 내지 3을 만족시키고, 8 ≤ (SiO2)F ≤ 16%, (Si)F ≤ 0.5%, 0.1 ≤ (Al)F ≤ 1.5%, (Mg)F ≤ 4.5%, 0.1 ≤ (Al)F+0.25×(Mg)F ≤ 1.5%인 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스와, 마찬가지로 하기 수학식 1 내지 3을 만족시키고, 또한 0.005% ≤ [C]W ≤ 0.08%, 0.005% ≤ [Si]W ≤ 0.10%, 1.5% ≤ [Ni]W ≤ 3.5%인 서브머지드 아크 용접용 와이어가 개시되어 있다.
Figure 112012007663784-pat00001
Figure 112012007663784-pat00002
Figure 112012007663784-pat00003
일본 특허공개 평7-256489호 공보 일본 특허공개 평10-113791호 공보
특허문헌 1에 있어서는, 플럭스의 염기도와 Ti, B 등의 합금 성분의 조정에 의해, 용접 금속 중의 산소, Ti, B 양을 적정화하여, -60℃까지 우수한 파괴 인성을 확보할 수 있다. 그러나, 용접 금속의 강도 수준은, 0.2% 내력이 450MPa 정도이기 때문에, 추가로 한층 더 고강도화가 요망되고 있다.
또, 특허문헌 2에 있어서는, 해양 구조물 및 LPG 탱크 등에 사용되는 저온용 강의 용접의 경우, AW(용접한 그대로) 및 PWHT(응력 제거 소둔 후)의 상태에서, -70℃까지의 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻으려 하고 있지만, 저온 파괴 인성(특히 CTOD 성능)을 향상시키는 것에는 이르고 있지 않다.
본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로서, 와이어 및 플럭스의 조성을 적절히 규정함으로써 저온 파괴 인성이 우수한 용접부(용접 금속)를, 우수한 용접 작업성으로 얻을 수 있는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스 및 솔리드 와이어, 및 저온용 강의 서브머지드 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스는, MgO: 23 내지 43질량%, Al2O3: 11 내지 31질량%, CaF2: 6 내지 16질량%, SiO2: 7 내지 20질량%, 금속 탄산염: CO2 환산으로 1.0 내지 8.0질량%, CaO 및 BaO의 1종 또는 2종: 합계로 2 내지 16질량%를 함유함과 더불어, 금속 Si: 0.4 내지 1.5질량%, 금속 Ti 및 Ti 산화물(전체 Ti): Ti 환산치의 합계로 1.0 내지 7.0질량%, 금속 B 및 B 산화물의 1종 또는 2종: B 환산치의 양자의 합계로 0.01 내지 0.20질량%, 알칼리 금속 Na, K 및 Li의 산화물: 각 원소로의 환산치의 합계로 1.0 내지 6.0질량%를 함유하고 있고, (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2: 0.05 내지 0.55를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 솔리드 와이어는, C: 0.10 내지 0.15질량%, Mn: 1.5 내지 2.5질량%, Ni: 2.0 내지 2.6질량%를 함유하고, Mo: 0.05질량% 이하, N: 0.008질량% 이하로 규제하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물임과 함께, [Ni]/([Mn]+[Mo]): 0.9 내지 1.5를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 저온용 강의 서브머지드 아크 용접 방법은,
MgO: 23 내지 43질량%, Al2O3: 11 내지 31질량%, CaF2: 6 내지 16질량%, SiO2: 7 내지 20질량%, 금속 탄산염: CO2 환산으로 1.0 내지 8.0질량%, CaO 및 BaO의 1종 또는 2종: 합계로 2 내지 16질량%를 함유함과 더불어, 금속 Si: 0.4 내지 1.5질량%, 금속 Ti 및 Ti 산화물(전체 Ti): Ti 환산치의 합계로 1.0 내지 7.0질량%, 금속 B 및 B 산화물의 1종 또는 2종: B 환산치의 양자의 합계로 0.01 내지 0.20질량%, 알칼리 금속 Na, K 및 Li의 산화물: 각 원소로의 환산치의 합계로 1.0 내지 6.0질량%를 함유하고 있고, (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2: 0.05 내지 0.55를 만족하는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스와,
C: 0.10 내지 0.15질량%, Mn: 1.5 내지 2.5질량%, Ni: 2.0 내지 2.6질량%를 함유하고, Mo: 0.05질량% 이하, N: 0.008질량% 이하로 규제하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물임과 함께, [Ni]/([Mn]+[Mo]): 0.9 내지 1.5를 만족하는 서브머지드 아크 용접용 솔리드 와이어를 사용하여,
B: 0.0010 내지 0.0050질량% 및 Ti: 0.010 내지 0.050질량%를 함유하고, [Ti]/[O]: 0.56 내지 0.83을 만족하는 용접 금속을 얻는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스에 의하면, 플럭스의 조성을 적절히 규정함으로써 우수한 용접 작업성 및 파괴 인성을 갖는 용접 금속을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 서브머지드 아크 용접용 솔리드 와이어에 의하면, 와이어의 조성을 적절히 규정함으로써, 고강도이면서 우수한 파괴 인성을 갖는 용접 금속을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 저온용 강의 서브머지드 아크 용접 방법에 의하면, 0.2% 내력이 500MPa 이상, 인장 강도가 610MPa 이상, CTOD값 δ(-40℃)가 0.25mm 이상인 용접 금속을 얻을 수 있다.
도 1은 용접 금속의 각 성질에 미치는 와이어의 [Ni]/([Mn]+[Mo]) 비율의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 2는 용접 금속의 각 성질에 미치는 플럭스의 (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2의 영향을 나타내는 그래프이다.
종래, 용접 금속의 고(高)인성화 기술이 다수 제안되어 있지만, 특허문헌 1에 개시된 기술은, 플럭스 염기도와 합금 성분의 조정에 의해, 고인성화를 달성하고 있다. 또한, 특허문헌 2에 있어서는, 플럭스와 와이어 중의 각각의 합금 성분의 조정에 의해, 고인성화를 달성하고 있다. 그러나, 이들의 종래의 기술에 있어서는, 0.2% 내력이 450MPa 정도이며, 또한 CTOD값이 낮은 것이었다. 본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로서, 플럭스와 와이어의 합금 성분의 조정에 의해, 강도 수준 0.2% 내력이 500MPa 이상, 인장 강도가 610MPa 이상, CTOD가 -40℃까지 0.25mm 이상으로 우수한 파괴 인성을 갖는 용접 금속을 개발한 것이다.
이하, 본 발명의 플럭스 및 와이어의 조성 한정 이유에 대하여 설명하되, 우선, 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스의 조성에 대하여 설명한다.
(1) 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스
「MgO: 23 내지 43질량%」
Mg0는, 그 첨가에 의해 염기도를 높임과 더불어, 탈산제로서 용접 금속 중의 산소를 저하시키는 작용을 갖기 때문에, 산소 저감에 효과가 있다. 또한, Mg0의 첨가는 슬래그의 내화성도 증가시킨다. MgO가 23질량% 미만에서는 이 작용이 발휘되지 않는다. 또한, MgO가 43질량%를 초과하면, 슬래그의 박리 및 비드 외관이 악화된다.
「Al2O3: 11 내지 31질량%」
Al2O3는 슬래그 형성제로서의 작용을 가져, 비드의 슬래그 박리성을 확보하는 효과가 있다. 또한, Al2O3는 아크의 집중성 및 안정성을 높이는 작용을 갖는다. 그러나, Al2O3가 11질량% 미만에서는, 슬래그의 박리성이 열화되어, 아크가 불안정하고 용접이 곤란하게 된다. 또한, Al2O3가 31질량%를 초과하면, 용접 금속 중의 산소가 증가하여, 용접 금속의 인성을 열화시킨다.
「CaF2: 6 내지 16질량%」
CaF2는 생성 슬래그의 융점을 조정한다는 작용이 공지이지만, CaF2는 용접 금속 중의 산소를 저감시키는 효과도 갖는다. 그러나, CaF2가 6질량% 미만에서는 이 효과가 발휘되지 않고, 또한 CaF2이 16질량%를 초과하면 아크가 불안정하게 되어, 비드 외관이 열화되고, 또한 비드상에 마마 자국과 같은 자국이 발생하는 경우가 있다.
「SiO2: 7 내지 20질량%」
SiO2는 슬래그 형성제로서 비드 외관 및 비드 형상을 조절하는 작용이 있지만, SiO2가 7질량% 미만에서는 이 효과가 발휘되지 않고, 또한 SiO2가 20질량%를 초과하면, 용접 금속 중의 산소를 증가시켜, 인성을 열화시킨다.
「금속 탄산염: CO2 환산으로 1.0 내지 8.0질량%」
금속 탄산염은, 용접열에 의해 가스화하여, 아크 분위기 중의 수증기 분압을 내리고, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 내리는 아크의 실드 효과를 갖는다. 그러나, 금속 탄산염이 1.0질량% 미만에서는 이 효과가 발휘되지 않는다. 또한, 금속 탄산염이 8.0질량%를 초과하면, 슬래그의 박리성이 악화되고, 때로는 비드상에 마마 자국이 발생하며, 작업성이 불량이 된다. 일반적으로, 금속 탄산염으로서는, CaCO3, BaCO3 등을 들 수 있다.
「CaO 및 BaO의 1종 또는 2종: 합계로 2 내지 16질량%」
Ca0 및 Ba0은, Mg0와 함께, 염기도를 높여, 용접 금속 중의 산소 저감에 효과가 있다. 또한, CaO 및 BaO는 동일한 작용 효과를 갖는다. 그러나, CaO 및 BaO는, 이들의 1종 또는 2종의 합계로 2질량% 미만에서는, 이 효과를 발휘하지 않고, 또한 16질량%을 초과하면, 아크 안정성과 비드 외관이 열화된다.
「금속 Si: 0.4 내지 1.5질량%」
금속 Si는, 용접 금속 중의 산소량을 저하시키는 탈산 효과를 갖는다. 이 금속 Si는 보통 Fe-Si 합금의 형태로 첨가된다. 이 합금 중의 Si는, 플럭스 질량당 0.4질량% 미만에서는 탈산 효과가 발휘되지 않는다. 또한, Si가 1.5질량%를 초과하면, 탈산 효과가 포화되 버리고, 반대로, 용접 금속의 인성이 열화됨과 함께, 강도가 지나치게 올라가 버린다.
「금속 Ti 및 Ti 산화물(전체 Ti): Ti 환산치의 합계로 1.0 내지 7.0질량%」
금속 Ti는, 용접 금속 중의 산소량을 저하시키는 탈산 효과를 갖는다. 또한, Ti 산화물은 슬래그 형성제로서 점성 및 유동성을 조정하는 효과를 갖는다. 금속 Ti도 용접 중에 산화되어, Ti 산화물이 되고, 슬래그 형성제로서, 점성 및 유동성을 조정하는 효과를 갖는다. 이들의 합계(전체 Ti)가 1.0질량% 미만에서는 이 효과가 발휘되지 않고, 7.0질량%를 초과하면, 탈산 과잉이 되고, 또한 슬래그량이 과잉이 되어, 비드 표면에 눌어붙음을 일으켜, 슬래그 박리성이 열화된다. 이와 같이, 금속 Ti 및 Ti 산화물은, 서로 밀접한 관련성을 가져, 전체 Ti로서 그 양을 규제한다. 플럭스의 금속 Ti 및 Ti 산화물(Ti 환산치)의 합계(전체 Ti)의 보다 바람직한 범위는, 0.3 내지 1.3질량%이다.
「금속 B 및 B 산화물의 1종 또는 2종: B 환산치의 양자의 합계로 0.01 내지 0.20질량%」
금속 B 및 B 산화물은 용접 금속 중의 고용(固溶) B 양을 제어하는 효과를 갖지만, B 환산치가 금속 B와의 합계로 0.01질량% 미만에서는, 고용 B의 입계(粒界) 편석(偏析)에서의 미세한 조직을 억제하여, 인성 향상 효과가 발휘되지 않고, B 환산치의 합계가 0.20질량%를 초과하면, 용접 금속의 담금질성이 대폭 상승하여, 인성이 저하된다. 플럭스의 금속 B 및 B 산화물의 1종 또는 2종은, B 환산치의 합계로 보다 바람직한 범위는 0.01 내지 0.15질량%이다.
「알칼리 금속 Na, K 및 Li의 산화물: 각 원소로의 환산치의 합계로 1.0 내지 6.0질량%」
알칼리 금속 Na, K, 및 Li의 산화물은 아크를 안정시키는 효과를 갖지만, 이들의 산화물은, 각 원소로의 환산치의 합계로 1.0질량% 미만에서는, 이 효과가 발휘되지 않는다. 또한, 각 원소로의 환산치의 합계가 6.0질량%를 초과하면, 탈산 효과가 향상되지 않고, 용접 금속의 인성이 열화됨과 더불어, 강도가 지나치게 올라가 버린다.
「(Ti 환산치+B 환산치)/SiO2: 0.05 내지 0.55」
본 발명에 있어서는, 파괴 인성과 용접 작업성의 쌍방을 확보하기 위해서, 전술한 바와 같이 각 성분의 조성을 한정하지만, 본 발명자들은, 또한, (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2를 0.05 내지 0.55를 만족하는 범위로 규정함으로써 파괴 인성과 용접 작업성의 쌍방을 확보할 수 있는 것을 발견했다. (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2가 0.05 미만이면, 용접 금속 산소량이 높은 조잡한 조직을 생성함으로써 파괴 인성이 저하된다. 또한, (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2가 0.55를 초과하면, 슬래그의 박리성 및 비드 형상 등의 용접 작업성이 열화되며, 용접 금속 강도도 오르고, 파괴 인성이 저하된다. 플럭스의 (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2의 보다 바람직한 범위는 0.10 내지 0.40%이다.
(2) 다음으로, 솔리드 와이어의 조성에 대하여 설명한다.
「C: 0.10 내지 0.15질량%」
C는, 양호한 인성을 얻기 위해서 낮게 할 필요가 있고, 용접 금속에서 양호한 저온 인성을 얻기 위해서, 0.15질량% 이하로 할 필요가 있다. 단, C가 0.10질량% 미만에서는, 탈산 부족이 되어, 인성이 열화된다.
「Mn: 1.5 내지 2.5질량%」
Mn은 용접 금속의 담금질성을 확보하고, 과립 내 페라이트의 변태핵을 생성하는 데에 필요하다. 이러한 Mn의 효과는, 1.5질량% 이상으로 얻어지지만, Mn이 2.5질량%를 초과하면, 용접 금속의 담금질성이 과대하게 되어, 인성이 열화된다.
「Ni: 2.0 내지 2.6질량%」
Ni은 용접 금속의 매트릭스에 고용하여 페라이트 그 자체를 고인성화한다. 이러한 Ni의 효과는 2.0질량% 이상으로 얻어진다. 한편, Ni가 2.6질량%를 초과하면, P 및 S가 입계로 석출하기 쉽고, 고온 균열이 생기기 쉽게 된다.
「Mo: 0.05질량% 이하」
Mo은 용접 금속의 담금질성을 향상시키는 효과가 있다. 단, Mo가 0.05질량%를 초과하면, 용접 금속의 담금질성이 지나치게 상승해 버리고, 용접 금속의 인성이 저하된다.
「N: 0.008질량% 이하」
N는 인성을 열화시키는 원소이며, 될 수 있는 한 낮은 쪽이 좋고, 이 때문에, N의 상한을 0.008%로 한다. 한편, 본 발명의 솔리드 와이어의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.
「[Ni]/([Mn]+[Mo]): 0.9 내지 1.5」
본 발명에 있어서는, 파괴 인성과 내고온 균열성의 쌍방을 향상시키기 위해서, 솔리드 와이어의 조성을 전술한 바와 같게 규정하지만, 본 발명자들은, 또한, [Ni]/([Mn]+[Mo])이 0.9 내지 1.5를 만족하는 범위로 각 성분의 조성을 조정하면, 파괴 인성과 내고온 균열성의 쌍방을 추가로 확실히 향상시킬 수 있는 것을 발견했다. [Ni]/([Mn]+[Mo])가 0.9 미만이면, 용접 금속의 담금질성이 높고 파괴 인성이 저하된다. 또한, [Ni]/([Mn]+[Mo])가 1.5를 초과하면, 고온 균열이 생기기 쉽게 된다. 와이어의 [Ni]/([Mn]+[Mo])의 보다 바람직한 범위는 1.0 내지 1.4이다.
(3) 다음으로, 본 발명의 용접 방법에 의해 얻어지는 용접 금속의 조성에 대하여 설명한다.
「B: 0.0010 내지 0.0050질량%」
B는 0.0010질량% 미만에서는, 초석(初析) 페라이트의 억제 효과를 발휘할 수 없고, 인성이 열화된다. 한편, B는 0.0050질량%를 초과하면, 용접 금속의 담금질성이 커지고, 이에 의해, 인성이 열화된다.
「Ti:0.010 내지 0.050질량%」
Ti는 0.010질량% 미만에서는, 과립 내 애시큘러 페라이트(acicular ferrite)의 변태핵의 생성이 저해되어, 인성이 열화된다. 한편, Ti는 0.050질량%을 초과하면, 조잡한 라스상(狀) 베이나이트(bainite)의 생성에 의해, 인성이 열화된다.
「[Ti]/[O]: 0.56 내지 0.83」
[Ti]/[O]가 0.56 미만에서는, 탈산 부족 때문에, 조잡한 초석 페라이트의 생성에 의해, 인성이 열화된다. 한편, [Ti]/[O]이 0.83을 초과하면, 조잡한 라스상 베이나이트의 생성에 의해, 인성이 열화된다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 의해 본 발명의 효과를 더욱 구체적으로 설명한다. 하기 표 1에 나타내는 W1 내지 W6의 6종류의 와이어를 제작했다. 표 1 중 W1 내지 W3은 본 발명의 범위에 들어가는 실시예, W4 내지 W6가 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예이다. 와이어 직경은 모든 와이어에서 4.0mm이다. 동일하게, 하기 표 2 및 표 3에 나타내는 F1 내지 F15의 15종류의 플럭스를 제작했다. 이들의 플럭스는 원료 분말을 물유리를 고착재로 하여 과립화한 후, 500℃에서 각각 소성하여, 10 내지 48메쉬의 입도로 정립(整粒)했다. 하기 표 2 및 표 3 중, F1 내지 F5가 본 발명의 범위에 들어가는 실시예, F6 내지 F15가 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예이다.
Figure 112012007663784-pat00004
Figure 112012007663784-pat00005
Figure 112012007663784-pat00006
상기 표 1에 나타내는 솔리드 와이어와, 상기 표 2 및 표 3에 나타내는 플럭스를 조합시켜, 하기 표 4에 나타내는 강판을, 하기 표 5에 나타내는 용접 조건에 의해, 전체 용착 금속 용접 시험하였다. 이 표 5에 나타내는 용접 시험 조건에 따라 용접한 용접 금속의 기계적 성질, 용접 작업성 및 화학 성분을 하기 표 6에 나타내는 시험 방법에 의해서 구했다. 기계적 성질에 있어서는, 항복 강도가 500MPa 이상, 인장 강도가 610MPa 이상 및 -40℃의 CTOD값이 0.25mm 이상을 합격으로 했다.
Figure 112012007663784-pat00007
Figure 112012007663784-pat00008
Figure 112012007663784-pat00009
다음으로, 내고온 균열 성능 시험에 대하여 설명한다. 상기 표 1에 나타내는 와이어를 사용하고, 상기 표 2 및 표 3에 나타내는 플럭스를 조합하고, 상기 표 4에 나타내는 조성의 강판을 사용하고, 하기 표 7에 나타내는 용접 조건에 의해 용접한 용접 금속의 내고온 균열성을, 구속돌합(拘束突合)하여 용접 균열 시험에 의해 구했다. 균열률은, 파단한 비드의 비드 길이에 대한 균열 길이의 비율(질량%)로 하고, 10질량% 이하를 합격(크레이터 균열을 포함함)으로 했다.
Figure 112012007663784-pat00010
상기 전체 용착 금속 용접 시험 및 내고온 균열 성능 시험의 결과를 하기 표 8 내지 표 10과 도 1 및 도 2에 나타낸다. 표 8은 본 발명의 실시예 및 비교예의 기계적 성질, 표 9는 동일하게 용접 작업성 및 균열률을 나타낸다. 또한, 표 10은 본 발명의 실시예 및 비교예의 용접 금속 조성(잔부는 Fe 및 불가피적 불순물)을 나타낸다. 한편, 용접 작업성 난의 ○는 양호, ×는 불량을 나타낸다.
Figure 112012007663784-pat00011
Figure 112012007663784-pat00012
Figure 112012007663784-pat00013
본 발명의 실시예의 솔리드 와이어 W1 내지 W3와 플럭스 F1 내지 F5를 사용한 용접 시험 T1 내지 T5의 경우는, 표 8에 나타낸 바와 같이, 0.2% 내력과, 인장 강도의 쌍방이 높고, 또한, -60℃의 흡수 에너지도 높고, CTOD(-40℃)도 큰 값이 얻어졌다. 이것에 대하여, 비교예의 솔리드 와이어 W4 내지 W6과 플럭스 F6 내지 F15를 사용한 용접 시험 T6 내지 T15의 경우는, 0.2% 내력, 인장 강도, -60℃의 흡수 에너지, CTOD(-40℃) 중 어느 것인가가 뒤떨어지는 것이었다.
또, 표 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 T1 내지 T5는, 용접 작업성을 나타내는 슬래그 박리성, 비드 외관, 마마 자국, 비드의 눌어붙음, 확산성 수소량 및 균열률의 모두가 우수한 데 비하여, 비교예 T6 내지 T15는 상기 특성 중 어느 것인가가 뒤떨어지는 것이었다.
또한, 본 발명의 실시예 T1 내지 T5는, 용접 금속의 조성이 본 발명의 범위를 만족시키고, 비교예 T6 내지 T15는, 용접 금속의 조성이 본 발명의 범위를 만족시키지 않는 것이었다.
또, 도 1 및 도 2는, 각각, 용접 금속의 각 성질에 미치는 와이어의 [Ni]/([Mn]+[Mo]) 비율과, 플럭스의 (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2의 영향을 나타내는 그래프이다. 상기 도 1은 표 1에 나타내는 솔리드 와이어 W1 내지 W6을 도시하고, 도 2는 표 2 및 표 3에 나타내는 플럭스 F1 내지 F15를 도시한 것이다. 솔리드 와이어 W1 내지 W6에서, [Ni]/([Mn]+[Mo])가 0.9 미만이라면, 용접 금속의 담금질성이 지나치게 높아, 파괴 인성이 저하된다. 또한, [Ni]/([Mn]+[Mo])가 1.5를 초과하면, 고온 균열이 생기기 쉬워진다. 한편, 플럭스 F1 내지 F15에서, (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2가 0.05 미만이라면, 용접 금속의 산소량이 지나치게 높아, 조잡한 조직을 생성함으로써 파괴 인성이 저하된다. 또한, (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2가 0.55를 초과하면, 슬래그의 박리성 및 비드 외관 등의 용접 작업성이 열화되며, 용접 금속 강도도 오르고, 파괴 인성이 저하된다.

Claims (3)

  1. MgO: 23 내지 43질량%, Al2O3: 11 내지 31질량%, CaF2: 6 내지 16질량%, SiO2: 7 내지 20질량%, 금속 탄산염: CO2 환산으로 1.0 내지 8.0 질량%, CaO 및 BaO의 1종 또는 2종: 합계로 2 내지 16질량%를 함유함과 더불어, 금속 Si: 0.4 내지 1.5질량%, 금속 Ti 및 Ti 산화물(전체 Ti): Ti 환산치의 합계로 1.0 내지 7.0질량%, 금속 B 및 B 산화물의 1종 또는 2종: B 환산치의 양자의 합계로 0.01 내지 0.20질량%, 알칼리 금속 Na, K 및 Li의 산화물: 각 원소로의 환산치의 합계로 1.0 내지 6.0질량%를 함유하고 있고, (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2: 0.05 내지 0.55를 만족하는 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스.
  2. 삭제
  3. MgO: 23 내지 43질량%, Al2O3: 11 내지 31질량%, CaF2: 6 내지 16질량%, SiO2: 7 내지 20질량%, 금속 탄산염: CO2 환산으로 1.0 내지 8.0질량%, CaO 및 BaO의 1종 또는 2종: 합계로 2 내지 16질량%를 함유함과 더불어, 금속 Si: 0.4 내지 1.5질량%, 금속 Ti 및 Ti 산화물(전체 Ti): Ti 환산치의 합계로 1.0 내지 7.0질량%, 금속 B 및 B 산화물의 1종 또는 2종: B 환산치의 양자의 합계로 0.01 내지 0.20질량%, 알칼리 금속 Na, K 및 Li의 산화물: 각 원소로의 환산치의 합계로 1.0 내지 6.0질량%를 함유하고 있고, (Ti 환산치+B 환산치)/SiO2: 0.05 내지 0.55를 만족하는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스와,
    C: 0.10 내지 0.15질량%, Mn: 1.5 내지 2.5질량%, Ni: 2.0 내지 2.6질량%를 함유하고, Mo: 0.05질량% 이하, N: 0.008질량% 이하로 규제하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물임과 함께, [Ni]/([Mn]+[Mo]): 0.9 내지 1.5를 만족하는 서브머지드 아크 용접용 솔리드 와이어를 사용하여,
    B: 0.0010 내지 0.0050질량% 및 Ti: 0.010 내지 0.050질량%를 포함하고, [Ti]/[O]: 0.56 내지 0.83를 만족하는 용접 금속을 얻는 것을 특징으로 하는 저온용 강의 서브머지드 아크 용접 방법.
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