KR101523859B1 - 살붙임 용접 재료, 용착 금속 및 용착 금속을 갖는 부재 - Google Patents

살붙임 용접 재료, 용착 금속 및 용착 금속을 갖는 부재 Download PDF

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Abstract

C:0.2 내지 1.5질량％, Si:0.5 내지 2질량％, Mn:0.5 내지 2질량％, Cr:20 내지 40질량％, Mo:2 내지 6질량％, Ni:0.5 내지 6질량％, V:1 내지 5질량％, W:0.5 내지 5질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 살붙임 용접 재료.

Description

살붙임 용접 재료, 용착 금속 및 용착 금속을 갖는 부재 {SURFACING MATERIAL, DEPOSITED METAL, AND MEMBER INVOLVING DEPOSITED METAL}
본 발명은 살붙임 용접 재료, 용착 금속 및 이 용착 금속을 갖는 부재에 관한 것으로, 특히 고내식성과 고내마모성의 양쪽이 요구되는 처리 장치에 적합한 살붙임 용접 재료, 용착 금속 및 이 용착 금속을 갖는 부재에 관한 것이다.
분쇄기 및 반응탑 등과 같은 처리 장치는, 염산 및 황산 등의 강산을 포함하는 처리 대상물을 산성의 부식 환경하에서 처리하는 경우가 있다. 이와 같은 처리 대상물을 수납하는 처리 용기는 일반 강재를 용접하여 만들어진다. 이로 인해, 처리 용기의 내벽은 상기 처리 대상물에 의해 마찰 손상될 뿐만 아니라, 부식도 되기 쉽다. 내식성 및 내마모성을 구비한 내벽(용접 부재)이 요망되고 있다.
한편, 특허문헌 1에는, 600℃ 이상의 온도에 있어서, 내산화성 및 내마모성을 갖는 동시에 고경도를 나타내는 살붙임 용접된 용착 금속으로서, C:0.5 내지 3.0％, Si:3.0 내지 7.0％, Cr:25 내지 45％, Mn:0 내지 10％, Ni:0 내지 13％를 포함하고, 또한 Cr≥-1.6Si＋37을 만족하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 단섬유 형상의 탄화물이 미세, 또한 다량으로 석출된 금속 조직을 갖는 용착 금속이 개시되어 있다. 또한, 이 용착 금속을 형성하는 살붙임 용접 재료로서, C:0.5 내지 3.0％, Si:3.0 내지 7.0％, Cr:25 내지 45％, Mn:0 내지 10％, Ni:0 내지 13％를 포함하고, 또한 Cr≥-1.6Si＋37을 만족하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 살붙임 용접 재료가 특허문헌 1에 개시되어 있다.
일본 특허 출원 공개 평11-226778호 공보
상기 특허문헌 1에 개시된 용착 금속은, 고온 내산화성, 고온 내마모성 및 고온 고경도를 나타내지만, 보다 낮은 온도(예를 들어, 실온)에서의 강산에 대한 내식성은 불분명하다. 또한, 이 용착 금속은 비커스 경도로 550 이상이라고 하는 극히 높은 경도를 나타내므로, 상기 처리 용기의 내벽에 사용한 경우에는 어그레시브 마모가 염려된다.
본 발명은 이와 같은 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 실온에 있어서, 우수한 내식성 및 내마모성을 갖는 동시에, 또한 인성도 구비한 용착 금속, 이 용착 금속을 갖는 부재 및 이 용착 금속을 형성하는 살붙임 용접 재료를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 국면은, C:0.2 내지 1.5질량％, Si:0.5 내지 2질량％, Mn:0.5 내지 2질량％, Cr:20 내지 40질량％, Mo:2 내지 6질량％, Ni:0.5 내지 6질량％, V:1 내지 5질량％, W:0.5 내지 5질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 살붙임 용접 재료이다.
본 발명의 다른 일 국면은, 살붙임 용접된 용착 금속이며, 상기 용착 금속은, C:0.2 내지 1.5질량％, Si:0.5 내지 2질량％, Mn:0.5 내지 2질량％, Cr:20 내지 40질량％, Mo:2 내지 6질량％, Ni:0.5 내지 6질량％, V:1 내지 5질량％, W:0.5 내지 5질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용착 금속이다.
본 발명의 다른 일 국면은, 모재인 강재와, 상기 강재의 표면에 살붙임 용접된 용착 금속을 갖는 부재이며, 상기 용착 금속은, C:0.2 내지 1.5질량％, Si:0.5 내지 2질량％, Mn:0.5 내지 2질량％, Cr:20 내지 40질량％, Mo:2 내지 6질량％, Ni:0.5 내지 6질량％, V:1 내지 5질량％, W:0.5 내지 5질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 부재이다.
본 발명의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명 및 도면에 의해, 보다 명백해진다.
도 1은 실시예 및 비교예의 용착 금속의 로크웰 경도를 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예 및 비교예의 용착 금속의 비커스 경도를 나타내는 도면이다.
도 3은 토사 마모 시험의 원리를 도시하는 개념도이다.
도 4는 실시예 및 비교예의 용착 금속에 대한 내마모성 평가 결과(마모 감량)를 나타내는 그래프 도면이다.
도 5는 실시예 및 비교예의 용착 금속에 대한 내마모성 평가 결과(마모 감량)를 나타내는 그래프 도면이다.
도 6은 실시예 및 비교예의 용착 금속에 대한 내마모성 평가 결과(마모 감량)를 나타내는 그래프 도면이다.
도 7은 실시예 및 비교예의 용착 금속에 대한 내식성 평가 결과(평균 부식 속도)를 나타내는 그래프 도면이다.
도 8은 실시예 및 비교예의 용착 금속에 대한 내식성 평가 결과(평균 부식 속도)를 나타내는 그래프 도면이다.
도 9는 실시예 및 비교예의 용착 금속의 단면 조직을 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 10은 실시예 및 비교예의 용착 금속의 단면 조직을 촬영한 도면 대용 사진이다.
도 11은 실시예 및 비교예의 용착 금속의 단면 조직을 촬영한 도면 대용 사진이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명은 본 실시 형태에 의해 전혀 제한되는 것은 아니다.
[살붙임 용접 재료 및 용착 금속]
본 실시 형태에 관한 살붙임 용접 재료는, C:0.2 내지 1.5질량％, Si:0.5 내지 2질량％, Mn:0.5 내지 2질량％, Cr:20 내지 40질량％, Mo:2 내지 6질량％, Ni:0.5 내지 6질량％, V:1 내지 5질량％, W:0.5 내지 5질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 살붙임 용접 재료이다.
본 실시 형태에 관한 용착 금속은, 살붙임 용접된 용착 금속이며, 상기 용착 금속은, C:0.2 내지 1.5질량％, Si:0.5 내지 2질량％, Mn:0.5 내지 2질량％, Cr:20 내지 40질량％, Mo:2 내지 6질량％, Ni:0.5 내지 6질량％, V:1 내지 5질량％, W:0.5 내지 5질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용착 금속이다.
본 실시 형태에 관한 용착 금속은, 본 실시 형태에 관한 살붙임 용접 재료를 모재의 표면에 살붙임 용접함으로써 형성된다.
상기 모재로서는, 그 표면에 살붙임 용접에 의해 용착 금속을 형성할 수 있는 금속 재료이면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 분쇄기 및 반응탑 등의 용기를 구성하는 재료로서, 각종 스테인리스강, S25C강, SC49강, SS400강 등을 들 수 있다.
본 실시 형태에 관한 용착 금속을 형성하기 위한 살붙임 용접 조건으로서는, 통상의 살붙임 용접 조건이면 된다. 본 실시 형태에 관한 살붙임 용접 재료를 사용하여, 통상의 조건으로 살붙임 용접함으로써, 후술하는 금속 조직(매트릭스가 복수의 페라이트 립으로 이루어지는 동시에, 페라이트 입계로부터 복수의 시멘타이트가 석출된 조직)의 용착 금속을 얻을 수 있다. 단, 용접 시에 모재를 가열해 두는 것이 바람직하고, 승온 속도가 100 내지 300℃／h, 유지 온도가 250 내지 350℃, 냉각 속도가 15 내지 100℃／h로 모재를 가열 냉각하고, 250 내지 350℃의 등온 유지의 상태에서 용접을 행하는 것이 바람직하다.
이하, 본 실시 형태에 관한 살붙임 용접 재료 및 용착 금속의 성분을 정한 이유를 설명한다.
C:0.2 내지 1.5질량％
C(탄소)는 용착 금속, 및 용착 금속 및 용융 모재를 포함하는 용접 금속의 인장 강도와 연신의 밸런스를 유지하는 데 유효한 원소이다. 또한, C는 살붙임 용접 후의 냉각 과정에 있어서 시멘타이트(Fe3C)를 페라이트 매트릭스의 입계에서 각 페라이트 립을 감싸도록 석출시키는 데 유효한 원소이기도 하다. C 함유량(C량)은 1.5질량％ 이하이다. C량이 1.5질량％를 초과하면, 인성이 저하되어 취화되어, 상기 처리 용기에서는 어그레시브 마모가 증가하는 경향이 현저해지기 때문이다. 바람직하게는 0.8질량％ 이하이다. C량이 0.8질량％ 이하이면, 용착 금속은 공석강 또는 아공석강으로 되어, 인성이 상승하는 동시에 가공하기 쉬워지기 때문이다. 한편, C량은 0.2질량％ 이상이다. C량이 0.2질량％ 미만이면, 페라이트 매트릭스의 입계에 석출되는 시멘타이트상의 두께는 얇아져, 페라이트 립을 부분적으로 감싸는 것마저 곤란한 경향이 현저해지기 때문이다. 바람직하게는 0.6질량％ 이상이다. 내마모성을 확보하기 위해 첨가하는 다른 원소의 양을 줄일 수 있기 때문이다.
Si:0.5 내지 2질량％
Si(규소)는 용착 금속, 및 용착 금속 및 용융 모재를 포함하는 용접 금속의 인장 강도를 향상시키는 원소이다. 이 작용을 유효하게 발휘시키는 관점으로부터, Si 함유량(Si량)은 0.5질량％ 이상이다. 바람직하게는 0.7질량％ 이상이다. 한편, 적색 스케일(적녹)의 발생을 억제시키는 관점으로부터, Si량은 2질량％ 이하이다. 바람직하게는 1.5질량％ 이하이다. 본 실시 형태에 관한 용착 금속에서는, 다음 이유로부터, 적색 스케일의 발생을 억제시킬 필요가 있다. 적색 스케일의 주체는 α-Fe2O3이지만, 적색 스케일은 미세한 분말 상태이며 용착 금속의 표면에 가루를 뿌린 듯한 상태로 발생한다. 적색 스케일은 극히 취약하다. 적색 스케일은 산세에 의해 제거할 수 있지만, 산세 후의 용착 금속, 및 용착 금속 및 용융 모재를 포함하는 용접 금속은 표면 요철이 커져, 균열이 발생하기 쉬워지기 때문이다.
Mn:0.5 내지 2질량％
Mn(망간)은 용착 금속, 및 용착 금속 및 용융 모재를 포함하는 용접 금속의 강도와 인성을 확보하기 위해 필요한 원소이다. 이 작용을 유효하게 발휘시키는 관점으로부터, Mn 함유량(Mn량)은 0.5질량％ 이상이다. 바람직하게는 0.7질량％ 이상이다. 한편, 인성 및 용접성이 저해되는 것을 억제시키는 관점으로부터, Mn량은 2질량％ 이하이다. 바람직하게는 1.5질량％ 이하이다.
Cr:20 내지 40질량％
Cr(크롬)은 용착 금속, 및 용착 금속 및 용융 모재를 포함하는 용접 금속의 내식성을 향상시키기 위해 필수적인 원소이다. 또한, Cr은 카바이드(탄화물)를 형성하는 원소이며, 페라이트 결정립 내에서 카바이드가 미세하게 석출되어 석출 경화하는 작용을 갖는 원소이다. 이 미세 카바이드의 석출 경화에 의해, 내마모성이 향상된다. Cr 함유량(Cr량)은 20질량％ 이상이다. 바람직하게는 24질량％ 이상이다. Cr량이 20질량％ 미만이면, 원하는 내식성 및 내마모성(경도)이 얻어지지 않기 때문이다. 한편, Cr량은 40질량％ 이하이다. 바람직하게는 36질량％ 이하이다. Cr량이 40질량％를 초과하면, 마르텐사이트가 발생하기 쉬워져, 경도가 상승하여 인성이 저하되기 쉬워지기 때문이다.
Mo:2 내지 6질량％
Mo(몰리브덴)도 용착 금속, 및 용착 금속 및 용융 모재를 포함하는 용접 금속의 내식성을 향상시키는 원소이다. 이 작용을 유효하게 발휘시키는 관점으로부터, Mo 함유량(Mo량)은 2질량％ 이상이다. 바람직하게는 3.5질량％ 이상이다. 한편, 몰리브덴 화합물이 입계 편석되어 Fe과 Si의 산화물인 파얄라이트(Fe2SiO4)가 강 중에 침윤하는 것을 촉진하는 것을 억제시키는 관점으로부터, Mo량은 6질량％ 이하이다. 바람직하게는 4.5질량％ 이하이다.
Ni:0.5 내지 6질량％
Ni(니켈)도 용착 금속, 및 용착 금속 및 용융 모재를 포함하는 용접 금속의 내식성을 향상시키는 원소이다. 이 작용을 유효하게 발휘시키는 관점으로부터, Ni 함유량(Ni량)은 0.5질량％ 이상이다. 바람직하게는 0.7질량％ 이상이다. 한편, 오스테나이트가 생성되기 쉬워지는 것을 억제시키는 관점으로부터, Ni량은 6질량％ 이하이다. 바람직하게는 1.5질량％ 이하이다.
V:1 내지 5질량％
V(바나듐)은 용착 금속 중에 바나듐 카바이드(VC)를 형성하여 석출 경화하는 작용을 갖는 원소이다. V의 첨가에 의해, 용착 금속, 및 용착 금속 및 용융 모재를 포함하는 용접 금속의 내마모성을 향상시킨다. 이 작용을 유효하게 발휘시키는 관점으로부터, V 함유량(V량)은 1질량％ 이상이다. 바람직하게는 1.5질량％ 이상이다. 한편, 바나듐 카바이드가 페라이트 결정립 내에 석출되어 인성을 저하시키는 것을 억제시키는 관점으로부터, V은 5질량％ 이하이다. 바람직하게는 2.5질량％ 이하이다.
W:0.5 내지 5질량％
W(텅스텐)은 용착 금속 중에 텅스텐 카바이드(WC)를 형성하여 석출 경화하는 작용을 갖는 원소이다. W의 첨가에 의해, 용착 금속, 및 용착 금속 및 용융 모재를 포함하는 용접 금속의 내마모성을 향상시킨다. 이 작용을 유효하게 발휘시키는 관점으로부터, W 함유량은 0.5질량％ 이상이다. 바람직하게는 0.7질량％ 이상이다. 한편, 텅스텐 카바이드가 페라이트 결정립 내에 석출되어 인성을 저하시키는 것을 억제시키는 관점으로부터, W량은 5질량％ 이하이다. 바람직하게는 1.5질량％ 이하이다.
본 실시 형태에 관한 용착 금속은, 상기 성분 조성을 만족하는 것이며, 잔량부는 Fe(철) 및 불가피 불순물이다. 불가피적 불순물로서는, 예를 들어 Al(알루미늄) 및 Ca(칼슘) 등과 같이, 살붙임 용접에 사용하는 용접 재료의 제조 공정에서 불가피하게 혼입되는 성분을 들 수 있다.
본 실시 형태에 관한 용착 금속은, 다른 원소로서,
(A) P:0.03질량％ 이하(0질량％를 포함하지 않음) 및／또는 S:0.02질량％ 이하(0질량％를 포함하지 않음),
(B) Ti, Co, Cu, Zr, Nb, Pd, Ag, Sn, Hf, Ta, Pt, Au 및 Pb 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 15질량％ 이하(0질량％를 포함하지 않음),
등을 더 함유해도 된다. 이러한 범위를 정한 이유는 다음과 같다.
P:0.03질량％ 이하
P(인)은 강 중에서 불순물로서 결정립계에 편석되는 원소이다. 강재가 단조 및 압연 등에 의해 단신 방향으로 연신되면 P의 편석대가 형성된다. 이 편석대에는 페라이트(α-Fe)가 형성되고, C는 이 편석대로부터 배제된다. 그 결과, P의 편석대에는 α-Fe가 띠 형상으로 형성되고, 다른 부분은 펄라이트가 띠 형상으로 형성된다. 통상, 이와 같은 P의 편석대는 페라이트 밴드라고 불리고, 페라이트 밴드가 형성되면, 띠의 직각 방향의 연성이 저하된다. 단조 또는 압연을 실시한 강재를 모재로서, 이 모재의 표면에 용접 재료로 살붙임 용접하여 용착 금속을 형성하는 경우에 있어서는, P 함유량(P량)은 0.03질량％ 이하이다. 용착 금속 중의 P이 0.03질량％를 초과하면, 페라이트 밴드에 의한 연성의 저하라고 하는 문제점이 발생하기 때문이다. 다른 경우에 있어서는, P량은 0.03질량％를 초과해도 된다.
S:0.02질량％ 이하
S(유황)은 강 중에 황화물계 개재물인 MnS을 형성하여 강재의 열간 가공 시에 편석되어, 강재를 취화시키는 원소이다. 단조 또는 압연을 실시한 강재를 모재로서, 이 모재의 표면에 용접 재료로 살붙임 용접하여 용착 금속을 형성하는 경우에 있어서는, S 함유량(S량)은 0.02질량％ 이하이다. 용착 금속 중의 S이 0.02질량％를 초과하면, 강재가 취화됨으로써 깨지기 쉬워진다고 하는 문제점이 발생하기 때문이다. 다른 경우에 있어서는, S량은 0.02질량％를 초과해도 된다.
Ti, Co, Cu, Zr, Nb, Pd, Ag, Sn, Hf, Ta, Pt, Au 및 Pb 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 15질량％ 이하
본 실시 형태에 관한 용착 금속의 건전성을 손상시키지 않는 동시에, 본 발명의 효과 이외의 효과를 발현하는 성분으로서, Ti(티탄), Co(코발트), Cu(구리), Zr(지르코늄), Nb(니오브), Pd(팔라듐), Ag(은), Sn(주석), Hf(하프늄), Ta(탄탈), Pt(백금), Au(금) 및 Pb(납)이 있다. 본 실시 형태에 관한 용착 금속은, 본 발명의 효과에 더하여 또 다른 효과를 발현하는 것을 목적으로 하여, 이들 원소 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 15질량％ 이하 함유해도 된다. 이들 원소의 함유량이 합계로 15질량％를 초과하지 않으면, 본 실시 형태에 관한 용착 금속은, 매트릭스가 복수의 페라이트 립으로 이루어지는 동시에, 페라이트 입계로부터 복수의 시멘타이트가 석출된 조직, 보다 구체적으로는, 매트릭스인 페라이트상이 결정성을 나타내는 동시에, 페라이트 결정의 주위의 적어도 일부가 시멘타이트상으로 덮인 다결정 조직을 유지하는 결과, 내식성, 내마모성 및 인성이 저하되지 않기 때문이다.
본 실시 형태에 관한 용착 금속의 금속 조직은, 매트릭스가 복수의 페라이트 립으로 이루어지는 동시에, 페라이트 입계로부터 복수의 시멘타이트가 석출된 조직인 것이 바람직하다. 그리고 본 실시 형태에 관한 용착 금속은, 매트릭스로서의 페라이트 조직을 갖는 동시에, 이 페라이트 조직은, 시멘타이트가 페라이트 립의 주위를 감싸고 있는 구조를 갖는 것이 보다 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다.
페라이트 조직은 오스테나이트 조직 및 마르텐사이트 조직에 비해 수소를 안정적으로 흡장하기 쉬우므로, 산성 분위기에 있어서도, 수소 취화하기 어려워, 깨지기 어렵다고 하는 효과가 있다. 즉, 페라이트 조직의 경우에는, 부식에 의해 수소가 발생하여 강재 중에 도입되어도, 페라이트 중에 수소가 국소적으로 집적하지 않으므로, 산성 분위기하에서는 오스테나이트 조직 및 마르텐사이트 조직에 비해 우수한 내수소 취성을 나타내기 때문이다. 또한, 페라이트 입계에 석출된 복수의 시멘타이트가 페라이트 립끼리를 연결 고정하므로, 보다 바람직하게는 시멘타이트가 페라이트를 감싸고 있으므로, 페라이트 조직은 오스테나이트 조직 및 마르텐사이트 조직에 비해 깨지기 어렵기 때문이다.
여기서, 특허문헌 1에 개시된 용착 금속의 금속 조직은 침상 탄화물 조직이다. 침상 탄화물 조직에서는 침상 탄화물과 지철의 계면에 수소가 집결되기 쉬우므로, 수소 유기의 균열이 발생하기 쉽다. 특히, 일방향으로 깨지기 쉽다. 침상 탄화물 조직에 비해, 상술한 페라이트 조직은 잔류 응력이 적어, 조직이 안정적이므로, 깨지기 어렵다고 하는 이점이 있다.
또한, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 살붙임 용접 재료와 용착 금속의 조성 차이는, Cr, Mo, Ni의 각 함유량이 약간 저하되는 정도이며, 그 외에, 거의 조성 차이는 발생하지 않으므로, 본 실시 형태에 관한 살붙임 용접 재료로서는, 본 실시 형태에 관한 용착 금속과 동일한 조성 또는 Cr, Mo, Ni의 각 함유량이 목표 조성에 대해 약간 높은 조성의 재료를 준비하면 된다.
[용착 금속을 갖는 부재]
본 실시 형태에 관한 용착 금속을 갖는 부재는, 모재인 강재와, 상기 강재의 표면에 살붙임 용접된 용착 금속을 갖는 부재이다. 상기 용착 금속은, 상술한 실시 형태에 관한 용착 금속이다.
본 실시 형태에 관한 부재에 있어서, 모재와 용착 금속은 열영향부 및 용융 모재를 통해 접합하고 있다.
모재로서는, 강재라면 특별히 한정되지 않는다. 상술한 바와 같이, 분쇄기 및 반응탑 등의 용기를 구성하는 재료에 사용하는 경우에는, 예를 들어 각종 스테인리스강, S25C강, SC49강, SS400강 등을 들 수 있다. 이들 강재 중, 모재의 희석을 억제하는 관점으로부터, 모재로서, 본 실시 형태에 관한 용착 금속과 동일한 조성의 강재를 사용하는 것이 바람직하지만, 모재에는 주로 강도와 인성이 요구되는 것에 대해, 용착 금속에는 주로 경도와 내마모성이 요구된다. 이로 인해, 모재로서 용착 금속과 동일한 성분 조성의 강재를 채용하는 것은 현실적으로는 곤란하다. 따라서 모재를 수직으로 한 상태로 하고, 가급적으로 살붙임 용접한 재료(용착 금속) 상에 순차 살붙임 용접을 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 중력 및 대류에 의한 용융 모재와 용착 금속간의 각 성분 원소(주로 Fe)의 상호 확산을 일정 정도 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 용착 금속을 갖는 부재는, 염산 및 황산 등의 산이 포함되는 처리의 대상물을, pH＝7.0 내지 4.2 정도의 산성의 부식 환경하에서, 실온에서 200℃ 정도의 온도 범위에서 처리하는 분쇄기 및 반응탑과 같은 처리 장치에 설치된 처리 용기에 적절하게 사용할 수 있다. 상술한 실시 형태에 관한 용착 금속은 상기 수납 용기의 내벽에 살붙임 용접으로 형성함으로써, 이 수납 용기의 내식성 및 내마모성을 향상시켜, 수명을 연장시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것은 아니고, 상기·후기하는 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실시예
본 발명의 효과를 실증하기 위한 실시예 및 비교예에 대해 설명한다.
하기 표 1은 용접 재료의 조성을 나타낸다. 단, 각 용접 재료의 잔량부에는 표 1에 기재한 Fe 또는 Co 외에, 불가피적 불순물도 포함된다.
Figure 112013037604930-pct00001
하기 표 2는 용접 대상의 모재로서 사용한 기계 구조용 탄소강(S25C강)의 화학 성분 규격을 나타낸다. 단, 이 S25C강의 잔량부에는 표 2에 기재한 Fe 외에, 불가피적 불순물도 포함된다.
Figure 112013037604930-pct00002
용접 조건은 이하와 같다. 즉, 표 1에 나타내는 각종 용접 재료를 사용하여, S25C강으로 이루어지는 모재 표면 상에 이 용접 재료를 살붙임 용접하고, 평균 두께:약 3㎜의 살붙임 용접층(살붙임 용접 금속)을 형성하였다. 용접 시에, 모재를 실온에서 300℃까지, 승온 속도가 100℃／h의 조건으로 가열하고, 300℃로 등온 유지한 상태에서 살붙임 용접을 행하고, 용접 종료 후는 냉각 속도가 20℃／h의 조건으로 실온까지 냉각하였다. 용접은 하향 자세에서, 전류가 280A, 전압이 30V의 조건으로 살붙임 용접하고, 이때의 입열량은 2.0kJ／㎜이었다.
하기 표 3은 상기 용접에 의해 얻어진 살붙임 용접 금속의 표층부(용착 금속)의 조성을 나타낸다. 단, 각 표층부의 잔량부에는 표 3에 기재한 Fe 또는 Co 외에, 불가피적 불순물도 포함된다. 표층부라 함은, 표면으로부터 1㎜ 이내의 영역이다. 살붙임 용접 금속에 대해, 표층부로부터 1㎜의 영역을 기계적으로 깎아내고, 이 깎아낸 부분을 소정의 산에 용해시키고, 화학 분석에 의해 정량 분석하고, 이 분석 결과를, 용착 금속의 성분 조성으로 하였다. 화학 분석 중, C(탄소)는 적외선 흡수법에 의해 정량 분석을 행하고, Si는 중량법에 의해 정량 분석을 행하고, 그 외의 원소는 ICP 발광 분광 분석법에 의해 정량 분석을 행하였다. 하기 표 3은 이와 같이 하여 측정한 용착 금속의 정량 분석 결과이다.
Figure 112013037604930-pct00003
실시예 1 내지 7 및 비교예 8 내지 17, 20, 21의 용접 재료는 모두 Fe 합금이다. 용착 금속에서는 용접 재료(원재료)에 비해, Cr, Mo, Ni의 농도(함유량)가 약간 저하되는 경향이 인지된다. 이것은 모재의 주요 구성 원소인 Fe이 용접 중에 살붙임 용접 금속으로 확산되어, Cr, Mo, Ni 농도가 희석되었기 때문이라고 생각된다. Cr, Mo, Ni의 농도의 저하량은 약 20％ 정도이다. 한편, Cr, Mo, Ni 이외의 원소(C, Si, Mn, P, S, V, W)에 대해서는, 용착 금속은 용접 재료(원재료)와 대략 동일한 농도를 유지하고 있다.
비교예 18, 19의 용접 재료는 모두 Co 합금이지만, 합금 성분으로서 Fe이 검출되었다. 비교예 18, 19의 용접 재료에는 원래 Fe은 포함되어 있지 않지만, 모재로부터의 Fe의 확산에 의해, 표 3에는 기재되어 있지 않지만, Fe이 각각 9.57％, 7.98％ 혼입하였다. 이에 의해, 특히, 비교예 18에서는, Cr과 W의 농도 저하가 인지되지만, Cr과 W의 농도의 저하량은 약 30％ 정도이며, 그렇게 크다고는 말할 수 없다. 또한, Cr, W 이외의 원소(C, P, S)에 대해서는, 용착 금속은 용접 재료(원재료)와 대략 동일한 농도를 유지하고 있다. 또한, 비교예 19에서는 각 함유 원소의 농도에 큰 변화는 보이지 않고, 용접 재료와 용착 금속의 조성의 차이는 작다. 비교예 20과 비교예 21의 용접 재료는 모두 Fe 합금이다. 이 경우도, Cr, Mo의 농도 저하가 인지되지만, 그 정도는 작고, Cr, Mo 이외의 원소(C, Si, Mn, P, S)에 대해서는, 용착 금속은 용접 재료(원재료)와 대략 동일한 농도를 유지하고 있다. 이상의 결과로부터, 용접 재료와 용착 금속의 조성의 차이는 작다고 할 수 있다.
다음에, 표 3에 나타내는 각 용착 금속에 대해, 표면 경도를 측정한 결과에 대해 설명한다. 표면 경도로서, 로크웰 경도 및 비커스 경도를 측정하였다. 로크웰 경도는 JIS G 0202에 규정되어 있는 로크웰 시험에 기초하여, 꼭지각 120° 원추(선단 0.3㎜)를 살붙임 용접 금속 표면(용착 금속 표면)으로부터 60kgf의 하중으로 압입하고, 기준 하중인 10kgf로 복귀시켰을 때의 기준면으로부터의 영구 오목부의 깊이를 판독하고, 로크웰 경도를 그 계산식에 의해 구하였다. 또한, 로크웰 경도의 산출 시에는, C 스케일을 사용하였다. 비커스 경도는, 주식회사 아카시 제작소제의 MVK-E형 비커스 경도 시험기를 사용하여 측정하였다. 대면각 α＝136°의 정사각뿔 다이아몬드로 만들어진 피라미드형의 압자를 살붙임 용접 금속 표면(용착 금속 표면)에 압입하고, 하중을 제거한 후에 남은 오목부의 대각선의 길이 d(㎜)로부터 표면적 S(㎟)를 산출하고, 시험 하중과 표면적의 관계로부터, 소정의 계산식에 의해 비커스 경도를 산출하였다.
도 1은 각 용착 금속의 로크웰 경도를 나타낸다. W 농도 또는 C 농도가 높은 비교예 18, 21은 높은 경도를 나타낸다. 이에 대해, 본 발명의 실시예 1 내지 7의 용착 금속의 경도는, 비교예 18, 21에 비하면 낮지만, 모두 로크웰 경도가 30 이상으로, 합격 기준값(로크웰 경도가 30 이상인 것)을 만족한다. 따라서 용착 금속으로서 문제없는 레벨에 있다.
도 2는 각 용착 금속의 비커스 경도를 나타낸다. W 농도 또는 C 농도가 높은 비교예 18, 21은 높은 경도를 나타낸다. 이에 대해, 본 발명의 실시예 1 내지 7의 용착 금속의 경도는, 비교예 18, 21에 비하면 낮지만, 모두 비커스 경도가 300 이상으로, 합격 기준값(비커스 경도가 300 이상, 또한 500 이하인 것)을 만족한다. 따라서 용착 금속으로서 문제없는 레벨에 있다. 여기서, 비커스 경도의 합격 기준값으로서 상한값을 설정한 것은, 비커스 경도와 인성은 트레이드 오프의 관계에 있기 때문이다. 본 발명의 실시예 1 내지 5는, 비교예 18, 21에 비해 인성이 높다고 할 수 있다.
다음에, 표 3에 나타내는 각 살붙임 용접 금속(용착 금속)에 대해, 내마모성을 평가하는 시험을 행한 결과에 대해 설명한다. 내마모성은 ASTM G 65에 규정되어 있는 토사 마모 시험에 의해 평가하였다. 토사 마모 시험 장치의 개념도를 도 3에 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 시험편(1)에 고무 피복 회전 드럼(2)을 미끄럼 마찰시키고, 시험편(1)과 고무 피복 회전 드럼(2) 사이에 호퍼(5)로부터 토사(6)를 공급한다. 시험편(1)의 고무 피복 회전 드럼(2)에 대한 압박력은, 추(4)를 자유 단부에 아래로 매단 레버 아암(3)에 의해 부여하였다. 살붙임 용접 금속으로 이루어지는 시험편(1)의 표층부(용착 금속)를 하중:13.3kgf로 고무 피복 회전 드럼(2)에 압박하고, 드럼(2)을 소정 횟수까지(6000 회전까지) 회전시키고, 2000 회전시킨 후, 4000 회전시킨 후 및 시험 후(6000 회전시킨 후)의 시험편(1)의 마모 감량을 측정함으로써, 각 용착 금속의 내마모성을 평가하였다.
도 4 내지 도 6은, 횡축에 드럼(2)의 미끄럼 이동 회전수를 취하고, 종축에 마모 감량을 취하여, 각 용착 금속에 대한 내마모성의 평가 결과를 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 각 용착 금속 중, 비교예 21은 가장 높은 내마모성을 나타내고, 드럼(2)을 6000 회전시킨 후의 시험편(1)의 마모 감량은 1g 이하였다. 한편, 도 4 내지 도 6에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5의 마모 감량은, 비교예 21 다음으로 높은 내마모성을 나타내고, 드럼을 6000 회전시킨 후의 마모 감량은 4g 이하였다. 이에 대해, 도 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 18 내지 20은 내마모성이 뒤떨어지는 결과로 되고, 드럼(2)을 6000 회전시킨 후의 시료 감량은 5g 이상이었다.
도 5는 C 농도(C 함유량)만을 변화시킨 실시예 1 내지 3, 6, 7 및 비교예 8의 마모 감량을 비교한 도면이다. 이 도 5에 나타내는 바와 같이, C 농도가 높을수록 내마모성이 뒤떨어진다(마모 감량이 증가한다)고 하는 결과가 얻어지고 있다. 이것은 C 농도가 높을수록, 인성이 저하되어, 취화되므로, 어그레시브 마모가 증가하기 때문이라고 생각된다.
도 6은 Si 농도(Si 함유량)만을 변화시킨 실시예 1, 4 및 비교예 9 내지 11의 마모 감량을 비교한 도면이다. 이 도 6에 나타내는 바와 같이, Si 농도가 높을수록 내마모성이 뒤떨어진다(마모 감량이 증가한다)고 하는 결과가 얻어지고 있다. 이것은 C 농도의 경우와 마찬가지로, Si 농도가 높을수록, 인성이 저하되어, 취화되므로, 어그레시브 마모가 증가하기 때문이라고 생각된다. 또한, 비교예 11 및 21은 실시예 1 내지 7보다도 마모 감량이 적지만, 비교예 11은 Si가 적으므로, 현실의 사용에 적합하지 않고, 비교예 21은 C가 지나치게 많으므로, 마찬가지로 실용성이 없다.
다음에, 표 3에 나타내는 각 살붙임 용접 금속(용착 금속)에 대해, 다음 부식 시험을 행하고, 내식성을 평가하였다. 부식 시험의 수순은 다음과 같다. 우선, 각 살붙임 용접 금속의 표층측으로부터 15×15×1.5㎜의 시험편(쿠폰)을 기계 가공(와이어 컷트)에 의해 채취하고, 시료로 하였다. 다음에, 염산(HCl)과 황산(H2SO4)의 몰 농도비가 2:1로 되도록 혼합한 수용액(혼산 수용액)을 이온 교환수로 pH＝2.0으로 되도록 희석하고, 조정한 것을 시험액으로 하고, 80℃의 상기 시험액에 시료를 24시간 침지하였다. 그리고 시험 후의 부식 감량을 측정하였다. 이 부식 감량의 많고 적음으로 내식성을 평가하였다.
도 7 및 도 8은 각 용착 금속의 상기 부식 시험의 결과를 나타낸다(또한, 도 7과 도 8에서는 횡축의 스케일이 다르다). 부식 시험은 n＝3으로 실시하고, 각각의 시료의 부식 감량으로부터 평균 부식 속도를 구하였다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 비교예 20, 21의 시료는 평균 부식 속도가 현저하게 크고, 비교예 18은 평균 부식 속도가 비교적 큰 점에서, 그 이외의 시료(실시예 1, 5 및 비교예 19)에 비해 내식성이 뒤떨어지는 것을 알 수 있다. 다음에, 도 8에 나타내는 바와 같이, 실시예 1 내지 7 및 비교예 8 내지 17의 시료에 있어서는, Si 농도(Si 함유량)가 높은 비교예 9, 10의 시료와, Mn 농도(Mn 함유량)가 높은 비교예 12의 시료와, Mo 농도(Mo 함유량)가 낮은 비교예 17의 시료는, 평균 부식 속도가 상대적으로 높은 것을 알 수 있다. 이에 대해, 본 발명의 실시예 1 내지 7의 시료는, 모두 평균 부식 속도가 0.01㎜／년 이하이며, 합격 기준값(평균 부식 속도가 0.01㎜／년 이하인 것)을 만족한다. 즉, 우수한 내식성을 나타내었다.
이들의 결과를 하기 표 4에 정리하여 나타낸다. 하기 표 4는 각 실시예 및 비교예의 로크웰 경도, 비커스 경도 및 평균 부식 속도를 나타낸다. 이 표 4에 있어서, 로크웰 경도 HRc가 30 이상인 경우(합격인 경우)는 ○로, 30 미만인 경우(불합격인 경우)는 ×로 기재하였다. 또한, 비커스 경도가 300 이상, 또한 500 이하인 경우(합격인 경우)는 ○로, 그 이외의 경우(불합격인 경우)는 ×로 기재하였다. 이 표 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 7은, 로크웰 경도 및 비커스 경도가 적당한 동시에(모두 ○), 평균 부식 속도가 모두 낮은 것이었다. 이에 대해, 비교예 8 내지 10, 12, 17, 18, 20, 21은 평균 부식 속도가 지나치게 높아, 내식성이 뒤떨어지는 것이었다. 또한, 비교예 15, 17은 비커스 경도가 지나치게 낮은 것이며, 비교예 14, 21은 비커스 경도가 지나치게 높은 것이었다.
Figure 112013037604930-pct00004
다음에, 표 3에 나타내는 각 살붙임 용접 금속(용착 금속)에 대해, 그 단면 조직을 광학 현미경으로 관찰한 결과에 대해 설명한다. S25C강으로 이루어지는 모재 상에 평균 두께가 약 3㎜로 되도록 살붙임 용접 금속층을 형성하고, 이 살붙임 용접 금속층에 대해, 모재가 일부 접합된 상태의 시험편을 기계 가공에 의해 잘라내고, 이 시험편을 수지에 매립하고, 연마함으로써, 살붙임 용접 금속층의 단면이 노출된 시료를 작성하였다. 이 시료를 왕수로 에칭한 후, 살붙임 용접 금속층의 두께 방향의 중앙 부분(용착 금속)을 광학 현미경으로 400배의 배율로 관찰하였다. 이 각 용착 금속의 단면 조직을 나타내는 광학 현미경 사진을 도 9 내지 11에 나타낸다.
실시예 1은 20 내지 40㎛의 결정립 직경을 갖는 다결정 조직으로 이루어지고, 매트릭스는 페라이트상이다. 다결정 조직의 결정립계에는 탄화물(Fe3C:시멘타이트)이 관찰되고, 이 탄화물은 페라이트 결정립을 감싸도록 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 실시예 1에 대해 C 농도를 증가시킨 실시예 6, 7 및 비교예 8에서는, C 농도의 증가에 수반하여 다결정 조직에 변화가 인지된다. C 농도가 증가하면, 결정립계에 석출되는 탄화물(Fe3C:시멘타이트)층의 두께가 두꺼워지지만, 실시예 7에서는 실시예 1과 동일한 다결정 조직을 유지한다. 그러나 비교예 8에서는 실시예 1에 인지되는 다결정 조직은 완전하게 붕괴되는 점에서, 페라이트 결정립의 주위를 탄화물(시멘타이트)이 감싼 상태의 다결정 조직으로는 되지 않는다. 실시예 7의 용착 금속의 화학 조성이, 상기 페라이트 결정립의 주위를 시멘타이트가 감싼 상태의 다결정 조직을 형성하는 임계 조건에 가깝다고 할 수 있다.
실시예 2, 3은, 실시예 1과 동일한 다결정 조직을 갖는다. 매트릭스인 페라이트 결정의 입계에는 탄화물(Fe3C:시멘타이트)이 관찰되지만, C 농도가 낮기 때문에 탄화물의 양이 적어, 페라이트 결정립을 완전하게 감싸도록 존재하고 있지 않다(페라이트 입계에 복수의 시멘타이트가 국소적으로 석출됨으로써, 시멘타이트가 페라이트 결정립을 부분적으로 감싸고 있다). 실시예 3은 실시예 2에 비해 이 경향이 보다 현저하게 나타나 있다. 실시예 3의 용착 금속의 화학 조성이, 상기 시멘타이트가 페라이트 결정립을 부분적으로 감싸고 있는 상태의 다결정 조직을 형성하는 임계 조건에 가깝다고 할 수 있다.
실시예 4는, 실시예 1과 동일한 다결정 조직을 갖는다. 실시예 1에 대해 Si 농도를 증가시킨 실시예 4, 비교예 9, 10에서는, Si 농도의 증가에 수반하여 다결정 조직에 변화가 인지된다. Si 농도가 증가하면, 비교예 9, 10과 같이, 결정립계에 석출되는 탄화물(Fe3C:시멘타이트)층의 두께가 두꺼워지고, 이 경우, 결정립계에 Si의 산화물(SiO2) 또는 Si의 복합 산화물(Fe2SiO4)이 동시 석출되어 있을 가능성도 있다. 실시예 1에 대해 Si 농도를 3.0％까지 증가시킨 비교예 9에서도, 실시예 1과 동일한 다결정 조직을 갖지만, 결정립계 석출물의 응집이 일어나, 페라이트 결정립으로의 포위성이 저하되고, 결정립 내에도 석출물이 인지되게 된다.
실시예 1에 대해 Si 농도를 감소시킨 비교예 11에서는, 실시예 1에 인지되는 다결정 조직은 완전하게 붕괴되어 있어, 페라이트 결정의 주위를 탄화물(시멘타이트)이 감싼 상태의 다결정 조직으로는 되지 않는다. 비교예 11의 용착 금속의 화학 조성에서는, 상기 페라이트 결정립의 주위를 시멘타이트가 감싼 상태의 다결정 조직을 형성하지 않는 것을 알 수 있다.
비교예 15는 미세하고 복잡한 다결정 조직을 갖는다. 이것은 금속 조직의 대략 전체 영역이 마르텐사이트상으로 되어 있는 것에 의한다.
실시예 5는 실시예 1과 동일한(유사한) 다결정 조직을 갖는다. 실시예 5의 매트릭스는 페라이트상이다. 다결정 조직의 결정립계에는 탄화물(Fe3C:시멘타이트)이 인지되고, 이 탄화물은 페라이트 결정립을 감싸도록 존재하고 있는 것을 알 수 있다. 비교예 18, 19는 덴드라이트 조직을 갖는 다결정 조직을 취하고 있다. 이 금속 조직은 대략 전체 영역이 오스테나이트상으로 되어 있다. 비교예 20은 금속 조직의 대략 전체 영역이 마르텐사이트상으로 되어 있다. 비교예 20의 금속 조직 중에서 백색으로 보이는 부분은 탄화물(Fe3C:시멘타이트)이다. 또한, 비교예 21은 페라이트상, 마르텐사이트상 및 탄화물의 3상이 혼재된 복잡한 다결정 조직을 갖는다. 이와 같이, 비교예 18 내지 21에서는, 페라이트 결정의 주위를 탄화물(시멘타이트)이 감싼 상태의 다결정 조직으로 되어 있지 않다. 또한, 비교예 14에서는, 용접 재료의 Cr 함유량이 50질량％로 40질량％를 초과하고 있어, 마르텐사이트가 발생하기 쉬우므로, 매트릭스를 페라이트상으로 하는 것은 곤란하다.
또한, 실시예 1 내지 7 및 비교예 13의 용착 금속의 인성 및 강도를 조사한 바, 실시예 1 내지 7은 모두 만족하는 값을 나타내었다. 한편, Mn 함유량이 낮은 비교예 13은 실시예 1 내지 7에 비해 인성 및 강도의 양쪽이 낮아, 만족하는 값을 나타내지 않았다.
이상, 상세하게 서술한 바와 같이, 본 발명의 일 국면은, C:0.2 내지 1.5질량％, Si:0.5 내지 2질량％, Mn:0.5 내지 2질량％, Cr:20 내지 40질량％, Mo:2 내지 6질량％, Ni:0.5 내지 6질량％, V:1 내지 5질량％, W:0.5 내지 5질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 살붙임 용접 재료이다.
본 발명의 살붙임 용접 재료에 있어서, 용착 금속 중의 C량이 0.6 내지 0.8질량％이며, Si량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Mn량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Cr량이 24 내지 36질량％이며, Mo량이 3.5 내지 4.5질량％이며, Ni량이 0.7 내지 1.5질량％이며, V량이 1.5 내지 2.5질량％이며, W량이 0.7 내지 1.5질량％인 것이 바람직하다.
본 발명의 살붙임 용접 재료는, P:0.03질량％ 이하, S:0.02질량％ 이하를 더 함유해도 된다.
또한, 본 발명의 살붙임 용접 재료는, Ti, Co, Cu, Zr, Nb, Pd, Ag, Sn, Hf, Ta, Pt, Au 및 Pb 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 15질량％ 이하 더 함유해도 된다.
본 발명의 다른 일 국면은, 살붙임 용접된 용착 금속이며, 상기 용착 금속은, C:0.2 내지 1.5질량％, Si:0.5 내지 2질량％, Mn:0.5 내지 2질량％, Cr:20 내지 40질량％, Mo:2 내지 6질량％, Ni:0.5 내지 6질량％, V:1 내지 5질량％, W:0.5 내지 5질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용착 금속이다.
이 구성에 따르면, 살붙임 용접에 의해 형성된 본 발명의 용착 금속은, 시멘타이트가 페라이트 립의 주위의 적어도 일부를 감싸고 있는 페라이트 구조를 갖는 금속 조직으로 된다. 또한, 페라이트 매트릭스에는 Cr, Mo, Ni이 포함된다. 페라이트는 오스테나이트 및 마르텐사이트에 비해 수소 취화에 강하고, Cr, Mo, Ni에 의해 내식성이 향상되는 점에서, 본 발명의 용착 금속은, 산성 분위기에 있어서도, 수소 취화가 억제되고, 깨지기 어렵고, 잔류 응력이 낮아 안정적으로 되어 있다고 하는 효과가 있어, 우수한 내식성 및 내마모성을 나타낸다. 또한, 경도와 인성의 균형이 잡힌 기계 성능을 나타낸다.
그리고 본 발명의 용착 금속의 Si량이 0.5 내지 2질량％로, 특허문헌 1에 개시된 용착 금속에 비해 낮은 점에서, 적색 스케일에 기인한 균열이 발생하기 어렵다.
본 발명의 용착 금속에 있어서, 용착 금속 중의 C량이 0.6 내지 0.8질량％이며, Si량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Mn량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Cr량이 24 내지 36질량％이며, Mo량이 3.5 내지 4.5질량％이며, Ni량이 0.7 내지 1.5질량％이며, V량이 1.5 내지 2.5질량％이며, W량이 0.7 내지 1.5질량％인 것이 바람직하다.
이 구성에 의해, 내식성, 내마모성 및 인성을 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 용착 금속은, P:0.03질량％ 이하, S:0.02질량％ 이하를 더 함유해도 된다.
또한, 본 발명의 용착 금속은, Ti, Co, Cu, Zr, Nb, Pd, Ag, Sn, Hf, Ta, Pt, Au 및 Pb 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 15질량％ 이하 더 함유해도 된다.
본 발명의 용착 금속에 있어서, 상기 용착 금속의 금속 조직은, 매트릭스가 복수의 페라이트 립으로 이루어지는 동시에, 페라이트 입계로부터 복수의 시멘타이트가 석출된 조직인 것이 바람직하고, 상기 용착 금속의 금속 조직이 페라이트상을 매트릭스로 하는 다결정 조직이며, 이 페라이트 결정의 결정립계에 시멘타이트가 존재하고, 이 페라이트 결정의 주위를 시멘타이트가 감싸고 있는 상태의 다결정 조직인 것이 보다 바람직하다.
이 구성에 따르면, 페라이트 입계에 석출된 복수의 시멘타이트가 페라이트 립끼리를 연결 고정하므로, 보다 바람직하게는 시멘타이트가 페라이트를 감싸고 있으므로, 매트릭스로서의 페라이트 조직은 오스테나이트 조직 및 마르텐사이트 조직에 비해 깨지기 어려워지고, 산에 대한 내식성이 향상된다.
본 발명의 다른 일 국면은, 모재인 강재와, 상기 강재의 표면에 살붙임 용접된 용착 금속을 갖는 부재이며, 상기 용착 금속은, C:0.2 내지 1.5질량％, Si:0.5 내지 2질량％, Mn:0.5 내지 2질량％, Cr:20 내지 40질량％, Mo:2 내지 6질량％, Ni:0.5 내지 6질량％, V:1 내지 5질량％, W:0.5 내지 5질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 부재이다.
이 구성에 따르면, 모재인 강재의 표면에 살붙임 용접된 용착 금속이 우수한 내식성 및 내마모성을 나타내는 동시에, 경도와 인성의 균형이 잡힌 기계 성능을 나타내므로, 산성 물질을 처리하는 분쇄기, 반응탑 및 각종 기계 장치 등의 부재로서 적절하게 사용할 수 있다.
본 발명의 부재에 있어서, 용착 금속 중의 C량이 0.6 내지 0.8질량％이며, Si량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Mn량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Cr량이 24 내지 36질량％이며, Mo량이 3.5 내지 4.5질량％이며, Ni량이 0.7 내지 1.5질량％이며, V량이 1.5 내지 2.5질량％이며, W량이 0.7 내지 1.5질량％인 것이 바람직하다.
이 구성에 의해, 부재의 내식성, 내마모성 및 인성을 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 부재에 있어서, 상기 용착 금속은, P:0.03질량％ 이하, S:0.02질량％ 이하를 더 함유해도 된다.
또한, 본 발명의 부재에 있어서, 상기 용착 금속의 금속 조직은, 매트릭스가 복수의 페라이트 립으로 이루어지는 동시에, 페라이트 입계로부터 복수의 시멘타이트가 석출된 조직인 것이 바람직하고, 상기 용착 금속의 금속 조직이 페라이트상을 매트릭스로 하는 다결정 조직이며, 이 페라이트 결정의 결정립계에 시멘타이트가 존재하고, 이 페라이트 결정의 주위를 시멘타이트가 감싸고 있는 상태의 다결정 조직인 것이 보다 바람직하다.
이 구성에 따르면, 페라이트 입계에 석출된 복수의 시멘타이트가 페라이트 립끼리를 연결시키므로, 보다 바람직하게는 시멘타이트가 페라이트를 감싸고 있으므로, 매트릭스로서의 페라이트 조직은 오스테나이트 조직 및 마르텐사이트 조직에 비해 깨지기 어려워지고, 부재의 산에 대한 내식성이 더욱 향상된다.
이와 같이, 본 발명의 살붙임 용접 재료로부터 형성된 용착 금속은, 산성의 토양으로부터 출토된 물이나 산성 물질을 처리하는 분쇄기나 반응탑이나 각종 기계 장치 등과 같이, 내식성 및 내마모성이 우수한 것이 요구되는 용도에 적합하고, 또한 그 용도에 대한 실용성이 있다.

Claims (13)

  1. C:0.6 내지 0.8질량％,
    Si:0.7 내지 2질량％,
    Mn:0.7 내지 2질량％,
    Cr:24 내지 36질량％,
    Mo:3.5 내지 4.5질량％,
    Ni:0.7 내지 1.5질량％,
    V:1.5 내지 2.5질량％,
    W:0.7 내지 1.5질량％
    를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는, 살붙임 용접 재료.
  2. 제1항에 있어서,
    Si량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Mn량이 0.7 내지 1.5질량％인, 살붙임 용접 재료.
  3. 제1항에 있어서,
    P:0.03질량％ 이하,
    S:0.02질량％ 이하
    를 더 함유하는, 살붙임 용접 재료.
  4. 제1항에 있어서,
    Ti, Co, Cu, Zr, Nb, Pd, Ag, Sn, Hf, Ta, Pt, Au 및 Pb 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 15질량％ 이하 더 함유하는, 살붙임 용접 재료.
  5. 살붙임 용접된 용착 금속이며, 상기 용착 금속은,
    C:0.2 내지 1.5질량％,
    Si:0.5 내지 2질량％,
    Mn:0.5 내지 2질량％,
    Cr:20 내지 40질량％,
    Mo:2 내지 6질량％,
    Ni:0.5 내지 6질량％,
    V:1 내지 5질량％,
    W:0.5 내지 5질량％
    를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는, 용착 금속.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 용착 금속 중의 C량이 0.6 내지 0.8질량％이며, Si량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Mn량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Cr량이 24 내지 36질량％이며, Mo량이 3.5 내지 4.5질량％이며, Ni량이 0.7 내지 1.5질량％이며, V량이 1.5 내지 2.5질량％이며, W량이 0.7 내지 1.5질량％인, 용착 금속.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 용착 금속은,
    P:0.03질량％ 이하,
    S:0.02질량％ 이하
    를 더 함유하는, 용착 금속.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 용착 금속은, Ti, Co, Cu, Zr, Nb, Pd, Ag, Sn, Hf, Ta, Pt, Au 및 Pb 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 15질량％ 이하 더 함유하는, 용착 금속.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 용착 금속의 금속 조직은, 매트릭스가 복수의 페라이트 립으로 이루어지는 동시에, 페라이트 입계로부터 복수의 시멘타이트가 석출된 조직인, 용착 금속.
  10. 모재인 강재와, 상기 강재의 표면에 살붙임 용접된 용착 금속을 갖는 부재이며, 상기 용착 금속은,
    C:0.2 내지 1.5질량％,
    Si:0.5 내지 2질량％,
    Mn:0.5 내지 2질량％,
    Cr:20 내지 40질량％,
    Mo:2 내지 6질량％,
    Ni:0.5 내지 6질량％,
    V:1 내지 5질량％,
    W:0.5 내지 5질량％
    를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는, 부재.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 용착 금속 중의 C량이 0.6 내지 0.8질량％이며, Si량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Mn량이 0.7 내지 1.5질량％이며, Cr량이 24 내지 36질량％이며, Mo량이 3.5 내지 4.5질량％이며, Ni량이 0.7 내지 1.5질량％이며, V량이 1.5 내지 2.5질량％이며, W량이 0.7 내지 1.5질량％인, 부재.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 용착 금속은,
    P:0.03질량％ 이하,
    S:0.02질량％ 이하
    를 더 함유하는, 부재.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 용착 금속의 금속 조직은, 매트릭스가 복수의 페라이트 립으로 이루어지는 동시에, 페라이트 입계로부터 복수의 시멘타이트가 석출된 조직인, 부재.
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