KR101568487B1 - Welding material for laser welding of stainless steel, laser welded joint formed by using the same and welding method for forming laser welded joint - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스테인리스강 레이저 용접용 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 페라이트계 스테인리스 동종 강종간 및 오스테나이트계와 페라이트계 스테인리스 이종 강종간 레이저 용접시 바람직하게 적용될 수 있는 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.02~0.1%, Mn: 0.2~1.0%, Si: 0.2%이하(0은 제외), Cr: 0.2%이하(0은 제외), Mo: 0.1%이하(0은 제외), Ni: 25~55%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스테인리스강 레이저 용접용 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 용접재료의 합금조성의 적절한 제어를 통해 용접부 희석에 따른 취성증가를 방지하여 우수한 인성을 갖는 레이저 용접이음부를 얻을 수 있으며, 나아가, 생산원가 절감 및 품질 향상을 기대할 수 있는 용접재료와 이를 위한 용접방법을 제공할 수 있다.The present invention relates to a welding material for stainless steel laser welding, a laser welded joint using the same, and a welding method therefor. More particularly, the present invention relates to a ferritic stainless steel homogeneous alloy species and an austenitic and ferritic stainless steel heterogeneous alloy type laser welding A laser welded joint using the same, and a welding method therefor.
An embodiment of the present invention is a steel sheet comprising, by weight%, 0.02 to 0.1% of C, 0.2 to 1.0% of Mn, 0.2% or less of Si (excluding 0) % Of Ni (excluding 0), Ni: 25 to 55%, balance Fe and other unavoidable impurities, a laser welded joint using the same, and a welding method therefor.
According to the present invention, it is possible to prevent the increase in the brittleness due to dilution of the welded portion by proper control of the alloy composition of the welding material, to obtain a laser welded joint having excellent toughness, and further, Material and a welding method therefor.
Description
본 발명은 스테인리스강 레이저 용접용 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 페라이트계 스테인리스 동종 강종간 및 오스테나이트계와 페라이트계 스테인리스 이종 강종간 레이저 용접시 바람직하게 적용될 수 있는 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a welding material for stainless steel laser welding, a laser welded joint using the same, and a welding method therefor. More particularly, the present invention relates to a ferritic stainless steel homogeneous alloy species and an austenitic and ferritic stainless steel heterogeneous alloy type laser welding A laser welded joint using the same, and a welding method therefor.
일반적으로 냉연강판 제조를 위해서는 열연압연된 강판을 용접하여 하나의 강판으로 연결한 뒤, 냉간압연을 거치게 된다. 이러한 냉연공정시 우수한 제품 품질이나 생산성을 고려하여 레이저 용접이 다수 적용되고 있다. 한편, 일반적으로 상기 냉연공정에서 오스테나이트계 스테인리스 간 동종 용접을 위해 300계 상용 필러 와이어(filled wire)를 적용하고 있다. 그러나, 페라이트계 스테인리스 동종 강종간 또는 오스테나이트계 스테인리스와 페라이트 스테인리스 이종 강종간의 용접시 이에 적용될 마땅한 상용 필러 와이어가 없는 실정이어서, 현재 상기 300계 상용 필러 와이어가 적용되고 있다.
Generally, in order to manufacture cold-rolled steel sheets, hot-rolled steel sheets are welded and connected to one steel sheet, followed by cold rolling. In this cold rolling process, laser welding is widely applied in consideration of excellent product quality and productivity. On the other hand, in general, the 300-phase filled wire is applied for the homogenous welding of the austenitic stainless steel in the cold rolling process. However, there is no commercially available filler wire which is suitable for welding between ferritic stainless steel alloys or austenitic stainless steels and ferritic stainless steel dissimilar steel types. Currently, the above-mentioned 300 series commercial filler wires are applied.
그러나, 이러한 300계 상용 필러 와이어를 동종 및 이종 스테인리스강 용접에 적용하게 되는 경우, 300계 및 400계 스테인리스 모재의 용접부 희석 혹은 400계 스테인리스 모재와 용접재료의 용접부 희석에 따른 마르텐사이트 및 페라이트 복합상의 생성으로 인해 용접부의 취성이 증가하고 파단이 발생하는 문제가 있다.
However, when such 300-ply filler wire is applied to welding of homogeneous and heterogeneous stainless steel, it is preferable to use a mixture of martensite and ferrite composite material There is a problem that brittleness of the welded portion increases and rupture occurs.
한편, 상기 문제를 해결하기 위하여, 300계 및 400계 스테인리스 이종 강종간 용접시 두 소재를 연결하기 위한 별도의 연결소재를 사용하는 기술이 개발되었으나, 이러한 별도의 연결소재를 이용함에 따라 불필요한 작업이 요구되고, 결국, 제품 수율과 생산성이 현저히 하락한다는 문제를 가지고 있다. 보다 상세하게는, 300계 스테인리스와 400계 스테인리스를 연결하는 연결소재 이용시 상기 연결소재의 수급이 어렵다는 점이나, 상기 연결소재 사용에 의해 추가적인 작업이 요구되고 이에 따라 통판 속도가 저하됨에 따라 생산성이 낮아진다는 문제가 있다. 또한, 상기 연결소재를 300계 스테인리스와 400계 스테인리스에 연결시키기 위하여 압연할 때 재질편차로 인해 미압연되는 부분의 발생으로 인해 소재가 낭비되기도 한다.
Meanwhile, in order to solve the above problem, there has been developed a technique of using a separate connecting material for connecting two materials when welding between 300 and 400 stainless steel heterogeneous steel species. However, by using such a separate connecting material, unnecessary work And, as a result, the product yield and productivity are significantly lowered. More specifically, it is difficult to supply and supply the connecting material when using a connecting material for connecting a 300-series stainless steel and a 400-series stainless steel, but further work is required due to the use of the connecting material, and as a result, There is a problem. Further, in order to connect the connecting material to the 300 series stainless steel and the 400 series stainless steel, the material may be wasted due to the occurrence of the un-rolled portion due to the material deviation when rolling.
본 발명은 400계 스테인리스 동종 강종간 및 300계와 400계 스테인리스 이종 강종간 레이저 용접시, 용접부의 취성 증가를 방지하여 우수한 성형성을 확보할 수 있는 스테인리스강 레이저 용접용 용접재료, 이를 이용한 레이저 용접이음부 및 이를 위한 용접방법을 제공하고자 하는 것이다.
The present invention relates to a welding material for stainless steel laser welding which can prevent an increase in the brittleness of a weld portion during laser welding between 400 series stainless steels and between 300 series and 400 series stainless steels, And a welding method therefor.
본 발명의 일 실시형태는 중량%로, C: 0.02~0.1%, Mn: 0.2~1.0%, Si: 0.2%이하(0은 제외), Cr: 0.2%이하(0은 제외), Mo: 0.1%이하(0은 제외), Ni: 25~55%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 스테인리스강 레이저 용접용 용접재료를 제공한다.
An embodiment of the present invention is a steel sheet comprising, by weight%, 0.02 to 0.1% of C, 0.2 to 1.0% of Mn, 0.2% or less of Si (excluding 0) % Or less (excluding 0), Ni: 25 to 55%, balance Fe and other unavoidable impurities.
본 발명의 다른 실시형태는 중량%로, C: 0.02~0.1%, Mn: 0.2~1.0%, Si: 0.2%이하(0은 제외), Cr: 0.2%이하(0은 제외), Mo: 0.1%이하(0은 제외), Ni: 25~55%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용접재료에 의해 형성되며, 95면적%이상의 오스테나이트, 5%이하의 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 미세조직을 갖는 레이저 용접이음부를 제공한다.
Another embodiment of the present invention is a steel sheet comprising, by weight%, 0.02 to 0.1% of C, 0.2 to 1.0% of Mn, 0.2% or less of Si (excluding 0) % Of austenite, not more than 95% by area of austenite, not more than 5% of ferrite and martensite, formed by a welding material containing not more than 5% (excluding 0) of Ni, 25 to 55% of Ni and the balance of Fe and other unavoidable impurities. And a laser welded joint having a welded portion.
본 발명의 또 다른 실시형태는 스테인리스강의 레이저 용접방법으로서, 상기 용접시 중량%로, C: 0.02~0.1%, Mn: 0.2~1.0%, Si: 0.2%이하(0은 제외), Cr: 0.2%이하(0은 제외), Mo: 0.1%이하(0은 제외), Ni: 25~55%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용접재료를 공급하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 레이저 용접방법을 제공한다.
Another embodiment of the present invention is a laser welding method of a stainless steel, which comprises, by weight, 0.02 to 0.1% of C, 0.2 to 1.0% of Mn, 0.2% or less of Si (excluding 0) Wherein the molten steel is supplied with a welding material containing not more than 0.1% by mass (excluding 0) of Mo, not more than 0.1% (excluding 0) of Ni, 25 to 55% of Ni, the balance of Fe and other unavoidable impurities. to provide.
본 발명에 따르면, 용접재료의 합금조성의 적절한 제어를 통해 용접부 희석에 따른 취성증가를 방지하여 우수한 인성을 갖는 레이저 용접이음부를 얻을 수 있으며, 나아가, 생산원가 절감 및 품질 향상을 기대할 수 있는 용접재료와 이를 위한 용접방법을 제공할 수 있다.
According to the present invention, it is possible to prevent the increase in the brittleness due to dilution of the welded portion by proper control of the alloy composition of the welding material, to obtain a laser welded joint having excellent toughness, and further, Material and a welding method therefor.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교예 1의 미세조직 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예 1의 미세조직 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교예 1의 에릭슨 시험 후 파단의 형상을 관찰한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명예 1의 에릭슨 시험 후 파단의 형상을 관찰한 사진이다.1 is a microstructure photograph of Comparative Example 1 according to an embodiment of the present invention.
2 is a photograph of microstructure of Inventive Example 1 according to an embodiment of the present invention.
3 is a photograph of the shape of the fracture after the Ericsson test of Comparative Example 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a photograph of a shape of a fracture after the Erickson test in Inventive Example 1 according to an embodiment of the present invention. FIG.
본 발명자들은 300계(오스테나이트계) 스테인리스와 400계(페라이트계) 스테인리스 이종 강종간 및 400계(페라이트계) 스테인리스와 400계(페라이트계) 스테인리스 동종 강종간 레이저 용접시 기존에 사용되던 300계 상용 필러 와이어를 이용하는 경우에 발생하는 문제를 해결하기 위하여 연구를 행하던 중, Cr 및 Mo을 저감시키고 Ni을 증가시키는 등 용접재료의 합금조성을 적절히 제어함으로써 우수한 인성을 갖는 용접이음부를 제공할 수 있다는 식견하에 본 발명을 완성하게 되었다.
The inventors of the present invention have found that when a 300-series (austenitic) stainless steel, a 400-series (ferritic) stainless steel, and a 400-series (ferritic) stainless steel and a 400 In order to solve the problem that occurs when using a commercial filler wire, it is possible to provide a welding portion having excellent toughness by appropriately controlling the alloy composition of the welding material, such as reducing Cr and Mo and increasing Ni, The present invention has been accomplished under the insight.
이하, 본 발명을 설명한다. 이하, 설명되는 합금조성의 단위는 중량%를 의미한다. 한편, 본 발명이 제공하는 용접재료는 필러 와이어로서, 플럭스 코어드 와이어와 솔리드 와이어 모두를 포함할 수 있으며, 플럭스 코어드 와이어인 경우에는 외피를 구성하는 금속 스트립을 의미한다.
Hereinafter, the present invention will be described. Hereinafter, the unit of the alloy composition described means weight%. Meanwhile, the welding material provided by the present invention is a filler wire, which may include both flux cored wire and solid wire, and in the case of flux cored wire, it means a metal strip constituting the sheath.
C: 0.02~0.1%C: 0.02 to 0.1%
C는 용접이음부의 강도를 증가시키며 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 하는 원소로서, 상기 C의 함량이 0.02%미만일 경우에는 상기 효과를 확보하기 곤란하다. 다만, 상기 C가 0.1%를 초과하여 첨가되는 경우에는 용접부에서의 고온 및 저온균열 발생가능성이 높아지게 되며, Cr 등의 원소와 반응하여 탄화물을 생성시키게 되어 용접부의 취성증가 및 부식특성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 C는 0.02~0.1%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
C is an element that increases the strength of the welded joint and stabilizes the austenite. When the content of C is less than 0.02%, it is difficult to secure the above effect. However, when C is added in an amount exceeding 0.1%, the possibility of occurrence of high-temperature and low-temperature cracks in the welded portion increases, and carbides are generated by reacting with elements such as Cr, thereby lowering the brittleness and corrosion characteristics of the welded portion May occur. Therefore, it is preferable that the above-mentioned C has a range of 0.02 to 0.1%.
Mn: 0.2~1.0%Mn: 0.2 to 1.0%
Mn은 적정량이 첨가되어 탈산제 역할을 하며 또한 적은 비용으로 강도를 증가시키고자 할 때 가장 효과적인 원소로서, 상기 효과를 위해서는 0.2%이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 Mn이 1.0%를 초과하여 첨가되는 경우에는 필요 이상으로 강도를 증가시키게 되어 인성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 Mn은 0.2~1.0%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
Mn is the most effective element when it is added in an appropriate amount to act as a deoxidizer and to increase the strength at low cost. It is preferable that Mn is contained in an amount of 0.2% or more for the above effect. However, when Mn is added in an amount exceeding 1.0%, the strength is increased more than necessary, and the toughness may be lowered. Therefore, it is preferable that the Mn has a range of 0.2 to 1.0%.
Si: 0.2%이하(0은 제외)Si: not more than 0.2% (excluding 0)
Si는 적정량이 첨가되어 탈산제 역할을 하며 소량 첨가시 강도와 인성을 증가시키는 역할을 하는 원소이다. 다만, 상기 Si가 0.2%를 초과하여 첨가되는 경우에는 상기 효과가 포화되어 제조 원가가 상승하는 단점이 있으므로, 상기 Si는 0.2%이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
Si acts as a deoxidizer by adding an appropriate amount, and it plays a role of increasing strength and toughness when added in a small amount. However, when Si is added in an amount exceeding 0.2%, the above effect is saturated and the manufacturing cost is increased. Therefore, the Si content is preferably 0.2% or less.
Cr: 0.2%이하(0은 제외)Cr: 0.2% or less (excluding 0)
Cr은 강한 페라이트 안정화 원소이며, 경화능, 강도 및 내마멸성을 향상시키는 역할을 하는 원소이다. 다만, 상기 Cr이 0.2%를 초과하여 첨가되는 경우에는 C와 결합하여 탄화물을 생성시킬 수 있으며, 다량의 탄화물 형성시 용접부 취성이 증가되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 Cr은 0.2%이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
Cr is a strong ferrite stabilizing element and is an element that plays a role in improving hardenability, strength and abrasion resistance. However, when Cr is added in an amount exceeding 0.2%, it is possible to combine with C to form carbide, which may cause a problem of increased brittleness of the welded portion in the formation of a large amount of carbides. Therefore, the Cr content is preferably 0.2% or less.
Mo: 0.1%이하(0은 제외)Mo: 0.1% or less (excluding 0)
Mo는 강도와 경화능을 향상시키는 역할을 하는 원소이다. 다만, 상기 Mo가 0.1%를 초과하여 첨가되는 경우에는 인성, 경화능 및 강도 증가의 효과가 오히려 줄어드는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 Mo는 0.1%이하의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
Mo is an element that enhances strength and hardenability. However, when Mo is added in an amount exceeding 0.1%, the effect of increasing toughness, hardenability and strength may be reduced. Therefore, the Mo content is preferably 0.1% or less.
Ni: 25~55%Ni: 25 to 55%
Ni는 강력한 오스테나이트 안정화 원소로서 페라이트계인 400계 스테인리스의 용접시 용접이음부를 본 발명이 목표로 하는 오스테나이트 조직으로 얻기 위해서는 25%이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 Ni가 55%를 초과하여 첨가되는 경우에는 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라, 고가의 Ni 함량 증가에 의해 원가 상승을 유발하게 된다. 따라서, 상기 Ni는 25~55%의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
Ni is a strong austenite stabilizing element, and it is preferable that the Ni content is 25% or more so as to obtain a welded joint at the time of welding of the ferritic stainless steel of 400 series with an austenite structure targeted by the present invention. However, when the content of Ni is more than 55%, the effect is saturated and the cost is increased due to an increase in the amount of expensive Ni. Therefore, it is preferable that the Ni has a range of 25 to 55%.
본 발명이 제안하는 용접재료는 상기 합금조성 외에 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
The welding material proposed by the present invention includes the balance Fe and other unavoidable impurities in addition to the alloy composition.
상기와 같이 제안되는 합금조성을 갖는 용접재료를 300계 스테인리스와 400계 스테인리스 이종 강종간 및 400계 스테인리스와 400계 스테인리스 동종 강종간 레이저 용접에 적용하게 되면 용접이음부가 95면적%이상의 오스테나이트, 5%이하의 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 미세조직을 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 용접이음부는 상기와 같은 분율의 미세조직 확보를 통해, 용접이음부의 취성을 억제하고 인성을 증가시켜 가공성을 향상시킬 수 있다. 다만, 상기 오스테나이트가 95면적%미만일 경우에는 상대적으로 페라이트와 마르텐사이트의 분율이 증가되어 인성 향상 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 상기 페라이트 및 마르텐사이트가 5면적%를 초과하는 경우에는 용접이음부의 취성이 증가하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 한편, 전술한 효과를 위해서는 본 발명의 미세조직이 오스테나이트 단상조직을 갖는 것이 보다 바람직하다.
When the welding material having the alloy composition proposed above is applied to the laser welding between the stainless steel 300 series stainless steel and the 400 stainless steel heterogeneous steel series and between the 400 series stainless steel and the 400 stainless steel homogeneous steel species, % Or less of ferrite and martensite. In other words, the welded joint of the present invention can improve the workability by suppressing the brittleness of the welded joint and increasing the toughness through securing the microstructure of the fraction as described above. However, when the amount of the austenite is less than 95% by area, the proportion of ferrite and martensite is relatively increased and the toughness improving effect can not be sufficiently obtained. When the content of the ferrite and martensite exceeds 5% The problem that the brittleness increases may occur. On the other hand, for the above-mentioned effect, it is more preferable that the microstructure of the present invention has a single-phase austenite structure.
상기와 같이 본 발명이 제안하는 용접이음부는 우수한 인성을 가질 수 있으며, 예를 들면 이종 스테인리스강 용접시 5mm이상의 에릭슨(erischen) 값을 얻을 수 있으며, 동종 스테인리스강 용접시에는 5.5mm이상의 에릭슨(erischen) 값을 얻을 수 있다. 여기서, 상기 에릭슨(erischen) 값은 용접이음부를 소성 변형시켜 컵(cup) 형태로 가공하였을 때, 균열이 발생할때까지 용접이음부가 소성 변형된 높이를 의미한다.
As described above, the welded joint proposed by the present invention can have excellent toughness, for example, an erischen value of 5 mm or more can be obtained when welding different kinds of stainless steel, and an Ericsson erischen. Herein, the Erischen value means a height at which the welded portion of the welded portion is plastic-deformed until a crack occurs, when the welded portion is plastic-deformed and processed into a cup shape.
본 발명은 전술한 바와 같은 용접이음부를 얻기 위하여, 스테인리스강의 용접방법, 보다 상세하게는, 300계(오스테나이트계) 스테인리스와 400계(페라이트계) 스테인리스 이종 강종간 및 400계(페라이트계) 스테인리스와 400계(페라이트계) 스테인리스 동종 강종간 용접을 위한 레이저 용접방법으로서, 상기 용접시 중량%로, C: 0.02~0.1%, Mn: 0.2~1.0%, Si: 0.2%이하(0은 제외), Cr: 0.2%이하(0은 제외), Mo: 0.1%이하(0은 제외), Ni: 25~55%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용접재료를 공급하는 것을 특징으로 하는 레이저 용접방법을 제공한다.
The present invention relates to a stainless steel welding method for obtaining a welded joint as described above, and more particularly, to a method for welding a stainless steel, such as a stainless steel 300 series (austenitic stainless steel), a 400 stainless steel (ferritic stainless steel) A method of laser welding for welding between stainless steels and ferritic stainless steels (ferritic stainless steels), comprising the steps of: C: 0.02 to 0.1%; Mn: 0.2 to 1.0%; ), A welding material containing 0.2% or less of Cr (excluding 0), Mo: 0.1% or less (excluding 0), Ni: 25 to 55%, the balance Fe and other unavoidable impurities is supplied A welding method is provided.
상기 용접시에는 불활성 분위기로 유지되는 것이 바람직한데, 이를 위해, 보호가스로서 He을 이용하는 것이 바람직하다. He 가스의 경우 용접프로세스에 이용되는 보호가스 중 이온화에너지가 커 레이저빔에 의한 플라즈마 생성을 방지시키는 효과가 크며, 따라서 레이저빔이 플라즈마에 의해 산란되는 문제를 방지할 수 있다.
It is preferable that the weld be maintained in an inert atmosphere. For this purpose, it is preferable to use He as the protective gas. In the case of the He gas, the protective gas used in the welding process has a large ionizing energy, which has a large effect of preventing the plasma generation by the laser beam, and thus the problem of scattering of the laser beam by the plasma can be prevented.
또한, 상기 용접시에 레이저출력은 2~15kW의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 레이저 출력이 2kW미만일 경우에는 낮은 레이저 출력으로 인해 용접부의 용융이 충분히 발생하지 않아 용접이 소재 두께방향으로 완전히 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있고, 15kW를 초과할 경우에는 높은 레이저 출력으로 인해 입열량 과다에 따른 용접부 및 용접 열영향부의 결정립 성장이나 용접부 내 다량의 기공형성 및 용접부가 흘러내리는 용락과 같은 문제점이 발생할 수 있다. 상기 레이저출력의 하한은 보다 바람직하게는 4kW, 보다 더 바람직하게는 6kW이다. 상기 레이저 출력의 상한은 보다 바람직하게는 13kW, 보다 더 바람직하게는 11kW이다.
Further, it is preferable that the laser output during the welding has a range of 2 to 15 kW. If the laser output is less than 2 kW, the welding may not be sufficiently melted due to a low laser output, so that welding may not be completed in the thickness direction of the material. If the laser output is more than 15 kW, There may arise problems such as grain growth of the welded portion and weld heat affected portion due to excessive welding, formation of a large amount of pores in the welded portion, and dragging of the welded portion. The lower limit of the laser output is more preferably 4 kW, and even more preferably 6 kW. The upper limit of the laser output is more preferably 13 kW, and even more preferably 11 kW.
또한, 상기 용접시에 용접속도는 1~12m/min의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 용접속도가 1m/min미만일 경우에는 느린 용접속도로 인해 입열량 과다에 따른 용접부 및 용접 열영향부의 결정립 성장이나 용접부 내 다량의 기공형성 및 용접부가 흘러내리는 용락과 같은 문제점이 발생할 수 있고, 12m/min를 초과할 경우에는 빠른 용접속도로 인해 입열량이 충분하지 않아 용접부의 용융이 충분히 발생하지 않아 용접이 소재 두께방향으로 완전히 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다. 상기 용접속도의 하한은 보다 바람직하게는 3m/min, 보다 더 바람직하게는 5m/min이다. 상기 용접속도의 상한은 보다 바람직하게는 10m/min, 보다 더 바람직하게는 8m/min이다.
The welding speed at the time of welding is preferably in the range of 1 to 12 m / min. If the welding speed is less than 1 m / min, problems such as grain growth of the welded portion and weld heat affected portion due to excessive heat input, formation of a large amount of pores in the welded portion and dropping of the welded portion may occur due to a slow welding speed. / min, the heat input is insufficient due to the fast welding speed, so that the welding is not sufficiently melted and the welding may not be completely performed in the thickness direction of the material. The lower limit of the welding speed is more preferably 3 m / min, and even more preferably 5 m / min. The upper limit of the welding speed is more preferably 10 m / min, and even more preferably 8 m / min.
또한, 상기 용접시에 용접재료의 공급속도는 2~15m/min의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 용접재료의 공급속도가 2m/min미만일 경우에는 느린 용접재료의 공급속도로 인해 모재와의 충분한 희석이 발생하지 않아 원하는 미세조직 및 기계적 특성을 가지는 용접부를 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 15m/min를 초과할 경우에는 빠른 용접재료의 공급속도로 인해 용접재료의 과도한 희석이 발생하여 원하는 미세조직 및 기계적 특성을 가지는 용접부를 얻을 수 없는 단점이 있다. 상기 공급속도의 하한은 보다 바람직하게는 4m/min, 보다 더 바람직하게는 6m/min이다. 상기 공급속도의 상한은 보다 바람직하게는 13m/min, 보다 더 바람직하게는 11m/min이다.
It is preferable that the supply speed of the welding material at the time of welding is in the range of 2 to 15 m / min. When the feed rate of the welding material is less than 2 m / min, the welding speed of the slow welding material does not sufficiently dilute with the base material, resulting in a problem that a welded portion having a desired microstructure and mechanical characteristics can not be obtained. / min, the welding material is excessively diluted due to the fast feeding speed of the welding material, so that there is a disadvantage that a welded portion having a desired microstructure and mechanical characteristics can not be obtained. The lower limit of the feed rate is more preferably 4 m / min, and even more preferably 6 m / min. The upper limit of the feed rate is more preferably 13 m / min, and even more preferably 11 m / min.
상기 용접재료의 직경은 0.75~1.2mm의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 용접재료의 직경이 0.75mm미만일 경우에는 적정 소재의 수급이 어려운 문제가 발생할 수 있고, 1.2mm를 초과할 경우에는 레이저 빔을 조사하더라도 충분한 용융이 발생하지 않아 용접이 이루어지지 않을 수 있다는 단점이 있다. 상기 용접재료 직경의 하한은 보다 바람직하게는 0.8mm이며, 상기 용접재료 직경의 상한은 보다 바람직하게는 1.1mm, 보다 더 바람직하게는 1.0mm이다.
The diameter of the welding material is preferably in the range of 0.75 to 1.2 mm. When the diameter of the welding material is less than 0.75 mm, it may be difficult to supply and supply the titled material. When the diameter exceeds 1.2 mm, welding may not be performed because sufficient melting does not occur even when a laser beam is irradiated have. The lower limit of the diameter of the welding material is more preferably 0.8 mm, and the upper limit of the diameter of the welding material is more preferably 1.1 mm, and even more preferably 1.0 mm.
또한, 상기 용접시에는 용접이음부의 갭(gap)이 0.05~0.25mm의 범위를 갖도록하는 것이 바람직하다. 상기 용접이음부의 갭이 0.05mm미만일 경우에는 용접재료의 충분한 희석이 발생하지 않아 원하는 미세조직 및 기계적 특성을 가지는 용접부를 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있고, 0.25mm를 초과할 경우에는 넓은 용접이음부의 갭에 의해 용접부가 다 채워지지 않아 결함이 발생하는 단점이 있을 수 있다. 상기 용접이음부의 갭의 하한은 보다 바람직하게는 0.07mm, 보다 더 바람직하게는 0.08mm이다. 상기 용접이음부의 갭의 상한은 보다 바람직하게는 0.20mm, 보다 더 바람직하게는 0.15mm이다.
In addition, it is preferable that the gap of the welded portion has a range of 0.05 to 0.25 mm at the time of welding. If the gap of the weld joint is less than 0.05 mm, sufficient dilution of the welding material does not occur, and a problem that a welded portion having a desired microstructure and mechanical characteristics can not be obtained may occur. If the gap is larger than 0.25 mm, There may be a disadvantage that defects are generated because the welds are not filled up due to the gap of the negative part. The lower limit of the gap of the welded joint is more preferably 0.07 mm, and even more preferably 0.08 mm. The upper limit of the gap of the weld joint is more preferably 0.20 mm, and even more preferably 0.15 mm.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하지 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only illustrative of the present invention in more detail and do not limit the scope of the present invention.
(실시예 1)(Example 1)
STS 439를 하기 표 1과 같은 합금조성을 갖는 용접재료를 이용하여 레이저 용접을 통해 용접이음부를 얻었다. 이 때, 상기 용접시 보호가스로는 He을 이용하였으며, 레이저 출력은 7kW, 용접속도는 6m/min, 용접재료의 공급속도는 3m/min, 용접재료의 직경은 0.9mm인 용접이음부 갭(gap)은 0.1mm였다. 이와 같이 얻어진 용접이음부에 대하여 미세조직을 측정한 뒤, 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 용접이음부에 대하여 인성을 평가하기 위하여, 일면이 반구 형태인 스틸(steel) 펀치를 사용하여 용접부를 소성 변형시켜 강재를 컵(cup) 형태로 가공하였을 때, 용접부가 소성 변형된 높이를 측정하는 에릭슨 시험을 행한 뒤, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이 때, 상기 에릭슨 시험은 3개의 시편에 대하여 행한 뒤, 평균값과 같이 기재하였다.
STS 439 was welded by laser welding using a welding material having an alloy composition as shown in Table 1 below. At this time, He was used as a protective gas for welding, and a welding gap having a laser output of 7 kW, a welding speed of 6 m / min, a welding material supplying speed of 3 m / min and a welding material diameter of 0.9 mm ) Was 0.1 mm. The microstructure of the thus obtained welded joint was measured, and the results are shown in Table 1 below. Further, in order to evaluate the toughness of the welded joint, when the steel material is processed into a cup shape by plastic deformation of the welded portion using a steel punch having a hemispherical shape on one side, , And the results are shown in Table 2 below. ≪ tb >< TABLE > At this time, the Erickson test was performed on three specimens, and is described as an average value.
(STS 308L)Existence
(STS 308L)
상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, 본 발명이 제안하는 합금조성을 만족하지 않는 비교예 1의 경우에는 페라이트+마르텐사이트가 과다하게 형성되어 오스테나이트 분율이 낮아짐으로써, 용접이음부의 취성이 증가되어 에릭슨 평균값이 2.71mm로 상당히 낮은 인성을 가지고 있음을 알 수 있다.
As shown in Tables 1 and 2, in the case of Comparative Example 1 which does not satisfy the alloy composition proposed by the present invention, since the ferrite and martensite are excessively formed and the austenite fraction is lowered, the brittleness of the welded portion is increased The average value of Erickson is 2.71mm, which shows that it has a significantly lower toughness.
반면, 본 발명의 합금조성을 만족하는 발명재 1 및 2의 경우에는 높은 오스테나이트 분율을 가짐으로써 에릭슨 평균값이 5.84mm로서 매우 우수한 인성을 가지고 있음을 확인할 알 수 있고, 이는 기존재에 비하여 2배 이상 향상된 결과임을 알 수 있다.
On the other hand, in the case of inventive materials 1 and 2 satisfying the alloy composition of the present invention, it is confirmed that the material has a high austenite fraction, and thus the average value of Erickson is 5.84 mm, which indicates excellent toughness. This is an improved result.
도 1 및 2는 각각 비교예 1 및 발명예 1의 미세조직 사진이다. 도 1 및 2에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1의 경우에는 용접이음부의 미세조직이 거의 대부분 페라이트로 이루어져 있으나, 발명예 1의 경우에는 용접이음부가 대부분 오스테나이트로 구성되어 있고 페라이트 및 마르텐사이트가 거의 생성되지 않아 우수한 인성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
1 and 2 are photographs of microstructure of Comparative Example 1 and Inventive Example 1, respectively. As can be seen from FIGS. 1 and 2, in the case of Comparative Example 1, the microstructure of the welded joint is mostly composed of ferrite. In the case of Inventive Example 1, however, welded joints are mostly composed of austenite, Martensite is hardly produced and excellent toughness can be secured.
도 3 및 4는 각각 비교예 1 및 2의 에릭슨 시험 후 파단의 형상을 관찰한 사진이다. 도 3 및 4에서 알 수 있듯이, 비교예 1의 경우에는 에릭슨 시험 후 파단이 용접이음부에서 발생하였음을 확인할 수 있는데, 이와 대조적으로 발명예 1의 경우에는 파단이 용접열영향부에서 발생하였으며, 파단의 형태 또한 취성파괴가 아닌 연성파괴가 발생한 것을 확인할 수 있다. 이는, 발명예 1의 경우에는 용접이음부의 건전성이 확보됨을 보여준다.
FIGS. 3 and 4 are photographs showing the shape of the fracture after the Ericsson test of Comparative Examples 1 and 2, respectively. As can be seen from FIGS. 3 and 4, in the case of Comparative Example 1, it can be seen that the fracture occurred in the weld joint after the Ericsson test. In contrast, in the case of Inventive Example 1, the fracture occurred in the weld heat affected portion, The shape of the fracture can also confirm that ductile fracture occurs not brittle fracture. This shows that, in the case of Inventive Example 1, the soundness of the welding portion is secured.
(실시예 2)(Example 2)
STS 439와 STS 304를 상기 표 1과 같은 합금조성을 갖는 용접재료를 이용하여 레이저 용접을 통해 용접이음부를 얻었으며, 이 때, 상기 용접시 조건은 상기 실시예 1과 동일하게 하였다. 이와 같이 얻어진 용접이음부에 대하여 미세조직을 측정하고, 실시예 1과 동일하게 에릭슨 시험을 행한 뒤, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
STS 439 and STS 304 were welded to each other by laser welding using a welding material having an alloy composition as shown in Table 1. The welding conditions were the same as those in Example 1. The microstructure of the thus obtained welded joint was measured, and the Erickson test was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 3 below.
상기 표 1 내지 3에 나타난 바와 같이, 본 발명이 제안하는 합금조성을 만족하지 않는 비교예 2의 경우에는 STS 439 동종간 용접시에 비해 페라이트+마르텐사이트의 분율이 줄어드나, 여전히 본 발명이 제안하는 분율보다 과다하게 형성되었으며, 이로 인해 용접이음부의 취성이 저하되어 에릭슨 평균값이 4.69mm로 낮은 수준임을 알 수 있다.
As shown in Tables 1 to 3, in the case of Comparative Example 2 which does not satisfy the alloy composition proposed by the present invention, the fraction of ferrite + martensite is reduced as compared with the case of STS 439 homogeneous welding, And the average value of Ericsson is as low as 4.69mm because the brittleness of the welded joint is lowered.
반면, 발명예 3 및 4의 경우에는 STS 439 동종간 용접시와 마찬가지로 높은 오스테나이트 분율을 확보함으로써 에릭슨 평균값이 각각 5.59mm 및 5.11mm로 비교예 2에 비해 매우 높은 수준임을 알 수 있다.On the other hand, Examples 3 and 4 show that the average values of Ericsson are 5.59 mm and 5.11 mm, respectively, which are higher than those of Comparative Example 2 by securing a high austenite fraction as in STS 439 homogeneous welding.
Claims (10)
95면적%이상의 오스테나이트, 5%이하의 페라이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 미세조직을 갖는 스테인리스강 레이저 용접이음부.Cr: not more than 0.2% (excluding 0), Mo: not more than 0.1% (excluding 0), C: not more than 0.2% , Ni: 25 to 55%, the balance Fe and other unavoidable impurities,
A stainless steel laser welded joint having a microstructure composed of 95% or more of austenite, 5% or less of ferrite, and martensite.
상기 용접이음부는 에릭슨(erischen) 값이 5mm이상인 스테인리스강 레이저 용접이음부.The method of claim 2,
The weld joint is a stainless steel laser weld having an erischen value of 5 mm or more.
상기 용접시 중량%로, C: 0.02~0.1%, Mn: 0.2~1.0%, Si: 0.2%이하(0은 제외), Cr: 0.2%이하(0은 제외), Mo: 0.1%이하(0은 제외), Ni: 25~55%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 용접재료를 공급하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 레이저 용접방법.As a laser welding method of stainless steel,
0.2% or less (excluding 0) of Cr, 0.2% or less (excluding 0) of Cr, 0.1% or less of Mo (excluding 0) , And Ni: 25 to 55%, the balance Fe, and other unavoidable impurities.
상기 용접시 보호가스로 He을 이용하는 레이저 용접방법.The method of claim 4,
Wherein He is used as the protective gas during welding.
상기 용접시 레이저출력은 2~15kW인 레이저 용접방법. The method of claim 4,
Wherein the laser output during welding is 2 to 15 kW.
상기 용접시 용접속도는 1~12m/min인 레이저 용접방법. The method of claim 4,
Wherein the welding speed during welding is 1 to 12 m / min.
상기 용접시 용접재료의 공급속도는 2~15m/min인 레이저 용접방법. The method of claim 4,
Wherein the supply speed of the welding material during the welding is 2 to 15 m / min.
상기 용접재료의 직경은 0.75~1.2mm인 레이저 용접방법.The method of claim 4,
Wherein the diameter of the welding material is 0.75 to 1.2 mm.
상기 용접시 용접이음부 갭(gap)은 0.05~0.25mm인 레이저 용접방법.The method of claim 4,
Wherein a gap of the welding gap at the time of welding is 0.05 to 0.25 mm.
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