KR101568538B1

KR101568538B1 - 서브머지드 아크 용접재료

Info

Publication number: KR101568538B1
Application number: KR1020130163292A
Authority: KR
Inventors: 정홍철; 김호수; 한일욱
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2015-11-11
Also published as: KR20150075005A

Abstract

본 발명은 건축, 교량, 선박, 해양구조물, 강관, 라인파이프 등의 고강도 강재의 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding, SAW)시 사용되는 서브머지드 아크 용접재료에 관한 것이다.

Description

서브머지드 아크 용접재료 {MATERIAL FOR SUBMERGED ARC WELDING}

최근, 선박 및 해양구조물의 대형화 및 건축구조물의 고층화 추세에 따라 구조물이 더욱 대형화되고 이에 사용되는 강재는 고강도화 및 후물강재로 대체되고 있다.

이러한 고강도 후물강재를 건전하고 효율적으로 제작하기 위해서는 이에 적합한 용접이 요구되며, 이들 강재를 용접하는 바람직한 방법으로 서브머지드 아크 용접(Submerged Arc Welding, SAW) 기술이 많이 적용되고 있다.

일반적으로 용접시 형성되는 용접이음부는 용접재료가 용융되면서 일부 강재가 희석되어 용융풀을 형성하다가 응고하면서 조대한 주상정 조직이 형성되고, 이러한 조직은 조대한 결정입내에 오스테나이트 결정입계를 따라 조대한 입계 페라이트, 위드만스타텐 페라이트(Widmanstatten ferrite), 마르텐사이트 및 M-A(Martensite Austenite constituent, M-A) 등이 형성되어 충격인성이 가장 열화되는 문제가 있다.

따라서, 고강도 후물강재에 용접을 행함으로써 얻어진 용접구조물의 안정성을 확보하기 위해서는, 용접이음부의 미세조직을 제어하여 용접이음부의 충격인성을 확보할 필요가 있다.

이에, 특허문헌 1에서는 용접재료의 성분을 규정함으로써 용접구조물의 안정성을 확보하고자 하였으나, 이는 직접적으로 용접이음부의 미세조직, 입경 등을 제어하는 것이 아니므로, 이러한 용접재료로부터는 용접이음부의 인성을 충분히 얻기가 어렵다.

일본 특허공개공보 (평)11-170085

본 발명의 일 측면은, 고강도 강재를 서브머지드 아크 용접함에 있어서 충격인성이 우수한 용접이음부를 얻을 수 있는 서브머지드 아크 용접재료를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 서브머지드 아크 용접재료로서, 서브머지드 아크 용접용 와이어와 상기 와이어에 충진되는 플럭스로 이루어지고,

상기 와이어는 와이어 전체 중량을 기준으로, 탄소(C): 0.03~0.12%, 실리콘(Si): 0.3~1.0%, 망간(Mn): 1.5~3.0%, 니켈(Ni): 2.0~3.5%, 몰리브덴(Mo): 0.4~1.0%, 크롬(Cr): 0.4~1.0%, 구리(Cu): 0.1~0.5%, 티타늄(Ti): 0.01~0.04%, 보론(B): 0.001~0.003%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 플럭스는 중량%로 SiO₂: 15~25%, Al₂O₃: 10~20%, MgO: 20~30%, CaF₂: 9~15%, CaO: 15~25%, TiO₂: 3~7%, B₂O₃: 1~3% 및 Na₂O: 1~3%를 포함하는 것인, 서브머지드 아크 용접재료를 제공한다.

본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접재료를 이용하여 후물강재를 용접하는 경우, 강도 및 저온 충격인성이 우수한 용접이음부를 얻을 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 서브머지드 아크 용접재료에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명자들은 연구와 실험을 통해 서브머지드 아크 용접시 사용할 수 있는 용접재료로서, 저온에서도 충격인성이 우수하고 고강도의 용접이음부의 확보가 가능한 용접재료를 제공할 수 있는 합금원소의 범위를 설정할 수 있다는 점으로부터 착안하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

서브머지드 아크 용접시 사용하는 용접재료에 따라 양호한 아크 안정성을 확보할 수 있고, 용접이음부에 최적화된 합금성분을 용접재료를 통해서 제공할 수 있는바, 본 발명에서는 용접재료의 합금성분을 최적으로 조합하여 용접시 고온균열을 방지할 수 있으면서, 강도 및 충격인성이 우수한 용접이음부를 얻을 수 있는 서브머지드 아크 용접재료를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 서브머지드 아크 용접재료는, 서브머지드 아크 용접용 와이어와 상기 와이어에 충진되는 플럭스로 이루어지고, 상기 와이어와 플럭스는 다음과 같은 조성을 포함한다.

먼저, 서브머지드 아크 용접용 와이어의 성분조성에 대하여 상세히 설명한다.

상기 와이어는 와이어 전체 중량을 기준으로, 탄소(C): 0.03~0.12%, 실리콘(Si): 0.3~1.0%, 망간(Mn): 1.5~3.0%, 니켈(Ni): 2.0~3.5%, 몰리브덴(Mo): 0.4~1.0%, 크롬(Cr): 0.4~1.0%, 구리(Cu): 0.1~0.5%, 티타늄(Ti): 0.01~0.04%, 보론(B): 0.001~0.003%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.

C: 0.03~0.12%

탄소(C)는 용접이음부의 강도를 확보하고, 용접경화성을 확보하기 위해 필수적인 원소로서, 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.03% 이상으로 첨가되는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 너무 과다하여 0.12%를 초과하게 되면 용접성이 크게 저하되고 용접이음부에서 저온 균열의 발생이 용이해지고, 충격인성이 크게 저하되는 문제가 있다.

Si: 0.3~1.0%

실리콘(Si)은 용접금속 내 탈산효과를 위해 첨가하는 원소로서, 그 함량이 0.3% 미만이면 용접금속 내의 탈산효과가 불충분하고 용접금속의 유동성을 저하시킬 우려가 있는 반면, 그 함량이 1.0%를 초과하게 되면 용접금속 내의 도상 마르텐사이트(M-A)의 변태를 촉진시켜 저온 충격인성을 저하시키고, 용접 저온균열감수성에 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

Mn: 1.5~3.0%

망간(Mn) 강중에서 탈산작용 및 강도를 향상시키는데 유효한 원소이며, 기지조직 내에 치환형 고용체를 형성하여 기지를 고용강화시켜 강도 및 인성을 확보하는데 유리한 원소이다. 상술한 효과를 얻기 위해서는 1.5% 이상으로 Mn을 첨가할 필요가 있으나, 그 함량이 3.0%를 초과하게 되면 용접이음부 경화능을 증가시켜 용접이음부 충격인성을 열화시킬 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.

Ni: 2.0~3.5%

니켈(Ni)은 고용강화에 의해 기지의 강도 및 인성을 향상시키는데 유효한 원소로서, 상술한 효과를 얻기 위해서는 2.0% 이상으로 Ni을 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 3.5%를 초과하게 되면 소입성을 너무 과도하게 증가시키고, 용접이음부 고온균열을 조장할 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.

Mo: 0.4~1.0%

몰리브덴(Mo)은 소입성을 증가시키고, 강도를 향상시키는데 유리한 원소로서, 그 함량이 0.4% 미만에서는 충분한 강도를 확보하기 어렵고, 반면 그 함량이 1.0%를 초과하게 되면 고강도 용접이음부 인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

Cr: 0.4~1.0%

크롬(Cr)은 소입성을 증가시키고, 강도를 향상시키는 원소로서, 그 함량이 0.4% 미만에서는 상술한 효과를 얻을 수 없고, 반면 그 함량이 1.0%를 초과하게 되면 용접금속부 인성의 열화를 초래하므로 바람직하지 못하다

Cu: 0.1~0.5%

구리(Cu)는 기지에 고용되어 고용강화 효과로 인해 강도 및 인성을 향상시키는데 유효한 원소로서, 그 함량이 0.1% 미만이면 상술한 효과를 얻을 수 없다. 반면, 그 함량이 0.5%를 초과하게 되면 용접이음부 경화성을 증가시켜 인성을 저하시키며, 고온균열을 조장시키는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.

Ti: 0.01~0.04%,

티타늄(Ti)은 O와 결합하여 미세한 Ti 산화물을 형성시킨 뿐만 아니라, N와 결합하여 미세한 TiN 석출물을 형성시키는 원소이다. 이러한 미세 Ti 산화물 및 석출물의 효과를 얻기 위해서는 0.01% 이상으로 Ti을 첨가할 필요가 있으나, 그 함량이 0.04%를 초과하게 되면 조대한 Ti 산화물 및 조대한 Ti 석출물이 형성되어 용접이음부 인성 확보에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

B: 0.001~0.003%

보론(B)은 소입성 향상원소로서, 입계에 편석되어 입계 페라이트의 변태를 억제시키는 역할을 한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.001% 이상으로 B을 첨가할 필요가 있으나, 그 함량이 0.003%를 초과하게 되면 상기 효과가 포화되고 용접경화능이 크게 증가하여 용접이음부 내의 마르텐사이트 변태를 촉진시켜 용접 저온균열 발생 및 인성 저하를 초래하므로 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명의 서브머지드 아크 용접재료 중 와이어는 상술한 성분 조성 이외에 니오븀(Nb): 0.005~0.05%, 바나듐(V): 0.005~0.05%, 텅스텐(W): 0.01~0.05% 및 지르코늄(Zr): 0.01~0.05%의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 포함할 수 있다.

Nb, V, W 및 Zr으로 구성된 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상

니오븀(Nb), 바나듐(V), 텅스텐(W) 및 지르코늄(Zr)은 상온 강도를 증가시키는 원소들로서 본 발명에서 선택적으로 첨가되는 원소들이다. 이들 원소는 용접이음부 내에 탄소와 결합하여 탄화물(혹은 탄질화물)을 생성시키고, 이들 탄화물 또는 탄질화물의 형성에 의해 상온 인장강도가 향상되는 효과를 발휘한다.

상술한 효과를 얻기 위해서, Nb은 0.005% 이상, V은 0.005% 이상, W은 0.01% 이상, Zr은 0.01% 이상으로 첨가할 필요가 있으며, 다만 이들의 함량이 각각 0.05%를 초과하게 되면 경화능이 증가하여 용접이음부의 크랙 발생이 용이해지며, 충격인성을 저하시키는 원인으로 작용하게 되는 문제가 있다.

또한, 상기 와이어는 중량%로, 칼슘(Ca): 0.0005~0.005% 및 희토류 원소(REM): 0.001~0.05% 중 1종 또는 2종을 더 포함할 수 있다.

Ca 및 REM 중 1종 또는 2종

칼슘(Ca)와 희토류 원소(REM)는 본 발명에서 선택적으로 첨가되는 원소로서, 용접시 강력한 산화제로 작용할 뿐만 아니라, 아크 안정성을 향상시키는 원소이다. 또한, 이들은 용접이음부 내에 산화물로 생성되고, 고온에서 응고시 상기 형성된 산화물이 침상 페라이트에 대한 핵생성 사이트(site)로 작용하여 용접이음부의 인성을 향상시키는 역할을 한다.

상술한 효과를 얻기 위해서 Ca은 0.0005% 이상, REM은 0.001% 이상으로 포함하는 것이 바람직하지만, 그 함량이 각각 0.005%, 0.05%를 초과하게 되면 용접이음부에서 결함을 유발할 가능성이 높아지는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.

상술한 바와 같은 성분조성으로 이루어지는 와이어 내에 중량%로 SiO₂: 15~25%, Al₂O₃: 10~20%, MgO: 20~30%, CaF₂: 9~15%, CaO: 15~25%, TiO₂: 3~7%, B₂O₃: 1~3% 및 Na₂O: 1~3%를 포함하는 플럭스가 충진되는 것이 바람직하다.

SiO₂: 15~25%

SiO₂는 슬래그 형성제로서 슬래그의 점성 및 응고온도를 조정하여 비드 외관 및 형상, 슬래그의 박리성에 영향을 미치는 필수적인 성분이다. 이러한 SiO₂의 함량이 15% 미만이면 슬래그의 점성이 낮아짐에 따라 슬래그 유동성이 증가하여 비드의 균일성이 저하되고, 또한 비드 표면이 거칠어지는 단점이 있다. 반면, SiO₂의 함량이 25%를 초과하게 되면 슬래그의 점성이 너무 높아져 비드 폭이 불균일해지고, 비드 표면에 포크마크가 발생하거나 슬래그 박리성이 저하되는 문제가 발생함은 물론이고, 염기도가 낮아져 용접금속 중의 산소량 증가로 인한 충격인성의 저하를 야기할 수 있다.

Al₂O₃: 10~20%

Al₂O₃은 TiO₂ 및 MgO와 함께 슬래그의 응고온도와 점도를 높힘으로써 슬래그의 박리성을 향상시키며, 염기도를 변화시키지 않고 슬래그의 응고온도를 향상시키는 역할을 한다. 이러한 Al₂O₃의 함량이 10% 미만이면 슬래그 응고온도가 낮아져 슬래그 박리성이 나빠지고, 비드 외관이 좋지 않은 단점이 있다. 반면, Al₂O₃의 함량이 20%를 초과하게 되면 용접금속 내 슬래그 혼입을 일으켜 용접이음부의 결함 및 인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

MgO: 20~30%

MgO는 슬래그가 연소되어 융착되는 것을 방지하고, 적정 슬래그 점도를 유지하기 위핸 첨가되며, 용접금속 내 산소함량을 저감시키는데 유용한 성분이다. 이러한 MgO의 함량이 20% 미만이면 용접 비드의 표면에 슬래그가 융착되어 슬래그 박리성이 저하되며, 용접금속 중의 산소함량이 증가하여 충격인성이 저하되는 문제가 있다. 반면, 그 함량이 30%를 초과하게 되면 슬래그 용융온도가 너무 높아져 용접 비드 폭이 좁아지고, 비드 표면에 슬래그 박리가 어려워지므로 바람직하지 못하다.

CaF₂: 9~15%

CaF₂는 슬래그의 염기도를 향상시켜 용접금속 중의 산소량을 저감시킴으로써 용접이음부의 인성을 향상시키는 역할을 하며, 아크 안정성 및 슬래그 유동성을 조정하고 슬래그의 점도를 높여 비드 형상을 양호하게 하는 효과를 갖는 성분이다. 이러한 CaF₂의 함량이 9% 미만이면 상술한 효과를 충분히 얻을 수 없으며, 반면 그 함량이 15%를 초과하게 되면 아크 안정성이 저하되어 슬래그 혼입이 발생하기 쉬워지며, 슬래그의 융점이 과도하게 높아져 슬래그 박리성이 저하되는 문제가 있다.

CaO: 15~25%

CaO는 슬래그의 융점을 향상시켜 용융금속의 냉각속도를 조절함으로써 용접금속의 인성을 향상시키는 효과가 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 15% 이상으로 CaO를 첨가할 필요가 있으나, 그 함량이 25%를 초과하게 되면 슬래그 박리성이 나빠지는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.

TiO₂: 3~7%,

TiO₂는 슬래그 생성제(슬래그 형성제)로서 작용하며, 그 함량이 3% 미만이면 용접 비드 형상에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다. 반면, 그 함량이 7%를 초과하게 되면 용접금속 중의 산소량이 과다해져 편면 용접시 초층에서의 균열 및 충격인성 확보에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

B₂O₃: 1~3%

B₂O₃는 플럭스 내에 B 성분을 첨가하기 위해 첨가되며, 이러한 B₂O₃의 함량이 1% 미만이면 용접금속 내 적절함 B의 함량을 유지할 수 없어 용접이음부의 충격인성이 저하되는 문제가 있으며, 반면 3%를 초과하게 되면 용접금속 내 B 함량이 과다해져 용접이음부 충격인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

Na₂O: 1~3%

Na₂O는 점결제(binder, 바인더)로서 적정한 크기의 플럭스를 만드는데 이용된다. 이러한 Na₂O의 함량이 1% 미만이면 미세한 플러스 입자가 과도해져 용접금속 가스 결함이 발생하는 문제가 있으며, 반면 그 함량이 3%를 초과하게 되면 조대한 입자가 많이 형성되어 플럭스의 균일한 용융성을 확보할 수 없으므로 바람직하지 못하다.

한편, 상술한 조성으로서 플럭스를 구비하는 경우, (CaO+MgO+2CaF₂): 40~80%, (SiO₂+2Al₂O₃+5TiO₂): 50~100%, (CaO+MgO)/SiO₂: 1.9~2.5%를 만족하는 것이 바람직하다.

(CaO+MgO+2CaF₂): 53~80%

(CaO+MgO+2CaF₂)는 주로 용접이음부의 충격인성 확보에 중요한 역할을 하는 성분들의 관계로서, 특히 산화물은 용접작성에 영향을 미치는 성분이다. 이들의 성분관계 즉 (CaO+MgO+2CaF₂)의 값이 53% 미만이면 충격인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하고, 반면 80%를 초과하게 되면 용접작업성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

(SiO₂+2Al₂O₃+5TiO₂): 50~100%

(SiO₂+2Al₂O₃+5TiO₂)는 아크 안정성과 슬래그 점성을 조정하는데 유효한 성분들의 관계로서, 이들의 성분관계 즉 (SiO₂+2Al₂O₃+5TiO₂)의 값이 50% 미만이면 아크 안정성에 영향을 미치므로 바람직하지 못하고, 반면 100%를 초과하게 되면 슬래그 유동성에 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

(CaO+MgO)/SiO₂: 1.9~2.5

(CaO+MgO)/SiO₂는 용접작업성과 충격인성에 영향을 미치는 성분들의 관계로서, 그 값이 1.9 미만이면 용접금속의 산소량이 증가하여 용접이음부 충격인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하고, 그 값이 2.5를 초과하게 되면 슬래그 박리성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분조성을 갖는 용접 와이어와 플럭스를 준비한 후, 상기 플럭스를 상기 용접 와이어에 충진하여 서브머지드 아크 용접재료를 제조하였다. 상기 플럭스 성분조성간의 구성비를 하기 표 2에 나타내었다.

이후, 상기 각각의 용접재료를 이용하여 45~65kJ/cm의 용접입열량으로 SAW 용접을 실시하였으며, 이때 용접모재로서 인장강도 800MPa급 이상의 초고강도 구조용 강재를 이용하였다. 상기 강재로는 C, Si, Mn, Ni 등의 성분을 기본성분으로 함유하면서, 인장강도가 800MPa 이상으로서 구조용 소재로 적합하게 사용할 수 있는 강재라면 어떠한 강재라도 상기 SAW 용접에 적용할 수 있다.

상기 서브머지드 아크 용접 후 형성된 용접이음부의 기계적 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 이때, 상기 기계적 물성을 측정하기 위한 시험편은 각 용접이음부의 중앙부에서 채취하였으며, 인장시험편은 KS규격(KS B 0801) 4호 시험편을 이용하였으며, 인장시험은 크로스 헤드 스피드(cross head speed) 10mm/min에서 시험하였다. 그리고, 충격시험편은 KS(KS B 0809) 3호 시험편에 준하여 가공한 후 -20℃에서 샤르피충격시험을 통해 평가하였다.

또한, 각각의 형성된 용접이음부의 미세조직을 광학현미경으로 관찰하고, 조직 종류 및 분율에 대해서도 함께 나타내었다.

구분	와이어 성분조성(중량%)									플럭스 성분조성(중량%)
구분	C	Si	Mn	Ni	Mo	Cr	Cu	Ti	B*	SiO₂	Al₂O₃	MgO	CaF₂	CaO	TiO₂	B₂O₃	Na₂O
발명강1	0.07	0.34	1.6	2.8	0.45	0.4	0.1	0.02	23	17.2	17.2	23.4	10.4	19.2	3.1	1.0	3.5
발명강2	0.06	0.30	1.7	2.9	0.60	0.5	0.2	0.03	25	20.5	18.4	21.4	9	20.3	3.3	1.1	1.5
발명강3	0.08	0.35	1.5	3.0	0.55	0.55	0.3	0.04	20	19.8	14.6	20.5	12.2	18.5	4	1.3	3
발명강4	0.07	0.30	1.6	2.6	0.42	0.6	0.2	0.04	30	18.7	13.5	26.5	11.2	21	3.5	2.2	2.2
발명강5	0.06	0.40	1.9	2.8	0.50	0.4	0.1	0.04	18	20.2	19	28.7	10.5	19.3	4.6	2.5	1.3
비교강1	0.06	0.60	2.2	2.6	0.30	0.2	0.1	0.02	-	15	25.1	15.4	4.5	12.4	1.2	5	3.6
비교강2	0.05	0.20	2.0	1.7	0.20	0.6	0.2	0.04	5	16.4	30.1	12.3	3.7	11.2	9	8	8
비교강3	0.08	0.30	2.2	1.6	0.20	0.5	0.3	0.04	-	8.4	32.1	46	2.2	14.2	10.3	10.3	10.4
비교강4	0.06	0.35	2.3	1.2	0.90	0.3	0.3	0.05	32	12.3	28.5	20.4	1.4	15	8.5	7.4	10.5
비교강5	0.07	0.45	2.7	3.5	0.80	0.6	0.5	0.04	45	9	26.7	30.1	35	10.4	9	10.5	11.2

(상기 표 1에서 B*의 단위는 ppm을 의미한다.)

구분	플럭스 성분조성 관계(중량%)
구분	(CaO+MgO+2CaF₂)	(SiO₂+2Al₂O₃+5TiO₂)	(CaO+MgO)/SiO₂
발명강 1	63.4	67.1	2.5
발명강 2	59.7	73.8	2.0
발명강 3	63.4	69	2.0
발명강 4	69.9	63.2	2.5
발명강 5	69	81.2	2.4
비교강 1	36.8	71.2	1.9
비교강 2	30.9	121.6	1.4
비교강 3	64.6	124.1	7.2
비교강 4	38.2	111.8	2.9
비교강 5	110.5	107.4	4.5

구분	용접입열량 (kJ/cm)	용접이음부 미세조직		용접이음부 기계적 성질
구분	용접입열량 (kJ/cm)	AF	B+M	인장강도(MPa)	vE_-20℃(J)
발명강 1	50	40	60	923	85
발명강 2	65	45	55	934	72
발명강 3	55	37	63	915	85
발명강 4	50	35	65	920	75
발명강 5	60	30	70	909	82
비교강 1	50	18	82	843	33
비교강 2	55	15	85	823	28
비교강 3	50	20	80	763	48
비교강 4	50	10	90	953	16
비교강 5	45	5	95	982	15

(상기 표 3에서 'AF'는 침상 페라이트, 'B'는 베이나이트, 'M'은 마르텐사이트를 의미한다.)

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접재료를 이용하여 서브머지드 아크 용접을 실시하는 경우(발명강 1 내지 5), 약 50kJ/cm의 용접입열량에도 900MPa 이상의 고강도 물성을 가지면서, 동시에 충격인성의 확보가 가능하였다. 특히, 본 발명에 따른 용접으로부터 형성된 용접이음부의 미세조직 중 침상 페라이트의 분율을 30면적% 이상으로 확보함으로써 충분한 충격인성의 확보가 가능하였다.

반면, 와이어 및/또는 플럭스의 성분조성이 본 발명에서 제안하는 바를 만족하지 아니한 용접재료를 이용하여 서브머지드 아크 용접을 행한 경우(비교강 1 내지 5)에는 강도 및 충격인성 중 하나 이상의 물성이 열위하였으며, 특히 용접이음부의 미세조직 중 침상 페라이트의 분율이 충분히 형성되지 못함에 따라 모든 경우에서 충격인성이 열위한 것을 확인할 수 있다.

Claims

서브머지드 아크 용접재료로서, 서브머지드 아크 용접용 와이어와 상기 와이어에 충진되는 플럭스로 이루어지고,
상기 와이어는 와이어 전체 중량을 기준으로, 탄소(C): 0.03~0.12%, 실리콘(Si): 0.3~1.0%, 망간(Mn): 1.5~3.0%, 니켈(Ni): 2.0~3.5%, 몰리브덴(Mo): 0.4~1.0%, 크롬(Cr): 0.4~1.0%, 구리(Cu): 0.1~0.5%, 티타늄(Ti): 0.01~0.04%, 보론(B): 0.001~0.003%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 플럭스는 중량%로 SiO₂: 15~25%, Al₂O₃: 10~20%, MgO: 20~30%, CaF₂: 9~15%, CaO: 15~25%, TiO₂: 3~7%, B₂O₃: 1~3% 및 Na₂O: 1~3%를 포함하는 것인, 서브머지드 아크 용접재료.
제 1항에 있어서,
상기 플럭스는 40% < (CaO+MgO+2CaF₂) < 80%, 50% < (SiO₂+2Al₂O₃+5TiO₂) < 100%, 1.9 < (CaO+MgO)/SiO₂ < 2.5를 만족하는 것인, 서브머지드 아크 용접재료.
제 1항에 있어서,
상기 와이어는 중량%로, 니오븀(Nb): 0.005~0.05%, 바나듐(V): 0.005~0.05%, 텅스텐(W): 0.01~0.05% 및 지르코늄(Zr): 0.01~0.05%의 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는 것인, 서브머지드 아크 용접재료.
제 1항에 있어서,
상기 와이어는 중량%로, 칼슘(Ca): 0.0005~0.005% 및 희토류 원소(REM): 0.001~0.05% 중 1종 또는 2종을 더 포함하는 것인, 서브머지드 아크 용접재료.
제 1항에 있어서,
상기 용접재료를 이용한 용접이음부의 인장강도는 900MPa 이상이고, -20℃에서의 충격인성이 70J 이상인 것인, 서브머지드 아크 용접재료.