KR101621479B1

KR101621479B1 - 가스실드 육성 용접용 플럭스 충전 와이어

Info

Publication number: KR101621479B1
Application number: KR1020140125695A
Authority: KR
Inventors: 김재중; 전봉석; 정석진
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2016-05-16
Also published as: KR20160034585A

Abstract

본 발명은 광산, 제철, 기타 산업용 기계에 사용되는 굴착기, 분쇄기 및 롤러 등의 육성 용접으로 재생하는 용접재료에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 용접성과 내마모성을 나타내는 가스실드 육성 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

Description

가스실드 육성 용접용 플럭스 충전 와이어 {GAS-SHIELDED FLUX CORED WIRE FOR HARD-FACING}

산업용 분쇄기나 롤러 등과 같이 극심한 마모현상이 일어나는 산업기계에는 육성 용접을 통한 재생사용이 널리 이용되고 있으며, 이러한 육성 용접을 위한 용접재료로서 플럭스 충전 와이어가 주로 이용된다.

한편, 플럭스 충전 와이어를 이용하여 육성 용접을 행하는 경우에 있어서, 양호한 용접성을 부여하기 위해서는 슬래그 형성제 및 아크 안정제의 사용이 불가피하며, 이는 용접 표면에 다량의 슬래그가 형성되어 용착효율(용착량) 및 작업효율(슬래그 제거 작업)이 저하되는 문제를 야기한다.

또한, 고경도 및 내마모성이 요구되는 육성 용접재의 경우 일반적으로 20중량% 이상의 Cr과 W, V, Nb와 같은 고가의 다양한 합금분말을 첨가하여 제조하므로, 제조비용 측면에서 가격경쟁력을 잃어가고 있는 실정이다 (특허문헌 1 참조).

이에, 생산비용은 절감시키면서, 슬래그가 없는 논-슬래그(non-slag) 타입의 용접재료를 사용하여 용접성 및 기계적 특성(내마모성, 경도 등)을 향상시킬 수 있는 육성 용접용 플럭스 충전 와이어의 개발이 요구된다.

대한민국 공개특허 제10-2004-0083407호

본 발명의 일 측면은, 합금분말의 함량을 최소화하여 가격경쟁력을 확보하고, 논-슬래그(non-slag) 타입으로 조성물을 설계함으로써 용접성뿐만 아니라 기계적 물성(내마모성, 경도 등)이 우수한 가스실드 육성 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 강재 외피에 플럭스가 충전된 플럭스 충전 와이어에 있어서,

와이어 전 중량에 대한 중량%로, 탄소(C): 0.3~0.7%, 실리콘(Si): 0.3~1.0%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 크롬(Cr): 4.0~8.0%, 몰리브덴(Mo): 0.3~1.0%, 1% ≤ LiF+Na₂CO₃ ≤ 2%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 가스실드 육성 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공한다.

본 발명의 가스실드 육성 용접용 플럭스 충전 와이어는 그 합금성분과 아크 안정제의 함량을 최소한으로 제어함에 따라, 육성 용접시 양호한 용접성을 나타내면서 우수한 내마모성 및 경도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 논-슬래그(non-slag) 타입으로서 저비용으로 육성 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 강재 외피에 플럭스가 충전된 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로서, 와이어 전 중량에 대하여 다음과 같은 조성을 포함하는 것이 바람직하다. 이하에서는 특별한 언급이 없는 한, 각 조성의 함량은 중량%를 의미한다.

C: 0.3~0.7%

탄소(C)는 크롬(Cr)과 결합하여 크롬 카바이드를 형성하여 강도 및 경도를 향상시키는 역할을 하는 성분이다. 이러한 C의 함량이 0.3% 미만이면 크롬 카바이드의 형성이 불충분하여 경도가 확보되지 못하는 문제가 있으며, 반면 0.7%를 초과하는 경우에는 과다한 탄화물이 형성되어 내균열성이 저하되고, 스패터의 발생이 증가하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 C의 함량을 0.3~0.7%로 제한함이 바람직하다.

Si: 0.3~1.0%

실리콘(Si)은 탈산작용 및 작업성(퍼짐성)을 향상시키는 성분으로서, 그 함량이 0.3% 미만인 경우에는 탈산력이 부족하여 비드 퍼짐성이 저하되는 문제가 있으며, 반면 그 함량이 1.0%를 초과하게 되면 조직이 취화되어 균열감수성이 증가되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 Si의 함량을 0.3~1.0%로 제한함이 바람직하다.

Mn: 1.0~2.0%

망간(Mn)은 슬래그 유동성을 개선하여 비드 형상을 개선시키며, 용접부의 적정 강도와 인성을 유지시키는 역할을 하는 성분이다. 상술한 효과를 얻기 위해서는 1.0% 이상으로 Mn을 함유할 필요가 있으며, 다만 그 함량이 2.0%를 초과하게 되면 급격한 인성저하를 초래할 수 있으므로 바람직하지 못하다.

따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량을 1.0~2.0%로 제한함이 바람직하다.

Cr: 4.0~8.0%

크롬(Cr)은 탄소(C)와 결합하여 탄화물을 형성시킴으로써 경도를 향상시키는 역할을 하는 원소이다. 이러한 Cr의 함량이 4.0% 미만이면 탄화물의 형성이 부족하여 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 반면 그 함량이 8.0%를 초과하게 되면 과도한 탄화물의 형성으로 인하여 내균열성이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 Cr의 함량을 4.0~8.0%로 제한함이 바람직하다.

Mo: 0.3~1.0%

몰리브덴(Mo)은 탄소(C)와 결합하여 탄화물을 형성하는 성분으로서, 내마모성 및 경도 향상에 유리한 역할을 하는 성분이다. 이러한 Mo의 함량이 0.3% 미만이면 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 반면 1.0%를 초과하게 되면 경도가 과도하게 증가하게 되어 내균열성의 저하를 초래하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 Mo의 함량을 0.3~1.0%로 제한함이 바람직하다.

LiF+Na₂CO₃: 1.0~2.0%

LiF 및 Na₂CO₃는 함께 첨가됨으로써 용탕의 유동 및 점성을 조정하여 비드외관 및 아크성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 LiF와 Na₂CO₃의 함량 합이 1.0% 미만이면 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 반면 함량 합이 2.0%를 초과하게 되면 스패터 및 다량의 슬래그가 발생하여 용접성이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서는 LiF 및 Na₂CO₃의 함량 합을 1.0~2.0%로 제한함이 바람직하다.

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

한편, 본 발명의 와이어는 상술한 성분들 중 C, Cr 및 Mo의 관계가 하기 식(1)을 만족함이 바람직하다.

식(1)

상기 C, Cr 및 Mo은 탄화물을 형성하는 성분들로서, 이들의 관계가 상기 식(1)을 만족하지 못할 경우 용접부 내 탄화물 형성이 불충분하게 되어 목표로 하는 내마모성 및 경도를 우수하게 확보하지 못하게 되는 문제가 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

하기 표 1에 나타낸 강재 외피에 하기 표 2의 화학조성을 갖는 플럭스를 충전하여 와이어 선경이 1.6mm인 플럭스 충전 와이어를 준비하였다.

상기의 플럭스 충전 와이어를 이용하여 하기 표 3의 용접조건으로 다층용접을 실시한 다음, 용접 작업성 및 경도를 평가하였다. 또한, 용접금속의 마모성을 평가하기 위하여 하기 표 4에 나타낸 내마모 시험을 진행하고, 평가 결과들을 표 5에 나타내었다.

금속외피	금속외피 화학성분 (중량%)
금속외피	C	Si	Mn	P	S	Fe
연강재	0.02	0.004	0.2	0.010	0.010	나머지

구분	플럭스 충전 와이어 조성 (중량%)
구분	C	Si	Mn	Cr	Mo	LiF+Na₂CO₃
발명예 1	0.53	0.3	1.5	6.5	0.4	2.0	3.6
발명예 2	0.45	0.5	1.3	7.0	0.5	1.5	4.1
발명예 3	0.35	0.5	1.8	4.8	0.6	1.6	3.9
발명예 4	0.61	0.8	1.5	6.0	0.3	1.8	3.2
발명예 5	0.38	0.4	1.3	5.8	0.7	2.0	4.1
발명예 6	0.70	0.3	1.6	6.0	0.5	1.5	3.0
발명예 7	0.48	0.9	1.9	5.0	0.3	1.5	3.3
발명예 8	0.65	0.5	1.1	7.8	0.9	2.0	3.6
비교예 1	0.25	0.5	1.6	6.5	0.3	1.6	5.2
비교예 2	0.23	0.7	1.8	7.1	0.5	1.4	5.7
비교예 3	0.58	0.5	1.2	3.2	0.3	1.3	2.4
비교예 4	0.48	0.7	1.5	3.6	0.3	1.7	2.8
비교예 5	0.60	0.6	1.4	5.8	0.2	1.8	3.2
비교예 6	0.32	0.5	1.3	7.3	0.1	1.6	4.8
비교예 7	0.43	0.2	1.5	6.4	0.3	1.8	3.9
비교예 8	0.58	0.1	1.7	8.0	0.4	1.5	3.8
비교예 9	0.44	1.4	0.5	6.8	0.5	1.3	4.1
비교예 10	0.63	0.5	0.8	7.3	0.6	1.5	3.5
비교예 11	0.52	0.6	2.2	6.5	0.4	2.5	3.6
비교예 12	0.55	0.5	1.3	5.9	0.5	0.5	3.4

구 분	용접 조건
시험모재	SS400
시험모재 치수	두께 15mm, 길이 150mm
용접자세	BOP(Bead On Plate)
용접기법	Auto Carrige 전진법
용접전휴 및 전압	300A, 32V
용접 속도	50CPM
보호가스 및 유량	80%Ar+20%CO₂, 20 L/min
층수 및 패스(pass) 수	4층, 16패스

구 분	내마모 시험 조건
측정방법	Taber Abrasion Tester (Model: 5151)
시험하중	1,000g
연마석	H-10
회전수	8,000회
시험 온도 및 습도	20±2℃, 53±3%RH

구분	용접 작업성				경도 (HRc)	내마모성 (무게감량, mg)
구분	아크안정성	비드외관	스패터 발생	슬래그 발생	경도 (HRc)	내마모성 (무게감량, mg)
발명예 1	◎	◎	◎	○	60	1793
발명예 2	◎	○	◎	◎	59	1882
발명예 3	○	○	◎	◎	60	1810
발명예 4	◎	○	○	◎	63	1695
발명예 5	○	○	◎	○	61	1706
발명예 6	○	◎	○	◎	63	1655
발명예 7	◎	◎	○	◎	58	1911
발명예 8	◎	○	○	○	64	1619
비교예 1	○	△	○	○	52	2016
비교예 2	○	△	○	○	50	2120
비교예 3	×	△	×	△	53	2084
비교예 4	△	△	×	△	52	2079
비교예 5	△	△	×	△	58	2101
비교예 6	△	△	△	△	55	2163
비교예 7	×	×	△	△	57	1935
비교예 8	△	×	×	△	58	1977
비교예 9	△	×	△	○	60	1878
비교예 10	△	×	×	×	61	1815
비교예 11	×	×	×	×	58	1920
비교예 12	×	×	×	○	60	1880

(상기 표 5에서 용접금속의 경도는 55~65HRc, 내마모시험에서의 무게감량은 2000mg이하면 양호한 것으로 판단하였으며, 용접 작업성은 관능평가를 통해 매우양호(◎), 양호(○), 보통(△), 불량(×)으로 평가하였다.)

상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 성분조성 및 성분비를 만족하는 가스실드 육성 용접용 플러스 충전 와이어를 이용하여 용접을 행한 발명예 1 내지 8의 경우, 모든 작업성에서 양호한 용접성을 나타내었으며, 경도 및 내마모성도 우수한 것을 확인할 수 있다.

반면, 본 발명의 플럭스 충전 와이어 조성을 만족하지 못하는 비교예 1 내지 12의 경우에는 용접성 및 기계적 물성이 확보되지 못함을 확인할 수 있다.

특히, 비교예 1 및 2의 경우에는 C의 함량이 불충분하고, 비교예 3 및 4는 Cr의 함량이 불충분함에 따라 경도 및 내마모성이 저하되는 문제가 발생하였다.

비교예 5 및 6의 경우에는 경도는 양호한 반면, Mo의 함량이 불충분함에 따라 내마모성이 현저히 저하되고, 용접성도 우수하지 못하였다.

비교예 7 및 8의 경우에는 Si의 함량이 불충분함에 따라 형성된 비드 양쪽 끝단부가 말리는 현상이 발생하여 용접성이 열위하였으며, 비교예 9의 경우에도 Si의 함량이 과다하여 용접성이 열위하였다.

또한, 비교예 9 및 10은 Mn의 함량이 불충분함에 따라 비드가 불균일하게 형성되어 용접성이 열위하였다.

비교예 11 및 12의 경우에는 아크 안정제(LiF+Na₂CO₃)의 함량이 각각 과다하거나 불충분함에 따라 스패터 발생 및 아크 안정성이 크게 저하되었다.

Claims

강재 외피에 플럭스가 충전된 플럭스 충전 와이어에 있어서,
와이어 전 중량에 대한 중량%로, 탄소(C): 0.3~0.7%, 실리콘(Si): 0.3~1.0%, 망간(Mn): 1.0~2.0%, 크롬(Cr): 4.0~8.0%, 몰리브덴(Mo): 0.3~1.0%, 1.0% ≤ LiF+Na₂CO₃ ≤ 2.0%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 가스실드 육성 용접용 플럭스 충전 와이어.
제 1항에 있어서,
상기 와이어는 상기 C, Cr 및 Mo의 관계가 하기 식(1)을 만족하는 것인 가스실드 육성 용접용 플럭스 충전 와이어.

식(1)
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 와이어는 육성 용접시 55~65HRc의 경도를 갖고, 내마모성이 우수한 용접금속을 형성하는 것인 가스실드 육성 용접용 플럭스 충전 와이어.