KR101657837B1

KR101657837B1 - 무도장 고내식 서브머지드 아크 용접재료

Info

Publication number: KR101657837B1
Application number: KR1020140189138A
Authority: KR
Inventors: 이상철; 이봉근; 한일욱; 김정길
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-09-20
Also published as: KR20160078854A

Abstract

본 발명의 일 측면은 중량%로, 탄소(C): 0.02~0.14 %, 실리콘(Si): 0.5~0.7 %, 망간(Mn): 3.2~15 %, 인(P) : 0.02 % 이하(0 % 제외), 황(S): 0.007 % 이하(0 % 제외), 크롬(Cr): 21~32 %, 니켈(Ni): 10 % 이하(0 % 제외), 구리(Cu): 0.2~0.45 %, 마그네슘(Mg): 0.45~0.55 %, 플루오르화 칼슘(CaF₂): 0.1~1.0 %, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 서브머지드 아크 용접재료를 제공한다.

Description

무도장 고내식 서브머지드 아크 용접재료{NON-PAINTING AND HIGH-CORROSION-RESISTANT SUBMERGED ARC WELDING MATERIALS}

본 발명은 서브머지드 아크 용접(submerged arc welding, SAW)시 사용되는 서브머지드 아크 용접재료에 관한 것이다.

고내식 합금 도금강판은 구조물 제작후 내식을 위한 도장 작업이 필요없는 무도장 사용을 목적으로 개발되었다. 하지만 고내식 합금 도금 강판을 용접할 때, 용접부 내의 도금부의 손실이 생기며 이로 인해 내식성 저하가 발생하였다.

이러한 내식성 저하 문제를 해결하기 위해서는 용접부만 따로 부분 도장을 진행하여 구조물을 제작하여야 하는 공정상의 문제가 있었다.

본 발명은 고내식 합금 도금강판의 용접부 무도장을 실현하는 서브머지드 아크 용접재료를 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 중량%로, 탄소(C): 0.02~0.14 %, 실리콘(Si): 0.5~0.7 %, 망간(Mn): 4.5~15 %, 인(P) : 0.02 % 이하(0 % 제외), 황(S): 0.007 % 이하(0 % 제외), 크롬(Cr): 21~32 %, 니켈(Ni): 10 % 이하(0 % 제외), 구리(Cu): 0.2~0.45 %, 마그네슘(Mg): 0.45~0.55 %, 플루오르화 칼슘(CaF₂): 0.1~1.0 %, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 서브머지드 아크 용접재료를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 용접재료를 이용하여 제조된 용접이음부의 페라이트 분율은 55 % 이상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 용접재료를 이용하여 제조된 용접이음부는 pH 0.75, 10% 염화나트륨(NaCl) 수용액에 168 시간 동안 상기 용접이음부를 침지한 후 상기 용접이음부 표면의 평균단차가 30 ㎛ 이하일 수 있다.

덧붙여, 상기한 과제의 해결 수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점 및 효과는 하기의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면, 고내식 합금 도금 강판을 용접할 때, 용접부 내의 도금부에 액체 취화 현상이 발생하여 내식성을 저하하는 현상을 방지할 수 있는 서브머지드 아크 용접재료를 제공할 수 있다.

고내식 합금 도금 강판은 구조물 제작 후 내식을 위한 별도의 도장 작업이 필요없는 무도장 사용을 목적으로 개발된 것으로서, 구체적으로, 용융 아연 도금 강판이 많이 사용된다.

용융 아연 도금 강판은 비교적 저렴하면서 뛰어난 희생 방식(sacrificial corrosion protection) 작용을 하는 것으로서, 아연 도금을 수행한 후 원하는 모양의 강관으로 조관하는 연속 공정으로 제조할 수 있다.

그러나, 이와 같이 아연 도금한 후 일련의 공정으로 강관을 조관하는 공정은 용접 작업을 수행하여야 하며, 이로 인한 용접부가 존재할 수 있다. 용접시 열에 의하여 액상 아연이 발생하는 현상, 즉, 아연 취화가 발생할 수 있는데, 상기 액상 아연이 용접부 내로 침투한 후 냉각 과정에서 용접 금속의 결정립계에 침입해 분열을 만들 수 있다. 따라서, 이러한 용접부의 내식성 저하 문제를 해결하기 위하여 용접부에 대한 별도의 부분 도장이 필요 없는 조성을 갖는 서브머지드 아크 용접재료가 요구된다.

본 발명자들은 서브머지드 아크 용접재료의 합금 재료 중 고가의 니켈 함량을 줄이면서도 서브머지드 아크 용접된 용접이음부의 내식성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명의 일 측면인 서브머지드 아크 용접재료의 합금 조성에 대하여 상세히 설명한다.

탄소(C): 0.02~0.14 중량%,

탄소는 용접이음부의 강도 향상을 필요한 원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 탄소의 함량이 0.02 중량% 이상 포함될 수 있다. 반면, 상기 탄소의 함량이 0.14 중량%를 초과하는 경우에는 용접시 용접이음부에 저온 균열이 발생하기 쉽고, 용접이음부의 충격인성이 크게 저하되는 문제가 있을 수 있다. 따라서, 상기 탄소의 함량은 0.02~0.14 중량%로 제한할 수 있다.

실리콘(Si): 0.5~0.7 중량%

실리콘은 용접이음부의 내식성 및 강도 향상을 위해 첨가되는 원소로서, 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 실리콘의 함량이 0.5 중량% 이상 포함될 수 있다. 반면, 상기 실리콘 함량이 0.7 중량%를 초과할 경우, 용접이음부 내 조대한 산화물을 형성하여 용접이음부의 충격 인성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 따라서, 상기 실리콘의 함량은 0.6~0.7 중량%로 제한할 수 있다.

망간(Mn): 3.2~15.0 중량%

망간은 용접이음부의 강도 향상을 위해 첨가되는 원소로서, 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 망간의 함량이 4.5 중량% 이상 포함될 수 있다. 반면, 상기 망간의 함량이 15.0 중량%를 초과하는 경우, 용접이음부 내 조대한 산화물을 형성하여 용접이음부의 충격 인성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 따라서, 상기 망간의 함량은 4.5~15.0 중량%로 제한할 수 있다.

크롬(Cr): 21.0-32.0 중량%

크롬은 페라이트 안정화 원소로서 강력한 내산화방지 원소로 외부의 산화분위기에 대응하는 대산화도를 높일 수 있다. 페라이트의 분율과 내식성을 확보하기 위하여 크롬은 21.0~32.0 중량%로 한정할 수 있다.

니켈(Ni): 10 중량% 이하

니켈은 용접이음부 자체의 내식성을 향상시키기 위하여 첨가하는 원소로, 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 니켈의 함량이 10 중량% 이하로 포함될 수 있다. 이때, 니켈은 첨가가 전혀 없어서는 안되며 최소한의 양 이상의 첨가가 있어야 하나, 고가의 원소이므로 상대적으로 적게 첨가할 수 있다.

인(P): 0.02 중량% 이하

상기 인의 함량이 0.02 중량%를 초과하는 경우, 취성을 유발할 우려가 있을 뿐만 아니라, 충격 인성이 급격히 저하되는 문제가 있을 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 인의 함량은 0.02 중량% 이하로 제어할 수 있다. 이때, 인은 전혀 없어서는 안되며 최소한의 양 이상을 첨가하여야 한다.

황(S): 0.007 중량% 이하

황은 용접시 고온 균열(crack)을 조장하는 불순 원소이기 때문에 가능한 낮게 관리할 수 있다. 특히, 그 함량이 0.007 중량%를 초과하는 경우에는 황화철(FeS) 등의 저융점 화합물을 형성시켜 고온 균열(crack)을 유발시킬 수 있다. 이때, 황은 전혀 없어서는 안되며 최소한의 양 이상을 첨가하여야 한다.

구리(Cu): 0.2~0.45 중량%

구리는 용접이음부의 내식성 및 강도 향상을 위해 첨가될 수 있다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 구리의 함량이 0.2 중량% 이상 포함될 수 있다. 반면, 상기 구리의 함량이 0.45 중량%를 초과할 경우 경제적으로 불리하므로, 본 발명에서는 상기 구리의 함량을 0.45 중량% 이하로 제어할 수 있다.

마그네슘(Mg): 0.45~0.55 중량%

마그네슘은 강력한 산화성 원소로써, 용접 이음부 내의 청정도를 향상시키기 위해 첨가될 수 있다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 마그네슘 함량이 0.45 중량% 이상 포함될 수 있다. 반면, 0.55 중량%를 초과할 경우, 용접 작업성이 저하되고 산화물이 잔류하여 충격 인성이 저하될 수 있다.

플루오르화 칼슘(CaF2): 0.1~1 중량%

플루오르화 칼슘은 아크 안정제로서 용접 작업성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 플루오르화 칼슘의 함량이 0.1 중량% 이상 포함될 수 있다. 반면, 상기 플루오르화 칼슘의 함량이 1 중량%를 초과할 경우 용접부 내 기공 등 결함 발생의 우려가 있으므로, 본 발명에서는 상기 플루오르화 칼슘의 함량을 1 중량% 이하로 제어할 수 있다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

본 발명에 따른 용접재료로부터 제조된 용접이음부의 페라이트 분율은 55 % 이상일 수 있다. 따라서, 상기 용접이음부는 냉각 후 페라이트 단상으로 응고되어 이후 변태시 오스테나이트 창출에 의한 불선명 결정립을 형성하여 아연의 침입을 방지할 수 있다. 액상 아연의 침입이 방지되므로 별도의 도장이 없더라도 용접이음부의 내식성이 저하되지 않는다.

본 발명에 따른 용접재료로부터 제조된 용접이음부는 pH 0.75, 온도 30℃인 10% 염화나트륨(NaCl) 수용액에 168시간 동안 침지된 후 표면의 평균단차를 측정하였을 때 30 ㎛ 이하일 수 있다. 상기 표면의 평균단차가 30 ㎛을 초과할 때 용접이음부가 부식되어 박리 현상이 나타난 것이라고 할 수 있다.

또한, 본 발명을 통해 개발된 서브머지드 아크 용접용 재료는 구조물 제작시 아래 보기용 또는 수평용 접시에 적용할 수 있다. 서브머지드 아크 용접은 플럭스코어드 아크 용접보다 상대적으로 입열량이 높으며, 이를 통해 동일 구조물이라 할지라도 상대적으로 높은 작업 능률을 얻을 수 있다.

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 1의 조성을 갖는 용접재료를 준비하였다. 각각의 용접재료를 사용하여 용융 아연 도금 강판에 서브머지드 아크 용접을 실시하였다.

	용접재료 합금조성 (중량%)
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mg	Cu	CaF₂
실시예 1	0.025	0.51	3.4	0.02	0.002	32	5.8	0.5	0.44	1
실시예 2	0.108	0.68	7.3	0.01	0.002	28	4.3	0.5	0.29	1
실시예 3	0.051	0.64	11.2	0.01	0.002	31	2.8	0.5	0.33	1
비교예 1	0.02	0.25	2.8	0.02	0.002	21	5.3	0.5	0.21	1
비교예 2	0.135	0.54	14	0.02	0.002	23	1.2	0.5	0.33	0
비교예 3	0.12	0.94	18	0.02	0.002	31	2.4	0.5	0.41	1

상기 표 1에서, 본 발명이 제안하는 합금 조성을 만족하는 실시예 1 내지 3의 용접재료를 사용하여 제조된 용접이음부는 페라이트 분율이 55 % 이상이고, pH 0.75, 온도 30℃인 10% 염화나트륨(NaCl) 수용액에 168시간 동안 침지된 후 표면의 평균단차를 측정하였을 때 30 ㎛ 이하의 값을 나타내어 우수한 내식성을 가짐을 확인할 수 있었다.

반면, 본 발명이 제안하는 합금 조성을 만족하지 않는 비교예 1 내지 3의 용접재료를 사용하여 제조된 용접이음부는 내식성이 열위하게 나타남을 확인할 수 있었다.

Claims

중량%로, 탄소(C): 0.02~0.14 %, 실리콘(Si): 0.5~0.7 %, 망간(Mn): 3.2~15 %, 인(P) : 0.02 % 이하(0 % 제외), 황(S): 0.007 % 이하(0 % 제외), 크롬(Cr): 21~32 %, 니켈(Ni): 10 % 이하(0 % 제외), 구리(Cu): 0.2~0.45 %, 마그네슘(Mg): 0.45~0.55 %, 플루오르화 칼슘(CaF₂): 0.1~1.0 %, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 서브머지드 아크 용접재료.
제1 항에 있어서,
상기 용접재료를 이용하여 제조된 고내식 합금 도금 강판의 용접이음부의 페라이트 분율은 55 % 이상인 서브머지드 아크 용접재료.
제1 항에 있어서,
상기 용접재료를 이용하여 제조된 고내식 합금 도금 강판의 용접이음부는 pH 0.75, 10% 염화나트륨(NaCl) 수용액에 168 시간 동안 상기 용접이음부를 침지한 후 상기 용접이음부 표면의 평균단차가 30 ㎛ 이하인 서브머지드 아크 용접재료.