KR101657839B1

KR101657839B1 - 무도장 고내식 플럭스 코어드 아크 용접재료

Info

Publication number: KR101657839B1
Application number: KR1020140189140A
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: KR20160078856A

Abstract

본 발명의 일 측면은 중량 %로, 탄소(C): 0.025~0.15 %, 실리콘(Si): 0.2~1.5 %, 망간(Mn): 3.5~14 %, 인(P): 0.02 % 이하(0 % 제외), 황(S): 0.007 % 이하(0 % 제외), 크롬(Cr): 22~33 %, 니켈(Ni): 10 % 이하(0 % 제외), 질소(N): 0.001~0.3 %, 붕소(B): 0.01 % 이하(0 % 제외), 이산화 티타늄(TiO₂): 4~9 %, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 플럭스 코어드 아크 용접재료를 제공한다.

Description

무도장 고내식 플럭스 코어드 아크 용접재료{NON-PAINTING AND HIGH-CORROSION- RESISTANT FLUX CORED WELDING MATERIALS}

본 발명은 플럭스 코어드 아크 용접(flux cored arc welding, FCAW)시 사용되는 플럭스 코어드 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 플럭스 코어드 아크 용접재료를 제공하고자 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 중량 %로, 탄소(C): 0.025~0.15 %, 실리콘(Si): 0.2~1.5 %, 망간(Mn): 3.5~14 %, 인(P): 0.02 % 이하(0 % 제외), 황(S): 0.007 % 이하(0 % 제외), 크롬(Cr): 22~33 %, 니켈(Ni): 10 % 이하(0 % 제외), 질소(N): 0.001~0.3 %, 붕소(B): 0.01 % 이하(0 % 제외), 이산화 티타늄(TiO₂): 4~9 %, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 플럭스 코어드 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 168시간 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 플럭스 코어드 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 플럭스 코어드 아크 용접재료가 요구된다.

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

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

탄소(C): 0.025 ~ 0.15 중량%

탄소는 용접이음부의 강도를 향상시킬 수 있다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 탄소의 함량이 0.025 중량% 이상 포함될 수 있다. 반면, 0.14 중량%를 초과할 경우, 인성을 저하시키고 조대한 탄화물을 석출하여 내식성에 악영향을 미칠 수 있다.

실리콘(Si): 0.2~1.5 중량%

실리콘은 내식성 및 강도 향상을 위해 첨가되는 원소이며, 실리콘의 함량이 0.2 중량% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 반면, 1.4 중량%를 초과할 경우, 조대한 산화물을 형성하여 내식성과 인성저하를 유발할 수 있다.

망간(Mn): 3.5~14.0 중량%

망간은 용접이음부의 강도 향상을 위해 첨가되는 원소로써, 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위해서는 상기 망간의 함량이 3.5 중량% 이상 포함될 수 있다. 반면, 상기 망간의 함량이 14.0 중량%를 초과하는 경우, 용접이음부 내 조대한 산화물을 형성하여 용접이음부의 충격 인성이 저하될 수 있다. 따라서, 망간의 함량은 3.5~14.0 중량%로 한정할 수 있다.

크롬(Cr): 22.0~33.0 중량%

크롬은 페라이트 안정화 원소로서 강력한 내산화방지 원소로 외부의 산화분위기에 대응하는 대산화도를 높일 수 있다. 페라이트의 분율과 내식성을 확보하기 위하여 크롬의 함량을 22.0~33.0 중량%로 한정할 수 있다.

니켈(Ni): 10 중량% 이하

니켈은 용접이음부 자체의 내식성을 향상시킬 수 있다. 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.

질소(N): 0.001~0.3 중량%

질소는 첨가시 내식성을 향상시킴과 동시에 오스테나이트를 안정화시키는 성분으로서, 탄소와 거의 유사한 물성을 가져오는 원소이다. 따라서, 상기 질소 성분은 탄소의 성분을 그대로 대체할 수 있으며, 그 효과는 소량을 첨가하는 경우에도 나타날 수 있다. 그러나, 그 함량이 0.3 중량%를 초과하는 경우 충격 인성의 저하가 크게 나타날 수 있으므로 그 함량을 0.001~0.3 중량%로 제한할 수 있다.

붕소(B): 0.01 중량% 이하

붕소는 용접이음부 내 결정립계에 편석이 되는 특성을 나타낼 수 있다. 편석된 붕소는 결정립계의 강도를 향상시키는 효과를 나타낼 수 있다. 붕소의 함량은 0.001 중량%만 첨가되어도 충분한 효과를 나타낼 수 있다. 그러나, 그 함량이 0.01 중량%를 초과하면 용접이음부 내의 강도 향상 효과는 크지만 저온 인성의 저하가 발생할 수 있다. 따라서 붕소의 함량은 0.01 중량% 이하로 할 수 있다. 이때, 붕소는 전혀 없어서는 안되며 최소한의 양 이상을 첨가하여야 한다.

이산화 티타늄(TiO₂): 4~9 중량%

이산화 티타늄은 용접작업 시 작업성(아크안정, 스패터제어 등)과 용융금속의 유동성의 최적화를 위하여, 최적의 점성을 유지할 수 있는 범위인 4~9 중량%로 투입할 수 있다.

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.

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 플럭스 코어드 아크 용접을 실시하였다.

	용접재료 합금조성 (중량%)
	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	B	N
실시예 1	0.038	0.5	4.84	0.02	0.002	32.8	7.9	0.01	0.26
실시예 2	0.127	1.46	8.59	0.01	0.002	28.4	3.1	0.005	0.11
실시예 3	0.065	1.46	13.8	0.01	0.002	25.1	2.1	0.006	0.05
비교예 1	0.015	0.21	3.9	0.02	0.002	21	5.3	0.02	0.083
비교예 2	0.08	0.62	14	0.02	0.002	25	2.1	0.013	0.21
비교예 3	0.138	0.68	18	0.02	0.002	33	3.8	0.004	0.42

상기 표 1에서, 본 발명이 제안하는 합금 조성을 만족하는 실시예 1 내지 3의 용접재료를 사용하여 제조된 용접이음부는 페라이트 분율은 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): 0.025~0.15 %, 실리콘(Si): 0.2~1.5 %, 망간(Mn): 3.5~14 %, 인(P): 0.02 % 이하(0 % 제외), 황(S): 0.007 % 이하(0 % 제외), 크롬(Cr): 22~33 %, 니켈(Ni): 10 % 이하(0 % 제외), 질소(N): 0.001~0.3 %, 붕소(B): 0.01 % 이하(0 % 제외), 이산화 티타늄(TiO₂): 4~9 %, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 플럭스 코어드 아크 용접재료.
제1 항에 있어서,
상기 용접재료를 이용하여 제조된 고내식 합금 도금 강판의 용접이음부의 페라이트 분율은 55 % 이상인 플럭스 코어드 아크 용접재료.
제1 항에 있어서,
상기 용접재료를 이용하여 제조된 고내식 합금 도금 강판의 용접이음부는 pH 0.75, 10% 염화나트륨(NaCl) 수용액에 168시간 동안 상기 용접이음부를 침지한 후 상기 용접이음부 표면의 평균단차가 30 ㎛ 이하인 플럭스 코어드 아크 용접재료.