KR101674748B1 - Laser wellding material for stainless steel and welded metal produced thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스테인리스강의 레이저 용접에 사용되는 용접 재료와 이를 이용하여 제조된 용접이음부에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welding material used for laser welding stainless steel and a welded joint manufactured using the same.
Description
본 발명은 스테인리스강의 레이저 용접에 사용되는 용접 재료와 이를 이용하여 제조된 용접이음부에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welding material used for laser welding stainless steel and a welded joint manufactured using the same.
일반적으로 두께가 얇은 강판 소재의 경우에는 용접이음부의 건전성을 확보하기 위해서, 레이저 용접을 사용하는 경우가 많다. 특히 스테인리스강의 경우 최종제품의 형상을 미려하게 해야 하는 경우가 대부분이어서 두께가 얇은 강판 소재를 효과적이고 미려하게 접합하기 위해 레이저 용접을 많이 적용한다. 또한, 접합된 스테인리스강을 가공하여 형상을 변형시켜 최종 제품을 제조하는 경우가 많으며, 용접이음부가 가공되는 경우도 많이 발생한다. 따라서, 용접이음부의 건전성이 매우 중요하며, 적정한 강도 및 인성을 확보하여 용접이음부가 가공될 때 파단이 발생하는 것을 방지하는 것이 매우 중요하다.
Generally, in the case of a thin steel sheet material, laser welding is often used in order to secure the soundness of the welded joint. Especially, in case of stainless steel, the shape of the final product is often required to be beautiful. Therefore, laser welding is applied to effectively and thinly adhere thin steel sheet material. Further, in many cases, the final product is produced by modifying the shape by processing the bonded stainless steel, and often the welded portion is machined. Therefore, it is very important to ensure the integrity of the welded joint, to ensure proper strength and toughness, and to prevent the fracture from occurring when the welded joint is machined.
스테인리스강의 용접 공정에서 스테인리스 간 용접을 위해 오스테나이트계 상용 용접 재료를 주로 적용하고 있다. 그러나, 페라이트계 스테인리스 동종 강종간 또는 오스테나이트계와 페라이트계 스테인리스 이종 강종간의 레이저 용접시 이에 적용될 마땅한 상용 용접 재료가 없는 실정이어서, 현재 상기 오스테나이트계 상용 용접 재료가 적용되고 있다.
Austenite commercial welding materials are mainly applied for stainless steel welding in stainless steel welding processes. However, there is no commercial welding material suitable for laser welding between ferritic stainless steel alloys or between austenitic ferrites and ferritic stainless steel heterogeneous steels. Currently, the austenitic commercial welding materials have been applied.
페라이트계 스테인리스 동종간 또는 오스테나이트계와 페라이트계 이종간의 레이저 용접시, 통상의 오스테나이트계 상용 용접 재료를 이용하여 용접을 하는 경우에, 모재가 용융되어 용접이음부로 희석에 따라 용접이음부에 마르텐사이트 및 페라이트 복합상이 생성되어 용접부의 취성이 증가하게 되고, 이는 용접 후 가공시 파단을 발생시키는 문제가 있다. 특히, 아크 용접과 달리, 레이저 용접은 빠른 용접 속도와 용융지 내 액상의 유동에 작용하는 힘의 차이로 인해 용접 재료의 용접이음부 희석량이 현저히 적으며, 이로 인해 마르텐사이트와 같이 취성이 큰 미세조직이 더욱 쉽게 형성되는 문제가 있다.
Ferritic stainless steel homogenous or austenitic ferritic type ferritic type, when welding is carried out by using a conventional austenitic commercial welding material, the base material is melted and the welding is diluted to the negative part, A martensite and a ferrite composite phase are formed and the brittleness of the welded portion is increased, which causes a problem that fracture occurs during processing after welding. Particularly, unlike arc welding, laser welding has a considerably smaller amount of welded welds due to the difference in the fast welding speed and the force acting on the flow of liquid in the molten ground. As a result, There is a problem that the tissue is formed more easily.
한편, 상기 문제를 해결하기 위하여, 페라이트계 동종 및 오스테나이트계와 페라이트계 이종 스테인리스강 용접시 인코넬 용접 재료를 사용하는 경우가 있다, 그러나, 인코넬 용접 재료를 이용하여 용접한 용접이음부는 가공시 높은 가공경화에 의해 오히려 강도 증가가 크게 발생하여 모재 및 용접 열영향부와의 강도 밸런스를 유지하기 어려워 용접이음부 건전성 확보를 방해하는 문제가 있다. 또한, 상기 인코넬 용접 재료는 Ni, Cr 및 Mo와 같은 고가의 합금 성분이 다량 포함되어 있어 최종 제품의 가격 경쟁력을 현저히 하락시키는 문제가 있다.
On the other hand, in order to solve the above problem, Inconel welding materials are often used when welding ferritic alloys, austenitic ferrites and ferritic stainless steels. However, in the welding process using Inconel welding materials, It is difficult to maintain the strength balance between the base material and the weld heat affected zone because welding strength increases greatly due to high work hardening. In addition, the inconel welding material contains a large amount of expensive alloying elements such as Ni, Cr, and Mo, thereby causing the cost competitiveness of the final product to significantly decrease.
본 발명의 일측면은 스테인리스강의 레이저 용접에 의해 형성된 용접이음부가 충분한 인성을 확보하여 우수한 가공성을 가질 수 있는 스테인리스강 레이저 용접 재료와 상기 용접 재료를 이용하여 제조된 용접이음부를 제공하고자 하는 것이다.
One aspect of the present invention is to provide a stainless steel laser welding material capable of securing sufficient toughness of a welding portion formed by laser welding of stainless steel and having excellent workability and a welded joint manufactured using the welding material .
본 발명의 일태양은 중량%로, Ni: 30.0~35.0%, Cr: 15.0~19.0%, C: 0.03~0.2%, Mn: 0.2~1.5%, Si: 0.2~1.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 스테인리스강 레이저 용접 재료를 제공한다.
An aspect of the present invention is a steel sheet comprising, by weight%, 30.0 to 35.0% of Ni, 15.0 to 19.0% of Cr, 0.03 to 0.2% of C, 0.2 to 1.5% of Mn, 0.2 to 1.5% of Si, A stainless steel laser welding material containing impurities is provided.
본 발명의 또다른 일태양은 중량%로, Ni: 30.0~35.0%, Cr: 15.0~19.0%, C: 0.03~0.2%, Mn: 0.2~1.5%, Si: 0.2~1.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 스테인리스강 레이저 용접 재료를 레이저 용접하여 형성되고,In another aspect of the present invention, there is provided a steel sheet comprising, by weight%, 30.0 to 35.0% of Ni, 15.0 to 19.0% of Cr, 0.03 to 0.2% of C, 0.2 to 1.5% of Mn, 0.2 to 1.5% of Si, And laser welding a stainless steel laser welding material containing inevitable impurities,
미세조직은 80 면적% 이상의 오스테나이트와 20% 이하의 페라이트 및 마르텐사이트를 포함하는 용접이음부를 제공한다.
The microstructure provides a weld joint comprising at least 80 percent by area of austenite and up to 20 percent of ferrite and martensite.
상기 과제의 해결수단은 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특성과 그에 따른 장점과 효과를 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
The solution of the above-mentioned problems does not list all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof will be more fully understood by reference to the following specific embodiments.
본 발명의 용접 재료는 합금조성의 적절한 제어를 통해 용접부 희석에 따라 발생할 수 있는 취성이 큰 마르텐사이트 상의 분율을 최소화하면서 페라이트 상의 분율을 적정수준 이하로 억제하여 적절한 강도와 인성을 가지는 오스테나이트 상을 충분히 포함하는 건전한 용접이음부를 얻을 수 있다. The welding material of the present invention is capable of reducing the fraction of the ferrite phase to a proper level or lower while minimizing the fraction of the brittle martensite phase which may occur according to the dilution of the welded portion by proper control of the alloy composition, A sound weld that contains enough can be obtained.
본 발명의 용접 재료는 취성 증가를 방지하여 우수한 인성을 갖는 레이저 용접이음부를 얻을 수 있으며, 나아가 생산원가 절감 및 품질 향상을 기대할 수 있다.
The welding material of the present invention can prevent the increase in brittleness and can obtain a laser welded joint having excellent toughness and further can reduce the production cost and improve the quality.
도 1은 비교예 1의 용접이음부 단면과 미세조직을 관찰한 사진이다.
도 2는 발명예 2의 용접이음부 단면과 미세조직을 관찰한 사진이다.
도 3은 비교예 1의 용접이음부에 대해, 에릭슨 시험 후 파단 형상을 관찰한 사진이다.
도 4는 발명예 2의 용접이음부에 대해, 에릭슨 시험 후 파단 형상을 관찰한 사진이다.
도 5는 비교예 2의 모재와 용접이음부의 비커스 경도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 발명예 2의 모재와 용접이음부의 비커스 경도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.Fig. 1 is a photograph of a cross section of a weld and microstructure of Comparative Example 1. Fig.
Fig. 2 is a photograph of a cross section and microstructure of a welding portion of Inventive Example 2. Fig.
3 is a photograph of the fracture shape of the welded joint of Comparative Example 1 after the Ericsson test.
Fig. 4 is a photograph of a fracture shape after Erickson test with respect to the welded joint of the second example of the invention. Fig.
5 is a graph showing the results of measuring the Vickers hardness of the base material and the welded joint of Comparative Example 2. Fig.
6 is a graph showing the results of measuring the Vickers hardness of the base material and the welded joint of Inventive Example 2. FIG.
본 발명의 발명자들은 스테인리스상의 용접, 특히 페라이트계 스테인리스강의 동종 또는 페라이트계와 오스테나이트계의 이종간 레이저 용접 시, 기존에 사용되던 오스테나이트계 용접 재료를 이용하여 용접하는 경우에 발생하는 문제점을 해결하기 위한 연구를 진행하였다. 그러던 중 Ni과 Cr을 증가시키는 등 용접 재료의 합금조성을 적절히 제어함으로써, 우수한 인성을 갖는 용접이음부를 제공할 수 있다는 것을 인지하게 되었다.
The inventors of the present invention have solved the problems that arise in the case of welding using austenitic welding material which has been used in the past, especially in the case of stainless steel welding, in particular ferritic stainless steel homogeneous or ferritic and austenitic interspinous laser welding The study was carried out. Then, by properly controlling the alloy composition of the welding material, such as increasing the Ni and Cr, it became clear that a weld having excellent toughness could provide a weld.
또한, 오스테나이트상의 안정성에 크게 영향을 미치는 C의 조성을 적절히 제어함으로써, Ni와 같은 고가의 합금원소를 과도하게 첨가하지 않으면서, 우수한 인성을 갖는 용접이음부를 경제적으로 제공할 수 있다는 식견하에 본 발명을 완성하게 되었다.
Further, by properly controlling the composition of C, which greatly affects the stability of the austenite phase, it is possible to economically provide welds with excellent toughness without adding excessively expensive alloying elements such as Ni. Thereby completing the invention.
이하, 본 발명의 용접 재료에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the welding material of the present invention will be described in detail.
본 발명의 용접 재료는 중량%로, Ni: 30.0~35.0%, Cr: 15.0~19.0%, C: 0.03~0.2%, Mn: 0.2~1.5%, Si: 0.2~1.5%, Mo: 0.1% 이하(0은 제외) 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
The welding material of the present invention contains, by weight%, 30.0 to 35.0% of Ni, 15.0 to 19.0% of Cr, 0.03 to 0.2% of C, 0.2 to 1.5% of Mn, 0.2 to 1.5% of Si, 0.1% (Excluding 0) and the remainder include Fe and unavoidable impurities.
이하, 각 합금조성에 대해 상세히 설명한다. 설명되는 합금조성의 단위는 중량%를 의미한다.
Hereinafter, each alloy composition will be described in detail. The unit of alloy composition described means weight percent.
니켈(Ni): 30.0~35.0%Nickel (Ni): 30.0 to 35.0%
Ni는 강력한 오스테나이트 안정화 원소로서 페라이트계 스테인리스강의 용접시 용접이음부를 본 발명이 목표로 하는 오스테나이트 조직으로 얻기 위해서는 30.0% 이상의 Ni을 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 Ni가 35.0%를 초과하여 첨가되는 경우에는 오스테나이트 조직을 얻기 위한 효과는 포화될 뿐만 아니라, 고가의 Ni 함량 증가에 의해 원가상승을 유발하게 된다. 따라서, 상기 Ni는 30.0~35.0%로 포함하는 것이 바람직하다.
Ni is a strong austenite stabilizing element, and it is preferable that it contains 30.0% or more of Ni in order to obtain a welded joint in the welding of ferritic stainless steel as an austenite structure targeted by the present invention. However, when the Ni is added in an amount exceeding 35.0%, the effect of obtaining the austenite structure is not only saturated but also raises the cost by increasing the Ni content. Therefore, it is preferable that the Ni content is 30.0 to 35.0%.
크롬(Cr): 15.0~19.0%Cr (Cr): 15.0 to 19.0%
Cr은 강한 페라이트 안정화 원소이며, 첨가에 따라 경화능, 강도 및 내마모성을 향상시키는 역할을 하는 원소이다. 또한, 내식성 확보를 위해 첨가되는 원소로 이러한 효과를 위해서는 15.0% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 Cr이 19.0%를 초과하여 첨가되는 경우에는 Fe 또는 Mo 등의 합금원소와 반응하여 취성을 유발하는 금속간화합물을 용접이음부 내에 형성할 수 있으며, 원가상승의 문제를 유발하게 된다. 따라서, 상기 Cr은 15.0~19.0%로 포함하는 것이 바람직하다.
Cr is a strong ferrite stabilizing element and is an element that plays a role in improving the hardenability, strength and abrasion resistance upon addition. In addition, the element added for ensuring corrosion resistance is preferably contained in an amount of 15.0% or more for this effect. However, when Cr is added in an amount exceeding 19.0%, an intermetallic compound which reacts with an alloy element such as Fe or Mo to cause brittleness can be formed in the weld joint, thereby causing a problem of cost increase. Therefore, the Cr content is preferably 15.0 to 19.0%.
탄소(C): 0.03~0.2%Carbon (C): 0.03 to 0.2%
C는 용접이음부의 강도를 증가시키며, 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 하는 원소로서, 상기 C의 함량이 0.03% 미만일 경우에는 상기 역할을 기대하기 곤란하다. 다만, 상기 C가 0.2%를 초과하여 첨가되는 경우에는 용접이음부에서의 고온 및 저온균열 발생가능성이 높아지게 되며, Cr 등의 원소와 반응하여 조대한 탄화물을 생성시키게 되어 용접부의 취성증가 및 부식특성을 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 C는 0.03~0.2% 포함하는 것이 바람직하다.C is an element which increases the strength of the welded joint and stabilizes the austenite. When the content of C is less than 0.03%, it is difficult to expect the above-mentioned role. However, when C is added in an amount exceeding 0.2%, there is a high possibility of occurrence of high-temperature and low-temperature cracks at welded joints, and a reaction with elements such as Cr is caused to produce coarse carbides, May occur. Therefore, the content of C is preferably 0.03 to 0.2%.
특히, 기존의 아크 용접용 용접재료에는 C 첨가에 따라 내식성이 저하되는 문제가 있어서, 가능한 C의 함량을 줄이는 것을 기술적 목표로 하였다. 그러나, 본 발명의 레이저 용접에서는 C의 함량이 증가하더라도 내식성 저하의 문제는 없으며, 오히려, C의 첨가를 통해 용접이음부에 오스테나이트상의 안성성이 높아질 수 있고, 그 결과 용접이음부의 가공성을 개선하기 위해서는 일정량의 C가 포함되어야 하므로, 본 발명에서는 C의 함량을 0.03~0.2% 포함한다. 보다 바람직하게는 0.05~0.15%로 한다.
Particularly, the conventional welding material for arc welding has a problem that the corrosion resistance is lowered by adding C, so that the technical goal is to reduce the content of C as much as possible. However, in the laser welding according to the present invention, there is no problem of deterioration in corrosion resistance even when the content of C is increased. Rather, the addition of C can increase the austenitic property of the welded joint, In order to improve it, a certain amount of C must be included. Therefore, in the present invention, the content of C is 0.03 to 0.2%. And more preferably 0.05 to 0.15%.
망간(Mn): 0.2~1.5%Manganese (Mn): 0.2 to 1.5%
Mn은 적정량이 첨가되어 탈산제 역할을 하며 또한 적은 비용으로 강도를 증가시키고자 할 때 가장 효과적인 원소이다. 또한 오스테나이트를 안정화시키는 역할을 하는 원소로서, 상기 역할과 효과를 기대하기 위해서는 0.2% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 Mn이 1.5%를 초과하는 경우에는 용접이음부의 강도를 필요 이상으로 증가시키며, 용접이음부의 조대 산화물을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 Mn은 0.2~1.5% 포함하는 것이 바람직하다.
Mn is the most effective element when it is added in an appropriate amount to act as a deoxidizer and also to increase the strength at low cost. Further, as an element which stabilizes austenite, in order to expect the above-mentioned role and effect, it is preferable that it contains 0.2% or more. However, when the Mn content exceeds 1.5%, the strength of the welded portion increases more than necessary, and a coarse oxide of the welded portion can be formed. Therefore, it is preferable that the content of Mn is 0.2 to 1.5%.
규소(Si): 0.2~1.5%Silicon (Si): 0.2 to 1.5%
Si는 적정량이 첨가되어 탈산제 역할을 하며, 강 중 소량 첨가시 강도와 인성을 증가시키는 역할을 하는 원소이다. 또한, 페라이트상 안정화 및 내식성 향상을 위해 첨가되는 원소로, 이를 위해서는 0.2% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 다만, 상기 Si가 1.5%를 초과하여 첨가되는 경우에는 산화물이 조대해지거나 취성을 유발할 수 있다. 따라서, 상기 Si는 0.2~1.5%의 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 small amount of steel. Further, it is an element to be added for stabilizing the ferrite phase and improving the corrosion resistance. For this purpose, it is preferably contained at 0.2% or more. However, when the Si content is more than 1.5%, the oxide may be coarsened or brittle. Therefore, the Si content is preferably in the range of 0.2 to 1.5%.
몰리브덴(Mo): 0.1% 이하Molybdenum (Mo): not more than 0.1%
Mo는 소량 첨가하면 강도와 경화능을 향상시키는 역할을 하는 추가적인 원소이다. 다만 상기 Mo가 0.1%를 초과하여 첨가되는 경우에는 인성, 경화능 및 강도 증가의 효과가 오히려 줄어드는 문제가 발생할 수 있으므로, 그 함량이 0.1%를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
Mo is an additional element that acts to improve strength and hardenability when added in small amounts. However, when Mo is added in an amount exceeding 0.1%, the effect of increasing the toughness, hardenability and strength may be rather reduced. Therefore, the Mo content is preferably not more than 0.1%.
본 발명의 용접 재료는 상기 합금조성 외에 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
The welding material of the present invention includes Fe and unavoidable impurities in addition to the above alloy composition.
본 발명의 용접 재료의 상기 조성은 Ni + 30C + 0.5Mn으로 정의되는 Nieq가 31~41.75를 만족하고, Cr + Mo + 1.5Si + 0.5Nb으로 정의되는 Creq가 15.3~21.35 를 만족하는 것이 바람직하다. The composition of the welding material of the present invention is such that Ni eq defined as Ni + 30C + 0.5 Mn satisfies 31 to 41.75 and Cr eq defined as Cr + Mo + 1.5 Si + 0.5 Nb satisfies 15.3 to 21.35 desirable.
상기 Nieq 과 Creq 는 용접이음부의 성분범위와 상을 결정하는 판단기준으로서, 본 발명의 용접이음부에서 요구되는 미세조직을 확보하여 우수한 가공성을 얻기 위해서는 상기 Nieq 및 Creq의 값을 만족하는 것이 바람직하다.
The Ni eq And Cr eq Is a criterion for determining the composition range and phase of the welded joint, and it is preferable that the values of Ni eq and Cr eq are satisfied in order to secure the microstructure required in the weld joint of the present invention and obtain excellent workability.
본 발명에서 제공하는 용접 재료의 형태는 특별히 한정하지 않으며, 필러 와이어, 플럭스 코어드 와이어, 메탈 와이어, 솔리드 와이어 등의 형태로 모두 적용될 수 있다.
The shape of the welding material provided in the present invention is not particularly limited, and may be applied in the form of a filler wire, a flux cored wire, a metal wire, a solid wire, or the like.
상기 용접 재료의 직경은 0.75~1.2㎜의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 상기 용접재료의 직경이 0.75㎜ 미만일 경우에는 용접재료 생산이 어려운 문제가 발생할 수 있고, 1.2㎜를 초과할 경우에는 레이저 빔을 조사하더라도 충분한 용융이 발생하지 않아 용접이 이루어지지 않을 수 있다는 단점이 있다. 상기 용접 재료의 하한은 보다 바람직하게는 0.8㎜ 이며, 상기 용접 재료 직경의 상한은 보다 바람직하게는 1.1㎜, 보다 더 바람직하게는 1.0㎜이다.
The diameter of the welding material preferably ranges from 0.75 to 1.2 mm. If the diameter of the welding material is less than 0.75 mm, it may be difficult to produce the welding material. If the diameter is more than 1.2 mm, the welding may not be performed because sufficient melting does not occur even when the laser beam is irradiated . The lower limit 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.
이하, 본 발명의 용접 재료를 이용하여 제조된 용접이음부에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a welded joint manufactured using the welding material of the present invention will be described in detail.
본 발명의 용접이음부는 80 면적% 이상의 오스테나이트와 20 면적% 이하의 페라이트 및 마르텐사이트를 포함한다. 본 발명의 용접이음부는 상기와 같은 분율의 미세조직 확보를 통해, 용접이음부의 취성을 억제하고 인성을 증가시켜 가공성을 향상시킬 수 있다. 다만, 상기 오스테나이트가 80 면적% 미만일 경우에는 페라이트와 마르텐사이트의 분율이 증가되어 인성 향상 효과를 충분히 얻을 수 없어 가공성 향상의 효과를 얻을 수 없다. 또한 상기 페라이트 및 마르텐사이트가 20 면적%를 초과하는 경우에는 용접이음부의 취성이 증가하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 특히, 상기 마르텐사이트는 3 면적% 미만일 경우, 취성 억제 효과가 보다 우수하므로, 상기 마르텐사이트는 3 면적% 미만인 것이 바람직하다. The weld joint of the present invention includes austenite having a surface area of 80% or more and ferrite and martensite having a surface area of 20% or less. 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 80% by area, the percentage of ferrite and martensite increases, so that the toughness improving effect can not be sufficiently obtained and the effect of improvement in workability can not be obtained. If the area of the ferrite and the martensite exceeds 20% by area, the problem of increased brittleness of the welded joint may occur. In particular, when the martensite is less than 3% by area, the brittle-suppressing effect is more excellent, and therefore, the martensite is preferably less than 3% by area.
한편, 상기 효과를 위해서, 본 발명의 용접이음부 미세조직은 오스테나이트 단상조직을 갖는 것이 보다 바람직하다.
On the other hand, for the above effect, it is more preferable that the welded joint microstructure of the present invention has austenite single phase structure.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 예시이며, 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The following examples are provided for the understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
(실시예)(Example)
1.2~2.5㎜ 두께의 페라이트계 스테인리스강(STS 439 강)을 하기 표 1과 같은 합금조성을 갖는 용접재료를 이용하여 레이저 용접을 통해 용접이음부를 얻었다. Welded joints were obtained by laser welding using ferrite-based stainless steel (
이때, 상기 용접시 보호가스로는 He을 이용하였으며, 레이저 용접조건은 모재의 두께에 따라 각각 레이저 출력은 4~7kW, 용접속도는 1.5~6m/min, 용접재료의 공급속도는 3m/min, 용접재료의 직경은 0.9mm인 것을 사용하였고, 용접이음부 갭(gap)은 0.1~0.4㎜ 였다.
In this case, He was used as the protective gas for welding. Laser welding conditions were 4 ~ 7kW for laser power, 1.5 ~ 6m / min for welding speed, 3m / min for welding material, A material having a diameter of 0.9 mm was used, and a weld gap was 0.1 to 0.4 mm.
상기와 같이 얻어진 용접이음부에 대하여 미세조직 관찰시험을 수행한 뒤 상분율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 용접이음부에 대하여 가공성을 평가하기 위하여, 에릭슨테스트(erischen test)를 실시하여, 에릭슨 값을 얻었다. 상기 에릭슨테스트는 일면이 반구 형태인 스틸(steel) 펀치를 사용하여 용접부를 소성 변형시켜 강재를 컵(cup) 형태로 가공하였을 때, 균열이 발생할 때까지 용접부가 소성 변형된 높이를 측정하는 방법이다. After the microstructure observation test was performed on the welded joint obtained as described above, the phase fraction was measured and shown in Table 2 below. Further, in order to evaluate the workability with respect to the welded joint, an Ericsson test was performed to obtain an Ericsson value. The Erickson test is a method of measuring the plastic deformation height of a welded portion until a crack occurs when the steel is machined into a cup shape by plastic deformation of the welded portion using a steel punch having a hemispherical shape .
표 2의 에릭슨 값은 12개의 시편에 대하여 행한 뒤, 평균값을 도출한 후 모재 및 인코넬 적용 용접이음부와 비교하여 그 결과를 기재하였다. 그리고, 기존에 사용하던 오스테나이트계(308L) 및 인코넬 용접 재료와 본 발명이 제안하는 용접 재료의 단가를 비교하여 본 발명의 경제성을 평가하였다.
The Erickson values in Table 2 were obtained for 12 specimens, and the mean values were obtained, and the results were compared with those of the base material and inconel welded joints. The economical efficiency of the present invention was evaluated by comparing the unit prices of the austenitic-type (308L) and inconel welding materials used in the past with the welding materials proposed by the present invention.
상기 표 1 및 2에서 알 수 있듯이, 본원발명이 제안하는 합금조성을 만족하지 않는 비교예 1(STS 308L 용접재료)의 경우에는 용접이음부에서 페라이트+마르텐사이트가 과다하게 형성되어 오스테나이트 분율이 현저히 낮아짐으로써, 용접부의 취성증가로 인해 에릭슨 값이 모재대비 36% 및 인코넬 용접재료 적용 용접이음부 대비 40% 수준으로 상당히 낮은 가공성을 가지고 있음을 알 수 있다.
As can be seen from Tables 1 and 2, in the case of Comparative Example 1 (STS 308L welding material) which does not satisfy the alloy composition proposed by the present invention, ferrite + martensite is excessively formed at the welded joints and the austenite fraction is significantly As a result, it can be seen that Ericson value is 36% lower than that of the base material and 40% lower than that of the inconel welding material due to the increase in the brittleness of the welded part.
한편, 비교예 2(인코넬 용접재료)의 경우에는 높은 Ni 함량이 증가함에 따라 거의 대부분의 용접이음부가 오스테나이트 조직을 가지는 것을 확인할 수 있으며, 3% 정도만이 페라이트와 마르텐사이트로 구성되어 있음을 확인할 수 있었다. 이를 통해 비교예 1에 비해 우수한 에릭슨 값을 가졌으며, 모재대비 88% 수준의 비교적 양호한 가공성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 비교예 2의 경우에는 높은 Ni, Mo 및 Cr 첨가량에 따라 비교예 1 대비 6배 이상의 매우 높은 단가를 가지고 있으므로, 상용재로 사용하기에는 무리가 있다. 비교예 3은 발명예 1 및 2에 비해 낮은 탄소 함량으로 인해 가공성 향상을 위해 요구되는 용접이음부의 오스테나이트 분율을 충분히 가지지 못하며, 이로 인해 에릭슨 값이 모재 대비 71%이고, 인코넬 용접재료 대히 89% 밖에 확보하지 못해 목표하는 가공성을 확보하지 못한다.
On the other hand, in the case of Comparative Example 2 (Inconel welding material), it can be confirmed that almost all of the welds have austenite structure as the content of high Ni is increased, and only about 3% is composed of ferrite and martensite I could confirm. As a result, it was confirmed that Erickson had a superior Erickson value as compared with Comparative Example 1, and had a relatively good processability of 88% as compared with the base material. However, in the case of Comparative Example 2, since it has a very high unit price of 6 times or more as compared with Comparative Example 1 depending on the amount of Ni, Mo and Cr added, it is difficult to use it as a commercial material. Comparative Example 3 shows that the lower carbon content of Inventive Examples 1 and 2 does not have enough austenite fraction of the weld portion required for improvement of workability and therefore Ericson value is 71% % Can not be secured and the desired processability can not be secured.
반면, 본원발명의 합금조성을 만족하는 발명예 1 및 2로 제조된 용접이음부의 경우에는 80% 이상의 높은 오스테나이트 분율을 가지면서, 페라이트 및 마르텐사이트의 분율을 적정 수준 이내로 억제하여 에릭슨 값이 모재대비 96~98% 및 인코넬 용접재료 적용 용접이음부 대비 109~111%로서 매우 우수한 가공성을 가지고 있음을 확인할 수 있다. 이는 비교예에 비하여 가공성이 3배 가량 향상된 결과임을 알 수 있다.
On the other hand, in the case of weld joints made of Inventive Examples 1 and 2 satisfying the alloy composition of the present invention, the fraction of ferrite and martensite is suppressed to a proper level while having a high austenite fraction of 80% or more, And 96 ~ 98% as compared with the welded part of Inconel welding material and 109 ~ 111% as compared with the welding part of Inconel welding material. This shows that the workability is improved by about 3 times as compared with the comparative example.
한편, 도 1 및 2는 각각 비교예 1 및 발명예 2의 미세조직 사진이다. 도 1(a)는 비교예 1의 용접이음부 단면을 관찰한 사진이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 미세조직을 관찰한 사진이다. 비교예 1의 경우에는 용접이음부의 미세조직이 거의 대부분의 페라이트와 약간의 마르텐사이트로 이루어져 있음을 알 수 있다. 한편, 도 2(a)는 발명예 2의 용접이음부 단면을 관찰한 사진이고, 도 2(b)는 도 2(a)의 미세조직을 관찰한 사진이다. 발명예 2의 경우에는 용접이음부의 미세조직이 대부분 오스테나이트로 구성되어 있고 페라이트 및 마르텐사이트의 생성 분율이 20% 미만으로 억제되어 우수한 인성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
1 and 2 are photographs of microstructure of Comparative Examples 1 and 2, respectively. Fig. 1 (a) is a photograph of the cross section of the welded portion of Comparative Example 1, and Fig. 1 (b) is a photograph of the microstructure observed in Fig. 1 (a). In the case of Comparative Example 1, it can be seen that the microstructure of the welded joint is composed of almost all the ferrite and a little martensite. Fig. 2 (a) is a photograph of the welding section of the inventive example 2, and Fig. 2 (b) is a photograph of the microscopic structure of Fig. 2 (a). In the case of Inventive Example 2, it can be confirmed that most of the microstructure of the welded joint is composed of austenite, and the fraction of ferrite and martensite is suppressed to less than 20%, thereby securing excellent toughness.
도 3 및 4는 각각 비교예 1 및 발명예 2의 에릭슨 시험 후 파단의 형상을 관찰한 사진이다. 도 3 및 4에서 알 수 있듯이, 비교예 1의 경우에는 에릭슨 시험 후 파단이 용접이음부에서 용접선을 따라 발생하였음을 확인할 수 있는데, 이와 대조적으로 발명예 2의 경우에는 파단이 용접이음부에서 용접선에 수직하게 발생하였음을 확인할 수 있다. 이는, 발명예 2의 경우에는 용접이음부에서의 파단이 모재로 전파되는 것을 의미하며, 이를 통해 용접이음부의 건전성이 확보됨을 보여준다.
FIGS. 3 and 4 are photographs showing the shape of the fracture after the Ericsson test of Comparative Example 1 and Inventive Example 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 along the weld line at the welded joint after the Ericsson test. In contrast, in the case of Example 2, And it can be confirmed that it is generated perpendicular to This means that, in the case of the inventive example 2, the welding is propagated to the base material at the welded part, and thus the weldability of the welding part is secured.
도 5 및 6은 각각 비교예 2 및 발명예 2의 용접이음부 비커스 경도 측정결과를 나타낸 그래프이다. 도 5 및 6에서 알 수 있듯이, 비교예 2의 경우에는 용접이음부의 비커스 경도가 가장 강도가 낮은 용접 열영향부에 비해 상당히 높아 가공시 용접 열영향부에 응력이 집중되어 용접 열영향부에서의 파단 발생가능성을 높이는 문제가 발생할 수 있다. 이와 대조적으로 발명예 2의 경우에는 용접이음부의 비커스 경도가 용접 열영향부와 모재의 중간정도의 값을 가짐으로써 용접 열영향부에서의 파단 발생가능성을 상대적으로 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 이러한 원인으로 비교예 2의 경우 용접이음부 내에 발명예 1 및 2에 비해 높은 오스테나이트 분율을 가짐에도 불구하고 가공성이 다소 하락함을 알 수 있다.
5 and 6 are graphs showing the results of measurement of welded joint Vickers hardness of Comparative Example 2 and Inventive Example 2, respectively. As can be seen from FIGS. 5 and 6, in the case of Comparative Example 2, the Vickers hardness of the welded portion is considerably higher than that of the welded heat affected portion having the lowest strength, so that stress is concentrated on the welded heat affected portion during machining, There is a possibility that the possibility of occurrence of breakage may increase. In contrast, in the case of Inventive Example 2, it is confirmed that the Vickers hardness of the welded joint has a value intermediate between the welded heat affected portion and the base metal, thereby reducing the possibility of fracture in the welded heat affected portion relatively . For this reason, in the case of Comparative Example 2, although the austenite fraction in the weld zone is higher than that in Examples 1 and 2, the workability is somewhat lowered.
Claims (7)
And the balance contains Fe and unavoidable impurities, and the balance Ni and Cr are contained in an amount of 30.0 to 35.0%, 15.0 to 19.0% of Cr, 0.03 to 0.2% of C, 0.2 to 1.5% of Mn and 0.2 to 1.5% of Si, And a value of + 30C + 0.5Mn satisfies 31 to 41.75.
상기 용접 재료는 Mo: 0.1% 이하를 더 포함하는 스테인리스강 레이저 용접 재료.
The method according to claim 1,
Wherein the welding material further comprises Mo: 0.1% or less.
상기 용접 재료는 중량%로, Cr + Mo + 1.5Si + 0.5Nb(해당 성분이 없는 경우에는 0으로 함)의 값이 15.3~21.35 를 만족하는 스테인리스강 레이저 용접 재료.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein the welding material satisfies a value of 15.3 to 21.35 in terms of% by weight, Cr + Mo + 1.5Si + 0.5Nb (when the corresponding component is absent, 0).
상기 용접 재료는 직경이 0.75~1.2㎜인 스테인리스강 레이저 용접 재료.
The method according to claim 1,
Wherein the welding material has a diameter of 0.75 to 1.2 mm.
미세조직은 80 면적% 이상의 오스테나이트와 20 면적% 이하의 페라이트 및 마르텐사이트를 포함하는 용접이음부.
And the balance contains Fe and unavoidable impurities, and the balance Ni and Cr are contained in an amount of 30.0 to 35.0%, 15.0 to 19.0% of Cr, 0.03 to 0.2% of C, 0.2 to 1.5% of Mn and 0.2 to 1.5% of Si, + 30C + 0.5Mn is in the range of 31 to 41.75,
Wherein the microstructure comprises austenite having a surface area of not less than 80% by area and not more than 20% by area of ferrite and martensite.
상기 마르텐사이트는 3 면적% 이하인 용접이음부.
The method of claim 5,
Wherein the martensite is not more than 3% by area.
상기 미세조직은 오스테나이트 단상 조직인 용접이음부.
The method of claim 5,
Wherein the microstructure is austenite single phase structure.
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