KR101827193B1

KR101827193B1 - 저수소계 피복 아크 용접봉

Info

Publication number: KR101827193B1
Application number: KR1020167017987A
Authority: KR
Inventors: 요시히코 기타가와; 요헤이 가타노; 아키요시 가타오카
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2018-02-07
Also published as: WO2015105011A1; MY184309A; CN105873717B; SG11201604856XA; JP2015128779A; KR20160092022A; CN105873717A; JP6216642B2

Abstract

피복제의 고착성이나 용접 작업성을 저하시키지 않고, 내흡습성을 향상시킬 수 있는 저수소계 피복 아크 용접봉을 제공한다. 강 심선을 피복제로 피복한 저수소계 피복 아크 용접봉에 있어서, 피복제를, 금속 탄산염(CO₂ 환산): 8∼25 질량%, 금속 불화물(F 환산): 2∼15 질량%, TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃ 중 적어도 1종: 합계로 2∼10 질량%, SiO₂: 3∼12 질량%, Si: 1∼7 질량%, Mn: 1∼8 질량%, Li 화합물(Li 환산): 0.03∼0.7 질량%, Na 화합물(Na 환산) 및 K 화합물(K 환산) 중 적어도 한쪽: 합계로 1.0∼3.5 질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 수학식 1을 충족시키는 조성으로 하고, 피복률을 22∼45 질량%로 한다.

Description

저수소계 피복 아크 용접봉{LOW-HYDROGEN TYPE COATED ARC WELDING ELECTRODE}

본 발명은 강 심선을 저수소계 피복제로 피복한 저수소계 피복 아크 용접봉에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저수소계 피복 아크 용접봉의 내흡습 특성을 향상시키는 기술에 관한 것이다.

종래, 피복 아크 용접봉의 내흡습 특성을 향상시키기 위해서, 각종의 검토가 이루어지고 있다(특허문헌 1 내지 4 참조). 예를 들면, 특허문헌 1에는, 피복제에 유리 분말을 배합한 피복 아크 용접봉이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 2 내지 4에는, 피복제의 고착제에 알칼리 금속의 규산염 수용액을 이용한 피복 아크 용접봉이 제안되어 있다.

일본 공고 특허 제 1973-34295 호 공보 일본 공개 특허 제 1973-65133 호 공보 일본 공개 특허 제 1975-14556 호 공보 일본 공개 특허 제 1984-38878 호 공보

그렇지만, 전술한 종래의 기술을 저수소계 피복제에 적용하면, 피복제의 고착성이나 용접 작업성이 저하한다는 문제점이 있다. 특히, 얻어지는 용접 금속 중의 확산성 수소량이 4㎖/100g 이하인 초저수소계 피복 아크 용접봉에 있어서, 내흡습 특성이 우수하고, 또한 피복제의 고착성 및 용접 작업성이 양호한 것이 요구되고 있다.

그래서, 본 발명은 피복제의 고착성이나 용접 작업성을 저하시키지 않고, 내흡습성을 향상시킬 수 있는 저수소계 피복 아크 용접봉을 제공하는 것을 주 목적으로 한다.

본 발명에 따른 저수소계 피복 아크 용접봉은, 강 심선을 피복제로 피복한 저수소계 피복 아크 용접봉으로서, 상기 피복제는, 금속 탄산염(CO₂ 환산): 8∼25 질량%, 금속 불화물(F 환산): 2∼15 질량%, TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃ 중 적어도 1종: 합계로 2∼10 질량%, SiO₂: 3∼12 질량%, Si: 1∼7 질량%, Mn: 1∼8 질량%, Li 화합물(Li 환산): 0.03∼0.7 질량%, Na 화합물(Na 환산) 및 K 화합물(K 환산) 중 적어도 한쪽: 합계로 1.0∼3.5 질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Li 화합물 함유량(Li 환산치)을 [Li], Na 화합물 함유량(Na 환산치)을 [Na], K 화합물 함유량(K 환산치)을 [K]라고 했을 때, 하기 수학식 1을 충족시키는 조성이며, 상기 피복제의 피복률이 22∼45 질량%이다. 또한, 여기에서 말하는 피복률은 (피복제의 질량/용접봉 전체 질량)×100에 의해 산출되는 값이다.

[수학식 1]

상기 피복제는 C: 0.1 질량% 이하로 규제해도 좋다.

상기 피복제는 Ti: 0.2∼2.0 질량%를 함유하고 있어도 좋다.

상기 피복제는 B 화합물(B 환산): 0.02∼0.3 질량%를 함유하고 있어도 좋다.

상기 피복제는 Ni: 0.5∼10 질량%를 함유하고 있어도 좋다.

상기 피복제는 Cr 및 Mo 중 적어도 한쪽: 합계로 0.1∼3 질량%를 함유할 수도 있다.

상기 피복제는 Al 및 Mg 중 적어도 한쪽: 합계로 0.2∼2 질량%를 함유할 수도 있다.

한편, 상기 강 심선은 예를 들어 연강 또는 저합금강에 의해 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 내흡습 특성이 우수하고, 피복제의 고착성 및 용접 작업성도 양호한 저수소계 피복 아크 용접봉을 실현할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시형태에 따른 저수소계 피복 아크 용접봉은, 금속 탄산염(CO₂ 환산): 8∼25 질량%, 금속 불화물(F 환산): 2∼15 질량%, TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃ 중 적어도 1종: 합계로 2∼10 질량%, SiO₂: 3∼12 질량%, Si: 1∼7 질량%, Mn: 1∼8 질량%, Li 화합물(Li 환산): 0.03∼0.7 질량%, Na 화합물(Na 환산) 및 K 화합물(K 환산) 중 적어도 한쪽: 합계로 1.0∼3.5 질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또한 하기 수학식 2를 충족시키는 조성의 피복제로, 강 심선을 피복한 것이며, 피복제의 피복률은 22∼45 질량%이다.

[수학식 2]

또한, 상기 수학식 2에 있어서, [Li]는 Li 화합물 함유량(Li 환산치), [Na]는 Na 화합물 함유량(Na 환산치), [K]는 K 화합물 함유량(K 환산치)이다.

(피복제)

[용접봉 전체 질량에 대한 피복제의 피복률: 22∼45 질량%]

피복 아크 용접봉의 피복제의 피복률(%)은 (피복제의 질량/용접봉 전체 질량)×100에 의해 산출된다. 피복제의 피복률이 22 질량% 미만인 경우, 실드 부족이 되고, 용접 금속 중의 N 함유량 및 수소량이 증가하여, 용접 금속의 인성 및 내균열성이 저하한다. 한편, 피복제의 피복률이 45 질량%를 초과하면, 아크 길이가 길어져서, 아크 단절(arc breaking)이 발생한다. 따라서, 피복제의 피복률은 22∼45 질량%로 한다.

[금속 탄산염(CO₂ 환산): 8∼25 질량%]

금속 탄산염은, 용접 금속 중의 N 및 수소량을 저감시키는 효과가 있다. 그러나, 피복제 중의 금속 탄산염량이 CO₂ 환산치로 8 질량% 미만이면, 용접 금속 중의 수소량이 4㎖/100g을 초과하는 동시에, N량이 과잉이 되어, 양호한 내균열성 및 인성을 얻을 수 없다. 한편, 피복제 중의 금속 탄산염량이 CO₂ 환산치로 25 질량%를 초과하면, 슬래그의 점성이 과도하게 되어, 입향(立向) 용접이 곤란해진다. 따라서, 금속 탄산염 함유량(CO₂ 환산치)은 피복제 전체 질량당 8∼25 질량%로 한다.

피복제에 있어서의 금속 탄산염량은, 용접 금속 중의 수소량 및 N량 저감의 관점에서, CO₂ 환산치로 11 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 16 질량% 이상이다. 한편, 슬래그 점도를 낮추어, 용접 작업성을 더욱 양호하게 하기 위해서는, 금속 탄산염량은 CO₂ 환산치로 22 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 피복제에 배합되는 금속 탄산염의 구체예로서는, CaCO₃, MgCO₃ 및 BaCO₃ 등을 들 수 있다.

[금속 불화물(F 환산): 2∼15 질량%]

금속 불화물은 슬래그의 점성을 조정하여, 용접 작업성을 양호하게 하는 효과가 있다. 그러나, 피복제 중의 금속 불화물량이 F 환산치로 2 질량% 미만인 경우, 슬래그의 점성이 지나치게 높아져서 비드 형상이 열화한다. 한편, 피복제 중의 금속 불화물량이 F 환산치로 15 질량%를 초과하면, 아크가 불안정해진다. 따라서, 금속 불화물 함유량(F 환산치)은 피복제 전체 질량당 2∼15 질량%로 한다.

피복제에 있어서의 금속 불화물량은, 비드 형상의 향상의 관점에서 4 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한 아크의 안정화의 관점에서 10 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 피복제에 배합되는 금속 불화물의 구체예로서는, CaF₂, BaF₂, AlF₃ 및 LiF 등을 들 수 있다.

[TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃: 합계로 2∼10 질량%]

TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃은 슬래그 조재제(造滓劑)로서 작용한다. 그러나, TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃의 총 함유량이 피복제 전체 중량당 2 질량% 미만인 경우, 슬래그의 점성이 저하하여 비드 형상이 열화한다. 이 때문에, TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃에 대해서는, 적어도 1종을, 합계로 2 질량% 이상이 되도록 배합한다.

한편, TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃을 과잉 첨가하면, 슬래그가 유리상으로 되어, 슬래그 박리성이 열화한다. 그래서, 본 실시형태의 저수소계 피복 아크 용접봉에서는, TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃의 총 함유량은 피복제 전체 질량당 10 질량% 이하로 한다.

피복제에 있어서의 TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃의 총 함유량은, 비드 형상의 관점에서 3 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한 슬래그 박리성의 관점에서 8 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃은 모두를 배합할 필요는 없고, 적어도 1종을 피복제에 배합하는 것에 의해 전술한 효과가 얻어진다.

[SiO₂: 3∼12 질량%]

SiO₂는 점결제(粘結劑) 및 슬래그 조재제로서 작용한다. 그러나, 피복제 중의 SiO₂양이 피복제 전체 질량당 12 질량%를 초과하면, 슬래그가 유리상으로 되어, 슬래그의 박리성이 열화한다. 한편, 피복제중의 SiO₂ 양이 피복제 전체 질량당 3 질량% 미만인 경우, 점결제로서의 효과를 얻을 수 없다. 따라서, SiO₂ 함유량은 피복제 전체 질량당 3∼12 질량%로 한다. 피복제에 있어서의 SiO₂ 양은, 점결제 효과 향상의 관점에서 4 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 또한 슬래그 박리성의 관점에서 9 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 피복제에 배합되는 슬래그 조재제로서는, 전술한 산성 산화물 이외에, 점성의 조정을 목적으로 하여 MgO 및 CaO 등을 첨가할 수 있다. 또한, 점결제로서는, 규산칼륨이나 규산나트륨 등을 사용할 수 있다. 단, 결정수(結晶水)를 함유하는 규산염, 예를 들어 마이카(mica, 운모), 탈크(talc, 활석) 및 세리사이트(sericite, 견운모) 등은, 용접 금속 중의 수소량을 증가시키기 위해서, 실질적으로는 함유하지 않는 것이 바람직하다.

[Si: 1∼7 질량%]

Si는 탈산소제로서 작용하고, 예를 들어 Fe-Si 및 Fe-Si-Mn 등의 합금 성분의 형태로 첨가할 수 있다. 단, Si 함유량이 피복제 전체 질량당 1 질량% 미만인 경우, 탈산소제로서의 효과가 불충분하게 되고, 또한 7 질량%를 초과하면, 용융 금속의 점성이 높아져서, 모재에의 붙임성(fitness)이 저하하는 등 용접 작업성이 열화한다. 따라서, Si 함유량은 피복제 전체 질량당 1∼7 질량%로 한다. 또한, 여기에서 말하는 Si 함유량은 전술한 SiO₂에 포함되는 Si를 포함하지 않는다.

[Mn: 1∼8 질량%]

Mn은, 전술한 Si와 마찬가지로, 탈산제로서 작용하는 이외에, 용접 금속의 인성 향상에도 유효한 원소이다. 그리고, Mn은 금속 Mn이나 Fe-Mn 등의 형태로 피복제에 첨가할 수 있다. 단, Mn 함유량이 피복제 전체 질량당 1 질량% 미만인 경우, 탈산 부족이 되어, 블로우홀(blow hole)이 발생한다. 한편, Mn 함유량이 피복제 전체 질량당 8 질량%를 초과하면, 용융 금속의 점성이 저하하여 볼록 비드 경향이 되어, 용접 작업성이 열화한다. 따라서, Mn 함유량은 피복제 전체 질량당 1∼8 질량%로 한다. 피복제에 있어서의 Mn량은, 용접 금속의 인성을 고려하면 2 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 용접 작업성 향상의 관점에서 5 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

[Li 화합물(Li 환산치): 0.03∼0.7 질량%]

Li은 피복제의 내흡습성을 향상시키는 효과가 있고, 일반적으로는 물유리(water glass) 중에 첨가된다. 피복제 중의 Li 화합물이 Li 환산치로 0.03 질량%미만인 경우, 내흡습성을 향상시키는 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 피복제 중의 Li 화합물이 Li 환산치로 0.7 질량%를 초과하면, 내흡습성은 향상하지만, 물유리의 점성이 작아져서 피복제의 피복 공정에 있어서의 윤활제로서의 성능이 저하하여, 피복 작업이 곤란해진다. 또한, Li 화합물량이 0.7 질량%를 초과하면, 고착 강도가 저하하기 때문에, 피복후에 있어서의 피복제의 탈락 및 건조시에 있어서의 건조 균열이 생기기 쉬워진다.

따라서, Li 화합물 함유량은 Li 환산치로 피복제 전체 질량당 0.03∼0.7 질량%로 한다. 또한, Li 화합물의 구체예로서는, 물유리에 첨가되는 Li₂O 이외에, LiCO₃ 및 LiF 등을 이용할 수 있다.

[Na 화합물(Na 환산치), K 화합물(K 환산치): 합계로 1.0∼3.5 질량%]

Na 및 K은 피복제의 고착성 및 아크 안정성을 확보하는 효과가 있다. 그러나, 피복제 중의 Na 화합물(Na 환산치)과 K 화합물(K 환산치)의 합계가 피복제 전체 질량당 1.0 질량% 미만이면, 아크가 불안정해지는 동시에 고착 강도가 저하하기 때문에, 피복후에 있어서의 피복제의 탈락 및 건조시에 있어서의 건조 균열이 생기기 쉬워진다. 한편, 피복제 중의 Na 화합물(Na 환산치)과 K 화합물(K 환산치)의 합계가 피복제 전체 질량당 3.5 질량%를 초과하면, 피복제의 내흡습성이 열화한다.

따라서, 피복제 중의 Na 화합물 함유량(Na 환산치)과 K 화합물 함유량(K 환산치)의 합계는 1.0∼3.5 질량%의 범위로 한다. 또한, Na 화합물 및 K 화합물(K 환산치)은 그 양쪽을 배합할 필요는 없고, 적어도 한쪽을 피복제에 배합하면, 전술한 효과가 얻어진다.

[Li 화합물 함유량과 Na 화합물 함유량과 K 화합물 함유량의 관계]

본 실시형태의 저수소계 피복 아크 용접봉에서는, 피복제에 대해서, Li 화합물 함유량(Li 환산치)과 Na 화합물 함유량(Na 환산치)과 K 화합물 함유량(K 환산치)의 관계가 상기 수학식 2를 충족시키는 조성으로 하고 있다. Li와, Na 및 K는, 피복제의 고착 강도와 내흡습성에 미치는 영향에 관해서, 상반되는 작용을 갖는다. 즉, Li은 피복제의 고착 강도를 저하시키지만 내흡습성을 향상시키는 효과가 있다. 이에 대하여, Na 및 K은 고착 강도를 상승시키는 효과가 있지만, 내흡습성을 저하시킨다.

그래서, 본 실시형태의 저수소계 피복 아크 용접봉에서는, 이들 알칼리 성분의 피복제의 고착 강도와 내흡습성에의 영향도는 각각의 원소의 원자 반경과 상관이 있다고 고려했다. 그리고, 본 발명자는, Li의 원자 반경을 1로 했을 경우, Na의 원자 반경은 1.22, K의 원자 반경은 1.49로 표현되고, Na과 K을 분자, Li을 분모에 배치한 (1.22×[Na]+1.49×[K])/[Li]이 되는 파라미터로 피복제의 고착 강도와 내흡습성을 동시에 평가할 수 있다는 것을 발견했다.

단, (1.22×[Na]+1.49×[K])/[Li]이 2.0 미만인 경우, 내흡습성은 우수하지만, 피복제의 고착 강도가 저하한다. 또한, (1.22×[Na]+1.49×[K])/[Li]이 35를 초과하면, 피복제의 고착 강도는 향상하지만, 내흡습성이 저하한다. 따라서, 상기 수학식 2에 나타내는 파라미터 (1.22×[Na]+1.49×[K])/[Li]의 범위는 2∼35로 한다. 또한, 피복제의 고착 강도와 내흡습성의 밸런스를 고려하면, (1.22×[Na]+1.49×[K])/[Li]의 범위는 5∼20인 것이 바람직하다.

[C: 0.1 질량% 이하]

C 함유량이 피복제 전체 질량당 0.1 질량%를 초과하면, 용접 금속 중의 C량이 과잉이 되어, 고온 균열이 발생하기 쉬워지는 동시에, 인성 저하의 원인이 되는 고탄소 마르텐사이트(martensite)가 생성되기 쉬워진다. 이 때문에, C 함유량은 피복제 전체 질량당 0.1 질량% 이하로 규제하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태의 저수소계 피복 아크 용접봉에서는, 피복제에, 전술한 각 성분에 부가하여, 이하에 나타내는 성분 중 1종 또는 2종 이상을 필요에 따라서 첨가할 수 있다.

[Ti: 0.2∼2.0 질량%]

Ti는 탈산성 원소인 동시에, 용접 금속의 강도 향상에 유효한 원소이다. 또한, Ti는 미세한 구상 산화물을 생성하여, 용접 금속의 조직을 미세화하는 효과도 있다. 단, Ti의 함유량이 피복제 전체 질량당 0.2 질량% 미만인 경우, 충분한 탈산 효과 및 용접 금속의 강도 향상 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Ti의 함유량이 2.0 질량%를 초과하면, 용접 금속중의 Ti량이 지나치게 많아져, 강도 및 경도가 과도하게 높아져서, 용접 금속의 인성이 저하한다. 따라서, Ti를 첨가할 경우는, 그 함유량을 피복제 전체 질량당 0.2∼2.0 질량%로 한다. 또한, Ti는 Fe-Ti 및 금속Ti 등의 형태로 첨가할 수 있다.

[B 화합물(B 환산): 0.02∼0.3 질량%]

B는 입계 페라이트(Ferrite)의 생성 억제에 유효하고, 담금질성이 강한 원소이다. 단, 피복제 중의 B 함유량이 B 환산치로 0.02 질량% 미만인 경우, B에 의한 입계 페라이트의 생성 억제 효과는 얻어지지 않고, 용접 금속의 금속 조직이 조대해진다. 한편, 피복제 중의 B의 함유량이 0.3 질량%를 초과하면, 용접 금속이 조대한 래스상 조직(lath-like structure)을 나타내어 인성이 열화한다. 따라서, B를 첨가할 경우는, 그 함유량(B 환산치)이 피복제 전체 질량당 0.02∼0.3 질량%이 되도록 한다. 또한, Fe-B, Fe-Si-B 및 금속 B 등의 형태로 첨가할 수 있다.

[Ni: 0.5∼10 질량%]

Ni은 용접 금속의 강도 및 인성을 향상시키는 효과가 있고, 특히 용접 부재의 사용 온도가 -40℃를 하회하는 경우는, 용접 금속의 강도와 인성을 양립시키기 위해서, Ni을 첨가하는 것이 바람직하다. 단, Ni 함유량이, 피복제 전체 질량당 0.5 질량% 미만인 경우, 용접 금속의 인성 향상의 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Ni 함유량이 피복제 전체 질량당 10 질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 지나치게 높아져서 인성이 저하하는 동시에, 용접시에 고온 균열을 일으키기 쉬워진다. 따라서, Ni을 첨가할 경우는, 피복제 전체 질량당 0.5∼10 질량%로 한다. 또한, Ni은 금속 Ni, Ni-Mg 및 Fe-Ni 등의 형태로 첨가할 수 있다.

[Cr, Mo: 합계로 0.1∼3 질량%]

Cr 및 Mo은 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 그러나, Cr 및 Mo의 총 함유량이 피복제 전체 질량당 0.1 질량% 미만인 경우, 용접 금속의 강도 향상의 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Cr 및 Mo의 총 함유량이 피복제 전체 질량당 3 질량%를 초과하면, 담금질성이 과대해지는 동시에, 탄화물을 생성하기 때문에, 용접 금속의 인성이 열화한다. 따라서, Cr 및 Mo을 첨가할 경우는, 피복제 전체 질량당 합계로 0.1∼3 질량%의 범위로 한다. 또한, Cr 및 Mo은 그 양쪽을 첨가할 필요는 없고, 어느 한쪽만 첨가해도 좋다.

[Al, Mg: 합계로 0.2∼2 질량%]

Al 및 Mg은 강한 탈산제이며, 용접 금속 중의 산소량을 저감하여, 인성을 향상시키는 효과가 있다. 단, Al 및 Mg의 총 함유량이 피복제 전체 질량당 0.2 질량% 미만인 경우, 용접 금속의 인성 향상의 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Al 및 Mg의 총 함유량이 피복제 전체 질량당 2 질량%를 초과하면, 아크가 불안정해져서, 스패터 발생량이 많아지는 동시에, 슬래그의 점성이 저하하여 슬래그 박리성이 열화한다. 따라서, Al 및 Mg을 첨가할 경우는, 이들의 총 함유량을, 피복제 전체 질량당 0.2∼2 질량%로 한다. 또한, Al 및 Mg은 그 양쪽을 첨가할 필요는 없고, 어느 한쪽만을 첨가해도 좋다.

[잔부]

피복제에 있어서의 상기 이외의 성분, 즉 잔부는 Fe, 알칼리 금속산화물, 알칼리 토류 금속산화물 및 불가피적 불순물 등이다. 또한, 여기에서 말하는 불가피적 불순물에는, P, S, V, Nb, Sn 및 Zr 등을 들 수 있다.

(강 심선)

강 심선에 이용되는 강재로서는, 예를 들어 연강이나 저합금강을 들 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 저수소계 피복 아크 용접봉에서는, 피복제 조성, 특히 Li 화합물 함유량과 Na 화합물 함유량 및 K 화합물 함유량의 관계를 특정하고 있기 때문에, 피복제의 고착성 및 용접 작업성을 저하시키지 않고, 내흡습성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태의 저수소계 피복 아크 용접봉을 사용하는 것에 의해, 확산성 수소량이 4㎖/100g 이하의 용접 금속을 얻을 수 있다.

마지막으로, 본 발명은 하기의 태양을 갖는 것이라는 것을 확인적으로 부언해 둔다.

제 1 태양: 강 심선을 피복제로 피복한 저수소계 피복 아크 용접봉에 있어서,

상기 피복제는,

금속 탄산염(CO₂ 환산): 8∼25 질량%,

금속 불화물(F 환산): 2∼15 질량%,

TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O3 중 적어도 1종: 합계로 2∼10 질량%,

SiO₂: 3∼12 질량%,

Si: 1∼7 질량%,

Mn: 1∼8 질량%,

Li 화합물(Li 환산): 0.03∼0.7 질량%,

Na 화합물(Na 환산) 및 K 화합물(K 환산) 중 적어도 한쪽: 합계로 1.0∼3.5 질량%를 함유하고,

잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,

Li 화합물 함유량(Li 환산치)을 [Li], Na 화합물 함유량(Na 환산치)을 [Na], K 화합물 함유량(K 환산치)을 [K]라고 했을 때, 하기 수학식 1을 충족시키는 조성이며, 상기 피복제의 피복률이 22∼45 질량%인, 저수소계 피복 아크 용접봉.

제 2 태양: 상기 피복제는 C가 0.1 질량% 이하로 규제되어 있는, 제 1 태양에 기재된 저수소계 피복 아크 용접봉.

제 3 태양: 상기 피복제는 Ti: 0.2∼2.0 질량%를 더 함유하는, 제 1 태양 또는 제 2 태양에 기재된 저수소계 피복 아크 용접봉.

제 4 태양: 상기 피복제는 B 화합물(B 환산): 0.02∼0.3 질량%를 더 함유하는, 제 1 태양 내지 제 3 태양 중 어느 하나에 기재된 저수소계 피복 아크 용접봉.

제 5 태양: 상기 피복제는 Ni: 0.5∼10 질량%를 더 함유하는, 제 1 태양 내지 제 4 태양 중 어느 하나에 기재된 저수소계 피복 아크 용접봉.

제 6 태양: 상기 피복제는 Cr 및 Mo 중 적어도 한쪽: 합계로 0.1∼3 질량%를 더 함유하는, 제 1 태양 내지 제 5 태양 중 어느 하나에 기재된 저수소계 피복 아크 용접봉.

제 7 태양: 상기 피복제는 Al 및 Mg 중 적어도 한쪽: 합계로 0.2∼2 질량%를 더 함유하는, 제 1 태양 내지 제 6 태양 중 어느 하나에 기재된 저수소계 피복 아크 용접봉.

제 8 태양: 상기 강 심선은 연강 또는 저합금강으로 이루어지는, 제 1 태양 내지 제 7 태양 중 어느 하나에 기재된 저수소계 피복 아크 용접봉.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어서, 본 발명의 효과에 대해서 구체적으로 설명한다.

본 실시예에 있어서는, 용접봉 도장기를 이용하여, 하기 표 1에 나타내는 성분 조성의 강 심선을, 하기 표 2, 표 3에 나타내는 성분 조성(소성후의 조성)의 피복제로 피복한 후, 400∼500℃에서 약 1시간 소성하여, 실시예 및 비교예의 각 저수소계 피복 아크 용접봉을 제작했다. 또한, 실시예 및 비교예의 각 용접봉의 피복률은 하기 표 2, 표 3에 나타내는 바와 같다. 또한, 하기 표 1 내지 표 3에 나타내는 강 심선 및 피복제의 성분 조성에 있어서의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 그리고, 하기 표 2, 표 3에 나타내는 No.1∼30의 용접봉은 본 발명의 범위내의 것이고, 하기 표 3에 나타내는 No.31∼48의 용접봉은 본 발명의 범위로부터 벗어나는 것이다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

다음에, 전술한 방법으로 제작한 실시예 및 비교예의 각 피복 아크 용접봉에 대해서, 내흡습성, 기계적 성능, 용접 작업성, 피복제의 고착성 및 용접 금속에 있어서의 확산성 수소량을 평가했다.

<내흡습성>

내흡습성은, 350℃의 온도 조건하에서 1시간의 가열에 의해 재건조시킨 피복 아크 용접봉을, 온도 30℃, 상대 습도 80%의 분위기중에 6시간 폭로하고, 피복제가 흡습한 수분량을 칼피셔법(Karl Fischer method)으로 측정하는 것에 의해 평가했다. 측정시, 피복제로부터 수분을 기화시키기 위해서 750℃로 가열을 실행하고, 건조 공기를 캐리어 가스(carrier gas)로서 측정 장치로 도입했다. 그 결과, 피복제 중의 수분량이 3000 질량 ppm 이하의 것을 양호라고 판단했다.

<기계적 특성·용접 작업성>

실시예 및 비교예의 각 피복 아크 용접봉을 사용하여 용접을 실행하고, 용접 작업성을 평가하는 동시에, 참고를 위해 얻어진 용접 금속의 기계적 성능을 평가했다. 그 때, 용접용 강판(모재)에는, JIS G 3106:2008 SM490A(판 두께 20㎜)를 이용했다. 개선 형상은 20°V 개선, 개선 갭은 16㎜로 했다. 용접 자세는 하향, 극성은 AC(Alternating Current, 교류) 또는 DCEP((Direct Current Electrode Positive, 직류 봉 플러스)로 하고, 용접 전류는 150∼160A, 용접 전압은 22∼23V, 용접 입열은 2.0∼2.1kJ/㎜, 예열·패스간 온도는 90∼110℃로 했다. 또한, 여기에서 말하는 용접 작업성이란, 아크 안정성, 슬래그 박리성 및 비드 형상을 지칭한다.

또한, 피복제의 재건조를 위해, 용접전에, 각 용접봉을 350℃의 온도 조건하에서 1시간 가열했다. 기계적 성능은, 용접 금속의 인장 강도(TS(Tensile Strength)) 및 -20℃에 있어서의 샤르피 충격 시험(Charpy impact test)의 흡수 에너지(vE -20℃)에 의해 평가하고, 인장 강도 490MPa 이상 또한 흡수 에너지 90J 이상인 것을 양호라고 판단했다. 한편, 용접 작업성은 관능에 의해 ◎, ○, △ 및 ×의 4 단계로 평가하고, ◎ 및 ○을 양호라고 판단했다. 또한, 이들 기계적 특성은 본 발명의 피복 아크 용접봉에 있어서는 필수적인 특성은 아니다. 이 때문에, 평가 결과가 양호하지 않아도 본 발명의 효과에는 영향을 미치지 않고, 그 밖의 특성이 양호하면 본 발명의 효과는 얻어지고 있다고 할 수 있다.

<피복제의 고착성>

피복제의 고착성은, 우선, 소성후에, 목시에 의해 피복제 표면의 균열의 유무를 관찰하고, 그 후, 용접중의 보호통의 안정성을 관능에 의해 ◎, ○, △ 및 ×의 4단계로 평가했다. 그 결과, ◎ 및 ○의 것을 양호라고 판단했다.

<확산 수소량>

하향의 용접 자세로, 극성을 AC 또는 DCEP(직류 봉 플러스)로 하고, 용접 전류 150∼160A, 용접 전압 22V, 용접 속도 180㎜/분의 조건으로 1 패스의 용접을 실행했다. 그 때, 용접 분위기는 온도를 20℃, 상대 습도를 10%로 했다. 또한, 피복제의 재건조를 위해, 용접전에, 각 용접봉을 350℃의 온도 조건하에서 1시간 가열했다.

용접에 의해 얻어진 용접 금속 중의 확산성 수소량을 JIS Z 3118:2007에 준거한 방법으로 측정했다. 그 결과, 확산성 수소량이 4.0㎖/100g 이하의 것을 양호라고 판단했다. 이상의 평가 결과를 하기 표 4에 정리해서 나타낸다.

[표 4]

상기 표 4에 나타내는 바와 같이, No.31의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, (1.22×[Na]+1.49×[K])/[Li]이 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 내흡습성이 떨어지고, 확산 수소량도 많았다. 한편, No.32의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, (1.22×[Na]+1.49×[K])/[Li]이 본 발명의 범위에 충족되지 않기 때문에, 피복제의 고착 강도가 낮고, 또한 Na 화합물과 K 화합물의 총 함유량이 본 발명의 범위에 충족되지 않기 때문에, 아크가 불안정하게 되었다.

No.33의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, 금속 불화물이 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에 아크 안정성이 열화하고, 또한 SiO₂ 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에 슬래그 박리성이 열화했다. No.34의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, (1.22×[Na]+1.49×[K])/[Li]이 본 발명의 범위를 초과하고, 또한 금속 탄산염 함유량 및 Li 화합물량이 본 발명의 범위에 충족되지 않기 때문에, 내흡습성이 떨어지고, 확산 수소량도 많았다.

No.35의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, 금속 탄산염 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에 비드 형상이 열화하고, 또한 피복제의 피복률이 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에 아크가 불안정하게 되었다. No.36의 용접봉은, 피복제의 피복률이 본 발명의 범위에 충족되지 않기 때문에, 용접 금속 중의 확산 수소량이 증가하여, 용접 금속의 인성이 저하했다.

No.37의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃의 총 함유량이 본 발명의 범위에 충족되지 않기 때문에 비드 형상이 열화하고, 또한 SiO₂ 함유량이 본 발명의 범위에 충족되지 않기 때문에 고착성이 저하했다. 한편, No.38의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃의 총 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 슬래그 박리성이 열화했다.

No.39의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, Si 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 용융 금속의 점성이 높아지고, 또한 No.40의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, Mn 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 용융 금속의 점성이 저하하고, 모두 비드 형상이 열화했다. 한편, No.41의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, Si 함유량 및 Mn 함유량이 본 발명의 범위에 충족되지 않기 때문에, 용접 금속의 탈산이 부족해져, 블로우홀이 발생하고, 또한 용접 금속의 인성도 저하했다.

No.42의 용접봉은, 피복제중의 Na 화합물 함유량과 K 화합물 함유량의 합계가 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 내흡습성이 떨어졌다. No.43의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, 금속 불화물 함유량이 본 발명의 범위에 충족되지 않기 때문에, 슬래그의 점성이 높아져서, 비드 형상이 열화했다. No.44의 용접봉은, 피복제의 성분 조성에 있어서, Li 화합물 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 피복제의 고착 강도가 저하했다.

한편, No.45의 용접봉은, 내흡습 특성, 피복제의 고착성 및 용접 작업성은 양호했지만, 피복제에, 2.0 질량%를 초과하여 Ti을 첨가하는 동시에 0.3 질량%를 초과하여 B 화합물을 첨가하고 있기 때문에, 용접 금속의 인성이 저하했다. 마찬가지로, No.46의 용접봉도, 내흡습 특성, 피복제의 고착성 및 용접 작업성은 양호했지만, 피복제에 10 질량%를 초과하여 Ni을 첨가하고 있기 때문에, 용접 금속의 인성이 저하했다.

또한, No.47의 용접봉도, 내흡습 특성, 피복제의 고착성 및 용접 작업성은 양호했지만, 피복제에 3 질량%를 초과하여 Cr 및 Mo를 첨가하고 있기 때문에, 용접 금속의 인성이 저하했다. 한편, No.48의 용접봉은, 피복제에 2 질량%를 초과하여 Al 및 Mg을 첨가하고 있기 때문에, 아크가 불안정해지고, 또한 슬래그 박리성도 저하했다.

이에 대하여, 본 발명의 범위 내에서 제작한 No.1∼30의 용접봉은 내흡습성이 우수하고, 피복제의 고착성 및 용접 작업성도 양호했다. 부가해서, No.1∼28, 30의 용접봉은, Ti, B 화합물, Ni, Cr, Mo, Al 및 Mg 중 1종 또는 2종 이상의 원소를 특정량 함유하고 있기 때문에, 이들 원소의 함유량이 적은 No.29의 용접봉에 비교하여, 용접 금속의 기계적 특성이 우수했다.

이상의 결과로, 본 발명에 따르면, 내흡습 특성이 우수하고, 피복제의 고착성 및 용접 작업성도 양호한 저수소계 피복 아크 용접봉을 얻을 수 있다는 것이 확인되었다.

본 출원은, 출원일이 2014년 1월 7일인 일본 특허 출원 제 2014-001073 호를 기초 출원으로 하는 우선권 주장을 수반하고, 일본 특허 출원 제 2014-001073 호는 참조하는 것에 의해 본 명세서에 합체된다.

Claims

강 심선을 피복제로 피복한 저수소계 피복 아크 용접봉에 있어서,
상기 피복제는,
금속 탄산염(CO₂ 환산): 8∼25 질량%,
금속 불화물(F 환산): 2∼15 질량%,
TiO₂, ZrO₂ 및 Al₂O₃ 중 적어도 1종: 합계로 2∼10 질량%,
SiO₂: 3∼12 질량%,
Si: 1∼7 질량%,
Mn: 1∼8 질량%,
Li 화합물(Li 환산): 0.03∼0.7 질량%,
Na 화합물(Na 환산) 및 K 화합물(K 환산) 중 적어도 한쪽: 합계로 1.0∼3.5 질량%를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고 ,
Li 화합물 함유량(Li 환산치)을 [Li], Na 화합물 함유량(Na 환산치)을 [Na], K 화합물 함유량(K 환산치)을 [K]라고 했을 때, 하기 수학식 (1)을 충족시키는 조성이며,
상기 피복제의 피복률이 22∼45 질량%인
저수소계 피복 아크 용접봉.
제 1 항에 있어서,
상기 피복제는 C가 0.1 질량% 이하로 규제되어 있는
저수소계 피복 아크 용접봉.
제 1 항에 있어서,
상기 피복제는 Al 및 Mg 중 적어도 한쪽: 합계로 0.2∼2 질량%를 더 함유하는
저수소계 피복 아크 용접봉.
제 1 항에 있어서,
상기 강 심선은 연강 또는 저합금강으로 이루어지는
저수소계 피복 아크 용접봉.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복제는 Cr 및 Mo 중 적어도 한쪽: 합계로 0.1∼3 질량%를 더 함유하는
저수소계 피복 아크 용접봉.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복제는,
Ti: 0.2∼2.0 질량%, 및
B 화합물(B 환산): 0.02∼0.3 질량%를 더 함유하는
저수소계 피복 아크 용접봉.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복제는,
Ni: 0.5∼10 질량%,
Ti: 0.2∼2.0 질량%, 및
B 화합물(B 환산): 0.02∼0.3 질량%를 더 함유하는
저수소계 피복 아크 용접봉.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복제는,
Ni: 0.5∼10 질량%, 및
Cr 및 Mo 중 적어도 한쪽: 합계로 0.1∼3 질량%를 더 함유하는
저수소계 피복 아크 용접봉.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복제는,
Ni: 0.5∼10 질량%,
Cr 및 Mo 중 적어도 한쪽: 합계로 0.1∼3 질량%, 및
B 화합물(B 환산): 0.02∼0.3 질량%를 더 함유하는
저수소계 피복 아크 용접봉.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복제는,
Ni: 0.5∼10 질량%,
Cr 및 Mo 중 적어도 한쪽: 합계로 0.1∼3 질량%,
Ti: 0.2∼2.0 질량%, 및
B 화합물(B 환산): 0.02∼0.3 질량%를 더 함유하는
저수소계 피복 아크 용접봉.