KR101831049B1 - 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 - Google Patents

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Abstract

내흡습 특성이 뛰어나고, 또한, 용접 작업성이 양호하며, 기계적 특성이 뛰어난 용접 금속을 얻을 수 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 제공한다. 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 대하여, 플럭스에 산가용성 Al을 함유하고, 상기 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 1 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 1 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량을 0.1~5 질량%로 하고, 상기 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 초과 106㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 2 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 2 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량을 0.1~5 질량%로 하고, 또한 상기 플럭스 중에 있어서의 106㎛ 초과의 입자 직경을 갖는 제 3 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 3 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량을 0.1~7 질량%로 한다.

Description

가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어{FLUX CORED WIRE FOR GAS SHIELDED ARC WELDING}
본 발명은 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
선박 및 교량 등의 대형 구조물의 제조 공정에서는, 필릿 용접 및/또는 맞대기 용접이 적용되는 경우가 많으며, 그때, 용접 재료로서는, 플럭스 코어드 와이어가 이용되고 있다. 한편, 선박 및 교량 등의 용접 금속에는, 시공상, 저온 인성(靭性) 및 기계적 특성이 뛰어난 것이 요구되고 있다. 또한, 용접에 이용하는 플럭스 코어드 와이어에는 용접 작업성이 양호한 것이 바람직하다. 그래서, 종래, 아크 안정제 및/또는 플럭스 조성을 특정하는 것에 의해, 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 특성 향상을 도모한 플럭스 코어드 와이어가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제 2003-94196 호 공보
일반적으로, 용접 금속 중에는 수소가 존재하지만, 그 양이 많아지면, 저온 균열이 발생하기 쉬워진다. 그렇지만, 종래의 플럭스 코어드 와이어는, 보관 시에 흡습하여, 용접 금속 중의 수소량이 증가한다는 문제점이 있다. 이것은 플럭스 코어드 와이어에 내포되어 있는 플럭스가 공기 중의 수분을 흡습하기 때문이다.
한편, 전술한 특허문헌 1에 기재된 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 기계적 특성 및 용접 작업성을 양호하게 하는 것은 가능하지만, 흡습 특성에 대해서는 검토가 이루어지지 않고 있다. 또한, 그 이외의 종래의 기술에서도, 플럭스 자체의 흡습 특성을 개선하는 것은 곤란하다.
그래서, 본 발명은 내흡습 특성이 뛰어나고, 또한, 용접 작업성이 양호하며, 기계적 특성이 뛰어난 용접 금속을 얻을 수 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 주 목적으로 한다.
본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 강(鋼)제 외피 내에 플럭스가 충전된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어로서, 상기 플럭스는 산가용성 Al을 함유하고, 상기 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 1 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 1 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량은 0.1~5 질량%이며, 상기 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 초과 106㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 2 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 2 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량은 0.1~5 질량%이며, 또한 상기 플럭스 중에 있어서의 106㎛ 초과의 입자 직경을 갖는 제 3 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 3 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량은 0.1~7 질량%이다.
본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 플럭스 충전율이 와이어 전체 질량당, 예컨대 10~25 질량%이다.
이 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는 와이어 전체 질량당 산가용성 Al을 0.01~1.0 질량%로 함유하고 있어도 좋다.
또한, 와이어 전체 질량당, Ti 및 Ti 화합물 중 적어도 1종을 Ti 환산값의 합계로 1~10 질량%, Si 및 Si 화합물 중 적어도 1종을 Si 환산값의 합계로 0.5~2 질량%, Mn을 1.0~3.0 질량%, 그리고 C를 0.02~0.15 질량%로 함유하고, P을 0.030 질량% 이하, 그리고 S을 0.030 질량% 이하로 억제하고 있어도 좋다.
와이어 전체 질량당, Na 화합물, K 화합물 및 Li 화합물 중 적어도 1종을 각각 Na 환산값, K 환산값 및 Li 환산값의 합계로 0.05~0.5 질량%, 그리고 F 화합물을 F 환산값으로 0.05~0.3 질량%로 함유할 수도 있다.
와이어 전체 질량당, Zr 및 Zr 화합물 중 적어도 1종을 Zr 환산값의 합계로 0.5 질량% 이하로 함유해도 좋고, Al 및 Al 화합물 중 적어도 1종을 Al 환산값의 합계로 0.01~1.0 질량%로 함유해도 좋다.
와이어 전체 질량당, Bi 및 Bi 화합물 중 적어도 1종을 Bi 환산값의 합계로 0.005~0.050 질량%로 함유할 수도 있다.
나아가, 본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, Cu: 0.5 질량% 이하, Ni: 3.0 질량% 이하, Cr: 0.5 질량% 이하, Mo: 0.5 질량% 이하, Nb: 0.2 질량% 이하, V: 0.2 질량% 이하, B 및 B 화합물 중 적어도 1종: B 환산값의 합계로 0.0001~0.0100 질량%, 그리고 희토류 원소(REM): 0.01~0.5 질량%의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유할 수도 있다.
한편, 본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 예컨대, Fe 함유량이 와이어 전체 질량당 77 질량% 이상이어도 좋다.
본 발명에 의하면, 플럭스의 흡습 특성을 개선할 수 있기 때문에, 내흡습 특성이 뛰어나고, 용접 작업성이 양호하며, 기계적 특성이 뛰어난 용접 금속을 얻을 수 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 실현할 수 있다.
도 1은 실시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법의 일부 공정을 설명하는 모식도이다.
이하, 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 개시는 이하에 나타내는 각 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피에 플럭스를 충전한 것으로서, 그 외경은, 예컨대 1.0~2.0㎜이다. 또한, 외피의 재질은 강이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 신선 가공성이 양호한 연강 또는 저합금강을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 플럭스 충전율은 와이어 중의 각 성분이 본 발명의 범위 내이면, 임의의 값으로 설정할 수 있지만, 와이어의 신선성 및 용접시의 작업성(송급성 등)의 관점에서 와이어 전체 질량의 10~25 질량%로 하는 것이 바람직하다.
[플럭스 중의 산가용성 Al량]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, 플럭스에 산가용성 Al이 배합되어 있다. 여기서, "산가용성 Al"이란, Al, Al 합금 및 Al 화합물 중 왕수(王水)(체적비로, 농염산:농질산=3:1로 혼합한 액체)에 용해되는 것을 말한다. 또한, 난용해성인 것 또는 산가용성 Al과 산비가용성 Al의 혼합물 혹은 복합물이어도, 왕수에 용해된 Al은 산가용성 Al으로 간주한다.
일반적으로, Al은 금속 혹은 합금의 형태로, 또는 산화물이나 금속간 화합물 등의 화합물의 형태로 플럭스 코어드 와이어에 첨가된다. 또한, 플럭스에 첨가되는 Al원의 구체적인 예로서는, 금속 Al, Fe-Al, Al-Mg, Al2O3 및 AlF3 등을 들 수 있으며, 그 중에서 "산가용성 Al"으로서는, 금속 Al, Fe-Al 및 Al-Mg 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에서는, 각 입도의 플럭스 성분에 포함되는 산가용성 Al의 양을 특정의 범위로 하고 있다. 구체적으로는, 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 1 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 1 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al량은 0.1~5 질량%이며, 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 초과 106㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 2 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 2 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al량은 0.1~5 질량%이며, 플럭스 중에 있어서의 106㎛ 초과의 입자 직경을 갖는 제 3 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 3 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al량은 0.1~7 질량%이다. 이에 의해, 내흡습 특성을 향상시키며, 또한, 스패터 발생량을 저감시킬 수 있다. 내흡습 특성을 향상시키기 위해서는 흡착 면적을 줄이는 편이 유리하게 작용하기 때문에, 플럭스 중의 Al 입도는 크게 하는 편이 바람직하다. 한편, 아크 안정성을 향상시켜서 스패터 발생량을 억제하기 위해서는, 플럭스 중의 Al 입도는 작고, 또한, 플럭스 중에 분산되어 있는 편이 바람직하다. 그 이유는, 표면이 산화된 Al 또는 Al 산화물은 용융 금속 중의 표면에 부유하여 아크를 끌어들이는 음극점이 되지만, 입도가 크고 또한 편재되어 있는 경우, 아크를 편향시켜 아크 불안정을 초래하는 경우가 있기 때문이다. 본원 발명과 같이, 각 입도의 플럭스 성분에 포함되는 산가용성 Al의 양을 상기 특정 범위로 하는 것에 의해, 내흡습 특성을 향상시키고, 또한, 아크 안정성을 향상시켜 스패터 발생량을 저감시킬 수 있다. 즉, 본원 발명은 내흡습 특성을 향상시키는 효과와 아크 안정성을 향상시켜서 스패터 발생량을 억제하는 효과의 상반되는 양쪽의 효과를 동시에 발휘할 수 있다. 또한, 플럭스 중의 Al을 분산시킬 수 있는 이유는 플럭스 중의 Al을 적절한 입도 분포로 하는 것에 의해, 플럭스 중의 Al이 다른 플럭스 입자와 알맞게 얽힘으로써, 플럭스 중의 Al의 편석이 방지되어, 플럭스 중의 Al이 분산되기 때문인 것으로 추정된다.
또한, 여기에 나타내는 산가용성 Al량은 각 입도의 플럭스 성분 전체 질량당의 함유량이다. 그리고, 체 분리에 의해, 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 1 플럭스 성분, 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 초과 106㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 2 플럭스 성분, 및 플럭스 중에 있어서의 106㎛ 초과의 입자 직경을 갖는 제 3 플럭스 성분으로 분리하고, 각 입도의 플럭스 성분을 왕수에 혼합하며, ICP(Inductively Coupled Plasma; 고주파 유도 결합 플라즈마)법에 의해, 왕수 용해한 것의 함유량을 분석함으로써 얻은 값이다.
플럭스 중에 있어서의 75㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 1 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 1 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al량이 0.1 질량% 미만인 경우, 스패터 발생량이 증가하며, 5 질량% 초과인 경우, 내흡습 특성이 열화된다. 또한, 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 초과 106㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 2 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 2 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al량이 0.1 질량% 미만인 경우, 스패터 발생량이 증가하며, 5 질량% 초과인 경우, 슬래그 피포성이 열화된다. 나아가, 플럭스 중에 있어서의 106㎛ 초과의 입자 직경을 갖는 제 3 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 3 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al량이 0.1 질량% 미만인 경우 또는 7 질량% 초과인 경우, 용접 금속의 인성이 저하된다.
플럭스 코어드 와이어에 함유되는 Al은 신선에 의해 신선 방향으로 연장되거나, 또는 미분이 되어 분쇄된다. 본 발명자들은 Al에 주목하여 예의 검토를 실행한바, 신선 후의 Al의 단경을 Al의 입자 직경으로 하면, Al 원료와 신선 후의 Al의 입도에 상관성이 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 플럭스 코어드 와이어의 내흡습 특성의 향상과 스패터 발생량의 저감에는, Al의 첨가 형태의 영향은 적고, 입도 분포가 크게 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
그렇지만, 종래의 플럭스 코어드 와이어에서 플럭스 성분으로서 이용하고 있는 Al 원료는 입도 분포가 적절하지 않기 때문에, 스패터 발생량의 저감 및 내흡습 특성을 개선할 수 없다. 그래서, 본 발명자들은 각종 Al 원료에 대해 검토를 실행하여, 특정의 입도 분포를 갖는 산가용성 Al을 이용하는 것에 의해, 아크 안정성을 향상시켜서 스패터 발생량을 억제하는 효과가 뛰어나며, 나아가서는, 내흡습 특성을 향상시키는 효과가 뛰어난 플럭스를 얻을 수 있는 것을 발견했다.
예컨대, 입자 직경이 75㎛ 이하인 것이 10~30 질량%이고, 75㎛를 초과하며 125㎛ 이하인 것이 25~40 질량%이고, 125㎛를 초과하며 212㎛ 이하인 것이 25~40 질량%이고, 212㎛를 초과하는 것이 5 질량% 이하(0 질량%를 포함함)인 산가용성 Al 원료를 이용한다. 그리고, 도 1의 (c)→(d)에 도시하는 바와 같이, 산가용성 Al을 함유하는 플럭스(2)를 강제 외피(1)의 내부에 충전하고, 강제 외피(1)의 내부에 플럭스(2)가 싸이도록 강제 외피(1)를 성형한 후, 도 1의 (d)→(e)에 도시하는 바와 같이 신선한다. 성형한 후의 와이어 직경 5.0㎜φ로부터 1.2㎜φ까지 신선하는 것에 의해, 신선 후의 플럭스 코어드 와이어에 내포되는 플럭스의 산가용성 Al의 입도 분포를 전술한 특정의 범위로 할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에 이용되는 산가용성 Al 원료는 통상의 방법에 의해 제조할 수 있다. 또한, Al 원료의 입도 분포를 특정의 범위로 하는 방법은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 분쇄 처리하는 방법 및 복수 종류의 원료를 혼합하는 방법 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 성분 조성은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 이하에 나타내는 각 성분을 함유할 수 있다. 또한, 이하에 나타내는 함유량은, 특별히 언급하지 않는 한, 와이어 전체 질량당의 양이다.
[Al 및 Al 화합물: 0.01~1.0 질량%, 산가용성 Al: 0.01~1.0 질량%]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 Al 및 Al 화합물 중 적어도 1종을 Al 환산값의 합계로 0.01~1.0 질량% 함유해도 좋다. 이에 의해, 용접 금속의 인성을 더욱 향상시킬 수 있다. 한편, Al 및 Al 화합물의 총 함유량이 0.01 질량% 미만인 경우, 스패터 발생량이 증가하며, 또한, 1.0 질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 저하된다.
Al 및 Al 화합물 중 산가용성 Al의 함유량은, 예컨대 0.01~1.0 질량%이다. 이에 의해, 용접 금속의 인성 및 플럭스 코어드 와이어의 내흡습 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 한편, 산가용성 Al의 함유량이 0.01 질량% 미만인 경우, 스패터 발생량이 증가하는 경우가 있으며, 또한, 1.0 질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 저하되는 경우가 있다. 또한, 용접 금속의 인성 확보 및 플럭스 코어드 와이어의 내흡습 특성 향상의 관점에서, 산가용성 Al 함유량은 0.1~0.5 질량%로 하는 것이 바람직하다.
[Mg 및 Mg 화합물: 0.05~1 질량%]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 Mg 및 Mg 화합물 중 적어도 1종을 Mg 환산값의 합계로 0.05~1 질량% 함유해도 좋다. Mg 및 Mg 화합물의 총 함유량을 이 범위로 함으로써, 용접 금속의 인성이 더욱 향상된다. 한편, Mg 및 Mg 화합물의 총 함유량이 0.05 질량% 미만인 경우, 용접 금속의 인성이 저하되는 경우가 있으며, 1 질량%를 초과하면, 슬래그 피포성이 저하된다.
[Ti 및 Ti 화합물: 1~10 질량%]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 Ti 및 Ti 화합물 중 적어도 1종을 Ti 환산값의 합계로 1~10 질량% 함유해도 좋다. Ti 및 Ti 화합물의 총 함유량을 이 범위로 함으로써, 용접 금속의 인성이 더욱 향상된다. 한편, Ti 및 Ti 화합물의 총 함유량이 1 질량% 미만인 경우, 슬래그 피포성이 저하되는 경우가 있으며, 또한, 10 질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 과다해지기 쉽다.
또한, 슬래그 피포성 향상의 관점에서 Ti 및 Ti 화합물의 총 함유량은 2 질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 3 질량% 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하며, 또한, 용접 금속의 강도를 보다 양호한 범위로 하는 관점에서 8 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Si 및 Si 화합물: 0.5~2 질량%]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 Si 및 Si 화합물 중 적어도 1종을 Si 환산값의 합계로 0.5~2 질량% 함유해도 좋다. Si 및 Si 화합물의 총 함유량을 이 범위로 하는 것에 의해, 용융 금속의 점성이 높아지기 때문에, 모재에의 순응성 및 비드 형상을 양호하게 할 수 있다. 한편, Si 및 Si 화합물의 총 함유량이 0.5 질량% 미만인 경우, 스패터 발생량이 증가하는 경우가 있으며, 또한, 2 질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 저하되는 경우가 있다.
[Mn: 1.0~3.0 질량%]
Mn 함유량이 1.0 질량% 미만인 경우, 용접 금속의 인성이 저하되는 경우가 있으며, 또한 3.0 질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 과다하게 되기 쉽다. 따라서, Mn 함유량은 1.0~3.0 질량%로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 용접 금속의 인성을 더욱 향상시킬 수 있다.
[C: 0.02~0.15 질량%]
C 함유량이 0.02 질량% 미만인 경우, 용접 금속의 인성이 저하되는 경우가 있으며, 또한, 0.15 질량%를 초과하면, 용접 금속에 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, C 함유량은 0.02~0.15 질량%로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 용접 금속의 내고온 균열 성능을 양호하게 하는 동시에, 용접 금속의 인성을 더욱 향상시킬 수 있다.
[P: 0.030 질량% 이하(0 질량%를 포함함)]
P 함유량이 0.030 질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, P 함유량은 0.030 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 용접 금속의 인성을 더욱 향상시킬 수 있다.
[S: 0.030 질량% 이하(0 질량%를 포함함)]
S 함유량이 0.030 질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, S 함유량은 0.030 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 용접 금속의 인성을 더욱 향상시킬 수 있다.
[Na 화합물, K 화합물 및 Li 화합물: 0.05~0.5 질량%]
Na 화합물, K 화합물 및 Li 화합물의 총 함유량이 0.05 질량% 미만인 경우, 스패터 발생량이 증가하는 경우가 있으며, 또한, 0.5 질량%를 초과하면, 내흡습 특성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, Na 화합물, K 화합물 및 Li 화합물 중 1종 또는 2종 이상을 첨가하는 경우는, 합계로 0.05~0.5 질량% 함유하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 스패터 발생량을 저감할 수 있는 동시에, 플럭스 코어드 와이어의 내흡습 특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 여기서 말하는 Na 화합물, K 화합물 및 Li 화합물의 함유량은 각각 Na 환산값, K 환산값 및 Li 환산값이다.
[F 화합물: 0.05~0.3 질량%]
F 화합물의 총 함유량이 0.05 질량% 미만인 경우, 스패터 발생량이 증가하는 경우가 있으며, 또한, 0.3 질량%를 초과하면, 내흡습 특성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, F 화합물의 총 함유량은 0.05~0.3 질량%로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 스패터 발생량을 저감할 수 있는 동시에, 플럭스 코어드 와이어의 내흡습 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
[Zr 및 Zr 화합물: 0.5 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음)]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 Zr 및 Zr 화합물 중 적어도 1종을 Zr 환산값의 합계로 0.5 질량% 이하의 범위로 함유해도 좋다. 이에 의해, 스패터 발생량을 저감할 수 있다. 또한, Zr 및 Zr 화합물의 총 함유량이 0.5 질량%를 초과하면, 스패터 발생량이 증가하는 경우가 있다.
[Bi 및 Bi 화합물: 0.005~0.050 질량%]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 Bi 및 Bi 화합물 중 적어도 1종을 Bi 환산값의 합계로 0.005~0.050 질량%로 함유해도 좋다. Bi 및 Bi 화합물의 총 함유량을 이 범위로 함으로써, 슬래그 박리성을 향상시킬 수 있다.
[B 및 B 화합물 중 적어도 1종: B 환산값의 합계로 0.0001~0.0100 질량%, Cu: 0.5 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), Ni: 3.0 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), Cr: 0.5 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), Mo: 0.5 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), Nb: 0.2 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), V: 0.2 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), 그리고 희토류 원소(REM): 0.01~0.5 질량%]
B 및 B 화합물 중 적어도 1종, Cu, Ni, Cr, Mo, Nb, V, 및 REM은 용접 금속의 기계적 특성(강도 또는 인성)을 향상시키는 효과가 있기 때문에, B 및 B 화합물 중 적어도 1종, Cu, Ni, Cr, Mo, Nb, V, 및 REM의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 필요에 따라서 첨가할 수 있다.
다만, 이들 원소의 함유량이 많아지면, 용접 금속의 강도가 과도하게 증가하여, 균열이 발생하기 쉬워진다. 그래서, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에서는, 이들 원소를 첨가하는 경우는, B 및 B 화합물 중 적어도 1종: B 환산값의 합계로 0.0001~0.0100 질량%, Cu: 0.5 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), Ni: 3.0 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), Cr: 0.5 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), Mo: 0.5 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), Nb: 0.2 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), V: 0.2 질량% 이하(0 질량%를 포함하지 않음), 그리고 희토류 원소(REM): 0.01~0.5 질량%의 범위로 한다. 이에 의해, 기계적 특성이 더욱 뛰어난 용접 금속을 얻을 수 있다.
[Fe: 77 질량% 이상]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에서는, 용착량을 확보하기 위해, Fe을 와이어 전체 질량당 77 질량% 이상 함유하고 있는 것이 바람직하다.
[잔부]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 성분 조성에 있어서의 잔부는 Ca 및 Li 등의 합금제 및 그 화합물, 그리고 Sb 및 As 등의 불가피적 불순물이다. 또한, 전술한 각 원소가 산화물 및/또는 질화물로서 첨가된 경우는, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 잔부에는 O 및/또는 N도 포함된다. 잔부의 함유량은 4.6 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[제조 방법]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 이하에 나타내는 방법으로 제조할 수 있다. 우선, 외피를 구성하는 강대(鋼帶)를 길이 방향으로 이송하면서 성형 롤로 성형하여, U자 형상의 오픈관으로 한다. 다음에, 플럭스가 소정의 화학 조성이 되도록, 산화물과, 금속 또는 합금과, Fe 가루 등을 소요량 배합하고, 이것을 외피에 충전한 후, 단면이 원형이 되도록 가공한다. 그 후, 냉간 인발 가공에 의해 신선하여, 예컨대 1.0~2.0㎜의 와이어 직경으로 한다. 또한, 냉간 가공 도중에 가공 경화된 와이어를 연화시키기 위해서, 어닐링을 실시해도 좋다.
이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 입도마다 분리된 플럭스 성분 중의 산가용성 Al의 함유량을 특정하고 있기 때문에, 용접 작업성이 양호하며, 기계적 특성 및 내고온 균열성이 뛰어난 용접 금속을 얻을 수 있는 동시에, 플럭스의 흡습 특성을 개선하여, 내흡습 특성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 산가용성 Al 및 임의 첨가 성분의 함유량을 전술한 바람직한 범위로 하는 것에 의해, 전술한 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 본 발명의 효과에 대해 구체적으로 설명한다. 본 실시예에서는, 직경이 1.0~2.0㎜인 강제 외피 내에 플럭스를 충전하고, 실시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어를 제작했다. 구체적으로는, 하기의 표 1에 나타내는 외피 성분의 범위(질량%)의 강제 외피(1)를 도 1의 (a)→(b)에 도시하는 바와 같이 성형하고, 산가용성 Al을 함유하는 플럭스(2)를 도 1의 (b)→(c)에 도시하는 바와 같이 강제 외피(1)의 내부에 충전했다. 그리고, 도 1의 (c)→(d)에 도시하는 바와 같이 강제 외피(1)의 내부에 플럭스(2)가 싸이도록 강제 외피(1)을 성형한 후, 도 1의 (d)→(e)에 도시하는 바와 같이 신선하여, 본 발명의 실시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제작했다. 또한, 플럭스(2)에 함유되는 산가용성 Al의 Al 원료의 입도 분포는 복수 종류의 원료를 혼합하는 방법을 이용하여 조정했다.
하기 표 1에, 외피 성분의 범위(질량%)를 나타낸다. 또한, 외피 성분의 범위(질량%)는 외피 성분의 전체 질량에 대한 각 성분의 질량의 비율을 나타낸다.
하기 표 2~표 5에, 실시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어에 있어서의, 입도마다의 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량, 와이어 성분의 조성 및 플럭스 충전율을 나타낸다. 산가용성 Al 함유량(질량%)은 입도마다(75㎛ 이하, 75㎛ 초과 106㎛ 이하, 및 106㎛ 초과)의 플럭스 성분의 전체 질량에 대한 산가용성 Al 함유량의 질량의 비율을 나타낸다. 와이어 성분(질량%)은 와이어 전체 질량에 대한 각 성분의 질량의 비율을 나타낸다. 플럭스 충전율(질량%)은 와이어 전체 질량에 대한 플럭스의 질량의 비율을 나타낸다. 또한, 하기 표 3 및 표 5에 나타내는 와이어 성분의 잔부는 각 원소의 산화물 및 질화물의 O량 및 N량, 그리고 불가피적 불순물이다.
[표 1]
Figure 112016029712686-pat00001
[표 2]
Figure 112016029712686-pat00002
[표 3]
Figure 112016029712686-pat00003
[표 4]
Figure 112016029712686-pat00004
[표 5]
Figure 112016029712686-pat00005
다음에, 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어를 이하에 나타내는 방법으로 평가했다.
<산가용성 Al 함유량>
신선 후의 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어로부터 플럭스를 채취하고, 가부시키가이샤 세이신 기업제 RPS-105를 사용하고, JIS Z 8801-1:2006에 준한 체를 이용하여, (1) 입자 직경이 75㎛ 이하인 플럭스 성분, (2) 입자 직경이 75㎛를 초과하며 106㎛ 이하인 플럭스 성분, (3) 입자 직경이 106㎛를 초과하는 플럭스 성분으로 분리했다. 그때, 체 분리의 조건은 음파 주파수를 80Hz, 펄스 간격을 1초, 분급 시간을 2분간으로 했다. 얻어진 각 입도의 플럭스 성분을, 농염산:농질산=3:1 비율로 혼합한 용액(왕수)을 이용하여 용해하고, 본 용액에 용해된 Al을 산가용성 Al으로 했다.
<슬래그 피포성>
슬래그 피포성의 평가는 육안에 의한 평가 방법을 채용했다. 용접 비드 위 전체에 슬래그가 덮여 있으며, 또한, 전체 길이 또는 일부의 슬래그가 비드로부터 자연 박리된 것을 매우 양호(◎), 용접 비드 위 전체에 슬래그가 덮여 있으며 자연 박리가 없는 것을 양호(○), 용접 비드 위 전체에 슬래그가 덮여 있지 않은 것을 불량(×)으로 했다.
<스패터 발생량>
스패터 발생량은 WES 2087:2000에 규정되는 전량 포집법에 의해 단위 시간 당의 스패터 발생량을 측정했다. 용접 조건은 용착량 측정 조건과 동일하게 했다. 그리고, 스패터 발생량이 1.0g/분 이하인 것을 ◎, 1.0g/분을 초과하며 1.5g/분 이하인 것을 ○, 1.5g/분을 초과한 것을 ×로 했다.
<용접 금속의 기계적 특성>
용접 금속의 기계적 특성은 JIS Z 3111:2005에 규정되는 "용착 금속의 인장 및 충격 시험 방법"에 준거한 인장 시험 및 충격 시험에 의해 평가했다. 그때, 용접 조건은 용접 전류를 290A~320A(DC-EP), 패스간 온도를 150℃±10℃로 했다. 저온 인성의 평가는 분위기 온도 -40℃에서의 충격값이 100J 이상인 것을 극히 양호(◎＋), 70J 이상 100J 미만인 것을 매우 양호(◎), 47J 이상 70J 미만이었던 것을 양호(○), 47J 미만인 것을 불량(×)으로 했다. 또한, 0.2% 내력은 390㎫ 이상이었던 것을 합격으로 하고, 인장 강도는 490㎫ 이상 670㎫ 이하의 범위인 것을 합격으로 했다.
<내흡습 특성>
내흡습 특성은 플럭스 코어드 와이어를 3cm로 절단한 시료를 3개 준비하고, 온도 30℃, 상대 습도 80%의 분위기 중에 24시간 폭로하고, 플럭스 코어드 와이어 중의 플럭스가 흡습한 수분량을 칼 피셔법으로 측정함으로써 평가했다. 측정 시, 플럭스 코어드 와이어 중 플럭스의 수분을 기화시키기 위해서 750℃로 가열을 실행하고, Ar 가스를 캐리어 가스로 하여 측정 장치로 인도했다. 그 결과, 플럭스 코어드 와이어 중 플럭스의 수분량이 와이어 전체 질량당, 500ppm 이하인 것을 매우 양호(◎), 500ppm 초과 750ppm 이하인 것을 양호(○), 750ppm 초과인 것을 불량(×)으로 했다.
<내고온 균열성>
JIS Z 3155:1993에 규정되는 "C형 지그 구속 맞대기 용접 균열 시험 방법"에 근거하여 실행했다. 그때, 용접 조건은 용접 전류 270A, 아크 전압 30V, 속도 350㎜/분으로 했다. 평가는 크레이터 균열을 제외한 균열율이 30% 미만이었던 것을 합격으로 했다.
이상의 결과를, 하기 표 6 및 표 7에 정리하여 나타낸다.
[표 6]
Figure 112016029712686-pat00006
[표 7]
Figure 112016029712686-pat00007
상기 표 7에 나타내는 바와 같이, 입자 직경이 75㎛ 이하인 플럭스 성분, 입자 직경이 75㎛를 초과하며 106㎛ 이하인 플럭스 성분, 또는 그 양쪽의 플럭스 성분이며, 산가용성 Al량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 No. 42~45, 47의 플럭스 코어드 와이어는 스패터 발생량이 증가했다. 나아가, No. 45, 47의 플럭스 코어드 와이어는, 입자 직경이 106㎛를 초과하는 플럭스 성분이어도 산가용성 Al량이 본 발명의 범위에 미치지 않기 때문에 용접 금속의 인성이 떨어져 있었다. 한편, No. 46의 플럭스 코어드 와이어는, 입자 직경이 106㎛를 초과하는 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al량이 본 발명의 범위에 미치지 않기 때문에, 용접 작업성 및 내흡습 특성은 뛰어나지만, 용접 금속의 인성이 떨어져 있었다.
입자 직경이 75㎛ 이하인 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 No. 48, 49, 53의 플럭스 코어드 와이어는 내흡습 특성이 떨어져 있었다. 또한, 입자 직경이 75㎛를 초과하며 106㎛ 이하인 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 No. 49~51, 53의 플럭스 코어드 와이어는 슬래그 피포성이 떨어져 있었다. 또한, 입자 직경이 106㎛를 초과하는 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 No. 51~53의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 인성이 떨어져 있었다.
이에 반하여, 표 6 및 표 7에 나타내는 바와 같이, 실시예인 No. 1~41의 플럭스 코어드 와이어는 비교예인 No. 42~53의 플럭스 코어드 와이어에 비해, 용접 작업성(슬래그 피포성, 스패터 발생량) 및 용접 금속의 인성이 뛰어나며, 또한 와이어의 내흡습 특성에도 뛰어났다. 또한, 표 6 및 표 7에는 나타내고 있지 않지만, 실시예인 No. 1~41의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 0.2% 내력, 인장 강도 및 내고온 균열성의 평가 결과도 모두 합격이었다. 이들 결과로부터, 본 발명에 의하면, 내흡습 특성이 뛰어나고, 또한, 용접 작업성이 양호하며, 기계적 특성이 뛰어난 용접 금속을 얻을 수 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 실현할 수 있는 것이 확인되었다.
본 개시에 따른 실시형태는 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
[1] 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어로서, 상기 플럭스는 산가용성 Al을 함유하고, 상기 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 1 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 1 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량은 0.1~5 질량%이며, 상기 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 초과 106㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 2 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 2 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량은 0.1~5 질량%이며, 또한 상기 플럭스 중에 있어서의 106㎛ 초과의 입자 직경을 갖는 제 3 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 해당 제 3 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량은 0.1~7 질량%인, 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[2] 플럭스 충전율이 와이어 전체 질량당 10~25 질량%인 [1]에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[3] 와이어 전체 질량당 산가용성 Al을 0.01~1.0 질량%로 함유하는 [1] 또는 [2]에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[4] 와이어 전체 질량당, Ti 및 Ti 화합물 중 적어도 1종을 Ti 환산값의 합계로 1~10 질량%, Si 및 Si 화합물 중 적어도 1종을 Si 환산값의 합계로 0.5~2 질량%, Mn을 1.0~3.0 질량%, 그리고 C를 0.02~0.15 질량%로 함유하고, P을 0.030 질량% 이하, 그리고 S을 0.030 질량% 이하로 억제하는 [1]~[3] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[5] 와이어 전체 질량당, Na 화합물, K 화합물 및 Li 화합물 중 적어도 1종을 각각 Na 환산값, K 환산값 및 Li 환산값의 합계로 0.05~0.5 질량%, 그리고 F 화합물을 F 환산값으로 0.05~0.3 질량%로 함유하는 [1]~[4] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[6] 와이어 전체 질량당 Zr 및 Zr 화합물 중 적어도 1종을 Zr 환산값의 합계로 0.5 질량% 이하로 함유하는 [1]~[5] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[7] 와이어 전체 질량당 Al 및 Al 화합물 중 적어도 1종을 Al 환산값의 합계로 0.01~1.0 질량%로 함유하는 [1]~[6] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[8] 와이어 전체 질량당 Bi 및 Bi 화합물 중 적어도 1종을 Bi 환산값의 합계로 0.005~0.050 질량%로 함유하는 [1]~[7] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[9] 와이어 전체 질량당, Cu: 0.5 질량% 이하, Ni: 3.0 질량% 이하, Cr: 0.5 질량% 이하, Mo: 0.5 질량% 이하, Nb: 0.2 질량% 이하, V: 0.2 질량% 이하, B 및 B 화합물 중 적어도 1종: B 환산값의 합계로 0.0001~0.0100 질량%, 그리고 희토류 원소(REM): 0.01~0.5 질량%의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는 [1]~[8] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[10] Fe 함유량이 와이어 전체 질량당 77 질량% 이상인 [1]~[9] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
1: 강제 외피(외피) 2: 플럭스
10: 플럭스 코어드 와이어

Claims (10)

  1. 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 있어서,
    상기 플럭스는 산가용성 Al을 함유하고,
    상기 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 1 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 상기 제 1 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량은 0.1~5 질량%이며,
    상기 플럭스 중에 있어서의 75㎛ 초과 106㎛ 이하의 입자 직경을 갖는 제 2 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 상기 제 2 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량은 0.1~5 질량%이며, 또한,
    상기 플럭스 중에 있어서의 106㎛ 초과의 입자 직경을 갖는 제 3 플럭스 성분의 전체 질량에 대하여, 상기 제 3 플럭스 성분에 있어서의 산가용성 Al 함유량은 0.1~7 질량%인
    가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    플럭스 충전율이 와이어 전체 질량당 10~25 질량%인
    가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당 산가용성 Al을 0.01~1.0 질량%로 함유하는
    가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    Ti 및 Ti 화합물 중 적어도 1종을 Ti 환산값의 합계로 1~10 질량%,
    Si 및 Si 화합물 중 적어도 1종을 Si 환산값의 합계로 0.5~2 질량%,
    Mn을 1.0~3.0 질량%, 그리고
    C를 0.02~0.15 질량%로 함유하며,
    P을 0.030 질량% 이하, 그리고
    S을 0.030 질량% 이하로 억제하는
    가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    Na 화합물, K 화합물 및 Li 화합물 중 적어도 1종을 각각 Na 환산값, K 환산값 및 Li 환산값의 합계로 0.05~0.5 질량%, 그리고
    F 화합물을 F 환산값으로 0.05~0.3 질량%로 함유하는
    가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당 Zr 및 Zr 화합물 중 적어도 1종을 Zr 환산값의 합계로 0.5 질량% 이하로 함유하는
    가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당 Al 및 Al 화합물 중 적어도 1종을 Al 환산값의 합계로 0.01~1.0 질량%로 함유하는
    가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당 Bi 및 Bi 화합물 중 적어도 1종을 Bi 환산값의 합계로 0.005~0.050 질량%로 함유하는
    가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    Cu: 0.5 질량% 이하,
    Ni: 3.0 질량% 이하,
    Cr: 0.5 질량% 이하,
    Mo: 0.5 질량% 이하,
    Nb: 0.2 질량% 이하,
    V: 0.2 질량% 이하,
    B 및 B 화합물 중 적어도 1종: B 환산값의 합계로 0.0001~0.0100 질량%, 그리고
    희토류 원소(REM): 0.01~0.5 질량%의 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하는
    가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Fe 함유량이 와이어 전체 질량당 77 질량% 이상 94 질량% 이하인
    가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
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