KR102208029B1 - 일렉트로슬래그 용접용 와이어, 일렉트로슬래그 용접용 플럭스 및 용접 이음 - Google Patents

일렉트로슬래그 용접용 와이어, 일렉트로슬래그 용접용 플럭스 및 용접 이음 Download PDF

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히데노리 나코
도모코 스기무라
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Abstract

본 발명은, 와이어 전체 질량당, 질량%로, C: 0% 초과 0.07% 이하, Si: 0% 초과 0.50% 이하, Mn: 0% 초과∼1.0%, Ni: 6.0∼15.0%, Fe: 79% 이상을 함유하고, 또한 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 일렉트로슬래그 용접용 와이어에 관한 것이고, 또한, 당해 일렉트로슬래그 용접용 와이어와 함께 일렉트로슬래그 용접에 이용되는 일렉트로슬래그 용접용 플럭스, 및 당해 일렉트로슬래그 용접용 와이어 및 당해 일렉트로슬래그 용접용 플럭스를 이용한 일렉트로슬래그 용접에 의해 제작되는 용접 이음에도 관한 것이다.
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (1)

Description

일렉트로슬래그 용접용 와이어, 일렉트로슬래그 용접용 플럭스 및 용접 이음
본 발명은, 액화 천연 가스 등을 저온에서 저장하는 탱크나 사용하는 화학 플랜트에 적용되는 극저온용 강 5.0∼10.0% Ni강의 일렉트로슬래그 용접에 이용되는 와이어 및 당해 용접에 이용하는 플럭스, 및 이들 용접 재료를 이용하여 얻어지는 용접 이음에 관한 것이다.
9% Ni강은, 높은 강도와, 액체 질소 온도(-196℃) 정도의 우수한 극저온 인성을 갖고 있다. 그 때문에, 9% Ni강은, 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG) 등과 같이 저온에서 저장되는 저장 탱크를 용접에 의해 제조하기 위한 모재로서 범용되고 있다. 이들 저장 탱크에서는, LNG 등의 액체의 온도역인 -162℃ 이하의 온도역에서의 극저온 인성이 우수할 것이 요구된다. 그 때문에, 9% Ni강을 용접하여 형성되는 용접 이음의 용접 금속(용접 접합부)에 있어서도, 마찬가지로 우수한 극저온 인성을 갖고 있을 것이 요구된다.
종래, 9% Ni강의 용접에 있어서, Ni기 용접 재료를 이용한 피복 아크 용접, 서브머지드 아크 용접, 자동 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접 등의 용접 방법이 적용되어 왔다. 이들 용접 방법으로 얻어진 용접 금속은 극저온 인성이 우수하지만, 9% Ni강 모재보다도 강도가 낮아, 구조물의 설계 판 두께는 Ni기 용접 금속부의 강도에 맞추어 판 두께를 두껍게 하지 않으면 안 되는 과제가 있다. 한편, 철강 각 회사는 극저온용 강의 Ni량 삭감을 진행하고 있어, 7% Ni강이나 5% Ni강의 실용화·검토가 이루어지고 있다.
특허문헌 1∼4에는, 극저온강용의 용접용 솔리드 와이어 혹은 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어가 제안되어 있다. 그러나, 어느 발명도 순Ar 또는 Ar에 2% 이하의 산소, 탄산 가스 또는 He 가스를 이용한 가스 실드 아크 용접이고, 입열은 1.4∼2.2kJ/mm 정도로 TIG 용접과 비교하여 능률은 향상되어 있지만, 더한층의 고능률의 시공법이 요망되고 있다.
일본 특허공개 2015-9247호 공보 일본 특허공개 2016-20004호 공보 일본 특허공개 2016-93823호 공보 일본 특허 제5880662호 공보
본 발명은, 예를 들면 입열량이 10kJ/mm 이상의 고능률이고, 강도 및 극저온 특성 등의 기계적 특성이 우수한 용접 금속을 갖는 용접 이음을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 용접 재료에 있어서도 Ni기로부터 5.0∼10.0% Ni 정도의 용접 금속 이음으로 소정의 기계적 특성이 얻어지는 고능률의 용접 시공법을 검토했다. 그 결과, 입열량이 10.0kJ/mm 이상의 고능률인 용접이 가능하고, 또한 소정의 기계적 특성이 얻어지는 일렉트로슬래그 용접용 와이어 및 플럭스, 그들을 이용한 용접 금속 화학 성분계를 발견했다.
즉, 상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명의 일렉트로슬래그 용접용 와이어는, 와이어 전체 질량당, 질량%로,
C: 0% 초과 0.07% 이하,
Si: 0% 초과 0.50% 이하,
Mn: 0% 초과 1.0% 이하,
Ni: 6.0∼15.0%,
Fe: 79% 이상
을 함유하고,
또한, 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 일렉트로슬래그 용접용 와이어이다.
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (1)
또는, 상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명의 다른 일렉트로슬래그 용접용 와이어는, 와이어 전체 질량당,
질량%로,
C: 0% 초과 0.07% 이하,
Si: 0% 초과 0.50% 이하,
Mn: 0% 초과 1.0% 이하,
Ni: 6.0∼15.0%,
Fe: 79% 이상
을 함유하고, 또한
Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하고,
또한, 하기 식(2)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 일렉트로슬래그 용접용 와이어이다.
0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (2)
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 일렉트로슬래그 용접용 와이어는, Ca, Mg, REM, Zr, Al 및 Ti로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하고,
또한, 하기 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
0.001≤1.6(Ca+Mg)+1.25(REM+Zr)+Al+0.8Ti≤0.70 (3)
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 일렉트로슬래그 용접용 와이어는, 솔리드 와이어 또는 플럭스 코어드 와이어이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 일렉트로슬래그 용접용 와이어는, 와이어 전체 질량에 대해, 슬래그 형성제를 0% 초과 15% 이하 포함하고, 또한 당해 슬래그 형성제는, SiO2, CaO, CaF2, BaF2, MgO, Al2O3, MnO, TiO2, ZrO2, FeO, Na2O, K2O 및 BaO로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하며, 또한 하기 식(4)를 만족하는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어이다.
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (4)
(단, SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, MnO 및 FeO 모두 포함하지 않는 경우는 ＞100으로 한다.)
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 일렉트로슬래그 용접용 와이어는, Cu 도금이 실시된 것이다.
상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명의 플럭스는, 상기 중 어느 하나에 기재된 일렉트로슬래그 용접용 와이어와 함께 일렉트로슬래그 용접에 이용되는 플럭스로서, 질량%로,
SiO2: 0∼35%,
CaO: 5∼60%,
CaF2: 3∼50%,
BaF2: 0∼20%,
MgO: 0∼20%,
Al2O3: 0∼65%,
MnO: 0∼20%,
TiO2: 0∼10%,
ZrO2: 0∼10%,
FeO: 0∼5%,
Na2O: 0∼10%,
K2O: 0∼10%,
BaO: 0∼20%
를 함유하고,
또한, 하기 식(5)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 일렉트로슬래그 용접용 플럭스이다.
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (5)
(단, SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, MnO 및 FeO 모두 포함하지 않는 경우는 ＞100으로 한다.)
또한, 상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명의 용접 이음은, 상기 중 어느 하나에 기재된 일렉트로슬래그 용접용 와이어, 및 상기 일렉트로슬래그 용접용 플럭스를 이용하여, 일렉트로슬래그 용접에 의해 제작되는 용접 이음으로서,
상기 용접 이음에 있어서의 용접 금속이, 질량%로,
C: 0% 초과 0.07% 이하,
Si: 0% 초과 0.50% 이하,
Mn: 0% 초과 1.0% 이하,
Ni: 6.0∼15.0%
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며,
또한, 하기 식(6)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음이다.
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (6)
또는, 상기 과제를 해결할 수 있는 본 발명의 다른 용접 이음은, 상기 중 어느 하나에 기재된 일렉트로슬래그 용접용 와이어, 및 상기 일렉트로슬래그 용접용 플럭스를 이용하여, 일렉트로슬래그 용접에 의해 제작되는 용접 이음으로서,
상기 용접 이음에 있어서의 용접 금속이, 질량%로,
C: 0% 초과 0.07% 이하,
Si: 0% 초과 0.50% 이하,
Mn: 0% 초과 1.0% 이하,
Ni: 6.0∼15.0%
를 함유하고, 또한
Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며,
또한, 하기 식(7)의 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음이다.
0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (7)
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 용접 이음은, 상기 용접 금속이, 질량%로
O: 0% 이상 0.025% 이하
N: 0% 이상 0.010% 이하
를 추가로 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 용접 이음은, 모재로서 5∼10%의 Ni를 함유하는 강판을 이용하는 것이다.
본 발명에 의하면, 입열량이 예를 들면 10kJ/mm 이상의 대입열 용접 시여도 강도 및 극저온 인성이 우수한 용접 금속을 갖는 용접 이음을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 있어서의 개선 용접의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 6.0∼15.0% Ni 정도의 용접 재료를 이용한 대입열 용접법으로서, 종래 검토되어 있지 않았던 일렉트로슬래그 용접을 적용하여 검토를 행했다. 그 결과, 성분이 적절히 조정된 용접 재료를 이용하면, 입열량이 예를 들면 10kJ/mm 이상의 대입열 용접 시여도, 강도 및 극저온 인성이 우수한 용접 금속을 갖는 용접 이음이 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성했다.
여기에서 일렉트로슬래그 용접은, 용융된 슬래그욕 중에 용접 와이어를 넣고, 주로 용융 슬래그의 줄(Joule) 열을 열원으로 해서 모재와 용접 와이어를 용융시켜 용접하는 방법이다. 일렉트로슬래그 용접에 의하면, 조선이나 산업 기계 분야 등과 같이 판 두께가 큰 구조물의 입향 용접을 1패스로 행하는 것이 가능하다. 상기 구조물의 입향 용접은, 지금까지 일렉트로가스 아크 용접으로 행해져 왔지만, 용접 작업자에게 있어 아크 방사열, 흄, 스패터 등의 작업 환경상의 문제가 있었다. 더욱이 판 두께가 늘어나면 실드가 열화되어, 용접부의 기계적 성능이 열화되는 등의 문제도 있다.
이에 대해, 일렉트로슬래그 용접에서는, 일렉트로가스 아크 용접과 같이 노출된 아크가 아니라 용융 슬래그 내에서 열이 발생하여 와이어 및 모재를 용융시키므로, 아크 방사열이 발생하지 않고, 또한 흄, 스패터의 발생도 적어, 작업 환경이 개선된다. 또한 용융 슬래그로 용접 금속을 대기로부터 차폐하므로 실드 가스가 불요하고, 판 두께가 커져도 실드 효과가 열화되는 경우가 없어, 대기에 존재하는 질소 등의 용융 금속 내로의 침입을 판 두께에 관계없이 효과적으로 방지할 수 있으므로, 용접 금속의 기계적인 열화도 발생하기 어렵다.
본 명세서에서는, 일렉트로슬래그 용접용 와이어를 간단히 와이어라고 부르는 경우가 있다.
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다. 이하, %는 특별히 언급이 없는 한, 질량%를 의미한다. 또한, 「∼」란 그 하한의 값 이상 그 상한의 값 이하인 것을 의미한다.
(일렉트로슬래그 용접용 와이어)
본 발명에 따른 일렉트로슬래그 용접용 와이어의 성분은 이하와 같다. 한편, 본 발명에서는, 후술하는 바와 같이 플럭스 코어드 와이어가 바람직하게 이용되지만, 그 경우에 있어서의 일렉트로슬래그 용접용 와이어의 성분은, 플럭스 코어드 와이어에 포함되는 각 성분의 질량%를 당해 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 비율로 규정한 것이다. 한편, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량이란 후프와 플럭스의 전체 질량을 합한 것을 말한다.
C: 0% 초과 0.07% 이하
C는 고용 강화 및 화합물을 형성하여 강도 확보에 기여하는 원소이다. 상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, C량은 0.003% 이상인 것이 바람직하다. 단, C량을 과잉으로 첨가하면 화합물 입자수의 증가를 초래하고, 당해 화합물 입자가 샤르피 시험 시의 보이드 형성의 기점으로서 작용하여 극저온 인성이 저하되기 때문에, C량을 0.07% 이하로 한다. C량은 0.05% 이하인 것이 바람직하다.
Si: 0% 초과 0.50% 이하
Si는 탈산 원소이고, 용접 금속 중의 산소 농도를 저하시킴으로써 극저온 인성의 향상 작용을 갖는다. 상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, Si량은 0.003% 이상인 것이 바람직하다. 단, Si의 과잉 첨가는 강도의 과대한 상승을 초래하고, 극저온 인성이 저하되기 때문에, Si량을 0.50% 이하로 한다. Si량은 0.40% 이하인 것이 바람직하다.
Mn: 0% 초과 1.0% 이하
Mn은 고용 강화에 의해 강도 확보에 기여하는 원소이다. Mn량이 부족하면, 소정의 강도가 얻어지지 않기 때문에, Mn량은 0.01% 이상인 것이 바람직하다. 단, Mn의 과잉 첨가는 강도의 과대한 상승을 초래하고, 극저온 인성이 저하되기 때문에, Mn량을 1.0% 이하로 한다. Mn량은 0.9% 이하인 것이 바람직하다.
Ni: 6.0∼15.0%,
Ni는 저온 인성의 확보에 필수인 원소이고, Ni량을 6.0% 이상으로 한다. Ni량은 7.0% 이상인 것이 바람직하다. 단, Ni의 과잉 첨가는 강도의 상승을 초래하고, 극저온 인성이 저하되기 때문에, Ni량을 15.0% 이하로 한다. Ni량은 14.0% 이하인 것이 바람직하다.
Fe: 79% 이상
Fe는 대상 모재와 마찬가지로 기본 성분이고, 모재와 용접 금속으로 이루어지는 이음의 성분적 연속성을 확보하기 위해, 79% 이상으로 한다. 79% 미만인 경우, 다른 합금 성분 혹은 슬래그 형성제를 규정 이상 첨가할 필요가 생기고, 결과로서 용접 금속의 강도가 과대해지고, 극저온 인성이 저하된다. Fe량은 82% 이상인 것이 바람직하다.
전술과 같이, 각 성분의 작용에 대해서는 기술했지만, 규정된 성분 범위여도 필요로 하는 기계적 성질을 만족하지 않는 경우가 있었다. 그래서 발명자들이 예의 검토·시험을 더 행한 결과, 대입열의 일렉트로슬래그 용접에 있어서, 용접 금속의 조직 조대화를 억제하여, 미세한 조직이 얻어지고, 그 결과 기계적 성질을 만족하는 합금 성분의 관계식(1)을 발견했다. 한편, 식(1) 중의 C, Si 등은 와이어 전체 질량당 각각의 함유량(질량%)이지만, 단위를 생략하고 있다. 후술하는 식(2)∼(3)에 있어서도 마찬가지이다.
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (1)
식(1)의 파라미터가 0.150 미만인 경우, 소정의 강도가 얻어지지 않는다. 식(1)의 파라미터는 0.160 이상이 바람직하고, 0.170 이상이 보다 바람직하다. 한편, 식(1)의 파라미터가 0.300을 초과하면 용접 금속의 강도가 과대해지고, 극저온 인성이 저하된다. 식(1)의 파라미터는 0.290 이하가 바람직하고, 0.280 이하가 보다 바람직하다.
마찬가지로, 규정된 성분 범위여도 필요로 하는 기계적 성질을 만족하지 않는 경우가 있었다. 그래서 발명자들이 예의 검토·시험을 더 행한 결과, 추가로, Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 와이어를 이용한 대입열의 일렉트로슬래그 용접에 있어서, 용접 금속의 조직 조대화를 억제하여, 미세한 조직이 얻어지고, 그 결과 기계적 성질을 만족하는 합금 성분의 관계식(2)를 발견했다.
0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (2)
Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B는 강도 확보에 기여하는 원소이다. 식(2)의 파라미터가 0.150 미만인 경우, 소정의 강도가 얻어지지 않는다. 식(2)의 파라미터는 0.160 이상이 바람직하고, 0.170 이상이 보다 바람직하다. 한편, 식(2)의 파라미터가 0.300을 초과하면 용접 금속의 강도가 과대해지고, 극저온 인성이 저하된다. 식(2)의 파라미터는 0.290 이하가 바람직하고, 0.280 이하가 보다 바람직하다.
전술한 Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B의 함유량의 보다 바람직한 범위는 이하에 나타내는 대로이다.
보다 바람직한 범위
Cu: 0.45% 이하
Cr: 0.50% 이하
Mo: 0.55% 이하
W: 0.50% 이하
Nb: 0.20% 이하
V: 0.20% 이하
B: 0.01% 이하
또한, Ca, Mg, REM, Zr, Al 및 Ti로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 추가로 함유하고,
0.001≤1.6(Ca+Mg)+1.25(REM+Zr)+Al+0.8Ti≤0.70 (3)
을 만족하는 것이 바람직하다.
Ca, Mg, REM, Zr, Al 및 Ti는 탈산 원소이고, 용접 금속 중의 산소 농도를 저하시켜 극저온 인성의 개선 작용을 갖는다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, 식(3)의 파라미터가 0.001 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명과 같이 입열량이 큰 대입열 시공을 대상으로 하는 경우, 전술한 바와 같이 용접 후의 냉각 속도가 낮기 때문에, 산화물의 응집·합체에 의한 조대화가 진행되기 쉽다. 그 때문에, 과잉으로 첨가하면 조대 산화물이 증가하여, 극저온 인성 확보의 관점에서, 식(3)의 파라미터는 0.70 이하가 바람직하다. 또한, 식(3)의 파라미터는 0.10 이상인 것이 보다 바람직하다.
전술한 Ca, Mg, REM, Zr, Al 및 Ti의 함유량의 보다 바람직한 범위는 이하에 나타내는 대로이다.
보다 바람직한 범위
Ca: 0.0005∼0.20%
Mg: 0.0005∼0.20%
REM: 0.001∼0.20%
Zr: 0.001∼0.15%
Al: 0.001∼0.20%
Ti: 0.001∼0.10%
본 발명에 따른 일렉트로슬래그 용접용 와이어의 잔부는, 예를 들면 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로서, 예를 들면 P, S, As, Sb, Sn, Bi, O, N 등을 들 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 일렉트로슬래그 용접용 와이어에 함유할 수 있는 그 밖의 성분으로서, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서, 상기한 불가피적 불순물의 원소나 그 밖의 원소를 적극 첨가해도 된다.
본 발명의 일렉트로슬래그 용접용 와이어는, 통전성을 높이기 위해, 표면에 Cu 도금이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 그 Cu 도금량은 0.10% 이상 0.30% 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 일렉트로슬래그 용접용 와이어에는, 솔리드 와이어 및 플럭스 코어드 와이어의 양쪽이 포함된다. 이 중 플럭스 코어드 와이어는 외피(이하, 후프라고도 함)의 내측에 플럭스가 충전된 것으로, 성분 설계가 하기 쉽고, 또한 용착 속도 및 용착 효율 등도 우수하다.
상기 후프의 조성은 플럭스 코어드 와이어의 조성이 상기 범위이면 특별히 한정되지 않는다.
플럭스 코어드 와이어의 플럭스는 산화물·불화물계 및 금속계로 대별되는데, 금속계 플럭스 코어드 와이어는 특히 메탈 코어드 와이어(MCW: Metal Cored Wire)로 불리는 경우가 있다.
플럭스 코어드 와이어의 플럭스 충전율은 5∼25%인 것이 바람직하다. 이들 범위를 벗어나면, 작업성이 열화되는 등의 문제가 있다. 여기에서 상기 플럭스 충전율은, 후프 내에 충전되는 플럭스의 충전율을, 와이어의 전체 질량에 대한 비율로 규정한 것이다. 한편, 와이어의 전체 질량이란 후프와 플럭스의 전체 질량을 합한 것을 말한다.
상기 플럭스 코어드 와이어의 플럭스는 산화물·불화물계 및 금속계로 대별되며, 금속계는 전술한 와이어 조성의 범위를 만족하고, 산화물·불화물(슬래그 형성제)은, 와이어 전체 질량에 대해, 0% 초과 15% 이하 포함되고, 또한 SiO2, CaO, CaF2, BaF2, MgO, Al2O3, MnO, TiO2, ZrO2, FeO, Na2O, K2O 및 BaO로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 함유하며, 또한 하기 식(4)를 만족하는 것을 특징으로 한다. 한편, 식(4) 중의 CaO, CaF2 등의 각 성분의 표기는 와이어 전체 질량당 각각의 함유량(질량%)이다.
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (4)
(단, SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, MnO 및 FeO 모두 포함하지 않는 경우는 ＞100으로 한다.)
슬래그 형성제의 사용에 의해, 일렉트로슬래그 용접 시에 당해 슬래그 형성제가 용융되어 슬래그화되고, 슬래그가 용융 금속을 보호하여, 대기로부터의 질소 및 산소의 혼입을 방지한다. 또, 그 슬래그 형성제의 조성식(4)의 범위로 규정하는 것에 의해, 용접 금속의 산소량이 저감되어, 극저온 인성이 향상된다. 식(4)의 파라미터가 1.00 이상인 것이 바람직하고, 1.30 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 슬래그 형성제에는 CaCO3, BaCO3, MgCO3 등의 탄산염을 후프 내에 충전되는 플럭스 충전제로서 이용해도 되지만, 용접 시에 탄산염이 열에 의해 분해되어, CO2 가스를 발생시키고, 용접 금속 중의 산소량이 증가하여, 극저온 인성에 영향을 미친다. 따라서, 바람직하게는 탄산염을 플럭스 충전제에 사용하지 않는다. 한편, 탄산염을 이용하는 경우, 상기 식(4)의 파라미터의 산출에는 탄산염이 열로 분해되는 것을 고려하여, 실제의 탄산염 중량으로부터 CO2분을 제외하고, 각각 CaCO3을 CaO량으로, BaCO3을 BaO량으로, MgCO3을 MgO량으로 환산한다.
플럭스 코어드 용접 와이어의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 일반적인 공정으로 제조하면 된다. 예를 들면, 연강의 후프를 U자상으로 성형하고, U자상 성형 후프에 플럭스를 충전한 후, 플럭스를 내부에 충전한 통상형으로 성형하고, 목적하는 지름까지 신선(伸線)하여 제조된다.
(플럭스)
일렉트로슬래그 용접에서는, 용접이 진행됨에 따라 감소하는 용융 슬래그를 보충하기 위해서 플럭스가 추가 투입되는데, 이 플럭스를 본 명세서에서는 간단히 플럭스라고 한다. 일렉트로슬래그 용접에서는, 용접이 진행됨에 따라 용융 금속은 냉각되어서 용접 금속이 되고, 용융 슬래그욕의 일부는 용융 슬래그층이 되지만, 용접의 진행에 따라 용융 슬래그층이 냉각되어서 고화 슬래그가 되어, 용융 슬래그가 소비된다. 이 용융 슬래그욕의 감소를 보충하기 위해, 플럭스가 이용된다. 플럭스는 용융형 플럭스와 본드형(소성형) 플럭스로 대별된다. 용융형 플럭스는 여러 가지의 원료를 전기로 등에서 용해하고, 분쇄하는 것에 의해 제조된다. 한편, 소성형 플럭스는 여러 가지의 원료를 규산 알칼리 등의 바인더에 의해 결합하고, 조립(造粒)한 후, 소성하는 것에 의해 제조된다. 소성형 플럭스는 전술의 탄산염을 원료로서 이용하는 경우가 있지만, 용접 시에 탄산염이 열에 의해 분해되어, CO2 가스를 발생시키고, 용접 금속 중의 산소량이 증가하여, 극저온 인성에 영향을 미친다. 따라서, 바람직하게는 용융형 플럭스를 이용한다.
본 발명에 이용되는 플럭스의 조성은 이하와 같다.
SiO2: 0∼35%
SiO2는 산성 성분이고, 용융 슬래그의 점성 및 융점을 조정하는 성분이다. 본 발명에서는, 타 성분으로 점성 및 융점의 조정이 가능하여, SiO2를 포함하지 않아도 된다. 한편, 함유하는 경우는, SiO2량이 35%를 초과하면, 용융 슬래그의 점성이 높아져, 용입 불량이 생기기 때문에, SiO2량은 35% 이하가 바람직하고, 30% 이하가 보다 바람직하다.
CaO: 5∼60%
CaO는 염기성 성분이고, 용융 슬래그의 점성 및 융점을 조절하기 위해서 유효한 성분임과 함께, 용접 금속의 산소량을 저감시키는 효과가 높다. CaO량이 5% 미만인 경우, 용접 금속의 산소량이 증가하기 때문에, CaO량은 5% 이상인 것이 바람직하고, 10% 이상이 보다 바람직하다. 단, CaO량이 60%를 초과하면, 언더컷 및 슬래그 권입이 발생하기 때문에, CaO량은 60% 이하가 바람직하고, 55% 이하가 보다 바람직하다.
CaF2: 3∼50%
CaF2도 염기성 성분이고, 용융 슬래그의 점성 및 융점을 조절하기 위해서 유효한 성분임과 함께, 용접 금속의 산소량을 저감시키는 효과가 높다. CaF2량이 3% 미만인 경우, 용접 금속의 산소량이 증가하기 때문에, CaF2량은 3% 이상이 바람직하고, 5% 이상이 보다 바람직하다. 단, CaF2량이 50%를 초과하면, 언더컷 및 슬래그 권입이 발생하기 쉬워짐과 함께, 용접 시에 불화 가스가 발생하여 용접이 안정되지 않기 때문에, CaF2량은 50% 이하가 바람직하고, 45% 이하가 보다 바람직하다.
BaF2: 0∼20%
BaF2도 염기성 성분이고, 용융 슬래그의 점성 및 융점을 조절하기 위해서 유효한 성분임과 함께, 용접 금속의 산소량을 저감시키는 효과가 높다. 본 발명에서는, 타 성분으로 점성 및 융점, 나아가서는 용접 금속 산소량의 조정이 가능하여, BaF2를 포함하지 않아도 된다. 한편, 함유하는 경우는, BaF2량이 20%를 초과하면 용융 슬래그의 융점이 지나치게 낮아져 점성이 부족하고, 접동(摺動)식 구리 덮개판과 용접 금속 사이로부터 용융 슬래그가 지나치게 배출되기 쉬워져, 용융 슬래그에 의한 용융 금속의 억제 효과가 없어져 용락(溶落)된다. 이 때문에, BaF2량은 20% 이하가 바람직하고, 15% 이하가 보다 바람직하다.
MgO: 0∼20%
MgO도 염기성 성분이고, 용융 슬래그의 점성 및 융점을 조정하기 위해서 유효한 성분이다. 본 발명에서는, 타 성분으로 점성 및 융점의 조정이 가능하여, MgO를 포함하지 않아도 된다. 한편, 함유하는 경우는, MgO량이 20%를 초과하면 용융 슬래그의 융점이 지나치게 높아지고 점성도 높아지는 결과, 용입 불량이 생기기 때문에, MgO량은 20% 이하인 것이 바람직하고, 15% 이하가 보다 바람직하다.
Al2O3: 0∼65%
Al2O3은 용융 슬래그의 점성 및 융점을 조정하기 위해서 유효한 성분이다. 본 발명에서는, 타 성분으로 점성 및 융점의 조정이 가능하여, Al2O3를 포함하지 않아도 된다. 한편, 함유하는 경우는, Al2O3량이 65%를 초과하면 용융 슬래그의 점성이 높아져, 용입 불량이 생기기 때문에, 65% 이하인 것이 바람직하고, 60% 이하가 보다 바람직하다.
또한, Al2O3량은 3% 이상이 바람직하다.
MnO: 0∼20%
MnO는 용융 슬래그의 점성 및 융점을 조정하기 위해서 유효한 성분이다. 본 발명에서는, 타 성분으로 점성 및 융점의 조정이 가능하여, MnO를 포함하지 않아도 된다. 한편, 함유하는 경우는, MnO량이 20%를 초과하면, 용융 슬래그의 융점이 지나치게 낮아져 점성이 부족하고, 접동식 구리 덮개판과 용접 금속 사이로부터 용융 슬래그가 지나치게 배출되기 쉬워져, 용융 슬래그에 의한 용융 금속의 억제 효과가 없어져 용락된다. 이 때문에, MnO량은 20% 이하가 바람직하고, 15% 이하가 보다 바람직하다.
TiO2: 0∼10% 및 ZrO2: 0∼10%
TiO2 및 ZrO2는 용융 슬래그의 융점을 조정하기 위해서 유효한 성분이다. 본 발명에서는, 타 성분으로 융점의 조정이 가능하여, TiO2 및 ZrO2를 포함하지 않아도 된다. 한편, 함유하는 경우, TiO2 및 ZrO2가 각각 10%를 초과하면, 융점 부근에서 점도가 급격히 높아지기 때문에, 슬래그 권입이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, TiO2 및 ZrO2량은 각각 10% 이하가 바람직하고, 5% 이하가 보다 바람직하다.
FeO: 0∼5%
FeO는 용융 슬래그의 점성 및 융점을 조정하기 위해서 유효한 성분임과 함께, 용접 금속의 산소량을 저감시키는 효과가 높다. 본 발명에서는, 타 성분으로 점성 및 융점의 조정이 가능하여, FeO를 포함하지 않아도 된다. 한편, 함유하는 경우는, FeO량이 5%를 초과하면, 비드 표면에 슬래그가 생성되어 소부(燒付)되기 쉬워지기 때문에, 5% 이하가 바람직하고, 3% 이하가 보다 바람직하다.
Na2O: 0∼10%
Na2O는 용융 슬래그의 점성을 조정하기 위해서 매우 유효한 성분이다. 단, 본 발명에서는, 타 성분으로 점성 및 융점의 조정이 가능하여, Na2O를 포함하지 않아도 된다. 한편, 함유하는 경우는, Na2O량이 10%를 초과하면, 용융 슬래그의 융점이 지나치게 낮아져 점성이 부족하고, 접동식 구리 덮개판과 용접 금속 사이로부터 용융 슬래그가 지나치게 배출되기 쉬워져, 용융 슬래그에 의한 용융 금속의 억제 효과가 없어져 용락되기 때문에, 10% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 7% 이하이다.
K2O: 0∼10%
K2O는 용융 슬래그의 점성을 조정하기 위해서 매우 유효한 성분이다. 단, 본 발명에서는, 타 성분으로 점성 및 융점의 조정이 가능하여, K2O를 포함하지 않아도 된다. 한편, 함유하는 경우는, K2O량이 10%를 초과하면, 용융 슬래그의 융점이 지나치게 낮아져 점성이 부족하고, 접동식 구리 덮개판과 용접 금속 사이로부터 용융 슬래그가 지나치게 배출되기 쉬워져, 용융 슬래그에 의한 용융 금속의 억제 효과가 없어져 용락된다. 이 때문에, K2O량은 10% 이하가 바람직하고, 7% 이하가 보다 바람직하다.
BaO: 0∼20%
BaO는 염기성 성분이고, 용융 슬래그의 점성 및 융점을 조절하기 위해서 유효한 성분임과 함께, 용접 금속의 산소량을 저감시키는 효과가 높다. 단, 본 발명에서는, 타 성분으로 점성 및 융점의 조정이 가능하여, BaO를 포함하지 않아도 된다. 한편, 함유하는 경우는, BaO량이 20%를 초과하면, 용융 슬래그의 융점이 지나치게 낮아져 점성이 부족하고, 접동식 구리 덮개판과 용접 금속 사이로부터 용융 슬래그가 지나치게 배출되기 쉬워져, 용융 슬래그에 의한 용융 금속의 억제 효과가 없어져 용락된다. 이 때문에, BaO량은 20% 이하가 바람직하고, 15% 이하가 보다 바람직하다.
플럭스의 조성은 용접 금속의 산소량 저감에 효과적이고, 용접 금속부의 인성 향상으로 이어지기 때문에, 각 성분량의 한정 범위 내이고 또한 식(5)를 만족하는 것이 바람직하다. 한편, 식(5) 중의 CaO, CaF2 등의 각 성분의 표기는 플럭스 전체 질량당 각각의 함유량(질량%)이다.
(CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (5)
(단, SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, MnO 및 FeO 모두 포함하지 않는 경우는 ＞100으로 한다.)
본 발명에 따른 플럭스의 조성은 상기와 같고, 잔부는 P, S, As, Sb, Sn, Bi 등의 불가피적 불순물이다.
(용접 이음)
본 발명의 용접 이음은 상기 일렉트로슬래그 용접용 와이어 및 플럭스를 이용하여, 일렉트로슬래그 용접에 의해 제작된다. 상기 용접 이음에 있어서의 용접 금속의 조성(각 성분량)은 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 점을 제외하고, 일렉트로슬래그 용접용 와이어의 조성과 동일하며, 각 성분의 작용 효과도 동일하다. 따라서, 이하의 기재에 있어서, 전술한 일렉트로가스 용접용 와이어와 중복되는 성분의 작용 효과는, 설명의 중복을 피하기 위해 생략하고, 바람직한 범위만 기재한다.
C: 0% 초과 0.07% 이하
바람직한 상한: 0.06%
Si: 0% 초과 0.50% 이하
바람직한 상한: 0.40%, 보다 바람직하게는 0.30%
Mn: 0% 초과 1.0% 이하
바람직한 상한: 0.8%
Ni: 6.0∼15.0%,
바람직한 하한: 7.0%,
바람직한 상한: 14.0%, 보다 바람직하게는 12.0%
또한, 상기 용접 이음에 있어서의 용접 금속은 하기 식(6)을 만족한다. 한편, 식(6) 중의 C, Si 등은 용접 금속 전체 질량당 각각의 함유량(질량%)이지만, 단위를 생략하고 있다.
0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (6)
발명자들은, 상기 와이어에 있어서의 식(1)과 마찬가지의 관점에서, 용접 금속에 있어서 식(6)을 만족시키는 것의 기술적 의의를 발견했다. 식(6)의 파라미터가 0.150 미만인 경우, 소정의 강도가 얻어지지 않는다. 식(6)의 파라미터는 0.160 이상이 바람직하고, 0.170 이상이 보다 바람직하다. 한편, 식(6)의 파라미터가 0.300을 초과하면 용접 금속의 강도가 과대해지고, 극저온 인성이 저하된다. 식(6)의 파라미터는 0.290 이하가 바람직하고, 0.280 이하가 보다 바람직하다.
또한, 상기 용접 이음에 있어서의 용접 금속은, 추가로, Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 경우에는, 하기 식(7)을 만족한다. 한편, 식(7) 중의 C, Si 등은 용접 금속 전체 질량당 각각의 함유량(질량%)이지만, 단위를 생략하고 있다.
0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (7)
Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B는 강도 확보에 기여하는 원소이다. 발명자들은, 상기 와이어에 있어서의 식(2)와 마찬가지의 관점에서, 용접 금속에 있어서 식(7)을 만족시키는 것의 기술적 의의를 발견했다. 식(7)의 파라미터가 0.150 미만인 경우, 소정의 강도가 얻어지지 않는다. 식(7)의 파라미터는 0.160 이상이 바람직하고, 0.170 이상이 보다 바람직하다. 한편, 식(7)의 파라미터가 0.300을 초과하면 용접 금속의 강도가 과대해지고, 극저온 인성이 저하된다. 식(7)의 파라미터는 0.290 이하가 바람직하고, 0.280 이하가 보다 바람직하다.
한편, 용접 금속 중에 있어서의 Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B의 각각의 바람직한 함유량은, 상기 와이어에 있어서의 바람직한 함유량과 동일하다.
O: 0% 이상 0.025% 이하
O는 산화물을 형성하고, 당해 산화물이 샤르피 시험 시의 보이드 형성의 기점으로서 작용하기 때문에, 극저온 인성이 저하된다. 따라서, O량은 0.025% 이하로 하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 함유하지 않는다.
N: 0% 이상 0.010% 이하
N은 고용 원소로서 용접 금속부의 매트릭스를 강화하는 한편, 취성 파괴를 유발하는 원소이기도 하여, 극저온 인성이 저하된다. 따라서, N량은 0.010% 이하로 하는 것이 바람직하고, 바람직하게는 함유하지 않는다.
본 발명에 따른 용접 금속의 기본 조성은 상기와 같고, 잔부는, 철 및 와이어로부터 첨가한, Cu, Cr, Mo, W, Nb, V, B, 및 탈산제로서 첨가한 Ca, Mg, REM, Al, Zr, Ti의 일부가 슬래그로서 배출되지 않고 용접 금속 중에 남은 것, 나아가서는 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로서, 예를 들면 P, S, As, Sb, Sn, Bi 등을 들 수 있다.
상기 용접 이음의 제작에 이용되는 모재는 5∼10%의 Ni를 함유하는 강판을 이용하는 것이 바람직하다. Ni량이 5% 미만이면, 극저온 인성을 확보할 수 없다는 등의 문제가 있다. Ni량은, 보다 바람직하게는 5.2% 이상이고, 더 바람직하게는 6.5% 이상이다. 단, Ni량이 10%를 초과하면 강재 비용이 상승하기 때문에, Ni량은 10% 이하인 것이 바람직하다. Ni량은, 보다 바람직하게는 9.5% 이하이다.
실시예
본 실시예에서는, 모재로서 표 1에 나타내는 조성(잔부는 불가피적 불순물임)을 갖는 강판, 표 2∼5에 나타내는 조성을 갖는 일렉트로슬래그 용접용 와이어, 및 표 6에 나타내는 조성을 갖는 플럭스를 이용하여 하기의 용접 조건에서 용접 금속을 제작했다. 한편, 표 1∼6 및 이하에 나타내는 표 7∼10에 있어서, 각 성분량은 질량% 표시이고, 각 성분 조성에 있어서의 "0"이라는 표기는 조성 분석에 있어서의 검출 한계값 미만인 것을 의미한다.
또한, 표 2∼5에 나타내는 슬래그량은 와이어 중에 포함되는 슬래그 형성제의 양이고, 그 조성으로부터 식(4)로 산출한 값을 기재하고 있다. 시험한 와이어는 플럭스 코어드 와이어, MCW, 솔리드 와이어가 있으며, MCW 및 솔리드 와이어의 경우는 비고란에 나타내고, 플럭스 코어드 와이어의 경우는 공란으로 했다. 또한, Cu 도금의 유무는 비고란에 나타냈다. Cu 도금량은 0.10∼0.30%의 범위로 하고, 표 2∼5의 와이어 Cu량은, Cu 도금량과 도금 이외에 와이어에 합금으로서 함유하는 양의 총합을 나타내고 있다.
또한, 표 2∼5에 나타내는 각 와이어에 있어서, Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B 중 어느 것도 함유하지 않는 와이어에 대해서는, 식(1)의 파라미터값만을 기재하고, 식(2)의 파라미터값은 공란으로 하고 있다. 한편, Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 와이어에 대해서는, 식(2)의 파라미터값만을 기재하고, 식(1)의 파라미터값은 공란으로 하고 있다.
Figure 112019024718804-pct00001
Figure 112019024718804-pct00002
Figure 112019024792019-pct00012
Figure 112019024718804-pct00004
Figure 112019024718804-pct00005
Figure 112019024718804-pct00006
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 구리 덮개판(1)(개선의 뒤측) 및 접동식 구리 덮개판(2)(개선의 표측)에 둘러싸인 개선의 폭은 10mm이고, 20° V 개선 용접을 행했다. 한편, 구리 덮개판(1) 및 접동식 구리 덮개판(2)은 모두 수냉된 것을 이용했다.
용접 방법: 일렉트로슬래그 용접
용접 조건:
모재의 판 두께: 30mm
개선 형상: 도 1을 참조
슬래그욕 깊이 25mm에서 용접을 개시
와이어: 표 2∼5를 참조
와이어 지름=1.6mm
입열 조건: 약 12∼19kJ/mm(용접 전류 340∼380A-용접 전압 40∼44V)
용접 자세: 입향 1패스
이와 같이 해서 얻어진 용접 금속의 조성(잔부는 불가피적 불순물임)을 표 7∼10에 나타낸다. 한편, 표 7∼10에 나타나는 각 용접 금속에 있어서, Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B 중 어느 것도 함유하지 않는 용접 금속에 대해서는, 식(6)의 파라미터값만을 기재하고, 식(7)의 파라미터값은 공란으로 하고 있다. 한편, Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하는 용접 금속에 대해서는, 식(7)의 파라미터값만을 기재하고, 식(6)의 파라미터값은 공란으로 하고 있다. 또한, 상기 용접 금속에 대하여, 이하의 특성을 평가했다.
(강도)
용접 금속의 중앙부로부터, 용접선 방향에 평행으로 JIS Z2202에 기재된 방법으로 인장 시험편을 채취하고, JIS Z2241에 기재된 방법으로 인장 시험을 행했다. 본 실시예에서는, 인장 강도 TS＞690MPa의 용접 금속을 합격으로 했다.
(극저온 인성)
얻어진 용접 금속의 판 두께 중앙부로부터, 용접선 방향에 수직으로 샤르피 충격 시험편(JIS Z3111 4호 V 노치 시험편)을 채취하고, JIS Z2242에 기재된 방법으로 -196℃에서의 샤르피 충격 시험을 실시했다. 마찬가지의 시험을 3회 행하고, 그 평균값을 산출했을 때, 흡수 에너지 IV가 40J 이상인 용접 금속을 극저온 인성이 우수하다고 평가했다.
(비드 외관)
비드 외관은 육안으로 행하고, 하기 기준으로 평가했다.
합격: 비드 가장자리가 가지런하여 직선성이 우수한 것
불합격: 비드가 크게 사행(蛇行)하고 있는 것, 또는 언더컷이 발생한 것
Figure 112019024718804-pct00007
Figure 112019024718804-pct00008
Figure 112019024718804-pct00009
Figure 112019024718804-pct00010
표 7∼10의 결과로부터, 이하와 같이 고찰할 수 있다.
우선, 표 7∼10의 No. 1∼90은 본 발명의 요건을 만족하는 표 2∼5의 No. 1∼90의 와이어를 이용한 예이며, 10.0kJ/mm 이상의 대입열 용접을 실시했음에도 불구하고, 극저온 인성 IV(흡수 에너지) 및 강도 TS(인장 강도)의 양쪽이 우수한 용접 금속이 얻어졌다.
이들 중, 플럭스로서 본 발명의 조성을 만족하는 표 6의 A∼L을 이용한 결과, 비드 외관은 양호했다.
이에 비해, 표 10의 No. 91∼100은 본 발명의 요건을 만족하지 않는 표 5의 No. 91∼100의 와이어를 이용한 예이고, 이하의 문제를 갖고 있다.
No. 91은 와이어 및 용접 금속 중의 C량이 많아, 인성이 열화되었다.
No. 92는 와이어 및 용접 금속 중의 Si량이 많아, 인성이 열화되었다.
No. 93은 와이어 및 용접 금속 중의 Mn량이 많아, 인성이 열화되었다.
No. 94는 와이어 및 용접 금속 중의 Ni량이 적어, 강도가 저하된 데다가, 인성이 열화되었다.
No. 95는 와이어 및 용접 금속 중의 Ni량이 많아, 인성이 열화되었다.
No. 96은 와이어의 Fe량이 적어진 결과, 합금 성분이 과대해지고, 용접 금속의 식(6)의 파라미터가 커, 인성이 열화되었다.
No. 97은 와이어의 식(1)의 파라미터가 작아, 강도가 저하된 데다가, 인성이 열화되었다.
No. 98은 와이어의 식(1)의 파라미터 및 용접 금속의 식(6)의 파라미터가 커, 인성이 열화되었다.
No. 99는 와이어의 식(2)의 파라미터가 작아, 강도가 저하된 데다가, 인성이 열화되었다.
No. 100은 와이어의 식(2)의 파라미터 및 용접 금속의 식(7)의 파라미터가 커, 인성이 열화되었다.
이상, 본 발명을 상기 구체예에 기초하여 상세히 설명했지만, 본 발명은 상기 구체예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범주를 일탈하지 않는 한에 있어서, 모든 변형이나 변경이 가능하다.
한편, 본 출원은 2016년 9월 13일부로 출원된 일본 특허출원(특원 2016-178802) 및 2017년 2월 21일부로 출원된 일본 특허출원(특원 2017-030282)에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

Claims (13)

  1. 와이어 전체 질량당,
    질량%로,
    C: 0% 초과 0.07% 이하,
    Si: 0% 초과 0.50% 이하,
    Mn: 0% 초과 1.0% 이하,
    Ni: 6.0∼15.0%
    을 함유하고, 또한
    Ca, Mg, REM, Zr, Al 및 Ti로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하고, 또한
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물(단, Fe의 함량은 79% 이상)로 이루어지고,
    또한, 하기 식(1) 및 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 일렉트로슬래그 용접용 와이어.
    0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (1)
    0.001≤1.6(Ca+Mg)+1.25(REM+Zr)+Al+0.8Ti≤0.70 (3)
  2. 와이어 전체 질량당,
    질량%로,
    C: 0% 초과 0.07% 이하,
    Si: 0% 초과 0.50% 이하,
    Mn: 0% 초과 1.0% 이하,
    Ni: 6.0∼15.0%
    을 함유하고, 또한
    Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하고, 또한
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물(단, Fe의 함량은 79% 이상)로 이루어지고,
    또한, 하기 식(2)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 일렉트로슬래그 용접용 와이어.
    0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (2)
  3. 제 2 항에 있어서,
    Ca, Mg, REM, Zr, Al 및 Ti로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 추가로 함유하고,
    또한, 하기 식(3)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 일렉트로슬래그 용접용 와이어.
    0.001≤1.6(Ca+Mg)+1.25(REM+Zr)+Al+0.8Ti≤0.70 (3)
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 와이어는, 솔리드 와이어 또는 플럭스 코어드 와이어인 것을 특징으로 하는, 일렉트로슬래그 용접용 와이어.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 와이어는, 와이어 전체 질량에 대해, 슬래그 형성제를 0% 초과 15% 이하 포함하고, 또한 상기 슬래그 형성제는, SiO2, CaO, CaF2, BaF2, MgO, Al2O3, MnO, TiO2, ZrO2, FeO, Na2O, K2O 및 BaO로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하며,
    또한, 하기 식(4)를 만족하는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어인, 일렉트로슬래그 용접용 와이어.
    (CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (4)
    (단, SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, MnO 및 FeO 모두 포함하지 않는 경우는 ＞100으로 한다.)
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 와이어에 Cu 도금이 실시된 것을 특징으로 하는, 일렉트로슬래그 용접용 와이어.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 일렉트로슬래그 용접용 와이어와 함께 일렉트로슬래그 용접에 이용되는 플럭스로서,
    상기 플럭스는, 질량%로,
    SiO2: 0∼35%,
    CaO: 5∼60%,
    CaF2: 3∼50%,
    BaF2: 0∼20%,
    MgO: 0∼20%,
    Al2O3: 0∼65%,
    MnO: 0∼20%,
    TiO2: 0∼10%,
    ZrO2: 0∼10%,
    FeO: 0∼5%,
    Na2O: 0∼10%,
    K2O: 0∼10%,
    BaO: 0∼20%
    를 함유하고,
    또한, 하기 식(5)를 만족하는 것을 특징으로 하는, 일렉트로슬래그 용접용 플럭스.
    (CaO+CaF2+BaF2+MgO+BaO+Na2O+K2O)/(SiO2+0.5(Al2O3+TiO2+ZrO2+MnO+FeO))≥1.00 (5)
    (단, SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, MnO 및 FeO 모두 포함하지 않는 경우는 ＞100으로 한다.)
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 일렉트로슬래그 용접용 와이어, 및 제 7 항에 기재된 일렉트로슬래그 용접용 플럭스를 이용하여, 일렉트로슬래그 용접에 의해 제작되는 용접 이음으로서,
    상기 용접 이음에 있어서의 용접 금속이, 질량%로,
    C: 0% 초과 0.07% 이하,
    Si: 0% 초과 0.50% 이하,
    Mn: 0% 초과 1.0% 이하,
    Ni: 6.0∼15.0%
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며,
    또한, 하기 식(6)을 만족하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음.
    0.150≤C+Si/30+Mn/20+Ni/60≤0.300 (6)
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 일렉트로슬래그 용접용 와이어, 및 제 7 항에 기재된 일렉트로슬래그 용접용 플럭스를 이용하여, 일렉트로슬래그 용접에 의해 제작되는 용접 이음으로서,
    상기 용접 이음에 있어서의 용접 금속이, 질량%로,
    C: 0% 초과 0.07% 이하,
    Si: 0% 초과 0.50% 이하,
    Mn: 0% 초과 1.0% 이하,
    Ni: 6.0∼15.0%
    를 함유하고, 또한
    Cu, Cr, Mo, W, Nb, V 및 B로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며,
    또한, 하기 식(7)의 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음.
    0.150≤C+Si/30+W/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+Nb/10+V/10+5×B≤0.300 (7)
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 용접 금속은, 질량%로
    O: 0% 이상 0.025% 이하
    N: 0% 이상 0.010% 이하
    를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 용접 금속은, 질량%로
    O: 0% 이상 0.025% 이하
    N: 0% 이상 0.010% 이하
    를 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음.
  12. 제 8 항에 있어서,
    모재로서 5∼10%의 Ni를 함유하는 강판을 이용하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음.
  13. 제 9 항에 있어서,
    모재로서 5∼10%의 Ni를 함유하는 강판을 이용하는 것을 특징으로 하는, 용접 이음.
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