KR102246519B1 - 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법, 플럭스 코어드 와이어, 및 용접 조인트의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 양태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은, 강판을 원형으로 성형하면서, 상기 강판의 내부에 플럭스를 충전하는 공정과, 상기 강판의 양단을 접합해서 강관으로 하는 공정과, 상기 강관에 압연 및 어닐링을 실시하여, 상기 플럭스 코어드 와이어를 얻는 공정을 구비하고, 상기 플럭스 코어드 와이어가 소정의 화학 조성을 갖고, Sn 함유량, Sb 함유량, W 함유량 및 Mo 함유량이 이하의 식 (1)을 충족시킨다. Sn+Sb>Mo+W : 식 (1)

Description

플럭스 코어드 와이어의 제조 방법, 플럭스 코어드 와이어, 및 용접 조인트의 제조 방법
본 발명은, 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법, 플럭스 코어드 와이어, 및 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것이다.
장기간 사용함으로써 대기 부식 환경 중에 폭로되어 있는 내후성 강재는, 일반적으로는, 그 표면에 보호성이 있는 녹층이 형성된다. 이 녹층이 외계로부터의 부식성 물질로부터 내식성 강재를 차폐함으로써, 녹층 형성 이후의 내후성 강재의 부식이 억제되어, 그 내후성이 발휘된다. 그 때문에, 내후성 강재는, 도장하지 않고 원재료 그대로 사용 가능한 강재로서, 교량 등의 구조물에 사용되고 있다.
그러나, 비래 염분량이 많은 환경, 예를 들어 해변 지역, 및 융설제가 살포되는 지역 등에서는, 내후성 강재의 표면에 보호성이 있는 녹층이 형성되기 어려워, 부식을 억제하는 효과가 발휘되기 어렵다. 그 때문에, 이들 지역에서는, 원재료 그대로의 내후성 강재를 사용할 수 없어, 도장을 해서 사용할 필요가 있다.
또한, 상술한 비래 염분량이 많은 환경 하에서는, 도막 열화에 의해 도막 흠집이 생겨서, 도막 흠집부 바로 아래의 강재가 직접적으로 부식 환경에 노출되기 때문에, 도장 강재는, 흠집부를 중심으로 해서 혹 형상으로 도막이 부풀어 오르는 부식 형태를 나타낸다. 이러한 부식 형태의 진행에 의해 더욱 도막 흠집부가 누진적으로 확대함으로써, 구조물의 부식이 계속해서 진전되므로, 비래 염분량이 많은 환경 하에서는 구조물의 수명 연장을 목적으로 약 10년마다 도장 강재에 재도장을 실시하는 경우가 많다. 이러한 보수 공정에는 엄청난 공정수가 필요하므로, 도장 수명을 연장하여, 보수 도장 간격을 크게 늘림으로써 유지 관리 비용의 저감을 가능하게 하는 내식성 강재에 대해서, 몇 가지의 기술 제안이 이루어져 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 해변 지역이나 융설염이 살포되는 지역 등에서 비래 염분량이 많은 환경 하에서도 미니멈 메인터넌스 재료로서 사용할 수 있는, 내후성 및 내도장 박리성이 우수한 교량용 강재가 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 도막이 기계적으로 흠집이 나기 쉽고, 또한 SO4 2-와 Cl- 양쪽의 영향을 받기 쉬운 부식 환경이어도, 도막의 수명 연장과 도막이 박리된 후의 부식 억제를 도모할 수 있는, 석탄·광석 운반선 홀드용의 내식성 강재가 개시되어 있다.
또한, 강재 자체의 내식성에 더하여, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 바와 같은 내후성 강 또는 내식 강을 용접했을 경우의 용접 금속에도, 우수한 내후성 및 도장 내식성을 부여시킬 것이 요구되고 있다.
특히, 용접 조인트에 있어서 덧살의 내후성 및 도장 내식성이 문제가 된다. 덧살은 용접 금속의 최표층이며, 덧살의 영역에 실시된 도막은, 그 주위의 평활한 모재에 실시된 도막 표면에 비교하여, 용접 조인트 사용 중에, 다른 물체와의 충돌이나 기계적 마찰을 상대적으로 보다 빈번하게, 강하게 받기 쉽다. 또한, 덧살 자체가 볼록형으로 복잡한 형상을 나타내므로, 도장 시공에 있어서, 주위의 모재의 도막의 막 두께보다도 덧살의 도막의 막 두께가 얇아지는 경향이 있다. 이러한 이유로부터 덧살 표면은, 도막의 박리가 생기기 쉬우므로, 강 구조물의 사용 개시로부터 조기에, 누진적인 도막 파괴가 진행되는 부식 형태의 기점이 되기 쉽다.
그 때문에, 조인트의 용접 금속에 모재와 동등, 혹은 그 이상의 우수한 내후성 및 도장 내식성을 부여시킬 수 있는 신규 용접 재료가 요구되고 있다.
상기 과제에 대하여, 예를 들어 특허문헌 3에는, 고Ni계 고내후성 강의 용접에 적합하고, 양호한 용접 작업성, 특히 양호한 슬래그 박리성이 얻어지고, 모재의 내식성을 손상시키지 않고 해염에 대한 내식성을 용접 금속에 부여하는 가스 실드 아크 용접용 와이어가 제안되어 있다. 그러나, 특허문헌 3에서 제안된 기술에서는, 용접 금속을 포함한 구조물의 도장 수명 연장의 효과를 얻는 것은 어렵다.
특히 교량의 용접에서는, 리브라고 불리는 보강재의 수평 필렛 용접이 행하여지는 경우가 많다. 그 때문에, 교량의 용접에서는, 수평 필렛 용접에서의 용접 작업성, 비드 형상, 비드 외관 및 내결함성이 우수한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어가 요구된다. 또한, 가스 실드 아크 용접용 와이어는, 와이어 중에 Ni를 비교적 많이 함유하기 때문에, 용접 시에 고온 균열이 발생하기 쉽다는 문제도 있다.
한편, 내식성이 우수한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어로서, 예를 들어 특허문헌 4, 특허문헌 5 및 특허문헌 6이 제안되어 있다.
그러나, 특허문헌 4, 특허문헌 5 및 특허문헌 6에 제안되어 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 수평 필렛 용접에 적용한 경우에는, 피트가 생김과 함께, 비드 형상, 비드 외관, 슬래그 박리성 등의 용접 작업성이 불량하다는 문제가 있다. 또한, Cu, Cr 및 Ni를 함유시키는, 종래의 화학 성분의 검토로 용접 금속의 내식성을 향상시키는 효과는 얻어지고 있지만, 용접 금속을 포함한 구조물의 도장 수명 연장의 효과는 얻지 못했다.
또한, 특허문헌 3 내지 6에 기재된 용접 재료에 의해 얻어진 용접 금속에서도, 도막의 박리를 유인하기 쉬워, 비래 염분량이 많은 환경 하에서는, 부식 형태의 기점이 된다는 문제가 있었다. 용접 조인트의 최표층인 덧살에 실시된 도막의 두께는, 덧살의 볼록형의 복잡한 형상에 기인하여, 그 주위의 평탄한 모재에 실시된 도막의 두께에 비해서 얇아지는 경향이 있기 때문이다.
일본 특허 공개 2008-163374호 공보 일본 특허 공개 2007-262555호 공보 일본 특허 공개 2003-311471호 공보 일본 특허 공개 2000-102893호 공보 일본 특허 공개 2000-288781호 공보 일본 특허 공개 2004-230456호 공보
본 발명은, 교량, 항만 구조물 및 해변 지역 등의 비래 염분량이 많은 환경 하에서 사용되는 내식 강을 수평 필렛 용접하는 경우에도 용접 작업성, 용접성 및 용접부의 내후성 및 도장 내식성이 우수하고, 또한 기계적 성능이 우수한 용접 금속이 얻어지는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법, 플럭스 코어드 와이어 및 용접 조인트의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 명세서에서 용접 작업성이 우수하다는 것은, 스패터 발생량이 적고, 비드 형상, 비드 외관 및 슬래그 박리성이 우수한 것을 의미한다. 마찬가지로, 용접성이 우수하다는 것은, 피트의 발생이 없고, 고온 균열이 발생하지 않는 것을 의미한다. 또한, 기계적 성능이 우수하다는 것은, 인장 강도 및 인성이 우수한 것을 의미한다.
본 발명의 요지는 이하와 같다.
[1] 본 발명의 일 양태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은, 강제 외피의 내부에 플럭스가 충전된 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법이며,
강판을 원형으로 성형하면서, 상기 강판의 내부에 플럭스를 충전하는 공정과,
상기 강판의 양단을 접합해서 강관으로 하는 공정과,
상기 강관에 압연 및 어닐링을 실시하여, 상기 플럭스 코어드 와이어를 얻는 공정을
구비하고,
상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로,
C: 0.03 내지 0.10％,
Si: 0.40 내지 0.85％,
Mn: 1.5 내지 3.5％,
P: 0.020％ 이하,
S: 0.020％ 이하,
Cu: 0.03 내지 0.70％,
Sn: 0.05 내지 0.30％,
Mg: 0.05 내지 0.50％,
Al: 0.05 내지 0.50％,
Ti 산화물: TiO2 환산값으로 1.50 내지 4.60％ 미만,
Si 산화물: SiO2 환산값으로 0.30 내지 1.00％,
Zr 산화물: ZrO2 환산값으로 0.10 내지 0.50％,
Fe 산화물: FeO 환산값으로 0.10 내지 1.00％,
Al 산화물: Al2O3 환산값으로 0.05 내지 0.50％,
Na 화합물 및 K 화합물의 합계: Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계로 0.050 내지 0.200％,
불소 화합물: F 환산값으로 0.02 내지 0.20％,
Bi 및 Bi 산화물의 합계: Bi 환산값으로 0 내지 0.035％,
Ni: 0 내지 2.50％,
Ti: 0 내지 0.30％,
B: 0 내지 0.010％,
Mo: 0 내지 0.400％,
W: 0 내지 0.200％,
Cr: 0 내지 0.500％,
Nb: 0 내지 0.300％,
V: 0 내지 0.300％,
N: 0 내지 0.0080％,
Ca: 0 내지 0.0050％,
REM: 0 내지 0.0050％,
Sb: 0 내지 0.0050％,
잔부: Fe 및 불순물이며,
Sn 함유량, Sb 함유량, W 함유량 및 Mo 함유량이 이하의 식 (1)을 충족시킨다.
Sn+Sb>Mo+W : 식 (1)
단, 상기 식 (1)에서의 원소 기호는, 각 원소 기호에 관한 원소의 함유량을, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타내는 것이다.
[2] 상기 [1]에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에서는, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로,
Mo: 0 내지 0.040％
W: 0 내지 0.010％
이어도 된다.
[3] 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에서는, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로,
Cu: 0.05 내지 0.70％
이어도 된다.
[4] 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에서는, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로, 적어도 하기의 어느 하나를 충족시켜도 된다.
Ni: 0.10 내지 2.50％
Ti: 0.03 내지 0.30％
B: 0.002 내지 0.010％
[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에서는, 상기 접합이 코오킹이어도 된다.
[6] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에서는, 상기 접합이 용접이어도 된다.
[7] 본 발명의 다른 양태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에 의해 제조되는 플럭스 코어드 와이어이다.
[8] 본 발명의 다른 양태에 따른 용접 조인트의 제조 방법은, 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에 의해 제조되는 플럭스 코어드 와이어를 사용해서 용접하는 공정을 구비한다.
본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에 의해 얻어지는 플럭스 코어드 와이어, 및 이것을 사용한 용접 조인트에 의하면, 교량, 항만 구조물 및 해변 지역 등의 비래 염분량이 많은 환경 하에서 사용되는 내식 강을 수평 필렛 용접하는 경우에도 용접 작업성, 용접성 및 용접부의 내후성 및 도장 내식성이 우수하고, 또한 기계적 성능이 우수한 용접 금속이 얻어진다.
도 1은 용접부의 내식성 평가를 위한 부식 시험편용 시료의 채취 위치를 도시한 도면이다.
도 2는 용접부의 도장 내식성 평가를 위한 부식 시험편의 형상, 및 크로스컷의 개략을 도시한 도면이다.
도 3은 부식 시험 방법(SAE J2334 시험, 1사이클당 실시 조건)의 개략을 도시한 도면이다.
도 4는 플럭스 코어드 와이어의 제조 단계에서의 단면도이다.
도 5는 코오킹에 의해 제조된 플럭스 코어드 와이어의 단면도이다.
도 6은 용접에 의해 제조된 플럭스 코어드 와이어의 단면도이다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 다양한 플럭스 코어드 와이어(이하, 「와이어」라고 약칭하는 경우가 있음)를 시험 제작하여, 상세를 검토하였다.
우선, 본 발명자들은, 비산 염분량이 많은 부식 환경에서의 내식성에 대해서, 와이어 중의 화학 조성(이하, 「화학 성분」이라고 하는 경우도 있음)의 영향을 조사하였다. 그 결과, 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분으로서, Cu 및 Sn을 첨가함으로써, 비산 염분량이 많은 부식 환경에서의 내식성을 향상시키는 것이 가능하다는 지견을 얻었다.
또한, 본 발명자들은, 비드 형상 및 비드 외관은, 와이어 중의 Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Al, Fe 산화물, Al 산화물 및 불소 화합물량을 조정함으로써 양호하게 되고, 슬래그 박리성은, 와이어 중의 Si 산화물, Zr 산화물, Al, Fe 산화물 그리고 Na 화합물 및 K 화합물의 합계량을 조정함으로써 양호하게 되는 것을 알아내었다. 또한, 내피트성 및 스패터 발생량의 저감은, 와이어 중의 Ti 산화물, Si 산화물, Mg 함유량을 조정함으로써 양호하게 되고, 기계적 성능은, 와이어 중의 C, Si 및 Mn 함유량을 조정함으로써 양호하게 되는 것을 알아내었다.
그러나 본 발명자들은, 비산 염분량이 많은 부식 환경에서 용접 금속의 내식성을 향상시키기 위해서는, 상술한 요소의 상호 작용도 고려할 필요가 있는 것을 알아내었다. 구체적으로는, 본 발명자들은, Sn(및 Sb)과, Mo 및 W의 합금 성분으로서의 함유량비를 소정의 범위 내로 하지 않으면, 특히 비래 염분량이 많은 환경 하에서는, 상술한 도막 열화에 의해 도막 흠집이 생긴 경우, 도막 흠집부 바로 아래의 부식 깊이의 억제가 곤란해서, 내도장 박리성이 저하되는 것을 알아내었다.
이하에, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다. 도 4는, 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 단계에서의 단면도이며, 도 5는, 코오킹에 의해 제조된 플럭스 코어드 와이어(10)의 단면도이다. 강제 외피(11)의 내부에 플럭스(12)가 충전된 본 실시 형태에 따른 와이어(10)의 제조 방법은, 강판(13)을 원형으로 성형하면서, 강판의 내부에 플럭스(12)를 충전하는 공정(도 4 참조)과, 강판(13)의 양단을 접합해서 강관으로 하는 공정과, 강관에 압연 및 어닐링을 실시하여, 와이어(10)를 얻는 공정을 포함한다. 압연 및 어닐링은, 용접 재료로서 사용 가능한 정도로 와이어(10)의 직경을 가늘게 하고, 또한 와이어(10)를 연화시키기 위해서 행하여진다. 강판(13)의 화학 조성은, 강제 외피(11)의 화학 조성과 실질적으로 동일하다.
접합 수단은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 코오킹, 또는 용접이다. 도 5에 도시되는, 코오킹에 의해 제조된 와이어(10)는 이음매(14)를 갖는다. 한편, 도 6에 도시되는 용접에 의해 제조된 플럭스 코어드 와이어(10)는, 용접부(15)를 갖지만 이음매(14)를 갖지 않는, 소위 심리스 와이어이다. 심리스 와이어는, 와이어 중의 수소량을 저감하는 것을 목적으로 한 새로운 열처리에 제공할 수 있으며, 또한 제조 후의 흡습량이 적으므로, 용접 금속의 확산성 수소를 저감할 수 있어, 내균열성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다. 또한, 도 6은, 용접에 의해 제조된 플럭스 코어드 와이어(10)의 단면도이다.
용접 중의 와이어의 송급성을 향상시키는 등의 목적으로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법은, 강제 외피(11)의 외표면에 도금하는 공정, 및/또는 강제 외피(11)의 외표면에 윤활제를 도포하는 공정을 더 포함해도 된다. 도금은, 예를 들어 구리 도금 등이다. 윤활제는, 예를 들어 식물유, 또는 PTFE유 등이다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법에서는, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)의 화학 조성이 소정의 범위 내로 제어된다. 또한, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)에 포함되는 성분은, 용접 중에 용융하여, 용접 금속을 형성함과 함께, 일부는 산화되어 슬래그로서 용접 금속 밖으로 배출된다. 따라서, 이하에 설명되는 성분은, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)의 어느 것에 포함되었을 경우이든 동일한 효과를 발휘한다고 생각된다. 이상의 이유에 의해, 본 실시 형태에 따른 제조 방법에서는, 강제 외피(11)의 화학 조성과 플럭스(12)의 화학 조성을 구별할 필요는 없다.
이하, 특별히 정함이 없는 한 산화물 또는 불화물의 형태로 존재하는 화학 조성(성분)을 슬래그 성분이라고 정의하고, 그 이외의 단체 금속 또는 합금으로서 존재하는 화학 조성(성분)을 합금 성분이라고 정의한다.
C, P 및 S는 금속 원소가 아니지만, 편의상, 본 실시 형태에서는 합금 성분에 포함되는 것으로 한다. 또한, Al 및 Bi에 대해서는, 그의 산화물의 작용이, 합금 성분으로서의 Al 및 Bi의 작용과 동일하다고 생각되므로, 그 산화물은 실질적으로 합금 성분으로서 취급된다. 슬래그 성분이라는 정함이 특별히 없는 한, 이하에 설명되는 원소의 함유량은, 합금 성분으로서 존재하는 원소의 함유량이다. 합금 성분은 강제 외피(11) 및 플럭스(12)의 어느 것에도 포함될 수 있지만, 슬래그 성분은, 통상 플럭스(12)에만 포함된다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조하고자 할 때는, 제조하고자 하는 플럭스 코어드 와이어(10)의 직경, 충전율(플럭스 코어드 와이어(10)의 전체 질량에 대한 플럭스(12)의 질량의 비율을 말함) 및 플럭스 코어드 와이어(10)의 화학 조성의 설계값(목표값)이 미리 결정된다. 강제 외피의 원재료가 되는 강판(13)에는, 통상 특정 화학 조성의 것이 사용된다. 그 화학 조성을 나타낸 서류(예를 들어, 강판(13)의 화학 조성의 분석 결과, 철강 메이커의 검사 증명서 또는 카탈로그 등)로부터 강제 외피(11)의 화학 조성을 파악할 수 있다. 이 때문에, 충전율, 강제 외피(11)의 화학 조성 및 플럭스 코어드 와이어(10)의 화학 조성의 설계값(목표값)으로부터, 플럭스(12)의 화학 조성의 설계값(목표값)을 결정할 수 있다. 결정된 플럭스(12)의 화학 조성의 설계값(목표값)에 더하여, 플럭스(12)의 원료(슬래그 성분의 원료 및 금속 성분의 원료 양쪽을 말함)의 화학 조성을 나타낸 서류(예를 들어, 원료 메이커 등의 보고서, 증명서 또는 카탈로그 등)로부터, 플럭스(12)의 원료가 선정되고, 그 원료의 배합 비율이 결정된다.
즉, 상기 수순으로 선정된 플럭스(12)의 원료를, 상기 수순으로 결정된 배합 비율로 배합하여, 플럭스(12)를 제조한다. 이와 같이 하여 제조된 플럭스(12) 및 상기 강판(13)을 사용하여, 설계값의 화학 조성의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)에 도금이 실시될 경우, 도금의 화학 조성과 도금의 두께에 따라, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)의 화학 조성을 제어할 필요가 있다.
이하의 설명에서의, 화학 조성에 대한 단위 「％」는, 특별히 정함이 없는 한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 전체 질량(강제 외피(11)와 플럭스(12)의 합계 질량)에 대한 질량％를 나타낸다. 여기서, 플럭스 코어드 와이어(10)의 전체 질량이란, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)의 합계 질량이며, 강제 외피(11)의 표면에 도금이 되어 있는 경우에는, 그 도금의 질량은 강제 외피(11)의 질량에 포함된다. 단, 강제 외피(11)의 외표면에 도포된 윤활제의 질량은, 플럭스 코어드 와이어(10)의 전체 질량에 포함되지 않는 것으로 한다.
[C: 0.03 내지 0.10％]
C는, 용접 구조물에 요구되는 용접 금속의 강도 및 인성을 얻기 위해서 와이어 중에 함유되는 원소이다. C는, 강제 외피(11)에 포함되는 성분 외에, 플럭스(12) 중의 Fe-Si, Fe-Mn 및 Fe-Si-Mn 등의 철합금이 미량 함유하는 금속 분말에 포함될 수 있다. C 함유량이 0.03％ 미만이면, 용접 금속의 강도 및 인성이 저하된다. 한편, C 함유량이 0.10％를 초과하면, 용접 금속의 강도가 높아짐으로써, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, C 함유량은 0.03 내지 0.10％로 한다. 바람직하게는, C 함유량의 하한값은 0.04％, 또는 0.05％이다. 바람직하게는, C 함유량의 상한값은 0.09％, 또는 0.08％이다. 또한, C는, 강제 외피(11)의 성분 및 플럭스(12) 중의 금속 분말 및 합금 분말의 성분으로서 존재할 수 있다. 즉, 강제 외피(11)의 C 함유량 및 플럭스(12)의 C 함유량을 제어함으로써, 상기 C 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Si: 0.40 내지 0.85％]
Si는, 탈산제로서 작용하는 원소이며, 또한 용접 금속의 강도 및 인성을 확보하기 위해서 와이어 중에 함유되는 원소이다. Si는, 강제 외피(11)에 포함되는 성분 외에, 플럭스(12) 중의 금속 Si, Fe-Si 및 Fe-Si-Mn 등에 포함될 수 있다. Si 함유량이 0.40％ 미만이면, 탈산 부족에 의해 피트가 생긴다. 또한, Si 함유량이 0.40％ 미만이면, 용접 금속의 강도 및 인성이 저하된다. 한편, Si 함유량이 0.85％를 초과하면, 용접 금속의 강도가 높아짐으로써, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Si 함유량은 0.40 내지 0.85％로 한다. 바람직하게는, Si 함유량의 하한값은 0.55％, 또는 0.65％이다. 바람직하게는, Si 함유량의 상한값은 0.75％, 또는 0.70％이다.
또한, Si는, 강제 외피(11)의 성분 및 플럭스(12) 중의 금속 Si, Fe-Si, Fe-Si-Mn 등의 합금 분말의 성분으로서 존재할 수 있다. 즉, 강제 외피(11)의 Si 함유량 및 플럭스(12)의 Si 함유량을 제어함으로써, 상기 Si 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Mn: 1.5 내지 3.5％]
Mn은, 탈산제로서 작용하는 원소임과 동시에, 용접 금속의 강도 및 인성을 확보하기 위해서 와이어 중에 함유되는 원소이다. Mn 함유량이 1.5％ 미만이면, 탈산 부족이 되어, 피트가 생긴다. 또한, Mn 함유량이 1.5％ 미만이면, 용접 금속의 강도 및 인성도 저하된다. 한편, Mn 함유량이 3.5％를 초과하면, 용접 금속의 강도가 높아짐으로써, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은, 1.5 내지 3.5％로 한다. 바람직하게는, Mn 함유량의 하한값은 2.4％, 또는 2.6％이다. 바람직하게는, Mn 함유량의 상한값은 3.0％, 또는 2.8％이다.
또한, Mn은, 강제 외피(11)의 성분 및 플럭스(12) 중의 금속 Mn, Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등의 합금 분말의 성분으로서 존재할 수 있다. 즉, 강제 외피(11)의 Mn 함유량 및 플럭스(12)의 Mn 함유량을 제어함으로써, 상기 Mn 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[P: 0.020％ 이하]
[S: 0.020％ 이하]
P 및 S는, 용접 금속의 기계적 특성에 악영향을 주고, 또한 용접 금속의 내식성을 손상시키는 경우가 있는 원소이므로, 와이어에 일절 포함되지 않는 것이 가장 바람직하다. 따라서, P 및 S의 함유량의 하한값은 0％이다. 그러나, P 및 S를 와이어의 재료로부터 완전히 제거하기 위해서는 많은 비용을 필요로 하므로, 용접 금속의 여러 특성을 손상시키지 않는 범위 내에서 P 및 S가 함유되어도 된다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)에서는, 0.020％ 이하의 P 및 0.020％ 이하의 S가 허용된다. P 또는 S의 상한값을 0.015％, 0.010％, 또는 0.005％로 해도 된다. P 또는 S의 하한값을 0.001％, 0.002％, 또는 0.005％로 해도 된다.
상기 C 및 Si와 마찬가지로, 강제 외피(11)의 P 함유량 및 S 함유량 그리고 플럭스(12)의 P 함유량 및 S 함유량을 제어함으로써, 상기 P 함유량 및 S 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Cu: 0.03 내지 0.70％]
Cu는, 용접 금속의 내식성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. Cu 함유량이 0.03％ 미만이면, 용접 금속의 내식성이 떨어진다. 한편, Cu 함유량이 0.70％를 초과하면, 용접 금속의 내식성이 향상되는 효과는 포화한다. 또한, Cu 함유량이 0.70％를 초과하면, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Cu 함유량은, 0.03 내지 0.70％로 한다. 바람직하게는, Cu 함유량의 하한값은 0.05％, 0.15％, 0.17％, 또는 0.20％이다. 바람직하게는, Cu 함유량의 상한값은 0.35％, 0.32％, 또는 0.30％이다.
Cu가 용접 금속의 내후성 및 내도장 박리성을 향상시키는 이유는, Cu가, Cu를 함유한 용접 금속 그 자체의 용해 반응(부식 반응)의 반응 속도를 저감시키기 때문, 및 Cu를 함유하는 용접 금속에서는, 표면(덧살부 등)에 생성하는 부식 생성물(녹)이, 특징적인 미세하면서 또한 치밀한 구조를 나타냄으로써, 물, 산소, 염화물 이온 등의 투과를 억제하는 방식성이 높은 녹층을 형성하기 때문이다.
또한, Cu는, 강제 외피(11) 자체의 성분, 강제 외피(11)의 도금 성분, 또는 플럭스(12) 중의 금속 Cu 등으로서 존재할 수 있다. 즉, 강제 외피(11)의 Cu 함유량, 도금의 Cu 함유량 및 플럭스(12)의 Cu 함유량을 제어함으로써, 상기 Cu 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Sn: 0.05 내지 0.30％]
Sn은, 용접 금속의 내식성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. Sn 함유량이 0.05％ 미만이면, 내식성이 떨어진다. 한편, Sn 함유량이 0.30％를 초과하면, 고온 균열이 생기기 쉬워진다. 따라서, Sn 함유량은, 0.05 내지 0.30％로 한다. 바람직하게는, Sn 함유량의 하한값은 0.10％, 또는 0.12％이다. 바람직하게는, Sn 함유량의 상한값은 0.25％, 0.20％, 또는 0.18％이다.
또한, Sn은, 강제 외피(11)의 성분으로서 함유되어도 되고, 플럭스(12) 중의 금속 Sn 또는 Sn 화합물로서 함유되어도 된다. 주로, 강제 외피(11)의 Sn 함유량 및 플럭스(12)의 Sn 함유량을 제어함으로써, 상기 Sn 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
Sn이 용접 금속의 내후성 및 내도장 박리성을 향상시키는 이유는, 용접 금속 중의 금속 Sn이 주석 이온(II)(Sn2+)으로서 용출하여, 환경 중에 폭로되어 있는 부위, 즉, 산성 염화물 용액 중에서 인히비터 작용을 나타내어, pH가 저하된 애노드에서의 부식을 억제하기 때문이다. 또한, 용접 금속 중의 금속 Sn은, 철(III) 이온(Fe3+)을 환원시키는 작용(2Fe3++Sn2+→2Fe2++Sn4+)도 갖기 때문에, Fe3+의 부식 촉진 작용을 억제하여, 비래 염분이 많은 환경에서의 내후성을 향상시키기 때문이다.
[Mg: 0.05 내지 0.50％]
Mg는, 강탈산제로서 작용함으로써, 피트 발생을 방지하는 효과를 갖는 원소이다. Mg 함유량이 0.05％ 미만이면, 탈산제로서의 효과가 없어, 피트가 발생한다. 한편, Mg 함유량이 0.50％를 초과하면, 아크가 세차게 되어 스패터 발생량이 많아진다. 따라서, Mg 함유량은, 0.05 내지 0.50％로 한다. 바람직하게는, Mg 함유량의 하한값은 0.15％, 0.18％, 또는 0.20％이다. 바람직하게는, Mg 함유량의 상한값은 0.35％, 0.30％, 또는 0.25％이다.
일반적인 강제 외피(11)의 Mg 함유량은 거의 0％이다. 이 때문에, Mg는, 플럭스(12) 중의 금속 Mg, Al-Mg 등의 합금 분말로서 와이어에 존재하는 경우가 많다. 즉, 주로 플럭스(12)의 Mg 함유량을 제어함으로써, 상기 Mg 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Al: 0.05 내지 0.50％]
Al은, 탈산제로서 작용하는 원소임과 함께, 용융 슬래그 중에서 Al 산화물이 됨으로써 슬래그의 점성을 높여서, 수평 필렛 용접 시에 용융 풀의 후퇴를 억제하여 충분한 슬래그 피포성을 보유하는 작용을 갖는 원소이다. Al 함유량이 0.05％ 미만이면, 비드 형상이 볼록형으로 되어, 상각부에 언더컷이 발생한다. 한편, Al 함유량이 0.50％를 초과하면, 비드 형상에 매끄러움이 없어짐으로써, 비드의 지단부가 팽창한 형상이 된다. 또한, Al 함유량이 0.50％를 초과하면, 용융 슬래그의 응고 불균일이 생겨서 슬래그 박리성이 불량해진다. 따라서, Al 함유량은, 0.05 내지 0.50％로 한다. 바람직하게는, Al 함유량의 하한값은 0.07％, 0.10％, 또는 0.15％이다. 바람직하게는, Al 함유량의 상한값은 0.25％, 또는 0.20％이다.
또한, Al은, 강제 외피(11)의 성분, 또는 플럭스(12) 중의 금속 Al분, Fe-Al 합금 분말, Al-Mg 합금 분말 등으로서 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Al 함유량 및 플럭스(12)의 Al 함유량을 제어함으로써, 상기 Al 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 Al 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 Al 함유량의 강제 외피(11) 및 상기 Al 함유량의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[Ti 산화물: TiO2 환산값으로 1.50 내지 4.60％ 미만]
슬래그 성분인 Ti 산화물은, 비드 전체를 균일하게 슬래그로 피포시키는 작용을 갖는다. 또한, Ti 산화물은, 아크의 지속을 안정시켜, 스패터 발생량을 저감시키는 효과를 갖는다.
Ti 산화물의 TiO2 환산값이 1.50％ 미만이면, 슬래그 생성량이 부족해서 비드를 균일하게 피포할 수 없으므로, 슬래그가 비드 표면에 눌어붙음으로써 비드 외관이 불량해진다. 또한, Ti 산화물의 TiO2 환산값이 1.50％ 미만이면, 아크를 안정시키는 효과가 없어져서, 스패터 발생량도 증가한다. 한편, Ti 산화물의 TiO2 환산값이 4.60％ 이상이면 아크가 안정됨으로써 스패터 발생량은 감소하지만, 슬래그의 점성이 높아짐으로써, 슬래그가 두꺼워져, 비드의 지단부가 팽창한 형상이 된다. 또한, Ti 산화물의 TiO2 환산값이 4.60％ 이상이면 피트가 발생하기 쉬워진다. 따라서, Ti 산화물의 TiO2 환산값은, 1.50 내지 4.60％ 미만으로 한다. 바람직하게는, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 하한값은 2.50％, 2.80％, 또는 3.00％이다. 바람직하게는, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 상한값은 4.30％, 4.00％, 3.70％, 또는 3.50％이다.
또한, Ti 산화물은, 주로, 플럭스(12) 중의 루틸, 산화티타늄, 티타늄 슬래그, 일루미나이트, 티타늄산 소다, 티타늄산 칼리 등으로서 존재할 수 있다. 이 때문에, 주로, 플럭스(12)의 Ti 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기 Ti 산화물의 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
여기서, 환산값의 계산 방법에 대해서, Ti 산화물의 TiO2 환산값을 예로 들어 설명한다. Ti 산화물의 TiO2 환산값이란, 와이어 중에 포함되어 있는 모든 Ti 산화물(예를 들어, TiO2, Ti2O3, Ti3O5, 티타늄산 소다, 티타늄산 칼리 등)을 TiO2로서 간주했을 경우의, TiO2의 와이어 전체 질량에 대한 질량％이다. 따라서, TiO2의 환산값은, Ti 산화물의 질량으로부터 O를 제외하고 얻어지는, Ti만의 질량의 총합을 측정하고, 이 총 Ti량을 이하의 식에 대입함으로써 얻어진다.
(TiO2 환산값)=(Ti 산화물을 형성하는 Ti의 와이어 전체 질량에 대한 질량％ )×(TiO2의 식량)/(Ti의 원자량)
또한, Si 산화물의 SiO2 환산값, Zr 산화물의 ZrO2 환산값, FeO 산화물의 Fe 환산값, Al 산화물의 Al2O3 환산값도, 마찬가지의 계산에 의해 얻어진다.
[Si 산화물: SiO2 환산값으로 0.30 내지 1.00％]
슬래그 성분인 Si 산화물은, 용융 슬래그의 점성을 높여서, 슬래그 박리성을 개선하는 작용을 갖는다. Si 산화물의 SiO2 환산값이 0.30％ 미만이면, 슬래그 피포 상태가 나빠 슬래그 박리성이 불량해지고, 비드 형상 및 비드 외관도 불량해진다. 한편, Si 산화물의 SiO2 환산값이 1.00％를 초과하면, 스패터 발생량이 많아진다. 또한, Si 산화물의 SiO2 환산값이 1.00％를 초과하면, 피트 및 가스 홈 등이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Si 산화물의 SiO2 환산값은, 0.30 내지 1.00％로 한다. 바람직하게는, Si 산화물의 SiO2 환산값의 하한값은 0.50％, 또는 0.60％이다. 바람직하게는, Si 산화물의 SiO2 환산값의 상한값은 0.90％, 또는 0.80％이다.
또한, Si 산화물은, 주로, 플럭스(12) 중의 규사, 지르콘 샌드, 장석, 규산 소다, 규산 칼리 등으로서 존재할 수 있다. 이 때문에, 주로, 플럭스(12)의 Si 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기 Si 산화물의 함유량(SiO2 환산값으로 0.30 내지 1.00％)의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Zr 산화물: ZrO2 환산값으로 0.10 내지 0.50％]
슬래그 성분인 Zr 산화물은, 수평 필렛 용접으로 슬래그 피포성을 높여서 비드 형상을 평활하게 하는 작용을 갖는다. Zr 산화물의 ZrO2 환산값이 0.10％ 미만이면, 비드 형상이 평활해지지 않아, 볼록형의 비드 형상으로 되어, 슬래그 박리성이 불량해진다. 한편, Zr 산화물의 ZrO2 환산값이 0.50％를 초과하면, 비드 형상이 볼록형으로 되기 쉽다. 따라서, Zr 산화물의 ZrO2 환산값은, 0.10 내지 0.50％로 한다. 바람직하게는, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 하한값은 0.15％, 또는 0.20％이다. 바람직하게는, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 상한값은 0.40％, 또는 0.30％이다.
또한, Zr 산화물은, 주로, 플럭스(12) 중의 지르콘 샌드, 산화지르코늄 등으로서 존재할 수 있는 것이며, 또한 상술한 Ti 산화물에 미량 함유되는 경우도 있다. 이 때문에, 주로, 플럭스(12)의 Zr 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기 Zr 산화물의 함유량(ZrO2 환산값으로 0.10 내지 0.50％)의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Fe 산화물: FeO 환산값으로 0.10 내지 1.00％]
FeO, Fe2O3 등의 Fe 산화물은, 용융 슬래그의 점성 및 응고 온도를 조정하는 작용을 갖고, 비드 지단부의 팽창을 없애고, 하판과의 친밀성을 양호하게 하는 작용을 갖는다. Fe 산화물의 FeO 환산값이 0.10％ 미만이면, 비드 지단부가 팽창함으로써, 비드 지단부의 형상이 불량해진다. 한편, Fe 산화물의 FeO 환산값이 1.00％를 초과하면, 슬래그 피포 상태가 나빠져서, 슬래그 박리성이 불량하고 비드 지단부가 팽창하여, 비드 형상 및 비드 외관도 불량해진다. 따라서, Fe 산화물의 FeO 환산값은, 0.10 내지 1.00％로 한다. 바람직하게는, Fe 산화물의 FeO 환산값의 하한값은 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다. 바람직하게는, Fe 산화물의 FeO 환산값의 상한값은 0.80％, 0.70％, 또는 0.60％이다.
또한, Fe 산화물은 주로 플럭스(12)에 존재하는 경우가 많아, 주로, 플럭스(12)의 Fe 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기 Fe 산화물의 함유량(FeO 환산값으로 0.10 내지 1.00％)의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Al 산화물: Al2O3 환산값으로 0.05 내지 0.50％]
Al 산화물은, 용융 슬래그를 구성한 경우, 슬래그 피포성을 양호하게 함으로써, 필렛 비드의 상각측의 언더컷을 방지하는 작용을 갖는다. Al 산화물의 Al2O3 환산값이 0.05％ 미만이면, 필렛 비드의 상각측에 언더컷이 생기기 쉬워진다. 한편, Al 산화물의 Al2O3 환산값이 0.50％를 초과하면, 필렛 비드의 하각측의 비드 지단부가 팽창한 비드 형상으로 된다. 따라서, Al 산화물의 Al2O3 환산값은, 0.05 내지 0.50％로 한다. 바람직하게는, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 하한값은 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％이다. 바람직하게는, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 상한값은 0.35％, 0.30％, 또는 0.25％이다.
또한, Al 산화물은, 주로 플럭스(12) 중의 알루미나, 장석 등의 성분으로서 존재하는 경우가 많다. 이 때문에, 주로, 플럭스(12)의 Al 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기 Al 산화물의 함유량(Al2O3 환산값으로 0.05 내지 0.50％)의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Na 화합물 및 K 화합물의 합계: Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계로 0.050 내지 0.200％]
Na 화합물 및 K 화합물에는, 아크 안정제로서의 작용뿐만 아니라, 슬래그 형성제로서 용융 슬래그의 응고 과정의 급격한 점성 증가를 억제해서 내피트성을 높임으로써, 평활한 비드 형상으로 하는 작용이 있다. Na 화합물 및 K 화합물은, 플럭스 중의 규산 소다 및 규산 칼리 등을 포함하는 물유리의 고질 성분, 불화 소다나 규불화 칼리 등의 불소 화합물로서 존재할 수 있다.
Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계가 0.050％ 미만이면, 입자가 큰 스패터가 다발하고, 피트 및 가스 홈 등도 발생하기 쉬워, 비드는 울퉁불퉁한 표면으로 되어, 비드 형상 및 비드 외관이 불량해진다. 한편, Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계가 0.200％를 초과하면, 슬래그 박리성, 비드 형상 및 비드 외관이 불량해지고, 스패터 발생량도 많아진다. 따라서, Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계는, 0.050 내지 0.200％로 한다. 바람직하게는, Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계의 하한값은 0.080％, 또는 0.100％이다. 바람직하게는, Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계의 상한값은 0.150％, 또는 0.120％이다.
통상의 강제 외피(11)의 Na 화합물 및 K 화합물의 함유량은 거의 0％이다. 이 때문에, 주로 플럭스(12)의 Na 화합물 및 K 화합물의 함유량을 제어함으로써, 상기 Na 화합물 및 K 화합물의 함유량(Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계로 0.050 내지 0.200％)의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
Na 화합물의 Na2O 환산값이란, 와이어 중에 포함되어 있는 모든 Na 화합물이 Na2O라고 간주했을 경우의, Na2O의 와이어 전체 질량에 대한 질량％이다. K 화합물의 K2O 환산값이란, 와이어 중에 포함되어 있는 모든 K 화합물이 K2O라고 간주했을 경우의, K2O의 와이어 전체 질량에 대한 질량％이다. Na 화합물의 Na2O 환산값 및 K 화합물의 K2O 환산값은, 상술된 Ti 산화물의 TiO2 환산값과 마찬가지의 수단에 의해 산출된다.
[불소 화합물: F 환산값으로 0.02 내지 0.20％]
슬래그 성분인 불소 화합물은, 아크의 지향성을 높여서 안정된 용융 풀로 하는 작용을 가짐과 함께, 슬래그의 점성을 조정해서 비드 형상을 평활하게 하는 작용 그리고 내피트성을 양호하게 하는 작용을 갖는다. 불소 화합물은, 플럭스(12) 중의 불화마그네슘, 빙정석, 불화 소다나 규불화 칼리 등으로서 존재할 수 있다. 통상의 강제 외피(11)의 불소 화합물의 함유량은 거의 0％이다. 이 때문에, 주로 플럭스(12)의 불소 화합물의 함유량을 제어함으로써, 상기 불소 화합물의 함유량(F 환산값으로 0.02 내지 0.20％)의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다.
불소 화합물의 F 환산값이 0.02％ 미만이면, 아크가 불안정해지고, 하판측 하각부의 친밀성이 불량해진다. 또한, 불소 화합물의 F 환산값이 0.02％ 미만이면, 피트가 발생하기 쉬워진다. 한편, 불소 화합물의 F 환산값이 0.20％를 초과하면, 슬래그의 점성이 저하되어 비드 상각부에 제거하기 어려운 얇은 슬래그가 남아, 슬래그 박리성이 불량해져서, 비드 형상이 볼록형으로 된다. 따라서, 불소 화합물의 F 환산값은, 0.02 내지 0.20％로 한다. 바람직하게는, 불소 화합물의 F 환산값의 하한값은 0.03％, 또는 0.05％이다. 바람직하게는, 불소 화합물의 F 환산값의 상한값은 0.15％, 0.10％, 또는 0.07％이다.
또한, 불소 화합물의 F 환산값이란, 와이어 중의 모든 불소 화합물에 포함되는 F의, 와이어 전체 질량에 대한 질량％로의 함유량의 총량이다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법에 있어서, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)는, 이상의 원소 및 화합물을 함유하는 것을 필수 요건으로 하지만, 또한 이하에 기재하는 원소나 화합물을 필요에 따라서 함유할 수 있다. 단, 이하에 예로 드는 임의 성분이 포함되지 않는 경우에도, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법은 그 과제를 달성할 수 있으므로, 임의 성분의 함유량의 하한값은 0％이다.
[금속 Bi 및 Bi 산화물: Bi 환산값의 합계로 0 내지 0.035％]
Bi는, 슬래그 박리성을 향상시켜, 비드 표면에 광택을 내고, 비드 외관을 양호하게 하는 작용을 가지므로, 와이어(10)에 포함되어도 된다. Bi는, 강제 외피에 포함되는 성분 외에, 플럭스(12) 중의 금속 Bi나 산화 Bi 등으로서 존재할 수 있다. 그러나, 금속 Bi 및 Bi 산화물의 Bi 환산값의 합계가 0.035％를 초과하면, 비드 상부의 슬래그가 흘러서, 비드 전체면을 슬래그로 피포할 수 없게 되어, 비드 외관이 불량해진다. 따라서, 플럭스(12) 중의 금속 Bi 및 Bi 산화물의 Bi 환산값의 합계는, 0.035％ 이하로 한다. 바람직하게는, 금속 Bi 및 Bi 산화물의 Bi 환산값의 합계의 상한값은 0.030％, 또는 0.025％이다. 또한, 슬래그 박리성을 향상시키는 효과를 얻기 위해서는 금속 Bi 및 Bi 산화물의 Bi 환산값의 합계의 하한값은, 0.005％, 0.010％, 또는 0.015％로 하는 것이 바람직하다.
Bi를 함유한 강판(13)은 매우 고가이다. 이 때문에, 주로, 플럭스(12)의 Bi 함유량 및 Bi 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기 Bi 함유량 및 Bi 산화물의 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 Bi 함유량 및 Bi 산화물의 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 화학 조성(Bi 및 Bi 산화물: Bi 환산값의 합계로 0 내지 0.035％)의 강제 외피(11) 및 상기 화학 조성(Bi 및 Bi 산화물: Bi 환산값의 합계로 0 내지 0.035％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
Bi 환산값이란, 금속 또는 합금으로서 존재하는 Bi의 와이어 전체 질량에 대한 질량％와, Bi 산화물(예를 들어 Bi2O3) 중의 Bi의 와이어 전체 질량에 대한 질량％의 합계값이다. 금속 또는 합금으로서 존재하는 Bi와, Bi 산화물은 마찬가지의 효과를 발휘하므로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법에서는, 금속 또는 합금으로서 존재하는 Bi의 함유량 및 Bi 산화물의 함유량 양쪽을 Bi 환산값으로서 제어한다.
[Ni: 0 내지 2.50％]
[Ti: 0 내지 0.30％]
[B: 0 내지 0.010％]
Ni, Ti 및 B는, 용접 금속의 저온에서의 인성을 확보하기 위해서 와이어(10) 중에 함유시켜도 된다. 그러나, Ni 함유량이 2.50％를 초과하면, 고온 균열이 생기기 쉬워진다. 따라서, Ni 함유량은, 2.50％ 이하로 한다. 바람직하게는, Ni 함유량의 상한값은 2.30％, 2.00％, 또는 1.50％이다. 또한, 용접 금속의 저온에서의 인성을 확보하기 위해서는, Ni 함유량의 하한값을 0.10％, 또는 0.20％로 하는 것이 바람직하다.
Ti 함유량이 0.30％를 초과하면, 슬래그가 비드 표면에 번인되어, 비드 외관이 불량해지고, 스패터 발생량도 많아진다. 또한, Ti 함유량이 0.30％를 초과하면, 용접 금속의 인성도 저하된다. 또한, B 함유량이 0.010％를 초과하면, 고온 균열이 생기기 쉬워진다. 따라서, Ti 함유량을 0.30％ 이하로 하고, B 함유량을 0.010％ 이하로 한다. 바람직하게는, Ti 함유량의 상한값은 0.25％, 또는 0.20％이다. 바람직하게는, B 함유량의 상한값은 0.008％, 또는 0.005％이다.
Ni는, 강제 외피(11)의 성분, 플럭스(12) 중의 금속 Ni 및 Fe-Ni 등에 포함될 수 있다. Ti 및 B는, 용접 금속의 저온에서의 인성을 확보하기 위해서 와이어(10) 중에 함유되어도 된다. Ti는, 강제 외피(11)의 성분, 플럭스(12) 중의 금속 Ti나 Fe-Ti의 성분으로서 존재할 수 있다. B는, 강제 외피(11)의 성분, 플럭스(12) 중의 Fe-B나 Fe-Mn-B 등의 성분으로서 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Ni 함유량, Ti 함유량 및 B 함유량, 그리고 플럭스(12)의 Ni 함유량, Ti 함유량 및 B 함유량을 제어함으로써, 상기 Ni 함유량, Ti 함유량 및 B 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 Ni 함유량, Ti 함유량 및 B 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 화학 조성(Ni: 0 내지 2.50％, Ti: 0 내지 0.30％, B: 0 내지 0.010％)의 강제 외피(11) 및 상기 화학 조성(Ni: 0 내지 2.50％, Ti: 0 내지 0.30％, B: 0 내지 0.010％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
또한, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키기 위해서는, 0.10％ 이상의 Ni, 0.03％ 이상의 Ti 및 0.002％ 이상의 B로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 와이어(10)에 함유시키는 것이 바람직하다. 특히, -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지를 향상시키기 위해서는, 적어도 하기의 어느 하나를 충족시킬 필요가 있다.
Ni: 0.10 내지 2.50％
Ti: 0.03 내지 0.30％
B: 0.002％ 내지 0.010％
[Mo: 0 내지 0.400％]
Mo는 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 가지므로, 와이어(10) 중에 포함되어도 된다. 그러나, Mo 함유량이 0.400％를 초과하면, 특히 비래 염분량이 많은 환경 하에서 도막 흠집이 생긴 경우, Sn의 이온화와 경합함으로써 도막 흠집부 바로 아래의 평균 부식 깊이를 억제할 수 없게 된다. 따라서, Mo 함유량의 상한은 0.400％로 하는 것이 바람직하다. 또한, 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 얻기 위해서는, Mo 함유량의 하한을 0.010％로 하는 것이 바람직하다. 바람직한 Mo 함유량의 상한값은, 0.300％, 0.100％, 또는 0.040％이다.
또한, Mo는, 강제 외피(11)의 성분, 플럭스(12) 중의 금속 Mo, Fe-Mo 등의 합금 분말로서 와이어(10)에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Mo 함유량 및 플럭스(12)의 Mo 함유량을 제어함으로써, 상기 Mo 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 Mo 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 Mo 함유량(즉, 0 내지 0.400％)의 강제 외피(11) 및 상기 Mo 함유량(즉, 0 내지 0.400％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[W: 0 내지 0.200％]
W는, 용접 금속의 강도 향상에 기여하므로 와이어(10) 중에 포함되어도 된다. 그러나, W 함유량이 0.200％를 초과하면, 특히 비래 염분량이 많은 환경 하에서 도막 흠집이 생긴 경우, Sn의 이온화와 경합함으로써 도막 흠집부 바로 아래의 평균 부식 깊이를 억제할 수 없게 된다. 따라서, W 함유량의 상한은 0.200％로 한다. 바람직한 W 함유량의 상한값은, 0.150％, 0.100％, 또는 0.010％이다.
또한, W는, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는, 플럭스(12) 중의 금속 W 등의 합금 분말로서 와이어(10)에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 W 함유량 및 플럭스(12)의 W 함유량을 제어함으로써, 상기 W 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 W 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 W 함유량(즉, 0 내지 0.200％)의 강제 외피(11) 및 상기 W 함유량(즉, 0 내지 0.200％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[Cr: 0 내지 0.500％]
Cr은, 용접 금속의 강도 향상에 기여하므로 와이어 중에 포함되어도 된다. 그러나, Cr 함유량이 0.500％를 초과하면, 특히 비래 염분량이 많은 환경 하에서 도막 흠집이 생긴 경우, Sn의 이온화와 경합함으로써 도막 흠집부 바로 아래의 부식 깊이를 억제할 수 없게 된다. 따라서, Cr 함유량의 상한은 0.500％로 하는 것이 바람직하다. 바람직한 Cr 함유량의 상한값은, 0.100％, 또는 0.050％이다.
또한, Cr은, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는, 플럭스(12) 중의 금속 Cr, Fe-Cr 등의 합금 분말의 합금 분말로서 와이어에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Cr 함유량 및 플럭스(12)의 Cr 함유량을 제어함으로써, 상기 Cr 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 Cr 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 Cr 함유량(즉, 0 내지 0.500％)의 강제 외피(11) 및 상기 Cr 함유량(즉, 0 내지 0.500％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[Nb: 0 내지 0.300％]
Nb는, 석출 강화에 의해 용접 금속의 강도 향상에 기여하므로 와이어(10) 중에 포함되어도 된다. 그러나, Nb 함유량이 0.300％를 초과하면, Nb가 조대한 석출물을 형성해서 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Nb 함유량의 상한값은 0.300％로 한다. Nb 함유량의 상한값을 0.250％, 또는 0.200％로 해도 된다. 상술한 효과를 얻기 위해서, Nb 함유량의 하한값을 0.050％, 또는 0.100％로 해도 된다.
또한, Nb는, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는 플럭스(12) 중의 금속 Nb, Fe-Nb 등의 합금 분말의 합금 분말로서 와이어(10)에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Nb 함유량 및 플럭스(12)의 Nb 함유량을 제어함으로써, 상기 Nb 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 Nb 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 Nb 함유량(즉, 0 내지 0.300％)의 강제 외피(11) 및 상기 Nb 함유량(즉, 0 내지 0.300％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[V: 0 내지 0.300％]
V는, 용접 금속의 강도 향상에 기여하므로 와이어(10) 중에 포함되어도 된다. 그러나, V 함유량이 0.300％를 초과하면, 용접 금속의 강도가 과잉으로 높아져서, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, V 함유량은 0.300％ 이하로 한다. 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 얻기 위해서는, V 함유량을 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직한 V 함유량의 상한값은, 0.200％, 또는 0.100％이다.
또한, V는, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는 플럭스(12) 중의 금속 V, Fe-V 등의 합금 분말의 합금 분말로서 와이어(10)에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 V 함유량 및 플럭스(12)의 V 함유량을 제어함으로써, 상기 V 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 V 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 V 함유량(즉, 0 내지 0.300％)의 강제 외피(11) 및 상기 V 함유량(즉, 0 내지 0.300％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[N: 0 내지 0.0080％]
N은, 용접 금속의 인성 등을 손상시키는 원소이므로, 와이어(10)에 일절 포함되지 않는 것이 가장 바람직하다. 따라서, N 함유량의 하한값은 0％이다. 그러나, N을 와이어의 재료로부터 완전히 제거하기 위해서는 많은 비용이 필요해지므로, 용접 금속의 여러 특성을 손상시키지 않는 범위 내에서 N이 함유되어도 된다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)에서는, 0.0080％ 이하의 N이 허용된다. N 함유량의 상한값을 0.0070％, 0.0060％, 또는 0.0050％로 해도 된다. 플럭스 코어드 와이어(10)의 N 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 N 함유량(즉, 0 내지 0.0080％)의 강제 외피(11) 및 상기 V 함유량(즉, 0 내지 0.0080％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[Ca: 0 내지 0.0050％]
[REM: 0 내지 0.0050％]
Ca 및 REM은, 황화물 및 산화물의 형태를 변화시킴으로써 용접 금속의 연성 및 인성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이 효과를 얻기 위해서, Ca 함유량을 0.0002％ 이상으로 해도 되고, REM 함유량을 0.0002％ 이상으로 해도 된다. 한편, Ca 및 REM은, 스패터량을 증대시켜, 용접성을 손상시키는 원소이기도 하다. 따라서, Ca 함유량의 상한값은 0.0050％이며, REM 함유량의 상한값은 0.0050％이다. Ca 함유량의 상한값을 0.0040％, 또는 0.0030％로 해도 된다. REM 함유량의 상한값을 0.0040％, 또는 0.0030％로 해도 된다.
또한, Ca 및 REM은, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는, 플럭스(12) 중의 Ca 화합물 또는 REM 화합물로서 와이어(10)에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Ca 함유량 및 REM 함유량 그리고 플럭스(12)의 Ca 함유량 및 REM 함유량을 제어함으로써, 상기 Ca 함유량 및 REM 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 Ca 함유량 및 REM 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 Ca 함유량(즉, 0 내지 0.0050％) 및 REM 함유량(즉, 0 내지 0.0050％)의 강제 외피(11) 및 상기 Ca 함유량(즉, 0 내지 0.0050％) 및 REM 함유량(즉, 0 내지 0.0050％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[Sb: 0 내지 0.0050％]
Sb는, Sn과 마찬가지로 내후성 및 내도장 박리성을 용접 금속에 부여하는 원소이다. 따라서, Sb 함유량을 0.0010％, 또는 0.0020％로 해도 된다. 그러나, Sb 함유량이 0.0050％를 초과하면, 용접 금속의 입계에의 Sb의 편석에 의해, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Sb 함유량의 상한값은 0.0050％로 한다. Sb 함유량의 상한값을 0.0040％, 또는 0.0030％로 해도 된다.
또한, Sb는, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는, 플럭스(12) 중의 금속 Sb 또는 Sb 화합물 등의 합금 분말의 합금 분말로서 와이어(10)에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Sb 함유량 및 플럭스(12)의 Sb 함유량을 제어함으로써, 상기 Sb 함유량의 플럭스 코어드 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 Sb 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기 Sb 함유량(즉, 0 내지 0.0050％)의 강제 외피(11) 및 상기 Sb 함유량(즉, 0 내지 0.0050％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[Sn+Sb>Mo+W: 식 (1)]
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법에 있어서, Sn 및 Sb의 합계 함유량은, Mo 및 W의 합계 함유량을 초과할 필요가 있다. Sn 및 Sb의 합계 함유량이 Mo 및 W의 합계 함유량 이하인 경우, 특히 비래 염분량이 많은 환경 하에서는, 도막 열화에 의해 도막 흠집이 생긴 경우에, 도막 흠집부 바로 아래의 평균 부식 깊이의 억제가 곤란해서, 내도장 박리성이 저하되기 때문이다. 또한, 상술한 요건은, Sn, Sb, Mo 및 W의 함유량을 이하의 식에 대입해서 얻어지는 지수(X)가 0 초과라고 환언할 수 있다. 이 지수(X)가 0.05 이상, 0.08 이상, 또는 0.10 이상이 되도록, 플럭스 코어드 와이어(10)의 성분이 제어되는 것이 바람직하다.
지수(X)=(Sn+Sb)-(Mo+W)
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법에 있어서, 와이어(10)의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물이다. Fe는, 강제 외피(11)의 성분 및 플럭스(12) 중의 성분(Fe 분말, Fe 합금 분말(예를 들어, Fe-Mn 합금 분말, Fe-Si 합금 분말 등))으로서 존재한다. Fe 분말은, Fe 이외의 성분의 조정을 위해서 사용되는 것이며, 필요가 없으면 그 함유량을 와이어 전체 질량에 대하여 0％로 해도 된다. Fe 분말 함유량이 과잉일 경우, Fe 분말의 표면의 산화철에 의해 용접 금속의 인성이 열화되는 경우가 있다. 따라서, Fe 분말의 함유량의 상한값을, 와이어 전체 질량에 대하여 10.0％ 이하로 해도 된다. 불순물이란, 와이어를 공업적으로 제조할 때, 광석 또는 스크랩 등과 같은 원료, 또는 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 본 실시 형태에 따른 와이어의 제조 방법에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다. 예를 들어, 본 실시 형태에 따른 와이어에는 산화물을 구성하는 O 이외에도 불순물로서 O가 함유될 수 있는데, 이러한 O는, 함유량이 0 내지 0.080％이라면 허용된다. 또한, 상술된 Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Fe 산화물, Al 산화물, Na 화합물, K 화합물, 불소 화합물 및 Bi 산화물을 구성하는 O를 포함하는, 모든 O의 함유량은 0.5 내지 6.0％로 되는 것이 통상이다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법에 있어서, 충전율(와이어 전체 질량에 대한 플럭스 전체 질량의 비율)은 특별히 제한되지 않지만, 생산성의 관점에서, 와이어 전체 질량에 대하여 8 내지 20％로 하는 것이 바람직하다. 또한, 와이어의 직경은 특별히 한정되지 않지만, 용접 시의 편리성을 고려하여, 1.0 내지 2.0mm로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 다른 양태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10) 및 본 발명의 다른 양태에 따른 용접 조인트의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)는, 상술된 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법에 의해 얻어지는 플럭스 코어드 와이어(10)이다. 본 발명의 다른 양태에 따른 용접 조인트의 제조 방법은, 상술된 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법에 의해 제조되는 플럭스 코어드 와이어(10)를 사용해서 용접하는 공정을 포함하는 용접 조인트의 제조 방법이다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)는, Cu 및 Sn을 함유하고, 또한 Sn 함유량, Sb 함유량, W 함유량 및 Mo 함유량이 상술한 식 (1)을 충족시키므로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10) 및 용접 조인트의 제조 방법은, 비래 염분량이 많은 등 부식성 물질이 존재하는 환경 하 등에 사용되는 내식 강의 용접에 있어서, 우수한 내식성 및 기계적 성능을 구비한 용접 금속이 얻어진다. 또한, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)는, 합금 성분이 상술한 소정 범위 내에 있으므로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10) 및 용접 조인트에 의하면, 우수한 내피트성이 얻어짐과 함께, 스패터 발생량이 적고, 용접 시에 균열이 발생하지 않아, 비드 형상, 비드 외관 및 슬래그 박리성이 우수한 등 용접 작업성이 양호해서 용접의 고능률화 및 용접부의 품질 향상을 도모할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10) 및 용접 조인트의 제조 방법의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 용접 금속의 내식성이 요구되는 구조용 강재, 특히 항만 시설, 교량, 건축·토목 구조물이나 탱크, 선박·해양 구조물, 철도, 컨테이너 등의 강 구조물의 제조에 적용되는 것이 특히 적합하다. 또한, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10) 및 용접 조인트의 제조 방법이 적용되는 강재의 재질은 특별히 한정되지 않고, 탄소강, 저합금강 등의 보통 강재이면 된다. 내후성 강, 또는 Ni 및 Sn 등을 함유하는 저합금강은, 내후성 및 도장 내식성의 관점에서 한층 유리하다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)가 제공되는 용접의 형태, 및 본 실시 형태에 따른 용접 조인트의 제조 방법에 포함되는 용접의 형태는 특별히 한정되지 않지만, 가스 실드 아크 용접으로 되는 것이 바람직하고, 또한 피트가 생기지 않아, 비드 형상, 비드 외관 및 슬래그 박리성 등의 용접 작업성이 양호하고, 용접 금속을 포함한 구조물의 도장 수명이 연장되기 때문에, 수평 필렛 용접으로 되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법에 의해 얻어진 플럭스 코어드 와이어(10)의 화학 조성을 분석에 의해 특정하는 것은 곤란하다. 플럭스 코어드 와이어(10)에 포함되는 Ti, Si, Na 및 Ca 등의 원소가, 플럭스 코어드 와이어(10) 중에 금속 또는 합금의 형태, 산화물의 형태, 불화물의 형태 및 탄산염의 형태의 어느 것으로서 존재하는 것인지를 판별하는 것은 용이하지 않기 때문이다. 예를 들어, 금속 또는 합금으로서 존재하는 Si(금속 Si) 및 산화물(SiO2)로서 존재하는 Si를 분리하는 것은 곤란하다. 금속 Si만을 선택적으로 용해시켜서 습식 분석하는 방법이 확립되어 있지 않기 때문이다. 또한, 플럭스(12)에 불화물이 포함되는 경우, 플럭스(12)로부터 유리된 불소가 분석 기기를 손상시키는 경우도 있다. 또한, 플럭스 코어드 와이어(10)의 제조 방법은, 플럭스(12)가 봉입된 강선을 어닐링하는 공정을 포함하고, 이 어닐링이, 플럭스(12)의 비금속 물질의 조성을 예기하지 못한 것으로 변화시키는 경우가 있기 때문이다.
[실시예]
이하, 실시예에 의해 본 발명의 효과를 더욱 상세하게 설명한다.
JIS G 3141:2011에서 규정되는 SPCC를 강제 외피로서 사용해서 플럭스를 충전한 후, 축경해서(외피의 연화 및 탈수소를 위해 중간 어닐링을 1회 실시), 표 1-1 내지 표 1-4에 나타내는 성분(수치는 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타냄)을 갖고, 충전율 13.5％, 와이어 직경 1.2mm의 강제 외피에 관통한 간극이 없는 심리스 타입의 플럭스 코어드 와이어를 각종 시험 제작하였다. 단, A21은 코오킹에 의해 제조하였다. 또한, 표 1-1 내지 표 1-4에 기재된 값은, 설계값이며, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량(강제 외피와 플럭스의 합계 질량)에 대한 질량％를 나타낸다. 또한, 플럭스 코어드 와이어의 제조 시에는, 플럭스의 원료의 화학 조성의 분석 보고서, 증명서 또는 카탈로그 등에 기초하여, 각 화합물의 함유량을 제어하였다. 또한, 표 1-1 내지 표 1-4 중의 잔부 「bal.」은, 화학 조성의 잔부가 Fe 및 불순물인 것을 나타낸다.
[표 1-1]
Figure 112020094380673-pct00001
[표 1-2]
Figure 112020094380673-pct00002
[표 1-3]
Figure 112020094380673-pct00003
[표 1-4]
Figure 112020094380673-pct00004
먼저, 용접 작업성의 조사를 실시하였다. 표 1-1 내지 표 1-4에 나타내는 시험 제작 와이어를 사용하고, T자 필렛 시험체를 사용해서 자동 용접기로 수평 필렛 용접 시험을 행하였다. 시험체는, JIS G 3106:2008에 규정된 강종 SM490B, 판 두께 12mm, 시험체 길이 600mm이고, 피트의 발생을 조장하기 위해서 강판 표면에 무기 징크 프라이머를 막 두께가 20 내지 25㎛가 되도록 도장하였다. 용접 조건은, 표 2에 나타내는 용접 조건에서, 양측 동시 용접을 2회 행하여, 비드 형상, 비드 외관, 슬래그 박리성, 피트 발생수, 스패터 발생량을 조사하였다.
비드 형상은, 눈으로 봄으로써, 비드 표면이 평탄한가, 팽창이 너무 크지 않은가를 확인하여, 비드 형상의 팽창이 너무 클 경우를 「불량」으로 하였다.
비드 외관은, 눈으로 봄으로써, 아크 불안정에 기인한 비드 끊김, 비드 잘록부, 보이드에 의한 천공이 발생했는지 여부를 판단하여, 이러한 비드 끊김 등이 생긴 경우를 「불량」으로 하였다. 이러한 비드 끊김 등이 발생하지 않았을 경우를 「양호」로 하였다.
슬래그 박리성은, 정에 의한 타격에 구애되지 않고 슬래그가 박리된 경우를 「매우 양호」로 하고, (정에 의한 타격 없이는 슬래그가 박리되지 않고) 정에 의한 타격에 의해 슬래그가 박리된 경우를 「양호」로 하고, 정에 의한 타격 후에도 비드 상에 슬래그가 잔류한 경우를 「불량」으로 하였다.
내피트성은, 피트 발생량이 1개/m 이하인 경우를 「양호」로 하고, 1개/m 초과인 경우를 「불량」으로 하였다.
용접 중에 비산하는 스패터를 포집하여, 스패터의 질량을 측정하였다. 스패터 발생량은, 1분간의 시간당 스패터 질량이 1.5g 이상인 경우를 「많음」으로 하고, 1.0 내지 1.5g(1.0g 이상, 1.5g 미만)인 경우를 「약간 많음」으로 하고, 1.0g 미만인 경우를 「적음」으로 하였다.
[표 2]
Figure 112020094380673-pct00005
이어서, 용착 금속의 기계적 성질 및 내식성을 평가하였다. 이들 평가에서는, JIS Z 3111:2005에 준해서 용착 금속 시험을 실시하고, X선 투과 시험을 실시한 후, 인장 시험, 충격 시험 및 내식성 평가 시험을 실시하였다. 사용한 모재는, C: 0.11％, Si: 0.18％, Mn: 1.44％, P: 0.011％, S: 0.002％, Sn: 0.12％의 화학 조성을 갖는 내식 강의 강판이다. 용접 조건은, 표 2에 나타내는 조건으로 하였다.
X선 투과 시험은, 슬래그 혼입, 블로우홀, 용입 불량, 크레이터 균열이 확인된 경우, 그 결함의 종류를 표기하고, 조인트 용접 길이 500mm에 있어서 상기 결함이 인정되지 않을 경우, 결함 없음으로 판정하였다.
충격 시험의 온도는 0℃로 하였다. 단, Ni, Ti 및 B의 1종 이상을 함유하는 와이어로부터 얻어진 용착 금속에 대해서는, 0℃ 및 -40℃에서의 충격 시험을 실시하였다.
용착 금속의 기계적 성질의 합격 판정 기준은, 인장 시험에서의 인장 강도가 510 내지 660MPa, 충격 시험은, 시험 온도 0℃에서의 흡수 에너지가 60J 이상을 합격으로 하였다. 또한, 저온 인성 확보를 위해서, Ti, B, Ni의 1종 이상을 함유하는 와이어(와이어 No.6 내지 16 및 와이어 No.18 내지 23)로부터 얻어진 용착 금속에 대해서는, 시험 온도 -40℃의 흡수 에너지가 60J 이상인 경우를 합격으로 하였다. 또한, X선 투과 시험에 있어서, 슬래그 혼입, 블로우홀, 용입 불량, 크레이터 균열이 관찰되지 않을 경우를 합격으로 하였다.
내식성의 평가에서는, 먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 부식 시험편 제작용 시료(두께 3mm×폭 60mm×길이 150mm)를 용착 금속(2)이 중심이 되도록 모재(1) 표면으로부터 깊이 1mm의 채취 위치(3)로부터 채취하여, 그 표면을 쇼트 블라스트 처리한 후, 로내 온도 80℃에서 가열 건조시켜 부식 시험편 소재로 하였다. 이어서, 부식 시험편 소재의 양면에, 도료 A(주고쿠 도료(주) 제조 반노 #200) 또는 도료 B(신토도료(주) 제조 네오고세이 프라이머 HB)의 어느 것의 도료를 강재 표면에 막 두께 200 내지 350㎛의 두께로 도장해서 부식 시험편을 제작하였다. 이 부식 시험편에, 도 2에 도시한 바와 같이 용착 금속(2)을 걸치도록 크로스컷(4)을 실시함으로써 도막 흠집을 모의한 부식 시험편(5)을 제작하였다. 크로스컷(4)은, 크로스컷을 대각선으로 하는 직사각형의 치수가 긴 변 100mm×짧은 변 40mm가 되도록 도막 상부터 하지의 강 표면까지 달하는 스크래치 흠집을 커터 나이프로 실시하였다. 그 후, 얻어진 부식 시험편(5)을 SAE(Society of Automotive Engineers) J2334 시험에 따라서, 내식성을 평가하였다.
여기서, SAE J2334 시험에 대해서 설명한다. SAE J2334 시험이란, 습윤(50℃, 100％RH, 6시간), 염 부착(실온, 0.25시간의 수용액 침지(pH8, 0.5질량％ NaCl, 0.1질량％ CaCl2, 0.075질량％ NaHCO3)), 건조(60℃, 50％RH, 17.75시간)의 3 과정을 1 사이클(합계 24시간)로 하는 건습 반복의 조건에서 행하는 가속 시험이다. SAE J2334 시험의 1 사이클의 개략을 도 3에 도시한다.
이 부식 시험은, 비래 염분량이 1mdd를 초과하는 엄격한 부식 환경을 모의하는 시험이다.
SAE J2334 시험의 80 사이클 후에, 각 시험편의 도막 박리 및 팽창의 면적률을 계측하였다. 또한, 실제 구조물의 장기간에 걸친 도장 내식 성능을 반영하는 시험으로서 도막 밀착성의 평가를 행하였다. 크로스컷을 대각선으로 하는 직사각형에 상당하는 영역의 전체면에 대하여, 직사각형의 긴 변 길이 100mm로 잘라낸 폭 20mm의 투명 부착 테이프를 서로 겹치지 않도록 2열 첩부하고, 테이프 부착 후 5분 이내에 60°에 가까운 각도로 4.0 내지 8.0초로 떼어내었다. 테이프에 의한 박리 조작으로 박리한 도막 면적을, SAE J2334 시험의 80 사이클 직후에 잔존하고 있던 도막 면적으로 제산해서 얻어진 테이프 박리율을 구하였다. 그 후, 표면의 잔존 도막과 생성한 녹층을 제거하고, 도장 피막 흠집부의 부식 깊이를 측정한 후, 평균 부식 깊이를 산출하였다.
내후성·내도장 박리성의 평가는, 도막 박리 및 팽창 면적률이 50％ 미만이면서 또한 도막 흠집부의 평균 부식 깊이가 0.50mm 미만인 경우를 합격으로 하였다. 또한, 도막 밀착성의 평가는, 테이프 박리율이 0 내지 20％ 미만을 「매우 양호」로 하고, 20％ 이상 40％ 미만을 「양호」로 하고, 40％ 이상을 「불량」으로 판정하였다.
상기 시험에서, 주요한 4 종류의 평가 항목(용접 작업성, X선 투과 시험, 용착 금속 시험 및 용접부의 내식성 평가 시험)이 이하의 i 내지 iv에 나타내는 각 조건을 모두 충족시킨 경우에 종합 평가 「Good」으로 판정하고, 그 이외의 경우를 종합 평가 「Bad」로 판정하였다.
i) 용접 작업성의 각 평가 항목에서 「불량」의 평가가 없을 것(스패터 발생량에 대해서는 「많음」을 「불량」으로 하고, 「약간 많음」 및 「적음」은 「불량」으로 하지 않음)
ii) X선 투과 시험은 「결함 없음」의 평가일 것
iii) 용착 금속 시험에서 「합격」 판정일 것
iv) 용접부의 내식성 평가 시험에서 「합격」 판정일 것(단, 「도막 밀착성」의 평가는, 용착 금속의 내식성뿐만 아니라 강재의 도장 내식성의 영향도 받을 가능성이 있으므로, 종합 평가의 판단에 포함시키지 않는 것으로 함)
이들 결과를 표 3-1 및 표 3-2에 나타낸다.
[표 3-1]
Figure 112020094380673-pct00006
[표 3-2]
Figure 112020094380673-pct00007
표 1-1 내지 표 1-4, 표 3-1 및 표 3-2 중의 와이어 No.1 내지 23은, 본 발명예이며, 와이어 No.24 내지 41은, 비교예이다.
본 발명예인 와이어 No.1 내지 24는, TiO2 환산값, SiO2 환산값, ZrO2 환산값, FeO 환산값, Al2O3 환산값, C, Si, Mn, Cu, Al, Sn, Mg, Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계 및 F 환산값이 적량이므로, 비드 형상, 비드 외관 및 슬래그 박리성이 「불량」이 아니고, 피트의 발생이 적고, 스패터 발생량이 「많음」이 아니고, X선 투과 시험에서 결함(크레이터 균열)이 없고, 용착 금속의 인장 강도 및 흡수 에너지도 합격 판정 기준값 이상이었다. 또한, 내식성 평가 시험 결과도 양호해서, 합격 판정 기준값 이상이었다. 또한, 본 발명예인 와이어 No.1 내지 23은, 산화물 등의 화합물을 구성하는 O 이외의 O 함유량이 0 내지 0.080％이며, 산화물 등의 화합물을 포함한, 모든 O의 함유량은 0.5 내지 6.0％이었다.
Bi를 적량 포함하는 와이어 No.3 내지 5, 12, 13, 15 내지 22는, 슬래그 박리성이 매우 양호하였다.
또한, Ti 및 B의 1종 또는 2종을 적량 포함하는 와이어 No.6 내지 8, Ni를 적량 포함하는 와이어 No.9 내지 13, 및 19 내지 23 및 Ti 및 B의 1종 또는 2종과 Ni를 적량 포함하는 와이어 No.14 내지 16 및 18은, -40℃에서의 용착 금속의 흡수 에너지가 60J 이상으로 양호하였다.
이에 반해, 비교예 중, 와이어 No.24는, TiO2 환산값이 작으므로, 슬래그 생성량이 부족해서 비드를 균일하게 피포할 수 없어, 슬래그가 눌어붙어, 비드 외관이 「불량」이었다. 또한, 스패터 발생량이 많았다. 또한, ZrO2 환산값이 작으므로, 비드 형상이 평활해지지 않아, 볼록형의 비드 형상으로 되고, 슬래그 박리성도 「불량」이었다.
와이어 No.25는, TiO2 환산값이 크므로, 슬래그가 두껍고 피트가 발생하고, 슬래그의 점성이 높아져서, 비드의 지단부가 팽창한 형상이 되었다. 또한, C가 적으므로, 용착 금속의 인장 강도 및 0℃에서의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 No.26은, TiO2 환산값이 크고, SiO2 환산값이 작으므로, 슬래그 피포 상태가 나빠져서, 슬래그 박리성, 비드 형상 및 비드 외관이 불량하였다. 또한, C량이 많으므로, 용착 금속의 인장 강도가 과도하게 높아짐으로써 연성 저하를 초래하므로 0℃에서의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 No.27은, SiO2 환산값이 크므로, 스패터 발생량이 많아지고, 피트도 발생하였다. 또한, ZrO2 환산값이 크므로, 비드 형상이 볼록형이었다.
와이어 No.28은, FeO 환산값이 작으므로, 비드 지단부의 형상이 불량하였다. 또한, Si량이 적으므로, 피트가 발생하고, 용착 금속의 인장 강도 및 0℃에서의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 No.29는, FeO 환산값이 크므로, 슬래그 피포 상태가 나빠서 슬래그 박리성이 불량해지고, 비드 지단부가 팽창하여 비드 형상 및 비드 외관도 「불량」이었다. 또한, Sn량이 많으므로 크레이터 균열이 발생하였다.
와이어 No.30은, Al2O3 환산값이 작으므로, 상각측에 언더컷이 생겨서, 비드 형상이 「불량」이었다. 또한, Si량이 과잉이고, 용착 금속의 인장 강도가 높아, 연성 저하에 기인해서 0℃에서의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 No.31은, Al2O3 환산값이 크므로, 비드 지단부가 팽창하고, 친밀성이 나빠져서, 비드 형상이 「불량」이었다. 또한, Mg량이 적으므로 피트가 발생하였다.
와이어 No.32는, Cu량이 과잉이고, 용착 금속의 0℃에서 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또한, Al량이 적으므로, 비드가 볼록형이 되고, 상각부에 언더컷이 생겼다.
와이어 No.33은, Al량이 많으므로, 비드 형상에 매끄러움이 없어지고, 지단부가 팽창한 형상으로 되고, 용융 슬래그에 있어서도 응고 불균일이 발생해서 슬래그 박리성이 「불량」이었다. 또한, Mg량이 많으므로, 아크가 세차게 되고, 스패터 발생량도 많았다. 또한, Mn량이 많으므로, 용착 금속의 인장 강도가 높아, 연성 저하에 기인해서 0℃에서의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 No.34는, Sn량이 적으므로, 용착 금속의 도막 박리 및 팽창의 면적률이 크고, 도막 흠집부의 평균 부식 깊이도 깊었다. 또한, Bi 환산값이 크므로, 비드 외관이 「불량」으로 되었다.
와이어 No.35는, Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계가 크므로, 스패터 발생량이 많아, 슬래그 박리성, 비드 형상 및 비드 외관이 「불량」이었다. 또한, Mn량이 적으므로, 피트가 발생하고, 용착 금속의 인장 강도 및 0℃에서의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 No.36은, Cu량이 적으므로, 용착 금속의 도막 박리 및 팽창의 면적률이 크고, 도막 흠집부의 평균 부식 깊이도 깊었다. 또한, F 환산값이 작으므로, 하판측 하각부의 친밀성이 나빠서, 비드 형상이 「불량」이고, 피트도 발생하였다. 또한, B량이 많으므로, 크레이터 균열이 생겼다.
와이어 No.37은, Sn량이 적으므로, 용착 금속의 도막 박리 및 팽창의 면적률이 크고, 도막 흠집부의 평균 부식 깊이도 깊었다. 또한, F 환산값이 크므로, 슬래그의 점성이 저하되어, 비드 형상이 볼록형이고, 슬래그 박리성도 「불량」이었다.
와이어 No.38은, Mg량이 적으므로 피트가 발생하였다. 또한, Ti량이 많으므로, 스패터 발생량이 많고, 비드 표면에 슬래그가 눌어붙어, 비드 외관이 「불량」이었다.
와이어 No.39는, Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계가 적으므로, 아크가 불안정해져서 입자가 큰 스패터 발생량이 많아, 비드 형상 및 비드 외관이 「불량」으로 되고, 피트도 발생하였다. 또한, Ni량이 많으므로, 크레이터 균열이 생겼다.
와이어 No.40은, 지수(X)가 0 이하로 되고, 용착 금속의 도막 흠집부 바로 아래의 평균 부식 깊이가 깊어, 도막 밀착성도 「불량」이었다.
와이어 No.41은, 지수(X)가 0 이하로 되고, 용착 금속의 도막 박리 및 팽창의 면적률이 대임과 동시에, 도막 흠집부 바로 아래의 평균 부식 깊이가 깊어, 도막 밀착성도 「불량」이었다.
1: 모재(강재)
2: 용착 금속
3: 부식 시험편의 채취 위치
4: 크로스컷
5: 부식 시험편
10: 플럭스 코어드 와이어
11: 강제 외피
12: 플럭스
13: 강판
14: 이음매
15: 용접부

Claims (8)

  1. 강제 외피의 내부에 플럭스가 충전된 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법이며,
    강판을 원형으로 성형하면서, 상기 강판의 내부에 플럭스를 충전하는 공정과,
    상기 강판의 양단을 접합해서 강관으로 하는 공정과,
    상기 강관에 압연 및 어닐링을 실시하여, 상기 플럭스 코어드 와이어를 얻는 공정을
    구비하고,
    상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로,
    C: 0.03 내지 0.10％,
    Si: 0.40 내지 0.85％,
    Mn: 1.5 내지 3.5％,
    P: 0.020％ 이하,
    S: 0.020％ 이하,
    Cu: 0.03 내지 0.70％,
    Sn: 0.05 내지 0.30％,
    Mg: 0.05 내지 0.50％,
    Al: 0.05 내지 0.50％,
    Ti 산화물: TiO2 환산값으로 1.50 내지 4.60％ 미만,
    Si 산화물: SiO2 환산값으로 0.30 내지 1.00％,
    Zr 산화물: ZrO2 환산값으로 0.10 내지 0.50％,
    Fe 산화물: FeO 환산값으로 0.10 내지 1.00％,
    Al 산화물: Al2O3 환산값으로 0.05 내지 0.50％,
    Na 화합물 및 K 화합물의 합계: Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계로 0.050 내지 0.200％,
    불소 화합물: F 환산값으로 0.02 내지 0.20％,
    Bi 및 Bi 산화물의 합계: Bi 환산값으로 0 내지 0.035％,
    Ni: 0 내지 2.50％,
    Ti: 0 내지 0.30％,
    B: 0 내지 0.010％,
    Mo: 0 내지 0.400％,
    W: 0 내지 0.200％,
    Cr: 0 내지 0.500％,
    Nb: 0 내지 0.300％,
    V: 0 내지 0.300％,
    N: 0 내지 0.0080％,
    Ca: 0 내지 0.0050％,
    REM: 0 내지 0.0050％,
    Sb: 0 내지 0.0050％,
    잔부: Fe 및 불순물이며,
    Sn 함유량, Sb 함유량, W 함유량 및 Mo 함유량이 이하의 식 (1)을 충족시키는
    것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법.
    Sn+Sb>Mo+W : 식 (1)
    단, 상기 식 (1)에서의 원소 기호는, 각 원소 기호에 관한 원소의 함유량을, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타내는 것이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로,
    Mo: 0 내지 0.040％,
    W: 0 내지 0.010％
    인 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로,
    Cu: 0.05 내지 0.70％
    인 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로, 적어도 하기의 어느 하나를 충족시키는 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법.
    Ni: 0.10 내지 2.50％
    Ti: 0.03 내지 0.30％
    B: 0.002 내지 0.010％
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합이 코오킹인 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 접합이 용접인 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에 의해 제조되는 플럭스 코어드 와이어를 사용해서 용접하는 공정을 구비하는 용접 조인트의 제조 방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로, 적어도 하기의 어느 하나를 충족시키는 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법.
    Ni: 0.10 내지 2.50％
    Ti: 0.03 내지 0.30％
    B: 0.002 내지 0.010％
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