KR102256952B1

KR102256952B1 - 저 확산가능 수소 및 고 샤르피 v-노치 충격 인성을 갖는 셀프 실드 합금 조성물

Info

Publication number: KR102256952B1
Application number: KR1020157024431A
Authority: KR
Inventors: 웨슬리 더블유. 왕
Original assignee: 더 에사브 그룹 아이엔씨.
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2021-05-27
Also published as: CN105189028A; US20140251974A1; US10421160B2; JP6185645B2; CN105189028B; WO2014164112A1; EP2969381A1; KR20150123831A; EP2969381A4; EP2969381B1; US11648630B2; JP2016515942A; US20190375056A1

Abstract

철 금속 시스 및 코어 성분들을 포함하는 시스 내의 코어를 포함하는 셀프 실드 플럭스 코어 아크 용접 전극을 개시하며, 코어 성분들은, [Al] 약 2.0 내지 3.0중량%, [Mn] 0.001 내지 0.11중량%, 및 La, Ce 등의 희토류 금속 0.001 내지 0.11중량% 또는 희토류 금속 산화물 0.001 내지 0.5%를 포함하지만, 이러한 희토류의 예로 한정되지는 않는다. 와이어 내의 알루미늄, 망간, 및 희토류 금속의 조성 범위를 포함한다. 형성되는 용접부는 Al 0.7 내지 1.0중량% 및 Mn 1.1 내지 1.5중량%를 포함한다. 형성되는 용접부는, 5ml/100g 이하인 최대 확산가능 수소 함량을 갖는다. 또한, 형성되는 용접부는, -40℉에서 적어도 100ft·lbs의 샤르피 V-노치 인성을 갖는다.

Description

저 확산가능 수소 및 고 샤르피 V-노치 충격 인성을 갖는 셀프 실드 합금 조성물{AN ALLOYING COMPOSITION FOR SELF-SHIELDED FCAW WIRES WITH LOW DIFFUSIBLE HYDROGEN AND HIGH CHARPY “V”-NOTCH IMPACT TOUGHNESS}

본 발명의 실시형태들은, 일반적으로 용접 전극에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 확산가능 수소가 적고 샤르피 V-노치 충격 인성이 높은, 개선된 용접 전극에 관한 것이다.

셀프 실드 플럭스 코어 아크 용접(self-shielded flux cored arc welding; SS-FCAW)은 지난 세기 중반 이후로 다양한 제조 산업에 널리 적용되어 왔다. 이 용접의 고 효율과 일관된 비드(bead) 품질은 다른 용접 방법들에 비해 제조 시간과 프로젝트 비용을 상당히 감소시킬 수 있으며, 이는 대륙횡단용 파이프라인 제조 및 연안(offshore) 구조 설치 등의 시골 지역에서의 제조 프로젝트에 있어서 매우 중요하다. 반면에, 직접적인 공기 노출로 인해, 55-FCAW의 아크는 스패터링에 있어서 가스-실드 용접 아크보다 훨씬 강력할 수 있다. 아크 외란은, 또한, 용접 금속에서의 확산가능한 수소, 산소, 질소의 제어, 용접부의 마이크로구조 발전, 및 기계적 특성에 부정적 영향을 끼친다.

저 탄소 강철 용접부의 저 확산가능 수소 함량은 균열 저항성 및 강철 제조 비용과 효율 면에서 매우 유익한 것으로 알려져 있다. 특히, 증착된 용접 금속의 확산가능 수소의 양을 최소화함으로써, 형성된 용접부의 수소 관련 균열의 가능성을 최소화할 수 있다고 알려져 있다. 가벼우면서(gentle) 안정적인 아크, 제어하기 쉬운(easy-to-command) 슬래그 흐름, 및 강건한 기계적 특성이 있는 양호한 용접 성능을 나타내는, H8 레벨에서의 개선된 셀프 실드 플럭스 코어 와이어(즉, 최대 확산가능 수소 함량이 8ml/100g인 용접 금속을 증착할 수 있는 전극 또는 전극-플럭스 조합)가 개발되어 왔다. 아크 성능은 가스 실드 플럭스 코어 용접 아크에 가깝도록 설계되지만, 이러한 전극의 확산가능 수소 함량은 여전히 H8 레벨에 머무르며, 이는, 이러한 전극이 더욱 중요한(critical) 강철 구조의 제조에 채택되는 것을 제한한다.

종래에 시도한 저 탄소 강철 용접부에서의 확산가능 수소 함량을 감소시키는 경우에는, 코어 혼합물에 불화물이 과도하게 첨가되었다. 그러나, 불화물을 첨가하는 경우의 문제점은, 불화물 첨가로 인해 유체 슬래그 흐름과 불안정한 마크를 야기하여 용접이 제 위치를 벗어날 수 있다는 점이다. 또한, 탈산화와 탈질화를 수행하려면 코어에 있어서 알루미늄을 추가로 필요로 한다. 그 결과, 과도한 알루미늄이 용접부에 함유되어, 입자가 거칠어지고 샤르피 V-노치 충격 인성이 열화된다.

고 강도의 강철 용접 응용분야가 늘어남에 따라, 용접 금속의 확산가능 수소 제어도 점점 더 많은 관심을 받게 되었다. 그 결과, 확산가능 수소 함량이 적고 또한 강건한 기계적 특성과 함께 모든 위치에서의 용접 성능이 뛰어난, 개선된 셀프 실드 플럭스 코어 와이어가 필요하다.

구체적으로, 기체 실드 용접을 이용하여 달성가능한 확산가능 수소 함량에 등가인 5ml/100g 레벨(즉, H5 레벨) 이하의 개선된 셀프 실드 플럭스 코어 와이어가 필요하다. 개선된 셀프 실드 플럭스 코어 용접 전극도 고 샤르피 V-노치 충격 인성을 가져야 한다.

플럭스 코어 용접 전극을 개시한다. 이 전극은, 철 금속 시스(ferrous metal sheath), 및 코어 성분들을 포함하는 시스 내의 코어를 포함한다. 코어 성분들은, 와이어의 총 중량에 기초하여 중량%로, 알루미늄 2.0 내지 3.0; 망간 1.0 내지 2.0; 및 희토류 금속 산화물 0.001 내지 0.35를 포함한다. 플럭스 코어 용접 전극은, 5ml/100g 이하의 확산가능 수소 레벨 및 -40℉에서 적어도 100ft·lbs의 샤르피 V-노치 인성을 갖는 용접부를 형성할 수 있다. 희토류 금속 산화물의 희토류 금속은 코어 성분들 및 금속 시스의 총 중량의 최대 0.11중량%를 포함한다. 희토류 금속 산화물은 복수의 희토류 금속 산화물을 포함할 수 있다. 희토류 금속 산화물은 Ce₂O₃-La₂O₃-Nd₂O₃-Pr₂O₃을 포함할 수 있다. 코어 성분들은, 와이어의 총 중량에 기초하여 중량%로, 제1 소결 불화물 9.54; 소결 산화물 4.53; 제2 소결 불화물 0.42; 알루미늄 2.04; 마그네슘 1.77; 망간 1.00; 니켈 0.87; Ce₂O₃-La₂O₃-Nd₂O₃-Pr₂O₃0.21; 및 철 0.36을 더 포함한다. 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함할 수 있고, 소결 산화물은 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함할 수 있고, 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함할 수 있다. 코어 성분들은, 와이어의 총 중량에 기초하여 중량%로, 제1 소결 불화물 9.34; 소결 산화물 4.53; 제2 소결 불화물 0.83; 알루미늄 2.10; 마그네슘 1.77; 망간 1.01; 니켈 0.98; Ce₂O₃-La₂O₃-Nd₂O₃-Pr₂O₃ 0.10; 및 철 0.03을 더 포함할 수 있다. 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함할 수 있고, 소결 산화물은 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함할 수 있고, 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함할 수 있다. 코어 성분들은, 와이어의 총 중량에 기초하여 중량%로, 제1 소결 불화물 9.13; 소결 산화물 4.51; 제2 소결 불화물 0.42; 알루미늄 2.04; 마그네슘 1.77; 망간 0.96; 니켈 0.87; 지르코늄 이산화물 0.44; Ce₂O₃-La₂O₃-Nd₂O₃-Pr₂O₃ 0.07; 및 철 0.53을 더 포함할 수 있다. 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함할 수 있고, 소결 산화물은 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함할 수 있고, 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함할 수 있다.

코어 용접 전극을 위한 플럭스 조성물을 개시한다. 이 플럭스 조성물은, 와이어의 총 중량에 기초하여 중량%로, 알루미늄 2.0 내지 3.0; 망간 1.0 내지 2.0; 및 희토류 금속 0.001 내지 0.11을 포함할 수 있다. 희토류 금속은 희토류 금속 산화물을 포함할 수 있다. 희토류 금속 산화물은 Ce₂O₃-La₂O₃-Nd₂O₃-Pr₂O₃을 포함할 수 있다. 조성물은, 와이어의 총 중량에 기초하여 중량%로, 제1 소결 불화물 9.54; 소결 산화물 4.53; 제2 소결 불화물 0.42; 알루미늄 2.04; 마그네슘 1.77; 망간 1.00; 니켈 0.87; Ce, La, Nd, Pr로 이루어지는 리스트에서 선택되는 희토류 금속 0.07; 및 철 0.36을 포함할 수 있다. 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함할 수 있고, 소결 산화물은 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함할 수 있고, 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함할 수 있다. 조성물은, 와이어의 총 중량에 기초하여 중량%로, 제1 소결 불화물 9.13; 소결 산화물 4.53; 제2 소결 불화물 0.83; 알루미늄 2.10; 마그네슘 1.77; 망간 1.01; 니켈 0.98; Ce, La, Nd, Pr로 이루어지는 리스트에서 선택되는 희토류 금속 0.04; 및 철 0.83을 포함할 수 있다. 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함할 수 있고, 소결 산화물은 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함할 수 있고, 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함할 수 있다. 조성물은, 와이어의 총 중량에 기초하여 중량%로, 제1 소결 불화물 9.13; 소결 산화물 4.51; 제2 소결 불화물 0.42; 알루미늄 2.04; 마그네슘 1.77; 망간 0.96; 니켈 0.87; 지르코늄 이산화물 0.44; Ce, La, Nd, Pr로 이루어지는 리스트에서 선택되는 희토류 금속 0.03; 및 철 0.53을 포함할 수 있다. 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함할 수 있고, 소결 산화물은 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함할 수 있고, 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함할 수 있다.

철 금속 시스 및 코어 성분들을 포함하는 시스 내의 코어를 포함하는 플럭스 코어 용접 전극을 개시하며, 코어 성분들은, 와이어의 총 중량에 기초하여 중량%로, 알루미늄 2.0 내지 3.0; 망간 1.0 내지 2.0; 및 희토류 금속 산화물 0.001 내지 0.5를 포함한다. 플럭스 코어 용접 전극은, 5ml/100g 이하의 확산가능 수소 레벨 및 -40℉에서 적어도 100ft·lbs의 샤르피 V-노치 인성을 갖는 용접부를 형성할 수 있다.

첨부 도면은, 개시한 방법의 원리의 실질적인 적용을 위해 지금까지 고안한 개시한 방법의 바람직한 실시형태들을 예시한다.
도 1은 Fe-Al의 위상도.
도 2는 1000에서의 Fe-Al-Mn의 삼위상도.
도 3은 충격 인성을 희토류 금속 함량의 함수로서 도시하는 그래프.
도 4는 용접부에서의 확산가능 수소 함량을 플럭스 코어 와이어(flux-cored wire)의 희토류 금속 함량의 함수로서 도시하는 그래프.

본 명세서에서는 본 발명을 전체적으로 이해하도록 다양한 용접 전극 실시형태들을 설명한다. 본 명세서에서 설명하는 다양한 실시형태들은 비제한적이며 비배타적이라는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은, 본 명세서에서 설명하는 비제한적이며 비배타적인 다양한 실시형태들의 설명에 의해 한정되지 않는다. 적절한 상황에서, 다양한 실시형태들에 관하여 설명하는 특징부들 및 특징들은 다른 실시형태들의 특징부들 및 특징들과 결합될 수 있다. 이러한 수정 및 변동을 본 명세서의 범위 내에 포함하려는 것이다. 이처럼, 청구범위는, 본 명세서에서 명시적으로 또는 내재적으로 설명하고 있는 또는 그 외에는 본 명세서에 의해 명시적으로 또는 내재적으로 지지되는 임의의 단계, 요소, 한정사항, 특징부, 및/또는 특징을 인용하도록 보정될 수 있다. 또한, 출원인은, 특징부가 본 명세서에서 명확하게 설명되어 있는지 여부에 상관없이 종래 기술에 존재하는 단계, 요소, 한정사항, 그 특징부, 및/또는 특징을 확정적으로 부인하도록 청구범위를 보정하는 권리를 갖는다. 따라서, 이러한 임의의 보정서는 미국 특허법 35 U.S.C. §112, first paragraph 및 35 U.S.C. §132(a)의 요건에 부합한다. 본 명세서에서 설명하고 개시하는 다양한 실시형태들은, 본 명세서에서 다양하게 설명하는 바와 같은 요소, 한정사항, 특징부, 및/또는 특징을 포함하거나, 이러한 요소, 한정사항, 특징부, 및/또는 특징으로 이루어지거나, 및/또는 본질적으로 이루어진다.

본 명세서에서 식별되는 임의의 특허공보, 공개공보, 또는 다른 개시된 문헌의 전문은, 달리 언급하지 않는 한, 원용되는 문헌이 본 명세서에서 명확하게 설명하고 있는 기존의 정의, 선언, 또는 기타 개시 문헌과 상충하지 않는 정도로 본 명세서에 참고로 원용된다. 이처럼, 필요한 정도로만, 본 명세서에서 설명되어 있는 바와 같은 개시 문헌은 본 명세서에서 참고로 원용되는 임의의 상충하는 문헌을 대체한다. 본 명세서에 참고로 원용된다고 하지만 본 명세서에서 명확하게 설명하고 있는 기존의 정의, 선언, 또는 기타 개시 문헌과 상충하는 임의의 문헌 또는 그 일부는, 원용되는 문헌과 기존의 개시 문헌 간에 상충이 발생하지 않는 정도까지만 원용될 뿐이다. 출원인은, 본 명세서에서 참고로 원용되는 임의의 특허 대상 또는 그 일부를 명확하게 인용하도록 본 명세서를 보정하는 권리를 갖는다.

"한 개", "하나", "한", "그" 등의 관사는, 본 명세서에서 사용된다면 그리고 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 달리 언급하지 않는 한, "적어도 하나", "하나 이상"을 포함하려는 것이다. 따라서, 관사는, 본 명세서에서 그 관사의 목적어의 하나 이상(즉, "적어도 하나")을 언급하도록 사용된다. 예를 들어, "한 구성요소"는, 하나 이상의 구성요소를 의미하며, 따라서, 하나보다 많은 구성요소를 고려할 수 있으며, 하나보다 많은 구성요소가, 설명한 실시형태들의 구현에서 채택되거나 사용될 수 있다. 또한, 사용 문맥상 다른 경우를 필요로 하지 않는 한, 단수 명사를 사용하는 것은 복수를 포함하며, 복수 명사를 사용하는 것은 단수를 포함한다.

셀프 실드 플럭스 코어 용접은, 용접된 금속 마이크로구조와 분포의 고유한 특징들을 생성한다. 페라이트, 정렬된 제2 위상으로서의 페라이트, 침상 페라이트 등을 포함한 종래의 마이크로구조 구성요소들에 더하여, 다른 유형의 제2 위상 페라이트가 위브 형태학(weaved morphology)에서 발견되었다. 따라서, Mn과 Al인 주요 합금 원소들을 1.0 내지 1.5중량% 및 0.7 내지 0.9중량%로부터 개별적으로 변경함으로써, E71T8-Ni1 유형 용접의 마이크로구조 특징들을 조사하였다. 본 발명자는, 위브 페라이트와 침상 페라이트 모두의 양을 증가시킴으로써, 페라이트가 지배적인 셀프 실드 FCAW 용접부의 샤르피 V-노치 충격 인성이 유익해진다는 점을 발견하였다. 용접부에서의 이러한 지배적인 페라이트 조성물은, 저 망간 함량(즉, -0.7%)과 함께, -40℉에서 샤르피 V-노치 충격 인성의 변동을 야기할 수 있다. 따라서, 강건한 기계적 특성을 보장하도록 용접부의 망간과 알루미늄의 합금화를 최적화하는 것이 중요할 수 있다.

본 발명자는, 또한, 용접부에 있어서 희토류 금속을 추가하는 것이, 원하는 고 샤르피 V-노치 인성(예를 들어, -40℉에서 적어도 100ft·lbs)을 유지하면서 충격 인성을 크게 유리하게 하며 확산가능 수소 함량을 H5 레벨(즉, 최대 확산가능 수소 함량이 5ml/100g인 용접 금속을 증착할 수 있는 전극 또는 전극-플럭스 조합)로 감소시키는 효과적인 방식이라는 점을 발견하였다.

희토류 금속은, 확산가능 수소의 감소를 유리하게 하는 아크 안정성 효과에 더하여 용접부의 확산가능 수소를 정지시키는 트랩핑 사이트(trapping site)로서 기능할 수 있다. 본 개시 내용은, 셀프 실드 플럭스 코어 와이어 내에 희토류 금속을 0.001 내지 0.11중량% 첨가함으로써 확산가능 수소를 H5 레벨까지 효과적으로 감소시킬 수 있음을 나타낸다. 희토류 산화물은 세륨(Ce), 란탄(La), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 스칸듐(Sc), 이트륨(Y)을 포함한 다양한 희토류 금속을 함유하지만, 이러한 예로 한정되지 않는다는 점을 파악할 것이다. 적절한 희토류 금속 산화물의 예시적인 리스트에는, SC₂O₃, Y₂O₃, La₂O₃, Ce₂O₃, CeO₂, Nd₂O₃, 및 Pr₂O₃이 있지만, 이러한 예로 한정되지는 않는다.

대량의 알루미늄이 셀프 실드 플럭스 코어 아크 용접에 의해 용접된 강철에 도입되는 경우, 강철 용접부는 알루미늄에 의해 과포화될 수 있다. 도 1에 따르면, [Al]이 용접부에서 1중량%를 초과하면, 큰 델타 페라이트 입자들이 액체 응고로부터 유도될 수 있다. 델타 페라이트의 조립(Coarse grain)은 샤르피 V-노치 충격 인성을 상당히 열화시킬 수 있다. 도 2에 따르면, 강철의 적절량의 망간은, 델타 페라이트로부터 오스테나이트와 알파 페라이트로의 위상 변환을 촉진하여 입자 미세화를 야기하도록 알루미늄 포화 영역을 효과적으로 팽창시킬 수 있다. 다양한 용접 소모성 코드에 의해 특정되는 용접부에서의 [Mn] 한계값을 고려하는 경우, [Mn]의 1.1 내지 1.45중량%가, -40℉에서 100ft·lbs를 초과하는 샤르피 V-노치 충격 인성을 달성하는 데 효과적이라고 알게 되었다.

실시예

조사를 위한 기본 제조법(base formula)으로서 기능하는 5/65" ESAB E71T-8 유형 셀프 실드 FCAW 와이어를 채택하였다. 플럭스 코어 와이어의 실시예는, 표시된 바와 같이 플럭스 값이 수정된 냉간 스트립(cold-rolled strip)(저 탄소 강철)을 사용하여 제조되었다. 플럭스 혼합물의 충전 비(fill ratio) 또는 통상적인 중량%는 약 20.75%이었다. 적절한 제조 및 와이어 공급 능력을 위해 윤활제를 샘플에 도포하였다.

Feed 3004 와이어 공급기에 연결된 Esab Origo Mig 6502C 용접 머신을 사용하여 AWS A5.29에 의해 1G 위치에서 모든 용접 판들을 준비하였다. 모든 판 용접에 대하여, 사용된 용접 파라미터들은 19.5V, 250A, 이동 속도 14ipm(분당 인치), 및 전극 돌출 길이(electrode extension) 7/8"이었다. 동일한 용접 파라미터들을 사용하여 각 용접부의 화학적 조성을 결정하기 위한 켐패드(chempad)를 준비하였다. 각 용접판은 방사선 투과시험을 거쳤다. 방사선 투과시험을 충족한 후, 인장 및 샤르피 V-노치 충격 테스트를 위한 견본을 각 판으로부터 추출하여 AWS A5.29에 의해 기계 가공하였다. 또한, 매크로 샘플을 각 판의 중심에서 절단하였다.

인장 강도와 -40℉에서의 CVN 충격 인성을 포함한 기계적 특성들을 평가한 후, 각 매크로 샘플의 캡층에서의 용접된 금속 마이크로구조를 광학 현미경(Olympus PMG3)을 사용하여 조사하였다. 포인트 카운트(point count) 정량화 기술을 이용하여, 얻어지는 기계적 특성들을 더욱 양호하게 이해하도록 마이크로구조 구성성분들의 용적 분율을 결정하였다. 그러한 용접부에 대하여 10 x 10 그리드에 의해 10 내지 15개 필드를 검사하였다. 또한, Hitachi S-3400N SEM을 이용하여 마이크로구조 구성성분들을 필요에 따라 검사하였다. 또한, 마이크로구조에 대한 상세한 SEM 작업을 위해 Oak Ridge National Laboratory의 ED AX Genesis를 갖춘 Jeol 6500 FEG/OIM을 이용하였다.

상술한 바에 더하여, 와이어는 AWS A4.3에 의해 확산가능 수소 시험을 거쳤다.

시험을 위한 샘플

전술한 바와 같이, ESAB E71T-8 유형 셀프 실드 FCAW 와이어는 6개의 샘플 전극(E1 내지 E6)을 제조하기 위한 기본 제조법으로서 기능하였다. 이 E71T-8 유형 와이어를 위한 예시적인 제조법은 아래와 같다.

소결 불화물(BaLiF₃) 10.00%

소결 산화물(Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄) 4.56%

소결 불화물(KLiF2) 0.31%

Al 2.02

Mg 1.84%

Mn 0.83%

Ni 0.85%

C 0.01%

Fe 0.32%

강철 스트립 나머지(balance)

기본 제조법에서는, 와이어 내의 0.001중량% 내지 0.109중량% 범위의 (산화물 형태의) 희토류 금속의 추가 도즈(dose)를 채택하였다(이하의 표 1 참조).

6개의 샘플 전극(E1 내지 E6)을 사용하여 제조된 용접부의 화학적 조성과 기계적 특성에 대한 결과를 (이하의) 표 2에 정리하고 도 3에 예시하였다.

예시한 바와 같이, 모든 6개 샘플 전극은 5.4ml/100g인 유형 H5 최대 확산가능 수소 한계값을 충족하였다. 6개 샘플 전극 중 4개는 100ft·lbs인 샤르피 V-노치 인성 한계값을 충족하였다. 샘플 E1, E4, 및 E5는 양측 요건을 충족하였다.

이러한 결과는, 와이어 내에 0.109% 희토류 금속을 첨가함으로써 -20℉와 -40℉ 모두에서의 충격 인성이 100ft·lbs로 증가될 수 있음을 나타낸다. 플럭스 제조법에 있어서 희토류 금속을 도입함으로써 인성 개선이 명확하고도 효과적으로 이루어졌다는 점은 의심의 여지가 없다. 게다가, 예측한 바와 같이, 희토류 금속을 첨가함으로써 그러한 용접부에서의 확산가능 수소 제어도 유리하게 될 수 있다. 도 4는, 희토류 금속으로 처리된 그러한 모든 와이어가 용접부의 확산가능 수소 함량, 즉, 5.4ml/100g 미만을 위한 ABS H5 요건을 충족함을 나타낸다. 또한, 이들 와이어 모두는 E71T8-Ni1 J 클래스 요건을 충족하도록 AWS A5.29 명세에 따른 자격을 부여받았다.

예시적인 전극 제조법

본 개시 내용의 범위 내에 있는 다음에 따르는 용접 전극의 예들은, 그 예시적인 전극들이 -40℉에서 100ft·lbs를 초과하는 샤르피 V-노치 충격 인성을 갖는 H5 유형 셀프 실드 플럭스 코어 와이어로서 자격이 있음을 나타낸다. 표 3은, 세 개의 예시적인 플럭스 코어 전극의 각각에서 사용된 플럭스 제조법의 조성을 나타낸다(표 3의 모든 퍼센트 값은 와이어의 총 중량에 대한 중량% 값이라는 점에 주목한다).

제조법 NX -4858

이 제조법에 따른 와이어를 사용하여 제조된 용접부는 [Mn] 1.34중량% 및 [Al] 0.80중량%를 가졌다(표 2). 또한, 제조된 와이어 내의 0.07중량%의 희토류 금속에 의해, 확산가능 수소([H]diff) 4.3ml/100g 및 -40℉에서의 샤르피 V-노치 인성 114ft·lbs를 갖는 용접부를 형성하였다.

제조법 NX -4897

이 제조법에 따른 와이어를 사용하여 제조된 용접부는 [Mn] 1.36중량% 및 [Al] 0.82중량%를 가졌다(표 2). 또한, 제조된 와이어 내의 0.04중량%의 희토류 금속에 의해, 확산가능 수소([H]diff) 5.0ml/100g 및 -40℉에서의 샤르피 V-노치 인성 115ft·lbs를 갖는 용접부를 형성하였다.

대체예에서는 기본 플럭스 제조법에 포함된 희토류 금속의 중량%를 조절할 수 있으며, 예를 들어, 아래와 같다.

제조법 NX -4947

이 제조법에 따른 와이어를 사용하여 제조된 용접부는 [Mn] 1.30중량% 및 [Al] 0.71중량%를 가졌다. 또한, 제조된 와이어 내의 0.03중량%의 희토류 금속에 의해, 확산가능 수소([H]diff) 4.7ml/100g 및 -40℉에서의 샤르피 V-노치 인성 96ft·lbs를 갖는 용접부를 형성하였다.

셀프 실드 플럭스 코어 와이어 내에 0.001 내지 0.11중량% 범위의 희토류 금속을 첨가함으로써, T8-Ni1 유형의 용접부의 확산가능 수소 함량을 H5 레벨까지 효과적으로 낮출 수 있다.

0.001중량% 내지 0.11중량% 범위의 양의 희토류 금속을 T8-Ni1 유형 셀프 실드 플럭스 코어 와이어 내에 첨가함으로써, 용접 금속 샤르피 V-노치 충격 인성을 상당히 개선할 수 있다. 이 경우 샤르피 V-노치 충격 인성 면에서, 희토류 금속의 최적의 첨가량은 약 0.04중량%로 밝혀졌다.

와이어 내의 알루미늄, 망간, 희토류 금속의 조성 범위는, 2.0 내지 3.0중량% [Al](이는 용접부에서 0.7 내지 1.0중량%의 [Al]을 형성함), 1.0 내지 2.0중량% [Mn](이는 용접부에서 1.1 내지 1.5중량%의 [Mn]을 형성함), 및 La, Ce, Nd, Pr 등의 최대 0.11중량%의 희토류 금속으로 되도록 정의되지만, 이러한 희토류 금속의 예로 한정되지는 않는다.

이러한 유형의 와이어는 연안 구조, 파이프라인, 및 기타 강철 구조의 제조에 적용될 수 있음을 파악할 것이다.

소정의 실시형태들을 참조하여 본 발명을 개시하였지만, 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 발명의 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서, 설명한 실시형태들에 대하여 많은 수정, 개조, 및 변경을 행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 설명한 실시형태들로 한정하려는 것이 아니라, 다음에 따르는 청구범위의 언어 및 그 균등물에 의해 정의되는 전체 범위를 가지려는 것이다.

Claims

플럭스 코어 용접 전극(flux cored welding electrode)으로서,
철 금속 시스(ferrous metal sheath)와,
코어 성분들을 포함하는, 상기 시스 내의 코어를 포함하고,
상기 코어 성분들은, 상기 플럭스 코어 용접 전극의 총 중량에 기초하여 중량%로,
제1 소결 불화물 9.54;
소결 산화물 4.53;
제2 소결 불화물 0.42;
알루미늄 2.04;
마그네슘 1.77;
망간 1.00;
니켈 0.87;
복합 산화물 Ce₂O₃-La₂O₃-Nd₂O₃-Pr₂O₃0.21; 및
철 0.36을 포함하고,
상기 플럭스 코어 용접 전극은, 5ml/100g 이하의 확산가능 수소 레벨 및 -40℉에서의 적어도 100ft·lbs의 샤르피 V-노치 인성을 갖는 용접부를 형성할 수 있는, 플럭스 코어 용접 전극.
제1항에 있어서, 상기 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함하고, 상기 소결 산화물은 복합 산화물 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함하고, 상기 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함하는, 플럭스 코어 용접 전극.
플럭스 코어 용접 전극으로서,
철 금속 시스와,
코어 성분들을 포함하는, 상기 시스 내의 코어를 포함하고,
상기 코어 성분들은, 상기 플럭스 코어 용접 전극의 총 중량에 기초하여 중량%로,
제1 소결 불화물 9.34;
소결 산화물 4.53;
제2 소결 불화물 0.83;
알루미늄 2.10;
마그네슘 1.77;
망간 1.01;
니켈 0.98;
복합 산화물 Ce₂O₃-La₂O₃-Nd₂O₃-Pr₂O₃ 0.10; 및
철 0.03을 포함하고,
상기 플럭스 코어 용접 전극은, 5ml/100g 이하의 확산가능 수소 레벨 및 -40℉에서의 적어도 100ft·lbs의 샤르피 V-노치 인성을 갖는 용접부를 형성할 수 있는, 플럭스 코어 용접 전극.
제3항에 있어서, 상기 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함하고, 상기 소결 산화물은 복합 산화물 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함하고, 상기 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함하는, 플럭스 코어 용접 전극.
플럭스 코어 용접 전극으로서,
철 금속 시스와,
코어 성분들을 포함하는, 상기 시스 내의 코어를 포함하고,
상기 코어 성분들은, 상기 플럭스 코어 용접 전극의 총 중량에 기초하여 중량%로,
제1 소결 불화물 9.13;
소결 산화물 4.51;
제2 소결 불화물 0.42;
알루미늄 2.04;
마그네슘 1.77;
망간 0.96;
니켈 0.87;
지르코늄 이산화물 0.44;
복합 산화물 Ce₂O₃-La₂O₃-Nd₂O₃-Pr₂O₃0.07; 및
철 0.53을 포함하고,
상기 플럭스 코어 용접 전극은, 5ml/100g 이하의 확산가능 수소 레벨 및 -40℉에서의 적어도 100ft·lbs의 샤르피 V-노치 인성을 갖는 용접부를 형성할 수 있는, 플럭스 코어 용접 전극.
제5항에 있어서, 상기 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함하고, 상기 소결 산화물은 복합 산화물 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함하고, 상기 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함하는, 플럭스 코어 용접 전극.
코어 용접 전극(cored welding electrode)을 위한 플럭스 조성물로서,
상기 플럭스 조성물은 상기 코어 용접 전극의 총 중량에 기초하여 중량%로,
제1 소결 불화물 9.54;
소결 산화물 4.53;
제2 소결 불화물 0.42;
알루미늄 2.04;
마그네슘 1.77;
망간 1.00;
니켈 0.87;
Ce, La, Nd, Pr로 이루어지는 리스트에서 선택되는 희토류 금속 0.07; 및
철 0.36을 포함하는, 플럭스 조성물.
제7항에 있어서, 상기 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함하고, 상기 소결 산화물은 복합 산화물 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함하고, 상기 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함하는, 플럭스 조성물.
코어 용접 전극을 위한 플럭스 조성물로서,
상기 플럭스 조성물은 상기 코어 용접 전극의 총 중량에 기초하여 중량%로,
제1 소결 불화물 9.13;
소결 산화물 4.53;
제2 소결 불화물 0.83;
알루미늄 2.10;
마그네슘 1.77;
망간 1.01;
니켈 0.98;
Ce, La, Nd, Pr로 이루어지는 리스트에서 선택되는 희토류 금속 0.04; 및
철 0.83을 포함하는, 플럭스 조성물.
제9항에 있어서, 상기 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함하고, 상기 소결 산화물은 복합 산화물 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함하고, 상기 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함하는, 플럭스 조성물.
코어 용접 전극을 위한 플럭스 조성물로서,
상기 플럭스 조성물은 상기 코어 용접 전극의 총 중량에 기초하여 중량%로,
제1 소결 불화물 9.13;
소결 산화물 4.51;
제2 소결 불화물 0.42;
알루미늄 2.04;
마그네슘 1.77;
망간 0.96;
니켈 0.87;
지르코늄 이산화물 0.44;
Ce, La, Nd, Pr로 이루어지는 리스트에서 선택되는 희토류 금속 0.03; 및
철 0.53을 포함하는, 플럭스 조성물.
제11항에 있어서, 상기 제1 소결 불화물은 BaLiF₃을 포함하고, 상기 소결 산화물은 복합 산화물 Li₂O-CaO-SiO₂-Fe₃O₄를 포함하고, 상기 제2 소결 불화물은 KLiF₂를 포함하는, 플럭스 조성물.
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