KR102308327B1

KR102308327B1 - 극저온 충격인성이 우수하고 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어

Info

Publication number: KR102308327B1
Application number: KR1020200013571A
Authority: KR
Inventors: 정석진; 유동현; 김용덕; 최준태; 지춘호; 원주연; 박수길; 김봉석; 홍동현
Original assignee: 현대종합금속 주식회사; 한국조선해양 주식회사; 주식회사 현대미포조선
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-10-06
Also published as: KR20210099785A

Abstract

극저온 충격인성이 우수하고 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어가 제공된다.
본 발명의 금속 외피에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스 코어드 와이어는, 자체 중량%로, 탄소(C): 0.025~0.50%, 실리콘(Si): 0.2~1.5%, 망간(Mn): 0.1~9.0% 이하, P + S:0.040% 미만, 니켈(Ni): 12.0~22.0%, 크롬(Cr): 12.0~22.0%, 몰리브덴(Mo): 2.0~5.0%, 질소(N): 0.05~0.25%, SiO₂: 0.1~3.0%, Li₂O, Na₂O 및 K₂O 중 1 종 이상: 0.05~1.5%, Al₂O₃, TiO₂ 및 ZrO₂ 중 1종 이상: 5.0~12.0%, NaF,K₂SiF₆,Na₂AlF₆,K₃SiF₇및 CaF₂ 중 1종 이상: 0.005~1.5%,, 잔여 Fe 및 불가피적인 불순물을 포함하며, 관계식 1을 만족한다.

Description

극저온 충격인성이 우수하고 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어{Flux cored welding wire with superior impact toughness at ultra low temperature}

본 발명은 극저온에서 충격인성이 우수한 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어 용접재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 에탄에서부터 액화천연가스 등의 -196℃의 극저온 용기 및 화학 기기 등에서 사용되는 2.25~9% Ni합금강을 용접할 때 사용되는 철계 합금 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.

지속적인 산업화 및 기술 개발에 따라서 -80℃에서 -196℃까지 저장 냉매의 사용이 증가하고 있으며, 이에 따라, 2.25~9% Ni합금강, Invar, 오스테나이트계 스테인레스강, Al 등을 모재로 이용하고 있다.

이 중에서 2.25~9% Ni 합금강은 전용 플럭스 코어드 와이어 용접재료 개발에 대한 연구가 부족한 상태이다. 통상적으로 이러한 Ni 합금강을 용접하기 위해서는 Ni기 용접 재료가 사용되고 있다. 하지만 이런 Ni기 용접재료의 경우, 기존 조선 및 해양플랜트에서 사용되어 왔던 철계 용접재료에 비하여 kg당 가격이 20~100배까지 증가 되기 때문에 비용 및 사용상의 문제점이 많다.

또한 이러한 Ni기 용접재료의 경우 대부분 SMAW로 시공되기 때문에 생산 효율성이 극히 낮고 용접시공의 고 능률화가 필요성이 대두 되면서 플러스 코어드 와이어 개발 필요성이 산업 전반에 걸쳐 증가하고 있다.

대한민국 특허공개 10-2017-0102247호

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 한계를 극복하기 위해 안출된 것으로서, 2.25~9% Ni합금강 용접에 있어서, 전자세에서 용접 작업성이 우수함과 동시에, 강도 및 저온인성이 우수한 용접금속을 얻을 수 있는 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일측면은, 금속 외피에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 상기 와이어는 자체 중량%로, 탄소(C): 0.025~0.50%, 실리콘(Si): 0.2~1.5%, 망간(Mn): 0.1~9.0% 이하, P + S: 0.040% 미만, 니켈(Ni): 12.0~22.0%, 크롬(Cr): 12.0~22.0%, 몰리브덴(Mo): 2.0~5.0%, 질소(N): 0.05~0.25%, SiO₂: 0.1~3.0%, Li₂O, Na₂O 및 K₂O 중 1 종 이상: 0.05~1.5%, Al₂O₃, TiO₂ 및 ZrO₂ 중 1종 이상: 5.0~12.0%, NaF,K₂SiF₆,Na₂AlF₆,K₃SiF₇및 CaF₂ 중 1종 이상: 0.005~1.5%, 잔여 Fe 및 불가피적인 불순물을 포함하며, 하기 관계식 1을 만족하는 극저온 충격인성이 우수하고 전자세 용접이 가능한 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.

[관계식 1]

0.08% ≤ C + N ≤ 0.60%

본 발명에서 상기 와이어는, 텅스텐(W): 1% 이하, 니오븀(Nb): 1% 이하, 구리(Cu): 1% 이하 및 티타늄(Ti): 1% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

상기 금속외피는, 자체 중량%로, C:0.001~0.1%, Si:0.1~1.0%, Mn:0.5~9.0%, Cr:14.0~22.0%, Ni:8~22%, Mo:0.1~3.5%, Ti:0.01~1.0%, N:0.001~0.1 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 측면은, 상기 용접 와이어를 이용하여 용접모재로서 2.25~9% Ni 합금강 및 고망간강을 용접하여 얻어지는 용접이음부를 갖는 용접구조물에 있어서,

상기 용접이음부는 오스테나이트(Austenite) 단상 조직을 가지며, 하기 관계식 2 및 관계식 3를 만족하는 Cr 당량(Cr_eq)과 Ni 당량(Ni_eq)을 가지는 것을 특징으로 하는 용접구조물에 관한 것이다.

[관계식 2]

17≤Cr_eq≤24, 여기에서, Cr_eq = Cr+ Mo+1.5Si+0.5Nb

[관계식 3]

18≤Ni_eq≤28, 여기에서, Ni_eq= Ni+30C+0.5Mn+25N

상술한 구성에 따른 본 발명의 극저온계 플럭스 코어드 와이어는 플럭스 및 플럭스 코어를 감싸는 외피의 합금조성을 최적화함으로써 물리적 성질이 우수하고 전자세 용접이 가능하여 작업성이 우수한 효과가 있다.

또한, 양호한 용접성을 나타내면서 균열발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접 와이어의 C, N 함량에 따른 용접물의 인장강도 및 충격인성 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명의 극저온 충격인성이 우수하고 전자세 용접이 가능한 플럭스 코어드 와이어는, 자체 중량%로, 탄소(C): 0.025~0.50%, 실리콘(Si): 0.2~1.5%, 망간(Mn): 0.1~9.0% 이하, P+S: 0.040% 미만, 니켈(Ni): 12.0~22.0%, 크롬(Cr): 12.0~22.0%, 몰리브덴(Mo): 2.0~5.0%, 질소(N): 0.05~0.25%, SiO₂: 0.1~3.0%, Li₂O, Na₂O 및 K₂O 중 1 종 이상: 0.05~1.5%, Al₂O₃, TiO₂ 및 ZrO₂ 중 1종 이상: 5.0~12.0%, NaF,K₂SiF₆,Na₂AlF₆,K₃SiF₇및 CaF₂ 중 1 종 이상: 0.005~1.5%, 잔여 Fe 및 불가피적인 불순물을 포함하며, 상기 관계식 1을 만족한다.

이하, 본 발명의 와이어의 조성 성분 및 그 제한사유를 설명하며, 이하에서, "%"는 중량%를 나타낸다.

·C: 0.025~0.50%

탄소(C)는 강도 및 경도를 향상시키는 역할을 하는 성분이다. 이러한 C의 함량이 0.025% 미만이면 강도를 향상시키는 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편 0.50%를 초과하면 내고온균열성과 인성이 저하되고, 스패터(spatter) 발생이 증가하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 C의 함량을 0.025~0.50%로 제한함이 바람직하다.

본 발명에서 C원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 Mn-C, Cr-C, W-C, 흑연 등의 금속 탄화물 등을 들 수 있다.

·Si: 0.2~1.5%

실리콘(Si)은 탈산 작용과 작업성(퍼짐성)을 향상시키는 성분으로서, 그 함량이 0.2% 미만인 경우에는 탈산력이 부족하며 비드 퍼짐성이 저하되는 문제가 있으며, 반면 그 함량이 1.5%를 초과하게 되면 용접부 강도가 과도하게 증가하여 균열감수성이 증가하는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 Si의 함량을 0.1~1.5%로 제한함이 바람직하다.

본 발명에서 금속의 Si원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Si 및 Fe-Si 합금 등, 또는 SiO 등의 슬래그 성분으로부터 환원된 Si이다

·Mn: 0.1~9.0%

망간(Mn)은 슬래그 유동성을 개선하여 비드 형상을 개선 시키며, 용접부의 적정 강도와 인성을 유지시키는 역할을 하는 성분이다. 상술한 효과를 얻기 위해서는 0.1% 이상으로 Mn을 함유할 필요가 있으며, 다만 그 함량이 9.0%를 초과하게 되면 급격한 인성저하를 초래할 수 있으므로 바람직하지 못하다.

따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량을 0.1~9.0%로 제한함이 바람직하다.

한편, 본 발명에서 Mn원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Mn, Fe-Mn 합금, MnO₂ 및 MnCO₃등이 있으며, 어느 것의 첨가에 의해서든 Mn량을 조정할 수 있다

·P + S: 0.040% 미만

P 및 S는 고온균열에 영향을 미치는 주요 원소 중 하나로, Ni3S7, NiS, Ni3P등 Ni합금과 저융점 화합물을 발생시켜 고온균열을 발생시킬 수 있다. 따라서 P 및 S 불순물 제어가 필수적으로 필요하며, P 및 S의 총 함량을 제어하여 고온균열 발생을 감소시킬 수 있다. 따라서 P 및 S 중 1종 이상이 그 합계로 0.040%미만인 것이 바람직하다.

·Cr: 12.0~22.0%

크롬(Cr)은 용접금속의 강도를 향상시키는 효과가 있지만. 12.0% 미만이면 그 효과가 없고 22.0%를 초과하게 되면 크롬탄화물이 과도하게 형성되어 인성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 Cr의 함량을 12.0~22.0%로 제한함이 바람직하다.

본 발명에서 Cr원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Cr, Fe-Cr 합금 및 Cr₂O₃ 등을 들 수 있다.

·Ni: 12.0~22.0%

Ni은 용접금속의 인성을 향상시키는 효과가 있지만, 12.0% 미만이면 용접부 페라이트 조직이 과도하게 생성되어 인성을 저하시키며 22.0%를 초과하게 되면 비드 퍼짐성이 과도하게 감소하여 용접 작업성을 저하시킨다.따라서, 본 발명에서는 Ni의 함량을 12.0~22.0%로 제한함이 바람직하다.

본 발명에서 Ni원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Ni, Fe-Ni 합금 및 Ni-Mg 등을 들 수 있다.

·Mo: 2.0~5.0%

몰리브덴(Mo)은 용착 금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 이러한 Mo의 함량이 2.0% 미만이면 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 반면에 5.0%를 초과하게 되면 용착 금속의 인성이 저하된다. 따라서, 본 발명에서는 Mo의 함량을 2.0~5.0%로 제한함이 바람직하다.

한편,본 발명에서 Mo원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Mo 및 Fe-Mo 합금 등을 들 수 있다.

·N: 0.05~0.25%

질소(N)은 용착금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 이러한 질소의 함량이 0.05% 미만이면 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 반면에 0.25%를 초과하게 되면 용착금속의 인성이 저하된다. 따라서, 본 발명에서는 N의 함량을 0.05~0.25%로 제한함이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.01~0.2%이다.

한편,본 발명에서 N원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Fe-N,Cr-Fe-N,Cr-N.Mn-N 합금 등일 수 있다.

·SiO₂(이산화규소): 0.1~3.0%

상기 SiO₂는 슬래그 형성제로서 용접 슬래그의 유동성 및 용접비드 퍼짐성을 증가시키는 역할을 한다. 이러한 효과를 나타내기 위하여는 본 발명에서는 0.1% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나 그 함량이 3.0%를 초과하는 경우에는 용접금속 내에 Si함량이 급격히 증가하여, 과도한 강도 상승, 2차 석출물 증가로 인한 내균열성 저하를 초래하는 문제가 있다.

따라서 SiO₂의 함량은 0.1~3.0%로 제한함이 바람직하다.

·Li₂O, Na₂O 및 K₂O 중 1 종 이상: 0.05~1.5%

본 발명에서 알칼리 금속 산화물은 용접 중 아크의 이온화 포텐셜을 저하시켜 아크의 발생을 용이하게 해주며, 용접 중 안정된 아크를 유지시켜줄 수 있다. 상기 알카리 금속 산화물은 0.05% 이상 첨가되어야 이러한 효과가 나타낼 수 있다. 그러나, 그 함량이 1.5%를 초과하면, 높은 증기압으로 인하여 용접흄(Fume)이 과다하게 발생할 수 있다. 여기서 알칼리 금속 산화물은 Li₂O, Na₂O 및 K₂O 중 1 종 이상을 포함하며, 본 발명에서 알칼리 금속 산화물의 첨가효과는 각각의 함량비와는 무관하다.

·Al₂O₃, TiO₂ 및 ZrO₂ 중 1종 이상: 5.0~12.0%

Al, Ti, Zr 산화물은 슬래그의 융점을 높여 전 자세 용접의 작업성을 양호하게 하기 위해 첨가한다. 만일 상기 산화물들의 첨가량의 합이 5.0% 미만이면, 슬래그의 양이 충분하지 않아 슬래그의 포피성이 열화된다. 반면에 상기 산화물의 첨가량의 합이 12.0%를 초과하면, 슬래그 혼입이 발생하기 쉬워진다. 따라서 본 발명에서는 Al₂O₃, TiO₂ 및 ZrO₂ 중 1종 이상을 포함하며, 상기 금속 산화물 첨가 효과는 각각의 함량비와는 무관하다.

·NaF,K₂SiF₆,Na₂AlF₆,K₃SiF₇및 CaF₂ 중 1 종 이상: 0.005~1.5%

본 발명에서 금속불화물은 용접 중 용탕의 유동성을 증가시켜 건전한 용접부를 확보하기 위해 첨가한다. 상기 금속불화물은 0.005% 이상 첨가되어야 이러한 효과가 나타낼 수 있다. 그러나, 그 함량이 1.5%를 초과하면, 용접시 스패터가 과도하게 발생되며 양호한 용접성을 확보하기 힘들다. 여기서 금속 불화물은 NaF,K₂SiF₆,Na₂AlF₆,K₃SiF₇및 CaF₂ 중 1 종 이상을 포함하며, 본 발명에서 금속 불화물의 첨가효과는 각각의 함량비와는 무관하다.

· 관계식 1

본 발명에서 C, N은 용접부의 고용강화를 통한 강도 상승 효과를 촉진하기 위해 첨가한다. 상기 C+N 함량이 0.08% 이상 첨가되어야 이러한 효과가 나타낼 수 있다. 그러나 그 함량이 0.60%를 초과하면, 인장강도가 과도하여 -196℃ 저온 충격인성을 확보하기 힘들며 스패터 및 기공이 증가하여 양호한 용접성을 확보하기 힘들다. 따라서 본 발명에서는 하기 관계식 1과 같이, C+N 함량을 일정 범위로 제어할 것이 요구된다.

[관계식 1]

0.08% ≤ C + N ≤ 0.60%

·W: 1% 이하

텅스텐(W)은 용착금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 이러한 W은 용접부 탄소와 반응하여 강도 향상효과를 기대할 수 있으나 충격인성 저하의 원인이 된다.따라서, 본 발명에서는 W의 함량을 1% 이하로 제한함이 바람직하다.

한편, 본 실시예의 용착금속에서의 W원으로서는, 와이어 및 플럭스에 포함되는 TiO2 산화물, Fe-Nb, Fe-W, Fe-V 합금 등일 수 있다.

·Nb: 1% 이하

니오븀(Nb)은 용착금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 이러한 Nb은 과다 첨가시 용접부 탄소와 반응하여 강도 향상효과를 기대할 수 있으나 충격인성 저하 및 내고온균열성 저하의 원인이 될 수 있다.

·Cu: 1% 이하

구리(Cu)는 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접부의 적정 강도와 인성을 유지시키는 역할을 한다. 과다 첨가시 내식성과 열간가공성이 저하된다. 따라서, 본 실시예에서는 Cu의 함량을 1% 이하로 제한함이 바람직하다.

·Ti: 1% 이하

티타늄(Ti)은 용접부 내에서 탄화물 또는 질화물을 생성하여, 고온에서 응고 시 핵생성 사이트로 작용할 수 있다. 또한 오스테나이트 결정립을 작게 만들어 용접부 강도를 상승시키는 역할을 한다. 따라서, 본 실시예에서는 Ti의 함량을 1% 이하로 제한함이 바람직하다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다.

상술한 성분 외에도 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

본 발명에서 상기 용접용 와이어는 일반적으로 금속 외피가 합금 성분의 플럭스를 감싸는 단일 외피 구조로 나타낼 수 있다. 이때, 본 발명에서는 상기 와이어의 직경은 0.9~1.6mm 정도가 적당하며, 상기 금속 외피의 무게 분율은 외피의 밀도와 플럭스의 밀도차이를 고려하면 대략 용접용 와이어의 전체 대비 무게 분율로 50~90%가 바람직하다.

또한 상기 금속외피는, 자체 중량%로, C:0.001~0.1%, Si:0.1~1.0%, Mn:0.5~9.0%, Cr:14.0~22.0%, Ni:8~22%, Mo:0.1~3.5%, Ti:0.01~1.0%, N:0.001~0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성됨이 바람직하다.

이러한 용접 재료의 플럭스의 합금조성 및 플럭스 코어를 감싸는 외피의 합금조성을 만족하는 플럭스 코어드 와이어를 이용함으로써 전자세 용접(All Position Welding)이 가능하며, 인장 강도 및 충격 인성이 우수한 용접이음부를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은, 상기 용접재료를 이용하여 용접모재로서 2.25~9% Ni 합금강 및 고망간강 및 고망간강을 용접하여 얻어지는 용접이음부를 갖는 용접구조물에 있어서, 상기 용접이음부는 오스테나이트(Austenite) 단상 조직을 가지며, 하기 관계식 2 및 관계식 3를 만족하는 Cr 당량(Cr_eq)과 Ni 당량(Ni_eq)을 가지는 것을 특징으로 하는 용접구조물에 관한 것이다.

[관계식 2]

17≤Cr_eq≤24, 여기에서, Cr_eq = Cr+ Mo+1.5Si+0.5Nb

[관계식 3]

18≤Ni_eq≤28, 여기에서, Ni_eq= Ni+30C+0.5Mn+25N

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분을 갖는 용접용 와이어를 마련하였으며, 이때, 용접용 와이어를 이루는 금속 외피 구성 및 외피의 성분은 동일하며, 플럭스의 함량만 달리하였다. 본 실시예에서 이용한 금속 외피는, 중량%로, C: 0.001~0.1%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 0.5~9.0%, Cr: 14.0~22.0%, Ni: 8~22%, Mo: 0.1~3.5%, Ti: 0.01~1.0%, N: 0.001~0.1%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진다.

상기 각각의 용접 재료를 이용하여 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW; Flux Cored Arc Welding)을 실시하였다. 이때, 판 두께 20mm의 SM490 강판의 개선 면에, 개선 각도가 45°가 되도록 사면을 형성하고, 이 개선부를 와이어로 버터링하여, 버터링층을 형성했다. 이 후, 버터링된 모재들 끼리 루트 갭이 12mm가 되도록 배치하고, 개선이 좁아지는 측에, 마찬가지로 그 표면이 버터링된 덧대기쇠 (강재)를 배치하였다. 이 개선에 JIS Z 3111: 2005에 준해서 용접하여, 용착 금속을 제조하였다.

FCAW의 경우, 100% CO₂ 조건과 Ar+15~25% CO₂ 조건에서 입열량 1.7 kJ/mm으로 용접을 실시하였다. 일반적으로 100% CO₂ 보호가스 적용할 경우, Ar+15~25% 적용시보다 인장강도는 유사 수준이나 용착 금속의 산소함량 증가로 인한 충격인성은 저하되어, 본 실시예에서는 100% CO₂ 보호가스 용접시 물리적 특성에 대한 결과를 나타내었다. 이때, 와이어의 직경은 1.2mm 인 것을 사용하였다.

이후, 얻어진 용접이음부의 항복 강도(YS, ≥430MPa), 인장 강도(TS, ≥640MPa), 연신율(EL., ≥25%) 및 -196℃의 샤르피 충격흡수에너지(≥27Joules)를 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

또한 본 실시예에서 전자세 용접성은 아크 안정성과 슬래그 박리성을 고려하여 육안으로 비교 판단하였으며, A(우수), B(미흡), C(불량)의 3단계로 구분하여 평가하였다.

아울러, 균열 및 기공 여부도 육안으로 비교 판단하여 표 2에 나타내었으며, 균열 미발생(A)와 다층 균열 발생(B), 초층 균열 발생(C)로 평가하였다.

	C	Si	Mn	P+S	Ni	Cr	Mo	N	Ti	D1	SiO2	D2	D3	D4
발명예1	0.026	0.75	2.5	0.01	16	21	2.5	0.24	0.2	0.2	0.5	7.8	0.07	-
발명예2	0.49	0.74	2.7	0.01	21	13	3	0.1	0.3	1.4	0.7	8.9	0.09	-
발명예3	0.17	0.3	3.5	0.01	15	19.1	3.8	0.12	0.2	0.4	2.9	11.5	0.1	-
발명예4	0.15	1.4	4.2	0.01	16	19.5	3.5	0.09	0.3	1.5	2.5	6	1.2	-
발명예5	0.14	0.6	0.2	0.01	17	19.5	2.7	0.09	0.05	1.2	2.2	7	0.4	-
발명예6	0.1	0.7	8.9	0.02	15.5	18.9	3.1	0.11	0.8	0.4	2.3	7.8	0.8	-
발명예7	0.18	0.8	0.2	0.03	13	19.5	2.8	0.12	0.25	0.6	2.4	10.4	0.7	-
발명예8	0.19	0.9	2.2	0.02	21	18.5	4.2	0.08	0.8	1.4	2.8	11.2	0.09	-
발명예9	0.14	0.7	6.5	0.02	16.5	18.9	3.1	0.09	0.01	0.4	2.3	7.8	0.8	W:0.8
발명예10	0.17	0.7	6.5	0.02	16.5	18.9	3.1	0.06	0.02	0.4	2.3	7.8	0.8	Nb:0.8
비교예1	0.26	0.75	9.1	0.01	16	18.5	2.5	0.08	0.2	0.5	0.36	12.5	0.007	-
비교예2	0.17	1.7	2.9	0.02	17	19	3.5	0.12	0.3	0.7	1.2	4.8	0.009	-
비교예3	0.12	0.9	0.05	0.03	16.5	18.9	3.3	0.2	0.01	0.5	3.1	7.5	1.6	-
비교예4	0.024	0.33	7.2	0.03	16.9	19.3	2.3	0.19	0.05	0.04	0.25	12.5	1.2	-
비교예5	0.51	0.77	2.4	0.02	17.5	15.5	2.1	0.1	0.07	1.5	1.2	5.2	1.6	-
비교예6	0.13	0.85	3.4	0.03	22.5	15.5	4.4	0.1	0.7	1.2	1.3	11.5	0.8	-
비교예7	0.19	0.45	6.8	0.02	11.8	15	2.7	0.11	0.4	1.2	2	5.4	0.7	-
비교예8	0.14	0.61	4.8	0.02	18.8	11.8	2.2	0.09	0.25	0.5	0.3	7.7	0.004	-
비교예9	0.17	0.91	5.1	0.03	18.9	22.3	2.8	0.18	0.8	1.6	2	7.7	1.1	-
비교예10	0.12	0.66	6	0.03	17.2	18.5	1.8	0.2	0.6	1.4	2	7.9	1	-
비교예11	0.19	0.69	6.6	0.01	19.5	18	5.2	0.21	0.4	1.3	2	8.5	0.7	-
비교예12	0.19	0.69	7.8	0.01	19.5	18	2.3	0.26	0.4	1.4	1.5	7.7	0.8	Nb: 1.2
비교예13	0.05	0.75	2.5	0.01	16	18	2.5	0.02	0.02	0.2	0.5	7.8	0.007	W: 1.2
비교예14	0.43	0.75	5.7	0.01	16	18	2.5	0.18	1.1	0.2	0.5	7.8	0.007	-

*표 1에서 각 성분은 함량은 중량%이고 잔여는 Fe 및 불순물이며, D1은 Li₂O+Na₂O+K₂O, D2는 Al₂O₃+TiO₂+ZrO₂, D3는 NaF+K₂SiF₆+Na₂AlF₆+K₃SiF₇+CaF₂, 그리고 D4는 텅스텐(W)과 니오븀(Nb)이 첨가된 경우를 나타낸다.

구분	YS(MPa)	TS(MPa)	EL (%)	샤르피충격흡수에니지(-140℃)	내균열성	용접성 (100% CO₂)
발명예1	440	660	30.5	45	A	A
발명예2	470	690	29.5	40	A	A
발명예3	470	690	28.5	38	A	A
발명예4	480	700	27.5	34	A	A
발명예5	440	660	31.2	42	A	A
발명예6	470	690	28.5	40	A	A
발명예7	490	680	27.5	38	A	A
발명예8	500	700	26.5	37	A	A
발명예9	475	695	36.2	36	A	A
발명예10	492	699	36.5	38	A	A
비교예1	510	700	24.8	25	C	C
비교예2	470	645	35.6	46	B	C
비교예3	445	665	30.5	38	C	C
비교예4	425	635	34.8	55	B	C
비교예5	480	700	27.5	25	C	C
비교예6	425	630	42.5	45	C	A
비교예7	475	720	21.4	30	C	A
비교예8	425	630	48.5	46	C	B
비교예9	495	711	25.5	19	C	C
비교예10	435	638	35.5	45	B	B
비교예11	500	699	27.5	24	C	B
비교예12	511	725	18.9	17	C	B
비교예13	425	625	49.5	50	A	B
비교예14	530	711	25.5	25	B	C

상기 표 1 및 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 합금 성분을 만족할 뿐만 아니라, 관계식 0.08% ≤ C + N ≤ 0.60% 을 만족하는 발명예 1-10은 모두 내균열성 및 전자세 용접성이 우수함을 알 수 있다. 아울러, 발명예 1-10을 이용하여 얻어진 용접이음부의 인장강도는 640MPa 이상, -196℃ 충격인성 27J이상을 모두 만족함을 확인할 수 있다.

이에 반하여, Mn 함량이 9.1%를 초과하는 비교예 1의 경우, 용접부 흄 및 스패터 발생량이 과다하여 용접부 및 용접부 주변에 양호한 비드 외관 확보가 불가하였으며 인장강도가 과도하여 하였다. 또한 Al₂O₃+TiO₂+ZrO₂ 함량이 12%를 초과함으로써 슬래그 함량이 과다하여 전자세 용접시 용접부와 슬래그의 분리가 원활하지 못하였으며, 슬래그 혼입이 발생 되어 전자세 용접성이 미흡하였다.

비교예 2의 경우, Si 함량이 1.5%를 초과한 경우로서, 비드 퍼짐성이 과다하고 용접부 용입 특성이 저하되어 양호한 용접 비드를 확보하기 힘들었다. 그리고 Al₂O₃+TiO₂+ZrO₂ 함량이 5.0% 미만으로 슬래그 함량이 과소하여 슬래그 포피성이 떨어지고 양호한 용접 비드를 확보하기 힘들었다.

비교예 3은 Mn 함량이 0.1%이하로 P,S등의 불순물 편석으로 인하며 내균열성이 취약하며 SiO₂ 함량이 과도하여 슬래그 유동성이 열세하여 양호한 용접비드를 확보하기 힘들며 목표 충격인성 확보가 힘들었다.

또한 C 함량이 0.025%를 미만하는 비교예 4는 용접부 목표 인장강도 확보하지 못하며 이 Li₂O+Na₂O+K₂O 함량이 낮았으며 양호한 용접을 확보하기 힘들다, 비교예 5는 과도한 탄소함량으로 양호한 인장 강도 및 충격 인성을 확보하기 힘들며 관계식 1를 만족하지 못하였다.

또한 Ni 함량이 22%를 초과하는 비교예 6은 인장강도가 낮았으며 수직 자세에서 슬래그 형성이 나빠져 비드가 흘려 내렸다. 또한 비교예 7은 Ni 함량이 12%를 미만으로 용접부 페라이트 함량이 과도하여 다층 용접시 균열에 취약하였다

또한 Cr 함량이 12% 미만인 비교예 8은 용접부 강도가 저하되어 목표강도에 부족하였다.또한 Cr 함량이 22%를 초과하는 비교예 9는 용접부 인장 강도가 과도하여 충격 인성이 저하되었으며, Li₂O+Na₂O+K₂O 함량을 만족하지 못하여 양호한 용접성 및 내균열성을 확보하기 힘들었다.

또한 Mo 함량이 2.0% 미만인 비교예 10은 용접부 강도가 저하되어 목표강도에 부족하였으며, 또한 Mo 함량이 5%를 초과하는 비교예 11은 용접부 인장 강도가 과도하게 높아 충격 인성이 저하되었다.

또한 질소(N) 함량이 0.25%를 초과하는 비교예 12는 용접부의 기공발생이 증가하여 용접부 건전성이 저하되었으며, 용접부 인장 강도가 과도하게 높아 충격 인성이 저하되었다.

C+N 함량이 0.08% 이하인 비교예 13은 용접부의 인장강도가 과소하며, C+N 함량이 0.60%를 초과하는 비교예 14는 저온에서 충분한 충격인성을 확보하기가 힘들었다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims

금속 외피에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 상기 와이어는 자체 중량%로, 탄소(C): 0.025~0.50%, 실리콘(Si): 0.2~1.5%, 망간(Mn): 0.1~9.0% 이하, P + S:0.040% 미만, 니켈(Ni): 12.0~22.0%, 크롬(Cr): 12.0~22.0%, 몰리브덴(Mo): 2.0~5.0%, 질소(N): 0.05~0.25%, SiO₂: 0.1~3.0%, Li₂O, Na₂O 및 K₂O 중 1 종 이상: 0.05~1.5%, Al₂O₃, TiO₂ 및 ZrO₂ 중 1종 이상: 5.0~12.0%, NaF,K₂SiF₆,Na₂AlF₆,K₃SiF₇및 CaF₂ 중 1종 이상: 0.005~1.5%, 잔여 Fe 및 불가피적인 불순물을 포함하고 하기 관계식 1을 만족하며, 그리고 상기 금속외피는, 자체 중량%로, C:0.001~0.1%, Si:0.1~1.0%, Mn:0.5~9.0%, Cr:14.0~22.0%, Ni:8~22%, Mo:0.1~3.5%, Ti:0.01~1.0%, N:0.001~0.1 %, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 극저온 충격인성이 우수하고 전자세 용접이 가능한 플럭스 코어드 와이어.
[관계식 1]
0.08% ≤ C + N ≤ 0.60%
제 1항에 있어서, 상기 와이어는, 텅스텐(W): 1% 이하, 니오븀(Nb): 1% 이하, 구리(Cu): 1% 이하 및 티타늄(Ti): 1% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 충격인성이 우수하고 전자세 용접이 가능한 플럭스 코어드 와이어.
삭제
청구항 1항의 용접 와이어를 이용하여 용접모재로서 2.25~9% Ni 합금강 및 고망간강을 용접하여 얻어지는 용접이음부를 갖는 용접구조물에 있어서,
상기 용접이음부는 오스테나이트(Austenite) 단상 조직을 가지며, 하기 관계식 2 및 관계식 3를 만족하는 Cr 당량(Cr_eq)과 Ni 당량(Ni_eq)을 가지는 것을 특징으로 하는 용접구조물.
[관계식 2]
17≤Cr_eq≤24, 여기에서, Cr_eq = Cr+ Mo+1.5Si+0.5Nb
[관계식 3]
18≤Ni_eq≤28, 여기에서, Ni_eq= Ni+30C+0.5Mn+25N