KR102328267B1 - 플럭스 코어드 와이어 - Google Patents

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마사유키 나가미
고지 사토
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피와 외피에 내포되는 플럭스를 갖는다. 와이어는 전체 질량 중의 각 성분의 함유율이, Fe: 83.0% 이상 93.0% 이하, TiO2: 5.0% 이상 7.0% 이하, Si: 0.2% 이상 1.0% 이하, C: 0.02% 이상 0.10% 이하, Mn: 1.0% 이상 3.0% 이하, Mg: 0.30% 이상 0.70% 이하, Ni: 0.70% 이상 3.00% 이하, Cr: 0.50% 이하, F: 0.10% 이상 0.50% 이하, 및 Na 및 K의 총량: 0.05% 이상 0.30% 이하이다. 외피는 그 전체 질량당, C: 0.010% 이상 0.070% 이하, Mn: 0.40% 이하, Si: 0.10% 이하, Ni: 0.10% 이하, Cr: 0.10% 이하, N: 0.0010% 이상 0.0050% 이하, 및 O: 0.0010% 이상 0.0075% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

Description

플럭스 코어드 와이어
본 개시는 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다
해양 구조물 분야에 있어서는, 에너지 자원 개발을 진행시키는 해역의 대수심화, 북극해 등의 극한 해역으로의 자원 탐사·채굴역의 확대 및 설비의 대형화가 진행되고 있다. 이와 같은 기술 동향을 배경으로 해서, 해양 구조물의 설계에서는 고강도화 및 고인성화가 진행되어, 용접 이음에 대한 요구 성능도 보다 엄격한 것이 되고 있다.
한편, 용접 재료에 대해서는, 고능률화의 관점에서, 전자세 용접용의 플럭스 코어드 와이어가 요구되고 있다. 그러나, 종래의 전자세용의 플럭스 코어드 와이어는, 얻어지는 용접 금속 중의 산소량이 높기 때문에, 이것을 이용하여 가스 실드 아크 용접한 경우, 용접 이음부의 저온 인성을 확보하는 것이 어렵다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 금속 Ti 및 Ti 합금, 금속 Al 및 Al 합금, 및 V의 함유율을 특정 범위로 규제하고, 추가로 강제 외피에 있어서의 Ti 함유율을 특정 범위로 규제한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어가 기재되고, 내저온균열성에 더하여 내고온균열성이 우수하고, 또한 저온 인성이 우수하다고 되어 있다.
일본 특허공개 2016-78121호 공보
그런데, 전술한 바와 같이, 해양 구조물은, 극한 해역에 적용됨과 함께 설비의 대형화가 진행되고 있어, 용접 이음 등의 용접부에는, 강도, 저온 인성 등에 있어서 더 엄격한 성능이 요구되게 되고 있다. 이 때문에, 플럭스 코어드 와이어에 있어서도, 더한층의 개량이 기대되고 있다.
본 개시에 따른 실시형태는, 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 용접 작업성이 우수함과 함께, 양호한 인장 강도 및 저온 인성을 갖는 용접 금속이 얻어지는 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 개시의 일 태양에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피와, 외피에 내포되는 플럭스를 갖고, 상기 와이어는 그 와이어의 전체 질량 중의 각 성분의 함유율이, Fe: 83.0질량% 이상 93.0질량% 이하, TiO2: 5.0질량% 이상 7.0질량% 이하, Si: 0.2질량% 이상 1.0질량% 이하, C: 0.02질량% 이상 0.10질량% 이하, Mn: 1.0질량% 이상 3.0질량% 이하, Mg: 0.30질량% 이상 0.70질량% 이하, Ni: 0.70질량% 이상 3.00질량% 이하, Cr: 0.50질량% 이하, F: 0.10질량% 이상 0.50질량% 이하, 및 Na 및 K의 총량: 0.05질량% 이상 0.30질량% 이하이며, 상기 외피는 그 외피의 전체 질량당, C: 0.010질량% 이상 0.070질량% 이하, Mn: 0.40질량% 이하, Si: 0.10질량% 이하, Ni: 0.10질량% 이하, Cr: 0.10질량% 이하, N: 0.0010질량% 이상 0.0050질량% 이하, 및 O: 0.0010질량% 이상 0.0075질량% 이하를 함유하고, 상기 외피의 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
본 개시의 일 태양에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 상기 외피의 산소 함유율[O]에 대한 와이어의 Mg 함유율[Mg]의 비인 [Mg]/[O]가 65 이상이어도 된다. 또한, 상기 외피는 이음매 없이 형성되어 있어도 된다. 또한, 와이어의 전체 질량 중에 있어서의, F 함유량을 [F], Na 함유량을 [Na], K 함유량을 [K], Mg 함유량을 [Mg], 및 TiO2 함유량을 [TiO2]로 할 때, 이들의 관계가 하기 식을 만족시켜도 된다.
[F]/([Na]+[K]+[Mg]/3+[TiO2]/15)≥0.05
또, 본 개시의 일 태양에 따른 플럭스 코어드 와이어는 그 전체 질량 중의 각 성분의 함유율이, ZrO2: 0.50질량% 이하, Al2O3: 0.50질량% 이하, Mo: 0.50질량% 이하, Cu: 0.50질량% 이하, 금속 Ti: 0.25질량% 이하, 금속 Al: 0.20질량% 이하, B: 0.0200질량% 이하, 및 Li: 0.30질량% 이하 중, 어느 하나 이상을 추가로 만족시켜도 된다.
본 개시의 일 태양에 의하면, 용접 작업성이 우수함과 함께, 양호한 인장 강도 및 저온 인성을 갖는 용접 금속이 얻어지는 플럭스 코어드 와이어를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를 상세히 설명한다. 단, 이하에 나타내는 실시형태는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 플럭스 코어드 와이어를 예시하는 것이고, 본 발명은 이하에 나타내는 플럭스 코어드 와이어로 한정되지 않는다. 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피에 플럭스가 충전된 것이고, 그 외경은, 예를 들면 0.9mm 이상 1.6mm 이하이다. 또한, 플럭스 충전율은, 와이어 중의 각 성분이 본 발명의 범위 내이면, 임의의 값으로 설정할 수 있지만, 와이어의 신선성 및 용접 시의 작업성(송급성 등)의 관점에서, 예를 들면 와이어 전체 질량 중의 10질량% 이상 20질량% 이하이다.
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어(이하, 간단히 와이어라고도 한다)는, 강제 외피와, 외피(이하, 간단히 외피라고도 한다)에 내포되는 플럭스를 갖는다. 와이어는 그 와이어의 전체 질량 중의 각 성분의 함유율이, Fe: 83.0질량% 이상 93.0질량% 이하, TiO2: 5.0질량% 이상 7.0질량% 이하, Si: 0.2질량% 이상 1.0질량% 이하, C: 0.02질량% 이상 0.10질량% 이하, Mn: 1.0질량% 이상 3.0질량% 이하, Mg: 0.30질량% 이상 0.70질량% 이하, Ni: 0.70질량% 이상 3.00질량% 이하, Cr: 0.50질량% 이하, F: 0.10질량% 이상 0.50질량% 이하, 및 Na 및 K의 총량: 0.05질량% 이상 0.30질량% 이하이다. 또한, 외피는 그 외피의 전체 질량당, C: 0.010질량% 이상 0.070질량% 이하, Mn: 0.40질량% 이하, Si: 0.10질량% 이하, Ni: 0.10질량% 이하, Cr: 0.10질량% 이하, N: 0.0010질량% 이상 0.0050질량% 이하, 및 O: 0.0010질량% 이상 0.0075질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, 예를 들면, 가스 실드 아크 용접에 이용되고, 전자세 용접에 적용할 수 있다. 또한, 얻어지는 용접 금속이 저온 인성 및 인장 강도가 우수하기 때문에, 엄격한 요구 성능에 충분히 응할 수 있다. 다음으로, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에 함유되는 각 성분의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다.
와이어의 전체 질량에 대한 철(Fe)의 함유율은 83.0질량% 이상 93.0질량% 이하이고, 바람직하게는 85.0질량% 이상이며, 또한 바람직하게는 92.0질량% 이하이다. Fe 함유율이 83.0질량% 이상이면 충분한 용착량을 확보할 수 있다.
와이어의 전체 질량에 대한 산화 타이타늄(TiO2)의 함유율은 5.0질량% 이상 7.0질량% 이하이다. TiO2는 슬래그의 주성분이고, TiO2 함유율이 와이어 전체 질량에 대해서 5.0질량% 이상이면, 하향 이외의 자세, 예를 들면 입향이나 상향 등에서의 용접이 용이하게 되어, 전자세 용접성을 확보할 수 있다. 또한, TiO2 함유율이 와이어 전체 질량에 대해서 7.0질량% 이하이면, 용접 금속 중에 TiO2가 미립자로서 잔류하는 것이 억제되어, 용접 금속의 인성 열화가 억제된다. TiO2 함유율은, 바람직하게는 5.3질량% 이상이다. 또한, TiO2 함유율은, 바람직하게는 6.8질량% 이하, 보다 바람직하게는 6.5질량% 이하, 더 바람직하게는 6.0질량% 이하이다.
와이어의 전체 질량에 대한 규소(Si)의 함유율은, Si 및 Si 화합물의 총Si량으로서, 0.2질량% 이상 1.0질량% 이하이다. 여기에서 Si 화합물 중의 Si량은 Si 화합물량을 각각 Si 단체(單體)량으로 환산하여 산출된다. Si에는, 용융지의 점성을 낮추는 효과가 있고, 또한 용융 슬래그 중에서는, 탈산 작용에 의해, 유동성을 증가시키는 효과가 있는 SiO2가 생성된다. 와이어의 전체 질량에 대한 총 Si 함유율이 0.2질량% 이상이면, 용융 금속의 점성이 저하되어, 모재에 대한 친숙성이 향상됨과 함께, 탈산 효과가 충분히 얻어져, 용접 금속에 있어서의 블로홀의 발생이 억제된다. 또한, Si 함유율이 1.0질량% 이하이면, 용접 금속의 강도가 적당히 얻어져, 균열의 발생이 억제된다. Si 함유율은, 바람직하게는 0.8질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.7질량% 이하, 더 바람직하게는 0.6질량% 이하이다.
와이어의 전체 질량에 대한 탄소(C)의 함유율은 0.02질량% 이상 0.10질량% 이하이다. C는 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. C 함유율이 와이어 전체 질량에 대해서 0.02질량% 이상이면, 용접 금속의 강도가 충분히 향상되고, 용접 금속의 내력이 향상된다. 또한, C 함유율이 0.10질량% 이하이면, 용접 금속에 마텐자이트가 섬 형상으로 생성되는 것이 억제되어, 인성 열화가 억제된다. C 함유율은, 바람직하게는 0.03질량% 이상이다. 또한, C 함유율은, 바람직하게는 0.08질량% 이하이다. 여기에서, C 함유율에는, 탄산염 등에 기인하는 CO2 중의 C는 포함하지 않는다.
와이어의 전체 질량에 대한 망가니즈(Mn)의 함유율은, Mn 및 Mn 화합물로서 포함되는 총Mn량으로서, 1.0질량% 이상 3.0질량% 이하이다. Mn은 용접 금속의 탈산을 촉진함과 함께, 용접 금속의 인성 및 강도를 높이는 효과가 있다. Mn 함유율이 와이어 전체 질량에 대해서 1.0질량% 이상이면, 용접 금속의 탈산이 충분히 촉진되어, 용접 금속에 있어서의 블로홀의 발생이 억제되고, 용접 금속의 인성 열화가 억제된다. 또한, Mn 함유율이 3.0질량% 이하이면, 용접 금속의 강도가 적당히 얻어져, 균열의 발생이 억제된다. Mn 함유율은, 바람직하게는 1.2질량% 이상이고, 보다 바람직하게는 1.4질량% 이상이다. 또한, Mn 함유율은, 바람직하게는 2.8질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 2.6질량% 이하이다.
와이어의 전체 질량에 대한 마그네슘(Mg)의 함유율은 0.30질량% 이상 0.70질량% 이하이다. Mg는 탈산 작용이 있는 원소이고, 와이어는 Mg원으로서 금속 Mg 및 Mg 합금 중 적어도 1종을 함유해도 된다. Mg 함유율이 0.30질량% 이상이면, 충분한 탈산 작용이 얻어져, 용접 금속에 있어서의 블로홀의 발생이 억제되고, 인성 열화가 억제된다. 또한, Mg 함유율이 0.70질량% 이하이면, 용접 금속의 강도가 적당히 얻어져, 균열의 발생이 억제된다. Mg 함유율은, 바람직하게는 0.32질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.35질량% 이상, 더 바람직하게는 0.40질량% 이상이다. 또한, Mg 함유율은, 바람직하게는 0.66질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.60질량% 이하이다.
와이어의 전체 질량에 대한 니켈(Ni)의 함유율은 0.70질량% 이상 3.00질량% 이하이다. Ni는 모상 강화에 의해 용접 금속의 인성 확보에 기여하는 원소이고, Ni 함유율이 3.00질량% 이하이면, 용접 금속에 있어서의 고온 균열의 발생이 억제된다. 또한, Ni 함유율이 0.70질량% 이상이면, 용접 금속의 인성이 향상된다. Ni 함유율은, 바람직하게는 0.85질량% 이상이다. 또한, Ni 함유율은, 바람직하게는 2.85질량% 이하, 보다 바람직하게는 2.50질량% 이하이다. Ni는, 예를 들면 Ni 단체 또는 합금으로서 첨가된다.
와이어의 전체 질량에 대한 크로뮴(Cr)의 함유율은 0.50질량% 이하이고, 바람직하게는 0.45질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.40질량% 이하, 더 바람직하게는 0.30질량% 이하이다. 또한, Cr 함유율은, 예를 들면 0.005질량% 이상이다. Cr은 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 원소이다. Cr 함유율이 0.50질량% 이하이면, 용접 금속의 강도가 적당히 얻어져, 저온 균열의 발생이 억제된다. 한편, Cr 함유율이 0.005질량% 이상이면, 용접 금속의 강도가 충분히 향상된다. Cr은, 예를 들면 Cr 단체 또는 합금으로서 첨가된다.
와이어의 전체 질량에 대한 불소(F)의 함유율은 0.10질량% 이상 0.50질량% 이하이고, 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.25질량% 이하이다. F는 불화물로서 와이어에 함유되고, F 함유율은 불화물에 포함되는 F 환산치이다. 불화물은 용접 시에 수소(H)와 결합해서 HF를 형성하여, 용접 금속의 확산 수소량을 저감하는 효과가 있다. 와이어는 적어도 1종의 불화물을 함유하고 있으면 된다. 불화물의 구체예로서는, CaF, BaF2, NaF, K2SiF6, SrF2, AlF3, MgF2, LiF 등을 들 수 있다.
F 함유율이 불화물의 F 환산치로 와이어 전체 질량에 대해서 0.10질량% 이상이면, 용접 금속의 확산 수소량이 감소되어, 저온 균열의 발생이 억제되기 쉬워진다. 또한, F 함유율이 0.50질량% 이하이면, 용접 중의 흄 발생량이 억제되어 양호한 용접성이 얻어진다.
와이어의 전체 질량에 대한 나트륨(Na) 및 칼륨(K)의 총함유율은 0.05질량% 이상 0.30질량% 이하이고, 바람직하게는 0.10질량% 이상이다. Na 및 K는 아크를 안정시키는 효과가 있고, 와이어는 Na 및 K 중 적어도 한쪽을 포함하고 있으면 된다. Na 및 K는 각각 Na 화합물 및 K 화합물로서 와이어에 포함된다. Na 함유율은 Na 화합물에 포함되는 Na 환산치이고, K 함유율은 K 화합물에 포함되는 K 환산치이다. 와이어는 Na 화합물 및 K 화합물 중 적어도 1종을 포함하고 있으면 된다. Na 화합물의 구체예로서는, NaF, Na2O, Na2CO3 등을 들 수 있다. K 화합물의 구체예로서는, K2O, KF, K2SiF6 등을 들 수 있다.
Na 및 K의 총함유율, 즉 Na 화합물 함유율의 Na 환산치와 K 화합물 함유율의 K 환산치의 총계가, 와이어의 전체 질량에 대해서 0.05질량% 이상이면, 아크의 안정성이 충분히 얻어진다. 한편, Na 및 K의 총함유율이 0.30질량% 이하이면, 와이어의 함유 수분량이 억제되고, 용접 금속의 확산 수소량이 저감되어, 저온 균열의 발생이 억제되기 쉬워진다. 또한, 아크의 과잉한 퍼짐이 억제되어 양호한 용접성이 얻어진다. Na 및 K의 총함유율은, 바람직하게는 0.08질량% 이상이다. 또한, Na 및 K의 총함유율의 상한은, 바람직하게는 0.26질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.20질량% 이하이다.
와이어는 산화 지르코늄(ZrO2)을 포함하고 있어도 된다. ZrO2는 비드 형상을 양호하게 하는 효과가 있다. 와이어가 ZrO2를 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 ZrO2 함유율은, 예를 들면, 0.50질량% 이하이고, 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.20질량% 이하이다. 또한, ZrO2 함유율은, 예를 들면, 0.005질량% 이상이다. ZrO2 함유율이 0.005질량% 이상이면, 양호한 비드 형상이 얻어지는 경향이 있다. 또한, ZrO2 함유율이 0.50질량% 이하이면, 비드 지단부의 친숙성이 향상되어, 비드 형상이 볼록해지는 것이 억제된다.
와이어는 산화 알루미늄(Al2O3)을 포함하고 있어도 된다. Al2O3은 비드 형상을 양호하게 하는 효과가 있다. 와이어가 Al2O3을 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 Al2O3 함유율은, 예를 들면, 0.50질량% 이하이고, 바람직하게는 0.30질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.20질량% 이하이다. 또한, Al2O3 함유율은, 예를 들면, 0.05질량% 이상이고, 바람직하게는 0.10질량% 이상이다. Al2O3 함유율이 0.05질량% 이상이면, 양호한 비드 형상이 얻어지는 경향이 있다. 또한, Al2O3 함유율이 0.50질량% 이하이면, 비드 지단부의 친숙성이 향상되어, 비드 형상이 볼록해지는 것이 억제된다.
ZrO2 및 Al2O3은 양쪽을 함유하는 것이 바람직하지만, 어느 한쪽만을 함유하고 있어도 된다.
와이어는 몰리브데넘(Mo)을 포함하고 있어도 된다. Mo는 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 와이어가 Mo를 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 Mo 함유율은, 예를 들면, 0.50질량% 이하이고, 바람직하게는 0.45질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.4질량% 이하이다. 또한, Mo 함유율은, 예를 들면, 0.005질량% 이상이다. Mo 함유율이 0.005질량% 이상이면, 용접 금속의 인장 강도가 충분히 얻어지는 경향이 있다. 또한, Mo 함유율이 0.50질량% 이하이면, 용접 금속의 강도가 적당히 얻어져, 저온 균열의 발생이 억제되기 쉬워진다. Mo는, 예를 들면 Mo 단체나 합금으로서 첨가된다.
와이어는 구리(Cu)를 포함하고 있어도 된다. Cu는 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 와이어가 Cu를 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 Cu 함유율은, 예를 들면, 0.50질량% 이하이고, 바람직하게는 0.10질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이하이다. 또한, Cu 함유율은, 예를 들면, 0.005질량% 이상이다. Cu 함유율이 0.005질량% 이상이면, 용접 금속의 강도가 충분히 얻어진다. 또한, Cu 함유율이 0.50질량% 이하이면, 용접 금속의 강도가 적당히 얻어져, 저온 균열의 발생이 억제되기 쉬워진다. 또한, 미크로 편석에 의한 용접 금속의 고온 균열이 억제되기 쉬워진다. Cu는, 예를 들면 Cu 단체나 합금으로서 첨가된다.
와이어는 산화 타이타늄에 더하여 금속 타이타늄(Ti)을 포함하고 있어도 된다. 금속 Ti는 금속 또는 합금의 형태로 첨가된다. 금속 Ti는 용접 금속의 인성 향상에 기여하는 원소이다. 와이어가 금속 Ti를 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 금속 Ti 함유율은, 예를 들면, 0.25질량% 이하이고, 바람직하게는 0.20질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.15질량% 이하이다. 또한, 금속 Ti 함유율은, 예를 들면 0.005질량% 이상이다. 금속 Ti 함유율이 0.005질량% 이상이면, 용접 금속의 인성이 충분히 얻어진다. 또한, 금속 Ti 함유율이 0.25질량% 이하이면, 용접 금속 중의 고용 Ti량이 저감되고, 재열부에 있어서의 TiC 석출이 억제되어, 인성을 충분히 확보할 수 있다.
와이어는 산화 알루미늄에 더하여 금속 알루미늄(Al)을 포함하고 있어도 된다. 금속 Al은 금속 또는 합금의 형태로 첨가된다. 금속 Al은 용접 금속의 인성 향상에 기여하는 원소이다. 와이어가 금속 Al을 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 금속 Al 함유율은, 예를 들면, 0.20질량% 이하이고, 바람직하게는 0.05질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.03질량% 이하이다. 또한, 금속 Al 함유율은, 예를 들면, 0.005질량% 이상이다. 금속 Al 함유율이 0.005질량% 이상이면, 용접 금속의 인성이 충분히 얻어진다. 또한, 금속 Al 함유율이 0.20질량% 이하이면, 용접 금속 중에 조대한 산화물이 생성되는 것이 억제되어, 인성을 충분히 확보할 수 있다.
와이어는 붕소(B)를 포함하고 있어도 된다. B는 B 단체 또는 B 화합물의 형태로 첨가된다. B는 구오스테나이트 입계에 편석되어, 초석 페라이트의 석출을 억제함으로써, 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과가 있다. B 화합물로서는 Fe-B, Fe-Si-B, B2O3, B2O3을 포함하는 복합 산화물 등을 들 수 있다. 와이어가 B를 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 B 함유율은, 예를 들면, 0.0200질량% 이하이고, 바람직하게는 0.0100질량% 이하이며, 보다 바람직하게는 0.0090질량% 이하이다. 또한, B 함유율은, 예를 들면, 0.0010질량% 이상이다. 여기에서, B 함유율은 B 단체와 B 화합물에 포함되는 B 환산치의 합계이다. B 함유율이 0.0010질량% 이상이면, 용접 금속의 인성이 충분히 얻어진다. 또한, B 함유율이 0.0200질량% 이하이면, 용접 금속에 있어서의 고온 균열의 발생이 억제된다.
와이어는 리튬(Li)을 포함하고 있어도 된다. Li는 Li 단체 또는 Li 화합물의 형태로 첨가된다. Li는, 예를 들면, 아크 안정성의 향상, 용접 금속의 인성 향상 등에 기여할 수 있는 원소이다. Li 화합물로서는, LiF 등의 불화물, BaLiF3 등 복합 불화물 등을 들 수 있다. 와이어가 Li를 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 Li 함유율은 예를 들면, 0.30질량% 이하이고, 바람직하게는 0.05질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.02질량% 이하이다. 또한, Li 함유율은, 예를 들면, 0.005질량% 이상이다. 여기에서, Li 함유율은 Li 단체와 Li 화합물에 포함되는 Li 환산치의 합계이다. Li 함유율이 0.005질량% 이상이면, 아크 안정성이 보다 향상되고, 용접 금속의 인성이 보다 향상되는 경우가 있다. 또한, Li 함유율이 0.30질량% 이하이면, 용접 시에 있어서의 스패터의 과잉 발생이 억제되어, 용접 작업성이 보다 향상되는 경우가 있다.
와이어의 성분 조성에 있어서의 잔부는 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로서는, 예를 들면 S, P, Sb, As 등을 들 수 있다. 와이어에는, 합금제 및 그 화합물을 구성하는 바나듐(V), 나이오븀(Nb)이 추가로 포함되어 있어도 되고, 아크 안정제, 슬래그 형성제 등이 추가로 포함되어 있어도 된다.
와이어는 바나듐(V)을 포함하고 있고 있어도 된다. V는 입계에 편석되어, 입계 파괴의 원인이 되기도 할 수 있는 원소이다. 와이어가 V를 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 V 함유율은 예를 들면, 0.01질량% 이하이고, 바람직하게는 0.005질량% 이하이다. V 함유율이 0.01질량% 이하이면, 용접 금속의 인성 열화가 억제된다.
와이어는 나이오븀(Nb)을 포함하고 있고 있어도 된다. Nb는 합금제이지만, 입계에 편석되기 쉬워, 입계 파괴의 원인이 되기도 할 수 있는 원소이다. 와이어가 Nb를 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 Nb 함유율은, 예를 들면, 0.01질량% 이하이다. Nb 함유율이 0.01질량% 이하이면, 입계 파괴가 억제되어, 용접 금속의 인성 열화가 억제된다.
와이어는 황(S)을 포함하고 있고 있어도 된다. S는 용접 금속의 인성을 저하시키는 경우도 있기 때문에, 일반적으로는, 그 함유량을 저감하는 규제 원소로서 취급되고 있지만, 비드 지단부의 친숙성을 좋게 하는 효과가 있기 때문에, 적극적으로 첨가할 수도 있다. 와이어가 S를 포함하는 경우, 와이어의 전체 질량에 대한 S 함유율은, 예를 들면, 0.005질량% 이상이다. 한편, S 함유율은, 예를 들면, 0.03질량% 이하이다. S 함유율이 0.005질량% 이상이면, 비드 지단부의 친숙성이 향상된다. 또한, S 함유율이 0.03질량% 이하이면, 용접 금속의 내고온균열성의 저하가 억제된다.
와이어는 인(P)을 포함하고 있고 있어도 된다. P는 불가피적 불순물이고, 와이어의 전체 질량에 대한 P 함유율은, 예를 들면, 0.03질량% 이하이다. P 함유율이 0.03질량% 이하이면, 용접 금속의 내고온균열성의 저하가 억제된다.
외피는 특정 미량 원소를 특정 함유율로 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강제이다. 외피에 포함되는 원소는, 플럭스 내에 포함되는 원소와 비교하여 용융 시의 소모가 적기 때문에, 일반적으로 용접 금속에 주는 영향이 크다. 이 때문에, 외피에 포함되는 각종 미량 원소를 이하와 같이 규정한다. 한편, 외피의 각 원소의 함유율은 외피의 전체 질량당으로 한다.
외피에 있어서의 질소(N)의 함유율은 0.0010질량% 이상 0.0050질량% 이하이다. 또한, 산소(O)의 함유율은 0.0010질량% 이상 0.0075질량% 이하이다.
질소의 함유율이 0.0050질량%보다도 많으면, 용접 금속의 인성, 특히 저온하에 있어서의 인성이 저하된다. 또한, 산소의 함유율이 0.0075질량%보다도 많으면, 용접 금속의 인성, 특히 저온하에 있어서의 인성이 저하된다.
여기에서, 질소의 함유율은, 바람직하게는 0.0045질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.0040질량% 이하이다. 또한, 산소의 함유율은 바람직하게는 0.0070질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0060질량% 이하, 더 바람직하게는 0.0050질량% 이하이다. 한편, 외피에 있어서의 산소 및 질소의 함유율은, 예를 들면, 시판 중인 산소·질소 분석 장치로 측정된다.
외피에 있어서의 탄소(C)의 함유율은 0.010질량% 이상 0.070질량% 이하이다. 외피에 있어서의 C 함유율이 0.010질량% 이상이면 용접 금속의 강도가 충분히 향상되고, 내력이 향상되는 경향이 있다. 한편, C 함유율이 0.070질량% 이하이면, 용접 금속에 마텐자이트가 섬 형상으로 생성되는 것이 억제되어, 인성 열화가 억제된다. 외피의 C 함유율은, 바람직하게는 0.060질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.050질량% 이하, 더 바람직하게는 0.040질량% 이하이다.
외피에 있어서의 망가니즈(Mn)의 함유율은 0.40질량% 이하이고, 바람직하게는 0.30질량% 이하이다. 또한 하한은, 예를 들면 0.10질량% 이상이고, 바람직하게는 0.20질량% 이상이다. Mn 함유율이 0.10질량% 이상이면, 용접 금속의 강도가 향상된다. 또한, 용접 금속에 있어서의 블로홀의 발생이 억제되고, 용접 금속의 인성 열화가 억제된다. 한편, Mn 함유율이 0.40질량% 이하이면 용접 금속에 있어서의 균열의 발생이 억제되는 경향이 있다.
외피에 있어서의 규소(Si)의 함유율은 0.10질량% 이하이고, 바람직하게는 0.05질량% 이하이다. 또한 하한은, 예를 들면 0.005질량% 이상이고, 바람직하게는 0.008질량% 이상이다. 외피에 있어서의 Si 함유율이 0.005질량% 이상이면, 용융 금속의 점성 증가가 억제되어, 모재에 대한 친숙성이 향상됨과 함께, 충분한 탈산 효과가 얻어져, 용접 금속에 있어서의 블로홀의 발생이 억제된다. 한편, 외피에 있어서의 Si 함유율이 0.10질량% 이하이면, 용접 금속에 있어서의 균열의 발생이 억제되는 경향이 있다.
외피에 있어서의 니켈(Ni)의 함유율은 0.10질량% 이하이고, 바람직하게는 0.05질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.02질량% 이하이다. 또한 Ni 함유율은, 바람직하게는 0.005질량% 이상이다. Ni 함유율이 0.10질량% 이하이면, 용접 금속에 있어서의 고온 균열의 발생이 억제된다. 한편, Ni 함유율이 0.005질량% 이상이면, 용접 금속의 인성이 향상된다.
외피의 전체 질량에 대한 크로뮴(Cr)의 함유율은 0.10질량% 이하이고, 바람직하게는 0.05질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.02질량% 이하이다. 또한, Cr 함유율은, 예를 들면 0.005질량% 이상이다. Cr 함유율이 0.10질량% 이하이면, 용접 금속의 강도가 적당히 얻어져, 저온 균열의 발생이 억제된다. 한편, Cr 함유율이 0.005질량% 이상이면, 용접 금속의 강도가 충분히 향상된다.
외피의 성분 조성에 있어서의 잔부는 주성분인 철(Fe) 및 Al, Ti, P, S 등의 불가피적 불순물이다. 외피가 Al, Ti, P, S 등을 포함하는 경우, 그들의 함유율은 각각, 예를 들면, 0.03질량% 이하이다.
외피의 산소 함유율[O]에 대한 와이어의 Mg 함유율[Mg]의 비인 [Mg]/[O]는, 예를 들면, 65 이상이고, 바람직하게는 70 이상, 보다 바람직하게는 75 이상이다. 한편, [Mg]/[O]의 상한은, 예를 들면, 230 이하이다. [Mg]/[O]가 65 이상이면, 저온 인성이 보다 향상되는 경향이 있다. 이는 예를 들면, 용접 금속 중에 잔존하면 저온 인성을 저하시키는 산소 원소의 함유량이, 탈산제로서 기능할 수 있는 Mg에 의해 저감되기 때문이라고 생각할 수 있다.
와이어는 외피가 이음매 없이, 즉 심리스로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 외피에 이음매가 없음으로써, 외피에 내포되는 플럭스가 외부로부터 흡습하는 것이 억제된다. 이에 의해 용접 금속 중의 확산성 수소량을 저감할 수 있어, 내수소취화 특성을 향상시킬 수 있다.
와이어의 성분 조성은, 와이어의 전체 질량 중에 있어서의, 불화물의 F 환산 함유율을 [F], Na 성분의 Na 환산 함유율을 [Na], K 성분의 K 환산 함유율을 [K], Mg 성분의 Mg 환산 함유율을 [Mg], 및 TiO2의 함유율을 [TiO2]로 할 때, 하기 식 1로 표시되는 관계를 만족시키는 것이 바람직하다.
식 1 [F]/([Na]+[K]+[Mg]/3+[TiO2]/15)≥0.05
식 1은 와이어의 흡습성에 관여하는 원소군의 함유량에 대한 불소 원소의 함유량의 비이고, 이것이 소정의 관계를 만족시키는 경우, 용접 금속 중에 있어서의 확산성 수소량이 충분히 저감되고, 우수한 저온 인성을 달성할 수 있다. 식 1의 하한치는, 예를 들면 0.05 이상이지만, 바람직하게는 0.10 이상이다. 또한, 식 1의 상한치는, 예를 들면, 1.0 이하이다.
와이어를 이용하여 형성되는 용접 금속에 있어서의 저온 인성은, 예를 들면, 저온 환경하에 있어서의 샤르피 흡수 에너지 및 샤르피 취성 파면율로 평가할 수 있다. -60℃에서의 샤르피 흡수 에너지는, 예를 들면, 70J 이상이고, 바람직하게는 75J 이상이다. 또한 -60℃에서의 샤르피 취성 파면율은, 예를 들면, 40% 이하이고, 바람직하게는 38% 이하, 보다 바람직하게는 35% 이하, 더 바람직하게는 30% 이하이다.
플럭스 코어드 와이어는, 예를 들면, 이하에 나타내는 방법으로 제조할 수 있다. 외피를 구성하는 강대를 길이 방향으로 보내면서 성형 롤에 의해 성형하여, U자 형상의 오픈관으로 한다. 소정의 화학 조성이 되도록, 산화물과, 금속 또는 합금과, Fe 분말 등을 소요량 배합한 플럭스를 외피에 충전한 후, 단면이 원형이 되도록 가공한다. 외피의 조인트에 용접 등을 실시하는 것에 의해 이음매 없음으로 할 수도 있다. 그 후, 냉간 가공에 의해 신선하여, 예를 들면 1.0mm 이상 2.0mm 이하의 와이어 직경으로 한다. 한편, 냉간 가공 도중에 소둔을 실시해도 된다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 들어, 본 개시에 따른 실시형태의 효과에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 실시예에 있어서는, 성분 조성이 하기 표 1에 나타내는 범위에 있는 탄소강에 의해 형성한 관 형상의 외피에 플럭스를 충전하여, 실시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어(직경 1.2mm)를 제작했다. 한편, 하기 표 1에 나타내는 외피 형성에 이용한 탄소강의 성분의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 그때, 플럭스의 충전율은, 와이어 전체 질량에 대해서 12.5질량% 이상 14.5질량% 이하의 범위가 되도록 했다.
Figure 112020101805764-pct00001
하기 표 2에 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어의 와이어 전체의 성분 조성 및 외피의 성분 조성을 나타낸다. 한편, 와이어 성분은 와이어 전체 질량당으로 하고, 외피 성분은 외피 전체 질량당으로 한다. 하기 표 2에 나타내는 와이어 성분의 잔부는 불가피적 불순물이고, 외피 성분의 잔부는 Fe 및 불가피 불순물이다. 또한, 표 2에는, 와이어의 단면에 있어서의 외피의 이음매의 유무, [Mg]/[O], 식 1의 값을 아울러 나타낸다. 한편, No. 1 내지 15가 실시형태의 범위 내인 실시예에, No. 16 내지 22가 실시형태의 범위 외인 비교예에 해당한다.
Figure 112020101805764-pct00002
다음으로, 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 하기 표 3에 나타내는 모재에 대해서, 가스 실드 아크 용접을 행했다. 한편, 하기 표 3에 나타내는 모재 조성의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.
Figure 112020101805764-pct00003
용접 조건은 이하와 같다.
·실드 가스: 80% Ar-20% CO2, 25리터/분
·와이어 직경: φ1.2mm
·용접 자세: 하향
·개선 형상: V형
·개선 각도: 20°
·개선 갭: 16mm
·용접 전류: 280A
·아크 전압: 29V
·용접 속도: 350mm/분
그리고, 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어를 사용한 가스 실드 아크 용접에 의해 얻어진 용접 금속에 대하여, 이하에 나타내는 방법으로, 기계적 성질 및 확산 수소량을 평가했다.
<기계적 성질>
용접 금속의 기계적 성질은 JIS Z 3111:2005에 규정되는 「용착 금속의 인장 및 충격 시험 방법」에 준거한 인장 시험 및 충격 시험에 의해 평가했다. 그 결과, 항복 응력(YS)에 대해서는, 460MPa 이상이었던 것을 합격으로 했다. 인장 강도(TS)에 대해서는 570MPa 이상 850MPa 이하의 범위였던 것을 합격으로 했다. 또한, 저온 인성에 대해서는, -60℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 70J 이상이고, 또한 -60℃에서의 샤르피 취성 파면율이 40% 이하였던 것을 합격으로 했다.
<확산 수소량>
용접 금속의 확산 수소량의 평가는 30℃, 80%RH 환경하에서 1주간 방치한 와이어에 대하여, JIS Z 3118:2007에 준거한 방법에 의해 행했다. 그 결과, 확산성 수소량이 5ml/100g 이하인 것을 합격으로 했다.
<용접 작업성>
용접 작업성은, 상기 표 3에 나타내는 모재에 대해서, 입향 상진 필릿 용접을 행하고, 이하에 의해 평가했다. 그 결과, 매끄러운 필릿 비드에 대해서, 볼록부가 2mm 미만인 경우를 A, 볼록부가 2mm 이상 3mm 미만인 경우를 B, 볼록부가 3mm 이상 또는 용융 금속이 늘어져 용접 불가인 경우를 C로 했다. 또한, 스패터량, 흄량에 대하여, 모재에 대한 부착량이나 용접 아크의 보기 어려움의 관점에서 용접 작업성을 저해하는 경우에 대해서도 C로 했다. 평가가 A인 것을 합격으로 했다.
용접 조건은 이하와 같다.
·실드 가스: 80% Ar-20% CO2, 25리터/분
·와이어 직경: φ1.2mm
·개선 갭: 0mm
·용접 전류: 220A
·아크 전압: 24V
·용접 속도: 150mm/분
·위빙 폭: 10mm
이상의 결과를 하기 표 4에 나타낸다.
Figure 112020101805764-pct00004
표 4에 나타내는 바와 같이, 외피에 있어서의 산소 원소 및 질소 원소의 함유율, 및 그 밖의 각 성분의 함유율이 본 개시의 실시형태의 범위 내인 No. 1 내지 15의 플럭스 코어드 와이어는, 양호한 인장 강도를 갖고, 저온 인성 및 작업성이 우수했다. 한편, 외피에 이음매가 있는 No. 15에서는, 확산성 수소량이 많아졌다.
와이어 전체에 있어서의 나트륨과 칼륨의 총함유율이 본 개시의 실시형태의 범위를 초과하는 No. 16의 플럭스 코어드 와이어는, 아크가 지나치게 퍼져 작업성이 뒤떨어져 있었다. 또한 와이어 전체에 있어서의 불소 함유율이 본 개시의 실시형태의 범위 미만인 No. 16의 플럭스 코어드 와이어는, 식 1의 관계를 만족시키지 않아, 확산성 수소량이 많아졌다.
외피에 있어서의 산소 및 질소의 함유율이 본 개시의 실시형태의 범위 외이고, 또한 외피의 산소 함유율에 대한 와이어 전체의 Mg 함유율의 비가 65 미만인 No. 17의 플럭스 코어드 와이어는, 저온 인성이 뒤떨어져 있었다.
와이어 전체에 있어서의 불소 함유율이 본 개시의 실시형태의 범위를 초과하는 No. 18의 플럭스 코어드 와이어는, 흄량이 많아 작업성이 뒤떨어져 있었다. 또한, 와이어 전체에 있어서의 나트륨과 칼륨의 총함유율이 본 개시의 실시형태의 범위를 초과하는 No. 18의 플럭스 코어드 와이어는, 아크가 지나치게 퍼져 작업성이 뒤떨어져 있었다.
와이어 전체에 있어서의 탄소 함유율이 본 개시의 실시형태의 범위를 초과하고, 또한 와이어 전체에 있어서의 니켈 함유율이 본 개시의 실시형태명의 범위를 초과하는 No. 19의 플럭스 코어드 와이어는, 인장 강도가 필요 이상으로 강해지고, 저온 인성이 뒤떨어지는 결과가 되었다.
와이어 전체에 있어서의 산화 타이타늄 함유율이 본 개시의 실시형태의 범위 미만인 No. 20의 플럭스 코어드 와이어는, 작업성이 뒤떨어져 있었다. 또한, 와이어 전체에 있어서의 망가니즈 함유율과 마그네슘 함유율이 본 개시의 실시형태의 범위 미만인 No. 20의 플럭스 코어드 와이어는, 인장 강도가 뒤떨어져 있었다.
와이어 전체에 있어서의 니켈 함유율이 본 개시의 실시형태의 범위 미만인 No. 21의 플럭스 코어드 와이어는, 인장 강도가 뒤떨어져 있었다.
와이어 전체에 있어서의 나트륨과 칼륨의 총함유율이 본 개시의 실시형태의 범위 미만인 No. 22의 플럭스 코어드 와이어는, 아크의 안정성이 낮아 작업성이 뒤떨어져 있었다.
본 출원은 출원일이 2018년 3월 29일인 일본 특허출원 2018-065775호를 기초 출원으로 하는 우선권 주장을 수반한다. 일본 특허출원 2018-065775호의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 원용된다. 본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허출원, 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허출원, 및 기술 규격이 참조에 의해 원용되는 것이 구체적이고 개개로 기재된 경우와 동일한 정도로, 본 명세서에 참조에 의해 원용된다.

Claims (9)

  1. 강제 외피와, 해당 외피에 내포되는 플럭스를 갖는 플럭스 코어드 와이어로서,
    해당 와이어는 그 와이어의 전체 질량 중의 각 성분의 함유율이,
    Fe: 83.0질량% 이상 93.0질량% 이하,
    TiO2: 5.0질량% 이상 7.0질량% 이하,
    Si: 0.2질량% 이상 1.0질량% 이하,
    C: 0.02질량% 이상 0.10질량% 이하,
    Mn: 1.0질량% 이상 3.0질량% 이하,
    Mg: 0.30질량% 이상 0.70질량% 이하,
    Ni: 0.70질량% 이상 3.00질량% 이하,
    Cr: 0.50질량% 이하,
    F: 0.10질량% 이상 0.50질량% 이하, 및
    Na 및 K의 총량: 0.05질량% 이상 0.30질량% 이하
    이며,
    해당 외피는 그 외피의 전체 질량당,
    C: 0.010질량% 이상 0.070질량% 이하,
    Mn: 0.40질량% 이하,
    Si: 0.10질량% 이하,
    Ni: 0.10질량% 이하,
    Cr: 0.10질량% 이하,
    N: 0.0010질량% 이상 0.0050질량% 이하, 및
    O: 0.0010질량% 이상 0.0075질량% 이하를 함유하고,
    해당 외피의 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 플럭스 코어드 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외피의 산소 함유율[O]에 대한 상기 와이어의 Mg 함유율[Mg]의 비인 [Mg]/[O]가 65 이상인 플럭스 코어드 와이어.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 외피는 이음매 없이 형성되어 있는 플럭스 코어드 와이어.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 와이어의 전체 질량 중에 있어서의, F 함유량을 [F], Na 함유량을 [Na], K 함유량을 [K], Mg 함유량을 [Mg], 및 TiO2 함유량을 [TiO2]로 할 때, 이들의 관계가 하기 식을 만족시키는 플럭스 코어드 와이어.
    [F]/([Na]+[K]+[Mg]/3+[TiO2]/15)≥0.05
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 와이어의 전체 질량 중에 있어서의, F 함유량을 [F], Na 함유량을 [Na], K 함유량을 [K], Mg 함유량을 [Mg], 및 TiO2 함유량을 [TiO2]로 할 때, 이들의 관계가 하기 식을 만족시키는 플럭스 코어드 와이어.
    [F]/([Na]+[K]+[Mg]/3+[TiO2]/15)≥0.05
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 와이어는 그 전체 질량 중의 각 성분의 함유율이, 추가로
    ZrO2: 0.50질량% 이하
    Al2O3: 0.50질량% 이하
    Mo: 0.50질량% 이하
    Cu: 0.50질량% 이하
    금속 Ti: 0.25질량% 이하
    금속 Al: 0.20질량% 이하
    B: 0.0200질량% 이하, 및
    Li: 0.30질량% 이하
    중, 어느 하나 이상을 만족시키는 플럭스 코어드 와이어.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 와이어는 그 전체 질량 중의 각 성분의 함유율이, 추가로
    ZrO2: 0.50질량% 이하
    Al2O3: 0.50질량% 이하
    Mo: 0.50질량% 이하
    Cu: 0.50질량% 이하
    금속 Ti: 0.25질량% 이하
    금속 Al: 0.20질량% 이하
    B: 0.0200질량% 이하, 및
    Li: 0.30질량% 이하
    중, 어느 하나 이상을 만족시키는 플럭스 코어드 와이어.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 와이어는 그 전체 질량 중의 각 성분의 함유율이, 추가로
    ZrO2: 0.50질량% 이하
    Al2O3: 0.50질량% 이하
    Mo: 0.50질량% 이하
    Cu: 0.50질량% 이하
    금속 Ti: 0.25질량% 이하
    금속 Al: 0.20질량% 이하
    B: 0.0200질량% 이하, 및
    Li: 0.30질량% 이하
    중, 어느 하나 이상을 만족시키는 플럭스 코어드 와이어.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 와이어는 그 전체 질량 중의 각 성분의 함유율이, 추가로
    ZrO2: 0.50질량% 이하
    Al2O3: 0.50질량% 이하
    Mo: 0.50질량% 이하
    Cu: 0.50질량% 이하
    금속 Ti: 0.25질량% 이하
    금속 Al: 0.20질량% 이하
    B: 0.0200질량% 이하, 및
    Li: 0.30질량% 이하
    중, 어느 하나 이상을 만족시키는 플럭스 코어드 와이어.
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