KR102382359B1 - 강도 및 내부식성이 우수한 플럭스코어드 아크 용접 재료, 이를 이용한 용접 이음부 및 플럭스 코어드 아크 용접 방법 - Google Patents
강도 및 내부식성이 우수한 플럭스코어드 아크 용접 재료, 이를 이용한 용접 이음부 및 플럭스 코어드 아크 용접 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 중량%로, C: 0.01~0.07%, Si: 0.2~0.7%, Mn: 0.8~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.2% 이하, Ni: 0.1~0.7%, Co: 0.05~0.26%, Cu: 0.20~0.50%, Mo: 0.1~0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1을 충족하는, 플럭스 코어드 아크 용접 재료, 이를 이용하여 형성된 용접 이음부 및 플럭스 코어드 아크 용접 방법을 제공한다.
[관계식 1]
37 ≤ 100/{[C]+[Si]+[Mn]+[Mo]} ≤ 53
(상기 관계식 1에 있어서, 상기 [C], [Si], [Mn] 및 [Mo]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
[관계식 1]
37 ≤ 100/{[C]+[Si]+[Mn]+[Mo]} ≤ 53
(상기 관계식 1에 있어서, 상기 [C], [Si], [Mn] 및 [Mo]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
Description
본 발명은 강도 및 내부식성이 우수한 플럭스코어드 아크 용접 재료, 용접 이음부 및 플럭스 코어드 아크 용접 방법에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 화력 발전소에 적용되는 GGH용 고내식 강재의 용접 시 적용 가능한 플럭스코어드 아크 용접 재료, 용접 이음부 및 플럭스 코어드 아크 용접 방법에 관한 것이다.
최근 화력 발전소 환경 설비의 탈황 효율을 증대시키기 위한 설비 변경 관련 연구들이 지속되고 있다. 대표적으로 탈황 설비 전단 및 후단의 열교환 장치인 Gas Gas Heater(이하, GGH) 타입이 있다. 기존 GGH는 전기 집전기 후단에 위치하였으나, 최근 GGH는 전기 집진기 전단에 일부 탈황 설비가 배치되어 충분히 제거되지 못한 더스트들의 영향으로 강재 침식에 의한 부식뿐만 아니라, 마모에 의한 부식도 발생되고 있다. 따라서, 이들 설비에 사용되는 재료는 고강도 및 내마모성을 동시에 갖추어야 할 필요성이 있어, 이러한 수요에 대한 맞춤형 강재 및 용접재료의 개발이 필요하게 되었다.
그러나, 지금까지 강도 및 고농도 황산에 내부식성이 우수한 플럭스코어드 아크 용접재료에 대한 수요를 충족할 수 있는 수준의 기술은 개발되지 않았다.
본 발명의 일 측면은, 강도 및 내부식성이 우수한 플럭스 코어드 아크 용접 재료, 이를 이용하여 형성된 용접 이음부 및 용접 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 과제는 전술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는 데 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일 측면은,
중량%로, C: 0.01~0.07%, Si: 0.2~0.7%, Mn: 0.8~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.2% 이하, Ni: 0.1~0.7%, Co: 0.05~0.20%, Cu: 0.20~0.50%, Mo: 0.1~0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
하기 관계식 1을 충족하는, 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 제공한다.
[관계식 1]
37 ≤ 100/{[C]+[Si]+[Mn]+[Mo]} ≤ 53
(상기 관계식 1에 있어서, 상기 [C], [Si], [Mn] 및 [Mo]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은,
중량%로, C: 0.01~0.07%, Si: 0.2~0.7%, Mn: 0.8~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.2% 이하, Ni: 0.1~0.7%, Co: 0.05~0.20%, Cu: 0.20~0.50%, Mo: 0.1~0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 관계식 1을 충족하는 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 사용하여 형성된 용접 이음부를 제공한다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은,
중량%로, C: 0.01~0.07%, Si: 0.2~0.7%, Mn: 0.8~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.2% 이하, Ni: 0.1~0.7%, Co: 0.05~0.20%, Cu: 0.20~0.50%, Mo: 0.1~0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 관계식 1을 충족하는 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 준비하는 단계; 및
상기 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 사용하여, 2 이상의 모재를 용접하는 단계;를 포함하는, 플럭스 코어드 아크 용접 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 강도 및 내부식성이 우수한 플럭스 코어드 아크 용접 재료, 이를 이용하여 형성된 용접 이음부 및 용접 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않고, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 이용하여 형성된 용접 이음부에 대한 내부식성 시험 시의 용접 이음부 부식 시편에 대한 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 플럭스 코어드 용접 재료를 사용하여 형성된 용접 이음부의 미세조직을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 플럭스 코어드 용접 재료를 사용하여 형성된 용접 이음부의 미세조직을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있고, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명자들은 최근 화력 발전소에 적용되는 강재 특히, 강도 및 내부식성이 우수한 강재의 적용이 확대됨에 따라, 이러한 강재들의 용접 시 용접 이음부에 대한 물성의 보증이 가능한 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 제공하기 위해 예의 검토하였다.
그 결과, 용접 재료의 합금조성을 적정 범위로 제어함으로써, 이러한 용접 재료를 사용하여 형성된 용접 이음부가 상온에서 높은 인장강도를 나타내어 우수한 강도 특성을 확보함과 동시에, 고농도 황산에 대해서도 우수한 내부식성을 확보할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 플럭스 코어드 아크 용접 재료는, 중량%로, C: 0.01~0.07%, Si: 0.2~0.7%, Mn: 0.8~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.2% 이하, Ni: 0.1~0.7%, Co: 0.05~0.20%, Cu: 0.20~0.50%, Mo: 0.1~0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 전술한 플럭스 코어드 용접 재료에 있어서, 각 성분 원소의 첨가 이유와 그 한정 이유에 대하여 구체적으로 설명한다. 한편, 본 명세서에서 별도로 정의하지 않는 한, 각 성분 원소 함량 단위는 중량%로 한다.
탄소(C): 0.01~0.07%
탄소(C)는 용접 재료와 용접 이음부의 강도를 확보하는 데 유리한 원소로서, 그 함량이 0.01% 미만이면 목표 수준의 강도를 확보할 수 없게 된다. 반면, C 함량이 0.08%를 초과하면, 황산에 대한 부식성이 크게 저하되고, 특히 용접 시 형성된 용접 금속부의 경화도를 증가시켜서 용접부 균열 발생을 조장할 우려가 있다. 따라서, C 함량은 0.01~0.07%로 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 목적하는 효과를 발휘하기 위하여 보다 바람직하게는, 상기 C 함량의 하한은 0.028%일 수 있고, 혹은 상기 C 함량의 상한은 0.052%일 수 있다.
실리콘(Si): 0.2~0.7%
실리콘(Si)은 주로 용융 금속에서 슬래그를 형성하여 용융 금속을 대기로부터 보호하고, 용접 금속의 강도를 향상시키는 원소이다. Si 함량이 0.2% 미만이면, 산화제로서의 효과가 미미할 뿐만 아니라, 전술한 효과를 충분히 얻기 어렵다. 반면, Si 함량이 0.7%를 초과하면, 황산에 대한 부식 특성이 나빠지기 때문에, 상기 Si 함량은 0.2~0.7%로 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 목적하는 효과를 발휘하기 위하여 보다 바람직하게는, 상기 Si 함량의 하한은 0.40%일 수 있고, 혹은 상기 Si 함량의 상한은 0.64%일 수 있다.
망간(Mn): 0.8~1.6%
망간(Mn)은 용접 이음부의 강도 향상을 위해 첨가되는 원소로서, 강도 향상의 효과를 기대하기 위해서는 0.8% 이상 포함한다. 다만, Mn 함량이 1.6%를 초과하면 슬래그 점성이 저하되어 용접비드(bead) 형상이 나빠지는 결과를 초래한다. 따라서, 상기 Mn 함량은 0.8~1.6%로 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 목적하는 효과를 발휘하기 위하여 보다 바람직하게는, 상기 Mn 함량의 하한은 1.05%일 수 있고, 혹은 상기 Mn 함량의 상한은 1.50%일 수 있다.
인(P): 0.02% 이하 (0은 제외)
인(P)은 함량이 높을수록 강도 향상의 효과를 기대할 수 있으나, 그 함량이 과도하여 0.02%를 초과하면 용접 이음부의 고온 균열을 조장하는 문제가 있다. 따라서, 상기 P 함량은 0.02% 이하로 포함할 수 있고, 불가피하게 첨가되는 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다. 한편, 본 발명의 목적하는 효과를 발휘하기 위하여 보다 바람직하게는, 상기 P 함량의 하한은 0.005%일 수 있고, 혹은 상기 P 함량의 상한은 0.011%일 수 있다.
황(S): 0.2% 이하
황(S)은 용접 시 강 중의 Cu와 CuS 안정막을 형성시켜서 황산에 대한 부식성을 향상시키는 원소이다. 다만, 그 함량이 과도하여 0.2%를 초과하면 용접 이음부의 고온 균열을 초래할 수 있다. 따라서, 상기 S 함량은 0.2% 이하로 포함하고, 불가피하게 첨가되는 수준을 고려하여 0%는 제외할 수 있다. 한편, 본 발명의 목적하는 효과를 발휘하기 위하여 보다 바람직하게는, 상기 S 함량의 하한은 0.006%일 수 있고, 혹은 상기 S 함량의 상한은 0.012%일 수 있다.
니켈(Ni): 0.1~0.7%
니켈(Ni)은 용접 이음부의 표면 특성 및 내부식성 향상을 위해 첨가되는 원소로서, 양호한 표면 특성 및 내부식성을 확보하기 위해, Ni 함량은 0.1% 이상으로 관리한다. 다만, Ni 함량이 과다하여 0.7%를 초과하면 오히려 황산에 대한 내부식성이 현저히 저하할 우려가 있고, Ni은 고가의 원소이므로 제조비용 역시 크게 증가하는 문제가 생길 수 있다. 이를 고려하여, Ni 함량은 0.1~0.7%로 포함한다. 한편, 본 발명의 목적하는 효과를 발휘하기 위하여 보다 바람직하게는, 상기 Ni 함량의 하한은 ~~%일 수 있고, 혹은 상기 Ni 함량의 상한은 0.48%일 수 있다.
구리(Cu): 0.20~0.50%
구리(Cu)는 황산에 대한 부식성 향상을 위해 필수로 첨가해야 하는 원소로서, 전술한 효과를 충분히 발현하기 위해서는 0.20% 이상 첨가되어야 한다. 그러나, Cu 함량이 0.50%를 초과하면 Cu 첨가에 의한 내부식성 향상의 효과가 포화될 뿐만 아니라, 용접 이음부의 재열 균열(reheating crack)을 유발할 수 있다. 따라서, 상기 Cu 함량은 0.20~0.50%로 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 목적하는 효과를 발휘하기 위하여 보다 바람직하게는, 상기 Cu 함량의 하한은 0.29%일 수 있고, 혹은, Cu 함량의 상한은 0.45%일 수 있다.
코발트(Co): 0.050~0.20%
코발트(Co)는 전술한 Cu와 더불어, 내부식성을 향상시키는 원소로서, Cu 단독 첨가에 비해 Cu-Co 복합 첨가 시 내부식성을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 발명에서 목적하는 수준의 내부식성을 확보하기 위해 Co는 0.050% 이상 첨가되어야 한다. 그러나, Co 함량이 0.20%를 초과하면 내부식성 향상의 효과가 포화될 뿐만 아니라, 용접재료의 원가를 상승시키는 문제를 초래할 수 있다. 따라서, Co 함량은 0.05~0.20%로 포함한다. 한편, 본 발명의 목적하는 효과를 발휘하기 위하여 보다 바람직하게는, 상기 Co 함량의 하한은 0.054%일 수 있고, 혹은 상기 Co 함량의 상한은 0.12%일 수 있다.
몰리브덴(Mo): 0.1~0.7%
몰리브덴(Mo)은 용접 이음부의 강도 향상에 유리한 원소로서, 목표 수준의 강도를 확보하기 위해서는 0.1% 이상으로 포함한다. 반면, Mo 함량이 0.7%를 초과하면 황산에 대한 부식성이 급격히 저하되는 문제가 있다. 따라서, 상기 Mo 함량은 0.1~0.7%로 포함할 수 있다. 한편, 본 발명의 목적하는 효과를 발휘하기 위하여 보다 바람직하게는, 상기 Mo 함량의 하한은 0.2%일 수 있고, 혹은 상기 Mo 함량의 상한은 0.51%일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접 재료는 Sb 함량이 0.01% 미만일 수 있고, 보다 바람직하게는 Sb를 포함하지 않을 수 있다. 즉, 상기 용접 재료는 Sb 함량이 0%일 수 있다. 종래에는 황산 및/또는 염산에 대한 내부식성을 확보하기 위해서는 Sb가 필수로 첨가되었다. 그러나, Sb가 첨가되면 비산되어 유해한 물질이 가스로 배출될 수 있어 신체에 유해한 문제가 생길 수 있기 때문에, 본 발명에서는 Sb 함량을 0.01% 미만으로 제어하고, 보다 바람직하게는 Sb를 사용하지 않더라도 본 발명에서 목적하는 물성의 확보가 가능하다.
따라서, 본 발명의 일 측면에 따른 플럭스 코어드 아크 용접 재료는, 중량%로, C: 0.01~0.07%, Si: 0.2~0.7%, Mn: 0.8~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.2% 이하, Ni: 0.1~0.7%, Co: 0.05~0.20%, Cu: 0.20~0.50%, Mo: 0.1~0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이고, 플럭스 코어드 용접재료에 포함될 수 있는 성분이라면, 특별히 추가적인 첨가를 제한하지 않는다. 또한, 통상의 제조과정에서 원료 또는 주위 환경으로부터 의도하지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에, 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.
한편, 본 발명에 있어서 목적하는 수준의 강도 특성과 황산 및/또는 염산에 대한 내부식성을 확보함과 동시에, 우수한 표면 특성을 확보하기 위해서는, 상기 플럭스 코어드 아크 용접 재료는 하기 관계식 1을 충족하는 것이 바람직하다. 이 때, 하기 관계식 1은 경험적으로 얻어지는 값이므로, 특별히 단위를 정하지 않는다.
[관계식 1]
37 ≤ 100/{[C]+[Si]+[Mn]+[Mo]} ≤ 53
(상기 관계식 1에 있어서, 상기 [C], [Si], [Mn] 및 [Mo]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
본 발명자들은, 화력 발전소에 적용되는 GGH용 고내식 강재의 용접 시 사용 가능한 용접 재료에 대하여 예의 검토한 결과, 목적하는 물성 확보를 위해서는 특히 용접 이음부의 강도 확보를 위한 필수 첨가 원소인 C, Si, Mn 및 Mo간의 관계가 매우 중요한 요소임을 추가적으로 발견하였다.
즉, C, Si, Mn 및 Mo의 원소들은 용접 이음부에 대한 실온에서의 인장강도를 650MPa 이상으로 확보 가능하게 하는 용접 재료의 필수 구성 원소에 해당하지만, 과도하게 첨가되었을 시에는 황산에 대한 내부식성이 나빠지고, 용접 비드의 형상이 나빠지거나, 용접부의 균열 발생을 야기하는 등의 문제가 생길 수 있다. 따라서, 본 발명자들은 전술한 문제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 본 발명의 강도 확보를 위해 중요한 원소인 C, Si, Mn 및 Mo가 전술한 관계식 1을 충족함으로써, 강도 확보뿐만 아니라, 황산에 대한 내부식성 및 표면 특성이 열화되거나, 용접부의 균열이 야기되는 문제를 방지할 수 있음을 확인하였다. 구체적으로, 상기 100/{[C]+[Si]+[Mn]+[Mo]}의 값이 37 미만이면, 황산 및/또는 염산에 대한 내부식성이 불충분해지고, 용접부의 형성이 나빠지거나 균열이 발생할 수 있다. 반면, 상기 100/{[C]+[Si]+[Mn]+[Mo]}의 값이 53을 초과하면, 목표하는 수준의 강도 확보가 어려워져 용접부의 내마모성이 하락할 수 있다.
또한, 특별히 한정하는 것은 아니나, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 전술한 용접 재료는 하기 관계식 2를 충족할 수 있고, 이를 충족함으로써 용접 재료에 대한 원가 상승을 방지하면서도, 고농도 황산에 대한 내부식성을 본 발명에서 목적하는 수준으로 확보함과 동시에, 용접 이음부에서의 재열 균열 역시 방지하여 우수한 내식성을 확보할 수 있다. 이 때, 하기 관계식 2는 경험적으로 얻어지는 값이므로, 특별히 단위를 정하지 않는다.
[관계식 2]
0.03 ≤ [Cu]×[Co]/[Ni]
(상기 관계식 2에 있어서, 상기 [Cu], [Co] 및 [Ni]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
본 발명자들은 용접부의 물성 향상을 위해 추가적으로 예의 검토한 결과, 황산에 대한 내부식성에 영향이 큰 원소들 중에 Cu, Co 및 Ni 함량의 관계가 전술한 관계식 2를 충족함으로써 용접부의 물성을 한층 더 향상시킬 수 있음을 발견하였다. 즉, 고농도 황산뿐만 아니라, 황산과 염산을 모두 포함하는 복합 환경에 대한 내부식성을 보다 향상시키기 위해서는 보다 우수한 수준의 내식성이 요구되므로, Cu와 Co의 첨가가 필수적이다. 이와 더불어, 용접부의 우수한 표면 특성을 양립시키기 위하여, 본 발명에서는 Ni 역시 필수로 첨가시키는데, 이러한 Cu, Co 및 Ni은 과도하게 첨가되면 용접 재료의 원가를 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 특히 Cu는 용접부에 대한 재열 균열 역시 초래할 수 있는 원소이다. 이에, 본 발명자들은 Cu, Co 및 Ni이 전술한 관계식 2를 충족함으로써, 용접재료의 원가를 절감시키면서도, 고농도 황산뿐만 아니라, 황산 및 염산에 대한 내부식성을 확보할 수 있고, 또한 재열 균열을 방지할 수 있음을 추가적으로 확인하였다.
즉, 본 발명의 일 측면에 따르면, 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 [Cu] ×[Co]/[Ni]의 값이 0.03% 미만이면, 황산 및 염산을 포함하는 복합환경(복합산)에 대한 내부식성이 불충분할 뿐만 아니라, 용접재료의 원가가 상승하는 문제가 생길 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 플럭스 코어드 아크 용접 재료는, 입열량 8~15kJ/cm의 입열량으로 용융 및 응고한 후의 상온 인장강도가 650MPa 이상인 고강도일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면,상기 플럭스 코어드 아크 용접 재료는, 8~15kJ/cm의 입열량으로 용융 및 응고한 후, 황산 50% 용액에 침지 시 부식 속도가 25mg/cm2/hr 이하이고, 황산 및 염산의 혼합 용액(28.5% 황산 + 0.55% 염산인 조건) 에 침지 시 부식속도가 1.5mg/cm2/hr 이하인 우수한 내부식성을 가질 수 있다.
전술한 조성을 갖는 용접 재료는 FCAW(플럭스 코어드 아크 용접) 방법으로 사용 가능하고, 플럭스 코어드 아크 용접 재료(용접봉)로서 적용 가능하다.
본 발명의 또 다른 일 측면은, 전술한 플럭스 코어드 용접 재료를 사용하여 형성된 용접 이음부를 제공한다. 따라서, 상기 플럭스 코어드 아크 용접 재료에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접 이음부는 애시큘러 페라이트 및 베이나이트를 합계 면적분율로 80% 이상 100% 미만 포함하고, 잔부는 폴리고날 페라이트 및 입계 페라이트를 포함할 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 용접 이음부의 미세조직을 촬영한 사진을 도 2에 나타내었다(AF: 애시큘러 페라이트, B: 베이나이트, PF: 폴리고날 페라이트, GF: 입계 페라이트). 용접 이음부가 전술한 미세조직을 가짐으로써, 고강도를 확보하면서도 고농도 황산뿐만 아니라, 황산과 염산의 복합환경에 대한 우수한 내부식성을 확보할 수 있다. 뿐만 아니라, 전술한 용접 재료를 사용하여 용접 이음부를 형성함으로써, 본 발명으로부터 얻어지는 용접 이음부는 표면 특성이 우수함과 동시에, 균열의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접 이음부의 인장강도는 650MPa 이상일 수 있고, 이를 충족함으로써 용접 이음부의 우수한 내마모성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 용접 이음부는, 전술한 인장강도 650MPa 이상의 고강도를 가지면서도, 황산 50% 용액에 침지 시 부식 속도가 25mg/cm2/hr 이하이고, 황산 및 염산의 혼합 용액(28.5% 황산 + 0.55% 염산 조건)에 침지 시 부식속도가 1.5mg/cm2/hr 이하인, 우수한 내부식성을 가진다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 측면은, 중량%로, C: 0.01~0.07%, Si: 0.2~0.7%, Mn: 0.8~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.2% 이하, Ni: 0.1~0.7%, Co: 0.05~0.20%, Cu: 0.20~0.50%, Mo: 0.1~0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 관계식 1을 충족하는 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 준비하는 단계; 및
상기 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 사용하여, 2 이상의 모재를 용접하는 단계;를 포함하는, 플럭스 코어드 아크 용접 방법을 제공한다.
이 때, 상기 플럭스 코어드 아크 용접 재료에 대해서는 전술한 설명을 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 전술한 플럭스 코어드 아크 용접 방법에 대해서는 당해 기술분야에서 통상적으로 알려진 방법 및 조건을 적용할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 특별히 한정하는 것은 아니나, 상기 용접하는 단계는 전류 250~300A, 전압 25~35V, 용접 속도 30~40cm/min의 속도로 수행될 수 있다. 이 때, 용접 이음부에 부여되는 입열량은 8~15kJ/cm 범위일 수 있다. 전술한 용접 조건을 충족함으로써, 본 발명에서 목적하는 용접 이음부의 물성을 확보할 수 있다.
한편, 상기 모재로는 GGH용 강재로서 당해 기술분야에서 일반적으로 사용되는 것을 종류의 제한없이 사용 가능하다. 이 때, 상기 2 이상의 모재는 서로 동일한 종류의 강재를 사용할 수도 있고, 서로 다른 종류의 강재를 사용할 수도 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 예시를 통하여 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리 범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에서 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
하기 표 1에 기재된 조성을 갖는 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 사용하여 중량%로, 0.043% C, 0.015% Si, 0.28% Cu, 0.14% Ni, 0.10% Sb, 0.07% Ti, 0.005% S, 0.002% N, 잔부Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 GGH용 고내식 강재들을 FCAW 방법으로 용접하였다. 이 때, Ar 가스 분위기에서, 용접 속도: 35cm/min, 전류: 270A, 전압: 32V의 용접 조건으로 용접을 행하였다.
전술한 방법으로부터 제조된 용접 이음부에 대하여 물성을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
구체적으로, 상온 인장강도 측정을 위해 KS 규격(KS B 0801) 4호 시험편에 준하여 인장 시험편을 제작한 후, 각 인장시험편에 대해 상온에서 용접부 수직방향으로 파단이 일어날 때까지 하중을 부과하여 인장강도를 측정하였다.
또한, 내부식성 측정을 위하여, 도 1과 같은 형상으로 시편을 채취한 다음, 다음과 같은 부식 조건의 용액에 상기 시편을 침지한 후 꺼내어, 침지 시간으로부터 부식이 발생하는 시간 즉, 부식 속도를 측정하는 것으로부터 평가하였다.
- 황산 단독 부식 조건: 70℃, 50wt% 황산 용액 내에 1hr, 6hr, 24hr 동안 침지하는 조건으로 실시(각 시간별로 개별 측정)
- 복합 부식 조건: 60℃, 28.5wt% 황산 + 0.55wt% 염산 용액 내에 6hr, 24hr 동안 침지하는 조건으로 실시(각 시간별로 개별 측정)
또한, 균열 발생 여부는 전술한 방법과 동일한 조건으로 얻어진 용접 이음부에 대하여 UT(초음파탐상검사)를 통해 평가하여, 균열이 없는 경우에'양호'로 표시하고, 균열이 발생된 경우를 '균열'으로 표시하였다.
또한, 표면 특성 여부는 전술한 방법과 동일한 조건으로 얻어진 용접 이음부에 대하여 육안으로 평가하여, 비드의 표면에 홈부 등이 관찰되지 않아 비드 표면 형상이 양호한 경우를 '양호'로 표시하고, 비드의 표면에 홈부 등이 관찰되어 비드 표면 형상이 양호한 경우에'불량'으로 표시하였다.
| 강종 | 용접 재료의 조성 (잔부 Fe 및 불가피한 불순물이고, 단위는 중량%) | ||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Co | Cu | Mo | |
| 비교예 1 | 0.032 | 0.31 | 0.75 | 0.013 | 0.0054 | 0.004 | 0.12 | 0.43 | 0 |
| 비교예 2 | 0.054 | 0.24 | 0.42 | 0.011 | 0.0021 | 0 | 0.1 | 0.24 | 0 |
| 비교예 3 | 0.025 | 0.5 | 1.2 | 0.005 | 0.007 | 0 | 0.4 | 1.22 | 0.01 |
| 비교예 4 | 0.03 | 0.3 | 0.74 | 0.012 | 0.011 | 0.01 | 0.12 | 1.05 | 0.02 |
| 비교예 5 | 0.1 | 0.14 | 0.53 | 0.007 | 0.006 | 0.009 | 0 | 0.34 | 0.05 |
| 비교예 6 | 0.046 | 0.23 | 0.35 | 0.009 | 0.005 | 0.006 | 0.25 | 0.48 | 0.02 |
| 비교예 7 | 0.024 | 0.28 | 0.8 | 0.018 | 0.015 | 0.42 | 0 | 0.32 | 0.15 |
| 비교예 8 | 0.035 | 0.34 | 0.95 | 0.012 | 0.005 | 0.35 | 0.31 | 0.35 | 0.21 |
| 비교예 9 | 0.028 | 0.45 | 0.87 | 0.007 | 0.008 | 0.1 | 0.01 | 0.25 | 0.18 |
| 발명예 1 | 0.041 | 0.64 | 1.5 | 0.006 | 0.006 | 0.34 | 0.054 | 0.29 | 0.46 |
| 발명예 2 | 0.035 | 0.70 | 1.25 | 0.011 | 0.007 | 0.10 | 0.20 | 0.50 | 0.25 |
| 발명예 3 | 0.041 | 0.48 | 1.40 | 0.008 | 0.006 | 0.48 | 0.084 | 0.36 | 0.51 |
| 발명예 4 | 0.052 | 0.25 | 1.31 | 0.008 | 0.012 | 0.45 | 0.054 | 0.25 | 0.27 |
| 발명예 5 | 0.034 | 0.53 | 1.05 | 0.005 | 0.01 | 0.32 | 0.20 | 0.32 | 0.42 |
| 발명예 6 | 0.028 | 0.35 | 1.47 | 0.005 | 0.008 | 0.25 | 0.13 | 0.20 | 0.10 |
| TS [MPa] |
균열 발생 여부 | 표면 특성 | 황산 단독 부식 조건 [mg/cm2/hr] |
복합 부식 조건 [mg/cm2/hr] |
|
| 비교예 1 | 452 | 균열 | 불량 | 38 | 4.3 |
| 비교예 2 | 489 | 균열 | 불량 | 65 | 9.1 |
| 비교예 3 | 467 | 균열 | 불량 | 36 | 3.8 |
| 비교예 4 | 448 | 균열 | 불량 | 45 | 3.1 |
| 비교예 5 | 603 | 균열 | 불량 | 83 | 11.4 |
| 비교예 6 | 458 | 양호 | 불량 | 32 | 2.6 |
| 비교예 7 | 560 | 양호 | 양호 | 30 | 2.8 |
| 비교예 8 | 643 | 양호 | 양호 | 26 | 2.0 |
| 비교예 9 | 482 | 균열 | 불량 | 25 | 1.5 |
| 발명예 1 | 735 | 양호 | 양호 | 19 | 0.9 |
| 발명예 2 | 716 | 양호 | 양호 | 24 | 1.5 |
| 발명예 3 | 754 | 양호 | 양호 | 15 | 0.7 |
| 발명예 4 | 761 | 양호 | 양호 | 25 | 1.5 |
| 발명예 5 | 728 | 양호 | 양호 | 17 | 1.2 |
| 발명예 6 | 737 | 양호 | 양호 | 23 | 1.4 |
상기 표 2에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 조성을 충족하고, 관계식 1을 충족하는 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 사용하여 형성된 용접 이음부는 인장강도가 650MPa 이상으로 고강도이고, 균열이 발생하지 않고 표면 특성이 양호할 뿐만 아니라, 황산 단독 부식 조건 및 복합 부식 조건 모두에서 내부식성이 우수함을 확인하였다.
또한, 상기 발명예 1로부터 얻어지는 용접 이음부의 두께방향 절단면에 대한 미세조직을 광학 전자 현미경(SEM)으로 촬영한 사진을 도 2에 나타내었고, AF: 애시큘러 페라이트, B: 베이나이트, PF: 폴리고날 페라이트, GF: 입계 페라이트로서, 애시큘러 페라이트 및 베이나이트가 합계 면적분율로 80% 이상 100% 미만임을 확인하였다.
반면, 본 발명의 합금조성 및 관계식 1 중 하나 이상을 충족하지 않는 비교예 1~8의 경우, 강도 특성, 황산 단독 부식 조건 및 복합 부식 조건에서의 내부식성, 균열 발생 여부 및 표면 특성 중 하나 이상의 특성이 열위함을 확인하였다.
Claims (9)
- 중량%로, C: 0.01~0.07%, Si: 0.2~0.7%, Mn: 0.8~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.2% 이하, Ni: 0.1~0.7%, Co: 0.05~0.20%, Cu: 0.20~0.50%, Mo: 0.1~0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
하기 관계식 1 및 2를 충족하는, 플럭스 코어드 아크 용접 재료.
[관계식 1]
37 ≤ 100/{[C]+[Si]+[Mn]+[Mo]} ≤ 53
(상기 관계식 1에 있어서, 상기 [C], [Si], [Mn] 및 [Mo]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
[관계식 2]
0.03 ≤ [Cu]×[Co]/[Ni]
(상기 관계식 2에 있어서, 상기 [Cu], [Co] 및 [Ni]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 용접 재료는 Co: 0.054~0.12중량% 포함하는, 플럭스 코어드 아크 용접 재료.
- 중량%로, C: 0.01~0.07%, Si: 0.2~0.7%, Mn: 0.8~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.2% 이하, Ni: 0.1~0.7%, Co: 0.05~0.20%, Cu: 0.20~0.50%, Mo: 0.1~0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 및 2를 충족하는 플럭스 코어드 용접 재료를 사용하여 형성된 용접 이음부.
[관계식 1]
37 ≤ 100/{[C]+[Si]+[Mn]+[Mo]} ≤ 53
(상기 관계식 1에 있어서, 상기 [C], [Si], [Mn] 및 [Mo]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
[관계식 2]
0.03 ≤ [Cu]×[Co]/[Ni]
(상기 관계식 2에 있어서, 상기 [Cu], [Co] 및 [Ni]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
- 청구항 4에 있어서,
상기 용접 이음부는, 애시큘러 페라이트 및 베이나이트를 합계 면적분율로 80% 이상 100% 미만 포함하고, 잔부는 폴리고날 페라이트 및 입계 페라이트인, 용접 이음부.
- 청구항 4에 있어서,
상기 용접 이음부의 인장강도는 650MPa 이상인, 용접 이음부.
- 청구항 4에 있어서,
상기 용접 이음부는 황산 50% 용액에 침지 시 부식 속도가 25mg/cm2/hr 이하이고, 황산 및 염산의 혼합 용액에 침지 시 부식속도가 1.5mg/cm2/hr 이하인, 용접 이음부.
- 중량%로, C: 0.01~0.07%, Si: 0.2~0.7%, Mn: 0.8~1.6%, P: 0.02% 이하, S: 0.2% 이하, Ni: 0.1~0.7%, Co: 0.05~0.20%, Cu: 0.20~0.50%, Mo: 0.1~0.7%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 하기 관계식 1 및 2를 충족하는 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 준비하는 단계; 및
상기 플럭스 코어드 아크 용접 재료를 사용하여, 2 이상의 모재를 용접하는 단계;를 포함하는, 플럭스 코어드 아크 용접 방법.
[관계식 1]
37 ≤ 100/{[C]+[Si]+[Mn]+[Mo]} ≤ 53
(상기 관계식 1에 있어서, 상기 [C], [Si], [Mn] 및 [Mo]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
[관계식 2]
0.03 ≤ [Cu]×[Co]/[Ni]
(상기 관계식 2에 있어서, 상기 [Cu], [Co] 및 [Ni]는 괄호 안의 각 원소에 대한 중량% 함량을 나타낸다.)
- 청구항 8에 있어서,
상기 용접하는 단계는 전류 250~300A, 전압 25~35V, 용접 속도 30~40cm/min의 속도로 수행되는, 플럭스 코어드 아크 용접 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200152006A KR102382359B1 (ko) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | 강도 및 내부식성이 우수한 플럭스코어드 아크 용접 재료, 이를 이용한 용접 이음부 및 플럭스 코어드 아크 용접 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200152006A KR102382359B1 (ko) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | 강도 및 내부식성이 우수한 플럭스코어드 아크 용접 재료, 이를 이용한 용접 이음부 및 플럭스 코어드 아크 용접 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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|---|---|---|---|
| KR1020200152006A KR102382359B1 (ko) | 2020-11-13 | 2020-11-13 | 강도 및 내부식성이 우수한 플럭스코어드 아크 용접 재료, 이를 이용한 용접 이음부 및 플럭스 코어드 아크 용접 방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004211189A (ja) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高強度耐熱鋼の溶接材料，溶接継手及び高温耐熱部材 |
| JP2016508877A (ja) * | 2012-12-27 | 2016-03-24 | ポスコ | 衝撃靱性に優れた超高強度フラックスコアードアーク溶接継手及びこれを製造するための溶接ワイヤ |
-
2020
- 2020-11-13 KR KR1020200152006A patent/KR102382359B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004211189A (ja) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 高強度耐熱鋼の溶接材料，溶接継手及び高温耐熱部材 |
| JP2016508877A (ja) * | 2012-12-27 | 2016-03-24 | ポスコ | 衝撃靱性に優れた超高強度フラックスコアードアーク溶接継手及びこれを製造するための溶接ワイヤ |
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