KR19990013950A - 니켈 기재 합금 및 니켈 기재 합금으로 제조된 용접봉 - Google Patents

니켈 기재 합금 및 니켈 기재 합금으로 제조된 용접봉 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학적 조성이 크롬 24.5 중량% 내지 26.5 중량% 및 몰리브덴 13.5 중량% 내지 16.5 중량% 를 함유하고, 나머지가 니켈, 임의로 철, 알루미늄 및 마그네슘으로부터 선택된 하나 이상의 보충 합금 원소, 및 가공으로부터 생성된 불순물인 니켈 기재 합금에 관한 것이다. 인발(引拔) 와이어(wire)는 니켈 기재 합금으로 제조되고, 용접봉은 니켈 기재 합금으로 제조된 인발 와이어를 포함한다.

Description

니켈 기재 합금 및 니켈 기재 합금으로 제조된 용접봉
본 발명은 국부 부식에 대해 매우 양호한 내성을 지닌 용접 슈퍼듀플렉스(supre-duplex) 또는 슈퍼오스테나이트성(super-austenitic) 스테인레스강용 와이어의 제조에 특히 적합한 니켈 기재 합금에 관한 것이다.
슈퍼듀플렉스 또는 슈퍼오스테나이트성 스테인레스강은 특히 크롬 18 중량% 내지 30 중량%, 몰리브덴 7 중량% 이하 및 질소 0.5 중량% 를 함유하는 스테인레스강이다. 이들 강은 35 를 초과하는 프렌(Pren) 계수 = Cr + 3.3×Mo + 16×N 을 특징으로 한다. 이들 계수는 이들 강의 내국부부식성의 지시계이고, 국부 부식에 대한 내성은 프렌 계수가 높아짐에 따라 비례하여 더 좋아진다.
고부식성 환경에서 사용된 각종 장비를 제조하기 위해 이들 강을 특히 용접에 의해 조합된 플레이트(plates)의 형태로 사용한다. 예를 들어, 이 장비는 유압출 공장에서 오일 및 가스 분리용 장비, 그리고 석유화학, 화학 또는 오염 감소용 장비이다.
이런 식으로 제조된 만족스런 사용 수명을 지닌 장비를 위해, 용착부는 충분한 내부식성을 갖는 것이 필요하다. 그 다음 용접을 실행하기 위해, 크롬 약 21 % 및 몰리브덴 9 % 를 함유하고, 나머지가 니켈, 불순물, 및 임의로 소량의 이차 합금 원소인 625 합금과 같은 니켈 기재 합금으로 제조된 용접봉을 사용한다. 그러나, 이 기술은 플레이트의 것만큼 양호한 내부식성을 지닌 용착부를 수득하는 것이 가능하지 않다.
용착부의 내부식성을 개선하기 위해, 크롬 19 % 내지 24 % 및 몰리브덴 12 % 내지 17 % 를 주로 함유하고, 나머지가 니켈, 소량의 이차 합금 원소 및 가공으로부터 생성된 불순물인 니켈 기재 합금으로 제조된 와이어로 이루어진 용접봉을 때때로 사용한다. 그러나, 이 기술은 내부식성 및 용착부의 내구성을 충분히 증가시키는 것이 가능하지 않다.
그러므로 더욱더 좋은 내부식성 및 용착부에서 내구성을 수득하는 것을 가능하게 하는 니켈 기재 합금으로 제조된 용접봉을 제공하는 것이 바람직하다. 그러나, 이 합금을 와이어의 형태로 용이하게 또한 감을 수 있어야 한다. 특히, 이것이 충분한 열연성을 갖는다는 것을 전제로 한다.
본 발명의 목적은 용접봉 또는 용접 충진제 금속 와이어용 와이어의 형태로 사용할 수 있는, 이런 타입의 합금을 제공하는 것이다.
이 목적을 위해, 본 발명은 화학적 조성이 하기이고, 나머지가 니켈, 가능한 보충 합금 원소(보충 합금 원소는 질소 0.2 % 이하, 알루미늄 0.4 % 이하 및 마그네슘 0.04 % 이하일 수 있다) 및 가공으로부터 생성된 불순물인 니켈 기재 합금에 관한 것이다:
24.5 중량% ≤ Cr ≤ 26.5 중량%
13.5 중량% ≤ Mo ≤ 16.5 중량%.
바람직하게, 크롬 함량은 24.8 % 내지 25.2 % 이고 몰리브덴 함량은 14.8 % 내지 15.2 % 이다.
특히, 불순물은 철, 탄소, 규소, 망간, 텅스텐, 구리, 인 및 황일 수 있다. 철 함량은 바람직하게 5 % 미만, 또는 더욱 좋게는 2 % 미만으로 잔류해야 한다. 다른 불순물의 최대 수준은 바람직하게 하기 값 미만으로 잔류해야 한다:
C ≤ 0.02 %
Si ≤ 0.1 %
Mn ≤ 0.4 %
W ≤ 0.3 %
Cu ≤ 2 %
P ≤ 0.02 %
S ≤ 0.02 %.
이 합금을 플레이트, 단조물, 관, 와이어 또는 쉬트의 형태로 사용할 수 있다. 특히, 이것이 통상 직경 0.6 mm 내지 5 mm 의 인발 와이어의 형태인 경우, MIG 용접봉 또는 TIG 용접 또는 심지어 비합성 클래드 용접봉용 충진제 금속 와이어를 함유할 수 있다. 이것이 냉간 압연 쉬트의 형태인 경우, 이것을 용접에 의해 피복물 제조용 충진재료로서 사용할 수 있다.
본 발명은 슈퍼오스테나이트성 또는 슈퍼듀플렉스 스테인레스강 제품의 TIG 또는 MIG 용접 방법에 또한 관한 것이다.
본 발명을 임의 제한의 암시없이, 자세히 기재할 것이고 실시예에 의해 증명할 것이다.
기재로 하는 니켈에 추가로, 본 발명에 따른 합금은 하기를 함유한다:
- 크롬 24.5 % 초과, 및 바람직하게 24.8 % 초과, 그러나 26.5 % 미만, 및 바람직하게 25.2 % 미만;
- 몰리브덴 13.5 % 내지 16.5 %, 및 바람직하게 14.8 % 내지 15.2 %.
이들 두 성분의 수준은 바람직한 분석을 위해 69, 및 약 75 를 초과하는 프렌을 수득하는 것을 가능하게 하면서, 고형화동안 σ상과 같은 금속간상의 과도한 형성을 피하도록 선택된다.
충분히 높은 프렌이 양호한 내부식성을 수득하는 것을 가능하게 한다.
금속간상의 제한된 형성이 양호한 조건하 열용접을 실행하는 것을 가능하게 하고 용착부가 양호한 연성을 갖게 한다. 특히, 금속간상을 몇 시간 동안 가열에 의해 1200 ℃ 초과로 용액에 넣을 수 있고, 이것은 양호한 조건하 기계 와이어의 제조, 또는 더욱 통상 열소성 변형, 예컨대 압연 또는 단조에 의한 성형의 실행에 필수적이다.
합금은 더욱이 하기를 함유하고, 나머지는 가공으로부터 생성된 불순물로 이루어진다:
- 용착 비드(beads)에서 금속간상의 형성을 제한하고, 그래서 이들 용착부가 양호한 내부식성 및 양호한 내구성을 갖기 위해 질소 0 % 내지 0.2 %; 가공동안 특별한 처리 없이, 여전히 합금이 질소 0.01 % 내지 0.05 % 를 함유하는 것을 주목해야 하지만, 임의 응용에 대해 질소 함량을 매우 정확히 고정시키고, 특히 함량이 0.05 % 초과의 양으로 첨가하는 것이 바람직하며;
- 용착 비드가 양호한 압축을 갖기 위해 알루미늄 0 % 내지 0.04 %.
이들 불순물의 수준을 제한해야 하고, 특히:
- 철 함량이 바람직하게 5 % 미만, 더욱 좋게는 2 % 미만으로 잔류해야 하고, 이것은 부식성 매질에 접촉하여 도포층에서 철에 의한 희석을 제한하기 위해, 합금이 저합금강 제품에 용접에 의해 피복제를 생산하는 것을 목적으로 하는 특별한 경우이고;
- 탄소 함량은, 열적으로 개선된 용착 비드에서 과립간 부식의 위험을 피하기 위해, 멀티패스(multipass) 용접의 경우에서 특히, 바람직하게 0.02 % 미만으로 잔류해야 하며;
- 규소 및 망간 함량은 σ상을 형성하는 경향을 감소시키기 위해 바람직하게 각각 0.1 % 및 0.4 % 미만으로 잔류해야 하고;
- 텅스텐 함량은 금속간상의 형성을 제한하기 위해 바람직하게 0.3 % 미만으로 잔류해야 하며;
- 구리 함량은 기계 와이어의 제조동안 열소성 변형에 대한 양호한 성능을 보장하기 위해 바람직하게 2 % 미만으로 잔류해야 하고;
- 인 함량은 용착부가 열균열에 대해 양호한 내성을 갖도록 하기 위해 0.02 % 미만으로 잔류해야 하며;
- 황 함량은 용착부가 열균열에 대한 양호한 내성 및 양호한 부식 안정성을 갖도록 하기 위해 바람직하게 0.02 % 미만으로 잔류해야 한다.
이 조성을 갖는 합금을 예를 들어 강편(billet)의 형태로 주조하고, 그 다음 4 시간 이상 동안 1200 ℃ 초과로 재가열한후, 와이어 밀(mill)에서 열간압연시켜 직경 5.5 mm 내지 10 mm 의 기계 와이어를 수득한다. 그 다음 이 기계 와이어를 직경 0.6 mm 내지 5 mm 로 인발(引拔)한다.
이런 식으로 수득된 인발 와이어를 슈퍼듀플렉스 또는 슈퍼오스테나이트성 스테인레스강으로 만들어진, TIG 또는 MIG 용접 제품, 예컨대 플레이트로 직접 사용할 수 있다. 이것을 니켈 기재 합금, 예컨대 625 형의 합금으로 만들어진 용접 제품으로 또한 사용할 수 있다.
실시예 및 비교예에 의해, 본 발명에 따른 합금 A 및 종래 기술에 따른 합금 B 및 C 를 제조하였고, 이들의 화학적 조성은 하기이다(중량%):
Cr Mo N Al Mg Fe C Si Mn W Cu P S 프렌
A 24.8 15.0 0.12 0.12 0.012 1.8 0.01 0.06 0.06 0.05 0.01 0.004 0.001 76.2
B 22.5 15.9 0.02 0.25 0.003 0.23 0.01 0.02 0.15 0.03 0.01 0.002 0.002 75.3
C 21.4 12.8 0.02 0.10 0.008 3.2 0.01 0.05 0.22 2.9 0.04 0.008 0.001 64.0
이들 합금과 함께, 5.5 mm 직경 기계 와이어를 8 시간 동안 1200 ℃ 에서 재가열후 열간압연에 의해 제조하고, 이것을 인발하여 1.2 mm 직경 인발 와이어를 수득한다.
이들 세 개의 와이어를 하기 조성의 MIG 8 mm 두께 슈퍼듀플렉스 스테인레스강으로 사용한다:
Cr Ni Mo N C Si Mn S P 프렌
25.0 6.3 3.7 0.25 0.015 0.34 1.0 0.001 0.012 41.2
V-조인트(joints)(각 = 70°)를 제조하고, 실드(shield) 기체는 헬륨 20 % 의 아르곤이며 용접 에너지는 0.7 kJ/mm 이다. 모든 용착부가 만족스런 외양을 갖고 이들의 특성은 하기이다:
와이어 압축(ASME IX) ZET 에서 최대 페라이트(%) 평균용융구역프렌 Tc 스크레치℃ASTM G 48 A KCV-50 ℃(J/cm2) Rm(MPa)
A 허용가능 60 69.3 55 184 864
B 허용가능 66 68.4 50 126 848
C 1 융해 실패 72 59.2 47.5 98 812
이들 결과는 본 발명에 따른 와이어 A 가 종래 기술에 따른 와이어 B 및 C 보다 더 좋은 내부식성 및, 특히 더 좋은 저온 탄성에너지를 제공한다는 것을 나타낸다. 이 우수한 성능은 용착부를 연안 오일 추출을 목적으로 하는 장비상에서 제조하는 경우 특히 유익하다.
와이어 A 및 C 를 하기 조성의 15 mm 두께 슈퍼오스테나이트성 강판을 용접하는데 또한 사용한다:
Cr Ni Mo W Mn N Cu C Si S P 프렌
23.7 21.6 5.7 2.0 3.0 0.48 1.6 0.02 0.10 0.0005 0.016 50.2
경사가 있는 V-조인트(각 60°)를 Ar + 10 % He + 0.25 % CO2로 이루어진 기체, 및 용접 에너지 1 kJ/mm 로 MIG 용접에 의해 제조한다. 모든 용착부가 만족스런 외양을 갖고 용착부의 특성은 하기이다:
와이어 압축(ASME IX) 평균용융 구역프렌 Tc 스크레치℃ASTM G 48 A KCV-196 ℃(J/cm2) Rm(MPa)
A 허용가능 71.5 90 176 787
C 허용가능 61.5 75 152 736
본 발명에 따른 와이어 A 가 종래 기술에 따른 와이어 C 보다 더 좋은 내부식성, 더 좋은 저온 탄성에너지 및 더 높은 기계강도를 지닌 용착부가 된다.
본 발명은 더욱더 좋은 내부식성 및 용착부에서 내구성을 수득하는 것이 가능한, 용접봉 또는 용접 충진제 금속 와이어용 와이어의 형태로 사용할 수 있는 니켈 기재 합금으로 제조된 용접봉을 제공한다.

Claims (11)

  1. 화학적 조성이 하기로 이루어지고 나머지가 니켈, 임의로 질소, 알루미늄 및 마그네슘으로부터 선택된 하나 이상의 보충 합금 원소, 및 가공으로부터 생성된 불순물인 것을 특징으로 하는 니켈 기재 합금:
    24.5 중량% ＜ Cr ≤ 26.5 중량%
    13.5 중량% ≤ Mo ≤ 16.5 중량%.
  2. 제 1 항에 있어서, 하기를 특징으로 하는 니켈 기재 합금:
    24.8 % ≤ Cr ≤ 25.2 %
    14.8 % ≤ Mo ≤ 15.2 %.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 하기를 특징으로 하는 니켈 기재 합금:
    0 % ≤ N ≤ 0.2 %
  4. 제 3 항에 있어서, 하기를 특징으로 하는 니켈 기재 합금:
    0.05 % ≤ N ≤ 0.2 %
  5. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 하기를 특징으로 하는 니켈 기재 합금:
    0 % ≤ Al ≤ 0.4 %
    0 % ≤ Mg ≤ 0.04 %.
  6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 하기를 특징으로 하는 니켈 기재 합금:
    Fe ≤ 5 %.
  7. 제 6 항에 있어서, 하기를 특징으로 하는 니켈 기재 합금:
    Fe ≤ 2 %.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 또는 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 하기를 특징으로 하는 니켈 기재 합금:
    C ≤ 0.02 %
    Si ≤ 0.1 %
    Mn ≤ 0.4 %
    W ≤ 0.3 %
    Cu ≤ 2 %
    P ≤ 0.02 %
    S ≤ 0.02 %.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 따른 니켈 기재 합금으로 이루어짐을 특징으로 하는 인발(引拔) 와이어(wire) 또는 냉간압연 쉬트.
  10. 제 9 항에 따른 하나 이상의 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접봉.
  11. 충진제 금속이 제 9 항에 따른 인발 와이어 또는 냉간 쉬트에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는, 슈퍼듀플렉스(super-duplex) 또는 슈퍼오스테나이트성(super-austenitic) 스테인레스강 또는 니켈 기재 합금의 용접 방법.
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