KR20010013551A - 저 질소 함량의 코어 용접 와이어 - Google Patents

저 질소 함량의 코어 용접 와이어 Download PDF

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KR20010013551A
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라 수뒤르 오또젠 프랑세즈
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Abstract

본 발명은 외부 금속 외장과 충전 성분이 함유된 중심 코어를 포함하는 보호 기체류하의 용접용 코어 와이어, 특히 금홍석 또는 무슬래그형 코어 와이어와, 이러한 코어 와이어를 사용하여 보호 기체류하에 MAG 용접하여 강철 구조물, 예컨대 해안 플랫콤 또는 저장 탱크상에 용접 접합부를 생성하는 방법에 관한 것이다. 생성 용접 접합부는 충격 강도 및 인성이 개선되어 있고, 질소 65 ppm 미만, 탄소 300 ppm 내지 0.12%, 규소 0.01∼0.6%, 망간 0.9∼1.9%, 티탄 20 ppm 내지 0.08%, 붕소 1∼80 ppm, 알루미늄 5∼150 ppm, 니오븀 10 ppm∼0.02% 및 바나듐 10 ppm 내지 0.02%를 함유한다.

Description

저 질소 함량의 코어 용접 와이어{CORE WELDING WIRE WITH LOW NITROGEN CONTENT}
기체-차폐시킨 용접에 사용되는 플럭스 코어드 와이어는 일반적으로 박(foil)이라고 부르는 관상의 외부 금속 외장과 충전 성분, 예컨대 금속 분말을 포함하는 중심 코어로 구성되어 있다.
이러한 플럭스 코어드 와이어는 많은 기체-차폐 용접 공정들, 특히 불림 구조 강철, TMCP(열 기계적 제어 과정) 강철 및 템퍼링 및 어닐링된 강철의 용접에 사용된다.
현재, 기체-차폐시킨 상태에서 금속 가공물, 특히 구조 강철 가공물을 용접하는데 사용할 수 있는 "금속 코어드 와이어" 라고도 불리우는 플럭스 코어드 와이어에는 3가지 유형, 즉 "기본" 와이어, "금홍석" 와이어" 및 "무슬래그" 와이어가 있다. 이들 각종 플럭스 코어드 와이어는 이들을 구성하는 각종 원소의 특성에 따라 구별된다.
따라서, 용접 공정에 사용되는 플럭스 코어드 와이어 형태에 따라, 이 와이어가 연화 용융을 진행하는 경향이 더 크거나 또는 더 작을 수 있으며, 아크 안정성은 증가 또는 감소할 수 있고, 포지셔널 용접은 더 쉬워지거나 또는 더 어려워질 수 있으며, 스퍼터되는 용융 금속의 양은 증가 또는 감소될 수 있다.
유사하게, 용접 공정에 사용되는 플럭스 코어드 와이어의 유형과, 이 플럭스 코어드 와이어를 구성하고 있는 각종 성분의 특성 및 함량에 따라, 얻은 용접물, 즉 용착된 금속의 야금 특성은 크게 다르다.
용접물의 특성이 각종 원소, 예컨대 구체적으로 산소, 티탄, 니오븀, 바나듐, 수소 등에 대하여 용착된 금속의 함량에 따라 좌우된다는 것은 공지되어 있다.
하기 표 I은 전술한 3종의 상이한 유형의 플럭스 코어드 와이어에 함유된 주요 원소, 그 각각에 대하여 통상적으로 이들로부터 얻을 수 있는 조작 결과 및 조성 결과 각각을 제시한 것이다.
플럭스 코어드 와이어 유형 금홍석형 기본형 무슬래그형
와이어중 비금속성 원소 TiO2, SiO2, Al2O3,이온화 원소 CaF2, CaCO3, MgO이온화 원소 ＜1% 이온화 원소
와이어중 금속성 원소 탈산화제, 합금 원소 탈산화제, 합금 원소 탈산화제, 합금 원소
조작 결과 ·연질 용융·안정한 아크·포지셔널 용접이 용이함·분무에 의한 광범위한 금속 전달 ·구형 전달·스퍼터·포지셔널 용접이 어려움 ·연질 용융·안정한 아크
용착된 금속의 함량(용접물) O2: 600-1000 ppmTi: 300-800 ppmNb: 100-300 ppmV: 50-250 ppmH2: 4 내지 15 ㎖ O2: 300-400 ppmTi: 조정가능Nb: 조정가능V: 조정가능H2: ＜ 5 ㎖ O2: 600-1000 ppmTi: 조정가능Nb: 조정가능V: 조정가능H2: 1 내지 6 ㎖
이산화티탄(TiO2)을 주성분으로 하는 "금홍석"형의 플럭스 코어드 와이어는 기타 유형의 와이어보다 우수한 조작 특성, 즉 매우 우수한 아크 안정성, 광범위한 매개변수에 대해 축 분무함으로써 용접 과정에서 스퍼터를 거의 유발하지 않는 금속 전달법, 융점이 높은 슬래그로 인해 포지셔널 용접 등에서 고 용착 속도를 허용하는 특성을 가진다.
그러나, 중심 코어를 구성하는 충전 성분인 슬래그의 조성 때문에 "금홍석"형 플럭스 코어드 와이어는 용착 금속, 즉 용접물의 기계적 특성이 최적화되는 것을 막는 잔류 원소(산소, 니오븀, 바니듐 등)를 함유하는 용접물을 형성하는 단점이 있다.
더욱 구체적으로, 용착 금속의 산소 함량은 충전 분말에 존재하는 탈산화 원소의 특성 및 양에 따라 다양할 수 있지만, "금홍석"형의 와이어의 경우에는, 예컨대 "기본"형 와이어의 경우에서 처럼 용착 금속의 산소 함량을 낮은 레벨로 감소시킬 수 없다.
"금홍석"형 와이어를 사용하여 제조한 용접물은 혼재물의 양이 많기 때문에 연성 파괴 에너지가 더 낮다.
이와 유사하게, "금홍석"형 와이어의 슬래그가 주로 금홍석, 즉 산화티탄(TiO2)으로 구성되기 때문에, 아크시 발생하는 산화-환원 반응 및 용접물 푸울, 즉 용융된 금속내에서 발생하는 금속 슬래그 교환에 따라 티탄은 불가피하게 다양한 양으로 용착 금속에서 발견된다.
따라서, 용착 금속의 티탄 함량은 필요에 따라 조정할 수 없지만, 존재하는 모든 화학 원소와 밀접하게 연관되어 있으므로, 이들 모든 화학 원소들은 용접물이 보유하여야만 하는 기계적 특성(인장 강도, 항복 응력 등)에 따라 균형을 이루어야 한다. 이 기계적 특성은 용접하고자 하는 강철 유형에 따라 달라진다.
더구나, 용착 금속의 니오븀 및 바나듐 함량의 경우, 이들 원소가 통상적으로 용접 생성물을 제조하는데 사용되는 천연 이산화티탄내의 불순물로서 존재한다는 점에서 특정 한계치 이하로 감소시킬 수 없다.
합성한 비교적 순수한 이산화티탄을 사용하면 이 문제를 부분적으로 해결할 수 있지만, 플럭스 코어드 와이어의 비용 및 제조 공정이 복잡해짐으로 인해 비용이 상당히 증가되는 단점이 생긴다.
"금홍석"형 플럭스 코어드 와이어의 야금 특성을 개선시킬 목적으로 수행된 광범위한 연구로부터 "티탄-붕소" 효과를 나타내는 플럭스 코어드 와이어를 얻게 되었다.
특히, 용착된 금속내에 일반적으로 매우 소량, 즉 20∼60 ppm 정도의 붕소가 존재하면 용접 용착물이 냉각됨에 따라 오스테나이트 그레인 경계선에서 아공융함금전 패라이트가 나타나는 것이 상당히 지연된다.
따라서, 용융물내에 항상 존재하지만, 티탄의 일정량 함유하는 미세 혼재물상에 패라이트의 과립내 핵형성에 의해 오스테나이트의 변형이 일어날 수 있다.
매우 미세한 패라이트 그레인을 보유하는 구조를 일반적으로 "침상 패라이트"라고 한다. 이는 인장 특성(인장 강도, 항복 응력 등) 및 인성(샤피 V형 노취된 충격 강도, CTOD 등)을 개선시킨다.
다시 말해서, 용접물을 냉각시키는 동안 티탄-붕소 효과는 용접물의 인성에 매우 해로운 조제의 아공융함금전 패라이트 형성을 억제하여, 최종적으로 침상 패리이트형의 구조를 생성하므로써, 결과적으로 용접된 그대로의 상태에서 기본형의 와이어가 충족시킬 수 없는 가장 엄격한 산업적 조건에 적합한 금홍석형의 와이어를 사용하여(무슬래그형도 사용할 수 있음) 생성된 용접물을 제조할 수 있다.
그러나, 이러한 결과가 용접된 그대로의 상태에서는 만족할 만하지만, 특히 매우 두꺼운 두께의 가공물을 연결시키는 경우 용접 구조물의 응력 감소에 필요한 용접후 열 처리를 용접물에 진행할 때에는 동일한 결과를 나타내는 것은 아니다
그 이유는, 후속적인 열 처리를 수행한 "티탄-붕소" 금홍석 와이어에 의해 생성된 용접물은 야금 특성을 상실하고 따라서 "티탄-붕소" 효과가 제공하는 잇점도 상실하게 되기 때문이다.
결과적으로, 일부 문헌에는 플럭스 코어드 와이어, 특히 "금홍석"형 와이어를 위한 충전 분말 제제와 관련된 시험이 보고되어 있으며, 이 실험은 용접후 열처리한 다음에 용접물의 특성을 개선시키고자 하는 것이다.
또한, 플럭스 코어드 와이어에서 발견되는 각종 성분 중에서, 질소로 된 것이 있다.
문헌 JP-A-63,220,996은 외장이 220 ppm 질소를 포함하는 플럭스 코어드 와이어를 개시하고 있다.
또한, 문헌 JP-A-63,278,697은 금속 플루오로화물 1∼12%, 금속 탄산염 0.1∼1.5%, 1종 이상의 무기 규산염 및 실리카 클로라이드 0.2∼3%, 실리카 0.2∼2%, 망간 1∼2.5%, 티탄 0.05∼0.3% 및 마그네슘 0.1∼1%을 함유하는 플럭스 코어드 와이어를 개시하고 있으며, 이 와이어에서 충전 플럭스의 중량은 플럭스 코어드 와이어 총 중량의 10∼30%를 나타낸다.
또한, 문헌 I.S.I.J. INTERNATIONAL, Vol.35, 1995, VO 10에서 용접물의 저온 충격 강도는 약 80 ppm의 바람직한 값에 도달하는 레벨까지 질소 함량을 증가시켜 개선시킬 수 있다고 개시되어 있다.
그러나, 현재 기존 플럭스 코어드 와이어, 특히 금홍석형 와이어는 용접후 열 처리한 다음에 인성 및 충격 강도 특성이 우수한 용접물을 생성하지 못한다.
본 발명은 기체류로 차폐시킨 용접용 플럭스 코어드 와이어(flux-cored wire), MAG(금속 활성 기체: Metal Active Gas) 용접 방법, 즉 이러한 용융성 와이어를 사용하여 기체-차폐시킨 용접 방법, 및 상기 용융성 와이어를 용융시켜 얻은 용접된 접합부에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 MAG 기체 차폐된 용접 설비의 일반적인 개략도로서, 이 설비는 플럭스 코어드 와이어(26)의 자유 단부와 용접될 가공물(16, 18)의 접촉 구간 사이에 파괴하고자 하는 전기 아아크(14)를 유발하는데 적절한 전류 공급원(12)에 연결되어 있는 플럭스 코어드 와이어(26)를 포함한다.
플럭스 코어드 와이어(26)는 산화 차폐 기체가 유동하는 노즐(22)내에 배치된다. 이 기체를 레르 리뀌드 회사가 ATAL 5TM로 시판하는 아르곤/CO2혼합물 또는 해당 MAG 용접 과정에 적합한 임의의 기체 혼합물과 같은, 주변 대기로부터 용착된 금속의 푸울(20) 및 플럭스 코어드 와이어(26)를 분리하기 위해서 외부 기체 공급원(24)에 의해 전달된다. 플럭스 코어드 와이어(26)는 공급 릴(28)로부터 연속적으로 공급된다.
도 2는 플럭스 코어드 와이어(26)가 외부 금속 외장(32)에 배치된 중심 코어(30)를 보유한다는 것을 보여준다.
금속 외장(32)은 마일드 강철 또는 저합금 강철로 구성되어 있으며, 용접하고자 하는 가공물(16 및 18)은 구조 강철로 만들어져 있다.
특히, 다음과 같은 용접 조건을 적용할 수 있다. 용접 전류: 250 암페어, 용접 전압: 27 볼트, 용접 에너지: 17.6 kJ/cm 및 용접 속도: 23 cm/분
본 발명의 제1 목적은 상기 문제를 해결하고, 기체-차폐시킨 상태에서 특히 구조 강철, 예컨대 불림 강철, TMCP 강철 또는 템퍼링-및-어닐링된 강철에 대해 용접을 수행하기 위한 금홍석형 또는 무슬래그형의 플럭스 코어드 와이어를 제공하여 용접된 그대로의 상태와 응력 감소 열 처리 후에 저온 인성 및 충격 강도 특성이 우수한 용접물을 얻을 수 있다.
본 발명의 제2 목적은 특히 다회 통과 용접물에서 믿을 만한 균질한 용접물, 즉 용접물의 용융 금속의 모든 구간에서 동일한 특성을 보유한 용접물을 얻을 수 있는 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것이다.
일반적으로, 용접물의 특성은 용접물을 구성하는 각종 원소와 각각의 상대적인 비율에 좌우되며, 각 경우에 따라 각 원소들은 서로 독립적인 본질적 작용 또는 서로 조합된 작용, 특히 상승작용형 또는 역으로 길항작용형의 작용을 보유할 수 있다.
따라서, 대부분의 경우, 와이어 및/또는 용착된 금속내의 특정 성분의 존재는 이로부터 생기는 용접물의 특정 기계적 특성에 긍정적인 영향을 미치나, 기타의 특성에는 부정적인 영향을 준다.
결과적으로, 용접된 접합부, 즉 용착된 금속의 조성물의 균형을 얻고자 하는 경우 주어진 용도를 위한 최적의 기계적 특성, 예컨대 강도 및 인성을 가지는 용접물을 얻기 위해서 플럭스 코어드 와이어용의 적절한 제제를 발견하는 것은 쉽지 않다.
나아가, 작동 매개변수를 고려할 필요가 있거나, 또는 꼭 고려해야 한다. 그 이유는, 제조에 사용된 제제, 즉 조성물이 작동 측면에서 사용하기 매우 어려운 경우 우수한 야금 특성 절충을 나타내는 플럭스 코어드 와이어라도 아무 쓸모가 없다는 것을 쉽게 알수 있기 때문이다.
따라서, 기본형 플럭스 코어드 와이어는 금홍석형 플럭스 코어드 와이어보다 더 우수한 야금 능력을 보유하지만, 다른 한편으로는 특히 아크 안정성, 스퍼터 양, 포지셔널 용접에서의 생산성 등의 측면에서 금홍석 와이어의 것보다 상당히 불량한 것으로 평가되고 있다.
이 때문에 금홍석 플럭스 코어드 와이어의 야금 특성이 진보 및 개선됨에 따라 상기 기본 유형의 플럭스 코어드 와이어의 시장성은 점차 사라지고 있다.
결과적으로, 야금 특성 뿐 아니라 조작 특성이 허용되는 플럭스 코어드 와이어가 필요했지만, 이는 지금까지 해결되지 않거나 또는 부분적으로만 해결되었다.
이러한 상황에 직면하여, 본 발명자들은 놀랍게도 용착된 금속의 특정 기본 원소, 특히 질소의 플럭스 코어드 와이어내의 총함량이 용접물의 품질 및 특성, 특히 인성 및 충격 강도에 중요한 역활을 한다는 것을 입증하였다.
더욱 구체적으로, 본 발명자들은 우수한 용접물을 얻기 위해서 얻은 용접 조립품의 응력을 줄이기 위한 처리 후에, 용착된 금속내에 저 질소 함량을 보유하는 한편 특히 알루미늄, 붕소, 니오븀, 바나듐, 망간, 티탄, 탄소, 니켈 및 크롬, 구체적으로 알루미늄 및 티탄 등과 같은 와이어 내부에서 발견되는 기타 구성 성분을 소정 함량을 보유해야 한다는 것을 발견하였다.
따라서, 본 발명은 플럭스 코어드 와이어의 총중량을 기준으로 다음과 같은 함량의 충전 성분을 함유하는 것이 특징이며, 충전 성분을 포함하는 하나 이상의 중심 코어 및 하나 이상의 외부 금속 외장을 포함하는, 기체-차단 용접, 바람직하게는 MAG 용접을 위한 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
- 질소 75 ppm 미만, 바람직하게는 60 ppm 미만, 유리하게는 50 ppm 미만,
- 규소 0.1∼1%, 바람직하게는 0.2∼0.9%, 유리하게는 0.25∼0.75%,
- 망간 1∼2.5%, 바람직하게는 1.2∼2%, 유리하게는 1.4∼1.8%,
- 티탄 7% 미만,
- 붕소 1∼110 ppm, 바람직하게는 20∼90 ppm, 더욱 바람직하게는 25∼70 ppm 또는 25∼80 ppm,
- 알루미늄 0.3% 미만, 바람직하게는 1 ppm 내지 0.2%, 유리하게는 5 ppm 내지 0.1%,
- 니오븀 10∼200 ppm, 바람직하게는 10∼130 ppm, 더욱 바람직하게는 10∼100 ppm, 및
- 바나듐 10∼200 ppm, 바람직하게는 10∼130 ppm, 더욱 바람직하게는 10∼100 ppm.
본 발명에서, 플럭스 코어드 와이어내 제공된 원소, 예컨대 질소의 총함량은 플럭스 코어드 와이어의 각종 구성 성분, 즉 외장과 각종 충전 원소내의 소정 성분, 예컨대 질소의 함량의 총계와 같다고 가정하였다.
따라서, 질소의 경우 질소(N2)의 총함량은 다음 수학식 I을 적용하여 결정할 수 있다.
상기 식에서,
- [N2]T는 플럭스 코어드 와이어의 총 질소 함량(중량 ppm)을 나타내고,
- t는 플럭스 코어드 와이어의 충전 분획을 나타내고 하기 수학식 II로 표시되며,
-[N2]s는 플럭스 코어드 와이어의 금속 외장의 질소 함량(중량 ppm)을 나타내고,
-n은 충전 원소를 구성하고 질소를 함유할 것 같은 별개 물질 i의 수를 나타내며,
-[N2]i는 각각의 별개 물질 i의 질소 함량(중량 ppm)을 나타내고,
-[i]는 충전 원소의 총 중량에 대한 각 물질 i의 비율을 나타낸다.
물론, 플럭스 코어드 와이어를 구성하고 있는 기타 원소 각각의 총 함량을 유사한 방식으로 측정할 수 있다.
경우에 따라서, 본 발명의 플럭스 코어드 와이어는 다음과 같은 함량의 성분을 포함할 수 있다.
- 탄소(탄산염 제외) 300 ppm 내지 0.14%, 바람직하게는 0.03∼0.1%, 더욱 바람직하게는 0.03∼0.08%, 및/또는
- 망간 및/또는 지르코늄(Zr) 0.2∼1%, 바람직하게는 0.3∼0.9%, 더욱 바람직하게는 0.4∼0.8%, 및/또는
- 나트륨(Na), 칼륨(K) 및/또는 리튬(Li) 0.01∼0.35%(여기서는 존재할 수 있는 원소 Li, Na 및 K의 총함량을 고려함), 바람직하게는 0.03∼0.3%, 더욱 바람직하게는 0.04∼0.25%, 및/또는
- 플루오르(F) 0.03∼10%[이 원소는 확산성 수소에 대해 바람직한 효과를 보유함] 및/또는
- 황, 인, 주석, 안티몬 및/또는 비소 0.02% 미만(존재가능한 원소 S, P, Sn, Sb 및 As의 각 함량을 고려하지만, 각 성분 함량의 총계는 아님), 바람직하게는 1 ppm 내지 0.012%, 더욱 바람직하게는 10 ppm 내지 0.009%.
또한, 본 발명의 플럭스 코어드 와이어는, X ＜ 20 ppm, 바람직하게는 X ＜ 15 ppm 및 유리하게는 X ＜ 12 ppm인 다음과 같은 브루스카토(Bruscato) 계수(X)를 보유한다.
X=0.1 ×[P] + 0.05 ×[Sb] + 0.04 ×[As] + 0.01 ×[Sn]
이 때, [P], [Sb], [As] 및 [Sn]은 플럭스 코어드 와이어내의 인, 안티몬, 비소 및 주석 각각의 총함량(ppm)이다.
일반적으로, 외부 외장은 플럭스 코어드 와이어 총 중량의 50 중량% 이상, 바람직하게는 65∼90 중량%이다.
또한, 플럭스 코어드 와이어의 직경은 일반적으로 0.8∼2.4 mm, 바람직하게는 1∼2 mm, 유리하게는 약 1.20∼약 1.60이다.
당해 분야에서 선택된 양태 또는 후속적인 용도에 따라, 플럭스 코어드 와이어는 금홍석(TiO2)형 또는 "무슬래그"형이 바람직하다.
금홍석형 와이어의 경우, 와이어의 TiO2함량은 3∼12%로 다양할 수 있는데, 이 양은 대략 티탄 2∼7%에 해당한다. 또한, 금홍석 플럭스 코어드 와이어의 플루오르 함량은 0.03∼0.15%, 바람직하게는 0.05∼0.09%로 다양하게 할 수 있다.
"무슬래그"형 와이어 또는 기본형 와이어의 경우, 티탄 함량은 약 80∼2000 ppm, 대체적으로 바람직하게는 100∼1000 ppm 및 유리하게는 110∼500 ppm이다.
한편, "무슬래그" 플럭스 코어드 와이어의 플루오르 함량은 0.02∼0.15%, 바람직하게는 0.035∼0.09%인 반면, 기본형 와이어의 플루오르 함량은 1.6∼10%로 다양할 수 있는데, 이는 형석(CaF2)이 존재하기 때문이다.
본 발명은 MAG 기체-차단된 용접 공정에 관한 것으로서, 용접된 접합부는 본 발명의 플럭스 코어드 와이어의 최소한 일부를 용융시켜 제조한다. 바람직하게는 상기 와이어는 6∼40 kJ.cm-1의 용접 에너지를 공급하여 용융시킬 수 있다.
이로부터, 본 발명은 본 발명의 공정에 의해 얻을 수 있는 용접된 접합부, 특히 용접된 접합부의 총중량을 기준으로 질소 80 ppm 미만, 산소 0.02∼0.07%, 탄소 0.02∼0.12%, 규소 0.15∼0.6%, 망간 1∼1.9%, 황 0.02% 미만, 인 0.02% 미만, 티탄 0.0025∼0.08%, 붕소 0.0002∼0.008%, 알루미늄 0.03% 미만, 바람직하게는 5∼150 ppm, 니오븀 10 ppm∼0.02% 및 바나듐 10 ppm∼0.02%를 함유하는 용접된 접합부 또는 용착된 금속에 관한 것이다.
탄소(C)는 각종 미세구조의 인장 및 경도에 영향을 주는 강철의 기본 원소중 하나이다. 따라서, 인장 강도가 큰 용접 접합부를 얻기 위해서, 용접 접합부내의 탄소 함량이 상대적으로 높은 것이 바람직하다. 그러나, 전술한 바와 같이 고온 및 저온 크래킹 위험이 상당히 증가하기 때문에 최대값 0.12 중량%를 초과해서는 안된다. 또한, 탄소가 탈산화제로서 작용하는 경우, 용접 접합부내 최소 탄소 함량은 산소의 일부를 효과적으로 제거하여 보정된 인성을 보유한 용접 접합부를 얻기 위해서 0.02 중량% 이상이어야 한다.
탄소와 같이 규소(Si)는 용접된 접합부의 우수한 인성을 유지할 수 있는 탈산화제이며, 또한 0.15 중량%의 최소 농도 이상에서 용접 비이드의 수화에 이로운 영향을 준다. 그러나, 규소는 각종 미세 구조에서 대단히 두드러진 경화 효과도 보유하여 용접 접합부의 마르텐사이트계 및 오스테나이트계 구성 성분의 양을 증가시킨다. 이들 성분은 용접 접합부의 인성에 해로운 영향을 준다. 따라서, 최대 규소 함량은 0.6 중량%를 유지해야 한다.
또한 망간(Mn)은 강철의 기본 원소 중 하나이다. 고화된 그대로의 구조가 있는 구간에서 실질적인 양의 침상 패라이트 형태를 가능하게 하고 인성을 개선시키기 위해서, 용접된 접합부내 망간의 최소 함량이 0.9 중량%이어야 한다. 0.9%의 최소 함량값 이상에서, 망간은 용융 금속의 경화성을 열 용접 사이클에 맞추고, 고려한 용도에 사용될 용접 에너지에 따라 용접부의 냉각 과정 동안에 형성된 침상 패라이트의 양을 조정하는데 기본적인 역할을 한다. 그러나, 망간의 함량은 1.9 중량% 이하로 유지해야 하는데, 이 수치보다 크면 접합 용접부의 미세 구조를 개량시키는 이로운 효과보다 해로운 효과가 커지게 되어, 일반적으로 인성이 악화된다.
황(S)은 용착된 금속내에 그 함량이 0.020% 이상인 경우, 용접된 접합부의 고온 크래킹 위험을 상당히 증가시킨다. 더구나, 황은 용접의 연성 및 인성에 해로운 영향을 준다. 결과적으로 황의 최대 농도는 0.010% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
인(P)은 황과 유사하지만 범위가 더 적으며, 용착된 금속에서의 인의 함량이 0.020% 이상인 경우 용접 접합부의 고온 크래킹에 좋지 않은 영향을 준다. 또한, 용접후 열 처리한 다음에 냉각 공정 동안 인이 존재하면 고화된 그대로의 구조를 유지한 용접 구간의 취성이 증가한다. 결과적으로, 인의 최대 농도를 0.010% 이하로 유지하는 것이 바람직하다.
티탄(Ti)은 침상 패라이트의 핵형성을 유지하기 위해서 0.0025 중량% 최소 함량으로 존재해야 하며, 이는 고화된 그대로의 구조를 보유한 용접 구간에서 보정된 인성을 얻는데 필수적인 미세성분이다. 0.080 중량% 이상의 티탄은, 인성을 손상시키는 바이나이트 구조를 형성하는데 기여하는 경향이 있다.
붕소(B)는 용접 비이드의 냉각 과정 중 오스테나이트 그레인 경계에서 아공융합금전 패라이트의 형성의 동력학을 늦춘다. 따라서, 0.0003 중량%(3 ppm)의 총함량 이상의 붕소는 티탄의 존재하에 침상 패라이트의 양을 증가시켜 용접물의 인성을 향상시킬 수 있다. 이 양은 0.008 중량%(80 ppm)의 함량까지 증가된다. 그러나, 0.008% 이상에서, 붕소는 허용되지 않는 고온 크래킹의 위험을 증가시킨다. 일반적으로, 붕소 10∼70 ppm, 바람직하게는 20∼60 ppm을 유지한다.
니오븀(Nb) 및 바나듐(V)은 티탄의 존재하에 침상 패라이트의 양을 증가시켜 최소값 0.001 중량%에 대한 용접된 접합부의 인성을 증가시킨다. 그러나, 이들 성분은 질소 및 탄소에 대해서도 높은 친화도를 보유하여, 연속적인 용접 과정의 수행중에 용접 접합부의 재가열된 구간에서 뿐 아니라 용접후 가열 처리한 다음 모든 구간과 심지어 강도가 큰 경우에도 탄화물, 질화물 또는 탄소질화물의 형태로 침전된다. 따라서, 각각의 함량을 0.02% 이하, 바람직하게는 0.01% 이하로 제한하는 것이 절대적으로 필요하다.
전술한 바와 같이, 질소(N)는 고체 용액 또는 침전물의 형태에서 불림 구조 강철, TMCP 강철 또는 템퍼링-및-어닐링된 강철에서 용접 접합부의 부서지기 쉽게되는 효과를 가진다. 따라서, 용착된 금속의 총함량은 80 ppm 이하, 바람직하게는 60 ppm 이하, 유리하게는 50 ppm 이하의 값으로 유지된다.
강철 시이트에서, 한편으로는 킬링, 즉 알루미네이트의 형태로 존재하는 산소를 고정시키기 위한 목적으로, 다른 한편으로는 질화물의 형태로 질소를 포집하여 질소의 유해한 효과를 최소화하기 위해서 종종 알루미늄(Al)을 첨가한다. 따라서, 일반적으로 Al/N 함량 비율이 4 보다 크도록 시이트내 알루미늄 함량을 조정해야 한다. 그러나, 이들 강철의 용접물에는 이를 적용하지 않는다. 그 이유는 그러한 비율(즉 Al/N ＞ 4)의 함량을 보유한 용접 접합부의 생성이, 이 비율을 보유하면 불가피하게 침상 패라이트의 형성을 최소한 부분적으로 억제함으로써 인성에 돌발적 분해를 유발하고, 금홍석(TiO2)형의 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 생성된 용접된 접합부의 티탄 함량이 연속적으로 증가하게 되어, 바람직하지 않은 베이나이트형 미세구조물의 형성에 유리한 침상 패라이트의 형성을 추가로 감소시키기 때문이다. 그러므로, 총 알루미늄 함량은 0.030 중량% 미만, 바람직하게는 0.015 중량% 미만, 더욱 바람직하게는 0.010 중량% 미만의 값으로 유지해야 한다. 또한, Al/N의 함량 비율은 4 미만, 바람직하게는 3 미만, 더욱 바람직하게는 2 미만, 유리하게는 1.5 미만이다.
일반적으로 강철제조자는 가능한 한 강철의 산소(O2) 함량을 줄이려고 하는데, 그 이유는 산소가 강철 내의 혼재물의 형성으로 인하여 강철의 인성 및 연성을 감소시키는 경향이 있기 때문이다. 이와는 대조적으로, 용접물에서 0.02 중량% 이상의 산소 함량은, 티탄과 관련하여 침상 패라이트와 이에 따른 고화된 그대로의 구조를 보유하는 용접 영역에서 우수한 인성을 얻기 위한 핵 또는 개시제로서 작용하는 미세 분산된 혼재물의 형성을 허용하는데 필요하다. 그러나, 강철의 경우에 공지된 바와 같이 용접된 접합부의 연성 파괴 에너지의 상당한 감소를 피하기 위해서 최대 산소 함량은 약 0.07%, 바람직하게는 0.06%, 심지어 0.055%이다.
본 발명에 따라서, 용착된 금속의 질소 함량은 용접물을 생성하는데 필요한 플럭스 코어드 와이어의 것과 거의 동일하다. 그러나, 용접 과정 동안에 기체-차폐 정도가 불완전한 경우, 대기 질소에 의해 용착된 금속이 약간 오염되는 일이 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 경우 거의 완전히 기체-차폐시켜 질소 대기에 의해 용착된 금속이 오염되지 않는다. 즉, 문제를 단순화하기 위해서 용접물, 즉 용착된 금속내에 존재하는 질소의 총량은 실질적으로 용접물을 형성하기 위해서 사용된 플럭스 코어드 와이어로부터 생긴다.
또한, 본 발명의 용접 접합부는 니켈 3.5% 이하, 크롬 0.5% 이하, 몰리브덴 0.7% 이하 및/또는 구리 0.6% 이하를 포함할 수도 있다.
이는 니켈(Ni)이 고체 용액, 철 격자내에 포함된 각종 미세구조의 경도 및 인장을 최소한 조금은 증가시키기 때문이다. 이러한 니켈의 바람직한 효과는 이들 미세구조의 연성 및 인성에 유해한 영향을 수반하지 않는다는 점을 기억해야 한다. 그러나, 용접 접합부의 고온 크래킹을 피하기 위해서 니켈 함량은 3.5 중량% 이하로 유지하는 것이 좋다.
또한, 몰리브덴(Mo)은 강철의 경성을 개선시키는 원소이다. 이 원소는 고체 용액 효과에 의해서 경화를 유발하는 상당한 능력이 있다. 따라서, 용접 접합부내의 몰리브덴의 존재는 고 용접 에너지, 예컨대 20∼50 kJ/cm를 포함하는 용도, 강철의 우수한 고온 작용, 예컨대 250 또는 350℃를 요하는 용도, 어셈블리가 높거나 또는 매우 높은 탄성, 예컨대 500∼900 MPa인 강철을 보유하는 경우 권장된다. 그러나, 용접 접합부의 인성이 감소되는 것을 피하기 위해서 0.7 중량% 미만의 몰리브덴 함량을 유지하는 것이 바람직하다.
크롬(Cr)은 몰리브덴과 같이 용접 접합부, 특히 탄성이 크거나 또는 매우 큰 강철의 인장 및 경도를 개선시키기 위해서 첨가할 수 있다. 그러나, 용접 접합부의 인성이 감소되는 것을 피하기 위해서 0.5 중량% 미만 또는 심지어 0.3 중량% 미만의 크롬 함량을 유지하는 것이 바람직하다.
구리(Cu)는 약 0.6 중량% 이상의 양으로 대기에 대한 내부식성을 개선시키기 위해서 용융 금속에 첨가할 수 있다.
더구나, 용접된 접합부는 인, 안티몬, 비소 및/또는 주석을 포함할 수 있으며, X ＜ 20 ppm, 바람직하게는 X ＜ 15 ppm인 다음과 같은 브루스카토 계수(X)를 보유한다.
X=0.1 ×[P] + 0.05 ×[Sb] + 0.04 ×[As] + 0.01 ×[Sn]
이 때, [P], [Sb], [As] 및 [Sn]은 용접 접합부내의 인, 안티몬, 비소 및 주석 각각의 총함량(ppm)이다.
본 발명은 전술한 용접 접합부를 보유한 강철 성분에 관한 것이다.
본 발명의 플럭스 코어드 와이어는 근해 오일 플랫폼 또는 저장 탱크와 같은 오일 산업과 관련된 설비 제작 및 조선에 사용되어 유리하다.
본 발명은 이하 실시예 및 첨부 도면으로 예시할 것이지만, 이는 예시를 위한 것이며 본 발명을 제한하려는 것은 아니다.
하기의 시험은 프랑스, 미국 및 일본 규격에 따라 금속 시험 조각 또는 표본상에서 층당 2개의 패스내에 용융 금속의 연속적인 용착에 의해 수행된 것이다. 이는 도 3에 제시되어 있다.
용착된 금속의 질소 함량 및 기타 원소의 함량과, 이에 따른 용접 접합부의 함량은 사용된 플럭스 코어드 와이어의 질소 및 원소 함량에 따라 달라진다.
각종 조성물의 플럭스 코어드 와이어, 특히 "금홍석"형 와이어를 연구하였다.
더욱 구체적으로, 도 3은 각 층의 2개의 패스(6a 및 6b)내 용융 금속의 용착에 의해서 생성되는 용접 접합부(6)가 함께 연결된 3개의 부품(4, 4' 및 5)을 가진 시험 조각을 도시한 것이다.
용접 접합부(6)는 어닐링된 구간(2)[어두운 영역], 즉 연속적인 패스의 수행시 오스테나이트 변형점 위에서 재가열된 구간과 어닐링되지 않은 구간(1)[밝은 영역], 즉 고화된 그대로의 금속 구조를 보유하는 구간을 가진다.
현재, 용접 생성물의 특성을 규명하기 위한 힘의 기준은 연속적인 패스를 수행하여 야금 구조를 어닐링시킨 구간에서 축 방향, 즉 용접 라인(3)을 따라 노취를 배치하여 샘플링하고자 하는 충격 강도이다.
그러나, 실제로 인성 및 충격 강도는 일반적으로 낮고, 따라서 어닐링되지 않은 구간에서 패스 축을 따라, 즉 도 3의 라인(3')을 따라 노취를 생성하여, 생성된 구조물, 예컨대 해안 플랫폼, 다리, 저장 탱크 및 배의 강도에 대한 부정적인 충격을 보유하는 경우 좋지 않다는 것을 확인하였다.
다음 실시예에서 충격 강도를 측정하기 위한 노취는 어닐링된 구간(라인 3)에서 뿐 아니라 어닐링되지 않은 구간(라인 3')에서도 제조하였다.
하기 모든 실시예는 응력 감소 처리를 3 시간 동안 580℃에서 수행한다.
실시예 1
동일한 기본 배합을 사용하고 질소 함량을 다르게 하여 티탄-붕소 효과(AFNOR 규격에 따른 TGS F6.56 1 Nil 또는 AWS 규격에 따른 E81 T1 Nil)가 있는 금홍석형 플럭스 코어드 와이어에 의해 용융 금속의 용착물을 제조하였다.
충격 강도 시험 조각은 어닐링된 구조를 지닌 구간과, 비교를 위해서 고화된 그대로의 구조를 보유한 용접된 그대로의 구간에서 취하였다.
용착된 금속(용접물)의 주요 구성 성분의 함량은 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 II에 개시되어 있다.
실험 번호 C% Si% Mn% S% P% Ni% Al% Nb% V% Ti% B ppm O ppm N ppm
A 0.058 0.32 1.15 0.005 0.006 0.69 0.003 0.010 0.014 0.035 29 460 63
B 0.059 0.32 1.16 0.004 0.006 0.78 0.003 0.010 0.016 0.031 28 420 72
C 0.060 0.31 1.14 0.005 0.006 0.74 0.002 0.011 0.016 0.028 23 460 150
또한, -40℃에서의 충격 강도 측정, 즉 용접후 열 처리(3시간 동안 580℃에서의 응력 감소) 전(용접된 그대로의 상태) 및 후에, 각종 시험 조각(실험 A 내지 C)의 어닐링되지 않는 구간과 어닐링된 구간에서의 용접물의 충격 강도를 나타내는 값이 하기 표 III에 제시되어 있다.
얻은 결과로부터 용접된 그대로의 상태에서, 그리고 단지 어닐링된 구간만을 고려한다면 측정된 평균 충격 강도는 시험 조각 A 및 B(각각 질소 63 ppm 및 72 ppm 함유 용접물)에 대해 우수하고, 시험 조각 C(질소 150 ppm을 함유하는 와이어)에 대해서는 허용가능하다는 것을 명백하게 보여준다. 그러나, 용접 그대로의 상태로 비어닐링된 구간을 고려하는 경우, 시험 조각 A에서만 충격 강도 값이 우수한 것으로 관찰되었다.
응력 감소 열 처리 후에, 시험 조각 A(질소 63 ppm 함유 와이어)만 허용가능한 충격 강도를 보유하였다. 그러나, 이들 값은 해당 구간과 관계 없이(즉, 어닐링된 구간 또는 어닐링되지 않은 구간에 관계 없이) 용접된 그대로의 상태로 얻어지는 것보다 22% 이상 작다는 것을 확인하였다.
실시예 1은 용접물, 특히 용접후 응력 감소를 수행한 경우 용접물의 충격 강도에 대한 플럭스 코어드 와이어의 질소 함량 감소의 잇점을 확실하게 보여준다.
실시예 2
실시예 2는 실시예 1과 유사하지만, 사용된 플럭스 와이어가 다음과 같다는 점에서 차이가 있다.
- 88 ppm 및 39 ppm 함량의 질소, 및
- 실시예 1의 플럭스 코어드 와이어의 것보다 약 40%∼50% 낮은 함량의 질화물 형성 원소 또는 탄소질화물 형성 원소, 특히 니오븀(Nb) 및 바나듐(V).
전술한 바와 같이, 용착된 금속(용접물)의 주요 구성 성분을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 IV에 제시되어 있다.
실험 번호 C% Si% Mn% S% P% Ni% Al% Nb% V% Ti% B ppm O ppm N ppm
D 0.070 0.35 1.39 0.006 0.007 0.65 0.003 0.006 0.008 0.046 40 400 39
E 0.066 0.31 1.29 0.007 0.007 0.70 0.002 0.006 0.007 0.033 33 430 63
F 0.062 0.30 1.26 0.006 0.007 0.68 0.003 0.005 0.007 0.031 28 440 88
또한, 각 시험 조각(실험 D 내지 F)의 충격 강도는 -40℃에서 뿐 아니라 -60℃에서도 측정하였고, 그 결과는 각각 하기 표 V 및 VI에 제시되어 있다.
상기의 표 IV 내지 VI으로부터, 플럭스 코어드 와이어의 질소 함량이 더 많이 감소하면, 용접 상태, 즉 용접된 그대로의 상태 또는 응력 감소 상태에 관게 없이 저온(-40℃ 또는 -60℃) 충격 강도가 커진다는 것이 명백하다.
또한, 니오븀 및 바나듐 함량을 감소시키면 저온 충격 강도가 큰 용접물을 생성하는데 바람직한 것으로 보인다.
실시예 3
실시예 3은 저 함량의 니오븀 및 바나듐을 보유한 플럭스 코어드 와이어를 사용한다는 점에서 실시예 2와 유사하지만, 본 실시에에서는 저 함량의 규소(Si) 및 망간(Mn)을 가지고, 비교를 위해서 질소 함량을 변화시켰다.
전술한 바와 같이 용착된 금속(용접물)의 주요 구성 성분의 함량을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 VII에 제시되어 있다.
실험 번호 C% Si% Mn% S% P% Ni% Al% Nb% V% Ti% B ppm O ppm N ppm
G 0.068 0.25 1.16 0.008 0.010 0.69 0.003 0.006 0.009 0.033 32 430 41
H 0.060 0.23 1.16 0.007 0.009 0.71 0.003 0.005 0.008 0.032 26 450 87
또한, 각 시험 조각(실험 G 및 H)의 충격 강도는 -40℃에서 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 VIII에 제시되어 있다.
이 경우, 전술한 실시예에서와 같이 고 함량의 질소는 용접물, 특히 비어닐링된 구간(즉, 고화된 그대로의 구조를 보유하는 구간) 뿐 아니라 어닐링된 구간에서의 기계적 특성에 유해한 영향을 주는 것이 분명하다. 580℃에서의 응력 감소 후에 비어닐링된 구간에서 용접물과 플럭스 코어드 와이어의 고 질소 함량에 대한 부정적인 영향이 나타났다.
실시예 4
본 실시예 4는 "무슬래그"형의 플럭스 코어드 와이어로 형성하였으며, 이는 하기 표 IX에 제시된 각종 원소의 함량을 보유한 용착된 금속을 얻을 수 있다. 와이어의 특성 때문에 용착된 금속의 티탄 성분은 이전 실시예에서보다 상당히 낮다. 결과는 표 I과 같다.
실험 번호 C% Si% Mn% S% P% Ni% Al% Nb% V% Ti% B ppm O ppm N ppm
I 0.03 0.38 1.63 0.011 0.010 0.026 0.004 0.002 0.008 0.013 32 670 50
J 0.042 0.42 1.70 0.011 0.010 0.029 0.004 0.002 0.005 0.012 29 683 85
용접된 그대로의 상태에서 또는 3시간 동안 580℃에서의 응력 감소후에 시험 조각(실험 I 및 J)의 -40℃에서의 충격 강도는 표 X에 제시되어 있다.
전술한 실시예에서와 같이, 질소 함량이 낮은 플럭스 코어드 와이어를 사용하면 용착 금속이 더 우수한 저온 충격 강도 및 우수한 인성을 보유하게 된다는 것을 확인하였다.
실시예 5
본 실시예는 실시예 1과 유사하며, 용접물의 인성 및 충격 강도에 대한 알루미늄 함량 증가의 영향을 연구하는 것이 목적이다.
실제로, 보통 질소에 대한 친화도가 높은 알루미늄은 질화물의 형태로 질소를 고정한다. 또한, 이러한 질소에 대한 알루미늄의 특성을 이용하여 마일드 강철의 변형성을 개선시키고, 금속에서 질소의 존재에 의한 경시변화 현상을 최소화한다.
본 실시예 5에서, 알루미늄을 함유하는 2개의 플럭스 코어드 와이어는 와이어내 알루미늄 함량/질소 함량의 비율이 4 이상[Al/N2비율 ＞ 4]인 방식으로 사용한다.
전술한 바와 같이, 용착된 금속(용접물)의 주요 성분의 함량을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 XI에 제시되어 있다.
실험 번호 C% Si% Mn% S% P% Ni% Al% Nb% V% Ti% B ppm O ppm N ppm
K 0.069 0.41 1.07 0.005 0.006 0.58 0.029 0.015 0.016 0.10 20 670 42
L 0.068 0.42 1.13 0.004 0.006 0.7 0.031 0.014 0.016 0.088 16 750 76
또한, 용접된 그대로의 상태에서 또는 3시간 동안 580℃에서의 응력 감소후에 시험 조각(실험 K 및 L)의 -40℃에서의 충격 강도를 측정하였으며, 그 결과는 표 XII에 제시되어 있다.
놀랍게도, 알루미늄 함량이 증가하면 저온에서의 용접물의 인성 및 충격 강도에 좋지 않은 영향을 준다는 것을 발견하였는데, 이는 이전의 관찰 결과와는 상반되는 것이다.
알루미늄의 역효과는 알루미늄이 산화환원 반응을 저해하고, 따라서 티탄 및 규소와 같은 활성 원소 전달을 상당히 변형시킨다는 사실로 설명할 수 있다.
용접물의 인성 및 충격 강도를 개선시키기 위해서, 플럭스 코어드 와이어의 총 질소 함량이 65 ppm 미만이고, Al/N2비율이 4 미만, 또는 심지어 3 이하를 유지해야 한다.
실시예 6
본 실시예는 이전 실시예와 유사하다. 하기 실험은, 전류 강도 250 A, 전압 27 V, 용접 속도 23 cm.min-1및 150℃의 패스 사이의 온도로 502 TRA-CC+형 STARMATIC 전류 발생기를 사용하여 전술한 바와 같이 수행하였다.
사용된 차폐 기체는 ATAL 5ATM혼합물(아르곤 + 18 CO2)이며, 기체의 유속은 약 20 ℓ.min-1이다.
용융 금속의 용착물은 실시예 2, 3 및 5(금홍석 와이어)의 것과 동일한 기본 배합으로 제조된 직경 1.2 mm인 3개의 플럭스 코어드 와이어로 제조하였다. 그러나, 총 알루미늄 함량이 실질적으로 다음과 같이 서로 다르다.
- 실험 M: 약 0.10% Al 함유 와이어,
- 실험 N: 약 0.20% Al 함유 와이어,
- 실험 O; 약 0.10% Al 함유 와이어.
충격 강도 시험 조각은 어닐링되 구간과, 비교를 위해서 고화된 그대로의 구조를 보유하는 용접된 그대로의 구간에서 취하였다.
충격 강도는 용접된 그대로의 상태 및 용접후 열처리한 다음(3 시간 동안 580℃에서 응력 감소) 측정하였고, 그 결과는 하기 표 XIII에 제시되어 있다.
이어서, 용착된 금속의 성분 함량을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 XIV에 제시되어 있다.
실험 번호 C% Si% Mn% S% P% Ni% Al% Nb% V% Ti% B ppm O ppm N ppm
M 0.068 0.33 1.41 0.004 0.006 0.75 0.003 0.006 0.009 0.037 38 410 42
N 0.070 0.39 1.53 0.004 0.005 0.74 0.011 0.007 0.008 0.076 46 520 43
O 0.069 0.41 1.58 0.004 0.005 0.77 0.015 0.007 0.007 0.092 52 550 38
실험번호 As% Cr% Mo% Cu% Co% Sn% Sb% Al/N 비
M 0.003 0.031 0.002 0.011 0.004 0.002 0.002 0.71
N 0.003 0.03 0.001 0.011 0.004 0.002 0.002 2.56
O 0.003 0.03 0.001 0.010 0.004 0.002 0.002 3.95
용접된 그대로의 상태 또는 열 처리 후에 얻은 용접 접합부의 기계적 특성을 측정하기 위해서, 인장 측정을 수행하였다. 그 결과는 하기 표 XV에 제시되어 있다.
얻은 결과는 용착물에서 0.011% 이하의 용착된 금속의 알루미늄 함량을 증가시키면, 용접된 그대로의 상태 및 용접후 열처리한 다음의 상태의 모든 용접 구간내의 -40℃에서 허용가능한 충격 강도 결과를 얻을 수 있다는 것을 명백하게 보여준다.
이보다 큰 값은, 모든 용접된 구간, 특히 용접후 열처리한 다음에 충격 강도 값의 매우 현저한 강하를 나타낸다.
인성에서의 변화와 함께, 인장 강도 및 항복 응력 증가와 연성 감소를 나타낸다(절편에서 연신 및 감소).
본 발명의 플럭스 코어드 와이어, 특히 금홍석형 또는 무슬래그형의 와이어를 사용하면 용접 접합부의 용융 구간에서 저온, 즉 약 -50℃∼-60℃로 낮춘 온도에서의 우수한 인성을 얻을 수 있다. 이는 용접된 그대로의 상태 및 후속적인 열처리 후에, 특히 와이어의 총 질소 함량이 65 ppm 미만이고 알루미늄/질소의 함량비가 3 미만인 경우 그러하다.

Claims (16)

  1. 와이어의 총중량을 기준으로,
    - 질소 75 ppm 미만,
    - 규소 0.20∼1%,
    - 망간 1∼2.5%,
    - 티탄 7% 미만,
    - 붕소 1∼110 ppm,
    - 알루미늄 0.3% 미만
    - 니오븀 10∼200 ppm, 및
    - 바나듐 10∼200 ppm을 함유하는 것이 특징인, 하나 이상의 외부 금속 외장 및 하나 이상의 중심 코어로 구성된 기체-차폐시킨 용접을 위한 플럭스 코어드 와이어.
  2. 제1항에 있어서,
    - 탄소 300 ppm 내지 0.14%,
    - 망간 및/또는 지르코늄 0.2∼1%, 및/또는
    - 나트륨, 칼륨 및/또는 리튬 0.01∼0.35%, 및/또는
    - 플루오르 0.03∼10%, 및/또는
    - 황, 인, 주석, 안티몬 및/또는 비소 0.02% 미만을 더 함유하는 것이 특징인 플럭스 코어드 와이어.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 브루스카토(Bruscato) 계수(X)가
    X=0.1 ×[P] + 0.05 ×[Sb] + 0.04 ×[As] + 0.01 ×[Sn]이고 X ＜ 20 ppm이며, 이 때, [P], [Sb], [As] 및 [Sn]은 플럭스 코어드 와이어내의 인, 안티몬, 비소 및 주석 각각의 총 함량(ppm)인 것이 특징인 플럭스 코어드 와이어.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 외부 외장이 플럭스 코어드 와이어 총 중량의 50 중량% 이상, 바람직하게는 와이어 총 중량의 71∼90 중량%인 것이 특징인 플럭스 코어드 와이어.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 직경이 0.8∼2.4 mm, 바람직하게는 1∼2 mm인 것이 특징인 플럭스 코어드 와이어.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, "금홍석"형 또는 "무슬래그"형 와이어 중에서 선택되는 것이 특징인 플럭스 코어드 와이어.
  7. 용접 접합부가 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 최소한 일부를 용융시켜 제조되고, 바람직하게는 와이어가 6∼40 kJ.cm-1의 용접 에너지를 공급하여 용융되는 MAG 기체-차폐된 용접 방법.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 최소한 일부를 용융시키고, 제7항에 기재된 방법을 수행하여 얻을 수 있는 용접 접합부.
  9. 제8항에 있어서, 용접물의 중량을 기준으로
    -질소 80 ppm 미만,
    -산소 0.02∼0.07%,
    -탄소 0.02∼0.12%,
    -규소 0.15∼0.6%,
    -망간 1∼1.9%,
    -황 0.02% 미만,
    -인 0.02% 미만,
    -티탄 0.0025∼0.08%,
    -붕소 3∼80 ppm,
    -알루미늄 0.03% 미만,
    -니오븀 10 ppm∼0.02% 및
    -바나듐 10 ppm∼0.02%를 함유하는 것이 특징인 용접 접합부.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    - 질소 60 ppm 미만, 및/또는
    - 산소 0.06% 이하, 및/또는
    - 알루미늄 150 ppm 미만, 및/또는
    - 니오븀 100 ppm 미만, 및/또는
    - 바나듐 100 ppm 미만, 및/또는
    - 붕소 10∼70 ppm, 및/또는
    - 황 100 ppm 미만, 및/또는
    - 인 100 ppm 미만을 함유하는 것이 특징인 용접 접합부.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    - 질소 50 ppm 미만, 및/또는
    - 산소 최대 0.055%, 및/또는
    - 알루미늄 100 ppm 미만, 및/또는
    - 붕소 20∼60 ppm을 함유하는 것이 특징인 용접 접합부.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    - 니켈 3.5% 미만,
    - 크롬 0.5% 미만, 바람직하게는 0.3% 미만,
    - 몰리브덴 0.7% 미만, 및
    - 구리 0.6% 미만을 더 함유하는 것이 특징인 용접 접합부.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 접합부의 알루미늄/질소 함량비(Al/N)가 3 미만, 바람직하게는 2 이하인 것이 특징인 용접 접합부.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 인, 안티몬, 비소 및/또는 주석을 함유하고, 브루스카토(Bruscato) 계수(X)가 X=0.1 ×[P] + 0.05 ×[Sb] + 0.04 ×[As] + 0.01 ×[Sn]이고 X ＜ 20 ppm, 바람직하게는 X ＜ 15 ppm이며, 이 때, [P], [Sb], [As] 및 [Sn]은 각각 상기 용접 접합부내의 인, 안티몬, 비소 및 주석 각각의 총함량(ppm)인 것이 특징인 용접 접합부.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 기재된 용접 접합부를 보유한 강철 성분.
  16. 오일 시설, 특히 저장 탱크 또는 해안 플랫폼, 다리 구조물 또는 배 구조물로 구성된 군에서 선택된 구조 강철상에서 제8항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 기재된 하나 이상의 용접 접합부를 제조하는데 있어서 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어의 용도.
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