KR20030050385A

KR20030050385A - 오스테나이트계 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어

Info

Publication number: KR20030050385A
Application number: KR1020010080810A
Authority: KR
Inventors: 박철규; 장종훈
Original assignee: 고려용접봉 주식회사
Priority date: 2001-12-18
Filing date: 2001-12-18
Publication date: 2003-06-25
Also published as: KR100411477B1

Abstract

개시된 발명은 오스테나이트계 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어에 관한 것으로서, 상기 와이어의 외피는 저탄소 스테인리스강으로 하며, 상기 외피 내부에 충진되는 플럭스는 와이어 전중량에 대하여 C : 0.02% 이하, P : 0.02% 이하, S : 0.01% 이하, C r : 5.0∼12%, Ni : 1.0∼6.0%, Mn : 0.3∼1.5%, 알카리 산화물인 MgO, Na₂O, K₂O, CaO 중에서 적어도 한가지 이상을 0.1∼1.0%, 철분과 아크 안정제 : 0.1∼10%, TiO₂+SiO₂+Al₂O₃의 산화물 합 : 0.1∼3.0%을 첨가하되, TiO₂, SiO₂, Al₂O₃및 Mn은 하기 식(1)의 조합비(A)가 0.3∼3.0%를 만족함을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어를 제공한다.

.....................식(1)

본 발명에 따르면 스테인리스 플럭스 코어드 와이어가 가지는 탈산효과와 용접작업성, 용접재료 비용, 제조능률성등의 장점에 덧붙여 용접능률성을 향상시킨 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어가 제조된다.

Description

오스테나이트계 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어{Metal cored wire for welding of austenitic stainless steel}

본 발명은 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 메탈 코어드 와이어에 관한 것으로 원자력산업, 화력발전산업, 화학 플랜트 뿐만 아니라 해수용 구조물 등의 중요부분 용접이나 연강과 스테인리스강의 이재박판용접 등에 사용되는 메탈 코어드 와이어에 관한 것이다. 특히, 스패터 발생량에 민감한 부분의 용접에 적합하도록 용접작업성과 스패터 발생량 및 아크 안정성에 중점을 두고, 그 용도에 맞게 설계된 오스테나이트계 스테인리스강 용접용 메탈 코어드 와이어에 관련된 것이다.

종래에는 각종 장치효율의 향상, 안정성 및 내구성 면에서의 고급화 요구에 따른 스테인리스강용 용접재료가 많이 등장하게 되었으며, 특히 용접 시공면에서 우수한 작업능률성 및 양호한 용접작업성 등의 요구에 맞춰 발빠르게 스테인리스강용 용접재료가 제공되어 왔다.

오스테나이트계 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어의 경우 다층 용접시 양호한 용접작업성을 나타내고 또한 가스 실드에 의해 대기 분위기와의 접촉이 없고,슬래그 도포에 따른 내결함성이 강하며, 고온인성 및 내식성이 강해 산성 분위기에서도 견디는 장점이 있어 그 용도가 확대되고 있는 실정이다. 게다가 용접방법면에서 불활성 가스 금속 아크 용접(MIG, Metal inert gas arc welding) 재료는 용접효율성의 향상, 용접이행영역 확대, 용접작업성 향상, 용접비드형상 등에서 지속적인 개선이 진행되고 있다.

한편 종래기술로는 MIG 와이어의 선재제조시 열간가공성을 향상시켜 생산효율을 증가시킨 경우가 제시되고 있고(일본 특개평4-143255), 고전류 용접조건하에서 용접작업성이 우수하고, 스패터 발생량을 현저히 저감시킨 것이 제시되고 있다(일본 특개평5-96397). 그리고 MIG 용접재료의 경우 선재의 화학성분을 조정함으로써 내웜홀(anti-wormhole)성을 향상시킨 경우나 우수한 고온균열성, 고온강도, 고온인성을 가지는 비자성강 용접재료 등이 등장하고 있다.

그런데 최근의 스테인리스강 철강시장동향에 있어서 50kg급 후판은 물론이고 70∼80kg급 스테인리스강이 등장함에 따라 용접재료 또한 기계물성치나 기타 특성면에서 이에 맞추어 개발이 진행되고 있으며, 현재 개발이 완료된 부분도 상당수에 이른다. 그리고 오스테나이트 스테인리스강이 가지는 내부식성 때문에 그 용도의 다양화와 더불어 스테인리스강 12t 두께이하 중에서도 1-6t 두께의 박판 사용 빈도가 높아지고 있는 실정이며, 이에 맞는 용접재료 또한 플럭스 코어드 와이어를 비롯한 MIG/TIG 용접재료 등이 상당수 등장하고 현재 사용되어지고 있다. 박판의 경우 역시 용접시 아크 안정성 및 스패터 발생량 저감, 미려한 비드형상 등을 요구하고 있으며, 그에 맞춰 스테인리스강용 용접재료의 인장치 및 저온내충격성이나 용접작업성등이 요구되고 있고, 특히 1-pass 용접 시 고능률성과 슬래그 박리성등 용접시 편리성 및 진보성을 요구하고 있는 실정이다. 이 때문에 MIG/TIG, GMAW, SMAW, SAW등 다양한 용접방법에서 스테인리스강 용접에 대해 아크안정성, 슬래그 박리성, 내블로우홀성, 스패터 발생저감, 흄 발생저감, 고온/저온 인성강화등 많은 부분에 주안을 두고 설계를 하고 있으며, 상기의 문제점들을 해결한 많은 제품들이 용도에 맞게 등장하고 있다.

기존의 많은 스테인리스강 용접에 있어 1∼6t 두께의 박판인 경우 특히 그 용도가 자동차 부품과 같은 스패터 발생에 대단히 민감하고, 만약 스패터가 발생했을 경우 그라인딩(grinding) 수작업으로 스패터를 제거해야만 하는 용접에 있어서는 용접방법을 MIG/TIG 또는 GMAW 형태를 취하고 있다. TIG 용접방법의 경우는 스패터 발생은 현저히 줄일 수 있지만 작업능률성이 매우 떨어져 중요부분에서만 한정해 소량 적용되고 있는 실정이다. 용접방법이 MIG인 경우는 Ar가스 또는 Ar가스에 1∼5%O₂를 포함한 불활성 가스를 사용하므로써 아크 이행형태를 스프래이 타입으로 가져가 미려한 비드형상과 더불어 스패터 발생의 저감 등 많은 장점을 가지고 있어 널리 사용되어지고 있다. 그러나 MIG 용접재료는 그 용접 사용조건이 좁고, 저전류 영역에서의 스프래이 천이구간 근처에서는 아크가 단락이행과 스프래이 이행의 공존으로 다소 스패터가 발생하고 용접시 소리가 심하게 나는 단점이 있다. 뿐만 아니라 고전류 영역에서는 스프레이 형상은 유지 가능하지만 아크가 불안해 용접이 잘되지 않고 혹은 용입은 얕아 용접을 실시했을 경우 용접부가 취약해 질수 있다. 즉, 저전류 및 고전류 영역에서 모두 양호한 용접작업성을 가지는 용접재료를 만족시키기가 어렵고, 다양한 용접조건에서 적용이 불가능하다. 또한 용접재료를 생산하는데 있어 원재료의 화학성분이나 원재료의 표면상태에 의존해 제품을 다양화시키는데 그 한계가 있으며, 제조공정 역시 스테인리스 원자재가 가지는 신선시 가공경화 문제 때문에 고속신선이 불가능하고, 저속으로 제품을 제조하기 때문에 제조공정의 능률성 또한 떨어진다. 또한 원자재 가격이 비싸고, 생산성의 저하로 용접재료의 가격 또한 비싸, 요즘들어 많은 MIG 와이어를 사용하던 용접시공업체가 플럭스 코어드 스테인리스 용접재료 형태로 전환하는 추세에 있다.

그리고 스테인리스 플럭스 코어드 와이어의 경우는 아크 안정제나 슬래그 생성제 등을 사용해 여러가지 용접작업성이나 용접능률성을 향상시킨다는 장점이 있는 반면 실드 가스로 100% CO₂를 사용하기 때문에 환경친화적인 부분에서 문제시 되고 있다. 또한 용접 후 발생하는 슬래그량을 제거하는데 있어 작업자들의 부담을 준다는 추가적인 공정이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 제안된 것으로서, 스테인리스 플럭스 코어드 와이어가 가지는 탈산효과와 용접작업성, 용접재료 비용, 제조능률성등의 장점에 덧붙여 용접능률성을 향상시킨 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어를 제공함을 그 목적으로 한다.

본 발명의 상기와 같은 목적은 오스테나이트계 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어로서, 상기 와이어의 외피는 저탄소 스테인리스강으로 하며, 상기 외피 내부에 충진되는 플럭스는 와이어 전중량에 대하여 C : 0.02% 이하, P : 0.02% 이하, S : 0.01% 이하, Cr : 5.0∼12%, Ni : 1.0∼6.0%, Mn : 0.3∼1.5%, 알카리 산화물인 MgO, Na₂O, K₂O, CaO 중에서 적어도 한가지 이상을 0.1∼1.0%, 철분과 아크 안정제 : 0.1∼10%, TiO₂+SiO₂+Al₂O₃의 산화물 합 : 0.1∼3.0%을 첨가하되, TiO₂, SiO₂, Al₂O₃및 Mn은 하기 식(1)의 조합비(A)가 0.3∼3.0%를 만족함을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어에 의해 달성된다.

.....................식(1)

본 발명은 스테인리스강 외피에 플럭스를 충진하게 되는 메탈 코어드 와이어 외피로서 C≤0.02%, Si≤1.0%, Mn≤2.0%, P≤0.045%, S≤0.03%, Ni : 9.0∼13.0%, Cr : 18.0∼20.0%를 함유하는 JIS G4305 규격에 따른 저탄소 스테인리스강을 사용한다.

이하, 본 발명의 상기와 같은 구성에 따른 각 성분의 역할과 수치 한정의 이유를 설명한다. 특별한 언급이 없는 한 %는 중량%를 의미한다.

본 발명에서 사용되어지는 외피는 종래의 스테인리스 플럭스 코어드 와이어 외피로 사용되어지는 것과 유사한 것으로서 JIS G4305 규격에 따라 C≤0.02%, Si≤1.0%, Mn≤2.0%, P≤0.045%, S≤0.03%, Ni : 9.0∼13.0%, Cr : 18.0∼20.0%을 함유한다. 이 외피를 사용하여 신선후 1000℃이상으로 열처리를 함으로써 가공경화 문제를 해결할 수 있다.

게다가 본 발명에서 저탄소 스테인리스강을 사용한 이유는 다음과 같다.

C를 0.02% 이하로 규정한 이유는 저전류, 저전압의 조건에서도 아크의 이행형태를 분산형(스프래이 형태)으로 하기 위함이다. 또한 C의 함량이 높은 경우 Ti, Mo, N, Cr등과 결합하여 탄화물 혹은 탄질화물을 형성하여 인성을 저하시키고 균열을 유발시키기 때문에 외피중의 C를 0.02%이하로 규정하였다. Si는 용접 시 용착금속 내에 함유되는 Si함량을 조절하고, 미소량의 SiO₂를 발생시켜 작업성을 향상시키는 역할을 하나, 비드 외관을 미려하게 하기 위하여는 1.0%이하로 규정하는 것이 바람직하다. Mn은 탈산제의 역할을 함과 동시에 TiO₂, SiO₂와 함께 아크 안정성의 향상에 기여하고 소량의 MnO를 형성시켜 비드의 외관에 영향을 줄 수 있으므로 2.0%이하로 함유시키는 것이 바람직하다. P와 S의 경우 불순물로 인성을 저하시키고 균열을 발생시키는 문제점이 있으므로 각각의 함유량을 P≤0.045%, S≤0.03%로 규정했으며, 특히 제조단가를 고려하면 상기의 함유량이 바람직하다. Ni과 Cr의 경우는 용착금속 내로 함유되는 화학성분과 특히 이재용접을 위한 용접재료의 적합성을 고려해 상기의 규격으로 규정하였다.

다음으로, 본 발명의 플럭스 조성에 대하여 설명한다.

C : 0.02% 이하, P : 0.02% 이하, S : 0.01% 이하

용접부에서 흔히 발생되는 취성균열이나 고온균열 등을 저감시키는 방법으로 Nb를 첨가하는 방법이 공지되었다(일본국 특개평7-124785). 그러나 본원 발명자는 오스테나이트가 갖는 FCC구조(face centered cubic)에서 C와 N의 고용한계를 고려한 결과, C와 N의 함량을 제한하고 P와 S와 같은 불순물을 극히 미량으로 통제할 경우 Nb를 첨가하지 않아도 용접균열성의 발생을 현저히 감소시킬 수 있음을 알게 되었다. 플럭스 중의 C는 Ti, N, Cr, Mo 등과 결합하여 탄화물 혹은 탄질화물을 형성하여 인성을 저하시키고 균열을 발생시키기 때문에 플럭스 중의 C함량은 0.02% 이하로 하는 것이 바람직하다. 플럭스 중의 P와 S는 불순물로서 인성을 저하시키고 균열을 발생시키므로, 그 함량은 P : 0.02% 이하, S : 0.01% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Cr : 5.0 ~ 12%

Cr은 페라이트 영역을 확장시키는 원소임과 동시에 Cr₂O₃를 형성하여 내식성을 향상시키는 원소이다. Cr의 함량은 다른 플럭스 구성원소의 함량과 상대적인 관계이므로 Ti, C 및 N의 함량에 따라 다소 변화될 수 있으며, 본 발명에서는 그 함량을 5.0-12%로 하였다. Cr의 경우는 특히 이재용접시 Cr 결핍층이 발생하지 않도록 외피의 Cr함량과 적절히 조절하여 다양하게 함유하는 것이 가능하다. Cr의 함량이 증가하면 할수록 내식성의 효과도 증가하지만 12%를 초과하면 연성이 저하될 뿐만 아니라 Cr의 함량이 지나치게 높아지게 된다. 이렇게 되면 1100℃ 이상의 온도로 상승하는 열 영향부(HAZ, heat-affected zone)에서 결정립의 조대화가 이루어져 연성 및 인성이 현저하게 저하되는 문제점이 발생한다. 한편, Cr은 Cr산화물이나 Cr합금물의 형태로 첨가될 수 있으며, 이때 Cr의 함량은 Cr환산치로 변환되어야 한다.

Ni : 1.0 ~ 6.0%

Ni은 오스테나이트 안정화원소로 결정립 미세능이 있고, 와이어의 연성을 높이기 위해 최소 1.0% 이상을 필요로 하지만 6.0%를 초과할 경우 외피 내의 Ni과 반응하여 그 함량이 높아져 효과는 포화되지만 제품비용 자체가 고가(高價)로 되기 때문에 그 함량을 1.0-6.0%로 제한한다. 그리고 Ni은 Ni산화물이나 Ni 합금물의 형태로 첨가 가능하다.

알카리 산화물 MgO, Na₂O, K₂O, CaO 중에서 적어도 한가지이상 : 0.1 ~ 1.0%

알카리 산화물은 슬래그 생성제 및 아크 안정제로서 작용하며 그 함량이 적은 경우 효과가 적고, 함량이 높은 경우 내흡습성이 떨어져 용접 시 아크의 부드러운 이행을 나쁘게 한다. 특히 Na 및 K는 용적이행을 작게 하여 스프레이 이행상태를 개선하는 효과가 있으며 그 함량이 높을 경우는 아크 생성 중에 기화하여 용접 흄으로 생성되기 쉽고, 스패터 발생량 또한 증가시키기 때문에 1.0%를 초과해서는 안된다. 뿐만 아니라 1.0%를 초과할 경우 용접 비드내에 피트, 블로우홀 등 용접결함을 발생시켜 악영향을 미칠 수 있다.

....................식(1)

본 발명에서는 산화물로 TiO₂, SiO₂및 Al₂O를 사용하였으며, 이들은 모두 슬래그 형성제 및 아크 안정제의 역할을 한다. 본 발명에서는 아크 안정성을 위하여 상기의 TiO₂와 SiO₂, Al₂O₃및 Mn의 조합비(A)가 중요한 요인이 되는 것이다. 상기의 식(1)은 0.3 ~ 3.0%의 범위를 만족해야 한다. TiO₂는 슬래그 형성제이며 아크 안정성을 향상시켜주는 역할을 하는 성분으로 용접 후 비드의 외관을 양호하게 하고 아크 집중성을 개선하여 스패터 발생을 억제한다. 그러나 그 함량이 높아지게 되면 슬래그량을 증가시키는 경향이 있어 단위시간당 용착량(용착효율)을 떨어뜨린다. SiO₂는 슬래그 생성제이며, 슬래그의 유동성을 좋게 하고, 그 함량이 많을 경우는 슬래그량 증가는 물론이고 스패터와 용접 흄을 다량 발생시키고, 용접 작업성을 저하시키는 단점이 있다. 그리고 Al₂O₃의 경우는 슬래그 유동성을 조절하고, 비드외관 형상을 개선시키는 역할을 하게 된다. 그러나 그 함량이 높게 되면 용착금속 중에 비금속 개재물을 잔류시켜 인성을 떨어뜨리는 단점이 있으므로 TiO₂, SiO₂, Al₂O₃산화물을 적절히 조합하거나 최소한 1종이상을 포함시켜서 총합을 0.1 ~ 3.0%로 규정하는 것이 바람직하다.

Mn : 0.3 ~ 1.5%

Mn은 결정립을 미세화시키는 원소임과 동시에 오스테나이트 안정화원소로 본 발명에서 는 인장강도를 충분히 확보하기 위하여 첨가되었으며, 특히, 탈산제로서도 작용을 한다. 특히 불순물 P, S와 고융점 화합물 및 규화물을 형성해 고온균열을 방지하는 것에 효과가 있어 0.3 ~ 1.5%로 규정하는 것이 바람직하다. 그러나 Mn의 경우 Mn 흄을 발생시키기 때문에 그 함량이 지나치게 많이 첨가되어서는 안되며, 특히 용접금속 내로 Mn의 함량이 지나치게 높게 되면 입계파괴의 위험성이 있어 균열발생 지수 K_IC가 높아지게 된다. Mn의 함량은 상기의 범위를 만족하면서 상기 식(1)에 따른 조합비(A)를 만족해야 아크의 안정성을 충분히 확보하여 저전류, 저전압에서도 아크 이행의 균일성을 유지할 수 있으며 스패터의 발생량도 저감되는 효과가 나타나게 된다.

상기의 중요성분 외 그 밖에 첨가되어지는 철분으로는 Fe-Si등의 Si계 형태가 있으며, 아크안정제로서는 Mg과 Al이 적절히 조합되어 있는 플럭스가 사용되어지는데 상기의 철분 및 아크안정제는 와이어 전중량에 대해서 0.1∼10% 범위로 하여야만 용접금속 내부의 산소량을 최소화할 수 있으며, 피트, 블루홀등 내부 결함도 방지할 수 있다.

또한, 오스테나이트강으로 된 외피의 중공부에 충진된 플럭스량을 한정시키는 것은 아니나, 플럭스의 충진량은 와이어 전체중량에 대한 백분율로서 10∼20%로 하는 것이 바람직하다. 플럭스 충진량이 10%미만이면 슬래그 생성량이 불충분하여 본 발명에서 기대되는 모든 특징들을 가질 수 없게 되고, 20%를 초과할 경우는 제조공정 중에 와이어가 단선되거나 용접시 구부러짐 현상으로 송급성에 나쁜 영향을 주기 때문이다.

이하, 실시예를 통하여 더욱 구체화하나, 하기의 실시예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 오스테나이트 스테인리스강 메탈 코어드 와어어의 실시형태를 표 1, 표 2, 표 3, 표 4로 나타내었다.

표 1에서는 용접 작업성 평가를 위한 용접조건을 나타내었는데, 특히 정확한 판단을 위해서 두께6mm의 SUS 304L 강판을 이용해 하향은 170∼220A, 22∼26V, 수평필렛은 180∼240A, 23∼28V의 조건으로 용접평가를 실시하였다. 용접속도에 있어서는 용접자세에 관계없이 35CPM을 유지하였으며, 차폐가스는 2% O₂+ 98% Ar로 하고, Tip-모재간 거리를 정확하게 유지하기 위해서 자동(Auto-carrier) 용접을 실시하였으며, 추가용접조건은 표 1에 나타내었다.

구분	용접조건
강판	STS 304L
모재두께	6mm(t)
용접극성	DC(+)
차폐가스	2%O₂+ 98Ar
가스공급량	유량 20ℓ/min
용접자세	하향	수평필렛
용접전류	170-220	180-240
용접전압	22-26	23-28
용접속도	35 cm/min	35 cm/min
Tip-모재간거리	20mm	20mm

표 2에서는 플럭스의 구성성분비를, 표 3에서는 용착금속의 화학성분을 나타내었다. 표 2에서 (a)는 TiO₂+SiO₂+Al₂O₃, (b)는 철분 및 아크안정제, (c)는 알카리 산화물의 함량을 의미한다.

	플럭스 구성성분(와이어 전 중량에 대한 중량 %)
	(a)	Cr	Ni	Mn	Si	(b)	(c)	C	조합비(A)
비교예	Z1	0.055	6.380	2.894	0.360	0.083	1.372	0.011	＜0.01	0.237
	Z2	0.055	4.488	2.894	0.360	0.083	0.346	0.344	＜0.01	0.118
	Z3	0.449	6.938	3.832	1.653	0.100	1.372	1.879	＜0.01	0.421
	Z4	1.549	6.938	2.894	0.464	0.100	0.346	0.344	＜0.01	3.501
발명예	Z5	0.178	6.380	2.894	0.499	0.083	0.132	0.122	＜0.01	0.553
	Z6	0.214	6.938	3.832	0.360	0.100	0.156	0.122	＜0.01	0.921
	Z7	0.449	8.375	3.233	0.800	0.125	0.346	0.344	＜0.01	0.693
	Z8	0.555	8.075	4.689	0.800	0.125	0.346	0.344	＜0.01	0.796
	Z9	1.540	6.380	2.894	0.800	0.083	0.132	0.344	＜0.01	2.014
	Z10	0.548	8.174	3.792	0.800	0.125	0.427	0.344	＜0.01	0.789
	Z11	1.222	6.380	2.894	0.499	0.125	0.132	0.122	＜0.01	2.241
	Z12	1.222	8.174	3.792	0.499	0.083	0.346	0.122	＜0.01	2.672

	용착금속 화학성분 분석결과(중량%)
	C	P	S	Si	Mn	Cr	Ni
비교예	Z1	0.032	0.015	0.008	0.037	1.18	24.61	11.14
	Z2	0.036	0.018	0.007	0.040	1.23	21.35	12.31
	Z3	0.028	0.020	0.009	0.053	1.74	23.97	12.54
	Z4	0.030	0.024	0.005	0.044	1.34	23.23	12.11
발명예	Z5	0.030	0.023	0.009	0.044	1.41	23.14	12.80
	Z6	0.028	0.015	0.012	0.048	1.25	23.81	12.44
	Z7	0.029	0.018	0.014	0.037	1.25	23.14	12.14
	Z8	0.034	0.018	0.008	0.054	1.55	24.78	13.10
	Z9	0.028	0.020	0.009	0.48	1.43	22.78	12.77
	Z10	0.030	0.024	0.015	0.34	1.26	22.80	12.30
	Z11	0.033	0.024	0.012	0.40	1.37	23.11	11.99
	Z12	0.029	0.018	0.005	0.42	1.41	24.53	12.20

표 4는 상기와 같이 제조된 각 와이어의 여러특성을 비교 평가하여 나타낸 것이다. 표 4에서 ◎는 아주 좋음, O는 좋음, △는 보통, X는 나쁨을 의미한다.

	기호	비드형상	용적크기	아크안정성	slag발생량	spatter발생량	조합비(A)
비교예	Z1	△	X	X	△	X	0.237
	Z2	X	O	X	△	△	0.118
	Z3	△	O	X	△	X	0.421
	Z4	△	△	△	X	X	3.501
발명예	Z5	O	△	△	O	O	0.553
	Z6	O	△	△	O	△	0.921
	Z7	△	O	O	O	O	0.693
	Z8	O	△	O	O	△	0.796
	Z9	O	O	O	△	O	2.014
	Z10	O	O	◎	◎	O	0.789
	Z11	O	△	O	△	△	2.241
	Z12	O	△	△	△	O	2.672

본 발명의 비교예 및 발명예의 작업성 및 기타 용접특성의 결과에 대해서는 표 2, 표 3, 표 4에서 나타내었으며, 발명예의 Z5∼Z12까지는 본 발명에서 제시하는 범위 내에 플럭스를 구성하는 화학성분의 조성 및 화학성분간의 비가 만족하는 것으로 작업성 평가결과 하향 및 수평필렛에서도 아주 양호한 용접작업성을 나타낸다. 또한 용착금속 화학성분상에서도 이재용접에 적합한 Cr, Ni 함량이 나타나며, 아크가 안정하고, 슬래그량이 적으며, 스패터 발생량이 적어 용접 후에도 수작업을 이행하지 않아도 된다. 그리고 비드외관 부분에서는 기존의 많은 오스테나이트계 스테인리스 용접재료와 유사하게 나타난다.

반면에 비교예 Z1∼Z4에서는 플럭스를 구성하는 화학성분 분석결과의 1종 내지는 2종이 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어나거나, 본 발명에서 제시하는 수식(1)의 범위를 벗어나는 경우로 비드 외관이 불량하거나 용접작업성이 불량하여 스패터 발생량이 많은 경우가 있었다. 게다가 슬래그 형성제가 많이 첨가된 경우는 용착금속 표면에 경도가 높고 박리성이 좋지 못한 슬래그가 많이 형성되어 수작업으로 슬래그 이탈을 실시해야만 하는 불편함이 발생했다.

비교예 Z1의 경우 TiO₂+SiO₂+Al₂O₃의 함량이 0.1%미만이고 알카리 산화물의 함량이 너무 적게 첨가되어 용적이행이 스프레이와 입적 이행(globular transfer)형의 반복으로 나타났으며, 조합비(A) 범위를 벗어나는 플럭스 구성으로 용접시 아크안정성이 나쁘고, 용접시 스패터 발생량이 많았다.

비교예 Z2의 경우도 Z1과 마찬가지로 TiO₂+SiO₂+Al₂O₃의 함량이 낮아서 우수한 아크안정성을 확보하기 어려웠고, 게다가 비드형상도 거칠었으며, Cr 함량이 낮아 본 발명의 용도에 적합한 화학성분을 확보하기 어려웠다. 그리고 조합비(A) 범위가 너무 낮게 구성되어 전체적인 용접작업성이 나빴다.

비교예 Z3의 경우는 알카리 산화물의 함량이 1.879%로 높아 부드러운 아크이행이 형성되지 않고, 스패터가 다소 발생하였으며, 상대적인 슬래그량을 증가시켜 단위시간당 용착량(용착효율)을 감소시켰다. 그리고 용접금속 내로 Mn의 함량이 지나치게 높게 되어 용착금속 내의 Mn 함유량을 증가시켰다.

비교예 Z4는 화학성분상에서는 문제가 될 부분은 없었으나 용접시 아크 안정성 확보를 위한 상기의 조합비(A) 범위를 벗어나 아크가 다소 불안했으며, 슬래그량이 많아 슬래그를 해머등 수작업으로 박리시켜야 하는 문제가 발생하였다. 그리고 아크 이행시 스프레이 이행형태와 입적이행(globular transfer)형태가 반복적으로 나타나 큰 스패터가 발생하는 문제가 있었다.

한편 본 발명에서는 그 용접방법면에서 자동용접(Robot외)에 적합하도록 우수한 송급성을 확보하는데도 촛점을 두었다. 송급성 향상을 위해서 무엇보다 중요한 것은 와이어 표면상태와 와이어 표면조도 및 표면 피막의 경도를 확보하는 것이다. 이들을 확보했을 때 우수한 송급성을 얻을 수 있다는 사실을 염두하고 표면상태의 개선을 실시했다. 1차 신선시 발생하는 가공경화 문제를 해결하기 위해서 1000℃이상으로 열처리를 실시하고, 2차 신선실시 후 와이어 표면에 신선 후 잔류하는 신선윤활 풀(Pool)과 산화피막을 제어하기 위하여 초기 350 ±α℃에서 장시간 열처리를 실시하여 와이어 표면에 경도가 높은 Cr₂O₃를 형성시켰다. 그러나 피막 자체의 경도는 높았지만 와이어 표면의 신선윤활 풀(Pool)이 작아서 균일도포가 어려웠으며, 특히 용접시 차폐가스 2% O₂+ 98% Ar 및 100% Ar을 사용함에 따른 건식 윤활제의 흑색 산화물의 형성으로 용접부 근처에 잔류하는 문제점이 발생하였다. 게다가 와이어 표면에 잔류하는 신선윤활제 풀(Pool)의 유량이 적을 경우 송급성이 불안하다는 사실을 확인하고, 1차 신선 후 1100℃이상으로 열처리된 와이어를 준비하여 2차 신선을 실시하는데 있어 습식윤활제를 사용해 신선함으로써 와이어 표면산화피막을 제어하였다. 습식신선에 따른 와이어 표면상태가 본 발명에서 요구하는 와이어 표면특성을 만족시켰다. 그 결과 2차 신선 후 실시하던 350℃ 열처리 공정을 생략할 수 있었고, 결과적으로 제품의 우수한 송급성을 확보할 수 있었으며, 특히 자동용접(robot외)에서 가장 기본인 재아크성을 우수하게 얻을 수 있었다.

상기와 같은 본 발명에 따르면 무엇보다도 본 발명의 스테인리스강 용접용 메탈 코어드 와이어는 기존의 많은 스테인리스강 용접재료에서 사용되어지는 차폐가스를 100% CO₂에서 100% Ar 또는 98% Ar+2O₂로 바꿈으로써 환경친화적인 부분에서 우수성이 인정되고, 스테인리스 용접재료이면서도 메탈계통의 플럭스를 많이 사용하여 단위시간당 용착량(용착효율)을 높여 작업능률성 또한 향상시켰을 뿐만 아니라 와이어 표면 산화피막과 신선 후 발생하는 신선윤활 풀(pool)을 제어하여 기존의 많은 스테인리스 용접재료가 와이어 표면신선윤활제 탈지작용 및 제품의 송급성 향상을 위해 제조공정에서 실시하는 베이킹(baking, 와이어 표면에 건식 산화피막을 형성시키기 위한 열처리) 공정을 실시하지 않아도 송급성의 우수성을 확보하게 되었다. 즉, 본 발명품을 제조하는데 있어 제조공정 전체 리딩시간(Cycle time)을 줄임으로써 제품 생산성을 높일 수 있다는 부분에서 그 효과가 부각된다.

Claims

오스테나이트계 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어로서, 상기 와이어의 외피는 저탄소 스테인리스강으로 하며, 상기 외피 내부에 충진되는 플럭스는 와이어 전중량에 대하여 C : 0.02% 이하, P : 0.02% 이하, S : 0.01% 이하, Cr : 5.0∼12%, Ni : 1.0∼6.0%, Mn : 0.3∼1.5%, Si : 1.0% 이하, 알카리 산화물인 MgO, Na₂O, K₂O, CaO 중에서 적어도 한가지 이상을 0.1∼1.0%, 철분과 아크 안정제 : 0.1∼10%, TiO₂+SiO₂+Al₂O₃의 산화물 합 : 0.1∼3.0%을 첨가하되, TiO₂, SiO₂, Al₂O₃및 Mn은 하기 식(1)의 조합비(A)가 0.3∼3.0%를 만족함을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어.

.....................식(1)
제 1항에 있어서, 상기 오스테나이트계 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어는 1차 신선 후 1100℃이상으로 열처리하여 2차 신선을 실시하되 2차 신선은 습식윤활제를 사용해 신선됨을 특징으로 하는 오스테나이트계 스테인리스 용접용 메탈 코어드 와이어.