KR20030052604A

KR20030052604A - 티타니아계 플럭스 충전 와이어

Info

Publication number: KR20030052604A
Application number: KR1020010082621A
Authority: KR
Inventors: 김우열
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-06-27
Also published as: KR100513632B1

Abstract

용착금속 수소함량이 낮은 티타니아계 플럭스 충전 와이어가 제공된다.

따라서 본 발명은, 강외피에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스 충전 와이어에 있어서, 상기 플럭스는, 자체중량%로, 루타일샌드: 35∼45%, 뮬라이트샌드+지르콘샌드:1∼4%, 장석:0.8∼2.3%, 마그네시아 크링커: 2.5∼4.5%, 철분:20∼32%, 망간과 망간 합금철의 합:4∼8%, Mg-Al합금:1.5∼3%, 실리콘-망간 합금철:15∼23% 및 불화물:1∼3%를 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 티타니아계 플럭스 충전와이어에 관한 것이다.

본 발명은 확산성 수소함량이 낮은 용착금속을 얻을 수 있는 티타니아계 플럭스 충전와이어의 제조에 유용하다.

Description

티타니아계 플럭스 충전 와이어 {TITANIA BASED FLUX CORED WIRE }

본 발명은 확산성수소 함량이 낮은 용착금속을 얻을 수 있는 티타니아계 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 탈산제로서 실리콘-망간 합금철을 불화물과 함께 사용함으로써 확산성 수소함량이 낮은 용착금속을 얻을 수 있는 티타니아계 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

티타니아계 플럭스 충전 와이어는 우수한 용접작업성으로 인해 연강 및 고장력강의 구조물 등에 폭넓게 적용되고 있다. 그러나 티타니아계 플럭스 충전 와이어는 TiO₂등의 산성산화물을 주체로 하는 플럭스로 이루어져 있어 일반적으로 용착금속의 확산성수소 함량이 높은 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 종래기술의 일예로서 일본 특개소62-286699호에 개시된 발명을 들 수 있다. 상술하면, 상기 공개공보에는 플럭스 충전와이어에 충전하는 고티타니아계 용접재료용 원료의 함유 전 수소량을 80ppm이하로 제어함으로써 용착금속의 확산성 수소량을 저감하는 방법을 개시하고 있다.

그러나 상기 방법은 그 목적을 달성하기 위해 플럭스 원료 중 티탄산화물의 결정수를 소둔등의 처리를 통해 감소시키는 복잡한 방법을 이용하고 있어 제조공정이 복잡하고 비경제적이라는 문제를 내포하고 있다.

따라서 본 발명자는 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하였으며, 그 결과, 종래 탈산제로서 사용되는 실리콘 합금철, 망간 합금철 대신에 실리콘-망간 합금철을 불화물과 함께 사용함으로써 확산성 수소함량이 낮은 용착금속을 얻을 수 있는 티타니아계 플럭스 충전 와이어를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 강외피에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스충전 와이에 있어서, 상기 플럭스는, 자체중량%로, 루타일샌드: 35∼45%, 뮬라이트샌드+지르콘샌드:1∼4%, 장석:0.8∼2.3%, 마그네시아 크링커: 2.5∼4.5%, 철분:20∼32%, 망간과 망간 합금철의 합:4∼8%, Mg-Al합금:1.5∼3%, 실리콘-망간 합금철:15∼23% 및 불화물:1∼3%를 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 티타니아계 플럭스 충전와이어에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 확산성 수소량이 낮은 용착금속을 얻을 수 있는 티타니아계 플럭스 충전와이어를 제공함을 그 목적으로 하는 것으로, 이러한 목적달성을 위하여 본 발명의 와이어를 구성하는 플럭스는 다음과 같이 그 성분 및 범위가 적정하게 제어될 것이 요구된다.

먼저, 본 발명의 와이어를 구성하는 플럭스는, 플럭스에 그 자체에 대한 중량%로(이하, 단지 %라 한다) 루타일샌드(rutile sand)35∼45%를 포함하여 구성된다. 루타일샌드는 TiO₂가 주성분인 광물로써 슬래그 형성제 및 아아크 안정제의 역할을 한다. 만일 플럭스 중의 함량이 35%미만일 경우 슬래그의 양이 충분치 않아 비드외관이 불량해지거나 용접작업성이 떨어지는 문제가 있고, 45%를 초과하여 첨가하는 경우 슬래그 생성량이 과도하여 용착금속내에 슬래그 혼입이나 피트(pit) 등의 용접결함이 발생할 확률이 높다.

또한 뮬라이트샌드(mulite sand)와 지르콘샌드(zircon sand)의 합을 1∼4%로 제한한다. 뮬라이트샌드는 Al₂O₃와 SiO₂가 주성분인 광물이고, 지르콘샌드는 ZrO₂와 SiO₂로 이루어진 광물인데, 두 광물 모두 슬래그 형성제로써 함께 첨가되어 용접비드 특히, 상진용접 비드의 형상을 개선하는데 주로 사용된다.

만일 플럭스 중의 함량이 1%미만인 경우 비드형상의 개선 효과가 미비하며, 4%를 초과하여 첨가될 경우 슬래그 생성량이 과도하여 용착금속내에 슬래그 혼입 등의 결함이 발생하기 쉽고, 또한 아아크 안정성이 저하되기 쉽다.

본 발명에서 장석(feldspar)의 함량은 0.8-2.3%로 제한한다.

장석(feldspar)은 SiO₂와 K₂O 및 Al₂O₃가 주성분인 광물로써, 슬래그 형성제로 사용되며 슬래그의 점성에도 영향을 미친다. 만일 플럭스 중의 함량이 0.8%미만인 경우 슬래그의 점성이 높아 용접비드 퍼짐성이 떨어지며, 2.3%를 초과하는 경우 슬래그의 점성이 낮아 용착금속이 흘러내리는 문제가 발생한다.

마그네시아 크링커(magnesia clinker)의 함량은 2.5∼4.5%로 제한한다.

마그네시아 크링커(magnesia clinker)는 MgO를 주성분으로 하는 광물인데, 슬래그 형성제로 사용되며 용착금속의 인성에도 기여한다. 만일 플럭스 중의 함량이 2.5%미만인 경우 비드 형상개선 및 용착금속 인성향상 효과를 기대하기 어렵고, 4.5%를 초과하여 첨가되는 경우 아아크 안정성을 저하시켜 용접작업성이 떨어지는 문제가 발생한다.

본 발명의 와이어를 구성하는 플럭스는 철분을 20∼32% 포함한다.

철분은 용착금속량을 증가시켜 용접효율을 높이기 위해 첨가되는 것으로써 20%미만으로 첨가되면 그에 따른 효과가 미비하며, 32%를 초과하여 첨가되는 경우 슬래그 형성제의 양이 상대적으로 감소하여 스패터의 증가, 아아크 안정성의 저하로 용접작업성이 떨어지는 문제를 일으킨다.

본 발명은 망간(Mn)과 망간 합금철(Fe-Mn)의 합을 4∼8%로 제한한다.

망간과 망간 합금철은 탈산제로 작용하며, S의 편석에 의한 저융점 화합물의 형성을 방지하여 고온균열을 방지하는 역할을 한다. 또한, 용착금속내에 잔류하여 인성을 증가시키면서 탈산을 촉진시키는 효과를 나타낸다.

그러나 만일 플럭스 중의 함량이 4%미만인 경우에는 그 효과를 얻을수 없으며, 8%를 초과하면 아아크의 안정성과 용융성이 감소하고 강도가 과다하게 증가하여 균열의 원인이 되기도 한다.

Mg-Al합금의 함량은 1.5∼3%로 제한한다.

Mg-Al합금은 강력한 탈산제로써 용접금속의 충격인성향상에 기여한다. 그러나 플럭스 중의 함량이 1.5%미만인 경우 탈산효과가 미비하고, 3%를 초과하여 첨가되면 과도한 탈산 및 합금첨가로 용접금속의 강도가 과다하게 증가하는 문제가 있다.

또한 본 발명의 와이어를 구성하는 플럭스는 실리콘-망간 합금철(Fe-Si-Mn) 을 15∼23%범위로 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

실리콘-망간 합금철은 탈산제로 사용되는 합금철의 일종이다. 실리콘-망간 합금철은 종래에 사용하던 실리콘 합금철, 망간 합금철에 비해 보다 균일한 탈산효과를 나타내며, 불화물과 함께 적정량을 함유시킬 경우 용착금속의 확산성 수소량 저감에도 크게 기여한다.

그러나 플럭스 중의 함량이 15%미만일 경우 상기의 탈산 및 탈수소효과를 얻을 수 없으며, 23%를 초과하여 첨가하는 경우 과도한 탈산 및 합금 첨가로 인해 용접금속의 과다한 강도증가와 인성 저하 및 그에 따른 내균열성 저하의 문제가 발생한다.

본 발명은 또한 불화물을 1∼3%로 제한함을 특징으로 한다.

불화물은 용착금속의 확산성 수소량을 낮추는데 기여한다. 그러나 플럭스 중의 함량이 1%미만일 경우 탈수소효과를 기대할 수 없고, 3%를 초과하는 경우에는 스패터의 증가 등으로 용접작업성이 나빠지는 문제가 발생한다.

나아가 상기 불화물은 NaF와 Na₃AlF₆로 이루어진 것이 더 바람직한데, 이는 NaF가 탈수소 작용은 물론 아아크 안정성에도 영향을 미치는 불화물로써, 강력한 탈수소제인 Na₃AlF₆와 함께 첨가될 때 탈수소작용과 아아크 안정성을 동시에 만족시키는 효과가 있음은 물론, 실리콘-망간 합금철과 함께 첨가될때 다른 불화물에 비해 높은 용착금속 확산성 수소량 저감효과를 나타내기 때문이다.

더 나아가 상기 NaF의 함량을 Na₃AlF₆의 함량보다 높게하여 첨가시키면 탈수소작용과 아아크 안정성을 극대화시킬수 있어 보다 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

연강제 외피에 티타니아계 플럭스를 충전하여 선경 1.4mm의 티타니아계 플럭스 충전와이어를 제조하여 준비하였다. 이때, 연강제 외피는 외피 전중량에 대한 중량%로 C:0.02%, Si:0.05%, Mn:0.20%, P:0.01%, S:0.009%의 조성을 갖는 것이었고, 플럭스는 플럭스 전중량에 대해 중량%로 하기 표1과 같은 조성을 갖는 것이었다.

하기 표 1에 제시된 바와 같은 플럭스 충전와이어를 이용하여 아래의 용접조건으로 용접을 실시하고, 용접후 용접금속의 확산성 수소함량 (가스크로마토그래피법으로 측정한 량) 및 충격강도(-20℃에서의 샤르피 흡수에너지 측정), 용접작업성(아아크안정성, 용융성, 슬래그박리성, 스패터발생량 등을 종합평가)을 조사하여 표 2에 나타내었다. 이때, 용접작업성은 매우 양호한 경우를 ◎, 양호한 경우를 Ｏ, 보통을 △, 그리고 불량은 ×로 평가하였다.

용접조건

극성 : DC(+)

전류 : 300A

전압 : 31V

보호가스 : CO₂20ℓ/min

구분	No	루타일샌드	뮬라이트샌드	지르콘샌드	장석	마그네시아 크링커	철분	망간	망간합금철	실리콘 합금철	Mg-Al합금	실리콘 망간 합금철	불화물
실시예	1	40	1.25	0.5	2	3.5	24.5	-	5	-	2.5	19	1.75
	2	42	1.5	1.5	1.5	3	20	2.5	2	-	1.5	23	1.5
	3	38	1.5	1	1	4	27	4	-	-	2	20	1.5
	4	35	2	1.7	2.3	4.5	28	3	3.5	-	3	15	2
	5	37	0.5	0.5	2	3.5	26	3	5	-	2.5	18	2
	6	39	2.5	1.5	0.8	3.2	26	-	4	-	2	19	2
	7	45	1	0.5	1.5	2.5	25	4	-	-	2	17	1.5
	8	37	1	0.5	1	2.5	32	1	3	-	2	19	1
비교예	1	45	1.5	1	0.5	1.5	28	-	10	7	3	-	2.5
	2	43	1	1	1	2	28	1.5	5	-	2	15	0.5
	3	50	1.5	0.5	1.5	3	15	-	18	5.5	3.5	-	1.5
	4	32	0.5	1	1.5	3.5	35	-	11	7	2	5	1.5
	5	37	1	0.5	2	3	27	2	2.5	-	3	18	4
	6	48	0.5	1	1.5	2.5	18	-	19	6.5	2.5	-	0.5
	7	41	1.5	0.5	2.5	5	23	3	2	-	1	20	0.5
	8	43	2	1.5	1.5	3	26	2	5	-	2	12	2
	9	35	1.5	1	2	2.5	21	4	-	-	1.5	30	1.5

구분	NO.	확산성수소량(ml/100g)	용접작업성	충격강도(-20℃,J)
실시예	1	2.9	◎	69
	2	3.1	◎	71
	3	3.2	Ｏ	82
	4	2.7	Ｏ	87
	5	3.5	Ｏ	80
	6	2.1	Ｏ	79
	7	3.5	◎	62
	8	3.2	Ｏ	78
비교예	1	7.1	Ｏ	40
	2	7.9	Ｏ	52
	3	8.4	Ｏ	29
	4	8.5	×	39
	5	9.1	△	56
	6	12	△	29
	7	9.9	△	41
	8	5.7	Ｏ	58
	9	5.8	Ｏ	40

상기 표1과 표2에서 나타난 바와 같이, 티타니아계 플럭스 충전와이어를 구성하는 플럭스의 조성이 본 발명범위를 만족하는 실시예(1-8)은 모두 용접작업성이 양호하고 용착금속의 확산성 수소함량도 낮으며, 아울러 충격강도도 매우 우수 함을 알 수 있다.

이에 대하여, 플럭스성분이 본 발명범위를 벗어난 비교예(1-9)는 용착금속의 확산성 수소함량이 높고 아아크 안정성과 충격강도도 만족스럽지 못하였다.

특히, 비교예(2,5,8,9)는 대부분의 성분이 본 발명의 조성범위내에 있지만 실리콘-망간합금철과 불화물 중의 한 성분이 본 발명범위를 벗어난 것으로써, 용접작업성이나 충격강도는 어느정도 양호하지만 용착금속의 확산성 수소량은 본 발명의 플럭스 충전와이어에 비해 상당히 높은 수준이었다.

상술한 바와같이, 본 발명은 실리콘-망간 합금철을 탈산제로 이용함과 아울러, 적정량의 불화물과 플럭스의 구성성분을 제어함으로써, 확산성 수소함량이 낮은 용착금속을 얻을 수 있는 티타니아계 플럭스 충전 와이어를 제조함에 유용한 효과가 있다.

Claims

강외피에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스 충전 와이어에 있어서,

상기 플럭스는, 자체중량%로, 루타일샌드: 35∼45%, 뮬라이트샌드+지르콘샌드:1∼4%, 장석:0.8∼2.3%, 마그네시아 크링커: 2.5∼4.5%, 철분:20∼32%, 망간과 망간 합금철의 합:4∼8%, Mg-Al합금:1.5∼3%, 실리콘-망간 합금철:15∼23% 및 불화물:1∼3%를 포함하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 티타니아계 플럭스 충전와이어
제 1항에 있어서, 상기 불화물은 NaF와 Na₃AlF₆로 이루어진 것임을 특징으로 하는 티타니아계 플럭스 충전와이어
제 2항에 있어서, 상기 불화물에서 NaF함량 ＞ Na₃AlF₆함량 인 것을 특징으로 하는 티타니아계 플럭스 충전와이어