KR20040050294A

KR20040050294A - Flux cored wire for ferritic stainless steel

Info

Publication number: KR20040050294A
Application number: KR1020020078086A
Authority: KR
Inventors: 장종훈
Original assignee: 고려용접봉 주식회사
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2004-06-16

Abstract

PURPOSE: A flux cored wire used for welding ferrite-based stainless steel is provided to prevent an exhaust system of a vehicle from being clogged by minimizing an amount of slag. CONSTITUTION: A flux cored wire includes an outer skin and a flux. The outer skin of the flux cored wire includes less than 0.03 weight % of C, less than 0.03 weight % of Si, 0.15 to 0.45 weight % of Mn, less than 0.02 weight % of P, and less than 0.02 weight % of S. The flux includes 0.1 to 2.0 weight % of Si, 0.1 to 3.0 weight % of Mn, 12.0 to 25.0 weight % of Cr, 0.1 to 3.0 weight % of Ti, 0.1 to 3.0 weight % of Mo, and 0.3 to 1.5 weight % of (Ti+Nb)/Mo. The flux cored wire has impurities including less than 0.02 weight % of C, less than 0.02 weight % of P, less than 0.01 weight % of P, and less than 0.01 weight % of N.

Description

Flux cored wire for ferritic stainless steel

본 발명은 자동차 배기계부재등의 내열성과 내충격성이 요구되는 용접에 사용되고,용접금속의 내산화성이 우수함과 동시에 용접 비용을 현저히 저감 시킬 수 있으며, 용접재료의 경제성 뿐만 아니라 생산성을 향상시킨 페라이트계 스테인리스강 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.Industrial Applicability The present invention is used for welding requiring heat resistance and impact resistance of automobile exhaust system members and the like, and has excellent oxidation resistance of the weld metal and can significantly reduce welding cost, and improves productivity as well as economical efficiency of welding materials. A flux cored wire for welding steel.

최근 자동차배기계용 부재에는 엔진의 고출력화나 연비향상에 따른 내식성 향상, 고온강도에 우수한 박판용 스테인리스 파이프강, 플레이트강이 많이 생산, 적용되고 있으며, 용접재료 또한 사용부재의 특성을 적절히 만족시키지 않으면 안 되는 실정이다. 그래서 능률성이 우수하고, 훌륭한 용접 작업성을 가진 페라이트계 스테인리스 용접용 플럭스 코오드 와이어의 적용이 확대되고 있다.In recent years, automotive exhaust systems have been produced and applied in many cases, such as stainless steel pipe steel and plate steel, which are excellent in corrosion resistance due to high engine power and fuel efficiency, and high temperature strength. It is true. Therefore, the application of the flux cord wire for ferritic stainless steel welding which is excellent in efficiency and has excellent welding workability is expanding.

그러나 이 같은 스테인리스강용 플럭스 코오드 와이어는 종래의 솔리드 와이어 용접에 비해 용접 후 슬래그 발생량이 많은 문제점을 안고 있다. 특히 자동차 배기부재의 용접에 스테인리스강용 플럭스 코오드 와이어를 용접하면 용접부 중에 슬래그가 잔존하는 것은 물론이고 이것이 배기부재를 막히게 하는 부작용이 있다. 이 같은 문제점을 해결하기 위해서 와이어 중량에 대한 화학성분을 적정량 줄이거나 규정함에 따라 용접 시 발생되는 슬래그량을 억제 시킬 수 있다고 제안하고 있다. (일본 특개평05-30557) 다시 말해 이것은 슬래그 발생량 저감에 따른 용접 작업성의 저하, 스패터 다량 발생등의 문제점에 대해 합금금속의 화학성분 함유량을 적정하게 규정하여 개선하지 않으면 아니된다는 말이다.However, such a flux cord wire for stainless steel has a large amount of slag generation after welding compared to conventional solid wire welding. In particular, when welding the flux cord wire for stainless steel to the welding of the vehicle exhaust member, not only slag remains in the welding portion but also has a side effect of clogging the exhaust member. In order to solve this problem, it is proposed that the amount of slag generated during welding can be suppressed by appropriately reducing or defining the chemical composition of the wire weight. In other words, this means that the chemical content of the alloying metal must be appropriately defined and improved for the problems such as decrease in welding workability and large amount of spatter caused by slag generation.

특히 값비싼 Nb, Mo, Ti, V등을 적절히 조합하여 구성시켰을 경우 능률성이 향상되고, 용접비용을 현저히 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 슬래그량 또한 줄일 수 있다.In particular, the combination of expensive Nb, Mo, Ti, V, etc., if properly configured, the efficiency is improved, not only can significantly reduce the welding cost, but also the slag amount can be reduced.

게다가 종래에는 자동차 생산량의 증대등으로 배기부재를 납품하는 업체를 살펴보면 박판 스테인리스강 부재 표면에 가공시 부착된 기계유나 가공유등이 완전히 제거되지 않은 채 용접되고 있는 게 사실이다. 기존의 스테인리스강용 플럭스 코오드 와이어의 경우 이러한 부재로 특히 차페가스가 1∼5%O₂+ 99∼95%Ar인 경우 용접 표면결함을 많이 생성시켜 배기부재를 제작, 납품하는 업체의 용접재료를 비롯한 수가공비등 시공비용을 상승시키는 단점을 가지고 있다. 물론 기계유나 가공유의 표면 잔류량에 따라 그 정도는 다르겠지만 이것이 육안으로 완전히 제거되었다 하더라도 플럭스 코오드 와이어는 이와 관련하여 용접결함 에 민감성을 보인다. 이러한 문제점 또한 와이어 내의 합금성분을 적절히 규정하고, 조합하여 제어함으로써 현저하게 줄이고, 없앨 수 있는 부분이다. 그리고 요즘 같이 국제화 시대는 자동차의 수출이 다양한 기후 조건을 가진 세계 각지로 확산되면서 자동차 배기계 부재에 요구되어지는 물성은 점점 엄격해지고 있으며, 이러한 요구에 따라 배기부재의 Cr의 함량을 높인 원자재의 생산이 증가하고 있다. 이러한 추세에 따라 고온 내산화성, 내열피로성, 고온강도가 우수한 페라이트계 스테인리스강 용접용 플럭스 코오드 와이어의 다양한 개발이 절실히 요구되고 있으며, 특히 자동차 배기부재는 850∼1000℃정도의 고온에서 심하게 산화 또는 가열·냉각이 반복되는 부재이어서 용접 작업성 뿐만 아니라 다양한 부분에서의 특성을 요하고 있다.In addition, conventional companies supplying exhaust members due to an increase in automobile production, etc., are actually welded on the surface of thin stainless steel members without completely removing machine oil or processing oil attached to the surface. In the case of the conventional flux cord wire for stainless steel, such a member generates a lot of weld surface defects, especially when the shield gas is 1 to 5% O ₂ + 99 to 95% Ar, including the welding material of a company that manufactures and supplies exhaust members. It has the disadvantage of increasing construction cost such as manual cost. Of course, depending on the amount of surface oil remaining in the machine or process oil, the extent is different, but even if it is completely removed, the flux cord wire is susceptible to welding defects in this regard. This problem is also a part that can be markedly reduced and eliminated by properly defining the alloy components in the wire and controlling them in combination. In recent years, as the export of automobiles is spreading to various parts of the world with various climatic conditions, the physical properties required for the exhaust system of automobiles are becoming more and more stringent. It is increasing. According to this trend, various developments of the flux cord wire for ferritic stainless steel welding excellent in high temperature oxidation resistance, thermal fatigue resistance, and high temperature strength are urgently needed. · It is a member with repeated cooling, which requires not only welding workability but also characteristics in various parts.

상기와 같은 문제점을 고려하여 일본국 특개평09-085491에서는 페라이트계 스테인리스강을 외피로 사용하는 대신 연강용 외피를 사용함으로 비용 저감의 효과를 시도하고 합금성분 규제에 따른 슬래그량을 저감 시키려고 시도하였으나 몇 가지 문제점을 안고 있다. 단순히 연강용 외피를 사용하여 신선의 효과를 극대화하기에는 부족한 부분이 있는데, 즉 신선시 발생되는 가공경화를 완화시켜주기 위한 열처리가 반드시 수반되어야만 되는 문제점을 해소할 수는 없다는 것이다.In consideration of the above problems, Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-085491 attempts to reduce the cost by using a mild steel shell instead of using ferritic stainless steel as an outer shell and to reduce the amount of slag due to the regulation of alloy components. There are some problems. It is not enough to simply maximize the effect of drawing by using a mild steel jacket, that is, it is not possible to solve the problem that must be accompanied by heat treatment to mitigate the work hardening occurs during the drawing.

뿐만 아니라 다양하게 설계된 제품을 평가하는데 있어 차폐가스를 20%CO₂+ 80%Ar을 사용함으로써 발생되는 슬래그량의 많고 적음을 명확하게 측정하였다고 보기 어렵다. 페라이트계 스테인리스강 용접재료는 1∼5%O₂+ 99∼95%Ar을 차폐가스로 사용하는 게 일반적이다. 게다가 20%CO₂는 용접 시 CO₂가 분해하여 CO, O₂로 되어 용접부재 표면 기계유를 태워 충분히 산화시킬 수 있으므로 용접재료의 용접결함 발생 민감도에 대해서는 확인되었다고 보기는 어렵다.In addition, in evaluating various designed products, it is difficult to clearly measure the large and small amount of slag generated by using 20% CO ₂ + 80% Ar as the shielding gas. In ferritic stainless steel welding materials, 1 to 5% O ₂ + 99 to 95% Ar is generally used as the shielding gas. In addition, since 20% CO ₂ is decomposed when CO ₂ is decomposed into CO and O ₂ , it can be sufficiently oxidized by burning machine oil on the surface of the welding member, so it is hard to say that the sensitivity of welding defect generation of the welding material is confirmed.

일본국 특개평08-108295에서는 JIS SUS 430LX와 SUS444등에서 규정하는 Nb을 함유한 페라이트계 스테인리스강을 와이어 외피로 사용하여 제품을 제조, 품질을 평가 하였다. 그러나 페라이트계 스테인리스강을 외피로 사용하면 외피 자체의 가격이 비쌀 뿐만 아니라 신선 시 나타나는 가공경화를 줄이기 위해 1100℃ 근처로 열처리가 수반되어야 하며, 이러한 가공경화 현상 때문에 다이스 마모등으로 신선속도를 높이기 어려워 원재료의 경제성 뿐만 아니라 생산성까지 떨어지는 문제점을 안고 있다.In Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-108295, a ferrite-based stainless steel containing Nb specified in JIS SUS 430LX and SUS444 was used as the wire sheath to manufacture and evaluate the quality of the product. However, when ferritic stainless steel is used as the outer shell, the outer shell itself is expensive and the heat treatment must be accompanied around 1100 ° C in order to reduce the work hardening that occurs during the drawing, and it is difficult to increase the drawing speed due to die wear. Not only the economics of raw materials but also the productivity falls.

일본국 특개평07-124785의 경우는 상기의 문제점을 화학성분을 규제함으로써 충분히 해결할 방법이라 여겨지며, 특히 스테인리스강 플럭스 코오드 와이어를 생산하는데 있어 Seamless type 제조 후 도금을 하여 제품의 송급성을 향상시키는 부분은 장점으로 부각된다.In the case of Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-124785, the above problems are considered to be sufficiently solved by regulating the chemical composition. Especially, in the production of stainless steel flux cord wire, the part which improves the supplyability of the product by plating after seamless type manufacturing Is an advantage.

그러나 Seamless type 자체를 제조하는데는 상당히 느린 속도의 신선이 되어지지 않으면 안된다는 문제점을 알려져 있다.However, it is known that the manufacturing of the seamless type itself has to be done at a very slow speed.

뿐만 아니라 도금이라는 공정에서 소요되는 경비는 물론이고 도금 시 역시속도를 고속으로 했을 경우 도금층 박리현상이라던지 불완전한 도금으로 인해 오히려 역효과가 있으므로 저속으로 도금하지 않으면 안되는 단점이 있다. 따라서 이 두 부분을 감안해 볼 때 역시 경제성, 생산성에서 용접재료의 가격을 상승시키는 것은 자명한 사실이다. 이에 본 발명자는 플럭스 코오드 와이어 외피를 극연강으로 제한함과 동시에 다양한 시험으로 플럭스 조성에 대해 연구한 결과 제조단가는 물론이고, 용접 작업성이 우수하면서도 발생되는 슬래그량을 최소화하여 용접 후 자동차 배기부재의 막힘현상을 없앴으며, 고온강도와 내산화성 뿐만 아니라 용접 결함성이 우수한 페라이트계 스테인리스강 용접용 플럭스 코오드 와이어를 제시하게 된 것이다.In addition, the cost required in the plating process, as well as the high speed during the plating also has the disadvantage that the plating should be performed at a low speed since the plated layer peeling phenomenon or the incomplete plating has a reverse effect. Therefore, considering these two parts, it is obvious that the price of welding materials is also increased in economics and productivity. Therefore, the inventors limited the flux cord wire sheath to ultra-soft steel and at the same time studied the flux composition by various tests. It eliminated the clogging phenomenon, and presented a flux cord wire for ferritic stainless steel welding excellent in welding defects as well as high temperature strength and oxidation resistance.

본 발명은 상기의 종래기술 문제점을 감안하여 자동차 배기부품이나 그외 부재용 재료인 페라이트계 스테인리스강을 용접하는데 있어 고온강도, 내산화성, 내용접결함성이 우수한 용접금속을 얻을 수 있고,The present invention, in view of the above-mentioned problems in the prior art, can be obtained a welding metal excellent in high temperature strength, oxidation resistance, and weld resistance in welding ferritic stainless steel, which is a material for automobile exhaust parts and other members,

특히 3mm이하의 박판용접에서도 용락현상이 발생하지 않으며, 용접작업성이 우수하면서도 발생되는 슬래그량을 최소화함은 물론이고 제조단가를 현저히 감소시킴으로써 용접재료에 드는 비용을 최소화시킨 페라이트계 스테인리스강 용접용 플럭스 코어드 와이어를 제공함을 그 목적으로 한다.Particularly, welding of thin plates less than 3mm does not cause melting, and it has excellent welding workability, minimizes the amount of slag generated, and significantly reduces manufacturing costs, thereby minimizing the cost of welding materials. It is an object to provide a flux cored wire.

도 1 및 2는 본 발명의 와이어의 용접 작업성을 평가하기 방법을 나타낸 모식도이다.1 and 2 are schematic diagrams showing a method for evaluating the welding workability of the wire of the present invention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 금속외피가 C ≤0.03%, Si ≤0.03%, Mn 0.15~0.45%, P ≤0.02%, S ≤0.02%를 함유하는 JIS G3141 규격에 따른극연강이며,In order to achieve the above object, the present invention is a polar steel according to JIS G3141 standard, the metal shell contains C ≤0.03%, Si ≤0.03%, Mn 0.15 ~ 0.45%, P ≤0.02%, S ≤0.02% ,

플럭스는 와이어 전중량에 대하여 Si 0.1∼2.0%, Mn 0.1∼3.0%, Cr 12.0~25.0%, Ti 0.1~3.0%, Mo 0.1∼3.0% 및 (Ti + Nb)/Mo 0.3∼1.5%를 만족하며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물서 C 0.02%이하, P 0.02%이하, S 0.01%이하, N 0.01%이하이고, 특히 용접금속의 슬래그량을 최소화하기 위하여 TiO₂, SiO₂, Al₂O₃및 Mn가 하기 식(1)의 조합비(A)가 0.05 ~ 3.0%의 범위를 만족함을 특징으로 하는 페라이트계 스테인리스강 용접용 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것에 의해 달성된다.The flux satisfies 0.1 to 2.0% of Si, 0.1 to 3.0% of Mn, 12.0 to 25.0% of Cr, 0.1 to 3.0% of Ti, 0.1 to 3.0% of Mo and 0.3 to 1.5% of (Ti + Nb) / Mo. The remainder is Fe and inevitable impurities C 0.02% or less, P 0.02% or less, S 0.01% or less, N 0.01% or less, especially TiO ₂ , SiO ₂ , Al ₂ O ₃ to minimize the slag amount of the weld metal And Mn is a flux-cored wire for welding ferritic stainless steel, characterized in that the combination ratio (A) of the following formula (1) satisfies the range of 0.05 to 3.0%.

조합비(A)=( SiO₂+ (TiO₂+ Al₂O₃)/2) / (σ × Mn) ‥‥‥ 식(1) (단, σ는 1.2912)Combination ratio (A) = (SiO ₂ + (TiO ₂ + Al ₂ O ₃ ) / 2) / (σ × Mn) ‥‥‥ Formula (1) (where σ is 1.2912)

이하, 본 발명의 상기와 같은 구성에 따른 각 성분의 역할과 수치 한정의 이유를 설명한다.Hereinafter, the role of each component and the reason of numerical limitation according to the above structure of this invention are demonstrated.

본 발명에서는 플럭스 코어드 와이어의 외피로 스테인리스강 대신 연강을 사용하여 제조단가를 낮추었다. 특별히 연강 중에서도 JIS G3141에서 규정하는 극연강을 사용함으로써 신선 시에 발생하는 가공경화현상을 줄여 열처리의 필요성을 없앴으며, 다이스 마모를 줄여 다이스 소모량을 현저히 감소시킬 수 있게 하였다.In the present invention, the manufacturing cost was lowered by using mild steel instead of stainless steel as the shell of the flux cored wire. In particular, the use of ultra-soft steel specified in JIS G3141 eliminates the necessity of heat treatment by reducing the work hardening occurring during drawing, and significantly reduces die consumption by reducing die wear.

JIS G3141에서 규정하는 극연강은 C≤0.03%, Si≤0.03%, Mn 0.15~0.45%, P≤0.02% 및 S≤0.02%로 성분상의 규제가 엄격하지 않아 금속외피 제조가 용이하며, 수급이 쉬워 원재료 비용의 부담을 줄일 수 있다는 장점이 있다.The ultra-thin steel specified in JIS G3141 is C≤0.03%, Si≤0.03%, Mn 0.15 ~ 0.45%, P≤0.02% and S≤0.02%, so it is easy to manufacture metal shells because it is not strictly regulated in composition. It is easy to reduce the burden of raw material costs.

본 발명에서 상기의 규격의 극연강을 사용한 이유에 대해서는 다음과 같다.The reason for using the above-mentioned standard mild steel in the present invention is as follows.

C를 0.03% 이하로 규정한 이유는 저전류·저전압의 조건에서의 박판 용접 시 안정적인 용적이행(Spray type)을 위함이다. 또한 C는 Ti, Nb, Mo, Cr, V, N등과 결합하여 탄화물 혹은 질화물을 생성시키기 때문에 그 함량이 높을 경우 용접금속의 인성을 저하시키고, 균열을 유발시킨다. 뿐만 아니라 C가 높을 경우 용접금속 내부에 용접 블루홀을 생성시키고, 기계유 혹은 가공유와 반응하여 용접부 표면에 용접웜홀을 발생시켜 C를 0.03%이하로 규정하는 것이 바람직하다.The reason why C is set to 0.03% or less is for the stable spray type during thin plate welding under the condition of low current and low voltage. In addition, C combines with Ti, Nb, Mo, Cr, V, N and the like to form carbides or nitrides, so when the content thereof is high, the toughness of the weld metal is reduced and cracks are caused. In addition, when C is high, it is preferable to generate a welding blue hole inside the weld metal, and to generate a welding wormhole on the surface of the weld by reacting with the machine oil or the processing oil to define C as 0.03% or less.

Si는 용접금속의 탈산제로서 작용함과 동시에 내산화성을 향상시켜 용접금속의 연성, 인성을 좋게 할 뿐만 아니라 용접 비드(Bead) 외관을 미려하게 하기 위해서 0.03%이하로 규정하는 것이 바람직하다.Si is preferably set at 0.03% or less to act as a deoxidizer of the weld metal and to improve oxidation resistance to improve the ductility and toughness of the weld metal, as well as to enhance the appearance of the weld bead.

Mn의 경우 탈산제 역할 외에도 아크 안정제로서 작용되며, 비드(Bead) 외관에도 영향을 줄 수 있다. 그러나 그 함량이 높을 경우 마르텐사이트상을 석출시켜 용접금속의 기계적 특성을 떨어뜨리므로 0.15∼0.45%를 함유시키는 것이 바람직하다.In addition to the role of deoxidizer, Mn acts as an arc stabilizer and may affect the appearance of beads. However, if the content is high, the martensite phase is precipitated, thereby lowering the mechanical properties of the weld metal, so it is preferable to contain 0.15 to 0.45%.

P, S는 불가피한 불순물의 개념으로 완전히 배제시킬 수는 없고, 특히 그 함량이 높을 경우 균열을 발생시키는 문제점이 있으므로 제조단가등 모든 부분을 감안해 볼 때 0.02%이하이면 바람직하다.P and S cannot be completely excluded due to the concept of unavoidable impurities. In particular, since P and S have a problem of causing cracks when the content is high, it is preferable that the P and S be less than 0.02% in consideration of all parts such as manufacturing cost.

다음으로, 본 발명의 플럭스 조성에 대하여 설명한다.Next, the flux composition of this invention is demonstrated.

플럭스 내부에서 규정한 C≤0.02%, P≤0.02%, S≤0.01%, N≤0.01%는 불가피한 불순물로서 규제하며 특히 N는 C와 마찬가지로 함량이 높을 경우 용접금속내에서 질화물, 탄화물을 생성시켜 용접결함 발생 뿐만 아니라 기계적 특성도 떨어뜨리므로 각각을 C≤0.02%, N≤0.01%로 규정하였다. P, S는 역시 그 함량이 높을 경우 용접금속의 연성을 저해하고, 균열을 발생시키기 때문에 각각을 P≤0.02%, S≤0.01%로 규제하였다.C≤0.02%, P≤0.02%, S≤0.01% and N≤0.01% defined inside the flux are regulated as unavoidable impurities. Especially N, like C, generates nitrides and carbides in the weld metal when the content is high As well as the occurrence of weld defects, the mechanical properties are also reduced, so that each is defined as C≤0.02%, N≤0.01%. P and S were also regulated as P ≦ 0.02% and S ≦ 0.01% because the content of P and S also inhibited the ductility of the weld metal and caused cracks.

Si는 용접시 용적의 입경을 미세화하는 효과가 있으며, Si 함유량이 0.1%이하인 경우는 그 효과가 저하한다. 특히, 용접금속의 점성을 저하시켜 용접 시 유동성을 향상시키는 중요한 원소이며, 고온에서 고온강도를 증가시키고, 내식성을 우수하게 하는 특성을 가졌지만 그 함유량이 2.0%이상인 경우 스패터를 다량 발생시키고, 슬래그량을 증가시키므로 Si 0.1∼2.0%로 규정한다. 플럭스에는 Fe-Si, Al-Si, Ni-Si외 Si 합금물형태로 첨가된다.Si has an effect of making the particle size of the volume at the time of welding fine, and the effect falls when Si content is 0.1% or less. In particular, it is an important element that reduces the viscosity of the weld metal to improve the fluidity during welding, has the characteristics of increasing the high temperature strength at high temperatures and excellent corrosion resistance, but when the content is more than 2.0%, it generates a large amount of spatter, Since the slag amount is increased, Si is defined as 0.1 to 2.0%. The flux is added in the form of Fe-Si, Al-Si, Ni-Si and other Si alloys.

Mn은 오스테나이트 확장원소로서 Cr 및 Nb등의 페라이트 생성원소를 지정시켰을 경우 Mn 함유량이 3.0%를 초과했을 때 마르텐사이트상을 석출시켜 용접금속에서의 기계적 특성을 저해한다. 게다가 Mn은 용접금속에서의 탈산작용을 위해 첨가시켰을 뿐만 아니라 용접금속의 인성을 확보하는데 있어 없어서는 안될 중요한 원소이다. Mn의 함량은 0.1∼3.0%를 만족함과 동시에 슬래그량을 최소화시키기 위해 상기 식(1)의 조건을 만족해야 한다. 특히 식(1)의 조건을 만족했을 경우 저전류, 저전압 용접조건의 박판용접시 균일한 아크 이행현상을 유지할 수 있어 용락현상을 막을 수 있으며, 스패터 발생량도 저감시키는 효과를 기대할 수 있다. 플럭스 첨가형태로는 금속 Mn 또는 Fe-Mn 등의 Mn합금을 사용할 수 있다.In the case of designating ferrite elements such as Cr and Nb as austenite expansion elements, Mn precipitates martensite phase when the Mn content exceeds 3.0%, thereby inhibiting mechanical properties of the weld metal. In addition, Mn is not only added for deoxidation in the weld metal, but also an indispensable element in securing the toughness of the weld metal. The content of Mn must satisfy 0.1 to 3.0% and at the same time satisfy the conditions of the formula (1) to minimize the amount of slag. Particularly, when the condition of Equation (1) is satisfied, it is possible to maintain a uniform arc transition phenomenon during thin plate welding under low current and low voltage welding conditions, thereby preventing melting and reducing the amount of spatter generated. As the flux addition form, a metal Mn or Mn alloy such as Fe-Mn can be used.

Cr은 페라이트계 스테인리스강의 주요원소임과 동시에 내산화성에 기인하는 Cr2O3를 형성시키기 때문에 필수불가결원소이다. Ti, N의 결정립 미세화 및 Nb 함유량의 규제에 따라 Cr함량을 떨어뜨려도 충분한 내산화성을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 Cr 함유량이 12∼25%일 경우 자동차 배기부재 표면에 육안으로 식별하기 어려운 미량의 기계유나 가공유가 부착되어 있어도 용접 블루홀이나 웜홀과 같은 용접결함을 최소화할 수 있음을 확인할 수 있었다. 특히 Cr함유량이 본 발명의 범위 내에 있는 경우 SUS409에 SS41등의 이재용접에도 적용가능하다.Cr is an essential indispensable element because it is a major element of ferritic stainless steel and forms Cr2O3 due to oxidation resistance. Sufficient oxidation resistance can be obtained even if the Cr content is reduced according to the refinement of the grains of Ti and N and the regulation of the Nb content. In addition, when the Cr content is 12 to 25%, it is confirmed that welding defects such as welding blue holes or worm holes can be minimized even when a small amount of machine oil or processing oil is attached to the surface of the vehicle exhaust member, which is difficult to visually identify. In particular, when the Cr content is within the scope of the present invention, it is also applicable to welding of dissimilar materials such as SS41 to SUS409.

다양한 시험을 통해 상기의 내용을 확인할 수 있었으며, 용접 후 용접결함이나 기계적 특성 부분에서도 전혀 문제가 발생하지 않아 이재용접 특히 13%Cr강과 연강의 경우 본 발명의 제품을 사용했을 경우 기존의 SUS309에 비해 상당한 비용절감이 될 것으로 예상된다. 그러나 Cr함량이 12%이하인 경우에는 그 효과를 기대할수 없으며 특히 25%를 초과할 경우 용접금속의 연성을 저해시킬 뿐만 아니라 용접되어지는 부재 SUS430LX, SUS430J1L, SUS436, SUS444등보다 Cr함량이 높아지게 되어 자동차 배기부재가 1100℃이상의 온도로 상승하는 열 영향부에서 결정립의 조대화가 일어나 연성, 인성이 현저히 떨어지는 문제점이 발생된다. Cr은 Cr산화물이나 Cr합금물의 형태로 플럭스에 첨가된다.Through various tests, the above contents were confirmed, and no problems occurred in welding defects or mechanical properties after welding. In the case of dissimilar welding, especially in case of 13% Cr steel and mild steel, the product of the present invention was used as compared to the conventional SUS309. It is expected to be a significant cost reduction. However, if the Cr content is less than 12%, the effect cannot be expected. Especially, if the Cr content is more than 25%, it not only impairs the ductility of the weld metal, but also increases the Cr content than the welded members SUS430LX, SUS430J1L, SUS436, and SUS444. In the heat affected zone where the exhaust member rises to a temperature of 1100 ° C. or more, coarsening of crystal grains occurs, causing a problem in that ductility and toughness are significantly reduced. Cr is added to the flux in the form of Cr oxides or Cr alloys.

Ti은 용접금속의 결정립 미세화를 촉진시키기 위해 또는 아크 안정성을 위해 필요한 원소이다. 게다가 Ti 함유량 역시 Cr과 마찬가지로 0.1∼3.0%인 경우 기계유등과 미세하게 반응하여 용접결함 발생을 둔감시키는 작용을 하며, 그 함량이 0.1%미만인 경우는 이러한 효과를 볼 수 없었다. 3.0%이상인 경우 슬래그 발생량을 증가시켜 본 발명에서 추구하는 슬래그량의 최소화 목적을 달성할 수 없게 되며, Nb, Mo와의 적절한 조합비로 내균열성을 극대화 시킬 수 있음을 실험적으로 확인하였다. Ti는 Fe-Ti, Ni-Ti 외 Ti 합금형태로 플럭스에 첨가된다.Ti is an element necessary for promoting grain refinement of the weld metal or for arc stability. In addition, Ti content, like Cr, reacts finely with mechanical oils at 0.1 to 3.0% to reduce the occurrence of weld defects. If the content is less than 0.1%, this effect was not seen. When 3.0% or more increased the amount of slag generated can not achieve the objective of minimizing the amount of slag pursued in the present invention, it was experimentally confirmed that the crack resistance can be maximized by an appropriate combination ratio with Nb, Mo. Ti is added to the flux in the form of Ti alloys other than Fe-Ti and Ni-Ti.

Mo는 용접금속 중에 고용되어 내식성, 고온강도, 내고온염해성을 향상시키기 위해 필요한 원소이며, Nb, Ti과 적절하게 조합되어 첨가되면 슬래그량 뿐만 아니라 내균열성까지도 향상시킬 수 있다. 특히 Mo는 Cr산화물등의 내식피막이 파괴되었을 때 이를 보상하는데 기인한다. 따라서 이것들의 내식성을 극대화하는 효과를 위해 0.1∼3.0%로 규정하였으며, 그 함유량이 3.0%를 초과하면 오히려 용접금속의 연성을 저하시킨다. Mo는 Fe-Mo 또는 Mo 합금형태로 플럭스에 첨가된다.Mo is an element that is required to be solid-solution in the weld metal to improve corrosion resistance, high temperature strength, and high temperature salt resistance, and when properly combined with Nb and Ti, Mo can improve not only slag amount but also crack resistance. In particular, Mo is due to the compensation of corrosion resistance such as Cr oxide. Therefore, the effect of maximizing their corrosion resistance is defined as 0.1 to 3.0%, if the content exceeds 3.0%, rather decrease the ductility of the weld metal. Mo is added to the flux in the form of Fe-Mo or Mo alloy.

(Ti + Nb) / Mo는 시험결과로부터 0.3%이하로 구성할 경우, 용접금속 중의 조직의 일부가 미세화와 조대화가 혼재하기 때문에 조대화된 조직으로부터 균열이 발생되는 것을 알 수 있었다. 또한 (Ti + Nb) / Mo가 1.5%를 초과하면 석출물이 과도하게 증가하여 용접금속의 인성, 연성을 저해해 내균열성을 떨어뜨린다. 그러므로 본 발명에서는 또한 (Ti + Nb) / Mo를 0.3∼1.5%로 규정한다.When (Ti + Nb) / Mo is less than 0.3% from the test results, it can be seen that cracks are generated from the coarse structure because part of the structure of the weld metal is micronized and coarse. In addition, when (Ti + Nb) / Mo exceeds 1.5%, precipitates excessively increase, inhibiting the toughness and ductility of the weld metal, thereby reducing the crack resistance. Therefore, in the present invention, (Ti + Nb) / Mo is also defined as 0.3 to 1.5%.

본 발명에서는 플럭스 내부에 산화물로 TiO₂와 SiO₂, Al₂O₃를 직접 사용하지는 않았 으며, 분석장비를 이용한 분석 데이터에 의하여 하기와 같은 식(1)를 구성하였다. 이들은 모두 슬래그 형성제 및 아크 안정제의 역할을 하며, 본 발명에서는 용접 후 발생하는 슬래그량을 최소화시키고, 용접 아크의 안정성을 확보하기 위하여 하기 식(1)의 형태로 적절하게 조합하였다. 본 발명에서는 Mn의 역할 또한 중요한 요인임을 재차 강조한다. 하기의 식(1)로 표시되는 조합비(A)는 0.05~3.0의 범위를 만족해야 한다.In the present invention, TiO ₂ , SiO ₂ , and Al ₂ O ₃ were not directly used as oxides in the flux, and Equation (1) was configured according to analysis data using an analytical device. These all play the role of a slag forming agent and an arc stabilizer. In the present invention, in order to minimize the amount of slag generated after welding, and to ensure the stability of the welding arc, it was properly combined in the form of the following formula (1). In the present invention, it is emphasized again that the role of Mn is also an important factor. The combination ratio A represented by the following formula (1) must satisfy the range of 0.05-3.0.

상기 식(1) 조합비가 0.05%미만일 경우는 슬래그 발생량을 최소화시킬 수 있으나 아크 안정성을 확보하기 어렵고, 스패터가 다량 발생하여 본 발명에서는 이수치를 최소로 규정하였다. 반면에 3.0%를 초과할 경우 아크 집중성이 개선되고, 미려한 비드(Bead)를 생성시킬 수 있으나 슬래그 발생량이 많아 본 발명의 초기 목적을 달성하기 어려워 본 발명에서는 TiO₂, SiO_2,Al₂O₃, Mn가 상기 식(1)의 조합비를 만족해야만 소망하는 효과를 얻을 수 있다.When the combination ratio of the formula (1) is less than 0.05%, it is possible to minimize the amount of slag generated, but it is difficult to secure the arc stability, and a large amount of spatter is generated in the present invention, so that the minimum value is defined. On the other hand, if the concentration exceeds 3.0%, the arc concentration can be improved, and beautiful beads can be produced, but the amount of slag generated is difficult to achieve the initial purpose of the present invention, and thus, TiO ₂ , SiO _2, Al ₂ O _The desired effect can be obtained only when ₃ and Mn satisfy the combination ratio of the above formula (1).

표1은 본 발명에서 규정하는 금속외피에 대한 것으로 C ≤0.03%, Si ≤0.03%, Mn 0.15~0.45%, P ≤0.02%, S ≤0.02%을 함유하는 JIS G3141 규격 내에서 다양하게 적용한 결과를 나타낸 것이다.Table 1 is for the metal shell specified in the present invention, the results of various applications within JIS G3141 standard containing C ≤0.03%, Si ≤0.03%, Mn 0.15 ~ 0.45%, P ≤0.02%, S ≤0.02% It is shown.

아래 표3과 같이 제조된 페라이트계 스테인리스강 용접용 플럭스 코어드 와이어를 이용해서 표2에서 나타낸 두께 6∼10㎜의 SUS 430강판 위에 용접전류 160~240A, 용접전압 18~26V, 용접속도 30~45㎝/min, 차폐가스 98%Ar+2%O₂의 조건으로 용접을 실시하였다. 용접 후 평가 결과들은 도 1 및 도 2에 모식화된 방법으로 평가하여 그 결과를 표4에 나타내었다.Welding current 160 ~ 240A, welding voltage 18 ~ 26V, welding speed 30 ~ on the SUS 430 steel plate of 6 ~ 10mm thickness shown in Table 2 using ferritic stainless steel welding flux cored wire manufactured as Table 3 below. Welding was performed under the conditions of 45 cm / min and a shielding gas of 98% Ar + 2% O ₂ . Evaluation results after welding were evaluated by the method illustrated in FIGS. 1 and 2 and the results are shown in Table 4.

발명예 7∼13까지는 본 발명에서 제시하는 범위 내의 플럭스를 구성하여 각 성분의 함량을 만족하면서 식(1)의 조합비(A)를 만족하도록 제조되어진 것으로서 아크가 안정하고 슬래그량을 최소화시킬 수 있었으며, 또한 각 발명예별로 용접균열은 전혀 발생하지 않았고, 미려한 용접 비드(Bead)를 얻을 수 있었다.Inventive Examples 7 to 13 were made to satisfy the content of each component by constituting the flux within the range proposed in the present invention to satisfy the combination ratio (A) of formula (1), the arc was stable and the slag amount could be minimized. In addition, weld cracks did not occur at all in each invention example, and beautiful weld beads were obtained.

게다가 13%Cr강과 SS41의 이재 용접 시 또는 13%Cr강, 18%Cr강 동종 용접에서 배기부재 표면에 육안으로 관찰되는 소량의 가공유가 있을 경우에도 용접결함 발생율이 현저히 줄어듬을 확인할 수 있었다.In addition, it was found that the incidence of weld defects was significantly reduced when there was a small amount of processing oil visually observed on the exhaust member surface during the welding of 13% Cr and SS41 or in the 13% Cr and 18% Cr homogeneous welding.

반면에 비교예 1∼6에서는 플럭스를 구성하는 화학성분 분석결과 1종 내지는 2종이 본 발명에서 제시하는 범위를 벗어나거나 본 발명에서 제시하는 수식(1)의 범위를 벗어나 용접 작업성이 좋지 않았으며, 슬래그를 다량 발생시키거나 용접 후 균열을 발생시키는 경우도 있었다.On the other hand, in Comparative Examples 1 to 6, one or two of the chemical composition analysis constituting the flux did not have good welding workability outside the range of the present invention or beyond the range of the formula (1). In some cases, a large amount of slag is generated or cracks are generated after welding.

비교예 1의 경우 수식(1)이 3.0%이상으로 본 발명에서 초기 의도했던 슬래그량의 최소화 목적에 부합되지 않을 정도로 많았으며. (Ti+Nb)/Mo의 값이 본 발명의 범위를 벗어나 용접균열 민감도를 상승시킬 뿐만 아니라 실제 용접 후 미세한 균열이 발생함을 확인할 수 있었다. 그리고 Mo 함량이 낮아 내식성 향상에도 악영향을 미치고, 고온강도 또한 상대적으로 낮았다.In the case of Comparative Example 1 formula (1) was more than 3.0% was not enough to meet the purpose of minimizing the amount of slag initially intended in the present invention. It was confirmed that the value of (Ti + Nb) / Mo is outside the scope of the present invention to increase the weld cracking sensitivity as well as to generate a fine crack after the actual welding. In addition, the low Mo content adversely affects the improvement of corrosion resistance, and the high temperature strength is also relatively low.

비교예 2의 경우는 내식성 향상, 내균열성 확보, 슬래그량의 최소화등 다양한 부분에서 장점이 있었으나 Si 함유량이 너무 낮아 용접 시 용융금속의 유동성이 좋지 못하고, 스패터를 다량 발생시켜 본 발명에서는 이를 개선할 필요성이 있었다.Comparative Example 2 had advantages in various parts such as improving corrosion resistance, securing crack resistance, minimizing slag amount, but Si content is so low that the flowability of molten metal during welding is not good, and a large amount of spatter is generated in the present invention. There was a need for improvement.

비교예 3은 비교예 2와 반대로 Si 함유량이 너무 높아 오히려 용접 시 슬래그량을 증가시켰으며, 스패터량 또한 상대적으로 많아 이로 인한 부드러운 아크 이행이 형성되지 않았으며, TiO₂, Al₂O₃, SiO₂함유량 조합값이 너무 높아 이를 적정하게 재조정할 필요성이 있었다.In Comparative Example 3, in contrast to Comparative Example 2, the Si content was too high to increase the slag amount during welding, and the spatter amount was also relatively high so that a smooth arc transition was not formed due to TiO ₂ , Al ₂ O ₃ , and SiO. _{2 The} combination content was too high and it was necessary to readjust it suitably.

비교예 4는 Cr 함유량이 12%미만으로 18%Cr강과 연강의 이재 용접 시 용접부의 Cr 함량이 낮아 내식성을 저하시키고, 용접되어지는 배기부재에 소량의 가공유가 도포되어 있는 경우 미세한 Pit성 용접결함을 발생시켰다. 게다가 Mn 함량이 지나치게 높아 용접 후 용접부에 비드 종방향으로 미세한 용접 균열을 발생시켰으며, 용접 작업성 면에서 우수한 아크 안정성을 확보하기 어려웠다. 용접 비드(Bead) 형상 역시 다소 거칠어 추가 개선의 필요성이 있었다.In Comparative Example 4, the Cr content was less than 12%, and the corrosion resistance was lowered due to the low Cr content of the welded part when welding between 18% Cr steel and mild steel, and when a small amount of processing oil was applied to the exhaust member to be welded, the fine pit weld defect was observed. Generated. In addition, the Mn content was too high to generate a fine weld crack in the longitudinal direction of the bead after welding, it was difficult to ensure excellent arc stability in terms of welding workability. The weld bead shape was also somewhat rough, requiring further improvement.

비교예 5는 비교예 2와 유사하게 화학성분을 구성시켜 전체적인 내식성, 내균열성, 내용접결함성의 최소화를 확보함과 동시에 상대적으로 낮은 Si 함유량으로 인한 용접 작업성 저하를 Cr, Ti등이 용접 비드(Bead) 퍼짐성과 용융금속의 유동성을 좋게 한다는 기본적 이론을 바탕으로 제품을 설계해 보았으나 역시 Si 함량이 너무 낮을 경우 스패터 발생량이 많고, 용융금속의 유동성이 나쁘다는 것을 확인할 수 있었다.Comparative Example 5 is similar to Comparative Example 2 by constructing a chemical component to ensure the overall corrosion resistance, crack resistance, and welding defect minimization, while reducing the workability of welding due to the relatively low Si content, such as Cr, Ti welding Although the product was designed based on the basic theory of improving the spreading of beads and fluidity of molten metal, it was also confirmed that when the Si content is too low, the amount of spatter is generated and the flowability of molten metal is bad.

비교예 6은 (Ti+Nb)/Mo의 조합비가 내균열성에 미치는 영향을 확인하기 위해 시도한 것으로 그 함량이 0.3%미만인 경우 역시 미세한 용접균열이 발생하였으며 이로 인해 Ti, Nb, Mo가 적절하게 구성되어 최소 0.3%이상이 되어야 한다는 사실을 확인할 수 있었다. 게다가 Ti 함량이 너무 낮을 경우 18%Cr강과 연강의 이재 용접 시 Cr의 화학성분을 적정수준으로 구성한다 하더라도 용접부 표면에 미세한 종균열이 발생한다는 사실을 재차 확인하였다. 그외 용접 작업성 부분이나 슬래그 발생 면에서는 본 발명의 초기 목적과 부합되는 결과를 얻었다.Comparative Example 6 was attempted to confirm the effect of the combination ratio of (Ti + Nb) / Mo on the crack resistance, and when the content is less than 0.3%, fine weld cracks also occur, and thus Ti, Nb, and Mo are appropriately configured. It was confirmed that it should be at least 0.3%. In addition, when the Ti content is too low, it was again confirmed that even if the chemical composition of Cr was formed at the appropriate level during welding of the dissimilar welding of 18% Cr steel and mild steel, minute longitudinal cracks occurred on the weld surface. In addition, in terms of weldability and slag generation, the results were in accordance with the initial purpose of the present invention.

이상 설명한 본 발명에 따른 페라이트 스테인리스강 용접용 플럭스 코오드 와이어를 사용하면 고온강도, 내산화성이 우수한 용접금속을 얻을 수 있음과 동시에 박판 이재용접이 가능하다.By using the flux cord wire for ferrite stainless steel welding according to the present invention described above, it is possible to obtain a weld metal having excellent high temperature strength and oxidation resistance, and at the same time, thin plate transfer welding is possible.

뿐만 아니라 용접 작업성이 우수하여 박판 용접시 용접부의 흘러내림 현상을 방지할 수 있다.In addition, the welding workability is excellent, it is possible to prevent the phenomenon of falling down of the weld portion during thin plate welding.

그리고 슬래그 발생량을 최소화하여 자동차 배기계의 막힘현상을 방지할 수 있으며 이재박판 용접 시 용접결함 발생을 최소화할 수 있다.In addition, by minimizing the amount of slag generated, it is possible to prevent the clogging phenomenon of the exhaust system of the automobile and to minimize the occurrence of welding defects when welding the thin plate.

또한 용접재료의 비용을 저감 시킬 수 있어 소비자의 부담을 줄이고, 무엇보다 중요한 것은 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다는 사실이다. 그 이유는 C함량이 낮고, 합금성분이 소량 첨가된 연강재질을 사용함으로써 열처리 공정이 불필요해지고, 신선 시 와이어 표면 가공경화 현상을 최소화할 수 있어 높은 신선속도에 따른 생산성은 물론이고, 다이스 수명연장을 시켜 제조비용을 저감시킬 수 있기 때문이다.In addition, the cost of welding materials can be reduced, reducing the burden on the consumer, and most importantly, improving the productivity of the product. The reason is that by using mild steel material with low C content and a small amount of alloying component, the heat treatment process is unnecessary, and the hardening of wire surface work can be minimized when drawing, resulting in high die speed and longer die life. This is because the manufacturing cost can be reduced.

Claims

In the flux cored wire for welding ferritic stainless steel,

The shell of the flux cored wire is an ultra mild steel according to JIS G3141 standard containing C ≤0.03%, Si ≤0.03%, Mn 0.15-0.45%, P ≤0.02%, S ≤0.02%,

The flux is 0.1 to 2.0% of Si, 0.1 to 3.0% of Mn, 12.0 to 25.0% of Cr, 0.1 to 3.0% of Ti, 0.1 to 3.0% of Mo and 0.3 to 1.5% of (Ti + Nb) / Mo. Satisfactory, the remainder being C 0.02% or less, P 0.02% or less, S 0.01% or less, N 0.01% or less, and the balance becomes Fe and inevitable impurities,

The TiO ₂ , SiO ₂ , Al ₂ O ₃ and Mn is a flux cored wire for welding ferritic stainless steel, characterized in that the combination ratio (A) of the following formula (1) satisfies a range of 0.05 to 3.0%.

Combination ratio (A) = (SiO ₂ + (TiO ₂ + Al ₂ O ₃ ) / 2) / (σ × Mn) ‥‥‥ Formula (1) (where σ is 1.2912)