KR20060050038A - 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어 - Google Patents

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KR20060050038A
KR20060050038A KR1020050062147A KR20050062147A KR20060050038A KR 20060050038 A KR20060050038 A KR 20060050038A KR 1020050062147 A KR1020050062147 A KR 1020050062147A KR 20050062147 A KR20050062147 A KR 20050062147A KR 20060050038 A KR20060050038 A KR 20060050038A
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레이이치 스즈키
도시히코 나카노
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어의 조성은, C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 Cu: 0.45질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제된 조성으로 되어 있다. 이러한 조성에 의해, 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 가스 실드 아크 용접을 실시했을 때, 용접부가 충분한 기계적 성능을 구비하는 동시에, 슬래그의 발생량이 적고, 슬래그의 박리성이 양호해진다.

Description

가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어{SOLID WIRE FOR GAS SHIELDED ARC WELDING}
도 1은 가로축에 Mn 함유량을 취하고, 세로축에 Mo 함유량을 취하여, 본 발명의 성분 범위 및 이 성분 범위를 벗어남에 따른 영향을 나타내는 그래프이다.
도 2는 가로축에 Si 함유량을 취하고, 세로축에 Ti 함유량을 취하여, 본 발명의 성분 범위 및 이 성분 범위를 벗어남에 따른 영향을 나타내는 그래프이다.
도 3은 횡축에 S 함유량을 취하고, 세로축에 O 함유량을 취하여, 본 발명의 성분 범위 및 이 성분 범위를 벗어남에 따른 영향을 나타내는 그래프이다.
도 4는 용접 시험편의 형상 및 치수를 나타내는 평면도 및 측면도이다.
본 발명은 연강 또는 강도가 520N/mm2급 이하인 고장력 강을 탄산 가스 실드 아크 용접할 때 사용하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어에 관한 것이다.
최근, 건축 철골 분야에서는 이산화탄소(CO2) 가스를 실드 가스로 하는 가스 실드 아크 용접법이 주로 사용되고 있다. 그 이유는 탄산 가스 실드 아크 용접법에는 능률성이 높다는 이점이 있기 때문이다. 그리고 내진성 향상을 주안으로 하여 용접 이음부의 성능 향상을 꾀하기 위해서, 1997년의 JASS6 개정 및 1999년의 건축 기준법 개정에 있어서, 용접시의 입열·패스간 온도에 상한 관리가 규정되었다.
이러한 동향을 받아들여, 용접 와이어에 관해서도, 대 입열·고 패스간 온도 조건에 대응하는 와이어가 개발되었다. 그리고, 1999년에는 540N/mm2급 와이어로서, JIS(Japanese Industrial Standards: 일본 공업 규격)에 규정되었다. 이 와이어를 이용하면, 예컨대, 490N/mm2급 강판에 대하여는 용접시의 최대 입열이 40kJ/cm, 패스간 온도가 350℃까지 허용된다. 또한, 520N/mm2급 강판에 대해서는 용접시의 최대 입열이 30kJ/cm, 패스간 온도가 250℃까지 허용되게 된다. 그 이후로 오늘날까지, 대 입열·고 패스간 온도 조건에 있어서 종래의 용접 와이어보다도 우수한 기계적 성능이 수득되는 540N/mm2급 와이어가 급속히 보급되고 있다.
지금까지 개발된 탄산 가스 실드 아크 용접용 대 전류·고 패스간 온도 대응 와이어로서는 일본 특허 공개 제 1998-230387호 공보, 일본 특허 공개 제 1999-090678호 공보, 일본 특허 공개 제 2000-317678호 공보, 일본 특허 공개 제 2001-287086호 공보, 일본 특허 공개 제 2002-321087호 공보, 일본 특허 공개 제 2002- 346789호 공보, 일본 특허 공개 제 2002-079395호 공보, 일본 특허 공개 제 2003-119550호 공보, 일본 특허 공개 제 2003-136281호 공보 등에 기재된 용접 와이어가 있다. 이들 용접 와이어는 전반적으로, Si, Mn 및 Ti와 같은 탈산 성분을 종래의 용접 와이어보다도 많이 함유하고, 또한, Mo, B, Cr, Al, Nb 및 V 등을 필요에 따라 첨가하고 있는 것이 특징이다.
그러나 상기 종래의 기술에는 이하에 나타내는 문제점이 있다. 종래, 용접은 작업자가 용접기를 사용함에 의한 반자동 용접법이 거의 대부분이었지만, 인건비 절감, 및 야간 및 휴일의 무인 운전에 의한 가일층의 능률 향상을 목적으로, 로봇에 의한 전자동 용접이 보급되고 있다. 그리고 상술한 540N/mm2급 와이어에 관해서는 입열 관리 및 패스간 온도의 관리가 곤란한 반자동 용접으로의 보급이 진척되고 있었지만, 최근에는 로봇 용접에도 540N/mm2급 와이어가 적용되는 것이 많아지고 있다.
그러나 지금까지 개발된 대 전류·고 패스간 온도 대응 와이어는 로봇으로의 탑재를 고려하여 설계되어 있지 않다. 이 때문에, 종래의 대 전류·고 패스간 온도 대응 와이어에는 슬래그 발생량이 많고, 또한, 슬래그 용접 금속부에서의 박리성이 뒤떨어진다는 결점이 있다. 이러한 종래의 와이어를 사용하여 용접하면, 용접에 따라 용접부에 슬래그가 퇴적하고, 퇴적된 슬래그가 아크의 안정성을 저하시켜, 용입 부족 및 슬래그 혼입 등의 결함 발생의 직접 원인이 된다. 또한, 조금이라도 슬래그가 자연 박리되지 않으면, 로봇이 스타트 위치를 어긋나게 하면서 재아 크를 시도해도, 아크 스타트 미스가 계속되고, 로봇이 에러 판정하여 정지해 버린다. 용접 로봇은 작업을 무인화할 수 있다는 것이 최대 이점이다. 그러나, 단시간에 슬래그가 퇴적하여, 아크의 불안정화를 야기해 버리면 아크 스타트 미스를 복귀시키기 위해 아크 스타트부의 슬래그 제거를 할 필요가 생긴다는 점 등, 사람 손에 의한 슬래그 제거 작업의 빈도가 높아져, 용접 로봇의 이점을 살릴 수 없다.
본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 연강 또는 강도가 520N/mm2급 이하인 고장력 강에 대하여, 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 가스 실드 아크 용접을 실시했을 때에, 용접부가 충분한 기계적 성능을 구비하는 동시에, 슬래그의 발생량이 적고, 슬래그의 박리성이 양호한 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 제 1 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는, C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 Cu: 0.45질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합 계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다.
본 발명에서는 와이어 중의 Mn, Ti 및 O의 함유량의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 생성량을 저감할 수 있다. 또한, S를 함유시킴과 함께, Mn, Mo 및 Cu의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 박리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 성분의 함유량을 상기와 같이 규정함으로써 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 용접을 실시해도, 용접 금속부의 기계적 성질이 저하되지 않는다. 또한, Ti를 함유시킴으로써, 아크를 안정시켜, 스퍼터의 발생량을 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 제 2 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는 C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, Cu: 0.45질량% 이하, 및 B: 0.0015 내지 0.0050질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다.
본 발명에 있어서는 와이어 중의 Mn, Ti 및 O의 함유량의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 생성량을 저감할 수 있다. 또한, S를 함유시킴과 함께, Mn, Mo 및 Cu의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 박리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 성분의 함유량을 상기와 같이 규정함으로써 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 용접을 실시해도, 용접 금속부의 기계적 성질이 저하되지 않는다. 또한, Ti를 함유시킴으로써, 아크를 안정시켜, 스퍼터의 발생량을 저감할 수 있다. 또한, 와이어에 B를 함유시킴으로써, 용접 금속부의 인성을 더 한층 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 제 3 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는 C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 Cu: 0.45질량% 이하를 함유하고, 또한, Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 각각 0.20질량% 이하 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, 0가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다.
본 발명에 있어서는 와이어 중의 Mn, Ti 및 O의 함유량의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 생성량을 저감할 수 있다. 또한, S를 함유시킴과 함께, Mn, Mo 및 Cu의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 박리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 성분의 함유량을 상기와 같이 규정함으로써 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 용접을 실시해도, 용접 금속부의 기계적 성질이 저하되지 않는다. 또한, Ti를 함유시킴으로써, 아크를 안정시켜, 스퍼터의 발생량을 저감할 수 있다. 또한, 와이어에 Nb, V, Al, Cr 또는 Ni를 함유시킴으로써, 용접 금속부의 강도를 더 한층 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 제 4 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는 C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, Cu: 0.45질량% 이하, 및 B: 0.0015 내지 0.0050질량%를 함유하고, 또한, Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 각각 0.20질량% 이하 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다.
본 발명에 있어서는 와이어 중의 Mn, Ti 및 O의 함유량의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 생성량을 저감할 수 있다. 또한, S를 함유시킴과 함께, Mn, Mo 및 Cu의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 박리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 성분의 함유량을 상기와 같이 규정함으로써 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 용접을 실시해도, 용접 금속부의 기계적 성질이 저하되지 않는다. 또한, Ti를 함유시킴으로써, 아크를 안정시켜, 스퍼터의 발생량을 저감할 수 있다. 또한, 와이어에 B를 함유시킴으로써, 용접 금속부의 인성을 더 한층 향상시킬 수 있다. 또한, Nb, V, Al, Cr 또는 Ni를 함유시킴으로써, 용접 금속부의 강도를 더 한층 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 제 5 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는 C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, 및 Mo: 0.10 내지 0.35질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다.
본 발명에 있어서는 와이어 중 Mn, Ti 및 O의 함유량의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 생성량을 저감할 수 있다. 또한, S를 함유시킴과 함께, Mn 및 Mo의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 박리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 성분의 함유량을 상기와 같이 규정함으로써 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 용접을 실시해도, 용접 금속부의 기계적 성질이 저하되지 않는다. 또한, Ti를 함유시킴으로써, 아크를 안정시켜, 스퍼터의 발생량을 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 제 6 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는 C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 B: 0.0015 내지 0.0050질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다.
본 발명에 있어서는 와이어 중 Mn, Ti 및 O의 함유량의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 생성량을 저감할 수 있다. 또한, S를 함유시킴과 함께, Mn 및 Mo의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 박리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 성분의 함유량을 상기와 같이 규정함으로써 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 용접을 실시해도, 용접 금속부의 기계적 성질이 저하되지 않는다. 또한, Ti를 함유시킴으로써, 아크를 안정시켜, 스퍼터의 발생량을 저감할 수 있다. 또한, 와이어에 B를 함유시킴으로써, 용접 금속부의 인성을 더 한층 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 제 7 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는 C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, 및 Mo: 0.10 내지 0.35질량%를 함유하고, 또한, Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 각각 0.20질량% 이하 함유하여, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다.
본 발명에 있어서는 와이어 중의 Mn, Ti 및 O의 함유량의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 생성량을 저감할 수 있다. 또한, S를 함유시킴과 함께, Mn 및 Mo의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 박리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 성분의 함유량을 상기와 같이 규정함으로써 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 용접을 실시해도, 용접 금속부의 기계적 성질이 저하되지 않는다. 또한, Ti를 함유시킴으로써, 아크를 안정시켜, 스퍼터의 발생량을 저감할 수 있다. 또한, 와이어에 Nb, V, Al, Cr 또는 Ni를 함유시킴으로써, 용접 금속부의 강도를 더 한층 향상시킬 수 있 다.
본 발명에 따른 제 8 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는 C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 B: 0.0015 내지 0.0050질량%를 함유하고, 또한, Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 각각 0.20질량% 이하 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다.
본 발명에 있어서는 와이어 중의 Mn, Ti 및 O의 함유량의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 생성량을 저감할 수 있다. 또한, S를 함유시킴과 함께, Mn 및 Mo의 상한치를 규정함으로써 슬래그의 박리성을 향상시킬 수 있다. 또한, 각 성분의 함유량을 상기와 같이 규정함으로써 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 용접을 실시해도, 용접 금속부의 기계적 성질이 저하되지 않는다. 또한, Ti를 함유시킴으로써, 아크를 안정시켜, 스퍼터의 발생량을 저감할 수 있다. 또한, 와이어에 B를 함유시킴으로써, 용접 금속부의 인성을 더 한층 향상시킬 수 있다. 또한, Nb, V, Al, Cr 또는 Ni를 함유시킴으로써, 용접 금속부의 강도를 더 한층 향상시킬 수 있다.
또한, C의 함유량이 0.05질량% 이상인 것이 바람직하다. 또한, Ti의 함유량 이 0.16질량% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어에, 와이어 10kg 당 중량으로 와이어 표면에 MoS2를 0.01g/10kg 내지 1.00g/10kg 부착시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 슬래그의 박리성을 더 한층 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어의 조성을 상기와 같이 규정함으로써, 연강 또는 강도가 520N/mm2급 이하인 고장력 강에 대하여 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 탄산 가스 실드 아크 용접을 실시했을 때, 슬래그의 발생량을 적게 하여, 슬래그의 박리성을 양호하게 하고, 또한, 용접부의 기계적 성능을 충분히 높게 확보할 수 있다.
본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하기 위해, 용접 슬래그에 관한 연구를 거듭하고, 슬래그의 생성량 및 슬래그의 박리성에 미치는 영향 요인을 밝혀, 이하에 나타내는 지견을 얻었다. 용접 슬래그의 생성량은 강탈산 성분, 즉, Mn 및 Ti의 함유량과 밀접한 관계가 있어서, 이들 함유량이 증가하면 슬래그의 생성량도 증가한다. 또한, 용접 금속부에서의 슬래그의 박리성은 용융 상태에 있어서의 슬래그/용접 금속간 계면 에너지, 응고 후의 슬래그 자체의 강도, 용접 금속부 표면의 요철, 즉, 용접 금속부의 물리적 고저차와 그 고저 부위 생성 빈도와 밀접한 관계가 있고, Mn 함유량 및 Mo 함유량의 증가, 및 S 함유량의 감소에 의해 박리성이 저하된다. 또한, 와이어 성분 이외의 요인으로서, 와이어의 송급이 불안정해지면, 용융지(鎔融池)의 형성이 흐트러져, 생성된 슬래그의 두께가 불균일해져, 슬래그 박리성이 저하되는 것도 밝혀졌다. 이들은 종래 알려지지 않은 지견이다. 그리고 이러한 영향 인자는 종래의 고장력강용 용접 와이어, 저온강용 용접 와이어 및 고전류용 와이어에 있어서, 일반적으로 슬래그량 증대 및 박리성 저하를 피할 수 없었던 요인이라고 생각된다.
한편, 상술한 지견에 근거하여, 슬래그 생성량의 저감 및 박리성의 향상을 과도하게 추구하면, 용접 금속부에서의 강도 및 인성 등의 기계적 성능의 저하, 고전류 용접시의 아크 안정성의 저하, 및 스퍼터량의 증대와 같은 문제가 생기기 쉽다는 것도 밝혀졌다.
그래서 본 발명자들은 상술한 각 요소를 고려하여, 로봇 용접에 적합한 대 입열·고전류 용접용으로서 적합한 용접 와이어, 즉, (1) 슬래그 발생량이 적고, (2) 슬래그 박리성이 양호하며, (3) 입열량이 크고, 패스간 온도가 높고, 따라서 용접 금속부의 냉각 속도가 작아지는 용접 조건에 있어서도 용접 금속부의 기계적 성질이 우수하고, 또한, 노즐 폐색에 의해 연속 용접이 저해되는 것을 방지하기 위해, (4) 스퍼터 발생량이 적은 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어를 개발했다.
이하, 본 발명의 실시 양태에 대하여 구체적으로 설명한다. 우선, 본 발명의 제 1 실시 양태에 대하여 설명한다. 본 실시 양태에 따른 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어(이하, 간단히 와이어라고도 한다)는 연강 또는 강도가 490N/mm2급 이하인 고장력 강에 대하여, 최대 입열량이 40kJ/cm, 최고 패스간 온도가 350℃인 조건에서 탄산 가스 실드 아크 용접을 실시할 때, 또는 강도가 520N/mm2급 이하인 고장력 강에 대하여, 최대 입열량이 30kJ/cm, 최고 패스간 온도가 250℃인 조건에서 탄산 가스 실드 아크 용접을 실시할 때 사용하는 와이어이다. 이 와이어는 예컨대, 용접 로봇에 탑재되어, 자동 용접에 사용된다.
이 와이어의 조성은 C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 Cu: 0.45질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다. 보다 바람직하게는 C: 0.05 내지 0.10질량%, Ti: 0.05 내지 0.16질량%이다.
또한, 와이어의 표면에는 MoS2가 와이어 10kg 당 0.01 내지 1.00g 부착되어 있다. 즉, MoS2 부착량은 0.01g/10kg 내지 1.00g/10kg이다. 이 MoS2는 예컨대 도포에 의해서 와이어 표면에 피착된 것이다.
이하, 본 발명의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다.
C 함유량: 0.02 내지 0.10질량%
탄소(C)는 용접 금속부의 강도를 확보하기 위해 중요한 첨가 원소이지만, C의 함유량이 0.02질량% 미만에서는 대 입열·고 패스간 온도 용접시에는 용접 금속부의 냉각 속도가 작기 때문에, 필요한 강도를 확보할 수 없다. 따라서, C 함유량 은 0.02질량% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.05질량% 이상이다. 한편, 와이어에 C를 과도하게 첨가하면, 용접 금속부에 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. C 함유량이 0.10질량%를 초과하면, 고온 균열의 발생이 현저해지기 때문에, C 함유량은 0.10질량% 이하로 한다.
Si 함유량: 0.65 내지 1.00질량%
규소(Si)는 슬래그 생성량 및 슬래그 박리성에는 큰 영향을 미치지 않지만, 주로 강도 확보, 탈산에 의한 기공 결함 방지, 및 융합성 향상을 위해 첨가한다. 이들 효과는 0.65질량% 이상의 첨가로 유효해진다. 따라서, Si 함유량은 0.65질량% 이상으로 한다. 단, Ti 함유량이 적은 경우는 Si 함유량을 더 증가시킬 필요가 있다. 한편, Si를 1.00질량%을 초과하여 과도하게 첨가하면, 용접 금속부의 인성이 저하된다. 이 때문에, Si 함유량은 1.00질량% 이하로 한다.
Mn 함유량: 1.40 내지 1.80질량%
망간(Mn)은 탈산을 촉진하는 동시에, 용접 금속부의 강도 및 인성을 향상시키는 효과가 있다. 종래 일반적인 대 입열용 와이어는 Mn을 많이 함유하지만, 한편으로 Mn은 슬래그의 생성량을 증가시키고, 또한 박리성을 저하시켜 버린다. 로봇 등에 의한 자동 용접의 경우는 사람 손에 의한 용접에 비해, 와이어의 돌출 길이가 짧고, 또한 안정적이라는 점에서, 실드성이 양호하고, 대 입열 용접 조건이라고 해도 탈산 원소의 산화 소모량이 적다. 이 때문에, 본 발명에 있어서는 Mn 함유량을 종래보다도 낮게 설계함으로써 용접 금속부의 기계적 성질과 슬래그 발생량 및 슬래그 박리성과의 균형을 개선하고 있다. Mn 함유량이 1.40질량% 미만에서는 대 입열 용접시의 용접 금속부의 강도 및 인성이 부족하다. 따라서, Mn 함유량은 1.40질량% 이상으로 한다. 한편, Mn 함유량이 1.80질량%를 초과하면, 슬래그량이 증가하여, 박리성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 1.80질량% 이하로 한다. 보다 바람직하게는 1.70질량% 이하이다. 단, Mo 함유량이 많은 경우는 Mo 함유량에 따라 Mn 함유량의 상한을 감소시킬 필요가 있다.
S 함유량: 0.005 내지 0.025질량% 이하
황(S)의 첨가는 용융지의 표면 장력을 저감하고, 응고시의 물리적 요철을 감소시켜 용접 금속부의 표면을 매끄러운 모양으로 하는 효과가 있다. 이에 의해 슬래그의 박리성이 향상된다. 단, S 함유량이 0.005질량% 미만에서는 이 효과는 나타나지 않는다. 따라서, S 함유량은 0.005질량% 이상으로 한다. 바람직하게는 0.009질량% 이상이다. 한편, S를 0.025질량%를 초과하여 첨가해도, 용접 금속부의 표면 형상을 개선하는 효과가 포화되어 버리고 또한 용접 금속부의 인성이 저하되어, 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, 슬래그의 형태가 입상화하여, 아크에 의한 용융을 방해하여, 불안정 요인이 된다. 따라서, S 함유량은 0.025질량% 이하로 한다. 단, O 함유량이 많은 경우는 O 함유량에 따라 S 함유량의 상한치를 저하시킬 필요가 있다.
Ti 함유량: 0.05 내지 0.18질량%
타이타늄(Ti)의 첨가는 고전류역에 있어서의 아크 안정성을 향상시키는 효과가 있다. Ti 함유량이 0.05질량% 미만에서는 아크 안정성이 저하되어, 스퍼터 발생량이 증가한다. 따라서, Ti 함유량은 0.05질량% 이상으로 한다. 단, Si 함유량 이 적은 경우에는 Ti 함유량을 증가시킬 필요가 있다. 한편, 와이어에 Ti를 0.18질량%를 초과하여 첨가하면, 슬래그량이 과도하게 많아져, 아크에 의한 용융이 곤란해져 연속 용접을 저해한다. 따라서, Ti 함유량은 0.18질량% 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.16질량% 이하이다.
Mo 함유량: 0.10 내지 0.35질량%
몰리브덴(Mo)은, 용접 금속의 담금질성을 향상시켜, 용접 금속부의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 이 효과를 얻기 위해서는 Mo를 최저한 0.10질량% 이상 첨가할 필요가 있다. 따라서, Mo 함유량은 0.10질량% 이상으로 한다. 한편, Mo는 슬래그의 경도를 상승시켜, 슬래그를 박리하기 어렵게 하여 박리성을 저하시킨다. Mo 함유량이 0.35질량%를 초과하면, 슬래그 박리성이 급격히 저하되기 때문에, Mo 함유량은 0.35질량% 이하로 한다. 단, Mn 함유량이 많은 경우에는 Mn 함유량에 따라 Mo 함유량의 상한치를 저하시킬 필요가 있다.
Cu: 0.45질량% 이하
구리(Cu)는 담금질성의 향상을 목적으로 하여 와이어 중에 함유시키는 경우가 있다. 또한, 와이어의 송급성 향상을 목적으로 하여, 와이어 표면에 Cu 도금을 실시하는 경우가 있다. 단, 와이어에 Cu를 과도하게 첨가 또는 도금하면, 용접 금속부에서 고온 균열이 발생하기 쉬워지는 동시에, 슬래그의 성질이 변화되어 박리성이 저하된다. 와이어 중에 Cu를 0.45질량%을 초과하여 첨가하면, 이러한 문제가 현저해지기 때문에, Cu 함유량은 0.45질량% 이하로 한다. 한편, 담금질성 또는 송급성을 향상시키기 위해서는 Cu 함유량은 0.10질량% 이상으로 하는 것이 바람직하 다. 한편, 선재의 표면에 구리 도금이 실시되어 있는 와이어에 있어서는 상술한 Cu 함유량은 선재에 포함되는 Cu량과 구리 도금에 포함되는 Cu량과의 합계량으로 한다.
Mn 및 Mo의 합계 함유량: 2.10질량% 이하
Mn 및 Mo는 모두 슬래그의 박리성을 저하시키는 성질이 있고, Mn 및 Mo의 함유량이 합계로 2.10질량%를 초과하면, 슬래그 박리성의 저하가 현저해진다. 또한, 슬래그량도 증가한다. 따라서, Mn 및 Mo의 합계 함유량은 2.10질량% 이하로 한다.
Si 및 Ti의 합계 함유량: 0.75질량% 이상
Si와 Ti에는 다소 보완 관계가 있고, 한쪽의 효과를 다른쪽이 보충할 수 있지만, 합계 함유량이 0.75질량% 이상이 아니면, 스퍼터량이 증가하는 동시에, 용접 금속부의 강도가 저하된다. 따라서, Si 및 Ti의 합계 함유량은 0.75질량% 이상으로 한다.
S 및 O의 합계 함유량: 0.030질량% 이하
S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량%를 초과하면, 용접 금속부에 고온 균열이 발생하기 쉬워지는 동시에, 슬래그의 형태가 입상화되기 때문에, 아크에 의한 용융을 방해하여, 불안정 요인이 된다. 또한, 용접 금속부의 인성도 저하된다. 따라서, S 및 O의 합계 함유량은 0.030% 이하로 한다.
P 함유량: 0.020질량% 이하
강에는 P가 불가피적 불순물로서 혼입되어 있지만, 인(P)은 고온 균열을 발생시키는 주요 원소 중 하나이고, 본 발명에 따른 와이어에 고의로 첨가하는 이점 은 없다. P 함유량이 0.020질량%를 초과하면, 고온 균열이 문제가 된다. 따라서, P 함유량은 0.020질량% 이하로 규제한다.
O 함유량: 0.0100질량% 이하
강철에는 산소(O)가 불가피적 불순물로서 혼입되어 있지만, 슬래그는 산화물이기 때문에, 와이어 중의 O량이 증가하면, 화학 반응에 의해 생기는 슬래그 생성량도 증가한다. 또한, O함유량이 증가하면, 용접 금속부 중의 개재물이 증가하기 때문에, 용접 금속부에서 고온 균열이 발생하기 쉬워지는 동시에, 용접 금속부의 인성이 저하된다. 보통, O 함유량이 0.0100질량% 이하이면 문제없기 때문에, O 함유량은 0.0100질량% 이하로 규제한다. 단, S 함유량이 많은 경우는, 고온 균열을 방지하기 위해, O함유량의 상한치를 감소시킨다. 한편, 상술한 O 함유량의 규정은 와이어 중의 O의 분포, 즉, 선재의 벌크 중에 함유되어 있는지 표면에 존재하고 있는지와 같은 O의 존재 위치에는 무관하며, 종합계로 규정할 수 있다.
와이어 표면의 MoS 2 부착량: 0.01g/10kg 내지 1.00g/10kg
상술한 바와 같이, 와이어의 송급성도 슬래그 박리성에 큰 영향을 미친다. 와이어의 송급이 안정됨으로써 용융지의 형성도 또한 안정해지고, 생성된 슬래그의 두께가 균일해져, 열수축의 변형이 균일하게 작용함으로써 슬래그가 전면 박리되기 쉬워진다. 와이어 표면에 존재하는 MoS2는 칩·와이어간의 급전점에서의 융착을 저감하여, 와이어의 송급성을 향상시킨다. 종래, 와이어 표면의 입계에 따라 와이어를 과잉 산화시킴으로써 와이어의 송급성을 향상시키는 기술이 알려져 있지만, 이 방법에서는 O 함유량이 과잉으로 되어 버려, 슬래그의 생성량이 증가한다는 결점이 있다. 이에 대해, 와이어 표면에 MoS2를 부착시키는 방법은 슬래그 생성량의 증가 등의 우려가 없어, 와이어의 송급성을 향상시키는 방법으로서 적합하다. 이 효과는 와이어 표면에 MoS2를 와이어 10kg 당 0.01g 이상 부착시킴으로써 현저해진다. 한편, MoS2를 와이어 10kg 당 1.00g보다 많이 부착시키면, 송급 기구 내에 MoS2가 퇴적하여, 송급 기구 내에 MoS2가 막혀, 도리어 와이어 송급성을 저하시켜 버린다. 이에 따라, 슬래그 성상에 영향을 미쳐, 슬래그의 박리성을 저하시키게 된다. 따라서, 와이어 표면의 MoS2 부착량은 0.01g/10kg 내지 1.00g/10kg인 것이 바람직하다.
상술한 각 성분의 함유량의 한정 이유를 첨부의 도면을 참조하여 정리하고 설명한다. 도 1은 가로축에 Mn 함유량을 취하고, 세로축에 Mo 함유량을 취하여, 본 발명의 성분 범위 및 이 성분 범위를 벗어남에 따른 영향을 나타내는 그래프이고, 도 2는 가로축에 Si 함유량을 취하고, 세로축에 Ti 함유량을 취하여, 본 발명의 성분 범위 및 이 성분 범위를 벗어남에 따른 영향을 나타내는 그래프이며, 도 3은 횡축에 S 함유량을 취하고, 세로축에 O 함유량을 취하여, 본 발명의 성분 범위 및 이 성분 범위를 벗어남에 따른 영향을 나타내는 그래프이다. 도 1 내지 도 3에 있어서, 영역 1은 본 발명의 범위를 나타내고, 영역 2는 영역 1의 내부에 위치하고, 본 발명에 있어서의 보다 바람직한 범위를 나타낸다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위(영역 1) 보다도 Mn 함유량이 많아지면, 슬래그량이 과잉이 되는 동시에, 슬래그의 박리성이 저하된다. 또한, 본 발명 범위보다도 Mn 함유량이 적어지면, 용접 금속부의 강도 및 인성이 저하된다. 한편, 본 발명 범위보다도 Mo 함유량이 많아지면, 슬래그의 박리성이 저하된다. 또한, 본 발명 범위보다도 Mo 함유량이 적어지면, 용접 금속부의 강도가 저하된다.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위보다도 Si 함유량이 많아지면, 용접 금속부의 인성이 저하된다. 또한, 본 발명의 범위보다도 Si 함유량이 적어지면, 용접 금속부의 강도가 저하된다. 한편, 본 발명의 범위보다도 Ti 함유량이 많아지면, 슬래그량이 과도해진다. 또한, 본 발명의 범위보다도 Ti 함유량이 적어지면, 아크가 불안정해져, 스퍼터량이 증가한다.
또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 범위보다도 S량이 많아지면, 용접 금속부의 인성 및 내고온 균열성이 저하된다. 또한, 본 발명의 범위보다도 S량이 적어지면, 슬래그의 박리성이 저하된다. 한편, 본 발명의 범위보다도 O 함유량이 많아지면, 슬래그량이 과도해진다.
이하, 본 실시 양태의 효과에 대하여 설명한다. 상기와 같이, 본 실시 양태에 따른 와이어에 있어서는 Mn 함유량이 1.80질량% 이하이며, Ti 함유량이 0.18질량% 이하이며, O함유량이 0.0100질량% 이하로 규제되어 있기 때문에, 슬래그의 생성량이 적다. 또한, Mn 함유량이 1.80질량% 이하이고, S 함유량이 0.005질량% 이상이며, Mo 함유량이 0.35질량% 이하이며, Cu 함유량이 0.45질량% 이하이며, 와이 어의 표면에 와이어 10kg 당 0.01g 이상의 MoS2가 부착되어 있기 때문에, 슬래그의 박리성이 양호하다. 또한, 각 성분의 함유량을 상술한 바와 같이 규정하고 있기 때문에, 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 용접을 실시해도, 용접 금속부의 기계적 성질을 양호한 상태로 유지할 수 있다. 또한, Ti 함유량이 0.05질량% 이상이기 때문에, 아크가 안정적이고, 스퍼터의 발생량이 적다.
이와 같이, 본 실시 양태에 있어서는 와이어의 여러 가지 성분을 적정 범위로 규정함으로써 철골 건축용으로서 주로 사용되는 대 입열·고 패스간 온도 용접에 있어서, 용접 금속부의 양호한 기계적 성질을 유지하면서도, 지금까지 큰 과제였던 슬래그량의 저감 및 슬래그 박리성의 향상을 도모할 수 있다. 이 기술은 향후 점점 증가할 것으로 예상되는 로봇을 사용함에 따른 자동 용접화 및 무인 용접화에 매우 적합하다. 즉, (1) 슬래그 퇴적에 따른 아크 불안정의 해소, (2) 슬래그 혼입 결함의 개선, (3) 연속 적층 가능한 판두께의 증대, (4) 슬래그 제거 작업의 회수 감소와 박리성 향상에 따르는 작업 부하 저하, (5) 아크 스타트 미스에 따른 로봇 정지 및 그에 따른 복귀 작업 빈도의 감소 등, 수득되는 효과는 절대적이고, 철골 건축의 능률 향상, 비용 저감에 크게 공헌한다.
다음으로 본 발명의 제 2 실시 양태에 대하여 설명한다. 본 실시 양태에 따른 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는 상술한 제 1 실시 양태와 같이, 연강 또는 강도가 490N/mm2급 이하인 고장력 강에 대하여, 최대 입열량이 40kJ/cm, 최고 패스간 온도가 350℃인 조건에서 탄산 가스 실드 아크 용접을 실시할 때, 또한 강 도가 520N/mm2급 이하인 고장력 강에 대하여, 최대 입열량이 30kJ/cm, 최고 패스간 온도가 250℃인 조건에서 탄산 가스 실드 아크 용접을 실시할 때 사용하는 와이어이다.
이 와이어의 조성은, C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, Cu: 0.45질량% 이하, 및 B: 0.0015 내지 0.0050질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다. 보다 바람직하게는, C: 0.05 내지 0.10질량%, Ti: 0.05 내지 0.16질량%이다.
또한, 와이어의 표면에는 MoS2이 와이어 10kg 당 0.01내지 1.00g 부착되어 있다. 즉, MoS2 부착량은 0.01g/10kg 내지 1.00g/10kg이다. 이 MoS2는, 예컨대 도포에 의해서 와이어 표면에 피착된 것이다.
이하, B 함유량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 본 실시 양태에 있어서의 B 함유량이외의 수치 한정 이유는 상술한 제 1 실시 양태와 동일하다.
B 함유량: 0.0015 내지 0.0050질량%
붕소(B)는 소량의 첨가로 용접 금속부의 인성을 향상시키는 효과가 있다. 단, B 함유량이 0.0015질량% 미만에서는 인성 향상 효과가 나타나지 않기 때문에, 0.0015질량%를 B 함유량의 하한치로 한다. 한편, 0.0050질량%를 넘어 과도하게 B를 첨가하면, 용접 금속부의 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 0.0050질량%를 B 함유량의 상한치로 한다.
본 실시 양태에 있어서는 상술한 제 1 실시 양태의 효과에 더하여, 와이어에 B를 첨가함으로써 용접 금속부의 인성을 더 한층 향상시킬 수 있다. 본 실시 양태에 있어서의 상기 이외의 효과는 상술한 제 1 실시 양태와 동일하다.
다음으로 본 발명의 제 3 실시 양태에 대하여 설명한다. 본 실시 양태에 따른 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는 상술한 제 1 및 제 2 실시 양태와 같이, 연강 또는 강도가 490N/mm2급 이하인 고장력 강에 대하여, 최대 입열량이 40kJ/cm, 최고 패스간 온도가 350℃인 조건에서 탄산 가스 실드 아크 용접을 실시할 때, 또는 강도가 520N/mm2급 이하인 고장력 강에 대하여, 최대 입열량이 30kJ/cm, 최고 패스간 온도가 250℃인 조건에서 탄산 가스 실드 아크 용접을 실시할 때에 사용하는 와이어이다.
이 와이어의 조성은 C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 Cu: 0.45질량% 이하를 함유하고, 또한, Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 각각 0.20질량% 이하 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다. 보다 바람직하게는 C: 0.05 내지 0.10질량%, Ti: 0.05 내지 0.16질량%이다. 또한, 와이어의 표면에는, MoS2가 와이어 10kg 당 0.01내지 1.00g 부착하고 있다.
이하, Nb, V, Al, Cr 및 Ni의 함유량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 본 실시 양태에 있어서의 상기 이외의 수치 한정 이유는 상술한 제 1 실시 양태와 동일하다.
Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소의 함유량: 각각 0.20질량% 이하
Nb, V, Al, Cr 및 Ni는 용접 금속부의 강도를 향상시키기 위해서, 필요에 따라 미량 첨가되는 원소이다. 그러나 각각의 함유량이 0.20질량%를 초과하면, 슬래그량이 증가한다. 또한, Nb, V, Al, Cr의 함유량이 각각 0.20질량%를 초과하면, 용접 금속부의 인성이 저하된다. 따라서, Nb, V, Al, Cr 및 Ni의 함유량은 각각 0.20질량%를 상한으로 한다.
본 실시 양태에 있어서는 상술한 제 1 실시 양태의 효과에 더하여, 와이어에 Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 첨가함으로써 용접 금속부의 강도를 더 한층 향상시킬 수 있다. 본 실시 양태에 있어서의 상기 이외의 효과는 상술한 제 1 실시 양태와 동일하다.
다음으로 본 발명의 제 4 실시 양태에 대하여 설명한다. 본 실시 양태에 따 른 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는 상술한 제 1 내지 제 3 실시 양태와 동일하게, 연강 또는 강도가 490N/mm2급 이하인 고장력 강에 대하여, 최대 입열량이 40kJ/cm, 최고 패스간 온도 350℃인 조건에서 탄산 가스 실드 아크 용접을 실시할 때, 또는 강도가 520N/mm2급 이하인 고장력 강에 대하여, 최대 입열량이 30kJ/cm, 최고 패스간 온도가 250℃인 조건에서 탄산 가스 실드 아크 용접을 실시할 때 사용하는 와이어이다.
이 와이어의 조성은 C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, Cu: 0.45질량% 이하, 및 B: 0.0015 내지 0.0050질량%를 함유하고, 또한, Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 각각 0.20질량% 이하 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있다. 보다 바람직하게는 C: 0.05 내지 0.10질량%, Ti: 0.05 내지 0.16질량%이다. 또한, 와이어의 표면에는 MoS2가 와이어 10kg 당 0.01내지 1.00g 부착하고 있다.
본 실시 양태는 상술한 제 2 및 제 3 실시 양태를 조합한 것이다. 즉, 본 실시 양태에 있어서는 상술한 제 1 실시 양태의 효과에 더하여, 와이어에 B를 첨가함으로써 용접 금속부의 인성을 더 한층 향상시킬 수 있다. 또한, 와이어에 Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 첨가함으로써 용접 금속부의 강도를 더 한층 향상시킬 수 있다. 본 실시 양태에 있어서의 상기 이외의 효과는 상술한 제 1 실시 양태와 동일하다.
한편, 상술한 각 실시 양태에 있어서는 와이어의 표면에 MoS2가 부착하고 있는 예를 게시했지만, MoS2는 반드시 부착되어 있을 필요는 없다. 또한, 와이어가 선재 및 이 선재의 주위에 피복되는 구리 도금층으로부터 구성될 수도 있다. 또한, 와이어에 구리 도금층이 형성되어 있지 않고, 또한, 와이어 중에 Cu가 함유되어 있지 않을 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예의 효과에 대하여, 그 특허 청구의 범위로부터 벗어나는 비교예와 비교하여 구체적으로 설명한다. 도 4는 용접 시험편의 형상 및 치수를 나타내는 평면도 및 측면도이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 모재로서, 세로가 350mm이고, 가로가 125mm이고, 두께가 28mm인 강판(11)과, 세로가 300mm이고, 가로가 150mm이며, 두께가 28mm인 강판(12)을 준비했다. 강판(12)에는 개선(開先) 각도가 35°인 レ형 개선을 형성했다. 그리고 강판(11) 및 (12)의 긴변 사이에 7mm의 간격이 형성되도록, 강판(11) 및 (12)를 평행하게 배치했다. 또한, 강판(12)의 표면에서의 긴변 방향 중앙부에서 또한 개선으로부터 10mm의 위치에, 패스간 온도 측정 위치(T)를 설정했다. 그리고, 강판(11) 및 강판(12)의 대향 부분의 뒷편에는 이당금(裏當金)(13)을 배치했다. 또한, 강판(12)의 긴 방향 양측에는 각각 고정 탭(14)을 배치하여, 강판(11) 및 (12)을 서로 고정했다. 한편, 도 4의 측면도에서는 고정 탭(14)은 그 도시가 생략되어 있다.
그리고 다수 종류의 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어(도시하지 않음)를 사용하여, 개선 용접을 실시했다. 이에 의해, 강판(11)과 강판(12)과의 사이에, 비드(15)가 형성되었다. 이 때 용접 조건을 표 1에 나타낸다. 또한, 사용한 와이어의 조성을 표 2 및 표 3에 나타낸다. 표 2에 나타내는 각 성분의 함유량 및 표 3에 나타내는 MoS2 이외의 함유량의 단위는 [질량%]이고, 표 3에 나타내는 MoS2의 부착량의 단위는 [g/10kg], 즉, 와이어 10kg 당 g수이다. 한편, 표 2 및 표 3에 나타내는 와이어는 선재의 표면에 구리 도금이 실시되어 있는 와이어와, 구리 도금이 실시되지 않은 와이어 모두를 포함하지만, 와이어 전체 질량 중의 Cu 함유량(질량%)만을 지표로서 정리하고 있다.
Figure 112005037333648-PAT00001
Figure 112005037333648-PAT00002
Figure 112005037333648-PAT00003
그리고, 용접 중의 (1) 아크 안정성 및 (2) 스퍼터 발생량을 평가했다. 또한, 용접 종료 후에, 디지털 화상 처리에 의해 (3) 슬래그의 박리성을 평가하고, 또한, (4) 슬래그 생성량을 계측했다. 또한, (5) 용접 금속부의 기계적 성질을 평가했다. 또한, (6) 용접 금속부에서의 고온 균열의 발생의 유무를 조사했다. 이들 평가 결과를 표 4에 나타낸다. 이하, 이들의 평가 방법에 대하여 설명한다.
(1) 아크 안정성
아크 안정성은 용접 중의 작용 시험에 의해서 평가했다. 슬래그가 아크의 발생을 방해하여 아크를 교란시키지 않으면서, 아크 안정성이 매우 우수한 경우를 매우 양호(◎)라고 판정하고, 슬래그가 약간 아크를 교란시켰지만, 아크 안정성이 실용상 문제가 없는 레벨인 경우를 양호(○)라고 판정하고, 그 이외의 경우를 불량(×)이라고 판정했다. 한편, 와이어의 송급 불량에 기인하여 아크의 교란이 생긴 경우도 불량(×)으로 했다.
(2) 스퍼터 발생량
스퍼터 발생량은 용접 종료 후에 실드 노즐에 부착된 스퍼터를 회수하여, 그 질량을 측정함으로써 평가했다. 회수된 스퍼터량이 3g 이하인 경우를 양호(O)라고 판정하고, 3g 보다도 많던 경우를 불량(×)이라고 판정했다.
(3) 슬래그의 박리성
용접 완료 후, 도 4에 나타내는 패스간 온도 측정 위치(T)에서 측정되는 강판 표면 온도가 250℃까지 냉각된 시점에서, 비드(15)의 외관을 사진 촬영했다. 다음으로 그 비드 외관 사진을 컴퓨터로 인식하여 화상 해석 소프트웨어에 의해 두가지 값으로 처리를 실시하여, 슬래그가 자연 박리한 영역과, 슬래그가 부착한 채로의 영역을 구별했다. 그리고 상기 화상 해석 소프트웨어에 의해, 슬래그가 자연 박리된 영역의 면적과, 슬래그가 부착된 채로의 영역의 면적을 각각 산출했다. 그리고 이들 면적에 따라 슬래그 박리율을 구했다. 슬래그가 자연 박리된 영역의 면적을 a로 하고, 슬래그가 부착한 채로의 영역의 면적을 b로 하고, 슬래그 박리율을 R(%)라고 하면, 슬래그 박리율(R)을 하기 수학식 1에 의해 계산했다. 슬래그 박리율(R)이 15% 이상인 경우를 양호(O)하다고 판정하고, 15% 미만인 경우를 불량(×)이라고 판정했다.
Figure 112005037333648-PAT00004
(4) 슬래그 생성량
슬래그 생성량에 관해서는 비드 외관 사진의 촬영 후에 자연 박리한 것도 포함시켜 모든 슬래그를 회수하고, 그 질량을 측정하여 평가했다. 회수된 슬래그의 질량이 6g 이하인 경우를 양호(O)하다고 하고, 6g을 초과하는 경우를 불량(×)으로 했다.
(5) 용접 금속부의 기계적 성질
용접 금속부의 기계적 성질의 평가는 인장력 시험에 의해 강도를 측정하고, 샤르피 충격 시험에 의해 인성을 측정하여 실시했다. 도 4에 나타내는 시험편으로부터, JIS Z3111에 규정되는 시험편을, 그 중심이 비드 표면 하 10mm, 비드폭 중앙부이 되도록 채취하여, 인장력 시험 및 샤르피 충격 시험에 제공했다. 한편, 인장력 시험은 실온(20℃)의 분위기로 실시했다. 또한, 샤르피 충격 시험은 0℃ 분위기에서 실시하고, 3개의 시험편을 각각 측정하여 그 평균치를 평가치로 했다. 그리고 강도에 관해서는 인장력이 490N/mm2(= 490MPa) 이상인 경우를 합격(○)으로 하고, 그 미만인 경우를 불합격(×)으로 했다. 또한, 인성에 대해서는, 샤르피 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지가 70J 이상인 경우를 합격(○)으로 하고, 그 미만인 경우를 불합격(×)으로 했다.
(6) 고온 균열
용접 금속부에서의 고온 균열의 유무는 초음파 탐상 시험에 의해 조사했다.
Figure 112005037333648-PAT00005
표 4에 나타낸 결과를 설명한다. No.1 내지 16은 본 발명의 실시예이다. 실시예 No.1 내지 16에 있어서는 각 성분의 함유량이 본 발명의 범위 내에 있기 때문에, 아크의 안정성이 우수하여, 스퍼터의 발생량이 적고, 슬래그의 박리성이 양호하고, 슬래그의 생성량이 적고, 용접 금속부의 강도 및 인성이 높고, 내균열성이 양호했다. 이 때문에, 우수한 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 성질이 수득되었다.
이에 대해, 표 4에 나타내는 No.17 내지 41는 비교예이다. 비교예 No.17는 C가 과소하고 용접 금속부의 강도가 부족했다. 비교예 No.18은 C가 과잉이며 용접 금속부에 고온 균열이 발생했다. 비교예 No.19는 Si가 과소하고 용접 금속부의 강도가 부족했다. 비교예 No.20은 Si가 과잉이며 용접 금속부의 인성이 부족했다. 비교예 No.21는 Ti가 과소하고 스퍼터 발생량이 많고 아크 안정성도 뒤떨어졌다. 비교예 No.22는 Ti가 과잉이고, 슬래그 생성량이 많고, 박리성이 나빴다. 또한, 슬래그 생성량이 많고, 슬래그의 두께가 증가했기 때문에, 아크의 안정성이 손상되어 불안정했다. 비교예 No.23는 Si 및 Ti의 단독량은 문제없지만, Si 및 Ti의 합계량이 과소했기 때문에, 강도가 부족하여, 스퍼터량이 증가하여, 아크가 불안정화되었다. 비교예 No.24는 Mn이 과소하고 용접 금속부의 인장 강도 및 인성이 모두 낮았다.
비교예 No.25는 Mn이 과잉이며, 슬래그량이 많고, 박리성이 나빴다. 또한, 슬래그량이 많고, 슬래그의 두께가 증가했기 때문에, 아크의 안정성이 손상되어 불안정했다. 비교예 No.26는 Mo가 과소하고 인장력이 낮았다. 비교예 No.27은 Mo가 과잉이며, 슬래그의 박리성이 나빴다. 비교예 No.28는 Mn 및 Mo의 단독량은 문제 없지만, Mn 및 Mo의 합계량이 과잉이었기 때문에, 슬래그량이 많고, 박리성이 나빴다. 또한, 슬래그량이 많고, 슬래그의 두께가 증가하여, 아크가 불안정했다. 비교예 No.29는 S가 과소하고, 슬래그의 박리성이 나빴다. 비교예 No.30은 S가 과잉이며, 인성이 낮은 동시에 고온 균열도 발생했다. 또한, 슬래그가 입상화하여, 두께가 늘어 아크의 안정성을 손상시켰다.
비교예 No.31은 O가 과잉이고, 슬래그량이 증가하여 박리성도 저하되었다. 또한, 슬래그의 두께가 늘었기 때문에 아크가 불안정해졌다. 또한, 용접 금속 중의 개재물이 과잉이 되어 고온 균열이 발생하고, 인성도 낮았다. 비교예 No.32는 S 및 O의 단독량은 문제없지만, S 및 O의 합계량이 과잉이며, 인성이 낮은 동시에 고온 균열도 발생했다. 또한, 슬래그가 입상화하여, 두께가 늘어 아크의 안정성을 손상시켰다. 비교예 No.33은 P가 과잉이고, 고온 균열이 발생했다. 비교예 No.34는 Cu가 과잉이고, 슬래그량이 많고, 박리성이 나빴다. 또한, 슬래그량이 많고, 슬래그의 두께가 늘었기 때문에, 아크의 안정성이 손상되고 불안정해졌다. 또한, 고온 균열도 발생했다. 비교예 No.35는 B가 과잉이고, 고온 균열이 발생했다. 비교예 No.36 내지 No.40는 각각 Nb, V, Al, Cr, Ni가 과잉이고, 슬래그량이 증가하여 박리성이 저하되었다. 또한, 슬래그의 두께가 늘었기 때문에 아크의 안정성이 손상되고, 불안정했다. 비교예 No.36 내지 No.39는 용접 금속부의 인성도 저하되었다. 비교예 No.41는 와이어 표면에서의 MoS2의 부착량이 과잉이고, 도관 라이너(conduit liner) 등의 송급계에 MoS2가 퇴적되어 막혀, 와이어 송급이 불안정했다. 그 결과, 아크 안정성이 손상되고, 슬래그 분포가 불균일화되어 악영향을 미쳐, 슬래그의 박리성이 저하되었다. 또한, 스퍼터량도 증가했다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어는, 연강 또는 강도 520N/mm2급 이하의 고장력 강에 대하여 대 입열·고 패스간 온도 조건에서 가스 실드 아크 용접을 실시했을 때, 용접부가 충분한 기계적 성능을 구비하는 동시에, 슬래그의 발생량이 적고, 슬래그의 박리성이 양호해진다.

Claims (11)

  1. C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 Cu: 0.45질량% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하이고, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상이고, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며,
    상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
  2. C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, Cu: 0.45질량% 이하, 및 B: 0.0015 내지 0.0050질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하이고, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상이고, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며,
    상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
  3. C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 Cu: 0.45질량% 이하를 함유하고, 또한, Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 각각 0.20질량% 이하 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하이고, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상이고, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며,
    상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
  4. C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, Cu: 0.45질량% 이하, 및 B: 0.0015 내지 0.0050질량%를 함유하고, 또한, Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 각각 0.20질량% 이하 함유하며, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하이고, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상이고, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며, 상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
  5. C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, 및 Mo: 0.10 내지 0.35질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하이고, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상이고, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며,
    상기 불가피적 불순물 중, P이 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
  6. C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 B: 0.0015 내지 0.0050질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하이고, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상이고, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며,
    상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
  7. C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, 및 Mo: 0.10 내지 0.35질량%를 함유하고, 또한, Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 각각 0.20질량% 이하 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이 루어지고,
    Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하이고, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상이고, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며,
    상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
  8. C: 0.02 내지 0.10질량%, Si: 0.65 내지 1.00질량%, Mn: 1.40 내지 1.80질량%, S: 0.005 내지 0.025질량%, Ti: 0.05 내지 0.18질량%, Mo: 0.10 내지 0.35질량%, 및 B: 0.0015 내지 0.0050질량%를 함유하고, 또한, Nb, V, Al, Cr 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 원소를 각각 0.20질량% 이하 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    Mn 및 Mo의 합계 함유량이 2.10질량% 이하이고, Si 및 Ti의 합계 함유량이 0.75질량% 이상이고, S 및 O의 합계 함유량이 0.030질량% 이하이며,
    상기 불가피적 불순물 중, P가 0.020질량% 이하로 규제되고, O가 0.0100질량% 이하로 규제되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    C의 함유량이 0.05질량% 이상인 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Ti의 함유량이 0.16질량% 이하인 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
  11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    와이어 10kg 당 중량으로 와이어 표면에 MoS2가 0.01g/10kg 내지 1.00g/10kg 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 솔리드 와이어.
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