KR20060105602A - 저합금강 용접 금속 및 플럭스 함유 와이어 - Google Patents

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Abstract

저온 강을 가스 실드 아크 용접하여 구성 요소들을 조립하는 경우, 개선된 인성을 갖는 저온 강 용접 금속 및 이를 제공하기 위한 플럭스 함유 와이어를 제공한다. 상기 용접 금속은 C: 0.04 내지 0.08질량%, Si: 0.20 내지 0.50질량%, Mn: 0.80 내지 1.70질량%, Ti: 0.030 내지 0.080질량%, Ni: 0.30 내지 3.00질량%, Mo: 0.01 내지 0.20질량%, B: 0.0020 내지 0.0070질량%, O: 0.040 내지 0.070질량%, Al: 0.01질량% 이하, 및 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 수학식 ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])= 0.20 내지 0.60(여기서, [C], [Mn], [Ti], [Si] 및 [O]는 각각 C, Mn, Ti, Si 및 O의 함량을 나타낸다)을 만족한다.

Description

저합금강 용접 금속 및 플럭스 함유 와이어{LOW ALLOY STEEL WELD METAL AND FLUX CORED WIRE}
본 발명은 플럭스 함유 와이어(flux cored wire)를 사용하는 가스 실드 아크 용접(gas shielded arc welding)에 의해 형성되고 490 내지 670MPa의 인장강도를 갖는 저합금강 용접 금속 및 이를 제공하기 위한 플럭스 함유 와이어에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 우수한 저온 인성을 갖는 저합금강 용접 금속 및 이를 제공하기 위한 플럭스 함유 와이어에 관한 것이다.
최근, 한랭 지역 및 해역에서 에너지 개발이 행해지고 있고, 여기서 구성 요소들은 저온용 강을 사용하여 제조되고 있다. 그러나, 한랭 지역 및 해역에서 이들 구성 요소들은 종래 기술에서의 통상적인 저온 인성에 대한 요구 외에도, 이들이 작동하는 한랭 지역 및 해역에서의 기후 조건을 고려하여 설계되고, 이에 따라 더 높은 인성 강이 요구된다. 더욱이, 고효율의 용접을 문제없이 얻기 위한 목적으로 플럭스 함유 와이어를 이러한 저온 강의 용접에 적용하기 위한 요구가 커지고 있다.
이러한 상황하에서, 예컨대 일본 특허출원 제 2000-263283 호에는 용접 금속의 고용체 Ti 함량 및 화학 성분을 조절함으로써 저온에서 용접 금속의 인성을 개선시키는 기술이 개시되어 있다. 상기 특허 문헌에 개시된 공지 기술은 사전 오스테나이트 입자 중 침상 페라이트의 형성에 중점을 두고 있다.
상기 공지 기술에서는 인성을 개선하기 위해 사전 오스테나이트 입자 중 침상 페라이트의 형성을 억제하고는 있지만, 사전 오스테나이트 입자계 중의 현상은 전혀 고려하고 있지 않다. 이에 따라, 저온 강의 용접시 용접 금속의 인성이 충분하지 않다.
본 발명은 상술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 저온용 강을 가스 실드 아크 용접에 의해 구성 요소를 조립하는 경우, 개선된 인성을 갖는 저온 강 용접 금속 및 이를 제공하기 위한 플럭스 함유 와이어를 제공하는데 있다.
본 발명의 한가지 양태는 강 시쓰(steel sheath) 및 상기 강 시쓰내에 충전된 플럭스를 포함하는 플럭스 함유 와이어를 사용하는 가스 실드 아크 용접에 의해 얻어지는 우수한 저온 인성을 갖는 용접 금속을 제공한다. 상기 용접 금속은 C: 0.04 내지 0.08질량%, Si: 0.20 내지 0.50질량%, Mn: 0.80 내지 1.70질량%, Ti: 0.030 내지 0.080질량%, Ni: 0.30 내지 3.00질량%, Mo: 0.01 내지 0.20질량%, B: 0.0020 내지 0.0070질량%, O: 0.040 내지 0.070질량%, Al: 0.01질량% 이하, 및 잔 부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 수학식 ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])= 0.20 내지 0.60(여기서, [C], [Mn], [Ti], [Si] 및 [O]는 각각 C, Mn, Ti, Si 및 O의 함량을 나타낸다)을 만족한다.
바람직하게는, 저합금강 용접 금속에서, 주상 구조 중 페라이트 측판의 부피비는 20질량% 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 플럭스 함유 와이어는 강 시쓰 및 상기 강 시쓰내에 충전된 플럭스를 포함하고, 하기 조성 범위 내의 하나 이상의 기재상에서 가스 실드 아크 용접을 수행함으로써 상기 용접 금속을 제공할 수 있다. 상기 기재의 조성은 C: 0.03 내지 0.15질량%, Si: 0.10 내지 0.50질량%, Mn: 0.80 내지 1.80질량%, P: 0.02질량% 이하, S: 0.02질량% 이하, Ni: 0.01 내지 3.00질량%, Cr: 0.2질량% 이하, Mo: 0.2질량% 이하, Ti: 0.08질량% 이하, Al: 0.05질량% 이하, B: 0.005질량% 이하, 및 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다.
이 경우에, 본 발명의 플럭스 함유 와이어를 구체화하는 금속 플럭스 함유 와이어에 있어서, 상기 와이어는 전체 와이어의 총 질량을 기준으로, Fe: 92.0 내지 98.5질량%, C: 0.03 내지 0.09질량%, Mn: 1.0 내지 2.5질량%, Si: 0.20 내지 0.60질량%, Ti: 0.05 내지 0.30질량%(Ti 환산으로, Ti 합금 및 Ti 산화물 중의 Ti 함량에 해당한다), B: 0.003 내지 0.012질량%, Ni: 0.3 내지 3.0질량%, Mo: 0.01 내지 0.20질량% 및 Al: 0.05질량% 이하를 포함한다.
다르게는, 본 발명의 플럭스 함유 와이어를 구체화하는 평면 및 수평 필릿(fillet) 용접용 플럭스 함유 와이어에 있어서, 상기 와이어는 전체 와이어의 총 질량을 기준으로, Fe: 87 내지 95질량%, Ti: 1.0 내지 2.6질량%(Ti 환산으로, Ti 합금 및 Ti 산화물 중의 Ti 함량에 해당한다), C: 0.03 내지 0.09질량%, Mn: 1.0 내지 2.5질량%, Si: 0.20 내지 0.60질량%, B: 0.003 내지 0.012질량%, Ni: 0.3 내지 3.0질량%, Mo: 0.01 내지 0.20질량% 및 Al: 0.05질량% 이하를 포함한다.
다르게는, 본 발명의 플럭스 함유 와이어를 구체화하는 전부위 용접용 티타니아계 플럭스 함유 와이어에 있어서, 상기 와이어는 전체 와이어의 총 질량을 기준으로, Fe: 85 내지 93질량%, Ti: 2.4 내지 3.6질량%(Ti 환산으로, Ti 합금 및 Ti 산화물 중의 Ti 함량에 해당한다), C: 0.03 내지 0.09질량%, Mn: 1.0 내지 2.5질량%, Si: 0.20 내지 0.60질량%, B: 0.003 내지 0.012질량%, Ni: 0.3 내지 3.0질량%, Mo: 0.01 내지 0.20질량% 및 Al: 0.05질량% 이하를 포함한다.
본 발명에 따르면, 용접 금속의 조성은 상기한 바와 같고, 수학식 ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])= 0.20 내지 0.60을 만족한다. 이는 용접 금속의 주상 구조 중 사전 오스테나이트 입자계에서 페라이트 측판의 발생을 방지하고, 이에 의해 종래의 용접 금속에서 얻을 수 없었던 우수한 저온 인성을 얻을 수 있다. 더욱이, 상기 플럭스 함유 와이어의 적합한 조성은 우수한 저온 인성을 갖는 상기 용접 금속을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의하면, 저온 하에서 사용되는 구성 요소들의 안정성이 추가로 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시 형태를 상세히 설명한다.
(1) 용접 금속
먼저, 본 발명의 용접 금속의 조성 범위에 대한 근거를 하기에서 상세하게 기술할 것이다.
C(탄소)
적합한 양의 탄소는 시멘타이트의 안정화 이유로 인성을 안정화시키는 효과를 갖는다. C 함량이 용접 금속 중 0.04질량% 미만인 경우에, 인성의 안정화 효과는 줄어들게 된다. C 함량이 0.08질량% 이상인 경우에, 열 균열 내성이 감소한다. 따라서, C 함량은 바람직하게 0.05 내지 0.07질량%의 범위이다.
Si(규소)
규소는 탈산화제로서 작용하는 동시에 미세구조에 영향을 미친다. Si의 함량이 크면, 사전 오스테나이트 입자계로부터 고비율의 페라이트 측판이 초래되고, 인성을 감소시킨다. Si의 함량이 용접 금속 중 0.20질량% 미만인 경우에, 불충분한 탈산화로 인해 기포가 발생하기 쉽다. Si의 함량이 0.50질량% 이상인 경우에, 상기 사전 오스테나이트 입자계 중 페라이트 측판의 발생을 억제할 수 없고, 용접 금속의 인성을 감소시킨다. 따라서, Si 함량은 바람직하게 0.25 내지 0.45질량%의 범위이다.
Mn(망간)
망간은 탈산화제로서 작용하는 동시에 용접 금속의 강도 및 인성에 영향을 미친다. Mn 함량이 용접 금속 중 0.80질량% 미만인 경우에, 용접 금속의 강도는 불충분하고, 그의 인성은 감소된다. Mn 함량이 1.70질량% 이상인 경우에, 상기 금 속의 강도 및 그의 경도는 과도하게 되어 인성을 감소시킨다. 따라서, Mn 함량은 바람직하게 0.90 내지 1.60질량%의 범위이다.
Ti(티탄)
티탄은 용접 금속 중에서 산화물 또는 고용체로서 존재한다. 산화물 형태의 Ti 원소는 사전 오스테나이트 입자계 중 침상 페라이트의 핵으로 작용하여 용접 금속의 인성을 개선시키는데 기여한다. 즉, 사전 오스테나이트 입자계 중, 침상 페라이트는 그의 핵으로 작용하는 Ti 산화물로 형성된다. 상기 침상 페라이트는 상기 구조를 소형화하여 그의 인성을 개선시키는데 기여하는 효과를 갖는다. Ti 함량이 용접 금속 중 0.30질량% 미만인 경우에, 핵은 충분하게 형성될 수 없고, 따라서 페라이트의 조질은 용접 금속의 인성 감소를 초래한다. 이에 비해, Ti 함량이 0.080 질량% 이상인 경우에, 고용체 Ti의 함량은 과량이 되고, 이에 따라 용접 금속의 강도가 과도하게 높아지는 동시에, 그의 인성이 감소한다. 따라서, Ti 함량은 바람직하게 0.040 내지 0.070질량%의 범위이다.
Ni(니켈)
니켈은 취성 파괴의 전이 온도를 저온으로 이동시킴으로써 용접 금속의 인성을 개선시키는 효과를 갖는다. 그러나, Ni의 과도한 첨가는 용접 금속 중에서 열 균열(고형화 균열)을 쉽게 초래한다. 용접 금속의 Ni 함량이 0.30질량% 미만인 경우에, 용접 금속의 인성은 그다지 개선되지 않는다. 이에 비해, Ni 함량이 3.00질량% 이상인 경우에, 열 균열 내성이 감소한다. 따라서, Ni 함량은 바람직하게 0.35 내지 2.80질량%의 범위이다.
Mo(몰리브덴)
용접 금속의 강도를 확보하기 위해, 몰리브덴을 0.01질량% 이상의 양으로 가한다. Mo의 과도한 첨가는 취성 파괴의 전이 온도를 고온으로 이동시킴으로써 용접 금속의 인성을 감소시킨다. 용접 금속 중 0.20질량% 이하의 Mo 함량은 용접 금속의 인성 감소에 거의 영향을 미치지 않는다. 따라서, Mo 함량은 바람직하게 0.01 내지 0.15질량%의 범위이다.
B(붕소)
붕소는 사전 오스테나이트 입자계 내에서의 분리성에 기인하여 입자계 페라이트의 발생을 방지함으로써 용접 금속의 인성을 개선시키는 효과를 갖는다. B의 과도한 첨가는 용접 금속 중에서 열 균열(고형화 균열)을 쉽게 초래한다. 용접 금속의 B 함량이 0.0020질량% 미만인 경우에, 용접 금속의 인성은 그다지 개선되지 않는다. 이에 비해, B 함량이 0.0070질량% 이상인 경우에, 용접 금속의 열 균열 내성은 감소한다. 따라서, B 함량은 바람직하게 0.0025 내지 0.0060질량%의 범위이다.
O(산소)
용접 금속 중에서 대부분의 산소는 산화물 형태로 존재하는 것으로 여겨진다. 충격 시험 중, O 함량의 증가는 용접 금속의 상부 선반 에너지를 감소시킨다. 따라서, 용접 금속 중에서 높은 인성을 얻기 위해, O 함량을 낮은 수준으로 감소시키는 것이 중요하다. 플럭스 함유 와이어 중에서 O 함량을 낮은 수준으로 감소시키면 용접 가공성을 상당히 저하시켜(스패터(spatter)를 증가시키고, 전부위 용접 의 용접성 등을 저하시킨다), 실용적이지 않다. 본 발명에서, 용접 금속 중에서 O 함량 0.040 내지 0.070질량%가 저온에서 용접 금속의 인성을 확보할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 즉, 용접 금속 중에서 O 함량이 0.040질량% 미만인 경우에, 용접 가공성은 상당히 저하된다. 이에 비해, O 함량이 0.070질량% 이상인 경우에, 상부 선반 에너지가 감소하고, 인성의 감소를 초래한다. 따라서, O 함량은 바람직하게 0.040 내지 0.060질량%의 범위이다.
Al(알루미늄)
알루미늄은 사전 오스테나이트 입자계 중에서 Ti 산화물에 의해 야기될 수 있는 침상 페라이트의 핵형성을 방지하기 위해 용접 금속 중에서 산화물의 형태로 존재한다. 상기 용접 금속 중에서, Al 함량이 0.01질량% 이하인 경우에, 침상 페라이트의 핵형성은 감소한다. 바람직하게, Al 함량은 0.008질량% 이하이다.
([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])
상기 각각의 원소의 조성 범위에 의해 저온에서 용접 금속의 인성을 어느 정도 얻을 수 있지만, 저온 인성을 확보하기 위해, 본 출원인은 0.20 내지 0.60 범위의 ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])로 충분한 저온 인성을 확보할 수 있다는 것을 밝혀냈다. 0.20 미만의 ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])는 경도 및 상부 선반 에너지의 저하를 일으키고, 페라이트 측판의 비율을 증가시키고, 이에 따라 용접 금속의 인성을 저하시키게 된다. 0.60 이상의 ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])는 과도한 경도로 인해 용접 금속의 인성을 저하시킨다. 미세구조의 관찰 결과로서, 우수한 저온 인성을 갖는 용접 금속의 주상 구조 중 페라이트 측판의 부피비는 20부피% 이하이고, 바람직하게는 16부피% 이하이다.
입자계로부터 핵형성에 의해 초래되는 변형 구조는 입자내에서 성장하여 페라이트 측판을 형성한다. 이러한 성장은, 입자 중에 잔존하는 산화물계 함유물 및 상기 산화물계 함유물로부터 핵형성에 의해 초래되는 입자 중 변형 구조의 존재를 억제함으로써 정지한다. 0.20 내지 0.60의 범위 이내로 상기 변수를 설정하여 입자 중 산화물계 함유물 및 입자 중 변형 구조를 적절하게 억제할 수 있는 것으로 간주된다.
용접 금속의 잔부
용접 금속의 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이다. 불가피한 불순물은 예컨대, P, S, Cu, Cr, V, Nb, Zr, Co 및 Sn을 들 수 있다. 바람직하게, P는 0.02질량% 이하, S는 0.02질량% 이하, Cu는 0.3질량% 이하(Cu 도금을 강 시쓰에 가하는 경우, 도금되는 부분을 포함한다), Cr은 0.1질량% 이하, V는 0.05질량% 이하, Nb는 0.05질량% 이하, Zr은 0.01질량% 이하, Co는 0.01질량% 이하 또는 Sn은 0.02질량% 이하로 감소한다.
(2) 플럭스 함유 와이어
하기 범위를 만족하는 금속 플럭스 함유 와이어, 평면 및 수평 필릿 용접용 플럭스 함유 와이어 및 전부위 용접용 플럭스 함유 와이어는, 이들이 용접 금속의 필요한 기계적인 특성 및 용접 유용성을 충분히 충족시키기 때문에 실용적일 수 있다.
C(탄소)
용접 금속 중에서 C 함량 0.04 내지 0.08질량%를 얻기 위해, 플럭스 함유 와이어의 C 함량은 상기 플럭스 함유 와이어의 총 질량을 기준으로, 0.03 내지 0.09질량%의 범위, 바람직하게는 0.04 내지 0.08질량%의 범위로 설정한다. 탄소 공급원은 예컨대, 흑연, Fe-Mn, Fe-Si 및 강 시쓰내로 C를 첨가하는 것을 들 수 있고, 상기 플럭스 및 강 시쓰 중의 어느 하나로부터 C를 첨가하는데 사용될 수 있음을 주목한다.
Si(규소)
용접 금속 중에서 Si 함량 0.20 내지 0.50질량%를 얻기 위해, 플럭스 함유 와이어의 Si 함량은 플럭스 함유 와이어의 총 질량을 기준으로, 0.20 내지 0.60질량%의 범위, 바람직하게는 0.25 내지 0.55질량%의 범위로 설정한다. 규소 공급원은 예컨대, Fe-Si, Si-Mn 및 강 시쓰내로 Si를 첨가하는 것을 들 수 있고, 상기 플럭스 및 강 시쓰 중의 어느 하나로부터 Si를 첨가하는데 사용될 수 있음을 주목한다.
Mn(망간)
용접 금속 중에서 Mn 함량 0.80 내지 1.70질량%를 얻기 위해, 플럭스 함유 와이어의 Mn 함량은 플럭스 함유 와이어의 총 질량을 기준으로, 1.0 내지 2.50질량%의 범위, 바람직하게는 1.1 내지 2.4질량%의 범위로 설정한다. 망간 공급원은 예컨대, 금속 Mn, Fe-Mn, Si-Mn 및 강 시쓰내로 Mn을 첨가하는 것을 들 수 있고, 상기 플럭스 및 강 시쓰 중의 어느 하나로부터 Mn을 첨가하는데 사용될 수 있음을 주목한다.
Ti(티탄)
용접 금속 중에서 Ti 함량 0.030 내지 0.080질량%를 얻기 위해, 플럭스 함유 와이어의 Ti 함량(Ti 합금 및 Ti 산화물 중에 함유된 Ti 함량)은 금속 플럭스 함유 와이어 중 0.05 내지 0.30질량%의 범위, 평면 및 수평 필릿 용접용 플럭스 함유 와이어 중 1.0 내지 2.6질량%의 범위 또는 전부위 용접용 플럭스 함유 와이어 중 2.4 내지 3.6질량%의 범위로 설정한다. 티탄 공급원은 예컨대, 루틴, 산화티탄, Fe-Ti 및 강 시쓰내로 Ti를 첨가하는 것을 들 수 있고, 상기 플럭스 및 강 시쓰 중의 어느 하나로부터 Ti를 첨가하는데 사용될 수 있음을 주목한다.
적용에 따라서, 즉, 요구되는 슬러그 성분의 양에 따라서 와이어의 각각의 Ti 공급원 함량을 변화시키는 것이 필요하다. 용접 금속의 Ti는 주로 Ti 합금으로부터 비롯되는 사실을 고려하여, 목적하는 Ti 함량을 갖는 용접 금속을 얻기 위해서는 상기 와이어의 Ti 함량을 적절하게 조절한다.
B(붕소)
용접 금속 중에서 B 함량 0.0020 내지 0.0070질량%를 얻기 위해, 플럭스 함유 와이어의 B 함량은 상기 플럭스의 총 질량을 기준으로, 0.003 내지 0.012질량%의 범위, 바람직하게는 0.004 내지 0.011질량%의 범위로 설정한다. 붕소 공급원은 예컨대, Fe-Si-B 합금을 들 수 있음을 주목한다.
Ni(니켈)
용접 금속 중에서 Ni 함량 0.30 내지 3.00질량%를 얻기 위해, 플럭스 함유 와이어의 Ni 함량은 플럭스 함유 와이어의 총 질량을 기준으로, 0.3 내지 3.0질량% 의 범위, 바람직하게는 0.3 내지 2.9질량%의 범위로 설정한다. 니켈 공급원은 예컨대, 금속 Ni, Ni-Mg 및 강 시쓰내로 Ni를 첨가하는 것을 들 수 있고, 상기 플럭스 및 강 시쓰 중의 어느 하나로부터 Ni를 첨가하는데 사용될 수 있음을 주목한다.
Mo(몰리브덴)
용접 금속 중에서 Mo 함량 0.01 내지 0.20질량%를 얻기 위해, 플럭스 함유 와이어의 Mo 함량은 상기 플럭스 함유 와이어의 총 질량을 기준으로, 0.01 내지 0.20질량%의 범위, 바람직하게는 0.01 내지 0.15질량%의 범위로 설정한다. 몰리브덴 공급원은 예컨대, 금속 Mo, Fe-Mo 및 강 시쓰내로 Mo를 첨가하는 것을 들 수 있고, 상기 플럭스 및 강 시쓰 중의 어느 하나로부터 Mo를 첨가하는데 사용될 수 있음을 주목한다.
Al(알루미늄)
용접 금속의 Al 함량을 0.01질량% 이하로 한정하기 위해, 플럭스 함유 와이어의 Al 함량은 플럭스의 총 질량을 기준으로, 0.05질량% 이하로 설정한다.
Fe(철)
저합금강 용접용 플럭스 함유 와이어에 있어서, 합금 성분 외에도 용재 형성제, 아크 안정화제 등을 용도에 따라 첨가할 수 있다. 이들은 플럭스 함유 와이어의 형태에 따라 각각의 적합한 범위의 Fe를 갖는다. 즉, 금속 플럭스 함유 와이어에 있어서, Fe 함량이 상기 와이어의 총 질량을 기준으로, 92.0질량% 미만인 경우에, 다량의 용재가 발생하고, 이에 따라 와이어의 용접 유용성 측면에서 우수한 성질(소량의 용재)이 없어진다. Fe 함량이 98.5질량% 이상인 경우에, 필수 합금 성 분을 가할 수 없다. 평면 및 수평 필릿 용접용 플럭스 함유 와이어에 있어서, Fe 함량이 87질량% 미만인 경우에, 다량의 용재가 발생하고, 이에 따라 와이어의 내공극성은 프라이머 피복 강판 등에서 저하된다. Fe 함량이 95질량% 이상인 경우에, 필수 합금 성분은 가할 수 없다. 전부위 용접용 플럭스 함유 와이어에 있어서, Fe 함량이 85질량% 이상인 경우에, 용재가 과도하게 발생하고, 이에 따라 용재 함유물 등의 용접 결함이 발생하기 쉽다. Fe 함량이 93질량% 이상인 경우에, 필수 합금 성분을 가할 수 없다. 철 공급원은 강 시쓰뿐만 아니라 플럭스 중에서 예컨대 철 분말, Fe계 합금 등을 들 수 있음을 주목한다.
ZrO 2
플럭스의 ZrO₂함량이 와이어의 총 질량을 기준으로, 0.02질량% 미만인 경우에, 평면 및 수평 필릿 용접 중에서 용구의 균제도는 저하된다. 이에 비해, ZrO₂함량이 0.50질량% 이상인 경우에, 수평 필릿 용접 중에서 와이어의 등각 특징은 저하된다. 더욱이, 기립 상태에서 용구의 형상은 볼록하다. 바람직하게, ZrO₂함량은 0.05 내지 0.45질량%의 범위이내이다. ZrO₂공급원은 예컨대, 지르콘 모래, 지르코니아 등을 들 수 있음을 주목한다.
Al 2 O 3
플럭스의 Al2O3 함량이 와이어의 총 질량을 기준으로, 0.02질량% 미만인 경우에, 평면 및 수평 필릿 용접 중에서 용구의 균제도는 저하된다. 이에 비해, Al2O3 함량이 0.80질량% 이상인 경우에, 평면 및 수평 필릿 용접 중에서 용구의 적 합성이 저하된다. 더욱이, 스패터의 발생량이 증가한다. 따라서, Al2O3 함량은 바람직하게 0.05 내지 0.60질량%의 범위이다. Al2O3 공급원은 예컨대, 알루미나를 들 수 있음을 주목한다.
SiO 2
플럭스의 SiO2 함량이 와이어의 총 질량을 기준으로, 0.1질량% 미만인 경우에, 평면 및 수평 필릿 용접 중에서 용구의 균제도는 저하된다. 이에 비해, SiO2 함량이 0.5질량% 이상인 경우에, 수평 필릿 용접 중에서 와이어의 내공극성이 저하된다. 더욱이, 기립 상태에서 용구의 형상은 볼록하다. 바람직하게, SiO2 함량은 0.15 내지 0.45질량%의 범위이다. SiO2 공급원은 예컨대, 실리카, 포타쉬 유리, 소다 유리 등을 들 수 있음을 주목한다.
Mg
플럭스의 Mg 함량이 와이어의 총 질량을 기준으로, 0.2질량% 미만인 경우에, 와이어의 충분한 탈산화를 수행할 수 없고, 와이어의 인성을 저하시킨다. Mg 함량이 1.0질량% 이상인 경우에, 스패터의 양이 증가하고, 이에 따라 와이어의 용접 유용성이 저하된다. 바람직하게, Mg 함량은 0.25 내지 0.9질량%의 범위이다. Mg 공급원은 예컨대, 금속 Mg, Al-Mg, Ni-Mg 등을 들 수 있음을 주목한다.
기타 물질
본원에 개시된 합금 원소 외에도, 부가 합금 원소 및/또는 아크 안정화제를 필요에 따라 첨가할 수 있다. 플럭스 함유 와이어는 1.0 내지 2.0mm의 범위, 바람직하게는 실용적인 측면에서 1.2 내지 1.6mm의 범위의 임의의 직경을 가질 수 있다. 플럭스 함유 와이어의 단면 형상은 특별히 한정되지는 않지만, 균열의 유무 및 와이어의 내부 형상은 임의로 설정할 수 있다.
(3) 기재
본 발명에서, 특허청구범위 제1항에서 기재한 용접 금속을 얻기 위해, 사용되는 용접 기재의 조성은 하기를 포함한다:
C: 0.03 내지 0.15질량%,
Si: 0.10 내지 0.50질량%,
Mn: 0.80 내지 1.80질량%,
P: 0.02질량% 이하,
S: 0.02질량% 이하,
Ni: 0.01 내지 3.00질량%,
Cr: 0.2질량% 이하,
Mo: 0.2질량% 이하,
Ti: 0.08질량% 이하,
Al: 0.05질량% 이하,
B: 0.005질량% 이하,
Cu: 0.3질량% 이하,
V: 0.05질량% 이하,
Nb: 0.05질량% 이하,
Zr: 0.01질량% 이하,
Co: 0.01질량% 이하,
Sn: 0.02질량% 이하,
Fe: 94 내지 99질량%, 및
잔부로 불가피한 불순물.
실시예 1
연강 시쓰내에 13 내지 20질량%의 플럭스를 충전시켜 표 1에 나타낸 바와 같은 조성을 갖는 플럭스 함유 와이어(와이어 직경 1.2mm)를 제조하였다. 이들 플럭스 함유 와이어를 사용하여, 하기와 같이 성질 확인 시험을 수행하였다.
시험 1.
버트 용접(butt welding)
표 1 내지 표 3에 나타낸 플럭스 함유 와이어 및 표 4에 나타낸 조성을 갖는 저온 강판을 사용하여, 표 5에 나타낸 시험 조건 하에서 용접하는 것에 의해 용접 금속을 제조하였다. 수득된 용접 금속의 기계적 특성, 화학적 성분 및 미세구조를 표 6에 나타낸 시험 방법으로 조사하였다. 기계적 특성으로서, 490MPa 이상의 인장강도 및 80J 이상의 흡수 에너지를 갖는 와이어가 적합한 것으로 측정되었다. 표 1에 나타낸 와이어 제 1 번 내지 제 5 번은 본 발명의 특허청구범위 제3항에 규정된 금속 플럭스 함유 와이어의 조성 범위이내에 있는 각각의 조성을 갖는다. 표 2에 나타낸 와이어 제 7 번 내지 제 11 번은 본 발명의 특허청구범위 제4항에 규정된 평면 및 수평 필릿 용접용 플럭스 함유 와이어의 조성 범위이내에 있는 각각의 조성을 갖는다. 표 3에 나타낸 제 13 번 내지 제 17 번은 본 발명의 특허청구범위 제5항에 규정된 전부위 용접용 티타니아계 플럭스 함유 와이어의 조성 범위이내에 있는 각각의 조성을 갖는다. 표 1에 나타낸 와이어 제 6 번은 특허청구범위 제3항에 규정된 Mn 함량의 범위로부터 단지 벗어나는 그의 Mn 함량을 갖는다. 표 2에 나타낸 와이어 제 12 번은 특허청구범위 제4항에 규정된 Mn 함량의 범위로부터 단지 벗어나는 그의 Mn 함량을 갖는다. 표 3에 나타낸 와이어 제 18 번은 특허청구범위 제5항에 규정된 Mn 함량의 범위로부터 단지 벗어나는 그의 Mn 함량을 갖는다.
Figure 112006022513148-PAT00001
Figure 112006022513148-PAT00002
Figure 112006022513148-PAT00003
Figure 112006022513148-PAT00004
Figure 112006022513148-PAT00005
Figure 112006022513148-PAT00006
시험 2
열 균열 내성
표 1 내지 표 3에 나타낸 플럭스 함유 와이어 및 표 4에 나타낸 조성을 갖는 저온 강판을 사용하여, 표 7에 나타낸 시험 조건 하에서 용접하는 것에 의해 용접 금속을 제조하였다. 수득된 용접 금속의 열 균열 내성은 C-형상의 지그 구속 버트 용접 균열 시험(FISCO 시험)에 의해 조사하였다. 파열된 용구의 용구 길이에 대한 균열 길이의 비(질량%)를 균열비로 설정한다. 10질량% 이하의 균열비를 갖는 와이어가 적합한 것으로 측정되었다(탄공 균열을 포함한다).
Figure 112006022513148-PAT00007
시험 3
수평 필릿 용접 시험(용접 유용성)
표 2 및 표 3에 나타낸 플럭스 함유 와이어 및 표 4에 나타낸 조성을 갖는 용접 구조용 강판(무기 아연 프라이머로 피복된 강판)을 사용하여, 표 8에 나타낸 시험 조건 하에서 용접하는 것에 의해 용접 금속을 제조하였고, 용접 금속의 용접 유용성을 시험하였다.
Figure 112006022513148-PAT00008
상기 시험 1 내지 3의 결과는 하기 표 9 내지 12에 나타낸다. 표 9 및 표 10은 각각 본 발명의 실시예 및 비교예 중에서 기재(표 4), 용접 와이어(표 1 내지 표 3) 및 용접 금속 조성(잔부는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다)을 나타낸다. 표 9 및 표 10의 수학식 관련 란에, 수학식 ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])의 계산에 의해 얻어지는 값을 나타낸다. 더욱이, 표 11 및 표 12는 본 발명의 실시예 및 비교예 중에서 기계적 특성, 페라이트 측판의 비, 균열비 및 용접 유용성을 나타낸다. 표 11 및 표 12에서, 기재 A(표 4 참조)는 균열비를 측정하는데 사용되고, 기재 C(표 4 참조)는 용접 유용성을 평가하는데 사용된다. 용접 유용성 관련 란에서 표시 ○는 양호한 상태를 나타내고, 표시 ×는 불량한 상태를 나타낸다. 또한, 불량한 상태에 대한 근거는 용접 유용성 관련 란에서 기술한다.
페라이트 측판의 비를 두 가지 방법, 즉 광학 현미경에 의한 상으로부터 페라이트 측판을 추출하는 방법 및 EPSP(전자 후방산란 회절패턴)를 사용하는 아지무스(azimuth) 분석에 의해 페라이트 측판을 추출하는 방법으로 측정하였다.
Figure 112006022513148-PAT00009
Figure 112006022513148-PAT00010
Figure 112006022513148-PAT00011
목표치 ≥490 ≥80 ≤10%
페라이트 측판의 비(%)
① : 가시적인 관찰에 의해 페라이트 측판의 추출
② : EBSP를 사용하는 아지무스 분석에 의해 페라이트 측판의 추출
Figure 112006022513148-PAT00012
목표치 ≥490 ≥80 ≤10%
페라이트 측판의 비(%)
① : 가시적인 관찰에 의해 페라이트 측판의 추출
② : EBSP를 사용하는 아지무스 분석에 의해 페라이트 측판의 추출
실시예 1 내지 21에서, 용접 금속의 화학적 성분 및 ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])의 값은 본 발명의 각각의 범위를 충족시킨다. 각각의 경우에, 저온에서 용접 금속의 인성 또한 우수하였다. 비교예 22 내지 43에서, 임의의 용접 금속의 화학적 성분 및 ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])의 값은 본 발명의 범위로부터 벗어났고, 이에 따라 저온에서 용접 금속의 인성은 목표치(예컨대, 80J)를 충족시키지 못하였다. 실시예 1 내지 21은 용접 와이어 제 1 번 내지 제 12 번을 사용하였다. 용접 와이어 제 1 번 내지 제 18 번을 사용하면 본 발명의 실시예의 용접 금속을 제공할 수 있고, 이에 따라 용접 금속의 기타 성질(열 균열 내성 및 용접 유용성)은 실용적인 측면에서 문제가 되지 않는다. 특히, 용접 와이어 제 7 번 내지 제 11 번은 수평 필릿 용접에 사용하기에 적합하다(우수한 용접 유용성을 가짐). 용접 와이어 제 13 번 내지 제 17 번은 수직 필릿 용접에 사용하기에 적합하다(우수한 용접 유용성을 가짐). 용접 와이어 제 7 번 내지 제 11 번은 평면 및 수평 필릿 용접용 와이어로서 적합하다. 용접 와이어 제 13 번 내지 제 17 번은 전부위 용접용 티타니아계 용접 와이어로서 적합하다. 이에 비해, 용접 와이어 제 19 번 내지 제 36 번의 일부는 높은 균열비 및/또는 불량한 용접 유용성을 갖는다. 따라서, 이들 와이어 제 19 번 내지 제 36 번은 본 발명의 실시예에 따른 용접 금속을 제공할 수 없다.
본 발명에 의해, 우수한 저온 인성을 갖는 저합금강 용접 금속 및 이를 제공 하기 위한 플럭스 함유 와이어가 제공되며, 이에 의해 저온하에서 사용되는 구성 요소들의 안정성이 더욱 향상될 수 있다.

Claims (5)

  1. 강 시쓰(sheath) 및 상기 강 시쓰내에 충전된 플럭스를 포함하는 플럭스 함유 와이어를 사용하는 가스 실드 아크 용접에 의해 얻어지는 용접 금속으로서, C: 0.04 내지 0.08질량%, Si: 0.20 내지 0.50질량%, Mn: 0.80 내지 1.70질량%, Ti: 0.030 내지 0.080질량%, Ni: 0.30 내지 3.00질량%, Mo: 0.01 내지 0.20질량%, B: 0.0020 내지 0.0070질량%, O: 0.040 내지 0.070질량%, Al: 0.01질량% 이하, 및 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 수학식 ([C]×[Mn]×[Ti])/([Si]×[O])= 0.20 내지 0.60(여기서, [C], [Mn], [Ti], [Si] 및 [O]는 각각 C, Mn, Ti, Si 및 O의 함량을 나타낸다)을 만족하는 용접 금속.
  2. 제 1 항에 있어서,
    주상 구조 중 페라이트 측판의 부피비가 20질량% 이하인 용접 금속.
  3. 강 시쓰 및 상기 강 시쓰내에 충전된 플럭스를 포함하고, 하나 이상의 기재상에 가스 실드 아크 용접을 수행하여 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 용접 금속을 얻는데 사용되는 금속 플럭스 함유 와이어로서, 상기 플럭스 함유 와이어가, 전체 와이어의 총 질량을 기준으로, Fe: 92.0 내지 98.5질량%, C: 0.03 내지 0.09질량%, Mn: 1.0 내지 2.5질량%, Si: 0.20 내지 0.60질량%, Ti: 0.05 내지 0.30질량%(Ti 환산으로, Ti 합금 및 Ti 산화물 중의 Ti 함량에 해당한다), B: 0.003 내지 0.012질량%, Ni: 0.3 내지 3.0질량%, Mo: 0.01 내지 0.20질량% 및 Al: 0.05질량% 이하를 포함하고, 상기 기재가, C: 0.03 내지 0.15질량%, Si: 0.10 내지 0.50질량%, Mn: 0.80 내지 1.80질량%, P: 0.02질량% 이하, S: 0.02질량% 이하, Ni: 0.01 내지 3.00질량%, Cr: 0.2질량% 이하, Mo: 0.2질량% 이하, Ti: 0.08질량% 이하, Al: 0.05질량% 이하, B: 0.005질량% 이하, 및 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 것인, 금속 플럭스 함유 와이어.
  4. 강 시쓰 및 상기 강 시쓰내에 충전된 플럭스를 포함하고, 하나 이상의 기재상에 가스 실드 아크 용접을 수행하여 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 용접 금속을 얻는데 사용되는 평면 및 수평 필릿 용접용 플럭스 함유 와이어로서, 상기 플럭스 함유 와이어가, 전체 와이어의 총 질량을 기준으로, Fe: 87 내지 95질량%, Ti: 1.0 내지 2.6질량%(Ti 환산으로, Ti 합금 및 Ti 산화물 중의 Ti 함량에 해당한다), C: 0.03 내지 0.09질량%, Mn: 1.0 내지 2.5질량%, Si: 0.20 내지 0.60질량%, B: 0.003 내지 0.012질량%, Ni: 0.3 내지 3.0질량%, Mo: 0.01 내지 0.20질량% 및 Al: 0.05질량% 이하를 포함하고, 상기 기재가, C: 0.03 내지 0.15질량%, Si: 0.10 내지 0.50질량%, Mn: 0.80 내지 1.80질량%, P: 0.02질량% 이하, S: 0.02질량% 이하, Ni: 0.01 내지 3.00질량%, Cr: 0.2질량% 이하, Mo: 0.2질량% 이하, Ti: 0.08질량% 이하, Al: 0.05질량% 이하, B: 0.005질량% 이하, 및 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 것인, 평면 및 수평 필릿 용접용 플럭스 함유 와이어.
  5. 강 시쓰 및 상기 강 시쓰내에 충전된 플럭스를 포함하고, 하나 이상의 기재상에 가스 실드 아크 용접을 수행하여 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 용접 금속을 얻는데 사용되는 전부위 용접용 티타니아계 플럭스 함유 와이어로서, 상기 플럭스 함유 와이어가, 전체 와이어의 총 질량을 기준으로, Fe: 85 내지 93질량%, Ti: 2.4 내지 3.6질량%(Ti 환산으로, Ti 합금 및 Ti 산화물 중의 Ti 함량에 해당한다), C: 0.03 내지 0.09질량%, Mn: 1.0 내지 2.5질량%, Si: 0.20 내지 0.60질량%, B: 0.003 내지 0.012질량%, Ni: 0.3 내지 3.0질량%, Mo: 0.01 내지 0.20질량% 및 Al: 0.05질량% 이하를 포함하고, 상기 기재가, C: 0.03 내지 0.15질량%, Si: 0.10 내지 0.50질량%, Mn: 0.80 내지 1.80질량%, P: 0.02질량% 이하, S: 0.02질량% 이하, Ni: 0.01 내지 3.00질량%, Cr: 0.2질량% 이하, Mo: 0.2질량% 이하, Ti: 0.08질량% 이하, Al: 0.05질량% 이하, B: 0.005질량% 이하, 및 잔부로 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 것인, 전부위 용접용 티타니아계 플럭스 함유 와이어.
KR1020060029041A 2005-03-31 2006-03-30 저합금강 용접 금속 및 플럭스 함유 와이어 KR100738726B1 (ko)

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