KR20080006471A - 솔리드 와이어 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명에 따른 솔리드 와이어는, C를 0.005 내지 0.060 질량%, Si를 0.60 내지 1.00 질량%, Mn을 1.10 내지 1.65 질량%, S를 0.045 내지 0.090 질량%, O를 0.0015 내지 0.0100 질량%, 또한 상기 C와 상기 S의 함유량의 합계를 0.125 질량% 이하, P를 0.017 질량% 이하로 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 불순물에 있어서, Ti를 0.15 질량% 이하, B를 0.0050 질량% 이하, N을 0.0075 질량% 이하, 나아가, Cr, Ni, Al, Nb, V, Zr, La 및 Ce를 각각 0.20 질량% 이하로 제한하고 있다. 본 발명의 솔리드 와이어는, 용접의 비용 상승을 최소한으로 억제하면서, 와이어의 송급 안정성, 내용락성, 내언더컷성, 내균열성이 우수하고, 슬래그 및 스패터가 발생하기 어려우면서 또한 모재와 동등 이상의 용접 금속의 경도를 갖고, 취약 파괴를 일으키기 어렵다.

Description

솔리드 와이어{SOLID WIRE}
본 발명은 아크 용접에 이용되는 솔리드 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박판의 아크 용접에 적용할 수 있는 탄소강의 솔리드 와이어에 관한 것이다.
최근에 환경 문제의 관점에서 자동차의 연료 소비율 개선에 관한 요구가 강화되고 있다. 그것에 대응하기 위해, 사용하는 강판을 종래의 인장강도 300MPa 이하의 연강으로부터 인장강도 400MPa 이상의 고강도의 강판으로 바꾸어서 판 두께를 저감하고, 경량화를 도모하는 시도가 진행되고 있다.
여기서, 판 두께를 저감하면, 스폿용접법에서는 거의 문제가 없지만, 아크 용접법에서는 아크 열에 의해 강판이 용융되어 구멍이 뚫리는, 소위 용락이 발생되기 쉽다.
또한, 강판의 고강도화는 일반적으로 압연시의 냉각 제어와 강판에 첨가하는 원소를 증량함으로써 달성되는데, 강판에 첨가하는 원소의 증량은 아크 용접시의 용융지의 점성을 높이고, 정합성이 열화되어 용접지 단부가 두께를 결손하는, 소위 언더컷이 발생되기 쉽다.
나아가, 용접 시행의 면에서는 용접의 능률 향상을 위해 용접 속도를 빠르게 하면, 용융지에 대하여 아크가 선행하여, 아크가 직접 용융면에 닿기 쉬워짐으로써 용락이 발생되기 쉽다. 또한, 용락에 이르지 않더라도, 용접되는 판재의 이면측까지 용융된(이것을 ‘이파’ 라고도 한다) 경우에, 고온 균열이 매우 발생되기 쉽다.
예를 들면 일본 특허 공개 제2001-96392호 공보에는, 전기 저항율을 규정한 0.9mm 이하의 세경 와이어를 이용하여 용착량당 입열을 감소시킴으로써 용락되기 어렵게 하는(즉, 내용락성을 향상시킨다) 취지가 기재되어 있다.
또한, 예를 들면 일본 특허 제2922814호 공보에는, 와이어의 Si+Mn, Si×(Si+Mn)을 규정하고, 나아가 Ar에 극소량(3 내지 7%)의 O2 가스를 함유함으로써 내용락성을 향상시키는 취지가 기재되어 있다. 상기 기술은 와이어의 전기 저항율을 적절하게 높임으로써 용착량당 입열을 감소시키는 효과와, 실드 가스의 Ar의 비율을 높여서 용입 깊이를 줄이는 효과의 상승 효과에 따른 것이다.
또한, 예를 들면 일본 특허 공개 제1997-94667호 공보나 일본 특허 제3345883호 공보에는, 선단에 세라믹을 장착한 특수한 용접 급전칩을 이용하는 취지가 기재되어 있다. 이는 용접 급전칩의 선단의 통전점과 아크 발생점 사이에 발생하는 전기 저항 발열을 높임으로써 용착량당 입열을 감소시키고, 이에 따라 내용락성을 향상시키는 동시에, 전류 저하에 의해 아크력이 억제되기 때문에 언더컷의 발생을 억제하는(즉, 내언더컷성을 향상시킨다) 것이다.
또한, 예를 들면 일본 특허 공개 제2005-254284호 공보에는, 실드 가스로서 Ar과 CO2를 이용하고, 이것에 다량(5.5 내지 15%)의 O2을 혼합시킴으로써 용융지의 대류방향을 변경하고, 그것에 의해 내언더컷성을 향상시키는 취지가 기재되어 있다.
또한, 종래부터 경험적으로 입향 하진 용접함으로써 내용락성이나 내언더컷성을 향상시킬 수 있는 것이 알려져 있지만, 용접자세가 한정되는데다가, 하진 각도가 지나치면 비드의 적하 결점이나 스패터의 다량 발생이 이루어지기 때문에 제어가 곤란하다는 문제가 있다.
그러나, 일본 특허 공개 제2001-96392호 공보에 기재되어 있는 세경 와이어는 세경이기 때문에 좌굴(buckling)되기 쉬우면서, 또한 와이어의 송급 안정성이 나쁘기 때문에 용접 작업성이 나빠진다는 문제가 있다. 또한, 상기 세경 와이어는 비용이 비싸므로, 용접의 비용 상승으로 이어진다는 문제도 있다.
또한, 일본 특허 제2922814호 공보에 기재되어 있는 와이어 단체는 내용락성이 뒤떨어진다는 문제를 해결할 수가 없다. 또한, 이렇게 실드 가스의 Ar의 비율을 높이면 실드 가스의 비용이 비싸지므로, 용접의 비용 상승으로 이어진다는 문제가 있다.
한편, 일본 특허 공개 제1997-94667호 공보나 일본 특허 제3345883호 공보에 기재되어 있는 특수한 용접 급전칩을 이용하기 때문에, 칩의 비용이 비싸지므로, 용접의 비용 상승으로 이어진다.
그리고, 일본 특허 공개 제2005-254284호 공보에 기재된 아크 용접 방법에서는, 특수한 실드 가스를 이용하기 때문에 실드 가스의 비용이 비싸지므로, 용접의 비용 상승으로 이어진다는 문제가 있고, 또 산소량이 많기 때문에 슬래그나 스패터가 다량으로 발생한다. 슬래그나 스패터의 존재는 용접부의 도장성이 열화되는 것에 이어진다. 나아가, 용접 금속에 포함되는 산소량이 대폭 증가함에 따라 개재물이 증가하고, 고온 균열이 발생되기 쉬워진다는(즉, 내균열성이 뒤떨어진다) 문제도 있다.
그리고, 상기한 문제 이외에, 범용성이 있는 일반적인 박판 용접을 실행하기 위해, 모재와 동등 이상의 용접 금속의 경도를 갖는 것, 취약 파괴를 일으키지 않는 것, 용접을 원활하게 실행시키는 양호한 송급 안정성을 갖는 것이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 용접의 비용 상승을 최소한으로 억제하면서, 와이어의 송급 안정성, 내용락성, 내언더컷성, 내균열성이 우수하고, 슬래그 및 스패터가 발생하기 어려우면서, 또한 모재와 동등 이상의 용접 금속의 경도를 갖고, 취약 파괴를 일으키지 않는 솔리드 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결한 본 발명에 따른 솔리드 와이어는, 아크 용접을 실행하기 위하여 이용되는 솔리드 와이어로서, C를 0.005 내지 0.060 질량%, Si를 0.60 내지 1.00 질량%, Mn을 1.10 내지 1.65 질량%, S를 0.045 내지 0.090 질량%, O를 0.0015 내지 0.0100 질량%, 또한 상기 C와 상기 S의 함유량의 합계를 0.125 질량% 이하, P를 0.017 질량% 이하로 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 상기 불순물에 있어서, Ti를 0.15 질량% 이하, B를 0.0050 질량% 이하, N을 0.0075 질량% 이하, 나아가 Cr, Ni, Al, Nb, V, Zr, La 및 Ce를 각각 0.20 질량% 이하로 제한하고 있다.
본 발명에 따른 솔리드 와이어는, C, Si, Mn, S, O의 함유량을 특정 범위로 한정함으로써, 용융지의 점성과 표면 장력을 대폭 저하시키는 것이 가능하게 되고, 아크 용접시에 용융지를 깊게 형성시킬 수 있다. 이에 따라 아크력을 완화하는 장벽 작용을 얻을 수 있고, 용입 깊이를 저감시키는 것이 가능하게 되므로, 내용락성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 솔리드 와이어는, 용융지의 점성과 표면 장력을 대폭 저하시켰으므로 언더컷이 발생한 경우라도, 용융지에서 용융되고 있는 용접 금속이 중력에 의해 당해 언더컷 부분에 흘러들어오기 때문에, 용접 부분이 응고할 때까지 언더컷을 없앨 수 있다(즉, 내언더컷성을 향상시킬 수 있다).
그리고, 본 발명에 따른 솔리드 와이어는, S의 함유량과 O의 함유량을 적절하게 함으로써 슬래그나 스패터를 발생하기 어렵게 하고, C의 함유량, S의 함유량, C와 S의 함유량을 합계한 양, P의 함유량이나 C와 S의 함유량을 합계한 양을 적절하게 함으로써 내균열성을 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 솔리드 와이어는, 특정한 종류의 불순물을 특정 범위에서 함유함으로써 용융지의 점성과 표면 장력이 높아지게 되는 것을 보다 방지할 수 있으므로, 아크 용접시에 용융지가 얕아지는 것을 보다 방지할 수 있다. 따라서, 아크력을 완화하는 장벽 작용을 보다 확실하게 얻을 수 있고, 용입 깊이를 저감시키는 것이 가능하게 되므로, 내용락성이나 내언더컷성을 향상시키고, 스패터 및 슬래그를 발생시키기 어렵게 할 수 있다. 특히, B를 특정 함유량 이하로 규제함으로써 내균열성을 보다 향상시킬 수 있고, N을 특정 함유량 이하로 규제함으로써 용접 금속의 취화를 방지할 수 있으므로, 보다 용접부의 건실화를 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 솔리드 와이어는, 상기 O와 상기 N의 함유량의 합계를 0.0110 질량% 이하가 되도록 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 따른 솔리드 와이어는, Mo를 0.30 질량% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 솔리드 와이어는, O와 N의 함유량의 합계를 특정 함유량 이하로 규제함으로써, 용융지의 점성이 지나치게 낮아지는 것을 방지할 수 있으므로, 보다 내언더컷성을 향상시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 솔리드 와이어는, Mo의 첨가에 의해 용접 금속의 강도를 향상시킬 수 있는 동시에, Mo를 특정 함유량 이하로 규제함으로써, 용융지의 점성과 표면 장력이 높아지는 것을 방지할 수 있으므로, 아크 용접시에 용융지가 얕아지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 아크력을 완화하는 장벽 작용을 확실하게 얻을 수 있고, 용입 깊이를 저감시키는 것이 가능하게 되므로, 내용락성이나 내언더컷성을 향상시키고, 스패터를 발생하기 어렵게 할 수 있다.
본 발명에 따른 솔리드 와이어는, 상기 솔리드 와이어의 표면에 K, Li, Na, 및 Ca를 합계로, 상기 솔리드 와이어 전체에 대하여 0.5 내지 30 ppm 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 솔리드 와이어는, 그 표면에 이러한 군에서 선택되는 적어도 1종의 원소를 도포나 부착 등을 시킴으로써, 상기한 특정 범위에서 갖는 것에 의해 전자 방출이 용이하게 되므로, Ar과 산화성 가스(O2나 CO2 등)를 이용한 용접에서 아크 안정제로서 작용한다. 그 때문에 아크 길이의 변화를 억제할 수 있고, 보다 내용락성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 솔리드 와이어는, 상기 솔리드 와이어의 표면에 상기 솔리드 와이어 10kg당 MoS2를 0.01 내지 1.00g 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 솔리드 와이어는, 그 표면에 MoS2를 도포나 부착 등을 시킴으로써, 상기한 특정 범위로 갖는 것에 의해, 통전점에서의 순간 융착이 감소하고, 저항이 감소하기 때문에, 솔리드 와이어의 송급 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 솔리드 와이어는, 표면을 구리 도금으로 피복해도 좋다.
본 발명에 따른 솔리드 와이어를 구리 도금으로 피복함으로써, 내청성의 향상이나, 통전칩의 내마모성의 향상, 와이어 생산시에 신선성의 향상 효과에 의한 생산성의 향상과 그것에 동반하는 저비용화 등을 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 솔리드 와이어에 의하면, 용접의 비용 상승을 최소한으로 억제하면서, 와이어의 송급 안정성, 내용락성, 내언더컷성, 내균열성이 우수하고, 슬래그 및 스패터가 발생하기 어려우면서 또한 모재와 동등 이상의 용접 금속의 경도를 갖고, 취약 파괴를 일으키기 어렵게 할 수 있다.
다음에, 본 발명에 따른 솔리드 와이어를 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명자들은 상기한 입향 하진 용접시의 용융지 및 용접 금속의 거동에 착안하여, 수평 용접, 하향 용접, 횡향 용접, 상향 용접, 입향 상진 용접 등 자세에 상관없이, 용융지 및 용접 금속이 상기와 같은 거동을 얻을 수 있으면 보다 적합하게 아크 용접을 행할 수 있다고 생각하고 예의 연구를 행했다.
우선, 도 1을 참조하여 본 발명자들이 완성하기에 이른 본 발명에 따른 솔리드 와이어의 원리에 대하여 설명한다. 또한, 도 1은 아크 용접의 모양을 모식적으로 도시하는 도면으로, 도 1a는 종래의 솔리드 와이어를 이용하여 아크 용접을 행하는 모양을 모식적으로 나타내는 도면이고, 도 1b는 본 발명에 따른 솔리드 와이어를 이용하여 아크 용접을 행하는 모양을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 1a에 나타낸 바와 같이, 종래의 솔리드 와이어(31)를 이용한 아크 용접에서는 용융지(6)의 점성, 표면 장력이 크다. 그 때문에 아크력과 표면 장력에 의한 용융지(6)의 밀어 올림(P1)이 중력(P2)에 대하여 커지므로, 용융지(6) 자체의 중력(P2)에 의한 강하가 작아진다. 즉, 아크 바로 아래에서의 용융지(6)의 깊이(L1)가 작고, 용입 깊이(L2)가 커진다.
또한, 칩(2)/솔리드 와이어(31) 통전점(주로 칩(2)의 선단)에서 아크(5)의 발생점까지의, 소위 돌출 부분(A) 및 선단에 형성되는 용적(4) 자체의 저항 발열이 낮아진다.
그래서, 본 발명자들은 도 1b에 나타낸 바와 같이, 입향 하진 용접시에는 중력에 의해 용융지가 아크 후방에서 아크 바로 아래를 향하여 이동하는 것, 즉 아크 바로 아래에는 항상 깊은 용융지가 형성되어, 아크력을 완화하는 장벽 작용이 작용하고 있는 것에 의해, 용락되기 어려워지는(내용락성의 향상) 것을 알 수 있었다. 또한, 순간적으로 언더컷이 생겨도 중력에 의한 용융지의 강하 작용이 크게 작용하여, 용융지의 용접 금속이 당해 언더컷 부분에 흘러들어 오기 때문에, 응고시에는 언더컷이 소실하는 것(내언더컷성의 향상)을 알 수 있었다.
이는 아크(5) 바로 아래부터 용접 후방에 형성되는 용융지(6)의 점성, 표면 장력을 저하시켜, P1이 작아지고 P2가 더 세져서, 용융지(6)를 아크(5) 바로 아래에 떨어뜨려 넣게 한다. 이에 따라 아크(5) 바로 아래에서의 용융지(6)의 깊이(L1)를 크게 하여, 아크력의 작용을 막아서 용입 깊이(L2)를 저감시키는 것에 의한 것이다.
본 발명자들은 예의 연구한 결과, 솔리드 와이어 자신의 전기 저항을 높임으로써, 돌출 부분 및 용적 자체의 저항 발열을 높여서 온도를 상승시키고, 아크열에 의한 용융을 저감시킴으로써 용접 입열을 줄이면서, 또한 솔리드 와이어의 성분 조성을 적절하게 함으로써 용융지의 점성과 표면 장력을 대폭 저하시켜, 용융지에 작용하는 중력 작용을 충분히 끌어내어 입향 하진 용접 이외의 자세로도 상기한 메커니즘을 실현할 수 있는 것을 발견했다.
또한, 연구 단계에서 종래 알려져 있는 가스 성분의 고산소화나, 솔리드 와이어의 성분으로서 함유되는 Si나 Mn 등의 강탈산 성분의 저감 등의 수단에 의해 고산소화하여 용융지의 점성과 표면 장력을 저하시키면, 슬래그의 다량 발생, 블로홀의 발생, 비드 형상의 열화, 스패터의 증가 등의 문제가 다발하는 것을 알 수 있었다.
본 발명자들은 또한 이 문제를 개선하는 수단으로서 S와 O의 함유량을 적절하게 함으로써 슬래그나 스패터를 발생하기 어렵게 하여, 비드 형상을 양호하게 유지한 채, 용융지의 점성과 표면 장력을 대폭 저하시킬 수 있는 것도 발견했다.
또한, 통상 S를 높은 농도로 함유하면 고온 균열이 발생하기 쉬워지는 것이 알려져 있다. 본 발명자들은 C의 함유량, P의 함유량, S의 함유량, C와 S의 함유량을 합계한 양 등, 소정 원소의 함유량을 적절히 규제하는 것, 특히 도 2에 나타낸 바와 같이, S를 높은 농도로 함유하는 경우에도 C의 함유량을 적절히 규제하여 고온 균열되기 어렵게 할 수 있는 것(내균열성의 향상)도 발견했다. 또한, 도 2는 본 발명의 솔리드 와이어를 완성하기 위하여 실행한 C와 S의 적정한 함유량의 범위 를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명자들은 상기 견지하에 아크 용접을 실행하는데 적합한 본 발명에 따른 솔리드 와이어를 완성하기에 이르렀다.
본 발명에 따른 솔리드 와이어는 C를 0.005 내지 0.060 질량%, Si를 0.60 내지 1.00 질량%, Mn을 1.10 내지 1.65 질량%, S를 0.045 내지 0.090 질량%, O를 0.0015 내지 0.0100 질량%, 또한 상기 C와 상기 S의 함유량의 합계를 0.125 질량% 이하, P를 0.017 질량% 이하로 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다.
이하, 본 발명의 솔리드 와이어에 있어서 수치한정한 이유에 대하여 설명한다.
(C: 0.005 내지 0.060 질량%)
C는 탈산 작용을 갖고, 용접 금속의 강도를 높이는 효과가 있다. 박판 용접에서는 다층 용접하는 일은 없기 때문에, 재열에 의한 강도 저하를 고려할 필요는 없고, 낮은 첨가량에서도 일반적으로 사용되는 300MPa 이하의 연강으로부터 590MPa급의 하이텐 강판(고장력 강판)에 이르기까지 모재와 동등 이상의 강도를 얻을 수 있다.
그러나, C의 함유량을 0.005 질량% 미만까지 저하시키면 연강에밖에 적용할 수 없는 강도가 되어 범용성이 없어진다. 따라서, C는 0.005 질량% 이상 함유할 필요가 있다.
한편, C의 함유량이 높아지면, 상기한 바와 같이, 내균열성이 현저하게 열화된다. 또한, 아크 근방에서 CO가 폭발함으로써 스패터의 발생이 많아질 뿐아니라, 흄(fume)의 발생도 많아진다. 나아가, 탈산이 과잉이 되므로 용융지의 산소가 감소하고, 용융지의 점성이나 표면 장력이 높아진다. 그 때문에 아크력을 완화하는 장벽 작용이 저감되고, 내용락성이나 내언더컷성이 뒤떨어지기 쉽다. 따라서, 내균열성을 확보하는 것을 가미하여, C는 0.060 질량% 이하로 함유할 필요가 있고, 0.050 질량% 이하로 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 후기하는 바와 같이, S의 함유량에 따라서는 C의 상한값을 더욱 저하시켜도 좋다.
(Si: 0.60 내지 1.00 질량%)
Si는 강도를 확보하기 위하여 필요한 한편, 솔리드 와이어의 전기 저항을 높이는 작용이 있다. 0.60 질량% 미만에서는 강도가 내려가서, 연강 이외에는 적용할 수 없는 강도가 되어 버린다. 또한, 솔리드 와이어의 전기 저항이 지나치게 작아지기 때문에, 송급량당 전류값이 상승한다. 그 결과, 입열이 높아지므로, 내용락성이나 내언더컷성이 뒤떨어지기 쉽다. 따라서, Si는 0.60 질량% 이상 함유할 필요가 있다.
한편, Si의 함유량이 1.00 질량%를 넘으면 탈산이 과잉이 되고, 용융지의 산소가 감소하여 용융지의 점성, 표면 장력이 높아진다. 그 때문에 아크력을 완화하는 장벽 작용이 저감하고, 내용락성이나 내언더컷성이 뒤떨어지기 쉽다. 또한, Si가 과잉이면 용접 금속이 취화하고, 용접부의 경도 등에 대하여 건실성을 잃을 우려가 있다. 따라서, Si는 1.00 질량% 이하로 할 필요가 있다.
(Mn: 1.10 내지 1.65 질량%)
Mn도 강도 확보에 필요한 한편, 솔리드 와이어의 전기 저항을 높이는 작용이 있다. Mn의 함유량이 1.10 질량% 미만이면 강도가 내려가서, 연강 이외에는 적용할 수 없는 강도가 되어 버린다. 또한, 솔리드 와이어의 전기 저항이 지나치게 작아지기 때문에, 송급량당 전류값이 상승한다. 그 결과, 입열이 높아지므로, 내용락성이나 내언더컷성이 뒤떨어지기 쉽다. 또한, Mn이 지나치게 적으면 용접 금속이 취화하고, 용접부의 건실성을 잃을 우려가 있다. 따라서, Mn은 1.10 질량% 이상 함유할 필요가 있다.
한편, Mn의 함유량이 1.65 질량%를 넘으면 탈산이 과잉이 되고, 용융지의 산소가 감소하여 용융지의 점성이나 표면 장력이 높아진다. 그 때문에 용융지의 용접 금속이 아크 바로 아래로 떨어지기 어려워지므로, 아크력을 완화하기 위한 장벽 작용이 저감하여, 내용락성이나 내언더컷성이 뒤떨어지기 쉽다. 또한, 슬래그도 많이 발생하므로 도장성이 열화한다. 따라서, Mn은 1.65 질량% 이하로 함유할 필요가 있다.
(S: 0.045 내지 0.090 질량%)
S는 본 발명에서 가장 중요한 원소의 하나이며, 용융지의 점성이나 표면 장력의 저하를 도모하는 작용이 있다. S를 적절한 함유량으로 함유함으로써, 용융지에 대하여 아크가 선행한 경우라도 점성이나 표면 장력이 낮은 용융지에 의해 아크력을 완화하는 장벽 작용을 얻기 쉬워지므로, 내용락성이나 내언더컷성을 향상시킬 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 S를 0.045 질량% 이상 함유하는 것이 필요하다.
한편, S의 함유량이 0.090 질량%를 넘으면, 용융지뿐만 아니라 솔리드 와이 어의 선단에 형성되는 용적의 표면 장력도 크게 저하하여, 용적이 구형을 유지할 수 없게 된다. 또한, 과잉 두께로 형성되는 용융지와 더불어 아크 길이를 길게 마련해도 단락 상태가 되어 버리기 때문에, 스패터가 매우 많아진다. 또한, 다른 원소의 조정에 의해서도 내균열성의 향상을 도모할 수 없게 되어 버려, 강판의 이면측까지 용융했을 경우에 고온 균열이 현저히 발생되기 쉽다. 나아가, 용융지의 점성이 과잉으로 저하되고 중력의 작용으로 비드가 적하되기 쉬워, 겹침 필렛 용접의 상판측에 비드가 형성되기 어려워져서 내언더컷성이 뒤떨어지기 쉽다. 더 나아가, 용접 금속이 취화하고 용접부의 건실성을 잃을 우려도 있다. 따라서, S는 0.090 질량% 이하로 함유할 필요가 있다. 또한, 내언더컷성을 향상시키는 관점과, 인성을 향상시키는(즉, 용접 금속의 취화를 막는) 관점에서, S를 0.073 질량% 이하로 함유하는 것이 보다 바람직하다.
(O: 0.0015 내지 0.0100 질량%)
S와 함께 O를 적당한 양을 첨가하는 것은 용융지의 점성과 표면 장력을 적절하게 내릴 수 있으므로, 내용락성이나 내언더컷성을 향상시키는데 유효하다. 이러한 효과를 나타내려면 O를 0.0015 질량% 이상 함유하는 것이 필요하다.
한편, 솔리드 와이어의 O의 함유량이 0.0100 질량%를 초과하면, 고산소화에 의한 용융지의 점성과 표면 장력의 저하가 과잉이 되기 때문에, 스패터의 증가, 슬래그의 다량 발생, 개재물의 증가에 의한 내균열성의 열화 등이 생긴다. 내용락성은 뒤떨어지기 어렵지만, 용융지의 점성이 과잉으로 저하되기 때문에, 중력의 작용으로 비드가 적하되기 쉬워, 겹침 필렛 용접의 상판측에 비드가 형성되기 어려워져 서 내언더컷성이 뒤떨어지기 쉽다. 또한, 용접 금속이 취화하여, 용접부의 건실성을 잃을 우려가 있다. 따라서, O는 0.0100 질량% 이하로 함유할 필요가 있다. 또한, 이하에 서술하는 N의 함유량에 따라서는, 후기하는 바와 같이, O의 상한값을 더욱 내리는 편이 바람직한 경우도 있다.
솔리드 와이어에 O를 상기한 함유량으로 함유시키려면, 용제시의 탈산 처리 조건을 완화하여 선재의 O의 함유량을 상승시키거나, 또는 솔리드 와이어의 신선시에 소둔을 행하여 표면 근방에서 산화를 일으키고, 이것을 잔류시켜서 표면에 O를 농화시키는 등의 수법에 의해 행할 수 있다.
(C와 S의 함유량의 합계: 0.125 질량% 이하)
C, S 모두 내균열성을 열화시키는 원소이며, 각각 상한값을 설정하고 있는데, 이것들을 합계한 함유량이 0.125 질량%를 넘으면, C와 S의 각각이 상기한 상한값 이하로 함유되어 있어도 내균열성이 뒤떨어지기 쉽다. 따라서, 내균열성을 향상시키기 위하여, C와 S를 합계한 함유량을 0.125 질량% 이하로 할 필요가 있다.
(P: 0.017 질량% 이하)
P는 C와 마찬가지로, 내균열성을 현저히 열화시키기 때문에 최대한 저감한다. JIS Z3312에서는 P의 함유량이 0.030 질량%까지 허용되고 있지만, 본 발명에서는 S의 함유량을 높이고 있는 것에서, 상대적으로 P의 함유량을 낮게 하여 내균열성을 뒤떨어지기 어렵게 할 필요가 있다. 특히, P의 함유량이 0.017 질량%를 초과하면, 강판의 이면측까지 용융했을 때에 고온 균열이 현저히 발생되기 쉽다. 따라서, P는 0.017 질량% 이하로 함유할 필요가 있다.
(잔부가 Fe 및 불순물)
그리고, 본 발명의 솔리드 와이어의 잔부는 Fe와 불순물로 이루어진다.
불순물은 Ti를 0.15 질량% 이하, B를 0.0050 질량% 이하, N을 0.0075 질량% 이하, 또한 Cr, Ni, Al, Nb, V, Zr, La 및 Ce를 각각 0.20 질량% 이하로 제한하는 것이 좋다.
Cr, Ni, Al, Ti, Nb, V, Zr, La, Ce를 함유함으로써 용융지의 점성과 표면 장력이 높아진다. 그 결과, 용융지에서 용융되고 있는 금속이 아크 바로 아래에 떨어지기 어려워지므로, 아크력을 완화하는 장벽 작용이 저감하고, 내용락성이나 내언더컷성이 뒤떨어지기 쉬워질뿐만 아니라, 스패터도 많이 발생한다.
또한, Ni 이외의 원소는 산화하기 때문에 슬래그도 많이 발생하고, 도장성을 열화시킨다.
B가 0.0050 질량%를 초과하여 함유되면 내균열성이 현저하게 열화되기 쉽다. N이 0.0075 질량%를 초과하여 함유되면 용접 금속이 취화하고, 용접부의 경도 등의 건실성을 잃을 우려가 있다.
따라서, 상기한 불순물은 최대한 적은 것이 바람직하지만, 상기한 범위 내이면 본 발명의 솔리드 와이어에 함유하는 것은 허용된다. 또한, 보다 바람직하게는 Cr 및 Ni는 0.05 질량% 이하, Ti는 0.05 질량% 이하, Al, Nb, V, Zr, La 및 Ce는 0.01 질량% 이하, B는 0.0030 질량% 이하이다. 가령, 이들 범위에서 불순물을 적극 첨가했다고 해도 본 발명의 목적에 대한 이점은 없어, 본 발명의 범주라 할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 솔리드 와이어는 O와 N의 함유량의 합계를 0.0110 질량% 이하가 되도록 제한하는 것이 바람직하고, Mo를 0.30 질량% 이하로 함유하는 것이 보다 바람직하다.
(O와 N의 함유량의 합계: 0.0110 질량% 이하)
O와 N의 함유량의 합계가 0.0110 질량%를 초과하면, 내용락성에 대해서는 문제가 없지만, 용융지의 점성이 지나치게 저하되어 버리기 때문에, 중력의 작용으로 비드가 적하되기 쉬워, 겹침 필렛 용접의 상판측에 비드가 형성되기 어려워져서 내언더컷성이 뒤떨어지기 쉽다. 따라서, O와 N의 함유량을 합계한 양이 0.0110 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
(Mo: 0.30 질량% 이하)
Mo는 용접 금속의 강도를 올릴 수 있다. 상기 효과가 유효하게 되는 하한은 특별히 없지만, 0.05 질량% 이상 함유하여 상기한 효과를 현저히 얻을 수 있다.
한편, Mo의 함유량이 0.30 질량%를 넘으면, 용융지의 점성과 표면 장력이 높아진다. 그 결과, 용융지의 용접 금속이 아크 바로 아래에 떨어지기 어려워지므로, 아크력을 완화하는 장벽 작용이 저감하고, 내용락성이나 내언더컷성이 뒤떨어지기 쉽다. 또한, 스패터도 많이 발생한다. 따라서, Mo는 0.30 질량% 이하로 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 솔리드 와이어는 당해 솔리드 와이어의 표면에 K, Li, Na, Ca로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 합계로 0.5 내지 30 ppm 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 솔리드 와이어는 당해 솔리드 와이어의 표면에 MoS2를 0.01 내지 1.00g/10kg 함유하는 것이 보다 바람직하다.
(당해 솔리드 와이어의 표면에 K, Li, Na, Ca로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 합계로, 솔리드 와이어 전체에 대하여 0.5 내지 30 ppm)
K, Li, Na, Ca는 함유하지 않아도 문제 없지만, Ar과 산화성 가스(O2, CO2)를 이용한 용접에 있어서, 이들 원소는 아크 안정제로서 활동하는 작용이 있다. 이들 원소가 용적의 표면 부근에 있으면 전자 방출이 용이해져서 아크의 안정화에 유효하다. 아크가 불안정해지면 아크 길이가 변화되고, 아크력도 변동한다. 이것에 의해 내용락성이 뒤떨어지기 쉬우므로, 아크는 가능한 한 안정된 것이 바람직하다. 아크의 안정화는 아크 안정제로서 작용하는 상기한 원소 중 적어도 1종 이상을 도포 혹은 함유시킴으로써 얻을 수 있고, 그 효과는 그들 원소를 솔리드 와이어 전체에 대하여 합계로 0.5 ppm 이상 함유함으로써 현저히 얻을 수 있다.
그러나, 상기한 원소를 솔리드 와이어 전체에 대하여 합계로 30 ppm을 초과하여 함유하면, 아크를 안정화하는 효과가 포화될뿐만 아니라, 도리어 솔리드 와이어 표면의 윤활성이 손상되어서 송급 안정성이 저하될 가능성이 있으므로, 이것을 실용적인 관점에서 상한값으로 한다.
또한, 이것들은 용제로 첨가가 곤란하다. 솔리드 와이어 표면에 상기한 원소를 도포 등에 의해 존재시키는 수단으로서는, (a) 예를 들면 신선 공정 중에 탄산칼륨, 탄산리튬, 탄산나트륨, 탄산칼슘 등의 K, Li, Na, Ca가 들어가는 신선 윤활제를 사용하여 솔리드 와이어의 표면에 잔류시킨다, (b) 예를 들면 K, Li, Na, Ca를 포함하는 용액에 침지시킨 후에 소둔하고, 솔리드 와이어 표면의 입계(粒界) 혹은 입내(粒內)에 확산시킨다, (c) 또한, 예를 들면 청산칼륨, 청산나트륨 용액을 이용하여 구리 도금을 실시한다, (d) 추가로, 예를 들면 K, Li, Na, Ca 이온을 포함하는 기름을 송급 윤활유로서 도포함으로써 표면 근방에 도포 등을 시킬 수 있다.
(당해 솔리드 와이어의 표면에 솔리드 와이어 10kg당 MoS2를 0.01 내지 1.00g)
솔리드 와이어의 표면에 MoS2가 존재하면, 통전점에서의 순간 융착이 감소하고, 저항이 감소하기 때문에 솔리드 와이어의 송급 안정성이 향상된다. 솔리드 와이어의 송급 안정성이 불안정하면 아크 길이도 불안정해지고 아크력도 변동한다. 이것에 의해 내용락성이 뒤떨어지기 쉬우므로, 솔리드 와이어의 송급 안정성은 가능한 한 안정된 것이 바람직하다. MoS2를 도포하면 내용락성을 향상시킬 수 있고, 그 효과는 솔리드 와이어 10kg당 MoS2를 0.01g 이상 표면에 도포 등을 하여 유효하게 된다.
한편, 솔리드 와이어 10kg당 1.00g을 초과하여 MoS2를 표면에 도포 등을 해도, 송급 라이너나 통전칩 내에 MoS2가 퇴적하여 막히기 쉬워, 도리어 윤활성이 손상되는 것이 되기 때문에 송급 안정성이 저하되는 일이 있다. 따라서, 솔리드 와이어의 표면에 도포(함유)하는 MoS2의 함유량은 MoS2를 1.00g 이하로 하는 것이 바 람직하다.
또한, MoS2의 솔리드 와이어에의 도포 방법으로서는, 신선 공정에서의 인발윤활제에 이것을 섞고 최종 직경까지 잔존시키거나, 또는 최종 선경에 있어서 도포하는 윤활유에 섞는 등의 방법 등이 있다.
(구리 도금)
또한, 본 발명에 따른 솔리드 와이어는 구리 도금으로 피복해도 좋다.
일반적인 솔리드 와이어는 와이어 표면을 구리 도금으로 피복함으로써, 내청성의 향상, 통전칩의 내마모성의 유지, 솔리드 와이어 생산시의 신선성을 향상시키는 효과와 그에 따른 생산성의 향상 및 저비용화 등을 도모할 수 있다.
또한, 와이어 표면을 구리 도금으로 피복하지 않는 경우에는 통전부에서의 전기 저항이 상승한다. 이 때의 발열 효과에 의해 솔리드 와이어가 아크 발생 부분에 도달할 때의 온도가 높아져서, 솔리드 와이어가 녹기 쉬운 상태가 된다. 용접 전원은 송급되는 솔리드 와이어를 녹이는데 충분할만큼의 전류를 부여하므로, 녹기 쉬운 상태의 솔리드 와이어에서는 저전류화하고, 용융량이 일정하면 입열을 내릴 수 있다. 이 때문에, 더욱 용입 깊이를 저감할 수 있고, 아크력도 약하게 할 수 있다. 이에 따라 내언더컷성을 향상시킬 수 있다.
(실시예)
다음에, 본 발명의 솔리드 와이어에 대하여, 본 발명의 요건을 만족하는 실시예와 본 발명의 요건을 만족하지 않는 비교예를 대비하여 상세하게 설명한다.
표 1 내지 표 3에 나타내는 조성 성분을 갖는 φ1.2 mm 직경의 솔리드 와이어를 제작하고, (1) 내용락성, (2) 내언더컷성, (3) 용접 금속의 경도, (4) 내균열성, (5) 스패터의 발생량, (6) 송급 안정성, (7) 슬래그의 피포율, (8) 샤르피 흡수 에너지의 각 평가 항목에 대하여 평가를 행했다. 또한, (1) 내지 (8)의 평가 항목의 평가 방법은 아래와 같다.
Figure 112007050147198-PAT00001
Figure 112007050147198-PAT00002
Figure 112007050147198-PAT00003
Figure 112007050147198-PAT00004
Figure 112007050147198-PAT00005
Figure 112007050147198-PAT00006
(1) 내용락성
도 3은 겹침 필렛 용접 시험의 설명 및 언더컷의 깊이의 정의를 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 판 두께 2.0 mm, 인장강도 520MPa의 탄소강판을 루트 갭 0.5 mm, 겹침 자리 4 mm로 겹침 이음하여 수평자세, 용접 속도 80 cm/min으로 겹침 용접을 행했다. 그 때의 실드 가스의 조성은 Ar 80% + CO2 20%로 하고, 극성은 모재 마이너스로 하고, 솔리드 와이어의 돌출 길이를 15mm로 했다. 전류를 5A마다 변화시키고, 용락이 생기지 않는 최대의 전류값에 있어서의 솔리드 와이어의 송급 속도를 한계 송급 속도(m/min)로 하여 내용락성의 평가에 이용했다. 여기서, 내용락성을 전류값으로 평가하지 않은 것은 솔리드 와이어의 성분 조성에 의해 전류값과 송급 속도의 관계가 변화되기 때문이다. 또한, 전압값은 변화시킨 전류값을 변화시킬 때마다 조정하여, 아크가 가장 안정적이라고 판단된 값(최적 판단값)을 취하도록 했다. 이렇게 하면, 용착량을 일정하게 했을 경우, 한계 송급 속도가 클수록 용입이 얕아지므로 내용락성이 우수하게 된다.
내용락성의 평가는 한계 송급 속도가 5.60 m/min 이상 6.50 m/min 미만의 것을 양호(○)로 평가하고, 나아가 6.50 m/min 이상의 것을 우량(◎)으로 평가했다. 이에 대하여 한계 송급 속도가 5.60 m/min 미만의 것을 양호하지 않다(×) 라고 평가했다. 또한, 양호(○) 및 우량(◎)인 것을 합격으로 하고, 양호하지 않은 것(×)을 불합격으로 했다.
(2) 내언더컷성
(1)의 시험 결과를 받아, 전류값을 (한계 송급 속도의 전류값-30A)로 설정하고, 전압을 (최적 판단값+2V)로 설정하여 용접했을 때의 비드의 단면 매크로 사진(배율 10배)을 촬영하고, 상기 단면 매크로 사진으로부터 용접지단부의 언더컷의 깊이를 측정했다(또한, 표 4 내지 6에는 「언더컷의 깊이(mm)」로 나타내고 있다.). 도 3에 나타낸 바와 같이, 상판측과 하판측의 양쪽을 계측하고, 최대값을 평가값으로 했다.
내언더컷성의 평가는 상기한 최대값이 0.50 mm 이하 0.20 mm를 초과한 것을 양호(○)로 평가하고, 나아가 0.20 mm 이하의 것을 우량(◎)으로 평가했다. 이에 대하여 상기한 최대값이 0.50 mm를 초과한 것을 양호하지 않다(×) 라고 평가했다. 또한, 양호(○) 및 우량(◎)인 것을 합격으로 하고, 양호하지 않은 것(×)을 불합격으로 했다.
(3) 용접 금속의 경도
(1)의 시험 결과를 받아, 전류값을 (한계 송급 속도의 전류값-10A)로 설정하여 용접한 겹침 이음의 용접 금속의 단면 중앙부의 비커스 경도(하중 1kgf(1N))를 3점 측정하고, 그 평균치를 용접 금속의 강도(HV)로 했다.
용접 금속의 경도의 평가는, 모재와 동등 이상이라는 일반적 견해로부터 비커스 경도 160 HV 이상의 것을 양호(○)로 평가하고, 비커스 경도 160 HV 미만의 것을 양호하지 않다(×) 라고 평가했다. 또한, 양호한 것(○)을 합격으로 하고, 양호하지 않은 것(×)을 불합격으로 했다.
(4) 내균열성
(1)의 시험 결과를 받아, 한계 송급 속도의 전류값 및 한계 송급 속도로 용접길이 100 mm를 10회 용접하고, 모두 X선 투과 시험을 행했다. 또한, 표 4 내지 6에는 「균열」로 나타내고 있다.
내균열성의 평가는 X선 투과 시험 결과, 균열이 생기지 않고 모두 건실했던 것을 「무」(양호(○))로 평가하고, 균열이 생긴 것을 「유」(양호하지 않다(×)) 라고 평가했다. 또한, 양호한 것(○)을 합격으로 하고, 양호하지 않은 것(×)을 불합격으로 했다.
또한, 균열이 생긴 것을 모두 조사한 결과, 균열의 발생 형태는 도 4에 나타낸 바와 같이, 비드 폭의 거의 중앙부의 세로 균열이었다. 또한, 그 파면을 관찰한 결과, 고온 균열은 응고 균열인 것을 알 수 있었다. 또한, 도 4는 내균열성의 평가에 있어서의 평가 대상이 되는 균열을 설명하기 위한 도면이다.
(5) 스패터의 발생량
비드 온 플레이트 용접으로 전류 200A, 아크 근방의 확대 투영으로 아크 길이 2mm가 되도록 설정한 전압으로 용접하고, 발생한 스패터를 포집 상자로 포집하여 그 중량을 측정했다.
스패터 발생량의 평가는 스패터의 발생량이 1.30 g/min을 초과하고 1.50 g/min 이하의 것을 양호(○)로 평가하고, 1.30 g/min 이하의 것을 우량(◎)으로 평가했다. 이에 대하여 스패터의 발생량이 1.50 g/min을 초과한 것을 양호하지 않다(×) 라고 평가했다. 또한, 양호(○) 및 우량(◎)인 것을 합격으로 하고, 양호하지 않은 것(×)을 불합격으로 했다.
(6) 송급 안정성
비드 온 플레이트 용접으로 솔리드 와이어의 송급 속도 6.00 m/min, 아크 길이 2mm가 되는 전압으로 1시간 용접을 행하여, 안정성을 관능 평가했다.
송급 안정성의 평가는 송급 속도에 전혀 변동이 생기지 않은 것을 우량(◎)으로 평가하고, 약간 송급 속도에 변동이 인식되지만 실용상 문제 없는 것을 양호(○)로 평가했다. 이에 대하여 송급 속도의 변동이 많고, 아크가 불안정하게 되어, 사용에 견딜 수 없다고 판단되는 것을 양호하지 않다(×) 라고 평가했다. 또한, 우량(◎) 및 양호한 것(○)을 합격으로 하고, 양호하지 않은 것(×)을 불합격으로 했다.
(7) 슬래그의 피포율
용접후에 실시되는 전착 도장에 있어서, 슬래그가 박리됨으로써 도장이 박리되어 버리는 위험성을 평가하기 위하여, 비드 위에 생긴 슬래그의 면적률을 측정했다.
슬래그의 피포율의 평가는 비드의 표면적에 대한 슬래그의 합계 면적의 비율이 4.0% 이하일 경우를 우량(◎)으로 평가하고, 4.0%를 초과하고 5.0% 이하일 경우를 양호(○) 라고 평가했다. 이에 대하여 상기 비율이 5.0%를 초과할 경우를 양호하지 않다(×) 라고 평가했다. 또한, 우량(◎) 및 양호한 것(○)을 합격으로 하고, 양호하지 않은 것(×)을 불합격으로 했다.
(8) 샤르피 흡수 에너지
용접부의 충격 성능, 즉, 용접부의 용접 금속이 취화되어 있는지 여부를 편의적으로 평가하기 위하여, JIS Z3312 「연강 및 고장력강용 머그 용접 솔리드 와이어」에 준거하여 샤르피 흡수 에너지를 측정했다. 시험 온도는 0℃로 하고, 3개 시험하여 그 평균치를 평가에 제공했다.
샤르피 흡수 에너지의 평가는 가장 일반적으로 이용되는 지표인 27J 이상 47J 미만의 것을 양호(○)로 평가하고, 47J 이상의 것을 우량(◎)으로 평가했다. 이에 대하여 샤르피 흡수 에너지가 27J 미만의 것은 취화된 금속으로 판단하여 양호하지 않다(×) 라고 평가했다. 또한, 양호(○) 및 우량(◎)인 것을 합격으로 하고, 양호하지 않은 것(×)을 불합격으로 했다.
(1) 내지 (8)의 평가 항목의 평가 결과를 표 4 내지 표 6에 나타낸다.
Figure 112007050147198-PAT00007
Figure 112007050147198-PAT00008
Figure 112007050147198-PAT00009
Figure 112007050147198-PAT00010
Figure 112007050147198-PAT00011
Figure 112007050147198-PAT00012
No. 1 내지 56, 88 내지 91은 솔리드 와이어의 성분 조성이 본 발명의 요건을 만족하고 있는 점에서, 한계 송급 속도(내용락성), 내언더컷성, 용접 금속의 경도, 스패터의 발생량, 솔리드 와이어의 송급 안정성, 슬래그의 피포율, 샤르피 흡수 에너지(충격 성능)의 모든 평가 항목에 있어서 양호한 평가 결과를 얻을 수 있었다(실시예; 표 4, 5, 6의 비고란 참조).
한편, No. 57 내지 87, 92, 93은 솔리드 와이어의 성분 조성이 본 발명의 요건을 만족하고 있지 않은 점에서, 상기한 각 평가 항목 중 어느 하나에 있어서 양호하지 않은 평가 결과를 얻었다(비교예; 표 5, 6 비고란 참조). 구체적으로는 이하와 같다.
No. 57은 C의 함유량이 과소했기 때문에, 용접 금속의 경도가 부족했다. 즉, 용접부의 강도가 부족하여 범용적으로 사용할 수 없다.
No. 58은 C의 함유량이 과잉이었기 때문에, 탈산 과잉이 되고, 한계 송급 속도가 작고, 또한 언더컷의 깊이가 깊었다. 즉, 내용락성, 내언더컷성이 양호하지 않았다. 또한, 스패터의 발생량도 많고 응고 균열이 발생했기 때문에, 내균열성도 양호하지 않았다.
No. 59는 Si의 함유량이 과소했기 때문에, 용접 금속의 경도가 부족했다. 즉, 용접부의 강도가 부족하여 범용적으로 사용할 수 없다. 또한, 솔리드 와이어의 전기 저항이 낮기 때문에 송급량당 전류값이 높아진다. 그 때문에 입열이나 아크력이 커지므로 용락이나 언더컷도 발생하기 쉬워, 내용락성, 내언더컷성이 양호하지 않았다.
No. 60은 Si의 함유량이 과잉이었기 때문에, 탈산 과잉이 되어서 내용락성, 내언더컷성이 양호하지 않았다. 또한, 샤르피 흡수 에너지도 양호하지 않고, 용접 금속의 취화가 인식되었다.
No. 61, 62는 Mn의 함유량이 과소했기 때문에, 용접 금속의 경도가 부족했다. 즉, 용접부의 강도가 부족하여 범용적으로 사용할 수가 없다. 또한, 솔리드 와이어의 전기 저항이 낮기 때문에 송급량당 전류값이 높아진다. 그 때문에 입열이나 아크력이 커지므로, 용락이나 언더컷도 발생하기 쉬워, 내용락성, 내언더컷성이 양호하지 않았다. 또한, 샤르피 흡수 에너지도 양호하지 않고, 용접 금속의 취화가 인식되었다.
No. 63은 Mn의 함유량이 과잉이었기 때문에, 탈산 과잉이 되고, 내용락성, 내언더컷성이 양호하지 않았다. 또한, 슬래그도 많이 발생했기 때문에, 슬래그의 피포율이 높아졌다. 이는 도장성이 나빠지는 것을 의미한다.
No. 64는 Mn의 함유량, C와 S의 함유량의 합계, N의 함유량이 과잉이다. Mn의 함유량이 과잉이기 때문에 탈산 과잉이 되어서 내용락성, 내언더컷성이 양호하지 않았다. 슬래그도 많이 발생했기 때문에, 슬래그의 피포율이 높아졌다. C와 S의 각각의 함유량은 본 발명의 요건을 만족하지만, C와 S의 함유량을 합계한 양이 상한값을 초과하는 것에서 응고 균열이 생겼다. 즉, 내균열성이 양호하지 않았다. 또한, N이 과잉이기 때문에, 샤르피 흡수 에너지도 양호하지 않고, 용접 금속의 취화가 인식되었다.
No. 65는 P의 함유량이 과잉이었기 때문에, 응고 균열이 생겼다. 즉, 내균열성이 양호하지 않았다.
No. 66은 P의 함유량이 과잉이었기 때문에 응고 균열이 생겼다. 즉, 내균열성이 양호하지 않았다. 또한, S의 함유량이 과소했기 때문에, 용융지의 점성과 표면 장력이 적정 범위까지 내려가지 않고, 용융지에 대하여 선행하는 아크의 아크력을 완화하는 장벽 작용을 얻을 수 없었다. 그 때문에 내용락성, 내언더컷성이 양호하지 않았다.
No. 67은 S의 함유량이 과소했기 때문에, 용융지의 점성과 표면 장력이 적정 범위까지 내려가지 않았다. 그 때문에 용융지에 의한 아크력을 완화하는 장벽 작용을 얻을 수 없고, 내용락성, 내언더컷성이 양호하지 않은 결과가 되었다.
No. 68은 S의 함유량 및 C와 S의 함유량을 합계한 양이 과잉이었기 때문에, 응고 균열이 생겼다. 즉, 내균열성이 양호하지 않았다. 또한, 용적의 점성과 표면 장력이 과소하게 되고, 용적과 용융지가 단락하기 쉬워졌으므로, 스패터의 발생량이 매우 많았다. 샤르피 흡수 에너지도 양호하지 않고, 용접 금속의 취화가 인식되었다. 내용락성은 양호하지만 용융지가 중력에 의해 늘어지기 쉬워, 상판측의 언더컷이 발생하기 쉽고, 내언더컷성이 양호하지 않은 결과가 되었다.
No. 69는 C의 함유량, Si의 함유량, S의 함유량, C와 S의 함유량의 합계가 모두 과잉이다. 응고 균열이 발생하고, 내균열성도 양호하지 않았다. 또한, 내용락성과 내언더컷성도 뒤떨어지고, 스패터의 발생량도 많았다. 또한, 샤르피 흡수 에너지도 양호하지 않고, 용접 금속의 취화가 인식되었다.
No. 70, 71, 72는 C와 S의 각각에 대해서는 본 발명의 요건을 만족하지만, C와 S의 함유량의 합계가 본 발명에서 규정하는 상한값보다도 높은 것에서 응고 균열이 생겼다. 그 때문에 내균열성이 양호하지 않았다.
No. 73은 C와 S의 각각의 함유량에 대해서는 본 발명의 요건을 만족하지만, C와 S의 함유량의 합계가 본 발명에서 규정하는 상한값보다도 높고 또한 O와 N의 함유량의 합계가 본 발명에서 규정하는 상한값보다도 높은 것에서 응고 균열이 생겼다. 그 때문에 내균열성이 양호하지 않았다.
No. 74는 Cr의 함유량이 과잉이었기 때문에, 용융지의 점성과 표면 장력이 과잉이 되어서 내용락성과 내언더컷성이 양호하지 않았다. 또한, 슬래그가 많이 발생했기 때문에, 슬래그의 피포율이 높아졌다. 스패터의 발생량도 많았다.
No. 75는 Ni의 함유량이 과잉이었기 때문에, 용융지의 점성과 표면 장력이 과잉이 되어서 내용락성과 내언더컷성이 양호하지 않았다. 또한, 스패터의 발생량도 많았다.
No. 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82는 각각 Al, Ti, Nb, V, Zr, La, Ce의 함유량이 과잉이고, 용융지의 점성과 표면 장력이 과잉이 되었기 때문에, 내용락성과 내언더컷성이 양호하지 않은 결과가 되었다. 또한, 슬래그가 많이 발생하고, 슬래그의 피포율이 높아졌다. 또한, 스패터의 발생량도 많았다.
No. 83은 B의 함유량이 과잉이었기 때문에 응고 균열이 발생하고, 내균열성이 양호하지 않은 결과가 되었다.
No. 84는 N의 함유량이 과잉이었기 때문에 기공 결함은 생기지 않았지만, 용접 금속이 취화되었다.
No. 85는 O의 함유량이 과소했기 때문에 용융지의 점성과 표면 장력이 적정 범위까지 내려가지 않아, 용융지에 의한 아크력을 완화하는 장벽 작용을 얻을 수 없었으므로, 내용락성, 내언더컷성이 양호하지 않았다.
No. 86은 O의 함유량이 과잉이고, 나아가 O와 N의 함유량의 합계가 과잉이었기 때문에 개재물이 많아져 균열이 생겼다. 즉, 내균열성이 양호하지 않았다. 또한, 용융지의 점성과 표면 장력이 과소하게 되어서 용적과 용융지가 단락하기 쉬워졌기 때문에, 스패터의 발생량이 매우 많았다. 샤르피 흡수 에너지도 양호하지 않고, 용접 금속의 취화가 인식되었다. 또한, 내용락성은 양호하지만, 용융지가 중력에 의해 늘어지기 쉬워, 상판측의 언더컷이 발생하기 쉬웠다. 즉, 내언더컷성이 양호하지 않았다. 또한, 슬래그가 많고, 슬래그의 피포율도 높았다. 즉, 도장성이 뒤떨어지는 것이 시사되었다.
No. 87은 Mo의 함유량이 과잉이었기 때문에, 용융지의 점성과 표면 장력이 과잉이 되고, 내용락성과 내언더컷성이 양호하지 않은 결과가 되었다. 또한, 스패터의 발생량도 많았다.
No. 92는 시장에 유통되고 있는 솔리드 와이어의 일종인데, Si의 함유량 및 S의 함유량이 본 발명의 요건보다도 과소하고, P의 함유량이 본 발명의 요건보다도 과잉이 되었다. Si의 함유량이 부족하기 때문에, 용접 금속의 경도가 양호하지 않은 결과가 되었다. 따라서, 용접부의 강도가 부족하여, 범용적으로 사용할 수 없는 것이 시사된다. 또한, 솔리드 와이어의 전기 저항이 낮기 때문에, 송급량당 전류값이 높아져, 입열이나 아크력이 커진다. 또한, S의 함유량이 과소하기 때문에 용융지의 점성과 표면 장력이 적정 범위까지 내려가지 않아, 용융지에 의한 아크력을 완화하는 장벽 작용을 얻을 수 없었던 것과 더불어, 용락이나 언더컷이 발생하기 쉬웠다. 즉, 내용락성과 내언더컷성이 양호하지 않은 결과가 되었다. 또한, P의 함유량이 과잉이었기 때문에, 균열도 발생하고, 내균열성도 양호하지 않은 결과가 되었다.
No. 93도 시장에 유통되고 있는 솔리드 와이어의 일종인데, C, Mn, B, Mo의 함유량이 본 발명의 요건보다도 과잉이고, S의 함유량이 본 발명의 요건보다도 과소하게 되어 있다. C의 함유량 및 B의 함유량이 과잉이기 때문에 이파 용접이 되고, 균열이 발생했다(내균열성이 낮았다). 또한, C, Mn, Mo의 함유량이 과잉이고, S의 함유량이 과소하기 때문에 용융지의 점성이나 표면 장력이 현저하게 높아지고, 내용락성과 내언더컷성이 양호하지 않은 결과가 되었다. 또한, 스패터의 발생량도 많아졌다. 나아가, Mn의 함유량이 높기 때문에, 슬래그가 많이 발생하고, 슬래그의 피포율이 높아졌다. 즉, 도장성이 뒤떨어지는 것이 시사되었다.
도 1a는 종래의 솔리드 와이어를 이용한 경우에 있어서의 아크 용접시의 용융지와 용입 깊이에 대하여 설명하는 도면이다.
도 1b는 본 발명의 솔리드 와이어를 이용한 경우에 있어서의 아크 용접시의 용융지와 용입 깊이에 대하여 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 솔리드 와이어를 완성하기 위하여 실행한 C와 S의 적정한 함유량의 범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 겹침 필렛 용접 시험의 설명 및 언더컷의 깊이의 정의를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 내균열성 평가에 있어서의 평가 대상이 되는 균열을 설명하기 위한 도면이다.

Claims (6)

  1. 아크 용접을 실행하기 위하여 이용되는 솔리드 와이어로서,
    C를 0.005 내지 0.060 질량%, Si를 0.60 내지 1.00 질량%, Mn을 1.10 내지 1.65 질량%, S를 0.045 내지 0.090 질량%, O를 0.0015 내지 0.0100 질량%, 또한 상기 C와 상기 S의 함유량의 합계를 0.125 질량% 이하, P를 0.017 질량% 이하로 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,
    상기 불순물에 있어서, Ti를 0.15 질량% 이하, B를 0.0050 질량% 이하, N을 0.0075 질량% 이하, 나아가 Cr, Ni, Al, Nb, V, Zr, La 및 Ce를 각각 0.20 질량% 이하로 제한하고 있는 솔리드 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 O와 상기 N의 함유량의 합계를 0.0110 질량% 이하가 되도록 제한하고 있는 솔리드 와이어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    Mo를 0.30 질량% 이하 함유하고 있는 솔리드 와이어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔리드 와이어의 표면에 K, Li, Na 및 Ca를 합계로, 상기 솔리드 와이어 전체 에 대하여 0.5 내지 30 ppm 갖는 솔리드 와이어.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔리드 와이어의 표면에 상기 솔리드 와이어 10kg당 MoS2를 0.01 내지 1.00g 갖는 솔리드 와이어.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면을 구리 도금으로 피복하고 있는 솔리드 와이어.
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