KR20110089203A

KR20110089203A - 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어 및 이것을 사용한 아연 도금 강판의 아크 용접 방법

Info

Publication number: KR20110089203A
Application number: KR1020117014562A
Authority: KR
Inventors: 신지 고다마; 겐이찌 아사이; 마나부 미즈모또; 요시나리 이시다
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2011-08-04
Also published as: CA2748188A1; SG172348A1; AU2009332189A1; WO2010073763A1; EP2380696A4; AU2009332189B2; RU2011131053A; EP2380696A1; NZ593724A; RU2482947C2; CA2748188C; KR101231949B1; MX2011006769A; CN102264505B; CN102264505A

Abstract

아연 취화 균열이 발생하지 않고, 내식성, 연성(延性)이 우수한 용접부가 얻어져, 용접 작업성이 양호한, 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어 및 이것을 사용한 용접 방법으로서, 상기 용접 와이어는, 금속 또는 합금 성분으로서 상기 외피 및 플럭스 중에 함유되는 합계량이, 와이어 전체 질량에 대해, C:0.01 내지 0.05％, Si:0.1 내지 1.5％, Mn:0.5 내지 3％, Ni:7 내지 10％, Cr:26 내지 30％이며, F값이 30 내지 50을 만족하고, 상기 플럭스 중에, 슬래그 형성제로서, TiO₂:3.8 내지 6.8％, SiO₂:1.8 내지 3.2％, ZrO₂:1.3％ 이하, Al₂O₃:0.5％ 이하를 함유하고, 그 밖의 슬래그 형성제와의 합계량이 7.5 내지 10.5％이며, 상기 TiO₂는, 슬래그 형성제 합계량에 대해 50 내지 65％를 만족하고, 상기 외피 및 플럭스의 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 한다.

Description

아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어 및 이것을 사용한 아연 도금 강판의 아크 용접 방법{STAINLESS STEEL FLUX-CORED WELDING WIRE FOR THE WELDING OF GALVANIZED STEEL SHEETS AND PROCESS FOR ARC WELDING OF GALVANIZED STEEL SHEETS WITH THE SAME}

본 발명은, 터치업 등의 후처리를 행하지 않아도 용접부의 내식성을 확보할 수 있는, 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어, 및 이것을 사용한 아연 도금 강판의 아크 용접 방법에 관한 것으로, 특히, 용접 균열이 발생하지 않고, 용접 작업성이 양호한, 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어, 및 이것을 사용한 아연 도금 강판의 아크 용접 방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명이 대상으로 하는 피용접재의 아연 도금 강판은, 아연 도금 강판과 아연계 합금 도금 강판을 포함하는 것이다.

아연 도금 강판은, 건축이나 자동차 등의 분야에 있어서, 구조 부재의 내식성 향상의 관점에서 폭 넓게 사용되고 있다. 종래 구조물의 내식성 향상에 대해서는, 비도금재를 용접하고, 그 후, 아연욕에 침지하고, 강재 및 용접부 표면에 부착시켜, 구조물 전체의 내식성을 확보하는 방법이 사용되고 있었다. 그러나, 이 방법에서는, 용접한 후에 도금 처리되기 때문에, 생산성이 떨어지는 동시에, 도금욕 등의 설비가 필요해져, 제조 비용을 증가시키는 원인으로 되었다.

이것을 회피하기 위해, 미리 도금이 실시된 아연 도금 강판을 용접함으로써 구조물을 제조하는 방법이, 적용되도록 되어 왔다. 또한, 최근, 구조 부재의 내식성을 보다 향상시키기 위해, 종래의 일반적인 아연 도금 강판에 비해, 내식성을 더 높인 Zn-Al-Mg-Si계 합금 도금 등의 아연계 합금 도금을 강판 표면에 실시한 아연계 합금 도금 강판을 용접하여 용접 구조물을 제조하도록 되어 왔다(예를 들어, 특허 문헌 1, 참조).

아연 도금 강판 또는 아연계 합금 도금 강판을 용접하여 용접 구조물을 제조하는 경우의 특유한 문제로서, 용접 금속 및 모재 열 영향부에서 용융 도금에 기인하는 액체 금속 취화 균열(이하, 아연 취화 균열이라고 함)이 발생하기 쉬운 것이 종래부터 알려져 있다.

아연 취화 균열은, 용접부의 근방에 존재하는 모재 열 영향부의 표면에 용융 상태로 잔존한 아연 도금 성분이, 용접 부분의 결정 입계에 침입하는 것이 주된 원인이라고 생각되고 있다. 또한, 용접부의 표면에 존재하고 있었던 아연 도금은 용접에 의해 증발 분산되어 소멸되므로, 용접 취화 균열의 원인으로는 되지 않는다고 생각되고 있다.

한편, 종래부터 내식성이 요구되는 스테인리스강 구조물의 용접에는, 스테인리스강의 공금계 용접 재료가 사용된다. 이 경우, 스테인리스강끼리 또는 스테인리스강과 탄소강의 접합부에 형성된 스테인리스강 성분의 용접 금속에서도, 스테인리스강의 모재부와 마찬가지로, 양호한 내식성이 얻어진다.

그러나, 본 발명자들의 확인 시험 결과에 따르면, 아연 도금 강판을 용접할 때에 내식성이 양호한 용접 금속을 얻기 위해, 예를 들어, SUS309계나 SUS329계 스테인리스강 용접 재료 등의 용접 재료를 사용하여도, 용접 금속에 아연 취화 균열이 다수 발생하여, 적용이 곤란한 것이 확인되었다.

용접 금속의 아연 취화 균열의 문제를 해결하는 방법으로서, 본 발명자들은, C, Si, Mn, Ni, Cr량의 제어에 의해 용접 금속의 페라이트 조직의 면적률과 인장 강도를 적정화하고, 또한, 슬래그 형성제 중의 TiO₂량 등을 적정하게 제어함으로써, 용접 금속의 아연 취화 균열을 방지하는 플럭스 내장 용접 와이어를 제안하고 있다(특허 문헌 2, 참조).

그러나, 이 방법을 사용하여 아연계 합금 도금 강판을 용접하는 경우에는, 용접 조건에 따라 용접 금속의 아연 취화 균열이 발생하는 경우가 종종 있어, 안정적으로 그 발생을 방지할 수는 없었다. 또한, 이 방법을 사용하여 얻어지는 용착 금속은 연성이 낮고, 덧붙여 용접 작업성의 아크 안정성이 낮아, 슬래그 박리성이 나쁘다고 하는 문제가 있었다.

이에 대해, 본 발명자들은, 용접 취화 균열을 방지하는 용접 조인트에 대해서, 거듭 예의 연구하여, 조인트의 용접 금속 성분을 규정함으로써, 용접 금속에 발생하는 아연 취화 균열을 억제하는 수단을 제안하고 있다(특허 문헌 3, 참조). 또한, 당해 특허 문헌에서는 용접 와이어의 합금 성분을 규정함으로써, 조인트의 용접 금속 성분을 목표로 하는 범위로 조정하는 수단을 제안하고 있다.

일본 특허 출원 공개 제2000-064061호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-035293호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-118077호 공보

용접부에 발생하는 아연 취화 균열로서는, 도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같은 용접 금속에 발생하는 균열과, 도 4a, 도 4b에 도시한 바와 같은 용접 지단부로부터 모재 열 영향부를 향하여 발생하는 균열을 전형예로서 들 수 있다.

이 중, 도 3a, 도 3b에 도시한 바와 같은 용접 금속의 아연 취화 균열에 대해서는, 상기의 특허 문헌 3에 기재된 성분 조성으로 되는 용접 금속을 실현함으로써 억제할 수 있는 것을, 본 발명자들은 명백하게 하고 있다. 그러나, 용접 조인트로서 사용하기 위해서는, 균열의 방지 이외에도, 용접부의 연성 등의 기계적 성능이 요구된다. 특허 문헌 3에 기재된 발명에서는, 사용하는 용접 재료의 성분에 관하여, C, Si, Mn, Ni, Cr량의 범위가 나타내어져 있지만, 적정한 성분 밸런스에 대해서는 개시가 없으며, 용접 조인트의 여러 특성을 만족시키기 위한 용접 와이어를 선정하기 위해 상당한 사전 검토의 수고를 요한다고 하는 문제가 있었다.

한편, 도 4a, 도 4b에 도시한 바와 같은 모재 열 영향부의 아연 취화 균열에 관해서는, 일반적인 용접 조인트에서는 문제로 되지 않지만, 예를 들어, 용접시의 잔류 응력이 높다고 하는 원주(円周) 용접이나, 용접 부재의 구속력이 높아지는 각 강관의 용접에 있어서, 균열이 발생하는 경우가 있어, 새로운 과제로 되어 있었다. 이와 같은 균열의 발생 기구로서는, 도 4a, 도 4b에 도시한 바와 같이, 강판 표면에 용융 상태로 존재하는 아연(5)이, 용접 후의 냉각 과정에서 응력 집중부인 용접 지단부(4)로부터 모재 열 영향부(1a)에 침입함으로써 균열(6)을 야기시키는 것이라고 생각된다.

또한, 상기 특허 문헌 2에 있어서, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 방지를 위해 용접 와이어 중의 슬래그 성분에 있어서의 TiO₂의 비율을 60％ 이상으로 높게 하는 취지가 기재되어 있지만, 당해 특허 문헌에서는, 슬래그 형성제의 총량이 용접 와이어 전체 질량에 대해 5％ 이하로 비교적 적고, 또한, 슬래그 형성제의 배합 밸런스상, 스패터가 다발하는 경우가 있는 등 용접 작업성의 개선의 여지가 있고, 또한, 용접 조건에 따라서는, 균열이 발생하는 경우도 있었다.

따라서, 본 발명은, 스테인리스강 용접 재료를 사용한 아연 도금 강판의 용접에 있어서, 용접 금속의 아연 취화 균열 방지나 연성 확보에 더하여, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열을 방지하고, 또한, 용접 작업성에도 우수한, 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어, 및 이것을 사용한 아연 도금 강판의 아크 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 용접 와이어의 합금 성분에 대해서 여러 가지 검토를 행하였다. 그 결과, 용접 와이어 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr량을 적정화하는 동시에, 그 합계식인 F값(=3×[Cr％]+4.5×[Si％]-2.8×[Ni％]-84×[C％]-1.4×[Mn％]-19.8)을 증가시킴으로써, 아연 취화 균열을 저감할 수 있고, 나아가서는 연성도 확보할 수 있는 것을 발견하였다. 도 2에는, 아연 도금 강판의 용접에 대해서, F값과 균열 개수와의 관계를 나타낸다(용접 조건 등은, 후술하는 실시예의 용접 조인트 성능 조사와 동일함).

이 F값은, 페라이트의 정출 용이성을 나타내는 지표이지만, 도 2에 도시한 바와 같이, F값이 30 이상, 바람직하게는 40 이상으로 되면, 초정으로부터 실온까지 페라이트 단상으로 응고가 완료되므로, 입계에 아연의 침입이 발생하기 어려워, 균열을 방지할 수 있는 것으로 생각된다.

또한, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 방지에 대해서는, 용접 와이어의 슬래그 형성제에 대해서 검토를 행하였다. 그 결과, 용접 와이어 중의 슬래그 형성제에 있어서의 TiO₂의 함유 비율을 적정화하는 것, 및 슬래그 형성제의 총량을 비교적 많게 함으로써 균열을 방지할 수 있는 것을 발견하였다. 즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 적절한 성분 조성의 응고 슬래그(8)로 용접 금속(3)을 양호하게 덮음으로써, 용융 아연(5)이 용접 지단부(4)에 침입하는 것을 방지하는 것이 가능하게 되어, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열을 방지할 수 있는 것이 명확하게 되었다.

본 발명은 이상의 지식에 의해 이루어진 것으로, 그 요지로 하는 바는 다음과 같다.

[1] 스테인리스강 외피의 내부에 플럭스가 충전된 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어에 있어서,

금속 또는 합금 성분으로서 상기 외피 및 플럭스 중에 함유되는 합계량이, 용접 와이어 전체 질량에 대한 질량％로,

C:0.01 내지 0.05％,

Si:0.1 내지 1.5％,

Mn:0.5 내지 3.0％,

Ni:7.0 내지 10.0％,

Cr:26.0 내지 30.0％

이며, 또한 하기 수학식 1로 정의되는 F값이 30 내지 50의 범위를 만족하고,

또한, 슬래그 형성제로서, 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량에 대한 질량％로,

TiO₂:3.8 내지 6.8％,

SiO₂:1.8 내지 3.2％,

ZrO₂:1.3％ 이하(0％를 포함함),

Al₂O₃:0.5％ 이하(0％를 포함함)

를 함유하고, 또한 상기 슬래그 형성제와 그 밖의 슬래그 형성제의 합계량이 7.5 내지 10.5％이며,

또한, 상기 TiO₂는, 슬래그 형성제 합계량에 대한 질량％로,

TiO₂:50 내지 65％

를 만족하고,

상기 외피 및 플럭스의 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는, 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어.

[수학식 1]

단, 상기 [Cr％], [Si％], [Ni％], [C％] 및 [Mn％]는, 각각, 용접 와이어 중의 외피 및 플럭스 중에 함유하는 Cr, Si, Ni, C 및 Mn의, 와이어 전체 질량에 대한 각각의 질량％의 합계를 나타낸다.

[2] 또한, 금속 또는 합금 성분으로서 Bi를 함유하고, 상기 외피 및 플럭스 중에 함유되는 합계량이, 용접 와이어 전체 질량에 대한 질량％로,

Bi:0.01 내지 0.1％

인 것을 특징으로 하는, 상기 [1]에 기재된 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어.

[3] 피용접재인 아연 도금 강판의 도금 성분이, 질량％로,

Al:2 내지 19％,

Mg:1 내지 10％,

Si:0.01 내지 2％

를 함유하고, 잔량부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 아연계 합금 도금이며,

상기 도금을 피복하여 이루어지는 아연 도금 강판의 용접 시에, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어를 사용하여 아크 용접하는 것을 특징으로 하는, 아연 도금 강판의 아크 용접 방법.

[4] 피용접재인 아연 도금 강판의 도금을 제외하는 강판의 성분이, 질량％로,

C:0.01 내지 0.2％,

Si:0.01 내지 2.0％,

Mn:0.5 내지 3.0％,

P:0.020％ 이하,

S:0.020％ 이하,

Al:0.001 내지 0.5％,

Ti:0.001 내지 0.5％,

B:0.0003 내지 0.004％,

N:0.0005 내지 0.006％

를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판이며,

상기 아연 도금 강판의 용접 시에, 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어를 사용하여 아크 용접하는 것을 특징으로 하는, 아연 도금 강판의 아크 용접 방법.

[5] 또한, 상기 아연 도금 강판의 도금을 제외하는 강판의 성분으로서, Nb, V의 1종 또는 2종을 함유하고, 또한 Nb, V의 합계량이 질량％로, 0.01 내지 0.20％인 것을 특징으로 하는, 상기 [4]에 기재된 아연 도금 강판의 아크 용접 방법.

본 발명의 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어, 및 이것을 사용한 아연 도금 강판의 아크 용접 방법에 따르면, 터치업 등의 후처리를 행하지 않아도 내식성이 양호하며, 또한, 용접 균열이 발생하지 않고, 용접부의 연성이 양호하고, 또한, 용접 작업성이 우수한 것 등, 고품질의 용접부가 얻어진다.

특히, Al, Mg를 합금 원소로서 포함하는, Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판의 용접에 있어서 현저한 효과를 나타낸다. Zn-Al-Mg계 합금 도금 강판으로서는, 예를 들어, Al을 11％, Mg를 3％, Si를 0.2％ 포함하고 잔량부를 주로 Zn으로 하는 신일본 제철 주식회사제 「슈퍼 다이머(등록 상표)」 강판 혹은 Al을 7％, Mg를 3％ 포함하고 잔량부를 주로 Zn으로 하는 닛신 제강 주식회사제 「ZAM(등록 상표)」 강판 등이 있다.

도 1은 모재 열 영향부의 균열 및 용접 작업성에 미치는 슬래그 합계량과 TiO₂ 함유량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 F값과 용접 금속의 균열 개수의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3a는 용접 금속에 발생하는 균열을 사시도에서 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 3b는 용접 금속에 발생하는 균열을 단면도에서 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4a는 모재 열 영향부에 발생하는 균열을 사시도에서 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4b는 모재 열 영향부에 발생하는 균열을 단면도에서 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 용접부를 덮는 응고 슬래그에 의해 모재 열 영향부의 아연 취화 균열을 방지하는 모습을 단면도에서 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 모재 열 영향부의 아연 취화 균열의 평가 방법을 사시도에서 모식적으로 도시하는 도면이다.

본 발명자들은, 용접부의 내식성을 향상시킬 수 있는 아연 도금 강판용의 스테인리스계 용접 재료에 대해서, 용접 금속의 아연 도금 균열을 억제하는 동시에 용접 금속의 연성을 확보하고, 나아가서는, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열의 발생을 억제하면서 용접 작업성을 양호하게 유지하는 수단을 예의 검토하였다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 아연 도금 강판이란, 단순한 아연 도금 강판 외에, 아연 도금 중에 내식성 향상을 위해 Al, Mg, Si 등을 첨가한 Zn-Al계 합금 도금, Zn-Al-Mg계 합금 도금, Zn-Al-Mg-Si계 합금 도금이 표면에 실시된 도금 강판의 총칭을 의미하는 것으로 한다.

우선, 용접 금속의 아연 취화 균열 억제 및 용접 금속의 연성 확보를 달성하는 수단에 대해서 설명한다. 본 발명자들의 실험 결과에 따르면, 용접 금속 중의 페라이트량을 적정으로 유지함으로써 용접 금속의 아연 취화 균열 억제, 및 연성 확보를 양립할 수 있는 것을 확인하고 있다. 또한, 이 용접 금속 응고시의 페라이트의 정출 용이성은, 주로 용접 금속 중의 Si 및 Cr의 페라이트 형성 원소와, C, Mn 및 Ni의 오스테나이트 형성 원소를 기초로, 하기 수학식 1로 정의되는 F값에 의해서 정리할 수 있는 것을 발견하였다.

[수학식 1]

단, 상기 [Cr％], [Si％], [Ni％], [C％] 및 [Mn％]는, 각각, 용접 와이어 중의 외피 및 플럭스 중에 함유하는 Cr, Si, Ni, C 및 Mn의 와이어 전체 질량에 대한 각각의 질량％의 합계를 나타낸다.

도 2에 아연 도금 강판을 용접할 때에 사용한 플럭스 내장 용접 와이어의 F값과 아연 취화 균열 개수의 관계를 나타낸다(용접 조건 등은, 후술하는 실시예의 용접 조인트 성능 조사와 동일함).

플럭스 내장 용접 와이어의 F값이 30 미만인 경우에는, 용접 금속의 초정 응고상이 오스테나이트 단독으로 응고가 완료되거나, 혹은, 초정 응고상이 페라이트이어도 응고 도중에 오스테나이트의 정출이 일어나 페라이트와 오스테나이트의 2상으로 응고가 완료된다. 이때, 오스테나이트상은 주상정 응고되므로, 용접시에 오스테나이트 입계에 아연 도금에 기인하는 Zn 등의 저융점 성분이 침입하여, 용접 금속의 아연 취화 균열이 발생하기 쉬워진다. 한편, 플럭스 내장 용접 와이어의 F값이 30 이상인 경우는, 용접 금속은 페라이트로 초정 석출되고, 페라이트 단상으로 응고가 완료되므로, 등축정 응고한 미세화된 페라이트상에 의해, 용접시에 결정 입계에의 아연 등의 저융점 성분의 침입이 발생하기 어려워, 용접 금속의 아연 취화 균열 발생은 감소하는 것이 명백하게 되었다. 또한, F값이 40 이상인 경우는, 용접 금속의 응고 후의 냉각 과정에 있어서 석출되는 오스테나이트가 적어져, 아연 취화 균열 억제의 효과가 보다 현저해지는 것이 명백하게 되었다.

이들의 지식을 기초로, 본 발명에서는, 후술하는 바와 같이 플럭스 내장 용접 와이어 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr의 함유량을 적정화하는 동시에, 용접 금속의 아연 취화 균열 발생을 억제하기 위해 상기 수학식 1로 정의되는 용접 와이어의 F값을 30 이상, 바람직하게는 40 이상으로 한다.

내아연 취화 균열 억제의 관점에서 용접 와이어의 F값은 높을수록 바람직하다. 그러나, 와이어의 F값이 50을 초과하면, 용접 금속이 페라이트 단상으로 응고 완료된 후, 실온까지의 냉각 과정에서의 오스테나이트의 석출이 매우 감소되기 때문에, 실온에서의 용접 금속 중의 페라이트량이 많아진다. 용접 금속의 연성 즉 신장률을 확보하기 위해서는, 소정의 오스테나이트의 석출이 필요하여 F값의 과도한 증가는 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에서는, 실온에서의 용접 금속 조직을 페라이트와 오스테나이트의 적정한 2상 조직으로 함으로써, 용접 금속의 아연 취화 균열 발생을 억제하는 동시에, 용접 금속의 연성을 충분히 확보하기 위해 와이어의 F값의 상한을 50으로 한다.

다음으로, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 방지, 및 용접 작업성 향상의 수단에 대해서 예의 검토하였다. 그 결과, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 방지에 대해서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 용접 금속(3)을 덮는 응고 슬래그(8)에 의해서 용융 아연(5)이 용접 지단부(4)에 침입하는 것을 방지하는 것이 중요하며, 용접 작업성 향상에 대해서는 슬래그 형성제의 성분 조성을 최적화하는 것이 중요한 것을 발견하였다.

본 발명은, 이들의 지식에 기초하여,

(a) 슬래그 형성제에 있어서의 TiO₂ 함유량을 높게 하여 비교적 높은 융점의 응고 슬래그를 형성하는 동시에, 슬래그 형성제의 총량을 비교적 많게 함으로써 용접 금속을 고온 상태로 양호하게 포위하는 것이 가능해져, 용접 지단부에의 용융 아연의 침입을 방지할 수 있다.

(b) 슬래그 형성제에 있어서의 TiO₂ 함유량의 상한을 규정하고, 용접 와이어 선단으로부터 강판 모재로 이행하는 용적의 이행 특성을 안정화시킴으로써 스패터의 저감이 가능해져 용접 작업성이 향상되는 것을 기술 사상으로 한다.

이하에, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 방지 수단에 대해서 설명한다. 또한, 통상의 맞댐 용접 조인트나 필렛 용접 조인트에서는, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열의 재현은 반드시 용이한 것은 아니기 때문에, 특수한 용접 시험체로 평가하였다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 판 두께 9㎜의 두꺼운 강재(9) 상에 평가 대상으로 되는 도금 강판(1)을 설치하고, 그 4변을 랩 필렛 용접함으로써 도금 강판의 구속력을 높게 하였다. 또한, 도금 강판(1) 상에 환강(丸鋼)(2)을 설치하여 원주 필렛 용접함으로써 용접시의 수축 응력이 높아지는 조건으로 하였다. 용접 완료 후에, 용접 비드의 크레이터부(종단부)의 단면(11)을 단면 관찰함으로써 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 발생 상황을 평가하였다.

도 1에, TiO₂, SiO₂, ZrO₂를 슬래그재의 주성분으로 하는 용접 와이어를 사용하여 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 발생 상황을 조사한 결과를 나타낸다. TiO₂의 비율을 50％ 이상으로 하고, 또한 슬래그 총량을 7.5％ 이상으로 함으로써 아연 취화 균열을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다. 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 방지의 메커니즘은, 용접 후에 응고한 슬래그(8)가 배리어로 되어 모재 열 영향부(1a)[용접 지단부(4)]에의 용융 아연(5)의 침입을 방지하는 것으로 생각된다. 이로 인해, TiO₂의 비율을 증가시켜 슬래그재의 융점을 높임으로써 강고한 배리어로 된다고 생각된다. 또한, 슬래그재 총량을 증가시키면, 용접 지단부에 슬래그를 두껍게(많게) 덮는 것이 가능하게 되어, 용융 아연의 침입 억제에 유효하였다고 생각된다.

한편, 용접 작업성에 관하여, TiO₂의 함유 비율이 65％를 초과하면 스패터가 다발하는 것을 알 수 있다. TiO₂ 첨가량의 증가에 의해 슬래그재의 융점이 지나치게 높아졌기 때문에, 용융 슬래그가 용접 와이어 선단으로부터 이탈하기 어려워져, 결과적으로 용적 이행 특성이 불안정하게 되어 스패터가 증가하였다고 생각된다.

이로 인해, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 방지의 관점에서는 슬래그 형성제 총량에 대한 TiO₂ 함유량을 50％ 이상으로 하는 것이 유효하게 되지만, 스패터 억제의 관점에서는 TiO₂ 함유량을 65％ 이하로 규정할 필요가 있다.

이상이, 용접 금속의 아연 취화 균열 방지 및 연성 확보를 위한 F값의 한정 이유, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 방지 및 스패터 억제를 위한, 용접 와이어 중의 슬래그 형성제 총량 및 TiO₂의 함유 비율의 한정 이유이다. 또한, 용접 금속의 여러 특성 및 여러 가지의 용접 작업성을 양호하게 유지하기 위해서는, 플럭스 내장 용접 와이어 중에 금속 또는 합금으로서 첨가하는 성분 및, 슬래그 형성제를 이하와 같이 한정할 필요가 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 「％」는 특별히 설명이 없는 한, 「질량％」를 의미하는 것으로 한다.

우선, 용접 금속의 합금 성분으로 되는 C, Si, Mn, Ni, Cr 각 성분의 첨가 이유를 설명한다.

C는, 내식성에 유해하지만, 용접 금속의 강도 확보, 용접시의 아크 상태를 안정화시키는 목적으로 0.01％ 이상 첨가한다. 한편, 0.05％를 초과하여 첨가하면 탄화물이 많이 석출되므로, 용접 금속의 연성이 저하한다. 따라서, 플럭스 내장 용접 와이어 중에 금속 또는 합금으로서 함유하는 C는 0.01 내지 0.05％로 할 필요가 있다.

Si는, 슬래그 박리성을 양호하게 할 목적으로 0.1％ 이상 첨가한다. 한편, 1.5％를 초과하여 첨가하면, 저융점 SiO₂계 산화물을 석출하기 때문에, 용접 금속의 연성이 저하한다. 따라서, 플럭스 내장 용접 와이어 중에 금속 또는 합금으로서 함유하는 Si는, 0.1 내지 1.5％로 할 필요가 있다.

Mn은, 실온에서의 용접 금속 조직 중의 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 연성을 얻는 목적으로 0.5％ 이상 첨가한다. 한편, 3.0％를 초과하여 첨가하면, 슬래그 박리성이 나빠진다. 따라서, 플럭스 내장 용접 와이어 중에 금속 또는 합금으로서 함유하는 Mn은, 0.5 내지 3.0％로 할 필요가 있다.

Ni는, 오스테나이트 형성 원소이며, 실온에서의 용접 금속 조직 중의 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 연성을 얻는 목적으로 7.0％ 이상 필요하다. 한편, 10.0％를 초과하여 첨가하면, P, S 등의 균열에 유해한 미량 성분의 편석을 촉진하고, 또한 아연 취화 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 플럭스 내장 용접 와이어 중에 금속 또는 합금으로서 함유하는 Ni는 7.0 내지 10.0％, 바람직하게는 8.0 내지 10.0％로 할 필요가 있다.

Cr은, 용접 금속의 내식성을 향상시키기 위해 기여하는 원소이다. 또한, Cr은 페라이트 형성 원소이며, 용접 금속을 응고 완료시에 페라이트 단상으로 하고, 용접 금속의 아연 취화 균열을 억제하기 위해 기여한다. 본 발명에서는, Cr 함유량은 용접 금속의 내식성을 충분히 얻기 위해 26.0％ 이상으로 한다. 통상, 스테인리스강의 용접 금속은 Cr량 13.0％ 정도로 양호한 내식성이 얻어지지만, 본 발명은, Cr을 함유하지 않는 아연 도금 강판에 적용하고, 모재 희석을 약 50％ 받아도, 용접 금속의 Cr량이 약 13％ 확보할 수 있는 것을 고려하고 있고, 그 때문에 26.0％ 이상의 Cr량이 필요하게 된다. 한편, 30.0％를 초과하여 첨가하면, Cr₂₃C₆등의 탄화물이나 σ상의 석출이 발생하기 쉬워, 연성이 얻어지지 않게 된다. 따라서, 플럭스 내장 용접 와이어 중에 금속 또는 합금으로서 함유하는 Cr은 26.0 내지 30.0％로 할 필요가 있다.

이상의 플럭스 내장 용접 와이어 중에 금속 또는 합금으로서 함유하는 C, Si, Mn, Ni, Cr의 각 성분 함유량(용접 와이어 전체 질량에 대한 질량％의 합계)은, 상술한 바와 같이, 용접 금속의 아연 취화 균열 발생을 억제하고, 또한 용접 금속의 연성을 양호하게 확보하기 위해, 상기 수학식 1로 정의되는 F값이 30 내지 50의 범위 내로 되도록 한다.

또한, 응고 슬래그의 박리성을 향상시키기 위해, Bi를 와이어 전체 질량에 대하여 0.01％ 이상 첨가할 수 있다. 특히 도금 강판의 용접부는, 외관 향상의 관점에서 응고 슬래그를 충분히 제거할 필요가 있기 때문에, 슬래그 박리성이 중요해진다. 그러나 Bi의 첨가량이 0.1％를 초과하면 용접 금속 응고시의 Bi의 편석에 의한 고온 균열의 요인으로 된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Bi 첨가량은 0.1％ 이하로 하였다.

또한, 상기 본 발명에서 규정하는 성분 이외에, 용접 금속의 0.2％ 내력, 인장 강도, 연성(전체 신장률), 0℃에서의 샤르피 충격 흡수 에너지 등의 기계 성능의 조정이나 슬래그 박리성의 조정 등의 목적으로, 다른 성분으로서, Mo, Cu, V, Nb, N 등의 합금제를 조합하여 더 첨가할 수 있다.

단, N에 대해서는, 연성을 열화시키므로, 0.05％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 용접부의 탈산을 목적으로 한 Al, Mg, Ti 등의 탈산제도 적절하게 첨가 조정할 수 있다.

다음으로, 슬래그 형성제인 TiO₂, SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃각 성분의 첨가 이유 및 한정 이유를 설명한다.

TiO₂는, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열을 방지하는 데에 있어서 가장 중요한 슬래그 형성제이며, 피포성이 양호한 슬래그를 얻기 위해 3.8％ 이상 필요하다. 한편, 6.8％를 초과하여 첨가하면, 용접 비드 형상이 요철로 되고, 또한 스패터가 많아진다. 따라서, 플럭스 내장 용접 와이어의 플럭스 중에 슬래그 형성제로서 함유하는 TiO₂는, 3.8 내지 6.8％로 할 필요가 있다. 또한, TiO₂의 슬래그 피포성에 대해서 거듭 언급하면, 후술하는 SiO₂와 함께 적정량 첨가함으로써, 지단부에 적정한 두께를 갖게 한 슬래그의 피포 상태를 얻는 것이 가능해져 용융 아연의 지단부에의 침입 방지에 유효하게 작용한다.

SiO₂는, 슬래그 박리성을 양호하게 하고, 또한, 원활한 용접 비드 형상을 얻기 위해 1.8％ 이상 첨가한다. 한편, 3.8％를 초과하여 첨가하면 스패터가 많아진다. 따라서, 플럭스 내장 용접 와이어의 플럭스 중에 슬래그 형성제로서 함유하는 SiO₂는, 1.8 내지 3.8％로 할 필요가 있다. 또한 SiO₂의 슬래그 박리성에 대해서 거듭 언급하면, 아연의 고착에 관계없이, 용접 비드 전체의 슬래그 박리성을 양호하게 하는 것을 목적으로 하여 첨가한다.

ZrO₂는, 용접 지단부의 슬래그에 아연이 고착되어도 양호한 슬래그 박리성을 얻는 목적으로, 필요에 따라서, 첨가할 수 있다. 그러나 1.3％를 초과하여 첨가하면 스패터가 많아지고, 또한 용접 비드 형상이 요철로 된다. 따라서, 플럭스 내장 용접 와이어의 플럭스 중에 슬래그 형성제로서 함유하는 ZrO₂는 1.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Al₂O₃은, 아연 취화 균열을 억제하고, 또한 아연 증기가 혼입되는 아크 분위기에 있어서도, 아크 안정성을 양호하게 하는 목적으로, 필요에 따라서, 첨가할 수 있다. 그러나, 0.5％를 초과하여 첨가하면 슬래그의 박리성을 저하시킨다. 따라서, 플럭스 내장 용접 와이어의 플럭스 중에 슬래그 형성제로서, Al₂O₃은 0.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 TiO₂, SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃이외의 그 밖에 슬래그 형성제로서, 용접 와이어 제조 공정의 본드 플럭스를 제조할 때에 첨가되는 규산 칼리 및 규산 소다 등의 고착제나, 주로 아크 안정제로서 사용되는 Na₂O, K₂O, CaCO₃, BaCO₃등의 금속 산화물이나 금속 탄산염이나, 주로 슬래그 점성의 조정이나 슬래그 박리성 확보를 위해 사용되는 AlF₃, NaF, K₂ZrF₆, LiF 등의 불화물이나, FeO, Fe₂O₃등의 철산화물 등을 적절하게 첨가할 수 있다.

단, 상기 슬래그 형성제의 합계량이 10.5％를 초과하면, 용접시에 스패터의 발생이 많아진다. 따라서, 플럭스 내장 용접 와이어의 상기 슬래그 형성제의 합계량은 10.5％ 이하로 한다.

본 발명의 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어의 제조는, 특별히 한정할 필요는 없으며, 통상 알려져 있는 플럭스 내장 용접 와이어의 제조 방법을 사용하여 제조할 수 있다.

예를 들어, 상기 금속 또는 합금을 함유한 오스테나이트계 스테인리스강으로 이루어지는 띠강(외피)을 U형으로 성형한 후, 미리 상기 금속 또는 합금이나 상기 슬래그 형성제를 배합, 교반, 건조한 충전 플럭스를 U형으로 성형한 홈에 충전한 후, 다시, 띠강(외피)을 관 형상으로 성형하고, 이어서, 소정의 와이어 직경까지 신선한다.

이때, 관 형상으로 성형한 외피 시임을 용접함으로써, 시임리스 타입의 플럭스 내장 용접 와이어로 할 수도 있다.

또한, 상기 이외의 방법으로서, 미리 관 형상으로 성형된 파이프를 외피로서 사용하는 경우에는, 파이프를 진동시켜 플럭스를 충전하고, 소정의 와이어 직경까지 신선한다.

본 발명이 대상으로 하는 피용접재의 아연 도금 강판은, 일반적인 JIS G 3302에 준거한 용융 아연 도금 강판 외에, JIS G 3317에 준거한 용융 아연 -5％ 알루미늄 합금 도금 강판, JIS G 3321에 준거한 용융 55％ 알루미늄-아연 합금 도금 강판, Zn - 11％ Al - 3％ Mg - 0.2％ Si 도금 강판[슈퍼 다이머(등록 상표)], Zn - 7％ Al - 3％ Mg 도금 강판[ZAM(등록 상표)] 등의 아연계 합금 도금 강판을 포함한다.

또한, 스테인리스계의 용접 재료를 사용한 경우에 발생하는 모재 열 영향부의 아연 취화 균열은, 특히, 도금 성분에 Mg를 함유하는 경우에 발생하기 쉬워진다. 이로 인해, 상기의 Mg를 포함하는 도금 강판(Zn - 11％ Al - 3％ Mg - 0.2％ Si 도금 강판, Zn - 7％ Al - 3％ Mg 도금 강판)을 본 발명의 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어로 용접하는 경우에 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 억제의 효과가 현저해진다.

Zn-Al-Mg-Si계 합금 도금 강판으로서는, 질량％로, Al:2 내지 19％, Mg:1 내지 10％, Si:0.01 내지 2％를 함유하고, 잔량부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 아연계 합금 도금 강판에 효과적으로 적용할 수 있다.

이 아연계 합금 도금 성분에 대해서 설명하면, Mg는, 도금층의 내식성을 향상시키는 목적으로 1 내지 10％ 함유시킨다. 1％ 미만에서는 내식성을 향상시키는 효과가 불충분하기 때문이며, 10％를 초과하면 도금층이 취화되어 밀착성이 저하하기 때문이다. Al은, Mg 첨가로 도금층이 취화되는 것을 억제하고, 또한 내식성을 향상시키기 위해서, 2 내지 19％ 함유시킨다. 2％ 미만에서는, 첨가에 의한 효과가 불충분하여 도금층이 취화되어 밀착성이 저하하고, 19％를 초과하면 내식성을 향상시키는 효과가 포화하는 동시에 Al과 강판 중의 Fe가 반응하는 것에 의한 밀착성의 저하가 일어나기 때문이다. Si는, Al과 강판 중의 Fe가 반응하여 도금층이 취화되어 밀착성이 저하하는 것을 억제하기 위해, 0.01 내지 2％ 함유시킨다. 0.01％ 미만에서는, 그 효과가 충분하지 않고 밀착성이 저하하기 때문이며, 2％를 초과하면 밀착성을 향상시키는 효과가 포화될 뿐만 아니라 도금층 자체가 취화되기 때문이다. 또한, 아연계 합금 도금 성분으로서, 도장 후 내식성을 향상시키기 위해 Ca, Be, Ti, Cu, Ni, Co, Cr, Mn의 1종 또는 2종 이상의 원소를 첨가하여도 된다.

또한, 본 발명이 대상으로 하는 피용접재의 아연 도금 강판으로서는, 도금 원판의 인장 강도가 270㎫ 내지 590㎫급인 아연 도금 강판으로 하고, 또한, 도금 원판의 강판 성분을 이하와 같이 규정하는 것이, 모재 열 영향부의 아연 취화 균열 억제 효과가 보다 현저해지기 때문에 바람직하다.

C는, 용접 열 영향부(Heat Affected Zone, 이하, HAZ라고도 함)의 켄칭성 향상에 의한 HAZ의 아연 취화 균열 억제를 위해 0.01％ 이상 첨가한다. 한편, 과잉의 첨가는 HAZ의 경화에 의한 굽힘성 저하나 지연 균열성 증가에 연결되는 동시에, 아연 취화 균열도 발생하기 쉬워진다. 이 때문에 상한은 0.2％로 한다.

Si는, 강판의 탈산을 위해 0.01％ 이상 첨가한다. 한편, 과잉의 첨가는, 과잉의 열연시의 산화 스케일 증가, 연성 저하에 연결되기 때문에 상한을 2.0％로 한다.

Mn은, 불가피적 불순물인 S를 MnS로서 고정하는 동시에, HAZ의 켄칭성 향상을 위해 0.5％ 이상 첨가한다. 한편, 과잉의 첨가는, 굽힘성 저하나 지연 균열성 증가에 연결되므로 상한은 3.0％로 한다.

P는, 불순물 원소이며, 강판의 가공성 저하를 방지하기 위해, 상한을 0.020％로 한다.

S는, 불순물 원소이며, 용접 금속의 고온 균열 방지 및 열연시의 가공성 저하를 방지하기 위해, 상한을 0.020％로 한다.

Al은, 강의 탈산 원소로서 0.001％ 이상 첨가할 필요가 있지만, 과잉으로 첨가하면 조대한 비금속 개재물을 생성하여 강재의 인성 등의 성능을 저하시키므로 상한값은 0.5％로 하였다.

Ti는, 강 중의 N을 질화물로서 고정하여 BN의 석출을 방지하는 효과가 있으므로 0.001％ 이상 첨가한다. 한편, 과잉의 첨가는 합금 첨가 비용 상승에 연결되므로, 0.5％를 상한으로 한다.

B는, HAZ의 결정 입계의 계면 에너지 저하에 의한 아연 취화 균열 억제 효과를 얻기 위해, 0.0003％ 이상 첨가한다. 한편, 과잉의 첨가는, 용접부의 인성 저하를 초래하는 동시에, 용접 열 영향부의 결정 입계에 아연이 침입하기 쉬워져, 오히려, 아연 취화 균열이 발생하기 쉬워지므로 상한을 0.004％로 한다.

N은, B를 BN 등의 질화물로서 석출시키기 위해, 0.0005％ 이상 첨가한다. 한편, B의 아연 취화 균열 억제 효과를 저하시키기 위해 상한을 0.006％로 한다.

또한, 아연 도금 강판에는 Nb, V를 첨가할 수 있다. 어떠한 원소도 첨가함으로써 강재의 강도를 확보하는 동시에, N을 질화물로서 고정하여, 용융 금속 취화 억제에 유효한 고용 B량을 확보하는 작용을 나타낸다. Nb, V의 합계량이 0.01％ 이상에서 그 효과가 현저해진다. 그러나, 합계량이 0.20 질량％를 초과하는 과잉 첨가는, 제조 비용의 상승을 초래하는 것은 물론, 강재의 인성을 열화시킨다. 이로 인해, 함유량의 상한을 0.20％로 하였다.

<실시예>

이하, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명한다.

(제1 실시예)

우선, 아연 취화 균열 억제 효과의 확인을 위해, 용접 재료의 효과 및 도금 종류의 영향을 조사하였다.

표 1에 나타낸 합금 성분을 함유하는 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어에 있어서, 슬래그 형성제가 표 1 및 표 3에 나타낸 조성의 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어를 시험 제작하였다. 표 1 및 표 3 중의 별표(*)는 함유량이, 불가피적 불순물의 정도인 것을 나타낸다. 와이어 직경은 1.2㎜로 하였다. 아연 도금 강판은, 판 두께 5㎜, 인장 강도 400㎫급의 강판의 도금 원판에 A 내지 C에 나타낸 3종류의 도금이 도포된 아연계 합금 도금 강판을 사용하였다.

A:JIS G 3302에 준거한 용융 아연 도금 강판

B:JIS G 3317에 준거한 용융 아연-5％ 알루미늄 합금 도금 강판

C:Zn - 11％ Al - 3％ Mg - 0.2％ Si 도금 강판

또한, 도금 원판의 강판 성분에는, C=0.08％, Si=0.02％, Mn=1.1％, P=0.015％, S=0.007％, Al=0.02％, B=0.0015％, N=0.003％, Ti=0.01％의 강판을 사용하였다.

용착 금속 성능으로서, JIS Z 3323에 준거한 인장 시험, JIS Z 3111에 준거한 충격 시험을 행하였다. 용접 금속의 아연 취화 균열 및 모재 열 영향부의 아연 취화 균열의 평가에는 염색 침투 탐상 시험을 사용하였다. 또한, 균열 평가용의 용접 시험체에는, 전술한 바와 같이 도 6에 도시한 용접 시험체를 사용하여, 용접 전류:160 내지 200A, 실드 가스:CO₂로 용접을 실시하였다. 용접 작업성은, 용접 시험체 작성시의 관능 평가에 의해 판정을 행하였다. 그들의 결과를 표 2 및 표 4에 정리하여 나타낸다.

표 2 및 표 4 중, 「스패터」의 행의 ○는 스패터의 발생이 없어 작업성이 양호하였던 것을, ×는 스패터가 다발하여 작업성이 나빴던 것을 나타낸다. 「슬래그 박리성」의 행의 ○는 슬래그 박리성이 양호하였던 것을, △는 슬래그 박리성이 약간 떨어지는 것이었던 것을, ×는 슬래그 박리성이 나빴던 것을 나타낸다. 「비드 외관」의 행의 ○는 비드 외관이 양호하였던 것, ×는 비드 형상이 요철로 되는 등, 비드 외관이 나빴던 것을 나타낸다. 종합 평가의 ○는 양호하였던 것, ×는 양호하다고 할 수 없었던 것을 나타낸다.

표 1의 와이어 No.1 내지 7이 본 발명예, 표 3의 와이어 No.8 내지 14가 비교예이다. 또한, 표 2에 본 발명의 용접 와이어를 사용한 실시예, 표 4에 비교예의 용접 와이어를 사용한 경우의 실시예를 나타낸다. 또한, 표 2, 표 4에 사용한 강판의 도금의 종류를 병기하였다.

본 발명인 와이어 No.1 내지 7은, F값, TiO₂, SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, 슬래그 형성제의 합계량, 및 슬래그 형성제 합계량에 대한 TiO₂의 비율이 적정하므로, 용접 금속, 모재 열 영향부 모두 균열이 발생하지 않고, 용접시의 작업성도 양호한 결과로 되었다. 한편, 비교예 중 와이어 No.8은, 슬래그 형성제 합계에 대한 TiO₂의 함유 비율이 낮으므로, 모재 열 영향부에 균열이 발생하였다.

와이어 No.9는, 슬래그 형성제 합계량이 낮고, 또한 TiO₂의 함유 비율도 낮으므로, 모재 열 영향부에 균열이 발생하였다.

와이어 No.10 및 11은, 슬래그 형성제 합계량이 낮으므로, 모재 열 영향부에 균열이 발생하였다. 또한, SiO₂의 함유량이 낮기 때문에 슬래그 박리성이 약간 떨어지는 경향이었다.

와이어 No.12는, TiO₂의 함유량이 높고, 또한, 슬래그 형성제 합계에 대한 TiO₂의 함유 비율도 높기 때문에, 스패터가 다발하여, 비드 형상이 요철로 되는 경향이었다.

와이어 No.13은, 슬래그 형성제의 합계량이 많기 때문에, 스패터가 다발하였다. 또한, F값이 크기 때문에, 용착 금속의 신장률이 낮은 값으로 되었다(표 4 중의 밑줄을 그은 값).

와이어 No.14는, SiO₂의 함유량이 낮고, 슬래그 형성제 합계에 대한 TiO₂의 함유 비율도 높기 때문에, 슬래그 박리성이 나쁘고, 또한, 스패터가 다발하였다. 또한, F값이 작기 때문에, 용접 금속에 균열이 발생하였다.

(실시예 2)

다음으로, 도금 원판의 강판의 용접 열 영향부의 아연 취화 균열에 미치는 도금 원판 성분의 영향을 평가하였다. 사용한 도금 원판은, 인장 강도 270㎫급 내지 590㎫급의 강재로, 그 성분 조성을 표 5에 나타낸다. 표 5 중의 밑줄은, 본 발명의 범위 외의 값인 것을 나타낸다. 도금 성분은, 제1 실시예의 C:Zn - 11％ Al - 3％ Mg - 0.2％ Si의 도금으로 하였다. 용접 와이어는, 제1 실시예의 와이어 No.1을 사용하였다.

균열 평가용의 용접 시험체에는, 전술한 바와 같이 도 6에 도시한 용접 시험체를 사용하여, 용접 전류:160 내지 200A, 실드 가스:CO₂로 용접을 실시하였다. 모재 열 영향부의 아연 취화 균열의 평가에는 염색 침투 탐상 시험을 사용하였다. 또한, 판 두께를 2.3㎜로 얇게 하고, 아연 취화 균열이 발생하기 쉬운 상황에서 평가하였다.

표 5의 도금 원판 No.15 내지 18이 본 발명예, 표 5의 도금 원판 No.19 내지 23이 비교예이다.

본 발명인 No.15 내지 18의 도금 원판을 사용한 경우는, 용접 금속, 모재 열 영향부 모두 균열이 발생하지 않았다.

한편, 비교예의 No.19의 도금 원판을 사용한 경우는, B의 함유량이 적어, 모재 열 영향부에 균열이 발생하였다.

비교예의 No.20의 도금 원판을 사용한 경우는, B의 함유량이 과잉이기 때문에, 모재 열 영향부에 균열이 발생하였다.

비교예의 No.21의 도금 원판을 사용한 경우는, Mn의 함유량이 적기 때문에, 모재 열 영향부의 켄칭성 저하에 의한 용접 지단부의 열 변형 증가에 의해 균열이 발생하였다.

비교예의 No.22의 도금 원판을 사용한 경우는, Ti의 함유량이 적고, BN의 석출이 증가하였기 때문에 모재 열 영향부에 균열이 발생하였다.

비교예의 No.23의 도금 원판을 사용한 경우는, C의 함유량이 과잉이기 때문에, 모재 열 영향부에 균열이 발생하는 동시에, 용접부의 경화에 의한 지연 파괴가 우려되었다.

1 : 아연 도금 강판(원판)
1a : 모재 열 영향부
2 : 입판(비도금 강판 또는 도금 강판) 또는 환강
3 : 용접 금속
4 : 용접 지단부
5 : 아연 도금(용융 아연)
6 : 모재 열 영향부의 아연 취화 균열
7 : 용접 금속부의 아연 취화 균열
8 : 용접 금속을 덮는 응고 슬래그
9 : 아연 도금 강판 구속용의 강판
10 : 아연 도금 강판 구속용의 용접 비드
11 : 모재 열 영향부에 발생하는 아연 취화 균열의 관찰 단면

Claims

스테인리스강 외피의 내부에 플럭스가 충전된 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어에 있어서,
금속 또는 합금 성분으로서 상기 외피 및 플럭스 중에 함유되는 합계량이, 용접 와이어 전체 질량에 대한 질량％로,
C:0.01 내지 0.05％,
Si:0.1 내지 1.5％,
Mn:0.5 내지 3.0％,
Ni:7.0 내지 10.0％,
Cr:26.0 내지 30.0％
이며, 또한 하기 수학식 1로 정의되는 F값이 30 내지 50의 범위를 만족하고,
또한, 슬래그 형성제로서, 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량에 대한 질량％로,
TiO₂:3.8 내지 6.8％,
SiO₂:1.8 내지 3.2％,
ZrO₂:1.3％ 이하(0％를 포함함),
Al₂O₃:0.5％ 이하(0％를 포함함)
를 함유하고, 또한 상기 슬래그 형성제와 그 밖의 슬래그 형성제의 합계량이 7.5 내지 10.5％이며,
또한, 상기 TiO₂는, 슬래그 형성제 합계량에 대한 질량％로,
TiO₂:50 내지 65％
를 만족하고,
상기 외피 및 플럭스의 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물인 것을 특징으로 하는, 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어.
[수학식 1]

단, 상기 [Cr％], [Si％], [Ni％], [C％] 및 [Mn％]는, 각각, 용접 와이어 중의 외피 및 플럭스 중에 함유하는 Cr, Si, Ni, C 및 Mn의 와이어 전체 질량에 대한 각각의 질량％의 합계를 나타낸다.
제1항에 있어서,
금속 또는 합금 성분으로서 Bi를 더 함유하고, 상기 외피 및 플럭스 중에 함유되는 합계량이, 용접 와이어 전체 질량에 대한 질량％로,
Bi:0.01 내지 0.1％
인 것을 특징으로 하는, 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어.
피용접재인 아연 도금 강판의 도금 성분이, 질량％로,
Al:2 내지 19％,
Mg:1 내지 10％,
Si:0.01 내지 2％
를 함유하고, 잔량부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 아연계 합금 도금이며,
상기 도금을 피복하여 이루어지는 아연 도금 강판의 용접 시에, 제1항 또는 제2항에 기재된 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어를 사용하여 아크 용접하는 것을 특징으로 하는, 아연 도금 강판의 아크 용접 방법.
피용접재인 아연 도금 강판의 도금을 제외하는 강판의 성분이, 질량％로,
C:0.01 내지 0.2％,
Si:0.01 내지 2.0％,
Mn:0.5 내지 3.0％,
P:0.020％ 이하,
S:0.020％ 이하,
Al:0.001 내지 0.5％,
Ti:0.001 내지 0.5％,
B:0.0003 내지 0.004％,
N:0.0005 내지 0.006％
를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판이며,
상기 아연 도금 강판의 용접 시에, 제1항 또는 제2항에 기재된 아연 도금 강판 용접용 스테인리스강 플럭스 내장 용접 와이어를 사용하여 아크 용접하는 것을 특징으로 하는, 아연 도금 강판의 아크 용접 방법.
제4항에 있어서,
상기 아연 도금 강판의 도금을 제외하는 강판의 성분으로서, Nb, V의 1종 또는 2종을 더 함유하고, 또한 Nb, V의 합계량이 질량％로, 0.01 내지 0.20％인 것을 특징으로 하는, 아연 도금 강판의 아크 용접 방법.