KR20110090761A

KR20110090761A - 플럭스 내장 와이어

Info

Publication number: KR20110090761A
Application number: KR1020100138364A
Authority: KR
Inventors: 마사끼 시마모또; 히또시 이시다; 고오이찌 사까모또; 슈우지 사사꾸라; 도모노리 가끼자끼
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-08-10
Also published as: JP2011156565A; CN102139420A; KR101246465B1; JP5416605B2

Abstract

본 발명의 과제는 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 편면 맞댐 이음 용접의 초층 용접부에서 문제가 되는 내고온 균열성이 우수하고, 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 성질이 우수한 플럭스 내장 와이어를 제공하는 것이다.
연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 사용되고, 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 내장 와이어이며, 와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 10 내지 25질량％이고, 와이어 전체 질량에 대해, C : 0.02 내지 0.10질량％, Si : 0.05 내지 1.50질량％, Mn : 1.7 내지 4.0질량％, Ti : 0.05 내지 1.00질량％, TiO₂ : 1.0 내지 8.0질량％, Al : 0.20 내지 1.50질량％, Al₂O₃ : 0.05 내지 1.0질량％, B : 0.003 내지 0.02질량％, N : 0.005 내지 0.035질량％, Mg : 0, 01 내지 2.0질량％를 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

플럭스 내장 와이어 {FLUX CORED WIRE}

본 발명은 연강 및 고장력강으로 이루어지는 강판의 가스 실드 아크 용접에 사용되는 플럭스 내장 와이어에 관한 것이다.

연강 및 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 사용되는 플럭스 내장 와이어는 솔리드 와이어에 비교하여 비드 외관이나 용접 작업성이 양호하고, 또한 용착 효율이 우수하므로, 해마다 그 사용량이 증가하고 있다. 그런데, 플럭스 내장 와이어는 솔리드 와이어와 비교하여 용접 속도가 크기 때문에, 특히 편면 맞댐 이음 용접의 초층 용접부에서 고온 균열이 발생하기 쉬운 경향이 있었다. 이와 같은 고온 균열의 발생을 억제하는 방법으로서, 이하와 같은 기술이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허 문헌 1에서는, 내고온 균열성을 개선하는 방법으로서, 용접 속도를 낮추고, 용접 전류를 낮게 하는 등 용접 능률을 희생한 용접 시공으로 하는 것이 제안되어 있다. 또한, 특허 문헌 1에서는, 내고온 균열성을 개선하는 방법으로서, 용접 금속 중의 B량을 저감시키는 것, 또는 용접용 와이어 중의 불순물 중의 S 함유량을 저감시키는 것도 제안되어 있다.

특허 문헌 2에서는, 내고온 균열성을 개선하는 방법으로서, 페라이트계 스테인리스강의 용접부의 용접 금속의 결정립 직경을 미세하게 하기 위해, 와이어 성분으로서 Al, Ti 및 N을 함유시켜, 용접 금속 중에 Al 및 Ti의 질화물을 존재시키는 것이 제안되어 있다.

일본 특허 출원 공개 소54-130452호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-336990호 공보

그러나, 특허 문헌 1의 개선 방법에서는, 최근 용접 능률을 향상시킨 용접 시공 조건의 적용이 확대되고 있는 것, 또한 와이어 성분의 불순물 원소로서의 S의 함유량의 저감에도 한계가 있으므로, 용접 금속에 발생하는 고온 균열을 억제할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한, 특허 문헌 1에서 제안된 와이어 성분으로서의 B의 함유량의 저감은, 내고온 균열성의 개선에는 효과가 있지만, 저온 인성의 저하를 초래한다고 하는 문제가 있다.

특허 문헌 2의 개선 방법에서는, 와이어가 15 내지 25질량％의 Cr을 함유하므로, 페라이트계 스테인리스강의 용접부로의 N의 용해도가 증가한다. 그로 인해, 용접부의 결정립 직경을 미세하게 하기 위해, Al 및 Ti의 질화물을 활용하기 위해 N을 다량(0.04 내지 0.2질량％)으로 첨가해도 문제가 발생하지 않는다. 그러나, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판을 용접하는 경우, 용접부로의 N의 용해도가 작아, 다량의 N 첨가는 용접부의 용해도를 초과하므로, 블로우 홀 등의 결함을 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다.

또한, TiO₂를 함유하는 와이어를 사용한 경우에는, 용접 금속 중에 다량(500 내지 700ppm)의 산소가 존재하여, Ti 질화물을 생성하기 위해 첨가한 Ti의 대부분은 산화물로서 소비된다. 그로 인해, Ti 질화물을 생성하기 위해 다량의 Ti를 첨가할 필요가 있지만, 그 경우에는 용접 금속 중에 Ti의 대부분이 용존하여, 용접 금속의 응고 온도를 낮추므로, 오히려 고온 균열이 발생하기 쉬워진다고 하는 문제가 있다. 또한, 인성 등의 기계적 성질 등도 열화되는 동시에, 다량의 Ti 첨가는 경제성의 면에서도 바람직하지 않다고 하는 문제도 있다.

따라서, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 있어서, 용접부에 발생하는 고온 균열을 억제하는 수단으로서, Ti의 질화물을 활용하여 용접부의 결정립을 미세화하는 것은, 종래 곤란했다.

따라서 본 발명은, 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 그 목적은, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 편면 맞댐 이음 용접의 초층 용접부에서 문제가 되는 내고온 균열성이 우수하고, 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 성질이 우수한 플럭스 내장 와이어를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어는, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 사용되고, 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 내장 와이어이며, 와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 10 내지 25질량％이고, 와이어 전체 질량에 대해, C : 0.02 내지 0.10질량％, Si : 0.05 내지 1.50질량％, Mn : 1.7 내지 4.0질량％, Ti : 0.05 내지 1.00질량％, TiO₂ : 1.0 내지 8.0질량％, Al:0.20 내지 1.50질량％, Al₂O₃ : 0.05 내지 1.0질량％, B : 0.003 내지 0.02질량％, N : 0.005 내지 0.035질량％, Mg : 0.01 내지 2.0질량％를 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 소정량이며, 와이어 전체 질량에 대해, 소정량의 C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, B, N 및 Mg을 함유함으로써, 용접부에서의 고온 균열이 억제되는 동시에, 기계적 성질이 향상되고, 또한 용접 작업성이 향상된다. 특히, 소정량의 Ti, Al, N 및 Mg을 함유함으로써, 용접 금속 중에 생성되는 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 TiN으로 제어할 수 있다. 그 결과, 용접부의 응고 조직을 미세화할 수 있어, 고온 균열을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어는 상기 플럭스 내장 와이어가 와이어 전체 중량이 대해, 희토류 화합물의 1종 또는 2종 이상 : 희토류 원소 환산값으로 0.0005 내지 0.5질량％, Ca : 0.0002 내지 0.2질량％로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 더 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 소정량의 희토류 화합물, Ca로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유함으로써, 용접부에서의 고온 균열이 더욱 억제되는 동시에, 기계적 성질이 더욱 향상된다.

또한, 본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어는 상기 플럭스 내장 와이어가 와이어 전체 중량에 대해, Mo : 0.1 내지 2.0질량％, Co : 0.01 내지 2.0질량％, Zr : 0.01 내지 1.0질량％, Ni : 0.01 내지 5.0질량％로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 더 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, Mo, Co, Zr, Ni로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 함유함으로써, 용접부의 기계적 성질이 더욱 향상된다.

본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어에 따르면, 플럭스 충전율이 소정량이며, 소정량의 C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, B, N 및 Mg을 함유하는 것, 희토류 화합물, Ca로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 소정량 더 함유하는 것, 또는 Mo, Co, Zr, Ni로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 소정량 더 함유함으로써, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 편면 맞댐 이음 용접의 초층 용접부에서 문제가 되는 내고온 균열성이 우수하고, 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 성질이 우수한 것으로 된다. 그 결과, 품질이 우수한 용접 제품을 제공할 수 있다.

도 1의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 내고온 균열성의 평가에 사용하는 용접 모재의 개선 형상을 도시하는 단면도.

본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어는, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 사용된다. 또한, 본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어는, 가스 실드 아크 용접에 적절하게 사용되고, 편면 맞댐 이음 용접에 있어서 우수한 효과를 발휘하는 것으로, 특별히 용접 방법은 한정되지 않는다.

도 1의 (a) 내지 (d)에 도시한 바와 같이, 플럭스 내장 와이어(이하, 와이어라고 칭함)(1)는, 통 형상으로 형성된 강제 외피(2)와, 그 통 내에 충전된 플럭스(3)로 이루어진다. 또한, 와이어(1)는 도 1의 (a)에 도시한 바와 같은 이음매가 없는 강제 외피(2)의 통 내에 플럭스(3)가 충전된 시임리스 타입, 도 1의 (b) 내지 (d)에 도시한 바와 같은 이음매(4)가 있는 강제 외피(2)의 통 내에 플럭스(3)가 충전된 시임 타입의 어느 형태라도 좋다.

그리고, 와이어(1)는 플럭스 충전율이 소정량이며, 소정량의 C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, B, N 및 Mg을 함유하는 것을 특징으로 하고, 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

이하에, 와이어 성분의 수치 범위와 그 한정 이유를 나타낸다. 여기서, 플럭스(Flux) 충전율은, 강제 외피(2) 내에 충전되는 플럭스의 질량을, 와이어(1)[강제 외피(2)＋플럭스(3)]의 전체 질량에 대한 비율로 규정한 것이다. 또한, 각 성분의 성분량은 강제 외피(2)와 플럭스(3)에 있어서의 성분량의 총합으로 나타내고, 와이어(1)[강제 외피(2)＋플럭스(3)]에 포함되는 각 성분의 질량을, 와이어(1)의 전체 질량에 대한 비율로 규정한 것이다. 또한, 와이어(1)를 구성하는 성분(C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, B, N, Mg, 후기하는 희토류 화합물, Ca, Mo, Co, Zr, Ni)은 강제 외피(2)로부터 첨가할지, 플럭스(3)로부터 첨가할지는 특별히 상관없고, 강제 외피(2) 및 플럭스(3)의 적어도 한쪽에 첨가되어 있으면 된다.

(플럭스 충전율 : 10 내지 25질량％)

플럭스 충전율이 10질량％ 미만에서는, 아크의 안정성이 나빠지고, 스패터 발생량이 증가하는 동시에, 비드 외관 불량이 발생하여, 용접 작업성이 저하된다. 플럭스 충전율이 25질량％ 초과에서는 와이어(1)의 단선 등이 발생하여 생산성이 현저하게 열화된다.

(C : 0.02 내지 0.10질량％, 바람직하게는 0.03 내지 0.08질량％)

C는, 용접부의 켄칭성을 확보하기 위해 첨가한다. C량이 0.02질량％ 미만인 경우, 켄칭성 부족에 의해 용접부의 강도(인장 강도) 및 인성(0℃ 흡수 에너지)이 부족하다. 또한, 저C량에 의해 용접부에 고온 균열이 발생한다. C량이 0.10질량％를 초과하면, 용접부의 강도가 과다, 인성이 저하되는 동시에, 용접 시의 스패터 발생량 또는 흄 발생량이 증가하여, 용접 작업성이 저하된다. 또한, 피용접재인 강재의 C량이 많은 경우, 용접부의 C량이 많아지므로, 응고 온도가 저하되어 용접부에 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, C원으로서는, 예를 들어 강제 외피(2), Fe-Mn 등의 합금 분말, 철 분말 등을 사용한다.

(Si : 0.05 내지 1.50질량％, 바람직하게는 0.10 내지 1.00질량％)

Si는 용접부의 연성 확보, 비드 형상 유지를 위해 첨가한다. Si량이 0.05질량％ 미만에서는, 용접부의 연성(연신) 부족으로 된다. 또한, 비드 형상이 나빠지고, 특히 입향상진(立向上進) 용접에서 비드가 흘러내려, 용접 작업성이 저하된다. Si량이 1.50질량％를 초과하면, 용접부에 고온 균열이 발생한다. 또한, Si원으로서는, 예를 들어 강제 외피(2), Fe-Si, Fe-Si-Mn 등의 합금, K₂SiF₆ 등의 불화물, 지르콘샌드, 규사, 장석 등의 산화물을 사용한다.

(Mn : 1.7 내지 4.0질량％, 바람직하게는 2.5 내지 3.7질량％)

Mn은 용접부의 켄칭성 확보를 위해 첨가한다. Mn량이 1.7질량％ 미만에서는, 용접부의 켄칭성이 부족해 인성이 저하된다. 또한, 불가피적 불순물로서 함유되는 S와 결합하여 얻어지는 MnS량도 적어지므로, MnS에 의한 고온 균열의 억제 작용이 작아져, 용접부에 고온 균열이 발생한다. Mn량이 4.0질량％를 초과하면, 용접부의 강도가 과다로 되어, 인성 부족으로 된다. 또한, 용접부에 저온 균열이 발생한다. 또한, Mn원으로서는, 예를 들어 강제 외피(2), Mn 금속 분말, Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등의 합금을 사용한다.

(Ti : 0.05 내지 1.00질량％, 바람직하게는 0.20 내지 1.00질량％)

Ti(금속 Ti)는, 용접부(용접 금속)의 내고온 균열성을 개선하기 위해 첨가한다. Ti(금속 Ti)는 용접 시에 N과 결합하여, 용접 금속 중의 개재물을 TiN으로 제어할 수 있고, 그 결과, 용접 조인트의 응고 조직을 미세하게 할 수 있어, 용접부의 고온 균열 억제 작용이 개선된다. Ti량(금속 Ti)이 0.05질량％ 미만에서는, 상기 효과가 충분하지 않아 용접부에 고온 균열이 발생한다. Ti량(금속 Ti)이 1.00질량％를 초과하면, 용접 금속 재열부가 단단하고 깨지기 쉬운 베이나이트, 마르텐사이트로 되기 쉬워, 인성이 저하된다. 또한, 용접 시의 스패터 발생량이 많아져, 용접 작업성이 저하된다. 또한, 용접 금속 중의 Ti가 용존으로서 존재하고, 용접 금속의 응고 온도를 저하시켜 고온 균열이 발한다. 또한, 본 발명의 와이어(1)에 있어서는, 후기하는 바와 같이 종래의 와이어에 비해 Al량이 많으므로, Ti를 다량으로 첨가한 경우, 용접 금속 중의 Ti 산화물이 Al에 의해 환원되어, 용접 금속 중에 Ti가 용존으로서 다량으로 존재한다. 또한, Ti원으로서는, 예를 들어 강제 외피(2), Fe-Ti 등의 합금 분말을 사용한다.

(TiO₂ : 1.0 내지 8.0질량％, 바람직하게는 3.0 내지 8.0질량％)

TiO₂(Ti 산화물)는, 모든 자세 용접성을 확보하기 위해 첨가한다. TiO₂량(Ti 산화물)이 1.0질량％ 미만에서는, 입향상진 용접에서 비드가 흘러내려, 용접 작업성이 저하된다. TiO₂량(Ti 산화물)이 8.0질량％를 초과하면, 용접 시의 슬래그 박리성이 열화되어, 용접 작업성이 저하된다. 또한, 플럭스의 부피 비중이 작아져, 생산성이 열화된다. 또한, TiO₂원으로서는, 예를 들어 루틸 등을 사용한다.

(Al : 0.20 내지 1.50질량％, 바람직하게는 0.20 내지 0.50질량％)

Al은 강탈산제로 용접 조인트 중에 생성되는 개재물로부터, Al에 비해 탈산력이 약한 Ti로 이루어지는 Ti 산화물을 환원하여, 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 TiN으로 하는 효과가 있다. 그 결과, 용접 금속의 응고 조직을 미세하게 할 수 있다. 또한, 용접 금속의 산소량을 저하시켜, Mn의 수율이 안정된다. 이들의 효과로부터, 용접부의 고온 균열 억제 작용이 개선되고 인성도 안정화된다. Al량이 0.20질량％ 미만에서는, 탈산이 충분하지 않아 용접부에 고온 균열이 발생한다. 또한, 인성도 저하된다. Al량이 1.50질량％를 초과하면, 용접 시의 스패터 발생량이 많아져, 용접 작업성이 저하된다. 또한, Al원으로서는, 예를 들어 강제 외피(2), Al 금속 분말, Fe-Al, Al-Mg 등의 합금 분말을 사용한다.

(Al₂O₃ : 0.05 내지 1.0질량％, 바람직하게는 0.05 내지 0.5질량％)

Al₂O₃은, 수평 필렛 자세에서의 비드 형상, 입향상진 자세에서의 비드의 흘러내림 방지를 위해 첨가한다. Al₂O₃량이 0.05질량％ 미만에서는, 수평 필렛 용접에서의 비드 형상(친화성)이 나쁘고, 또한 입향상진 용접에서 비드 흘러내림이 발생하여, 용접 작업성이 저하된다. Al₂O₃량이 1.0질량％를 초과하면, 용접 시의 슬래그 박리성이 열화되어, 용접 작업성이 저하된다. 또한, Al₂O₃원으로서는, 예를 들어 알루미나나 장석 등의 복합 산화물을 사용한다.

(B : 0.003 내지 0.02질량％)

B는, 용존하여 γ입계에 편석하여, 초석 페라이트의 생성을 억제하는 효과가 있고, 용접 금속의 인성 개선에 유효하다. B량이 0.003질량％ 미만에서는, 대부분의 B가 BN으로서 질화물에 고정화되어, 초석 페라이트의 생성을 억제하는 효과가 없어, 인성 개선 효과가 얻어지지 않는다. B량이 0.02질량％를 초과하면, 용접 금속의 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, B원으로서는, 예를 들어 Fe-B, Fe-Si-B, 아토마이즈 B 등의 합금과, B₂O₃ 등의 복합 산화물을 사용한다.

(N : 0.005 내지 0.035질량％)

N은, 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 TiN으로 하기 위해 불가결하고, TiN의 생성에 의해, 용접 금속의 응고 조직이 미세해져 내고온 균열성이 개선된다. N량이 0.005질량％ 미만에서는, 상기 효과가 충분하지 않아, 용접부에 고온 균열이 발생한다. 또한, 강도가 부족하다. N량이 0.035질량％를 초과하면, 용접부로의 N의 용해도가 작은 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판이 용접하는 경우, 다량의 N 첨가가 용접부의 용해도를 초과하므로, 용접 금속 중에 블로우 홀이 발생한다. 또한, 인성이 저하된다. 또한, N원으로서는, 예를 들어 N-Cr, Fe-N-Cr, N-Si, N-Mn, N-Ti 등의 금속 질화물을 사용한다.

(Mg : 0.01 내지 2.0질량％, 바람직하게는 Mg : 0.01 내지 1.0질량％)

Mg은, 탈산력, 탈황력이 우수하다. 우수한 탈산력은 용접 조인트 중에 생성되는 개재물로부터, 탈산력이 약한 Ti로 이루어지는 Ti 산화물을 환원하여, 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 TiN으로 하는 것을 촉진하는 효과가 있다. 그 결과, 용접 금속의 응고 조직을 미세하게 할 수 있다. 또한, 우수한 탈황력은 불가피적 불순물로서 함유되는 S와 결합하여 황화물을 형성한다. 그 결과, 용접부의 내고온 균열성이 개선된다. 또한, 용접 금속의 산소량을 저하시켜, Mn의 수율이 안정되므로, 인성도 안정화된다. Mg량이 0.01질량％ 미만에서는, 상기 효과가 충분하지 않아, 용접부에 고온 균열이 발생한다. 또한, 인성도 저하된다. Mg량이 2.0질량％를 초과하면, 스패터 발생량이 많아진다. 또한, Mg원으로서는, 예를 들어 금속 Mg, Al-Mg, Fe-Si-Mg 등의 금속 분말, 합금 분말을 사용한다.

(Fe)

잔량부의 Fe는, 강제 외피(2)를 구성하는 Fe 및/또는 플럭스(3)에 첨가되어 있는 철 분말, 합금 분말의 Fe이다.

(불가피적 불순물)

잔량부의 불가피적 불순물로서는, S, P, W, Ta, Cr, Cu, Nb, V, O 등을 들 수 있고, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 함유하는 것이 허용된다. S량, P량, W량, Ta량, O량은 각각 0.050질량％ 이하가 바람직하고, Cr량은 2.0질량％ 이하가 바람직하고, Nb량, V량은 각각 0.1질량％ 이하가 바람직하고, Cu량은 2.0질량％ 이하가 바람직하다. 또한, 본 발명에 관한 와이어(1)는 그 표면에 Cu 도금을 실시하는 것도 가능하지만, 그때에도 Cu량은 와이어 전체 중량에 대해 2.0질량％ 이하로 되도록 조정한다.

S량, P량이 0.050질량％를 초과하면, 용접 금속의 내고온 균열성이 현저하게 열화된다. W량, Ta량이 0.050질량％를, Cr량이 2.0질량％를, Nb량, V량이 0.1질량％를, Cu량이 2.0질량％를 각각 초과하면, 용접 금속의 강도가 커져 인성이 저하된다. O량이 0.050질량％를 초과하면, 용접 금속 중의 산화물량이 증가하여 인성이 저하된다.

또한, 본 발명에 관한 와이어(1)는 상기 성분에 추가하여, 소정량의, 희토류 화합물의 1종 또는 2종 이상, Ca로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을, 더 함유하는 것을 특징으로 한다.

(희토류 화합물 : 희토류 원소 환산값으로 0.0005 내지 0.5질량％)

(Ca : 0.0002 내지 0.2질량％)

희토류 화합물, Ca는 모두 탈산력, 탈황력이 우수하다. 우수한 탈산력은 용접 조인트 중에 생성되는 개재물로부터, 탈산력이 약한 Ti로 이루어지는 Ti 산화물을 환원하여, 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 TiN으로 하는 것을 촉진하는 효과가 있다. 그 결과, 용접 금속의 응고 조직을 미세하게 할 수 있다. 또한, 용접 금속의 산소량을 저하시켜, Mn의 수율이 안정된다. 또한, 우수한 탈황력은 불가피적 불순물로서 함유되는 S와 결합하여 황화물을 형성한다. 이들의 효과로부터, 용접부의 내고온 균열성이 개선되고, 인성도 안정화된다.

희토류 화합물이 희토류 원소 환산값으로 0.0005질량％ 미만에서는, 상기 효과가 충분하지 않아, 용접부에 고온 균열이 발생한다. 희토류 화합물이 희토류 원소 환산값으로 0.5질량％를 초과하면 스패터 발생량이 많아져, 아크가 불안정해져 비드 외관이 불량으로 된다.

본 발명에서 말하는 희토류 원소라 함은, Sc, Y 및 원자 번호 57(La) 내지 71(Lu)을 말한다. 또한, 희토류 화합물이라 함은, 희토류 원소의 산화물(Nd₂O₃, La₂O₃, Y₂O₃, CeO₃, Ce₂O₃, Sc₂O₃ 등의 단체의 산화물이나 이들의 복합 산화물 및 모나자이트, 바스토네사이트, 알라나이트, 세라이트, 제노타임, 가돌리나이트 등의 희토류 산화물의 광석을 포함함), 불화물(CeF₃, LaF₃, PmF₃, SmF₃, GdF₃, TbF₃ 등) 및 합금(희토류 원소-Fe, 희토류 원소-Fe-B, 희토류 원소-Fe-Co, 희토류 원소-Fe-Si, 희토류 원소-Ca-Si 등), 미슈 메탈을 말한다.

Ca가 0.0002질량％ 미만에서는, 상기 효과가 충분하지 않아, 용접부에 고온 균열이 발생한다. Ca가 0.2질량％를 초과하면 스패터 발생량이 많아져, 아크가 불안정해져 비드 외관이 불량으로 된다. 또한, Ca원으로서는, 예를 들어 순Ca, Ca를 포함하는 합금 또는 Ca 산화물 등을 사용한다.

또한, 본 발명에 관한 와이어(1)는 상기 성분에 추가하여, 소정량의 Mo, Co, Zr, Ni로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을, 더 함유하는 것을 특징으로 한다.

(Mo : 0.1 내지 2.0질량％)

(Co : 0.01 내지 2.0질량％)

Mo, Co는 모두 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 필요에 따라서 강도 조정의 목적을 위해 함유시키는 것이 가능하다. 상기 효과를 갖기 위해서는, Mo, Co를 각각 상기 하한 농도 이상 첨가할 필요가 있다. 한편, 상기 상한 농도를 초과하여 첨가한 경우, 용접 금속의 강도가 과도하게 커져, 인성이 저하된다.

(Zr : 0.01 내지 1.0질량％)

Zr은, 용접 금속 중에 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 필요에 따라서 강도 조정의 목적을 위해 함유시키는 것이 가능하다. 상기 효과를 갖기 위해서는, Zr을 0.01질량％ 이상 첨가할 필요가 있다. 한편, 1.0질량％를 초과하여 첨가한 경우, 스패터 발생량이 많아져, 용접 작업성이 열화된다. 또한, 용접 금속의 강도가 과도하게 커져, 인성이 저하된다.

(Ni : 0.01 내지 5.0질량％)

Ni는, 용접 금속의 인성을 향상시키는 데 극히 유효한 효과를 갖는 원소이다. 상기 효과를 갖기 위해서는, Ni를 0.01질량％ 이상 첨가할 필요가 있다. 한편, 5.0질량％를 초과하여 첨가한 경우, 용접 금속 중의 N의 포화 용해도가 저하되어, 블로우 홀이 발생하여, 인성이 저하될 우려가 있다.

또한, 본 발명에 관한 와이어(1)에서는, 와이어 제작 시에 상기 와이어 성분(성분량)이 상기 범위 내로 되도록, 강제 외피(2) 및 플럭스(3)의 각 성분(각 성분량)을 선택한다.

또한, 본 발명에 관한 와이어(1)의 제조 방법은, 예를 들어 소정의 조성을 갖는 띠강(帶鋼)으로 통 형상의 강제 외피(2)를 형성하는 공정과, 그 강제 외피(2)의 내부에 소정의 조성을 갖는 플럭스(3)를 충전하는 공정과, 플럭스(3)가 충전된 강제 외피(2)를 소정의 외경까지 신선 가공하여 와이어(1)로 하는 공정과, 필요에 따라서 와이어(1)의 표면에 Cu 도금을 행하는 공정을 포함하는 것이다. 그러나, 와이어(1)를 제조할 수 있으면, 상기 제조 방법으로 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어에 대해, 본 발명의 요건을 만족시키는 실시예와, 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예를 비교하여 구체적으로 설명한다.

강제 외피(강은, C : 0.02질량％, Si : 0.02질량％, Mn : 0.25질량％, P : 0.010질량％, S : 0.008질량％를 함유하고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 사용)의 내측에 플럭스를 충전하여, 표 1, 표 2에 나타내는 와이어 성분으로 이루어지는 와이어 직경 1.2㎜의 도 1의 (b)에 도시하는 시임 타입의 플럭스 내장 와이어(실시예 : 번호 1 내지 28, 비교예 : 번호 29 내지 50)를 제작하였다.

또한, 와이어 성분은 이하의 측정 방법으로 측정, 산출하였다.

C량은 「연소 적외선 흡수법」에 의해, N량은 「불활성 가스 융해 열전도도법」에 의해, Si량, Mn량, B량, Mg량은 「ICP 발광 분광 분석법」에 의해 측정하였다.

TiO₂량(TiO₂ 등으로서 존재하고, Fe-Ti 등은 포함하지 않음)은, 「산 분해법」에 의해 측정된다. 산 분해법에 사용하는 용매는 왕수(王水)를 사용하여, 와이어 전량을 용해하였다. 이에 의해, 와이어에 포함되는 Ti원(Fe-Ti 등)은 왕수에 용해되지만, TiO₂원(TiO₂ 등)은 왕수에 대해 불용이므로, 용해되고 남는다. 이 용액을, 필터(여과지는 5C의 눈의 미세도)를 사용하여 여과하고, 필터째 잔사를 니켈제 도가니로 옮겨, 가스 버너에 의해 가열하여 회화하였다. 계속해서, 알칼리 융제(수산화나트륨과 과산화나트륨의 혼합물)을 추가하여, 다시 가스 버너로 가열하여 잔사를 융해하였다. 다음에, 18질량％ 염산을 추가하여 융해물을 용액화한 후, 메스 플라스크로 옮기고, 순수(純水)를 더 추가하여 메스업하여 분석액을 얻었다. 분석액 중의 Ti 농도를 「ICP 발광 분광 분석법」으로 측정하였다. 이 Ti 농도를 TiO₂량으로 환산하여, TiO₂량을 산출하였다.

Ti량(Fe-Ti 등으로서 존재하고, TiO₂ 등은 포함하지 않음)은, 「산 분해법」에 의해 와이어 전량을 왕수에 용해하여, 불용이었던 TiO₂원(TiO₂ 등)을 여과하고, 그 용액을 와이어에 포함되는 Ti원(Fe-Ti 등)으로 할 수 있음으로써, 「ICP 발광 분광 분석법」을 사용하여, Ti량(Fe-Ti 등)으로서 존재를 구하였다.

Al₂O₃량(알루미나나 장석 등의 복합 산화물로서 존재하고, Al 금속 분말 등의 합금 분말은 포함하지 않음)은, 「산 분해법」에 의해 측정된다. 산 분해법에 사용하는 용매는 왕수를 사용하여, 와이어 전량을 용해하였다. 이에 의해, 와이어에 포함되는 Al원(Al 금속 분말 등의 합금 분말)은 왕수에 용해하지만, Al₂O₃원(알루미나나 장석 등의 복합 산화물)은 왕수에 대해 불용이므로, 용해되고 남는다. 이 용액을, 필터(여과지는 5C의 눈의 미세도)를 사용하여 여과하여, 필터째 잔사를 니켈제 도가니로 옮겨, 가스 버너로 가열하여 회화하였다. 계속해서, 알칼리 융제(수산화나트륨과 과산화나트륨의 혼합물)를 추가하여, 다시 가스 버너로 가열하여 잔사를 융해하였다. 다음에, 18질량％ 염산을 추가하여 융해물을 용액화한 후, 메스플라스크로 옮기고, 순수를 더 추가하여 메스업하여 분석액을 얻었다. 분석액 중의 Al 농도를 「ICP 발광 분광 분석법」으로 측정하였다. 이 Al 농도를 Al₂O₃량으로 환산하여, Al₂O₃량을 산출하였다.

Al량(Al 금속 분말 등의 합금 분말로서 존재하고, 알루미나나 장석 등의 복합 산화물은 포함하지 않음)은, 「산 분해법」에 의해 와이어 전량을 왕수에 용해하여, 불용이었던 Al₂O₃원(알루미나나 장석 등의 복합 산화물)을 여과하여, 그 용액을 와이어에 포함되는 Al원(Al 금속 분말 등의 합금 분말)으로 할 수 있음으로써, 「ICP 발광 분광 분석법」을 사용하여, Al량(Al 금속 분말 등의 합금 분말)으로서 존재를 구하였다.

제작된 플럭스 내장 와이어를 사용하여, 이하에 나타내는 방법으로, 내고온 균열성, 기계적 성질(인장 강도, 흡수 에너지), 용접 작업성에 대해 평가하였다. 그 평가 결과에 기초하여, 실시예 및 비교예의 플럭스 내장 와이어의 종합 평가를 행하였다.

(내고온 균열성)

JIS G3106 SM400B 강(C : 0.12질량％, Si : 0.2질량％, Mn : 1.2질량％, P : 0.009질량％, S : 0.004질량％를 함유하고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물)으로 이루어지는 용접 모재를, 표 3에 나타내는 용접 조건으로 편면 용접(하향 맞댐 용접)하였다.

도 2에 도시한 바와 같이, 용접 모재(11)는 V 형상의 개선(開先)을 갖고, 이 V 형상의 개선의 이면에는 내화물(12) 및 알루미늄 테이프(13) 등으로 이루어지는 백킹재(backing material)가 배치되어 있다. 그리고, 개선 각도를 35°로 하고, 세라믹제의 백킹재가 배치되어 있는 부분의 루트 간격을 4㎜로 하였다. 용접 종료 후, 초층 용접부(크레이터부를 제외함)에 대해, X선 투과 시험(JIS Z 3104)으로, 내부 균열의 유무를 확인하고, 균열 발생 부분의 토털 길이를 측정하여, 균열률을 산출하였다. 여기서, 균열률은, 균열률 W＝(균열 발생 부분의 토털 길이)/[초층 용접부 길이(크레이터부를 제외함)]×100에 의해 산출된다. 그 균열률로 내고온 균열성을 평가하였다. 평가 기준은, 균열률 O％일 때 「우수함 : ○」, 균열 있음일 때 「떨어짐 : ×」로 하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

(기계적 성질)

JIS Z 3313에 준하여, 인장 강도, 인성의 평가 기준으로서의 0℃ 흡수 에너지에 대해 평가하였다. 인장 강도의 평가 기준은, 490㎫ 이상 640㎫ 이하일 때 「우수함 : ○」, 490㎫ 미만 또는 640㎫ 초과일 때 「떨어짐 : ×」로 하였다. 0℃ 흡수 에너지의 평가 기준은, 60J 이상일 때 「우수함 : ○」, 60J 미만일 때 「떨어짐 : ×」로 하였다. 또한, JIS Z 3313에 준하여, 연신율을 평가하는 경우에는, 그 평가 기준은 22％ 이상일 때 「우수함 : ○」, 22％ 미만일 때 「떨어짐 : ×」로 하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

(용접 작업성)

내고온 균열성과 동일한 용접 모재를 사용하여, 하향 필렛 용접, 수평 필렛 용접, 입향상진 필렛 용접, 입향하진(立向下進) 필렛 용접의 4종의 용접을 행하고, 작업성을 관능 평가하였다. 여기서, 하향 필렛 용접 시험, 수평 필렛 용접 시험 및 입향하진 용접 시험의 용접 조건은, 상기 내고온 균열성과 마찬가지로 하였다(표 3 참조). 입향상진 필렛 용접 시험의 용접 조건은, 용접 전류 200 내지 220A, 아크 전압 24 내지 27V로 하였다. 또한, 평가 기준은 스패터 발생, 흄 발생, 비드 흘러내림, 비드 외관 등에 추가하여, 저온 균열이나 블로우 홀, 생산 중의 단선 등의 용접 불량이 발생하지 않을 때 「우수함 : ○」, 용접 불량이 발생했을 때 「떨어짐 : ×」로 하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

(종합 평가)

종합 평가의 평가 기준은, 상기 평가 항목 중, 내고온 균열성, 기계적 성질 및 용접 작업성의 모두가 「○」일 때 「우수함 : ○」, 상기 평가 항목의 적어도 하나가 「×」일 때 「떨어짐 : ×」로 하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

표 1, 표 4에 나타낸 바와 같이, 실시예(번호 1 내지 28)는, 모든 와이어 성분이 본 발명의 범위를 만족시키므로, 내고온 균열성, 기계적 성질 및 용접 작업성의 전부에 있어서 우수하고, 종합 평가에 있어서도 우수했다.

표2, 표 5에 나타낸 바와 같이, 비교예(번호 29)는 C량이 하한치 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 30)는, C량이 상한치를 초과하므로, 내고온 균열성, 기계적 성질 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 31)는, Si량이 하한치 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 32)는, Si량이 상한치를 초과하므로 내고온 균열성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 33)는, Mn량이 하한치 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 34)는, Mn량이 상한치를 초과하므로, 기계적 성질 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(번호 35)는, Ti량이 하한치 미만이므로, 내고온 균열성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 36)는, Ti량이 상한치를 초과하므로, 내고온 균열성, 기계적 성질 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 37)는, TiO₂량이 하한치 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 38)는, TiO₂량이 상한치를 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 39)는, Al량이 하한치 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 40)는, Al량이 상한치를 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(번호 41)는, Al₂O₃량이 하한치 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 42)는, Al₂O₃량이 상한치를 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 43)는, B량이 하한치 미만이므로, 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 44)는, B량이 상한치를 초과하므로, 내고온 균열성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 45)는, N량이 하한치 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 46)는, N량이 상한치를 초과하므로, 기계적 특성 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(번호 47)는, Mg량이 하한치 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 48)는, Mg량이 상한치를 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 49)는, 플럭스 충전율이 하한치 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(번호 50)는, 플럭스 충전율이 상한치를 초과하므로, 와이어 생산 중에 단선이 발생하여, 종합 평가로서는 떨어져 있었다.

이상의 결과로부터, 실시예(번호 1 내지 28)는, 비교예(번호 29 내지 50)에 비해, 플럭스 내장 와이어로서 우수한 것이 확인되었다.

1 : 플럭스 내장 와이어(와이어)
2 : 강제 외피
3 : 플럭스
4 : 이음매
11 : 용접 모재
12 : 내화물
13 : 알루미늄 테이프

Claims

연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 사용되고, 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 내장 와이어이며,
와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 10 내지 25질량％이고,
와이어 전체 질량에 대해,
C : 0.02 내지 0.10질량％,
Si : 0.05 내지 1.50질량％,
Mn : 1.7 내지 4.0질량％,
Ti : 0.05 내지 1.00질량％,
TiO₂ : 1.0 내지 8.0질량％,
Al : 0.20 내지 1.50질량％,
Al₂O₃ : 0.05 내지 1.0질량％,
B : 0.003 내지 0.02질량％,
N : 0.005 내지 0.035질량％,
Mg : 0.01 내지 2.0질량％
를 함유하는 것을 특징으로 하는, 플럭스 내장 와이어.
제1항에 있어서, 와이어 전체 중량에 대해, 희토류 화합물의 1종 또는 2종 이상 : 희토류 원소 환산값으로 0.0005 내지 0.5질량％, Ca : 0.0002 내지 0.2질량％로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 플럭스 내장 와이어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 와이어 전체 중량이 대해, Mo : 0.1 내지 2.0질량％, Co : 0.01 내지 2.0질량％, Zr : 0.01 내지 1.0질량％, Ni : 0.01 내지 5.0질량％로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 플럭스 내장 와이어.