KR20140114893A

KR20140114893A - 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속

Info

Publication number: KR20140114893A
Application number: KR1020147023418A
Authority: KR
Inventors: 히데노리 나코; 다쿠야 고치; 와타루 우루시하라; 무네노부 사토; 요시히코 기타가와
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-09-29
Also published as: WO2013129284A1; JP5894463B2; CN104125874A; MY189283A; CA2862567A1; US20140377123A1; EP2821175A4; US9956650B2; CA2862567C; KR101629127B1; CN104125874B; SG11201403761RA; RU2577666C1; JP2013173179A; EP2821175A1

Abstract

본 발명은 플럭스 코드 와이어를 사용하여, 가스 실드 아크 용접에 의해 형성되는 용접 금속이며, 소정의 화학 성분 조성을 갖고, 잔류 오스테나이트 입자가 2500개/㎟ 이상 존재함과 함께, 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율이 4.0％ 이상이다.

Description

내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속 {WELD METAL HAVING EXCELLENT RESISTANCE TO HYDROGEN EMBRITTLEMENT}

본 발명은 용접 구조물에 사용되는 용접 금속에 있어서, 수소 취화에 대한 감수성을 저감시킨 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속에 관한 것이다. 상세하게는, SSRT(Slow Strain Rate Technique)법을 사용하여 내수소 취화 감수성을 평가하는 데 있어서, 소형 시험편뿐만 아니라, 용접 금속에 있어서 조직적인 약화부를 보다 많이 포함한 대형 시험편을 사용한 경우라도 내수소 취화 감수성이 우수하고, 바람직하게는 저온 인성도 양호한 용접 금속에 관한 것이다.

고장력강을 용접할 때에는, 용접 금속부의 저온 균열 방지의 관점에서, 예열/패스간 온도를 엄밀하게 관리할 필요가 있어, 시공 효율 저하의 원인이 되고 있다. 최근, 용접 구조물에 사용되는 강재는 점점 고강도화되고 있고, 용접 금속에 있어서도 고강도화로의 요구가 높아지고 있다(예를 들어, HT780:하이텐 780㎫급).

이와 같은 고강도화는 내저온 균열성을 저하시키는 경향이 있고, 내저온 균열성을 개선하는 것이 필요해진다. 특히, 플럭스 코드 와이어를 사용한 가스 실드 아크 용접에서는, 우수한 용접 작업성을 갖기 위해, 이 용접법에 의해 형성되는 용접 금속에 있어서, 내저온 균열성을 확보하는 기술이 요구되고 있다.

상기와 같은 저온 균열은 확산성 수소가 입계에 편석하여, 입계 강도가 저하되는(이하, 이를 「수소 취화」라고 칭함) 것이 원인이라고 추정되고 있고, 내저온 균열성의 개선에 대해서는, 확산성 수소를 어떻게 저감시킬지가 중요한 포인트가 된다.

이러한 점에서, 용접 금속의 내저온 균열성을 향상시키기 위해서는, 용접 금속에 있어서의 수소 취화에 대한 감수성을 낮게 하는 것이 필요하다. 따라서, 다양한 기술이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에서는, 수소 트랩 능력이 높은 Mo 탄화물(Mo을 포함하는 탄화물)을 용접 금속 내에 분산시킴으로써, 저온 균열의 방지를 도모하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 기술에서는 Mo 탄화물을 분산시키기 위해, 강재를 맞댄 후, 내면측으로부터 서브머지드 아크 용접한다는 특수한 용접 방법을 채용할 필요가 있고, 강재의 일반 용접에는 적용할 수 없다.

또한, 특허문헌 2에는 용접 시공 시의 냉각 시간을 관리함으로써, 저온 균열을 방지하는 기술이 제안되어 있다. 이 기술에서는 성분에 따른 엄격한 시공 관리가 필요해져, 작업 부하가 높다는 문제가 있다.

특허문헌 3에는 확산성 수소를 트랩하는 잔류 오스테나이트 분율을 용접 금속 중에서 1％ 이상으로 함으로써 저온 균열을 방지하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 기술은 강관에 있어서의 양면 1패스 심 용접을 전제로 하고 있고, 강재의 용접에 일반적으로 적용할 수 없다.

특허문헌 4에는 확산성 수소량을 저감시킴과 함께, 강도와 화학 성분 조성을 적절하게 제어함으로써, 내저온 균열성을 개선하는 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 기술에 있어서도, 만족시켜야 하는 강도 레벨이 성분의 영향을 받으므로, 실제의 시공 시에는 적용 개소가 한정된다.

상기와 같은 지금까지 제안되어 있는 기술은, 모두 내저온 균열성 개선을 목적으로 한 것이지만, 실제의 용접 시공에 있어서는, 다양한 요인으로 용접 금속 중의 수소량이 증가할 가능성이 있으므로, 보다 본질적인 방향으로서, 내수소 취화 감수성을 개선하는 것이 필요하다.

또한, 최근, 해양 구조물에 사용되는 용접 금속에 있어서도, HT780급의 적용이 확대되고 있다. 이들 용접 금속에서는 한랭지에서의 사용에 견딜 수 있도록, 780㎫급 강도에서의 내수소 취화 감수성이 우수한 것은 물론, 바람직하게는 저온 인성도 우수한 것이 요구된다.

일본 특허 출원 공개 2005-40816호 공보 일본 특허 출원 공개 2003-33876호 공보 일본 특허 출원 공개 2002-115032호 공보 일본 특허 출원 공개 평11-147196호 공보

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 780㎫ 초과의 고강도라도, 내수소 취화 감수성이 우수하고, 저온 균열이 발생하지 않는 용접 금속, 바람직하게는 또한 저온 인성도 우수한 용접 금속을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명에 관한 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속이라 함은, 플럭스 코드 와이어를 사용하여, 가스 실드 아크 용접에 의해 형성되는 용접 금속이며, C:0.02∼0.12％(「질량％」의 의미. 화학 성분 조성에 대해, 이하 동일함), Si:0.10∼2.00％, Mn:0.90∼2.5％, Ni:0.20∼3.5％, Ti:0.040∼0.15％, N:0.015％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 O:0.030∼0.10％를 각각 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물을 포함하고, 잔류 오스테나이트 입자가 2500개/㎟ 이상 존재함과 함께, 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율이 4.0％ 이상이고, 또한 하기 식 1로 나타나는 β값이 75 이상인 점에 요지를 갖는 것이다.

[식 1]

단, [C], [Si], [Mn], [Ni] 및 [Mo]은 각각 C, Si, Mn, Ni 및 Mo의 함유량(질량％)을 의미한다.

상기 개수 밀도의 측정 시에, 대상이 되는 잔류 오스테나이트 입자의 크기는 측정 한계 이상(원 상당 직경으로 0.15㎛를 초과하는 것)의 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, Mo은 0.05％ 미만으로 제어된 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, Si:0.10∼0.5％ 및 Ni:1.0∼2.0％를 각각 만족시킴과 함께, 하기 식 2로 규정되는 α값은 3.2 이상이다. 상기 실시 형태에 따르면, 또한 저온 인성도 우수한(구체적으로는, －40℃에서의 충격 흡수 에너지 vE_-40이 85J을 초과함) 용접 금속을 실현할 수 있다.

[식 2]

단, [Mn], [Ni], [Mo], [Ti] 및 [O]는 각각 Mn, Ni, Mo, Ti 및 O의 함유량(질량％)을 의미한다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, 20질량％ 이상의 Ti을 함유하는 산화물 입자이고, 원 상당 직경:0.15∼1.0㎛의 것이 5000개/㎟ 이상 존재하는 것이다. 상기 「원 상당 직경」이라 함은, 광학 현미경의 관찰면 상에서 인정되는 잔류 오스테나이트 입자나 산화물 입자의 크기에 착안하여, 그 면적이 동등해지도록 상정한 원의 직경이다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, Cr:2.0％ 이하(0％를 포함하지 않음), V:0.60％ 이하(0％를 포함하지 않음), Nb:0.15％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Cu:1.0％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, Al:0.020％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Zr:0.10％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 더 함유하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시 형태에 있어서, B:0.0050％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 더 함유하는 것이다.

본 발명에 따르면, 화학 성분 조성과 함께, 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도 및 체적 분율을 적절하게 제어하였으므로, 780㎫ 초과의 고강도라도, 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속을 실현할 수 있다. 바람직하게는, Si 및 Ni의 함유량을 보다 엄밀하게 규정함과 함께, Mn, Ni, Mo, Ti 및 O의 함유량으로 규정되는 소정의 관계식을 만족시킴으로써, 저온 인성도 우수한 용접 금속을 실현할 수 있다.

도 1은 용접 금속을 제작할 때의 개선(bevel) 형상을 도시하는 개략 설명도이다.
도 2는 환봉 시험편의 채취 위치를 도시하는 개략 설명도이다.
도 3은 재열 사이클을 모의한 열 사이클(시간과 온도의 관계)을 도시하는 그래프이다.
도 4는 인장 시험을 행하였을 때의 시험편의 형상을 도시하는 설명도이다.
도 5는 SSRT법으로 수소 흡수량을 측정할 때의 소형 시험편의 형상을 도시하는 설명도이다.
도 6은 SSRT법으로 수소 흡장량을 측정할 때의 대형 시험편의 형상 및 대형 시험편의 채취 위치를 도시하는 설명도이다.

본 발명은 본 출원인에 의해 앞서 개시된 일본 특허 출원 제2011-184117호에 기재된 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속(이하, 선원 발명이라고 칭함)의 개량 기술이다. 이하, 선원 발명에 대해 설명하면서, 본원 발명에 도달한 경위 및 본원 발명의 특징 부분을 설명한다.

선원 발명에서는, 확산성 수소의 트랩 사이트로서 작용하는 잔류 오스테나이트에 착안하여, 잔류 오스테나이트 입자를 고밀도로 분산시키면 내수소 취화 감수성이 대폭으로 개선되는 것을 발견하여, 그 개수 밀도(2500개/㎟ 이상) 및 조직 전체에 대한 체적 분율(4.0％ 이상)을 규정하였다. 내수소 취화 감수성의 평가에 있어서는, 동적 변형에 의해 서서히 응력을 부하하는 응력 가속형의 SSRT법을 채용하고 있고, 후기하는 도 5에 도시하는 소형 시험편을 사용하여 미량의 확산성 수소에 의해 취화시켜, 강제적으로 파단시켰을 때의 파단 연신율을 측정하여 평가하였다.

또한 선원 발명에서는, 양호한 저온 인성을 확보하기 위한 지표로서, Mn, Ni, Mo, Ti 및 O로 나타나는 α값 [선원 발명에서는 식 1로서 규정]을 설정하였다. 저온 인성의 향상에는 구오스테나이트 입계로부터의 조대한 입계 페라이트 생성량의 저감이 필요하지만, 선원 발명에서는, (i) 상기 α값을 구성하는 Mn, Ni, Mo 및 Ti은 고용 상태로 존재함으로써 입계 페라이트 생성을 억제하는 작용이 있는 것, (ii) 한편, 일부의 Mn이나 Ti은 산화물을 구성하므로, O를 저감시킴으로써 고용 상태로 존재하는 양이 증가하게 되는 등의 지식에 기초하여, 수많은 기초 실험에 기초하여 각 원소의 계수를 구하고, 상기 α값을 3.2 이상으로 설정하였다. 상세하게는, 원하는 저온 인성의 확보에는, 상기 α값의 제어와 함께, 저온 인성 향상 작용 원소인 Si 및 Ni을, 보다 적절한 범위로 제어하는 것이 필요한 것을 개시하였다.

선원 발명을 제안한 후에도, 본 발명자들은 또한 검토를 거듭해 왔다. 그 결과, 내수소 취화 감수성의 평가에는 선원 발명에서 사용한 시험편보다도 형상이 큰 대형 시험편을 사용한 SSRT법이 적절한 것이 판명되었다. 특히, 선원 발명과 같이 소정 밀도의 잔류 오스테나이트 입자를 많이 포함하는 용접 금속의 경우, 용접 과정에서의 복잡한 열 이력에 의해, 잔류 오스테나이트는 반드시 균일하게 분산되지 않아, 국소적으로 잔류 오스테나이트량이 적은 영역이 형성되는 경우가 있고, 그곳이 균열의 기점이 되는 경우가 있다. 그 결과, 선원 발명의 평가 방법에서는, 소형 시험편의 채취 위치에 의한 내수소 취화 감수성의 편차가 많이 보이게 되어, 용접 금속의 실체에 적합한 정확한 평가를 할 수 없는 경우가 있다. 그로 인해, 보다 고정밀도로 내수소 취화 감수성을 평가하기 위해서는, 보다 대형의 시험편을 사용하여 평가할 필요가 있었다.

또한 본 발명자들은 용접 금속의 Mo이 많아지면, 대형 시험편에서의 내수소 취화 감수성이 저하되는 것을 발견하였다. Mo은 용접 금속의 강도 향상 원소로서 알려져 있고, 선원 발명에서도 780㎫ 초과의 고강도를 확보하기 위해, Mo량을 0.05％ 이상 함유하고 있었다. 그러나, 그 후의 연구에 의해, 0.05％ 이상의 Mo을 포함하는 용접 금속은 선원 발명과 같이 소형 시험편을 사용한 SSRT 시험에서의 내수소 취화 감수성 평가는 양호(합격)하지만, 대형 시험편을 사용한 SSRT 시험에서는 불량(불합격)이 되는 것이 판명되었다[예를 들어, 후기하는 실시예의 표 3B의 No.40, 49를 참조]. 이에 대해, Mo을 0.05％ 미만(0％를 포함함)으로 저감시킨 용접 금속에서는, 어떤 시험편을 사용했을 때라도 양호한 내수소 취화 감수성을 확보할 수 있는 것이 판명되었다.

용접 금속 중의 Mo의 저감에 의해 특히 대형 시험편에 의한 SSRT 시험에서의 파단 연신율이 커져 내수소 취화 감수성이 향상되는 이유(반대로 말하면, Mo의 증가에 의해 내수소 취화 감수성이 저하되는 이유)는 상세하게는 불분명하지만, 페라이트 안정화 원소인 Mo이 증가하면, 잔류 오스테나이트의 안정성이 저하되어, 잔류 오스테나이트가 적은 영역이 국소적으로 형성되고, 그곳을 기점으로 하여 파단이 유발되는 것이 아닌가 하고 추정된다.

그러나, Mo은 용접 금속의 강도 향상 원소이고, 종래의 방법에서는 용접 금속의 Mo량이 0.05％를 하회하면, 원하는 고강도 레벨(TS＞780㎫)을 확보할 수 없다. 그로 인해, 본 발명에서는 용접 금속의 Mo＜0.05％라도 상기의 고강도를 달성하기 위한 지표(고강도 확보 파라미터)로서, 새롭게, C, Si, Mn, Ni 및 Mo의 강도 향상 원소로 규정되는 β값을 설정하였다. 이와 같이 용접 금속의 Mo량의 저감과 상기 β값의 도입에 의해, 780㎫ 초과의 고강도라도 원하는 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본원 발명과 선원 발명이라 함은, (iii) 내수소 취화 감수성을 고정밀도로 평가하기 위한 SSRT용 시험편으로서, 선원 발명보다도 대형의 시험편(도 6을 참조)을 사용한 점, (iv) 내수소 취화 감수성의 평가 기준이 상이한 점, (v) 선원 발명에 비해 용접 금속의 Mo량을 저감시켜 원하는 내수소 취화 감수성을 확보한 점, (vi) 용접 금속의 Mo량의 저감에 수반하는 강도 부족을 보충하기 위해, 새롭게 β값을 설정하여 780㎫ 초과의 고강도를 확보한 점에서 상이하다. 상기 이외의 점은 선원 발명과 실질적으로 동일하다.

본 명세서에 있어서 고강도라 함은, 인장 강도 TS가 780㎫ 초과인 것을 의미하고, 바람직하게는 대략 800∼980㎫인 것을 의미한다.

본 명세서에 있어서 「내수소 취화 감수성이 우수한」이라 함은, 후기하는 실시예에 기재된 방법으로 내수소 취화 감수성을 평가했을 때, 하기 (vii) 및 (viii)의 양쪽을 만족시키는 것을 의미한다.

(vii) 소형 시험편을 사용하여 후기하는 식 5에 기초하여 수소 취화 감수성 지수 S(％)를 측정했을 때, S＜60％인 것

(viii) 대형 시험편을 사용했을 때의 파단 연신율이 2％ 초과인 것

본 명세서에 있어서, 바람직한 특성인 「저온 인성이 우수한」이라 함은, 후기하는 실시예에 기재된 방법으로 －40℃에서의 충격 흡수 에너지 vE_-40을 측정했을 때, vE_-40＞85J인 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 구성 요건을 상세하게 서술한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 용접 금속은 플럭스 코드 와이어를 사용하여, 가스 실드 아크 용접에 의해 형성되는 용접 금속이며, C:0.02∼0.12％, Si:0.10∼2.00％, Mn:0.90∼2.5％, Ni:0.20∼3.5％, Ti:0.040∼0.15％, N:0.015％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 O:0.030∼0.10％를 각각 함유하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물을 포함하고, 잔류 오스테나이트 입자가 2500개/㎟ 이상 존재함과 함께, 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율이 4.0％ 이상이고, 또한 하기 식 1로 나타나는 β값이 75 이상인 점에 특징이 있다.

[식 1]

우선, 본 발명의 용접 금속을 특징짓는 잔류 오스테나이트에 대해 설명한다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 용접 금속에 존재하는 잔류 오스테나이트 입자를 2500개/㎟ 이상이고, 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율(조직 전체에 대한 비율)을 4.0％ 이상으로 제어하고 있다. 본 발명에 따르면, 소정량의 잔류 오스테나이트가 적절한 개수 밀도로 분산되어 있으므로, 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속이 얻어진다.

본 발명에서는, 용접 금속 중에서도 특히 원질부에 존재하는 잔류 오스테나이트에 대해, 상기의 요건을 규정하고 있다. 용접 금속에 있어서의 잔류 오스테나이트는 용접 시의 후패스의 영향에 의해 분해되므로, 특히 재열부에서는 측정 개소에 의해 잔류 오스테나이트량에 편차가 발생하기 쉬운 것에 비해, 최종 패스의 원질부는 용접 시의 후패스의 열영향을 받지 않아, 잔류 오스테나이트량을 정확하게 평가하기 쉽기 때문이다.

잔류 오스테나이트는 확산성 수소의 트랩 사이트로 되므로, 확산성 수소 저감 작용을 갖고, 내수소 취화 감수성의 향상에 기여하는 조직인 것은 이미 보고되어 있다. 그러나, 지금까지는, 오로지 잔류 오스테나이트의 양(전체 조직 중의 비율)이 규정되어 있을 뿐이며, 그 분산 상태(개수 밀도)에 대해서는 전혀 유의되어 있지 않았다. 그런데, 본 발명자들의 검토 결과에 따르면, 잔류 오스테나이트의 양만을 어느 정도 제어해도, 그 분산 상태를 적절하게 제어하지 않는 한, 원하는 내수소 취화 감수성을 얻을 수 없는 경우가 명백해졌다(예를 들어, 후기하는 실시예의 표 3B의 No.34, 45, 54, 55를 참조).

즉, 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속을 얻기 위해서는, 확산성 수소의 트랩 사이트가 되는 잔류 오스테나이트의 양을 확보함과 함께, 매트릭스 조직의 미세화에 의해 잔류 오스테나이트 입자의 개수를 고밀도(구체적으로는, 2500개/㎟ 이상)로 분산시킴으로써, 확산성 수소의 트랩 효과가 최대한으로 발현되어, 내수소 취화 감수성이 대폭으로 개선되는 것이 판명되었다. 예를 들어, 후기하는 실시예의 표 3B의 No.34 및 No.45는 모두 잔류 오스테나이트의 체적 분율≒7％의 예이고, 소정량의 잔류 오스테나이트가 존재하지만, 소정의 개수 밀도를 갖고 있지 않으므로(분산 상태가 적절하지 않으므로), 소형 시험편 및 대형 시험편 모두를 사용했을 때에도 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

내수소 취화 감수성 향상의 관점에서는, 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도는 클수록 좋고, 3000개/㎟ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 3300개/㎟ 이상이다. 또한, 그 상한은 내수소 취화 감수성 향상의 관점에서는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 내수소 취화 감수성 향상의 관점에서는, 전체 조직에 차지하는 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율은 많을수록 좋고, 4.5％ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 4.8％ 이상이다. 또한, 그 상한은 내수소 취화 감수성 향상의 관점에서는 특별히 한정되지 않지만, 과잉으로 존재하면 항복 응력이 저하되는 것 등을 고려하면, 대략 10％ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명은 용접 금속을 구성하는 조직 중, 잔류 오스테나이트의 양(체적 분율) 및 개수 밀도를 제어한 것에 특징이 있고, 잔류 오스테나이트 이외의 조직은 전혀 한정되는 것이 아니고, 용접 금속에 통상 포함되는 조직이면 된다. 구체적으로는, 주체 조직으로서 베이나이트(전체 조직에 대한 체적 분율로, 약 50％ 이상)를 포함하고, 그 밖에 입계 페라이트, 마르텐사이트 등을 포함하고 있어도 된다.

다음에, 본 발명의 용접 금속에 있어서의 화학 성분 조성에 대해 설명한다.

[C:0.02∼0.12％]

C는 용접 금속의 강도를 확보하기 위해 빠질 수 없는 원소이고, 이러한 효과를 발휘시키기 위해, C 함유량의 하한을 0.02％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.06％ 이상이다. 그러나, C 함유량이 0.12％를 초과하면, 강도가 과대하게 상승하여 수소 취화 감수성이 높아지므로(즉, 내수소 취화 감수성이 열화되므로), 그 상한을 0.12％로 한다. C 함유량의 바람직한 상한은 0.10％이고, 보다 바람직하게는 0.08％ 이하이다.

[Si:0.10∼2.00％]

Si는 고용 상태로 존재함으로써 탄화물 형성을 지연시켜, 잔류 오스테나이트를 안정화하는 작용을 갖는다. Si 함유량이 0.10％ 미만이면, 소정의 잔류 오스테나이트를 확보할 수 없어, 상술한 작용이 유효하게 발휘되지 않으므로, Si 함유량의 하한을 0.10％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.25％ 이상, 보다 바람직하게는 0.28％ 이상이다.

한편, Si 함유량의 상한은 원하는 특성의 종류에 따라서 상이할 수 있다. 본래의 해결 과제인 내수소 취화 감수성 향상의 관점에서 보면, Si 함유량의 상한을 2.00％ 이하로 한다. Si 함유량이 과잉으로 되면, 강도의 현저한 상승에 의해 수소 취화 감수성이 높아지기 때문이다. 바람직하게는 1.5％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5％ 이하이다. 한편, Si량의 저감화는 용접 금속의 저온 인성 향상에 기여하므로, 상술한 내수소 취화 감수성 외에 저온 인성도 향상시키고 싶은 경우에는 Si 함유량의 상한을 0.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Si 함유량이 0.5％를 초과하면, 경질의 섬 형상 마르텐사이트가 형성되고, 이것이 파괴의 기점이 되어 저온 인성이 현저하게 저하되기 때문이다. 보다 바람직하게는 0.4％ 이하이다.

[Mn:0.90∼2.5％]

Mn은 용접 금속의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이고, 이러한 효과를 발휘시키기 위해, Mn 함유량의 하한을 0.90％ 이상으로 한다. 바람직하게는 1.2％ 이상, 보다 바람직하게는 1.5％ 이상이다. 그러나, Mn 함유량이 2.5％를 초과하면, 강도의 현저한 상승에 의해 수소 취화 감수성이 높아지므로, 그 상한을 2.5％로 한다. 바람직하게는 2.2％ 이하이고, 보다 바람직하게는 2.0％ 이하이다.

[Ni:0.20∼3.5％]

Ni은 용접 금속의 강도를 확보하기 위해 필요한 원소이고, 이러한 효과를 발휘시키기 위해, Ni 함유량의 하한을 0.20％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.5％ 이상, 보다 바람직하게는 1.0％ 이상이다. 그러나, Ni 함유량이 3.5％를 초과하여 과잉으로 되면, 강도의 과대한 상승에 의해 수소 취화 감수성이 높아지므로, 그 상한을 3.5％로 한다. 바람직하게는 3.0％ 이하이고, 보다 바람직하게는 2.8％ 이하이다.

또한, Ni은 용접 금속의 저온 인성 향상 작용도 갖고 있다. 그로 인해, 우수한 내수소 취화 감수성을 발휘시키면서, 또한 저온 인성도 높이고 싶을 때에는, Ni 함유량을, 상기 범위 (0.20∼3.5％) 중에서도 특히 1.0％ 이상 2.0％ 이하로 제어하는 것이 바람직하다. 상세하게는 Ni은 취성 파면 천이 온도를 저온화할 수 있으므로, 저온에서의 샤르피 충격 흡수 에너지가 향상되고, 저온 인성이 향상된다. 이와 같은 저온 인성 향상 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, Ni 함유량의 하한을 1.0％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 하한은 1.1％ 이상이다. 그러나, Ni 함유량이 2.0％를 초과하면, 마르텐사이트의 생성량이 증가하여 강도가 상승하므로, 샤르피 충격 흡수 에너지가 저하되므로, 그 상한을 2.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 상한은 1.8％ 이하이다.

[Ti:0.040∼0.15％]

Ti은 입내 변태의 기점이 되는 산화물을 형성하여, 매트릭스 조직을 미세화함으로써 잔류 오스테나이트 입자의 고밀도 분산에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, Ti 함유량의 하한을 0.040％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.050％ 이상, 보다 바람직하게는 0.055％ 이상이다. 그러나, Ti 함유량이 0.15％를 초과하면, 강도의 과대한 상승에 의해 수소 취화 감수성이 높아지므로, 그 상한을 0.15％로 한다. 바람직하게는 0.12％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.08％ 이하이다.

[N:0.015％ 이하(0％를 포함하지 않음)]

N는 불가피하게 혼입되어 오는 원소 중 하나이고, 공업적으로 0％로 하는 것은 곤란하다. N는 용접 금속의 강도 향상에 유효하지만, 과잉으로 함유하면, 강도의 과대한 상승에 의해 수소 취화 감수성이 높아진다. 그로 인해, N 함유량의 상한은 0.015％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.010％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.006％ 이하이다.

[O:0.030∼0.10％]

O는 입내 변태의 기점이 되는 산화물을 형성하여, 조직을 미세화함으로써 잔류 오스테나이트 입자의 고밀도 분산에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해, O 함유량의 하한을 0.030％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.035％ 이상, 보다 바람직하게는 0.040％ 이상이다. 그러나, O 함유량이 0.10％를 초과하면 Si 산화물이 형성되어, 고용 Si가 감소함으로써 잔류 오스테나이트량을 확보할 수 없게 되므로, 그 상한을 0.10％로 한다. 바람직하게는 0.080％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.060％ 이하이다.

본 발명의 용접 금속에 포함되는 기본 원소는 상기와 같으며, 잔량부는 철 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로서, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라서 반입되는 원소(예를 들어, P이나 S 등)를 들 수 있다. 단, 일반적으로 불순물은 입계에 편석함으로써 입계 강도를 저하시켜, 저온 균열을 조장하므로, 예를 들어 P:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), S:0.025％ 이하(0％를 포함하지 않음)로 각각 억제하는 것이 바람직하다.

본 발명을 특징짓는 원소의 Mo은 불가피 불순물로서 포함되어 있어도 되고(Mo:0.01％ 미만), 혹은 불가피 불순물 레벨을 초과하여 0.05％ 미만까지 적극적으로 함유해도 된다. Mo의 상한이 0.05％ 미만이면, 원하는 내수소 취화 감수성이 유효하게 발휘되는 것을 확인하고 있다(후기하는 실시예를 참조).

전술한 바와 같이, Mo은 용접 금속의 강도 향상에 유효한 원소이지만, 선원 발명의 개시 후의 연구에 의해, Mo 함유량이 0.05％를 초과하면, 대형 시험편을 사용한 SSRT 시험에서의 파단 연신율이 소정 범위를 만족시키지 않게 되어, 원하는 내수소 취화 감수성이 발휘되지 않는 것이 명백해졌다. 그로 인해, 본 발명에서는 Mo 함유량의 상한을 0.05％ 미만으로 하였다. 내수소 취화 감수성을 향상시키는 관점에서 보면, Mo 함유량은 적은 쪽이 좋고, 바람직한 상한은 0.03％이다.

또한, Mo 저감에 의한 강도의 저하는 새롭게 강도 향상 파라미터인 β값을 도입함으로써 원하는 고강도를 확보하는 것으로 하였다. 이하, β값에 대해 후술한다.

β값은 하기 식 1로 나타나는 것으로, 원하는 780㎫ 초과의 고강도를 확보하기 위해 설정된 것이고, 본 발명에서는 75 이상으로 한다.

[식 1]

상기 식 1에 있어서, [C], [Si], [Mn], [Ni] 및 [Mo]은 각각 C, Si, Mn, Ni 및 Mo의 함유량(질량％)을 의미한다. 또한, Mo은, 상술한 바와 같이, 불가피적 불순물 레벨(Mo:0.01％ 미만)에서 포함되는 경우도 있고, 불순물 레벨을 초과하고 0.05％ 미만의 범위에서 적극적으로 포함되는 경우도 있다. 따라서, Mo을 불순물 레벨에서 포함할 때에는 [Mo]＝0으로 하여 β값을 산출하고, 0.05％ 미만의 범위에서 Mo을 포함할 때에는 그 양을 [Mo]으로 하여 β값을 산출한다.

상기와 같이, β값은 강도 향상 원소인 C, Si, Mn, Ni 및 Mo으로 구성되어 있지만, 각 원소의 계수는 강도에 미치는 기여도를 고려하여, 원하는 고경도를 확보하기 위해 다수의 기초 실험으로부터 도출한 것이다. β값이 클수록, 고강도를 나타내게 되고, 바람직하게는 80 이상, 더욱 바람직하게는 82 이상이다. 또한, β값의 상한은 각 원소의 함유량에 기초하여 결정될 수 있지만, 과잉의 강도 상승에 의한 수소 취화 감수성 열화 등을 고려하면, 대략 160 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 용접 금속에 있어서의 기본 성분은 상기와 같지만, 또 다른 원소로서, (a) Cr:2.0％ 이하(0％를 포함하지 않음), V:0.60％ 이하(0％를 포함하지 않음), Nb:0.15％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Cu:1.0％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상, (b) Al:0.020％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Zr:0.10％ 이하(0％를 포함하지 않음), (c) B:0.0050％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 함유해도 되고, 함유시키는 원소의 종류에 따라서 용접 금속의 특성이 더욱 개선된다.

[Cr:2.0％ 이하(0％를 포함하지 않음), V:0.60％ 이하(0％를 포함하지 않음), Nb:0.15％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 Cu:1.0％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상]

Cr, V, Nb 및 Cu는 용접 금속의 강도 향상 원소로서 유용하고, 단독으로 함유해도 되고, 2종 이상을 병용해도 된다. 상기 효과를 발휘시키기 위한 바람직한 하한은, Cr에서 0.05％ 이상, V에서 0.02％ 이상, Nb에서 0.01％ 이상, Cu에서 0.05％ 이상이다. 단, 상기 원소의 함유량이 과잉으로 되면, 강도의 과대한 상승에 의해 수소 취화 감수성이 높아진다. 그로 인해, 각 원소량의 상한에 대해, Cr에서 2.0％ 이하(보다 바람직하게는 1.5％ 이하, 더욱 바람직하게는 1.0％ 이하), V에서 0.60％ 이하(보다 바람직하게는 0.50％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.40％ 이하), Nb에서 0.15％ 이하(보다 바람직하게는 0.10％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.08％ 이하), Cu에서 1.0％ 이하(보다 바람직하게는 0.5％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.2％ 이하)로 각각 억제하는 것이 바람직하다.

[Al:0.020％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및/또는 Zr:0.10％ 이하(0％를 포함하지 않음)]

Al과 Zr은 모두 강탈산 원소이고, 고용 Si 증가에 의한 잔류 오스테나이트 증가를 촉진하는 작용이 있다. 이들 원소는 단독으로 함유해도 되고, 병용해도 된다. 상기 효과를 발휘시키기 위한 바람직한 하한은 Al, Zr 모두 0.010％ 이상이다. 단, 상기 원소의 함유량이 과잉으로 되면, 산화물 기점의 입내 변태가 감소하고, 조직 조대화에 의해 수소 취화 감수성이 높아진다. 그로 인해, 각 원소량의 상한에 대해, Al에서 0.020％ 이하(보다 바람직하게는 0.018％ 이하), Zr에서 0.10％ 이하(보다 바람직하게는 0.06％ 이하)로 각각 억제하는 것이 바람직하다.

[B:0.0050％ 이하(0％를 포함하지 않음)]

B는 구오스테나이트 입계로부터의 페라이트 생성을 억제함으로써 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해, B 함유량의 하한을 0.0010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, B 함유량이 과잉으로 되면, 강도가 현저하게 상승하여, 수소 취화 감수성이 높아지므로, 그 상한을 0.0050％ 이하(보다 바람직하게는 0.0030％ 이하)로 억제하는 것이 바람직하다.

또한, 내수소 취화 감수성 향상이라는 본래의 과제 외에, 바람직하게는 저온 인성(구체적으로는, －40℃에서의 충격 흡수 에너지 vE_-40＞85J)도 향상시키고 싶은 경우에는, 상술한 바와 같이, Si:0.10∼0.5％ 및 Ni:1.0∼2.0％로 제어함과 함께, 하기 식 2로 규정되는 α값을 3.2 이상으로 하는 것이 유효하다.

[식 2]

단, [Mn], [Ni], [Mo], [Ti] 및 [O]는 각각 Mn, Ni, Mo, Ti 및 O의 함유량(질량％)을 의미한다. 또한, 상기 식 2에 있어서도 Mo이 불순물 레벨인 경우는, [Mo]＝0으로 하여 산출한다.

α값은 선원 발명에서 설정한 것이고, 그 상세는 이미 서술한 바와 같다. α값이 클수록, 저온 인성도 높아지고, 바람직하게는 3.4 이상이고, 보다 바람직하게는 3.6 이상이다. 또한, 그 상한은 각 원소의 함유량에 기초하여 결정될 수 있지만, 켄칭성 향상에 의한 강도의 과대한 상승에 수반하는 수소 취화 감수성의 열화 등을 고려하면, 대략 6.2 이하인 것이 바람직하다.

이상, 본 발명에 관한 용접 금속의 성분 및 성분에 관련되는 β값 및 α값에 대해 설명하였다.

또한, 내수소 취화 감수성의 가일층의 향상을 위해서는, 20질량％ 이상의 Ti을 함유하는 산화물 입자이고, 원 상당 직경:0.15∼1.0㎛의 것이 5000개/㎟ 이상 존재하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, Ti은 매트릭스 조직을 미세화시켜 잔류 오스테나이트 입자의 고밀도 분산에 기여하는 원소이지만, 용접 금속 중의 Ti량을 제어할 뿐만 아니라, 소정 사이즈의 Ti 함유 산화물 입자의 개수 밀도도 제어함으로써, 내수소 취화 감수성이 한층 향상되게 된다. 산화물 입자 중의 Ti량이 20질량％ 미만에서는, 상술한 Ti의 작용이 유효하게 발휘되지 않는다.

여기서, 「원 상당 직경」이라 함은, 광학 현미경(배율 1000배 정도)의 관찰 시야에서 관찰되는 Ti 함유 산화물 입자의 크기에 착안하여, 그 면적이 동등해지도록 상정한 원의 직경이다. 구체적으로는, 후기하는 실시예의 란에 기재된 방법으로 Ti 함유 산화물 입자의 원 상당 직경을 측정한다.

상기 Ti 함유 산화물 입자의 개수 밀도가 클수록, 내수소 취화 감수성은 향상되게 되지만, 보다 바람직하게는 8000개/㎟ 이상이고, 더욱 바람직하게는 10000개/㎟ 이상이다. 또한, 그 상한은, 내수소 취화 감수성과의 관계에서는 특별히 한정되지 않지만, (m) 저온 인성 등을 고려하면, 대략 25000개/㎟ 이하인 것이 바람직하다.

또한, Ti 함유 산화물 입자의 개수 밀도를 상기 범위로 제어하기 위해서는, 후기 식 4에 규정하는 바와 같이, (Mn＋Ti)/Si의 비(B값으로 대표시키는 경우가 있음)를 10.0 초과로 하는 것이 권장된다(상세는 후술함).

다음에, 본 발명의 용접 금속을 제작하는 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 용접 금속은 플럭스 코드 와이어를 사용하여, 가스 실드 아크 용접에 의해 형성되는 것인 것이 전제이다. 그리고, 상기 요건을 만족시키는 용접 금속을 얻기 위한 바람직한 조건[특히, 와이어 성분(용접 재료), 용접 조건]은 이하와 같다.

우선, 와이어 성분(용접 재료)은 강재를 포함하는 외피와 플럭스를 합한 전체 와이어(100질량％)에 대해, 질량비로, 하기 (a)∼(i)의 요건을 모두 만족시키는 것이 바람직하다.

(a) 용접 재료 중의 Si(금속, 산화물 등의 존재 형태에 상관없이, 용접 재료 중에 포함되는 모든 Si를 의미함)가 0.35∼2.5％

(b) 용접 재료 중, 금속으로서 존재하는 Si가 0.25％ 이상(상한에 대해서는, 바람직하게는 2.2％ 이하)

(c) 용접 재료 중, SiO₂가 0.25％ 이하(하한에 대해서는, 바람직하게는 0.10％ 이상)

(d) 용접 재료 중의 Ti(금속, 산화물 등의 존재 형태에 상관없이, 용접 재료 중에 포함되는 모든 Ti을 의미함)이 2.5∼4.5％

(e) 용접 재료 중의 Al(금속, 산화물 등의 존재 형태에 상관없이, 용접 재료 중에 포함되는 모든 Al을 의미함)이 0.10％ 이상(상한은, 바람직하게는 0.70％ 이하)

(f) 용접 재료 중의 Zr(금속, 산화물 등의 존재 형태에 상관없이, 용접 재료 중에 포함되는 모든 Zr을 의미함)이 0.035％ 이상(상한은, 바람직하게는 0.10％ 이하)

(g) 용접 재료 중의 Mg(금속, 산화물 등의 존재 형태에 상관없이, 용접 재료 중에 포함되는 모든 Mg을 의미함)이 0.4％ 이상(상한은, 바람직하게는 0.70％ 이하)

(h) 용접 재료 중의 Si[상기 (a)], Ti[상기 (d)], Al[상기 (e)], Zr[상기 (f)] 및 Mg[상기 (g)]의 각 양으로부터, 하기 식에 기초하여 구해지는 A값이 0.30 이상(상한은, 바람직하게는 1.80 이하)

A값＝Si－[Si/(Ti＋2×Al＋2×Zr＋3.5×Mg)]

(i) 용접 재료 중의 Si[상기 (a)], Ti[상기 (d)], 또한 용접 재료 중에 포함되는 Mn(Mn의 존재 형태에 상관없이, 용접 재료 중에 포함되는 전체 Mn량을 의미함)에 대해, (Mn＋Ti)/Si로 나타나는 비(B값)가, 하기 식 3의 관계를 만족시키는 것

[식 3]

이하, 상기 (a)∼(i)의 한정 이유에 대해 설명한다.

우선, 상기 (a)∼(h)는 모두, 잔류 오스테나이트의 양 및 개수 밀도를 소정량 확보하는 데 유효한 고용 Si량을 확보하기 위해 설정된 것이다.

처음에, Si에 대해 규정한 상기 요건 (a)∼(c)에 대해 설명한다. 상기 (b)와 같이 금속으로서 존재하는 Si가 0.25％를 하회하는 경우, 혹은 상기 (c)와 같이 SiO₂가 0.25％를 상회하는 경우, 또한 상기 (a)와 같이 용접 재료 중의 전체 Si량이 0.35％를 하회하는 경우 중 어떤 경우[즉, 상기 요건 (a)∼(c)를 만족시키지 않는 경우]라도, 잔류 오스테나이트의 양을 확보하는 데 필요한 고용 Si량을 확보할 수 없다. 그 결과, 원하는 잔류 오스테나이트의 양(체적 분율)을 얻을 수 없어, 내수소 취화 감수성이 저하된다.

또한, 고용 Si량을 확보한다는 관점에서 보면, 상기 (a)에서 규정하는 Si량(전체 Si량)은 많은 편이 좋지만, 상한값(2.5％)을 초과하면, 용접 금속에 있어서의 Si량이 본 발명에서 규정하는 상한값(2.00％)을 초과하고, 강도의 현저한 상승에 의해 수소 취화 감수성이 높아지므로, 용접 재료 중의 Si량의 바람직한 상한을 2.5％ 이하로 하였다.

다음에, 상기 요건 (d)∼(g)에 대해 설명한다. 여기서는, Si에 비해 강탈산의 원소인 Ti[상기 요건 (d)], Al[상기 요건 (e)], Zr[상기 요건 (f)], Mg[상기 요건 (g)]에 대해 규정하고 있지만, 이들 원소가 상기 요건의 범위를 만족시지 않으면, 용접 금속에 있어서, 산화물로서 존재하는 Si(예를 들어, SiO₂ 외에, Si-Mn계 복합 산화물 등)가 증가하고 고용 Si가 감소하여, 잔류 오스테나이트의 개수 밀도나 체적 분율이 저하되고, 마찬가지로 내수소 취화 감수성이 저하된다.

또한, 고용 Si량을 확보한다는 관점에서 보면, 상기 (d)에서 규정하는 Ti량(전체 Ti량)은 많은 편이 좋지만, 상한값(4.5％)을 초과하면, 용접 금속에 있어서의 Ti량이 본 발명에서 규정하는 상한값(0.15％)을 초과하므로, 용접 재료 중의 Ti량의 바람직한 상한을 4.5％ 이하로 하였다.

동일한 관점에서 보면, 용접 재료 중의 Al량의 바람직한 상한은 0.70％ 이하이다. 또한, 용접 재료 중의 Zr량의 바람직한 상한은 0.10％ 이하이고, 용접 재료 중의 Mg량의 바람직한 상한은 0.70％ 이하이다.

또한, 상기 요건 (h)에서 규정하는 A값은 고용 Si량의 증감에 크게 관여하는 상기 Si, Ti, Al, Zr, Mg의 각 함유량에 기초하여 산출되는 것이지만, A값이 상기 범위(0.30 이상)를 하회하면, 용접 금속에 있어서, 산화물로서 존재하는 Si가 증가하고 고용 Si가 감소하여, 내수소 취화 감수성이 저하된다.

다음에, 상기 요건 (i)에 대해 설명한다. (Mn＋Ti)/Si의 비(B값)로 나타나는 상기 요건 (i)는 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도를 확보하기 위해 설정된 것이다. 상술한 바와 같이 본 발명의 용접 금속은 베이나이트를 주체로 하여, 잔류 오스테나이트를 소정량 포함하는 것이지만, 잔류 오스테나이트는 베이나이트 라스 사이에 생성되므로, 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도를 증가시키기 위해서는, 기지가 되는 베이나이트 조직의 미세화가 필요하다. 본 발명자들의 검토 결과에 따르면, 상기 B값이 상기 식 3의 관계[(Mn＋Ti)/Si의 비＞4.0]를 만족시키는 것은, Ti 함유 산화물(상세하게는, 적어도 Ti과 Mn을 포함하는 산화물)이 형성되고, 이 산화물을 기점으로 한 입내 변태에 의해, 베이나이트 조직이 미세화되는 것이 판명되었다.

또한 본 발명자들의 검토 결과에 따르면, 상술한 (Mn＋Ti)/Si의 비(B값)가 하기 식 4의 관계를 만족시킴으로써, 상기 Ti 함유 산화물이 용접 금속 중에 고밀도로 분산되게 되어, 베이나이트 조직이 한층 미세화되는 것도 판명되었다. 구체적으로는, 전술한 Ti 함유 산화물(20질량％ 이상의 Ti을 함유하는 산화물 입자이고, 원 상당 직경:0.15∼1.0㎛의 것)의 개수 밀도가 5000개/㎟ 이상으로 되어, 한층 양호한 내수소 취화 감수성이 발휘되게 되었다.

[식 4]

이와 같이 B값으로 나타나는 (Mn＋Ti)/Si의 비의 상승은 베이나이트 조직의 미세화→Ti-Mn계 산화물의 개수 밀도의 증가→잔류 오스테나이트의 개수 밀도의 증가를 초래하여, 결과적으로 내수소 취화 감수성의 향상에 기여하는 것이다.

또한, 용접 재료 중의 상기 이외의 성분(예를 들어, 용접 금속의 기본 성분인 C, Mn, Ni;선택 성분인 Mo, Cr, V, Nb, Cu, B)은 용접 금속에 있어서의 상기 성분의 범위가 소정 범위로 되도록 적절하게 제어되어 있으면 특별히 한정되지 않지만, 대략 이하와 같이 제어하는 것이 권장된다.

용접 재료 중의 C(바람직하게는 0.05∼0.13％), Mn(바람직하게는 1.6∼3.4％), Ni(바람직하게는 0.35∼3.2％), Mo(바람직하게는 0∼0.05％), Cr(바람직하게는 0∼1.7％), V(바람직하게는 0∼0.6％), Nb(바람직하게는 0∼0.12％), Cu(바람직하게는 0∼0.75％), B(바람직하게는 0∼0.005％)

또한, 용접 금속을 형성할 때의 가스 실드 아크 용접 조건은 이하와 같이 제어하는 것이 바람직하다.

우선 입열량은 2.5kJ/㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 입열량이 2.5kJ/㎜를 상회하면, 용접 시의 냉각 속도가 저하되어, 잔류 오스테나이트의 분해가 촉진된다. 그 결과, 소정의 잔류 오스테나이트(개수 밀도 및 체적 분율)를 얻을 수 없다. 입열량은 작을수록 좋고, 예를 들어 2.0kJ/㎜ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 입열량의 하한은 용접 시의 시공 효율 등을 고려하면, 대략 0.7kJ/㎜ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 실드 가스의 조성은 Ar 등의 불활성 가스를 포함하는 것(단일 가스)보다도, 예를 들어 CO₂와, Ar 등의 불활성 가스의 혼합 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 실드 가스의 조성에 의해 Ti 함유 산화물의 개수 밀도가 증가하여, 잔류 오스테나이트의 개수 밀도 향상에 유용한 베이나이트 조직의 미세화가 촉진되기 때문이다. 본 발명에 사용되는 대표적인 혼합 가스로서는, 예를 들어 후기하는 실시예에 기재된 혼합 가스(20체적％의 CO₂를 포함하고, 잔량부 Ar)를 들 수 있다.

또한, 본 발명에서는 플럭스 코드 와이어를 사용하여 용접을 행하지만, 와이어 중의 플럭스의 충전율은 가스 실드 아크 용접에 사용되는 것이면 특별히 한정되지 않고 통상 10∼20％ 정도이다.

실시예

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 취지는 아니고, 전ㆍ후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적절히 개변하여 실시하는 것도 가능하고, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[실시예 1]

하기 표 1A 및 표 1B에 나타내는 화학 성분 조성(질량％)의 플럭스 코드 와이어(용접 재료, 와이어 직경:1.2㎜, 플럭스 충전율:13.5％)를 사용하여, 다음의 수순으로 용접 금속을 작성하여 각종 성능(인장 강도, 수소 취화 감수성, 저온 인성)을 평가하였다. 표 1A 및 표 1B의 란에 있어서 「-」라 함은, 무첨가(함유하지 않음)를 의미한다. 또한 「기타」라 함은, 각 표에 기재된 원소를 제외한 잔량부 성분(철 및 불가피 불순물)이다.

[표 1A]

[표 1B]

[용접 금속의 제작]

모재 강판으로서, SM490A 강판(판 두께 20㎜)을 도 1에 도시하는 개선 형상으로 가공한 것을 준비하고, 상기 표 1A 및 표 1B에 나타내는 용접 재료를 사용하여 하기 조건으로 가스 실드 아크 용접을 행하였다.

(용접 조건)

실드 가스:20체적％ CO₂-80체적％ Ar 혼합 가스

전류-전압-용접 속도:270∼280A-29V-3.0∼8.0㎜/초

입열 조건:

(I) 1.0kJ/㎜(280A-29V-8.0㎜/초)

(Ⅱ) 1.74kJ/㎜(270A-29V-4.5㎜/초)

(Ⅲ) 2.37kJ/㎜(270A-29V-3.3㎜/초)

(Ⅳ) 2.61kJ/㎜(270A-29V-3.0㎜/초)

예열-패스간 온도:105∼150℃

적층법:3층 13패스

제작한 용접 금속의 최종 패스로부터, 직경:5㎜의 환봉 시험편을 채취하여(채취 위치를 도 2에 도시한다:원질부에 상당), 재열 사이클을 모의한 열 사이클을 부여하였다. 이때의 재열 사이클을 모의한 열 사이클(시간과 온도의 관계)을 도 3에 도시한다. 또한, 제작한 각 용접 금속의 화학 성분 조성(질량％, 잔량부는 철 및 표에 기재된 원소 이외의 불가피 불순물)을 표 2A 및 표 2B에 나타낸다. 각 원소의 란에 있어서 「＜」라 함은, 불가피 불순물량(불순물 레벨 미만)인 것을 의미한다. 이들 표에는 각 용접 금속의 제작에 사용한 용접 재료(표 1A 및 표 1B를 참조)의 종류 및 상기 입열 조건의 종류를 병기한다.

[표 2A]

[표 2B]

다음에, 상기 열 사이클 부여 후의 시험편으로부터, 인장 시험용 시험편 및 수소 흡장량을 측정하기 위한 소형 시험편(수소 흡장량 측정용 소형 시험편)을 채취하였다. 인장 시험편의 형상을 도 4에, 수소 흡장량 측정용 소형 시험편의 형상을 도 5에, 각각 나타낸다. 이들 시험편을 사용하여, 각 특성을 하기의 방법에 의해 평가함과 함께, Ti 함유 산화물의 개수 밀도, 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도, 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율을 이하와 같이 하여 측정하였다.

또한, 내수소 취화 감수성의 평가에 있어서는, 상기 도 5의 소형 시험편을 사용하는 것 외에, 후기하는 도 6의 대형 시험편도 사용하여 평가하였다(후자에 대해서는 이후에 설명함). 어떤 시험편을 사용한 경우라도, SSRT법에 의해 내수소 취화 감수성을 평가하였다. SSRT법에 따르면, 시험 환경에 의하지 않고 단시간에 지연파괴 감수성을 측정할 수 있어, 보다 낮은 흡장 수소량에서의 고감도의 평가가 가능하기 때문이다.

[소형 시험편을 사용한 수소 취화 감수성의 평가]

상기 도 5의 수소 흡장량 측정용 소형 시험편을 사용하여, 확산성 수소량＝1.5∼3.0ppm이 되는 수소 차지 조건을 선정하였다. 이때의 차지 조건은 하기와 같다.

수용액:(0.5mol/L 또는 2.5mol/L의 H₂SO₄)＋(1g/L－KSCN), (30g/L－NaCl)＋(1g/L－KSCN)

전류 밀도:0.1A/dm², 1.0A/dm², 5.0A/dm²

차지 시간:24시간

또한, 확산성 수소량은 사중극 질량 분석계를 내장한 승온 탈리 분석 장치(니치덴아네르바제)를 사용하여, 승온 속도:12℃/분으로 300℃까지 방출되는 수소량으로 하였다.

상기 조건 하에서, 상기의 소형 시험편에 수소 차지를 행한 후, 수소 도산을 방지하기 위한 아연 도금을 하기의 요령으로 실시하였다.

수용액:(350g/L－ZnSO₄ㆍ7H₂O)＋[20.6g/L－H₂SO₄(97％)]＋(60g/L－Na₂SO₄)

욕온:60℃

전류 밀도:50A/dm²

도금 시간:3분

다음에, 크로스 헤드 속도:5.0×10^-3㎜/분(변형 속도:6.94×10^-6/초)으로 SSRT 시험을 실시하여, 비수소 차지재의 파단 연신율을 E₀, 수소 차지재의 파단 연신율을 E_h로 했을 때에, 하기 식 5에 의해 산출되는 수소 취화 감수성 지수 S(％)가 60％ 미만인 것을, 소형 시험편에서의 내수소 취화 감수성이 우수하다고 평가하였다.

[식 5]

[인장 강도 TS의 평가]

판 두께:20㎜의 SM490A 강판에 20° V자 개선을 실시하여, 상기 표 1A 및 표 1B에 나타내는 용접 재료를 사용하여 하기 조건으로 가스 실드 아크 용접을 행하였다.

(용접 조건)

실드 가스:20체적％ CO₂-80체적％ Ar 혼합 가스

전류-전압-용접 속도:270A-29V-4.5㎜/초

입열량:1.74kJ/㎜[상기 (Ⅱ)의 조건]

예열-패스간 온도:105∼150℃

적층법:8층 17패스

이와 같이 하여 제작한 용접 금속에 대해, JIS-Z2202에 준거한 도 4에 도시하는 인장 시험편을 채취하여 인장 시험을 행하였다. 본 실시예에서는 인장 강도 TS＞780㎫의 것을 합격으로 하였다.

[저온 인성의 측정]

인장 강도 측정용으로 제작한 용접 금속의 판 두께 중앙부로부터, 용접선 방향에 수직으로 샤르피 충격 시험편(JIS Z31114호 시험 V노치 시험편)을 채취하고, JIS Z 2242의 요령으로, －40℃에서의 충격 흡수 에너지 vE_-40을 측정하였다. 3회의 측정의 평균값이 85J을 초과하는 것을 저온 인성이 우수하다고 평가하였다.

[Ti 함유 산화물 입자의 개수 밀도의 측정]

Ti 함유 산화물(상세하게는, 20질량％ 이상의 Ti을 함유하는 산화물 입자이며, 원 상당 직경:0.15∼1.0㎛의 산화물)의 개수 밀도는 하기의 방법으로 측정하였다.

상기의 SSRT 시험용으로 제작한 용접 금속(상기 「용접 금속의 제작」의 란을 참조)의 최종 패스로부터, 직경:5㎜의 환봉 시험편을 채취하고, 둥글게 컷팅한 단면을 경면 연마한 후, 광학 현미경으로 1000배의 화상을 2시야 촬영하였다. 화상 해석 소프트(「Image-Pro Plus」 Media Cybernetics사제)에 의해, 원 상당 직경:0.15∼1.0㎛의 산화물 입자를 선정함과 함께, 촬영한 산화물 중앙부의 조성을 SEMEDS(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)로 분석하였다. 검출된 원소 중, Ti의 분석값(질량％)을 Si, S, Ti, Mn, Al, Zr, Mg의 분석값(질량％)의 합계로 규격화함으로써, 산화물 입자에 포함되는 Ti 농도(질량％)를 산출하고, 20질량％ 이상의 Ti을 함유하는 산화물 입자이며, 원 상당 직경이 0.15∼1.0㎛인 Ti 함유 산화물의 개수 밀도를 산출하였다. 또한, Mn은 대부분의 산화물에 포함되므로, 상기 방법으로 동정되는 Ti 함유 산화물은, 또한 Mn을 포함하는 것이다.

[잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도의 측정]

상술한 Ti 함유 산화물 입자의 개수 밀도를 측정한 샘플을, 레펠라 시약으로 부식시키고, 광학 현미경으로 1000배의 화상을 2시야 촬영하였다. 잔류 오스테나이트의 백색 부식 콘트라스트를, 화상 해석 소프트(상기와 동일함)에 의해 해석하고, 원 상당 직경으로 하여 0.15㎛를 초과하는 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도를 산출하였다.

[잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율의 측정]

상술한 Ti 함유 산화물 입자의 개수 밀도를 측정한 샘플에 대해, 그 표면을 전해 연마하여, 리가쿠사제의 이차원 미소부 X선 회절 장치(「RINT-RAPIDII」)로 X선 회절 측정을 실시하였다. 페라이트상의 (110), (200), (211), (220)의 각 격자면의 피크 및 잔류 오스테나이트상의 (111), (200), (220), (311)의 각 격자면의 피크에 대해, 각 피크의 적분 강도비에 기초하여, 잔류 오스테나이트상의 (111), (200), (220), (311)의 체적 분율을 각각 산출하여, 이들 평균값을 구하고, 이를 「잔류 오스테나이트의 체적 분율」로 하였다.

또한 본 실시예에서는, 도 6의 대형 시험편에서의 내수소 취화 감수성을 이하와 같이 하여 평가하였다.

[대형 시험편을 사용한 수소 취화 감수성의 평가]

모재 강판으로서, SM490A 강판(판 두께 25㎜)에 도 6의 (a)에 도시하는 개선 형상을 실시한 것을 준비하고, 상기 표 1A 및 표 1B에 나타내는 용접 재료를 사용하여 하기의 조건으로 가스 실드 아크 용접을 행하였다.

(용접 조건)

실드 가스:20체적％ CO₂-80체적％ Ar 혼합 가스

전류-전압-용접 속도:280A-29V-8.0㎜/초

입열 조건:

(I) 1.0kJ/㎜(280A-29V-8.0㎜/초)

예열-패스간 온도:50℃

적층법:8층 16패스

이와 같이 하여 제작한 용접 금속에 대해, 도 6의 (a)의 둥근 프레임 부분으로부터 용접 방향에 평행하게, 도 6의 (b)에 도시하는 대형 시험편을 채취하고, 하기 조건으로 수소 차지를 행하였다.

(수소 차지 조건)

수용액:(30g/L－NaCl)＋(1g/L－KSCN)

전류 밀도:0.1A/dm²

차지 시간:100시간

상기 조건 하에서, 인장 시험편에 수소 차지를 행한 후, 수소 도산을 방지하기 위한 아연 도금을 실시하였다. 이때의 도금 조건은 전술한 소형 시험편을 사용했을 때의 도금 조건과 동일하다.

다음에, 크로스 헤드 속도:3.0×10^-2㎜/분(변형 속도:6.94×10^-6/초)으로 SSRT 시험을 실시하여, 수소 차지재의 파단 연신율이 2.0％를 초과하는 것을, 대형 시험편에서의 내수소 취화 감수성이 우수하다고 평가하였다.

이들 결과를 표 3A 및 표 3B에 정리하여 나타낸다.

[표 3A]

[표 3B]

이들 결과로부터, 이하와 같이 고찰할 수 있다.

우선 표 3A의 No.1∼31은 본 발명에서 규정하는 요건을 만족시키는 예이고, 780㎫ 초과의 고강도라도, 소형 시험편 및 대형 시험편에서의 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속이 얻어졌다. 상세하게는, 표 1A에 나타내는 적절한 용접 재료를 사용하여, 적절한 입열 조건[(I)∼(Ⅲ)]으로 용접을 행하였으므로, 용접 금속의 화학 성분 조성 및 β값(이상, 표 2A를 참조), 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도 및 체적 분율(이상, 표 3A를 참조)이 모두 적절하게 제어된 결과, 원하는 특성을 겸비한 용접 금속이 얻어졌다.

상기 중, 특히 Ti 함유 산화물 입자의 개수 밀도가 5000개/㎟ 이상인 것(No.2, 3, 7∼14, 16, 17, 19∼31)은 B값(표 1A를 참조)이 적절하게 제어된 용접 재료를 사용하였으므로, 소형 시험편 및 대형 시험편에서의 내수소 취화 감수성이 보다 향상되는 경향이 보였다.

또한, 상기 예 중, No.7∼11, 13, 14, 17, 20, 22, 24∼31은 용접 금속 중의 Si량, Ni량 및 α값(표 2A를 참조)이 모두 적절하게 제어되어 있으므로, 양호한 저온 인성(vE_-40＞85J)을 갖고 있었다.

이에 대해, 표 3B의 No.32∼56은 본 발명에서 규정하는 어느 하나의 요건을 벗어난 예이고, 원하는 특성이 얻어지지 않았다.

우선 No.32는 적절한 용접 재료 F1을 사용하였지만, 입열량이 많은 입열 조건(Ⅳ)으로 용접한 예이다. 그 결과, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도 및 체적 분율이 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한, 저온 인성의 지표인 Si량이 적절하지 않으므로, 원하는 저온 인성이 얻어지지 않았다.

No.33은 용접 재료로서, Si량(전체 Si량)이 적고, 금속으로서 존재하는 Si량이 적고, A값이 벗어나는 용접 재료 F32를 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율이 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한, 고강도의 지표인 β값이 작으므로, 강도가 저하되었다. 또한, 저온 인성의 지표인 α값이 작으므로, 원하는 저온 인성이 얻어지지 않았다.

No.34는 용접 재료로서, Si량(전체 Si량)이 많고, B값이 벗어나는 용접 재료 F33을 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속의 Si량이 많아지고, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도가 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한, 저온 인성의 지표인 Si량이 적절하지 않으므로, 원하는 저온 인성이 얻어지지 않았다.

No.35는 용접 재료로서, Ti량(전체 Ti량)이 적은 용접 재료 F34를 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속의 Ti량이 적고, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도 및 체적 분율이 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.36은 용접 재료로서, Ti량(전체 Ti량)이 많은 용접 재료 F35를 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속의 Ti량이 많아져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한, 저온 인성의 지표인 Ni량이 적절하지 않으므로, 원하는 저온 인성이 얻어지지 않았다.

No.37은 용접 재료로서, Al량(전체 Al량)이 적은 용접 재료 F36을 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도 및 체적 분율이 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한, 저온 인성의 지표인 α값이 적절하지 않으므로, 원하는 저온 인성이 얻어지지 않았다.

No.38은 용접 재료로서, Zr량(전체 Zr량)이 적은 용접 재료 F37을 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율이 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.39는 용접 재료로서, Mg량(전체 Mg량)이 적은 용접 재료 F38을 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속의 Ni량이 적고, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도 및 체적 분율이 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한, 용접 금속의 Ni량이 적으므로, 강도가 저하되었다. 또한, 저온 인성의 지표인 Ni량이 적절하지 않으므로, 원하는 저온 인성이 얻어지지 않았다.

No.40은 용접 재료로서, Mo량(전체 Mo량)이 많은 용접 재료 F39를 사용한 예이다. 그 결과, 대형 시험편의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.41은 용접 재료로서, 금속으로서 존재하는 Si량이 적은 용접 재료 F40을 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속의 C량이 적고, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율이 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한, 고강도의 지표인 β값이 작으므로, 강도가 저하되었다.

No.42는 SiO₂량이 많은 용접 재료 F41을 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율이 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한 고강도의 지표인 β값이 작으므로, 강도가 저하되었다. 또한, 저온 인성의 지표인 α값이 적절하지 않으므로, 원하는 저온 인성이 얻어지지 않았다.

No.43은 용접 재료로서, A값이 적절하지 않은 용접 재료 F42를 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속의 Mn량이 적고, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율이 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한 고강도의 지표인 β값이 작으므로, 강도가 저하되었다.

No.44는 용접 재료로서, A값이 적절하지 않고, 금속으로서 존재하는 Si량이 적은 용접 재료 F43을 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속의 C량이 많고, Si량이 적고, O량이 많고, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율이 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.45는 용접 재료로서, B값이 적절하지 않은 용접 재료 F44를 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도가 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.46은 용접 재료 F45를 사용한 예이지만, 용접 금속의 Mn량이 많아져, 강도가 과대해졌으므로, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.47은 용접 재료 F46을 사용한 예이지만, 용접 금속의 Ni량이 많아져, 강도가 과대해졌으므로, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한, 저온 인성의 지표인 Ni량이 적절하지 않으므로, 원하는 저온 인성이 얻어지지 않았다.

No.48은 용접 재료 F47을 사용한 예이지만, 용접 금속의 N량이 많아져, 강도가 과대해졌으므로, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다. 또한, 저온 인성의 지표인 α값이 적절하지 않으므로, 원하는 저온 인성이 얻어지지 않았다.

No.49는 용접 재료로서, Mo량이 많은 용접 재료 F48을 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속의 Mo량이 많아져, 대형 시험편의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.50은 용접 재료 F49를 사용한 예이지만, 용접 금속의 Cr량이 많아져, 강도가 과대해졌으므로, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.51은 용접 재료 F50을 사용한 예이지만, 용접 금속의 V량이 많아져, 강도가 과대해졌으므로, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.52는 용접 재료 F51을 사용한 예이지만, 용접 금속의 Nb량이 많아져, 강도가 과대해졌으므로, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.53은 용접 재료 F52를 사용한 예이지만, 용접 금속의 Mo량 및 Cu량이 많아져, 강도가 과대해졌으므로, 소형 시험편 및 대형 시험편 중 어느 하나의 내수소 취화 감수성도 저하되었다.

No.54는 용접 재료 F53을 사용한 예이지만, 용접 금속의 Al량이 많아졌다. 또한, 용접 금속 중에, 강탈산 원소인 Al이 많아지면, 용접 금속의 산소 농도가 저하되게 되어, 용접 금속의 O량도 적어졌다. 그로 인해, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도가 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

No.55는 Zr량의 바람직한 상한을 초과하는 용접 재료 F54를 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속의 Zr량이 많고, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도가 적어져, 소형 시험편 및 대형 시험편 중 어느 하나의 내수소 취화 감수성도 저하되었다. 또한, 저온 인성의 지표인 Si량 및 Ni량이 적절하지 않으므로, 원하는 저온 인성이 얻어지지 않았다.

No.56은 B량의 바람직한 상한을 초과하는 용접 재료 F55를 사용한 예이다. 그 결과, 용접 금속의 B량이 많아져, 소형 시험편 및 대형 시험편 모두의 내수소 취화 감수성이 저하되었다.

본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변형이나 수정을 추가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

본 출원은 2012년 2월 27일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2012-040603)에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 용접 금속은 내수소 취화 감수성이나 저온 인성이 우수해, 해양 구조물 등에 적합하다.

Claims

플럭스 코드 와이어를 사용하여, 가스 실드 아크 용접에 의해 형성되는 용접 금속이며,
C:0.02∼0.12％(「질량％」의 의미. 화학 성분 조성에 대해, 이하 동일함),
Si:0.10∼2.00％,
Mn:0.90∼2.5％,
Ni:0.20∼3.5％,
Ti:0.040∼0.15％,
N:0.015％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및
O:0.030∼0.10％를 각각 함유하고,
잔량부가 철 및 불가피적 불순물을 포함하고,
잔류 오스테나이트 입자가 2500개/㎟ 이상 존재함과 함께, 잔류 오스테나이트 입자의 체적 분율이 4.0％ 이상이고, 또한,
하기 식 1로 나타나는 β값이 75 이상인 것을 특징으로 하는, 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속.
[식 1]

단, [C], [Si], [Mn], [Ni] 및 [Mo]은 각각 C, Si, Mn, Ni 및 Mo의 함유량(질량％)을 의미한다.
제1항에 있어서, Mo이 0.05％ 미만으로 제어된 것인, 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속.
제1항 또는 제2항에 있어서, Si:0.10∼0.5％ 및 Ni:1.0∼2.0％를 각각 만족시킴과 함께,
하기 식 2로 규정되는 α값이 3.2 이상인, 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속.
[식 2]

단, [Mn], [Ni], [Mo], [Ti] 및 [O]는 각각 Mn, Ni, Mo, Ti 및 O의 함유량(질량％)을 의미한다.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 20질량％ 이상의 Ti을 함유하는 산화물 입자이고, 원 상당 직경:0.15∼1.0㎛의 것이 5000개/㎟ 이상 존재하는 것인, 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, Cr:2.0％ 이하(0％를 포함하지 않음), V:0.60％ 이하(0％를 포함하지 않음), Nb:0.15％ 이하(0％를 포함하지 않음), Cu:1.0％ 이하(0％를 포함하지 않음), Al:0.020％ 이하(0％를 포함하지 않음), Zr:0.10％ 이하(0％를 포함하지 않음) 및 B:0.0050％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 더 함유하는 것인, 내수소 취화 감수성이 우수한 용접 금속.