KR20150074934A

KR20150074934A - 내열강용 용접재료

Info

Publication number: KR20150074934A
Application number: KR1020130163190A
Authority: KR
Inventors: 한일욱; 김정길; 이봉근; 이상철
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2015-07-02
Also published as: US20160318133A1; KR101568515B1; CN105848819B; JP2017507027A; CN105848819A; WO2015099218A1; DE112013007705T5

Abstract

본 발명은 내열강의 용접부에서 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있는 내열강용 용접재료에 관한 것이다.

Description

내열강용 용접재료{WELDING MATERIAL FOR HEAT RESISTANT STEEL}

본 발명은 용접재료에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 고온에 사용되는 내열강재의 용접에 이용되는 용접재료에 관한 것이다.

원자로, 발전소 튜브, 고로, 유동로, 소둔로 등 고온 환경에서 사용되는 내열강은 높은 고온강도와 내균열성이 요구된다. 한편, 상기 내열강은 용접에 의해 구조물로 제조되므로, 용접부에서도 높은 고온강와 내균열성이 요구된다.

현재, 이러한 내열강소재로 오스테나이트계 스테인리스강, Ni, Co기의 초내열합금 등이 사용되고 왔으나, Ni, Co기 초내열합금은 강재 및 용접재료 모두 고가의 고합금계 소재이고, 용접성도 텅스텐 아크용접(GTAW)으로 생산성이 매우 낮아 그 사용이 매우 제한적인 것에 반해, 오스테나이트계 스테인리스강은 경제성과 용접성을 고려해 생산성이 높은 플럭스 코어드 아크용접(FCAW)등 모든 종류의 용접이 가능하고 가격도 상대적으로 저렴해 1980년대 이후 그 적용이 증가해 왔다.

특히, 원자로, 발전소 튜브, 고로, 유동로, 소둔로와 같이 고온의 가혹한 부식 및 작업 환경하에서는 오스테나이트계 스테인리스강(STS 300계 강)중 고온부식성과 고온강도 및 인성이 가장 우수한 완전 오스테나이트(Fully Austenite) 스테인리스강이 주로 적용되어 오고 있다. 이러한, 완전 오스테나이트계 스테인리스강 용접에는 대부분 완전 오스테나이트계 스테인리스 용접재료(STS 310계열의 용접재료)가 사용되고 있다.

그러나, 상기 STS 310계열의 용접재료를 이용하여 형성된 용접부에서 균열이 쉽게 발생하는 문제가 있다. 이는 상기 STS 310계열의 용접재료가 모재와 동일하게 완전 오스테나이트계 응고조직을 가지는 단상 응고로 높은 Ni과 Cr을 함유하고 있고 열팽창계수도 높은 반면, 용접부에 P와 S에 대한 고용도가 높아 고온균열 저감에 효과적인 δ-페라이트 조직을 전혀 가지지 못하고 단상으로 응고함에 따라 용접부가 응고 중 발생하는 고온균열이 쉽게 발생하는 것으로 알려져 있다.

오스테나이트계 용접재료를 이용한 용접에서 P와 S는 Fe₃P 나 FeS등 저융점 공정 화합물을 형성해 응고 중 입계 등에 편석해 액상으로 존재하여 쉽게 고온균열을 일으키게 된다. 현재 시판중인 STS 310계열의 용접재료의 경우, 그 제조 방법과 조성적인 특성으로 P와 S의 함량이 높은 수준인 200~300ppm 정도 함유하고 있다. 내열강소재로 가장 널리 사용되는 STS 300계 내열강의 용접에 널리 사용되는 STS 310계 상용 용접재료의 경우 완전 오스테나이트계로 δ-페라이트 함량이 “0”이고 용접중 모재와 용접금속이 함유한 P와 S가 모두 용접금속의 결정립계에 편석되어, 용접부의 크랙을 발생시키는 요인이 되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 상기 STS 304L 또는 316L 등의 STS 300계열을 강재 외피로 하고, 내부에 플럭스를 충진한 플럭스 코어드 용접재료가 등장하게 되었다(특허문헌 1). 상기 특허문헌 1은 상기 STS 300계 스테인리스강을 외피로 하고, 플럭스에 REM이나 Ca 등의 성분을 이용하여 P와 S에 의한 균열 발생을 억제하고자 하였다. 그러나, 상기 특허문헌 1에서도 P 및 S의 함량이 높아 용접부의 크랙 발생 문제를 완전히 해결하지는 못하고 있다.

따라서, 내열강의 용접부에 크랙이 발생하는 것을 억제하기 위한 용접재료의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

한국 등록특허 제1118904호

본 발명의 일측면은 내열강의 용접부에서 균열이 발생하는 것을 억제할 수 있는 내열강용 용접재료를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 태양은 플럭스 및 상기 플럭스를 둘러싸는 외피를 포함하는 내열강용 용접재료이고,

상기 용접재료는 중량%로 C: 0.03~0.3%, Mn: 0.5~3.0%, Si: 0.1~2.0%, P: 0.01%이하, S: 0.01%이하, Ni: 20~40%, Cr: 15~35%, TiO₂: 3~7%, SiO₂: 0.5~2.5%, ZrO₂: 0.5~2.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,

상기 외피는 30~50%의 Ni을 포함하는 Ni-Fe계 합금인 것을 특징으로 하는 내열강용 용접재료를 제공한다.

본 발명에 의하면, 고온 환경하에서 사용되는 고로, 유동로, 원자로, 발전기 등의 내열강에 크랙이 발생하지 않는 용접부 형성이 가능하다. 따라서, 안전성 및 활용도가 매우 높을 것으로 예상된다.

또한, 본 발명의 용접재료를 이용하여 형성된 용접부는 완전 오스테나이트계로 저온인성이 뛰어나므로, 극저온 특성이 요구되는 LNG 저온탱크 등의 용접시 균열이 없는 용접부를 얻을 수 있으므로, 정유, 배관, 건설, 조선, 해양 등의 기술분야에 널리 사용되고 있는 일반 오스테나이트계 후판 구조용으로도 적용될 수 있을 것으로 예상된다.

이하, 본 발명의 용접재료 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 용접재료는 플럭스와 상기 플럭스를 둘러싸는 외피로 이루어진 플럭스 코어드 용접재료이다.

본 발명의 용접재료는 상기 플럭스와 외피를 포함한 전체의 중량%로, C: 0.03~0.3%, Mn: 0.5~3.0%, Si: 0.1~2.0%, P: 0.01%이하, S: 0.01%이하, Ni: 20~40%, Cr: 15~35%, TiO₂: 3~7%, SiO₂: 0.5~2.5%, ZrO₂: 0.5~2.5%을 포함한다.

C는 오스테나이트 형성원소이고 강도 향상원소로써, 0.03% 미만에서는 고온강도 확보가 어려우며, 0.3%를 초과하게 되면, 용접 중 공정 화합물을 과다하게 형성해 고온균열과 용접 퓸(Fume) 및 스패터 발생을 조장하게 되므로 0.03~0.3%로 관리하는 것이 바람직하다.

Mn은 용접중 산소, 황과 반응해 탈산, 탈황을 수행하는 역할을 하므로 0.5% 이상 함유시켜 주어야 하며 3%를 초과하여 첨가시 용융금속의 유동성 감소로 용입 감소 및 아크 불안정이 발생하므로 0.5~3.0%로 관리하는 것이 바람직하다.

Si는 용접시 Mn가 함께 복합 탈산 효과를 극대화하기 위해 0.1% 이상 포함시키는 것이 바람직하며, 2.0%를 초과하여 첨가하게 되면 공정화합물이 과다하게 석출되어 내균열성이 저하하므로, 그 함량은 0.1~2.0%로 관리하는 것이 바람직하다.

P와 S는 미량 첨가에 의해서도 저융점화합물을 쉽게 생성하여 재료의 융점을 저하시켜 고온 균열 감수성이 증가하므로, 가급적 포함되지 않는 것이 바람직하며, 불가피하게 포함되는 경우에는 각각 0.01%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

Ni은 오스테나이트 형성원소로 완전 오스테나이트 조직을 형성하고, 내고온산화성 및 고온강도와 인성 확보를 위해 20% 이상 첨가하는 것이 바람직하며, 40%를 초과하는 경우에는 용접부의 점도가 과도하게 증가하여 기공 및 용입 부족이 발생하게 되므로 40%이하로 하는 것이 바람직하다.

Cr은 페라이트 형성원소이지만 내 고온강도 확보를 위해 15% 이상 포함되는것이 바람직하며, 그 함량이 35%를 초과하여 함유되면 고온에서 페라이트 형성 및 크롬탄화물 형성으로 인성이 저하하므로 15~35%로 관리하는 것이 바람직하다.

TiO₂는 아크 안정 및 슬라그 형성 원소로 3% 미만에서는 아크가 불안정하고 특히, 슬라그량이 너무 적어 용접금속을 완전히 도포하지 못하게 되어 비드가 거칠어지게 되며, 7%를 초과하게 되면, 스트립내로 성분 첨가가 제한되게 되며 슬라그량도 과다하게 되므로 3~7%로 관리하는 것이 바람직하다.

SiO₂는 슬라그 점도 향상 원소로 0.5% 미만에서는 그 효과가 미미하며 2.5%를 초과하게 되면, 점도가 과도하게 상승하여 개재물 잔류 등 결함이 발생하므로 0.5~2.5%로 관리하는 것이 바람직하다.

ZrO₂는 고온 융점이 높아 슬라그(Slag)의 융점을 높여 주는 원소로, 이를 위해서는 0.5% 이상 포함되는 것이 바람직하며, 그 함량이 2.5%를 초과하는 경우에는 아크에 미융융 스파이크를 형성하므로, 0.5~2.5%로 관리하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 용접재료는 상기 P 및 S의 함량의 합을 0.012% 이하로 관린하는 것이 바람직하다. 상기 P와 S의 함량이 증가함에 따라 용접부에서의 응고 균열 감수성이 증가하므로, 이들은 가능한 억제되어야 한다. 따라서, 모재 성분 및 용접부에서의 모재와 용접재료의 희석량을 고려하여, 상기 P와 S의 합은 0.012%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

추가적으로, 본 발명의 용접재료는 Mo: 2.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Al: 0.5% 이하 및 Mg: 0.5% 이하로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

Mo는 고온강도와 내산화성 향상을 위해서 추가될 수 있은 원소이나, 2.0%를 초과하게 되면, 연성의 저하가 우려되므로, 2.0%를 넘지 않는 것이 바람직하다.

Cu는 고온 내산화성을 향상시키기 위해 1.0% 이하로 포함될 수 있다.

Al과 Mg는 용접금속의 탈산과 탈황 및 조직 미세회를 위해 포함될 수 있으나, 그 함량이 각각 0.5%를 초과하게 되면, 용접금속의 표면장력이 상승하고 스패터가 과다하게 발생하므로, 0.5% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 용접재료는 추가적으로, Ti: 0.5% 이하, F: 0.5% 이하, Na₂O: 0.25% 이하, K₂O: 0.3% 이하, Al₂O₃: 0.5% 이하, MnO:0.5% 이하 및 MgO: 0.5% 이하로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

Ti은 아크안정성 확보와 입계부식을 방지하기 위해 첨가할 수 있으나 0.5%를 초과할 경우, 탄,질화물을 용접부에 생성시켜 인성을 저하시키므로, 0.5% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

F는 용접 슬라그(Slag)의 퍼짐성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있지만, 0.5%를 초과하여 과도하면 점도가 너무 낮아 용접비드 형상을 열악하게 만들 수 있으므로, 0.5%이하로 관리하는 것이 바람직하다.

Na₂O와 K₂O는 알카리족 산화물로 이온화가 용이하고 슬라그의 유동성을 향상 시킬 목적으로 첨가될 수 있지만, Na₂O의 경우 0.25%, K₂O는 0.3%를 초과하게 되면, 용접 퓸(fume)이 과다하게 발생할 수 있다.

Al₂O₃, MnO, MgO는 용접 슬라그의 점도를 제어해 양호한 비드형성과 용탕보호를 목적으로 첨가될 수 있으나, 0.5%이하로 관리하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명 용접재료의 외피에 대해 상세히 설명한다.

상기 외피는 30~50%의 Ni을 포함하는 Ni-Fe계 합금인 것이 바람직하다. 본 발명은 고내식, 고온내식, 고온강도, 고인성을 가지면서, 고온 균열 저항성이 우수한 고합금계 스테인리스강용 용접재료를 제조하기 위해, 용접재료의 외피성분에서 P와 S의 함유량이 매우 낮고, 내열계 합금성분 중 Ni 함량이 높은 고합금의 외피소재인 Ni-Fe계 합금을 적용하는 것이 바람직하다.

외피에서 고Ni을 함유함으로써, Cr을 가급적 제거하여 P에 대한 고용도를 최소하여 용접부에서의 P 함량을 최소화할 수 있고, Cr 화합물 등 석출강화 요인이 없어 소재 자체의 전연성과 가공성이 뛰어나 고Ni을 함유한 내열강용 용접재료를 제조할 수 있다.

본 발명에서 상기 Ni-Fe 합금의 일예로는 36%Ni-Fe의 인바(Invar)합금이 사용될 수 있다.

이하, 본 발명 용접재료의 플럭스에 대해 상세히 설명한다.

상기 플럭스는 자체 중량%로, C: 0.1~2.0%, Mn: 2.0~10.0%, Si: 0.5~8.0%, P: 0.01% 이하, S: 0.01%이하, Cr: 40~80%, Mo: 0.1~8.0%, TiO₂: 7~25%, SiO₂: 2~10%, ZrO₂: 1~10%을 포함한다.

C는 오스테나이트 조직안정성과 강도 향상원소로 0.1% 미만에서는 내열 고온 강도확보가 어려우며, 2.0%를 초과하여 함유되면 용접 중 과다하게 퓸(Fume) 및 스패터가 발생되므로 첨가량을 0.1~2.0%로 관리하는 것이 바람직하다.

Mn은 용접중 산소와 황과 반응해 탈산, 탈황으로 슬라그(slag)화되어 회수율이 감소하므로 이를 고려해 2.0% 이상 함유시켜 주어야 하며, 10.0%를 초과하여 첨가시에는 퓸(fume)증가와 용융금속의 유동성이 급격히 감소하므로 첨가량 2.0~10.0%로 관리하는 것이 바람직하다.

Si는 용접시 Mn과 함께 복합 탈산하여 슬라그로 이행되므로 이를 고려해 0.5% 이상 함유되는 것이 바람직하며, 8% 초과 첨가하게 되면 내균열성이 저하하므로 첨가량을 8% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

P와 S는 플럭스에 불순물로 함유되므로 이들 불순물이 플럭스 전체 중량에서를 0.01%이하가 되도록 제어해 사용해야 한다. 플럭스에서 0.01% 초과하여 함유한 경우 외피 함유 P,S와 용접시 모재에서 희석되어 들어온 P와 S에 의해 고온균열 감수성이 증가하므로 함유량은 중량비로 0.01% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

Cr은 내부식, 고온부식 및 고온강도를 향상시키고 조직적으로 페라이트를 안정화시키는 스테인리스강 및 용접재료에 있어서는 필수적인 원소로 Fe-Ni계 합금 외피를 적용시 20% 이상을 포함되는 것이 바람직하나, 80% 초과 첨가시에는 C, Mn, Si, TiO₂ 등 전자세용 플럭스코어드와이어의 기본 플럭스 성분들의 첨가가 불가능하게 되므로 80%이하로 관리하는 것이 바람직하다.

Mo은 고온강도 및 내산화성 향상을 위해 0.1% 이상 첨가되며, 8.0% 초과 첨가시 연성저하가 나타나고 충진량이 과다하여 생산시 와이어 단절이 과다하게 발생되므로 첨가량을 8.0% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

TiO₂는 아크 안정 및 슬라그 형성에 필수적인 플럭스 성분으로 7% 미만에서는 아크가 불안정하고, 특히 슬라그량이 너무 적어 용접금속을 완전히 도포하지 못하게 되어 비드가 거칠어지게 되나, 플럭스 중 그 함량이 25% 초과하게 되면 스트립내로 C, Cr, Si, Mn 등 기본성분 첨가가 제한되고 슬라그량도 과다하게 되어 용접성이 저하하게 되므로 25%이하로 관리하는 것이 바람직하다.

SiO₂는 슬라그 점도를 향상시키는 플럭스 성분으로 2% 미만서는 TiO₂가 주 슬라그인 용접재료에서는 점도 향상 효과가 미미하며, 10% 초과 첨가시 점도가 과도하게 상승하여 개재물 잔류 등 결함과 용착금속의 Si함량을 증가시켜 균열우려가 증가하므로 10%이하로 관리하는 것이 바람직하다.

ZrO₂는 고온 융점이 높아 슬라그의 융점을 높여 주는 플럭스 성분으로, 이를 위해서는 1% 이상 포함되는 것이 바람직하지만, 10% 초과 첨가시 아크에 미융융 스파이크를 형성하므로 10%이하로 관리하는 것이 바람직하다.

추가적으로 상기 플럭스는 Ni: 8% 이하, Cu: 8% 이하, Al: 3.5%이하, Mg: 2.5%이하, Ti: 3.0% 이하 및 F: 8.0% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

Ni은 오스테나이트 조직 안정 및 내고온부식, 고온강도, 인성을 향상시키는 내열합금의 주요성분으로 Fe-Ni계 외피 합금에 기본적으로 충분히 함유되어 있지만 추가적인 고온부식 및 고온강도와 인성 확보가 필요한 경우 첨가할 수 있지만, 타 원소의 첨가를 고려하여, 8% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Cu는 고온 내산화성을 확보와 C의 고용도 향상을 위해 첨가될 수 있으나, 8% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Al과 Mg은 용접금속의 탈산 및 탈황과 조직 미세화를 위해 첨가할 수 있지만, Al의 경우 3.5%를 초과하고, Mg는 2.5%를 초과하면 플럭스 용융금속의 표면장력이 상승해 스패터가 과다하게 발생하므로 각각 3.5%이하 및 2.5%이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

Ti은 아크안정성 확보와 입계부식을 방지하기 위해 첨가 할 수 있으나, 과도하게 첨가되면, 탄,질화물을 용접부에 생성시켜 인성을 저하시키므로 3.0% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.

F는 용접 슬라그(Slag)의 퍼짐성을 향상시키기 위해 CaF₂,AlF₆ 형태 등 다양하게 첨가하지만, 플럭스에 총 F함량이 8.0% 초과하여 첨가되면 슬라그의 유동성이 과도하게 되어 전자세 용접이 불가해지고, 용접비드 형상을 열악하게 만들 수 있으므로, 2.0% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 플럭스는 Na₂O: 2.5% 이하, K₂O: 4.0% 이하, Al₂O₃: 4.0% 이하, MnO: 4.0% 이하 및 MgO: 4.0% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

Na₂O와 K₂O는 알카리족 플럭스 성분으로 이온화가 용이하고 슬라그의 유동성을 향상시킬 목적으로 첨가하지만. Na₂O는 2.5%, K₂O는 4.0%를 초과하면 용접 퓸(fume)이 과다하게 발생하므로, 각각 2.5%, 4.0% 이하로, 관리하는 것이 바람직하다.

Al₂O₃와 MgO는 슬라그의 점도 증가, MnO는 용접 슬라그의 점도를 저하시키는 슬라그 점도 제어 플럭스 성분들로 양호한 비드형성과 용탕보호를 목적으로 첨가하지만, 이들의 저비중을 고려해 Al₂O₃, MnO 및 MgO 모두 4.0%이하로 관리하여 첨가하는 것이 바람직하다.

상기 플럭스의 충진율은 15~40%인 것이 바람직하다. 상기 충진율은 외피금속의 성분과 두께 및 폭에 따라 플럭스를 첨가할 공간과 성분이 의존하게 된다. 충진율이 15% 미만인 경우 전자세 플럭스 코어드 와이어의 특성을 발휘하기 위해 충분한 플럭스 첨가가 불가능하게 되며, 플럭스 충진율이 40%를 초과하게 되면 와이어 제조시 외피 금속부가 너무 얇아 인발시 단절이 과다하게 발생되어 정상적인 제조가 불가능하게 되므로 충진율은 15~40%로 관리하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

(실시예)

하기 표 1 및 2의 조성(중량%, 나머지는 불가피한 불순물과 Fe임)을 갖는 용접재료를 제조하였다. 상기 용접재료를 이용하여, 표 3의 모재 및 용접방법을 적용하여 용접을 실시하여 용접부를 형성하였다. 상기 용접부의 균열발생 여부, 비드도포성, 균열외 결함을 관찰하여 그 결과를 표 4에 나타내었다.

용접한 후 세라믹 테이프와 슬래그를 제거하고 브러쉬작업을 한 후 초층용접비드의 균열은 PT(Penentration Test)로 균열을 관찰하여 고온균열 유무를 확인하였다. 고온균열을 확인하면서 최종 용접을 완료한 후 RT(Radiographic Test)를 통해 균열유무와 기타결함을 확인하였다.

구분	C	Mn	Si	P	S	Ni	Cr	Mo	Cu	Al	Mg	Ti
종래예1	0.17	1.65	0.62	0.02	0.01	21.1	24.6	0.08	0.03	0.01	0	0
종래예2	0.18	2.4	0.8	0.03	0	21.6	25.3	0.05	0.01	0.01	0.01	0
종래예3	0.18	2	0.5	0.02	0	20.4	25.3	0.05	0.01	0.02	0.01	0.03
비교예1	0.08	1.5	1.4	0.03	0.01	24	24.3	0.05	0.01	0.02	0.01	0.03
비교예2	0.31	1.88	0.8	0.03	0.01	17.3	24.2	0.02	0.02	0.05	0	0
비교예3	0.12	1.45	0.1	0.02	0	22	22.7	0.5	0.01	0.01	0	0
비교예4	0.04	1.42	0.59	0.02	0	20.9	22.7	0.05	0	0.02	0	0
비교예5	0.11	1.42	0.59	0.02	0.01	20.8	18.3	0.05	0	0	0	0
비교예6	0.11	1.4	0.7	0.02	0.01	23.1	24.6	1.75	0	0.02	0	0
비교예7	0.11	1.42	0.59	0.02	0.01	20.8	23.1	1.75	0	0	0	0
비교예8	0.11	1.8	0.5	0.03	0	20.8	22	1.75	0	0	0	0
발명예1	0.14	2	0.6	0	0	21	25	0	0.02	0.1	0.01	0.07
발명예2	0.14	2	0.6	0.01	0	21	25	0	0.02	0.1	0.01	0.07
비교예9	0.13	2	0.6	0.02	0	21	25	0	0.02	0.1	0.01	0.07
발명예3	0.13	2	0.6	0	0.01	21	25	0	0.02	0.1	0.01	0.07
비교예10	0.14	1.4	2.2	0	0.01	21	25	0	0.02	0.1	0.01	0.07
발명예4	0.1	2	0.6	0	0	26	18	0.2	0.1	0.1	0.01	0.07
비교예11	0.5	2	0.6	0	0.01	21	27	0	0.02	0.1	0.01	0.07
발명예5	0.14	2	0.6	0	0	25	30	0	0.02	0.1	0.01	0.07
발명예6	0.06	2.6	0.6	0	0	33	20	0	0.02	0.1	0.01	0.07

구분	F	TiO₂	SiO₂	Na₂O	K₂O	Al₂O₃	MnO	MgO	ZrO₂	외피종류
종래예1	0.14	6.6	0.65	0.2	0.1	0.01	0.02	0	0.5	304L
종래예2	0.2	4.55	1.4	0.3	0.2	0.05	0.4	0.05	0.05	304L
종래예3	0.18	4.76	1.12	0.3	0.2	0.05	0.4	0	0.05	304L
비교예1	0.18	0.94	0.12	0.08	0.01	0	0	0	0.05	304L
비교예2	0.3	5.2	0.2	0.24	0.01	0	0	0.04	1.2	304L
비교예3	0.08	3.9	0.15	0.08	0	0.02	0	0.01	0.55	304L
비교예4	0.05	1.1	0.2	0.05	0.05	0	0	0.5	0.6	304L
비교예5	0.05	1.25	3	0	0	0.05	0	0.01	0.6	304L
비교예6	0.05	1.1	1	0.05	0.05	0	0.05	0.5	0	316L
비교예7	0.05	3.2	0.8	0.05	0	0	0	0.01	0.75	316L
비교예8	0.05	1.5	0.8	0.05	0	0	0	0.01	3.5	316L
발명예1	0.24	5	0.26	0.12	0	0	0.1	0	1.05	35%Ni-Fe
발명예2	0.24	5.4	0.26	0.12	0	0	0.1	0	1.05	35%Ni-Fe
비교예9	0.24	5.1	0.26	0.12	0	0	0.1	0	1.05	35%Ni-Fe
발명예3	0.24	5.1	0.26	0.12	0	0	0.1	0	1.05	35%Ni-Fe
비교예10	0.24	5	0.26	0.12	0	0	0.1	0	1.05	35%Ni-Fe
발명예4	0.24	5	0.26	0.12	0	0	0.1	0	1.05	35%Ni-Fe
비교예11	0.24	1.2	0.26	0.12	0	0	0.1	0	1.05	42%Ni-Fe
발명예5	0.24	3.6	0.26	0.12	0	0	0.1	0	1.05	42%Ni-Fe
발명예6	0.24	3.6	0.26	0.12	0	0	0.1	0	1.05	42%Ni-Fe

모재	모재치수(mm)	개선형상	Root Gap	용접자세	시험조건(A/V)	용접방법	보호가스	구속방법	엔트텝
STS310S	200L150W30t	45도 일면	8mm	FALT	190/32	오토케리지	C0₂ 100%	볼트형지그	적용

구분	균열발생 여부	비드도포성	균열외 결함
종래예1	○	○	×
종래예2	○	○	×
종래예3	○	○	×
비교예1	○	×	×
비교예2	○	○	×
비교예3	○	○	×
비교예4	○	×	○(개재물 발생)
비교예5	○	○	×
비교예6	○	○	×
비교예7	○	○	×
비교예8	○	×	×
발명예1	×	○	×
발명예2	×	○	×
비교예9	○	○	×
발명예3	×	○	×
비교예10	○	○	×
발명예4	×	○	×
비교예11	×	×	○(개재물 발생)
발명예5	×	○	×
발명예6	×	○	×

균열발생여부: ○ 균열발생, × 균열미발생

비드도포성: ○ 양호, × 불량

균열외 결함: ○ 결함발견, × 결함없음

상기 표 4의 결과에 나타나 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족하는 용접재료의 경우에는 용접부에서의 균열이 발생하지 않으며, 균열외 다른 결함이 발생하지 않았고, 비드 도포성이 우수하여 우수한 용접작업성을 확보할 수 있다.

반면, 기존의 300계열의 외피를 사용한 종래예와 비교예 1 내지 8은 용접부에서의 균열이 발생하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 고Ni-Fe 합금을 외피로 사용하더라도, 본 발명의 용접재료 조성을 만족하지 않는 비교예 9, 10 및 11의 경우에는 용접부의 결함이 발생하거나, 비드도포성이나 다른 결함이 발생하는 것을 확인할 수 있다.

Claims

플럭스 및 상기 플럭스를 둘러싸는 외피를 포함하는 내열강용 용접재료이고,
상기 용접재료는 중량%로 C: 0.03~0.3%, Mn: 0.5~3.0%, Si: 0.1~2.0%, P: 0.01%이하, S: 0.01%이하, Ni: 20~40%, Cr: 15~35%, TiO₂: 3~7%, SiO₂: 0.5~2.5%, ZrO₂: 0.5~2.5%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 외피는 30~50%의 Ni을 포함하는 Ni-Fe계 합금인 것을 특징으로 하는 내열강용 용접재료.
청구항 1에 있어서,
상기 P 및 S 함량의 합은 0.012% 이하인 내열강용 용접재료.
청구항 1에 있어서,
상기 용접재료는 Mo: 2.0% 이하, Cu: 1.0% 이하, Al: 0.5% 이하 및 Mg: 0.5% 이하로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 내열강용 용접재료.
청구항 1에 있어서,
상기 용접재료는 Ti: 0.5% 이하, F: 0.5% 이하, Na₂O: 0.25% 이하, K₂O: 0.3% 이하, Al₂O₃: 0.5% 이하, MnO: 0.5% 이하 및 MgO: 0.5% 이하로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함하는 내열강용 용접재료.
청구항 1에 있어서,
상기 Ni-Fe계 합금은 인바(INVAR) 합금인 내열강용 용접재료.
청구항 1에 있어서,
상기 플럭스는 중량%로, C: 0.1~2.0%, Mn: 2.0~10.0%, Si: 0.5~8%, P: 0.01% 이하, S: 0.01%이하, Cr: 40~80%, Mo: 0.1~8.0%, TiO₂: 7~25%, SiO₂: 2~10%, ZrO₂: 1~10%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 내열강용 용접재료.
청구항 6에 있어서,
상기 P와 S의 합은 0.01% 이하인 내열강용 용접재료.
청구항 6에 있어서,
상기 플럭스는 Ni: 8% 이하, Cu: 8% 이하, Al: 3.5%이하, Mg: 2.5%이하, Ti: 3.0% 이하 및 F: 8.0% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 내열강용 용접재료.
청구항 6에 있어서,
상기 플럭스는 Na₂O: 2.5% 이하, K₂O: 4.0% 이하, Al₂O₃: 4.0% 이하, MnO: 4.0% 이하 및 MgO: 4.0% 이하로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 내열강용 용접재료.
청구항 1에 있어서,
상기 플럭스의 충진율은 15~40%인 내열강용 용접재료.