KR20150110795A - Fe-36Ni 합금용 용접 와이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 F3-36Ni 합금으로 구성되는 부품의 부분을 함께 용접하는데 사용하도록 의도된 용접 와이어에 관한 것이다. 용접 와이어는,
38.6% ≤ Ni+Co ≤ 45.0%,
극미량 ≤ Co ≤ 0.50%,
만약 38,6% ≤ Ni+Co ≤ 40.33%이면, 2.25% ≤ Ti+Nb ≤ 0.8667 x(Ni+Co) - 31.20 %, 　
만약 40.33% ≤ Ni+Co ≤ 41.4%이면, 2.25% ≤ Ti+Nb ≤ 3.75%, 　
만약 41.4% ≤ Ni+Co ≤ 45.0%이면, 0.4167 x(Ni+Co) - 15.0 % ≤ Ti+Nb ≤ 3.75%,
극미량 ≤ Nb ≤ 0.50%,
0.01% ≤ Mn ≤ 0.30%,
0.01% ≤ Si ≤ 0.25%
극미량 ≤ C ≤ 0,05%, 및
극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%를 wt. %로 포함하고,
나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 합금으로 구성된다.

Description

Fe-36Ni 합금용 용접 와이어{Welding wire for Fe-36Ni alloy}
이 발명은 부품의 부분을 용접하도록 의도된 용접 와이어에 관한 것으로서, 부분은 wt. %로 다음의 조성을 가지고:
35.0% ≤ Ni ≤ 37.0%,
극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%,
극미량 ≤ Co ≤ 0.50%, 및
나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성된다.
이러한 조성은 Fe-36Ni 합금의 일반적인 정의에 대응한다.
Fe-36Ni 합금, 예컨대 Invar ® M93은, 특히 극저온 액체를 수송하는데 매우 매력적이게 하는 낮은 열팽창 계수를 갖는 합금이다.
이와 같은 응용에서, Fe-36Ni 원소는 용접에 의해 조립된다.
Fe-36Ni 합금 원소의 조립체가 가압된 리셉터클(pressurised receptacles), 예를 들어 극저온 액체의 수송을 위한 파이프 또는 극저온 액체를 수용하기 위한 탱크에 사용될 때, 이 조립체는 ASME(American Society of Mechanical Engineers)의 표준 인타이틀드 보일러(standard entitled Boiler) 및 압력 용기 코드(Pressure Vessel Code)의 브레이징 및 용접에 조건에 대한 섹션 IV에 설정된 기준을 충족시키는 것이 바람직하다.
이러한 표준은 특히 납땜 이음(solder joint)의 기계적 성질, 특히 납땜 이음에 의해 조립된 요소가 제조되는 베이스 금속의 것보다 크거나 같은 파단 강도(rupture strength, Rm)를 요구하고, 그 결과 조립체는 베이스 금속의 성질에 기초하여 치수가 정해질 수 있고, 납땜 이음에 기초하여 치수가 정해질 수 없다.
이러한 특성은 이 기술분야에서 숙련된 사람에 의해 기계적 성질의 "오버매칭(overmatching)"으로서 기술된다. 만약, 납땜 이음에 수직으로 취해지는 시험편(test piece)에 대한 견인 시험(traction test)에서, 파열이 베이스 금속에서 일어나고 납땜 이음에서 일어나지 않으면 만족되는 것으로 간주된다.
이 경우에, 베이스 금속은 Fe-36Ni 합금이다. 따라서, 오버매칭된 기계적 성질의 조건은 만약 납땜 이음이 Fe-36Ni 합금보다 크거나 같은 기계적 성질을 가지면 충족될 것이다.
용접부(weld)는 일반적으로 특히 이들이 얻어진 각각의 프로세스로 인해, 베이스 금속보다 큰 입자를 가진다. 따라서, 균일 용접(homogeneous weld), 즉, 베이스 금속과 동일한 화학적 조성을 가지는 용접 와이어로 제조되는 것은 일반적으로 오버매칭의 조건을 충족시키지 못한다.
균일 용접과 비교되는 용접부의 기계적 성질을 개선하기 위해, 합금의 고용체 경화(solid solution hardening)로 이어지는, 합금 원소들 예컨대 니오븀(niobium)을 첨가하여 용접 와이어를 구성하는 합금의 경화(hardening)가 고려되어 왔다.
예를 들면, 36 % 니켈, 1.6 % 니오븀, 및 0.4 % 망간을 포함하는 철계 용접 와이어가 알려져 있다. 이 용접 와이어에서는, 니오븀이 고용체 경화 효과를 위해 첨가되고, 망간이 황(sulphur)을 트랩(trap)하고 응고(solidification) 및 재가열 균열(reheating crack)에 대한 저항력을 개선시키기 위해 첨가된다.
그러나, Fe-36Ni 합금 부품을 함께 용접할 때, 그와 같은 용접 와이어는 전체적으로 만족스럽지 않다는 것을 본 발명의 발명자들은 발견했다.
실제로, 니오븀의 첨가는, 실온에서 Fe-36Ni 합금으로 제조되는 원소 간의 용접부의 기계적 성질을 실제로 개선시키지만, 용접부의 다른 성질이 열화(degraded)된다는 것을 발명자들은 발견했다. 특히, 이렇게 얻어진 용접부는 깨지기 쉽다. 따라서, 발명자들에 의해 행해진 실험은 이와 같은 용접부가 베이스 금속보다 80%만큼 낮은 -196℃에서 연성을 가지는 것을 보였고, 이는 충격 시험(impact test, KCV)에 의해 측정되었다.
더욱이, 발명자들은 또한 이러한 납땜 이음이 변형될 때, 베이스 금속보다 마르텐사이트 변형에 더 민감하다는 것을 발견했다. 철-니켈 합금 중의 마르텐사이트 아이슬렛들(martensite islets)의 존재는 점 부식(pitting corrosion) 속도를 상당히 가속시킨다. 게다가, 그것은 그것의 팽창 계수를 극저온에서 증가시킨다. 따라서, 극저온에서 변형된 납땜 이음은 베이스 금속에 비해 열화된 성질을 보일 수 있다. 우연히 있을 법한 이러한 상황은, 특히 가압 리셉터클(pressurised receptacle)의 분야, 특히 액화 천연 가스의 수송 및 저장을 위한 것에서 허용 가능하지 않다.
본 발명의 일 목적은 Fe-36Ni 합금에 의한 용접부의 기계적 성질을 오버매칭하는 조건을 충족시키고, 가압 리셉터클을 포함하는 응용에서 더 큰 안전성을 추가로 제공하는 Fe-36Ni 합금에서 용접된 조립체를 생산하는 데 적합한 용접 와이어를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 위에 기재한 용접 와이어에 관한 것으로서, 이 용접 와이어는, 중량으로,
38.6% ≤ Ni+Co ≤ 45.0%,
극미량 ≤ Co ≤ 0.50%,
만약 38.6% ≤ Ni+Co ≤ 40.33%이면, 2.25% ≤ Ti+Nb ≤ 0.8667 x(Ni+Co) - 31.20 %,　
만약 40.33% ≤ Ni+Co ≤ 41.4%이면, 2.25% ≤ Ti+Nb ≤ 3.75%, 　
만약 41.4% ≤ Ni+Co ≤ 45.0%이면, 0.4167 x(Ni+Co) - 15.0 % ≤ Ti+Nb ≤ 3.75%,
극미량 ≤ Nb ≤ 0.50%,
0.01% ≤ Mn ≤ 0.30%,
0.01% ≤ Si ≤ 0.25%,
극미량 ≤ C ≤ 0.05%, 및
극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%를 포함하고,
나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 합금으로 제조된다.
특정 실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 용접 와이어는, 기술적으로 가능한 모든 조합 또는 단독으로 취해지는 제 2 항 내지 제 7 항의 특징 중 하나 이상을 가진다.
본 발명은 또한 제 8 항에 따른 위에 기재한 용접 와이어 생산 방법에 관한 것이다.
특정 실시예들에 따르면, 본 발명에 따른 용접 와이어 생산 방법은, 또는 기술적으로 가능한 모든 조합 또는 단독으로 취해지는, 제 9 항 내지 제 12 항의 특징 중 하나 이상을 가진다.
본 발명은 또한 제 13 항 및 제 14 항에 따른 용접 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 제 15 항 및 제 16 항에 따른 파이프 섹션 생산 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 제 17 항 및 제 18 항에 따른 파이프 생산 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 제 19 항에 따른 탱크의 부분을 생산하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 제 20 항에 따른 용접된 조립체에 관한 것이다.
본 발명은 또한 제 21 항에 따른 탱크 부분에 관한 것이다.
본 발명은 또한 제 22 항에 따른 파이프 섹션에 관한 것이다.
본 발명은 또한 제 23 항에 따른 파이프에 관한 것이다.
본 발명은 첨부 도면들을 참조하여, 단지 예로서 기재된 다음의 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다.
- 도 1은 본 발명에 따른 용접 와이어의 니켈 + 코발트 함량에 따른 티탄 + 니오븀 함량을 나타내는 그래프이고;
- 도 2는 본 발명에 따른 용접된 조립체의 개략적인 단면도이고;
- 도 3은 파이프 섹션을 생산하기 위한 시행 방법에 사용되는 시트의 개략적인 평면도이고;
- 도 4는 본 발명에 따른 파이프 섹션 생산 방법에 의해 얻어지는 파이프 섹션의 개략적인 사시도이고;
- 도 5는 본 발명에 따른 파이프 섹션 생산 방법에 의해 얻어지는 파이프의 개략적인 사시도이다.
본 발명에 따른 용접 와이어는, 부품(parts)의 부분(portion)을 용접하기 위한 필러 와이어(filler wire)로서 사용되도록 의도되고,
35.0% ≤ Ni ≤37.0%,
극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%, 및
극미량 ≤ Co ≤ 0.50%를 wt. %로 포함하고,
나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 베이스 금속으로 제조된다.
이와 같은 합금은 Fe-36Ni 합금이다. 이는 표준 ASTM A 333/A333M-99의 표 1에 설명된 합금 11에 대응한다.
바람직하게는, 용접 와이어는 wt. %로 아래와 같은 조성을 포함하는 베이스 금속으로 제조되는 부품의 부분을 함께 용접하기 위해 사용된다.
Figure pct00001
이러한 합금의 상업적 명칭은 Invar ® M93이다.
이러한 용접 와이어의 이용은 이 기술분야에서 숙련된 사람들로 하여금 용접을 위한 일반적인 조건을 수정하게 하지 않는다.
이 명세서를 통해, 함께 용접되는 "부품의 부분(portions of parts)"은 단지 용접된 부분이 자신 위에 폴딩된(folded) 단일 부품의 2개의 부분, 예를 들어 파이프를 형성하기 위해 용접되는 시트의 2개의 길이방향 에지인 경우만큼, 용접된 부분이 초기에는 2개의 분리된 부품에 속하는 경우를 가리키는 것이 주목되어야 한다.
이하의 명세서에 있어서, "극저온 액체(cryogenic liquid)"는 낮은 온도, 특히 - 150℃보다 낮은 온도에서 액체 상태로 유지되는 액화 가스를 가리킨다. 이와 같은 극저온 액체는 예를 들어 액화 메탄 또는 천연 가스, 액체 프로판 또는 부탄이다. 이하의 명세서에 있어서, 이와 같은 극저온 액체의 끓는 점은 극저온으로서 불린다.
위에 기재한 베이스 금속은, 그것의 일반적인 형태(general form)에 있든 또는 그것의 바람직한 형태(preferred form)에 있든, 다음의 성질을 가진다.
극저온, 특히 -196℃(질소의 끓는 점)에서, 그것의 레질리언스(resilience)는 100J/cm2보다 크고, 특히 120J/cm2보다 크다.
그것은 -180℃ 및 0℃ 사이에서, 1x10-6/℃ 정도의 낮은 평균 열팽창 계수를 가진다.
그것의 마르텐사이트 함량은, 금속이 극저온에서, 특히 - 196 ℃(질소의 끓는 점)에서 비연속의 플랫 견인력(interrupted flat traction)에 의해 25 % 소성 변형(plastic deformation)을 받을 때 5 % 아래로 유지된다.
본 발명에 따른 용접 와이어는, wt. %로,
38.6% ≤ Ni+Co ≤ 45.0%,
극미량 ≤ Co ≤ 0.50%,
만약 38.6% ≤ Ni+Co ≤ 40.33%이면, 2.25% ≤ Ti+Nb ≤ 0.8667 x(Ni+Co) - 31.20 %,　
만약 40.33% ≤ Ni+Co ≤ 41.4%이면, 2.25% ≤ Ti+Nb ≤ 3.75%, 　
만약 41.4% ≤ Ni+Co ≤ 45.0%이면, 0.4167 x(Ni+Co) - 15.0 % ≤ Ti+Nb ≤ 3.75%,
극미량 ≤ Nb ≤ 0.50%,
0.01% ≤ Mn ≤ 0.30%,
0.01% ≤ Si ≤ 0.25%,
극미량 ≤ C ≤ 0.05%,
극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%, 및
나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 합금으로 제조된다.
본 발명에 따른 용접 와이어가 위에 정의된 베이스 금속으로 제조되는 부품의 부분을 함께 용접하기 위해 필러 와이어로서 사용될 때, 그것의 특정 형태(particular form) 또는 그것의 일반적인 형태에 있든지, 얻어진 용접부는 다음의 성질을 가진다.
극저온에서, 특히 질소의 끓는 점(-196℃)에서의 용접의 레질리언스는 120J/cm2보다 크다. 이러한 특성은 특히 용접 와이어를 구성하는 합금의 니오븀 함량이 0.50 %보다 작거나 같다는 사실로 인해 얻어진다. 용접의 이러한 레질리언스는 베이스 금속의 것과 유사하다.
-180℃ 및 0℃ 사이에서의 용접의 평균 열팽창 계수는 7.5x10-6/℃보다 작다. 따라서, 그것은 베이스 금속의 것 정도이다. 이러한 특성은 특히 용접 와이어를 구성하는 합금의 티탄 + 니오븀 함량이 3.75%보다 작거나 같다는 사실로 인해 얻어진다.
용접 와이어를 구성하는 합금의 코발트, 망간, 규소, 및 크롬 함량은 -180℃와 0℃ 사이에서 평균 열팽창 계수가 7.5x10-6/℃를 넘어 열화하지 않도록 제한된다.
용접은 극저온(특히 - 196 ℃)에서 베이스 금속보다 크거나 같은 마르텐사이트 변형에 대한 안정성을 가지며, 즉, 그것의 마르텐사이트 함량은 납땜 이음(solder joint)이 이하에 기재되는 안정성 시험에 따라 극저온, 특히 - 196℃에서 비연속적인 플랫 견인력(interrupted flat traction)에 의해 25 % 변형된 때 5 %보다 작거나 같게 유지된다. 마르텐사이트 변형에 대한 용접의 이러한 양호한 안정성은 용접 와이어의 티탄 + 니오븀 함량이 Co ≤ 0.50%이고 0.8667 x(Ni+Co) - 31.20 %보다 작거나 같다는 사실로 인해 얻어진다. 이러한 정황에서, 발명자들은, 용접 와이어의 니켈 + 코발트 함량이 증가하고, 티탄 + 니오븀 함량이 일정하고, Co ≤ 0.50%일 때 용접의 마르텐사이트 변형에 대한 안정성이 증가한다는 것을 놀랍게도 발견하였다.
용접 와이어의 망간 및 탄소 함량은, 또한 마르텐사이트 변형에 대한 용접의 안정성의 개선에 기여한다.
용접 와이어의 탄소 함량은, 극저온에서 레질리언스를 열화시키는 Ti/Nb 카본나이트라이드(carbonitrides)의 침전(precipitation)을 제한하기 위해 제한된다.
용접의 기계적 성질, 특히 파단 강도(rupture strength, Rm)는 실온(25℃)에서 베이스 금속보다 크다. 따라서, 용접은 실온에서 기계적 성질의 오버매칭의 조건을 충족시킨다. 이러한 특성은 용접 와이어의 티탄 + 니오븀 함량이 2.25%보다 크거나 같고, Nb ≤ 0.50%이라는 사실로 인해 얻어진다. 티탄 및 니오븀은 고용체를 경화시키는 이들의 성질을 위해 사용된다.
용접의 기계적 성질, 특히 파단 강도(Rm)는 극저온에서 베이스 금속보다 크다. 따라서, 용접은 극저온에서 기계적 성질의 오버매칭의 조건을 충족시킨다. 이러한 특성은 용접 와이어의 티탄 + 니오븀 함량이 0.4167 x(Ni+Co) - 15.0%보다 크거나 같고, Co ≤ 0.50%이라는 사실로 인해 얻어진다.
특히, 발명자들은, 주어진 티탄 + 니오븀 함량에서, Co ≤ 0.50%일 때,
Figure pct00002
와 같이, 니켈 + 코발트 함량을 티탄 + 니오븀의 함수로서 표현하기 위해 역전된, 위의 식에 대응하는 상한을 넘어, 용접 와이어의 니켈 + 코발트 함량을 증가시키는 것은, 극저온에서 합금의 기계적 성질을 열화시킨다는 것을 발견했다. 이 때 극저온에서의 용접의 기계적 성질은 베이스 금속보다 열등하고, 극저온에서의 오버매칭의 조건이 더 이상 충족되지 않는다.
본 발명에 따른 용접 와이어 중의 합금 원소의 함량은, 용접 동안 용융된 베이스 금속과의 혼합에 의해 용접 와이어의 불가피한 희석(dilution)을 고려한다는 것이 주목되어야 한다. 평균적인 희석은 일반적으로 사용되는 용접 기술에 의존하여 15%와 50% 사이에 포함된다.
용접 와이어의 일반 조성으로 위에 정의된 본 발명에 따른 용접 와이어의 합금의 니켈 + 코발트 함량의 함수로서 티탄 + 니오븀 함량의 3개의 범위는, 앞에 말한 조건의 조합에 기인한다.
이들 범위는 용접 와이어를 구성하는 합금의 니켈 + 코발트 함량의 함수로서 티탄 + 니오븀 함량을 나타내는 그래프인, 도 1에 그래프로 표현된다. 이 도면에 있어서:
- C1으로 표시된 곡선은 식 Ti+Nb = 0.8667 x(Ni+Co) - 31.20%를 표현하고;
- C2로 표시된 곡선은 식 Ti+Nb = 0.4167 x(Ni+Co) - 15.0%을 표현하고;
- C3으로 표시된 곡선은 식 Ti+Nb = 3.75%를 표현하고; 그리고
- C4로 표시된 곡선은 식 Ti+Nb = 2.25%를 나타낸다.
더욱 상세하게는:
곡선 C1은 용접 와이어로부터 얻어진 용접부(weld)가 베이스 금속보다 크거나 같은, 극저온에서의 마르텐사이트 변형에 대한 안정성을 가지는, 최소 니켈 + 코발트 함량(Co ≤ 0.50%임)의 범위를 정한다.
곡선 C2는 극저온에서 용접부의 기계적 성질의 오버매칭이 얻어지는 최대 니켈 + 코발트 함량(Co ≤ 0.50%임)의 범위를 정한다.
곡선 C3는 -180℃와 0℃ 사이에서, 용접부의 열팽창 계수가 7.5x10-6/℃보다 작은 최대 티탄 + 니오븀 함량(Nb ≤ 0.50%임)의 범위를 정한다.
곡선 C4는 실온에서 용접부의 기계적 성질의 오버매칭이 얻어지는 최소 티탄 + 니오븀 함량(Nb ≤ 0.50%임)의 범위를 정한다.
게다가, 용접 와이어를 구성하는 합금에서,
- 0.01 %보다 크거나 같은 규소 함량이 합금의 탈산(deoxidation)을 보장하고;
- 0.50%보다 작거나 같은 크롬 함량이 대기 부식(atmospheric corrosion)에 대한 합금의 저항성을 개선하고;
- 0.50%보다 작거나 같은 코발트 함량이 용접부의 레질리언스를 향상시킨다는 것이 주목될 것이다.
바람직하게는, 용접 와이어의 니오븀 함량은, 용접부를 약화시킬 수 있는, 탄화 니오븀(niobium carbide)의 형성을 회피 또는 제한하기 위해 0.01 wt. %보다 작거나 같다.
바람직하게는, 용접 와이어의 코발트 함량은, 용접부가 극저온에서 마르텐사이트 변형에 대해 훨씬 덜 민감하도록 0.01 wt. %보다 작거나 같다.
바람직하게는, 용접 와이어의 탄소 함량은, 용접부를 약화시킬 수 있는 Ti/Nb의 탄화물의 부피율(volume fraction)을 회피 또는 제한하도록 0.015 wt. %보다 작거나 같다.
바람직하게는, 용접 와이어의 크롬 함량은, 용접부의 열팽창 계수를 더 감소시키고 용접이 마르텐사이트 변형에 대한 훨씬 덜 민감하도록 0.10 wt. %보다 작거나 같다.
훨씬 더 바람직하게는, 용접 와이어는 wt. %로:
40.0% ≤ Ni + Co ≤ 42.0%,
2.60% ≤ Ti + Nb ≤ 3.40%,
극미량 ≤ Nb ≤ 0.01%,
극미량 ≤ Co ≤ 0.10%,
0.01% ≤ Mn ≤ 0.10%,
0.01% ≤ Si ≤ 0.10%,
극미량 ≤ C ≤ 0.015%, 및
극미량 ≤ Cr ≤ 0.10% 를 포함하고,
나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 합금으로 구성된다.
이러한 바람직한 조성은 도 1에 직사각형에 의해 표현된다.
이러한 조성을 갖는 용접 와이어는 특히 유리하다. 실제로, 그것은 베이스 금속으로 제조되는 부품의 부분 사이에서 형성되는 납땜 이음의 다양한 성질, 즉, -196℃에서 130 J/cm2보다 크거나 같은 레질리언스(KCV), -180℃ 및 0℃ 사이에서 5x10-6/℃보다 작은 평균 열팽창 계수, -196℃에서 마르텐사이트 변형에 대한 매우 낮은 감도, 및 -163℃ 및 25℃에서 베이스 금속에 의한 용접부의 기계적 성질의 오버매칭 간 매우 양호한 균형을 허용한다.
이것은 또한 이것의 3.40 % 미만의 티탄 + 니오븀 함량으로 인해 개선된 용접성(weldability)을 가진다.
훨씬 더 바람직하게는, 용접 와이어는 wt. %로:
41.0% ≤ Ni+Co ≤ 42.0%,
2.60% ≤ Ti + Nb ≤ 3.40%,
극미량 ≤ Nb ≤ 0.01%,
극미량 ≤ Co ≤ 0.10%,
0.01% ≤ Mn ≤ 0.10%,
0.01% ≤ Si ≤ 0.10%,
극미량 ≤ C ≤ 0.015%, 및
극미량 ≤ Cr ≤ 0.10% 의 조성을 가지며,
나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성된다.
이러한 용접 와이어가 특히 유리하다. 실제로, 위에 언급한 이점에 더하여, 베이스 금속으로 제조되는 부품의 부분을 함께 용접하여 얻어지는 납땜 이음은, 마르텐사이트 변형에 대한 훨씬 더 양호한 안정성을 가진다. 실제로, 납땜 이음의 마르텐사이트 함량은, 이하에 기재되는 안정성 시험에 따라, 납땜 이음이 극저온, 특히 - 196℃에서 비연속적인 플랫 견인력에 의해 25 % 변형될 때 3%보다 작거나 같게 유지된다. 따라서, 필러 와이어로서 이러한 용접 와이어를 이용하는 베이스 금속으로 제조되는 2개의 부품 간에서 얻어지는 납땜 이음은, 훨씬 더 양호한 점 내식성(pitting corrosion resistance)을 가진다. 더욱이, 마르텐사이트 함량의 감소는, 납땜 이음의 열팽창 계수를 균질화(homogenises)하고, 마르텐사이트의 존재에 기인하는 국부적 열팽창 계수의 차의 추가 감소를 허용한다.
본 발명은 또한 위에 기재한 용접 와이어 생산 방법에 관한 것이다.
이 방법은 용접 와이어를 구성하는 합금을 생산하기 위한 단계를 포함한다. 앞에서 언급한 합금은 통상의 방식으로, 예를 들어, 전기 아크로(electric arc furnace)로 또는 진공 유도로(vacuum induction furnace)로 생산된다.
용접 와이어를 구성하는 합금의 생산 동안, 사람은 특히 응고 및 재열 균열(reheating crack)에 어떤 민감도를 가지는 합금을 가지는 것을 피하여 용접 와이어의 고온 변형 및 용접성을 촉진하기 위해, 황 및 인과 같은 원소의 함량을 가능한 한 많이 감소시키고자 한다. 이 잔류 원소는 생산에 기인하는 불순물과 함께 포함된다.
합금이 생산되면, 반제품(semi-finished products)은 합금으로 생산된다. 이것을 위해, 합금은 특히 연속 주조(continuous casting)에 의해 잉곳(ingot)으로 주조되고 또는 빌릿(billet)의 형태로 직접 주조된다. 따라서, 이러한 단계의 마지막에서 얻어지는 반제품은 유리하게는 잉곳 또는 빌릿이다.
선택적으로, 이들 반제품은 진공에서 재용융되거나, 도전성 슬래그(electroconductive slag) 하에서 재용융된다. 이러한 단계는 원치 않는 잔류 원소의 함량을 감소시켜, 합금의 순도를 향상시키는 효과를 가진다.
이후, 반제품은 와이어를 형성하기 위해 1050℃와 1250℃ 사이에서 열 변형된다.
특히, 이러한 고온 변형 단계 동안, 반제품, 즉, 특히 잉곳 또는 빌릿은 이들의 섹션을 감소시키기 위해 열변형되어, 이들에 예를 들어 대략 100 mm 내지 200 mm의 변을 가지는 정사각형 단면(cross-section)을 부여한다. 따라서, 감소된 단면을 갖는 반제품이 얻어진다. 이러한 반제품의 길이는 특히 10 m와 20 m 사이에 포함된다.
유리하게는, 반제품의 단면의 감소는, 하나 이상의 연속적인 열간-압연 단계(hot-rolling passes)에 의해 행해진다.
감소된 단면을 갖는 반제품은 와이어를 얻기 위해 이후 다시 열 변형된다. 와이어는 특히 머신 와이어(machine wire)일 수 있다. 그것은 예를 들어, 5 mm와 21 mm 사이에 포함되는, 특히, 대략 5.5 mm와 같은 직경을 가진다.
유리하게는, 이러한 단계 동안, 와이어는 와이어 압연기(wire mill) 상에서 열간 압연에 의해 생성된다.
와이어는 이후 디스케일링되고(descaled), 코일로 감긴다.
그것은 이후 용접 와이어를 얻기 위해, 알려진 와이어-드로잉 시스템(wire-drawing system)으로 드로잉된다. 이러한 용접 와이어는 원래의 와이어의 직경보다 작은 직경을 가진다. 그것의 직경은 특히 0.5 mm와 1.5 mm 사이에 포함된다. 그것은 유리하게는 0.8 mm와 1.2 mm 사이에 포함된다.
본 발명은 또한 위에 정의된 베이스 금속으로 제조되는 부품의 적어도 2개의 부분을 함께 용접하기 위해 위에 정의된 용접 와이어의 사용에 관한 것이다.
본 발명은 또한 용접된 조립체(welded assembly, 10)(도 2)를 생성하도록 위에 정의된 베이스 금속으로 부품(12)의 적어도 2개의 부품을 함께 용접하기 위한 용접 방법에 관한 것이다.
처음에는, 위에 기재된 용접 와이어가 제공된다. 용접 방법을 이용하여 함께 용접될 베이스 금속으로 제조되는 부품(12)의 부분이 또한 제공된다.
이후, 부품(12)의 부분은, 용접 와이어를 필러 와이어로서 이용하여 함께 용접된다.
이러한 단계에서, 예를 들어, 겹치기 용접(lap weld) 또는 맞대기 용접(butt weld)이 이루어진다. 용접 유형의 선택은 특히 용접될 부품(12)의 부분의 형상 및 속성 및 용접된 조립체(10)의 원하는 형상에 의존한다.
용접 단계(welding step)는 하나 이상의 용접 패스(welding passes)를 포함할 수 있다. 고전적으로, 그것은 초층 용접(root pass)으로 불리는 제 1 용접 패스 이후, 충전 패스(filling passes)로 불리는 하나 이상의 추가적인 용접 패스를 포함한다.
각 용접 패스는 위에 기재된 것과 같이 본 발명에 따른 용접 와이어를 필러 와이어로서 이용하여 행해진다. 따라서, 용접 와이어의 희석(dilution)은 용접의 결과로서 용융된 베이스 금속에 의한 희석으로 제한된다.
용접부는 수동으로 또는 자동으로 생성된다.
유리하게는, 용접부는 저-파워 용접 방법(low-power welding method)에 의해 이루어지고, 그 결과 용접될 부품(12)의 부분의 열적으로 영향 받은 영역은, 가능한 한 작게 된다. 실제로, 열적으로 영향 받은 영역에서의 금속 입자의 결정립 조대화(coarsening)는 상기 영역의 기계적 약화를 일으키고, 따라서, 그것은 가능한 한 많은 정도까지 그것의 크기를 최소화하는 것이 중요하다.
용접부는 예를 들어 본 발명에 따른 용접 와이어를 필러 와이어로서 이용한 플라즈마 또는 TIG(tungsten inert gas) 또는 MIG(metal inert gas) 용접에 의해 생성된다.
바람직하게는, 초층 용접은 플라즈마 용접으로 행해지고, 충전 패스는 MIG 또는 TIG 용접에 의해, 유리하게는 TIG 용접에 의해 행해진다. 실제로, MIG 및 TIG 용접 방법은 플라즈마 용접보다 저-파워 용접 방법이다.
이 방법의 마지막에서, 위에 기재된 용접 와이어로부터 얻어진 용접 비드(weld bead, 13)에 의해 연결되는 부품(12)의 부분을 포함하는 용접된 조립체(10)가 얻어진다. 이와 같은 용접된 조립체(10)가 도 2에 도시되어 있다.
더욱 상세하게는, 이러한 용접 방법은 위에 정의된 것과 같은 베이스 금속으로 제조되는 파이프 섹션(pipe section)을 생산하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 그와 같은 파이프 섹션 생산 방법에 관한 것이다.
이 방법은 베이스 금속으로 제조되는 시트(sheet, 1)의 준비를 포함한다. 이와 같은 시트는 도 3에 도시되어 있다. 그것은 길이 방향(L)으로 연장하고, 길이 방향(L)과 실질적으로 평행한 길이방향 에지(3)를 가진다. 그것은 예를 들면 2와 18 mm 사이에 포함되는 두께를 가진다.
이 방법은 추가적으로 서로 대향하는 2개의 길이방향 에지(3)를 위치시키기 위해 시트(1)를 폴딩(folding)하는 단계 이후, 위에 기재한 용접 방법을 이용하여 서로 마주하여 위치되어 있는 2개의 길이방향 에지(3)를 함께 용접하는 단계를 포함한다.
이 경우, 용접 방법을 기술할 때 기재된 부품(12)의 부분은, 시트(1)의 길이방향 에지(3)를 포함한다.
이러한 단계에서 이루어지는 용접은 길이방향 용접이다.
바람직하게는, 그것은 맞대기 용접이다.
이 방법의 마지막에서, 도 4에 도시된 것과 같은 파이프 섹션(5)은 얻어지고, 여기서 시트(1)는 파이프로 폴딩되고(folded into a pipe), 시트(1)의 길이방향 에지(3)는 위에 기재한 용접 와이어로부터 얻어지는 용접 비드(6)에 의해 연결된다.
일 변형예에 있어서, 적어도 시트(1)의 길이방향 에지(3)는, 베이스 금속으로 제조된다. 시트(1)의 나머지는 임의의 재료로 만들어질 수 있다.
본 발명에 따른 용접 방법은 또한 위에 정의된 베이스 금속으로 제조되는 파이프 섹션으로부터 파이프(7)를 생산하기 위해 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명은 또한 그와 같은 파이프를 생산 방법에 관한 것이다. 그와 같은 파이프(7)는 도 5에 도시되어 있다.
이러한 프로세스에 있어서, 적어도 2개의 파이프 섹션(5)이 제공된다. 이 파이프 섹션은 예를 들어, 위에 기재한 생산 방법을 이용하여 얻어지는 파이프 섹션이다.
각 파이프 섹션(5)은 실질적으로 축선(M)을 갖는 원통형이고, 축선(M)의 방향을 따라 간격을 둔(spaced), 2개의 길이방향 단부(longitudinal ends, 10)를 가진다.
2개의 파이프 섹션(5)은 이후 이들의 길이방향 단부(10)가 파이프 섹션(5)의 축선(M)의 방향을 따라 서로 마주하여 배열되도록 위치되고, 이후, 2개의 파이프 섹션(5)의 길이방향 단부(10)는 위에 기재한 용접 방법을 이용하여 함께 용접된다.
이 경우에, 상기 용접 방법에서 정의된 부품(12)의 부분은 파이프(5)의 섹션들의 길이방향 단부(10)를 포함한다.
유리하게는, 이러한 단계에서, 맞대기 용접이 파이프 섹션(5)의 길이방향 단부(10) 사이에서 행해진다.
용접 단계가 가게(shop)에서 행해질 때, 바람직하게는 원형 용접(circular weld)이 행해진다. 원형 용접은 고전적으로, 용접 공구에 대해, 특히 용접 토치에 대해 용접될 파이프 섹션(5)을 회전시켜 얻어지는 용접이다.
용접 단계가 가게 밖에서, 예를 들어 파이프(7)의 설치 지역에서 행해질 때, 오비탈 용접(orbital weld)이 바람직하다. 오비탈 용접은 용접될 파이프 섹션(5)에 대해, 용접 공구, 특히 용접 토치를 회전시켜 얻어지는 용접이다.
이러한 용접 단계는 파이프(7)를 형성하기 위해 용접될 파이프 섹션(5)의 수에서 하나를 뺀 것과 같은 횟수로 행해진다.
일 변형예에 있어서, 이 방법은 파이프 섹션의 생산 방법과 상관 없이, 베이스 금속으로 제조되는 그것의 길이방향 단부를 가지는 임의의 형태의 파이프 섹션으로 행해질 수 있다.
선택적으로, 용융 라인(melting line)이 용접부의 반대측에서, 즉 파이프(7) 내에서 추가적으로 생산된다. 이러한 추가 단계는 고전적으로 용접부의 기하학의 개선을 허용한다.
이러한 용접 단계의 마지막에서, 파이프(7)가 얻어진다. 이러한 파이프(7)는 위에 기재된 용접 와이어로부터 얻어지는 용접 비드(11)에 의해 조립된, 적어도 2개의 연속적인 파이프 섹션(5)을 포함한다.
그와 같은 파이프(7)는 예를 들어 극저온 액체의 수송을 위한 관로, 특히 해저 관로의 내측 파이프이다
수송되는 천연 가스의 예는 메탄, 액화 천연 가스, 부탄, 및 액체 프로판을 포함한다.
본 발명에 따른 용접 방법은 또한 베이스 금속으로 제조되는 탱크 부분(7)을 생산하기 위해 사용될 수 있다.
따라서 본 발명은 또한 베이스 금속으로 제조되는 부품을 함께 용접하여, 위에 정의된 베이스 금속으로 제조되는 적어도 하나의 탱크 부분을 생산하는 방법에 관한 것이다.
탱크 부분은, 예를 들어, 탱크의 내부 라이닝(interior lining)을 형성하는 멤브레인, 또는 그와 같은 멤브레인의 일부이다.
사용되는 부품은, 예를 들어 이를 시트(sheets)로 형성하여 사전에 생성된다. 이는 또한 적절한 스트립으로부터 절단된 시트일 수 있다. 사용되는 시트는 예를 들어 0.2 mm와 10 mm 사이에, 유리하게는 0.5 mm와 1.5 mm 사이에 포함되는 두께를 가진다.
부품은 위에 기재된 것과 같은 용접 방법을 이용하여 함께 용접된다.
따라서, 위에 기재된 용접 와이어로부터 얻어지는 용접 비드에 의해 연결되는, 적어도 2개의 부품을 포함하는 탱크 부분이 얻어진다.
그와 같은 탱크는 예를 들어, 극저온 액체, 예를 들어, 액화 천연 가스를 포함하도록 의도된 탱크이다.
실시 예
본 발명에 따른 용접 와이어는 위에 기재한 용접 와이어 생산 방법을 이용하여 생산되었다.
표 1은 실행된 실험을 요약한다.
이 표에 있어서, 본 발명과 일치하지 않는 용접 와이어는 별표로 표시되어 있다. 따라서, 예 1 - 4 및 12 - 14에 있어서, 용접 와이어의 화학적 조성은 본 발명과 일치하지 않는다. 예 5 - 11에 있어서, 용접 와이어의 화학적 조성은 본 발명을 따른다.
표 1
예 1 - 13에 따른 용접 와이어의 니켈 + 코발트 및 티탄 + 니오븀 조성은 도 1에 도시되어 있다. 예 1 - 4 및 12 및 13에 따른 용접 와이어는 곡선 C1 - C4에 의해 정해지는 영역 밖에 있고, 반면 예 5 - 11에 따른 용접 와이어는 이 영역 내에 있다는 것이 주목될 것이다.
예 1 - 14에 따른 용접 와이어 각각은 이후 wt. %로 표현되는 함량을 갖는, 이하의 표 2에 정의된 화학적 조성을 가지는, 베이스 금속으로 제조되는 2개의 부품 간의 용접을 생산하기 위해 사용되었다.
Figure pct00004
표 2
용접 조건은 위에 기재된 것과 같은 용접 방법의 유형을 이용한 용접부의 제조에 일반적이다.
예 1 - 14 각각에 따른 용접 와이어로 얻어진 용접의 각각의 성질이 측정되었다. 이 측정의 결과는 이하의 표 3에 요약되어 있다.
Figure pct00005
표 3
표에서:
- 2개의 제 1 컬럼(column)은, 파열이 25℃ 및 -163℃ 각각에서, 표준 ASTM E8에 따라 플랫 견인력 하에서 파열 시험으로 일어나는 용접된 조립체의 영역을 나타낸다.
- 명칭이 "마르텐사이트 함량(Martensite content)"인 제 3 컬럼은 액체 질소조에서 - 196℃에서 비연속적인 플랫 플레인 견인력(interrupted flat plane traction)에 의한 25 %만큼의 용접부 변형에 뒤이어 측정되는, 용접부에서 마르텐사이트의 부피율을 포함한다. 이 컬럼에 표시된 결과는 마르텐사이트 변형에 대한 용접부의 안정성을 나타낸다.
더욱 상세하게는, 이러한 시험에서, 시험편(test pieces)이 납땜 이음에 대해 수직으로 취해지고, 이후 2개의 마이크로-경도 임프린트(micro-hardness imprints)가 시험편의 게이지 섹션(gauge section)에서 제조된다. 이 2개의 임프린트 간의 거리가 시험편의 길이(L0)를 얻기 위해 비연속적인 시험 전, 및 시험편의 길이(L1)를 얻기 위한 비연속적인 시험 후에 측정되었다. 권상기(traction machine)에 의해 - 196℃에서 발생된 소성 변형은 식:
Figure pct00006
에 의해 주어지는, 분배된 연신율(elongation)이 22.5 %와 27.5 % 사이에 포함되도록 교정된다. 이후, 표준 도시지(dosage)
Figure pct00007
가 X-선 회절에 의해 행해진다. -196℃에서 변형되는 시험편의 게이지 섹션에서 전개되는 마르텐사이트의 부피율(T%)은 비
Figure pct00008
에 의해 측정되고, 여기서
Figure pct00009
는 오스테나이트 피크(austenite peak, 111)의 적분 강도(integrated intensity)이고
Figure pct00010
는 마르텐사이트 피크(110)의 적분 강도이다.
표 3에 정의된, 사용된 베이스 금속의 마르텐사이트 함량(T%)이, 위에 정의된 -196℃에서의 견인력에 의한 25%의 소성 변형 이후 5%보다 낮게 유지된다는 것이 주목되어야 한다.
- 제 4 컬럼은 10-6/℃로 표현되는, -180℃ 및 0℃ 사이에서의 용접부의 평균 열팽창 계수를 포함한다.
이러한 계수는 0℃에서 50 mm의 길이를 가지는 시험편의 -180℃와 0℃ 사이에서, 마이크로미터로 길이의 변동을 측정하여 결정되었다. 평균 열팽창 계수는 다음 식:
Figure pct00011
을 적용하여 얻어지고, 여기서
Figure pct00012
은 0℃와 -180℃ 사이에서의 마이크로미터로 길이의 변동을 나타낸다. T0은 0℃와 같고, T1은 -180℃와 같다.
- 제 5 컬럼은 표준 NF EN 10045-1에 따라 측정되는, 용접부의 충격 강도(Kcv)를 포함한다. 이러한 충격 강도는 J/cm2로 표현된다. 그것은 용접부의 레질리언스를 표시한다.
표 3은, 예 5 내지 11에 따른 용접 와이어를 이용하여 얻어진 용접부가, 용접 와이어의 조성을 참조하여 위에 기재한 원하는 특징 모두를 가지는 것을 나타낸다.
실제로, 각 실시 예에 있어서, 파열은 실온(25℃) 및 극저온(-163℃) 모두에서, 베이스 금속에서 생기고, 용융 영역에서는 생기지 않는다. 이 결과는 용융 영역, 즉 용접부의 기계적 성질이 실온 및 극저온 모두에서, 베이스 금속보다 크다는 것(기계적 성질의 오버매칭)을 나타낸다. 따라서, 베이스 금속의 성질만을 고려하여 용접된 조립체의 치수를 결정하는 것이 가능하다.
그와는 반대로, 용접 와이어의 티탄 + 니오븀 함량이 1.5 %와 같고, 따라서 2.25 %보다 낮은, 본 발명과 일치하지 않는 예 1 및 13에 있어서, 파열은 실온에서의 용융 영역에서 발생한다. 따라서, 이 경우에 실온에서 기계적 성질의 오버매칭은 없다.
본 발명과 일치하지 않는 예 4에 있어서, 니켈 + 용접 와이어의 코발트 함량은, 본 발명에 따른 범위 내에 있지만, 티탄 + 니오븀 함량은 3.01 %인, 식 0.4167 x(Ni+Co) - 15.0 %의 적용에 의해 얻어진 최소값보다 작다. 다른 말로, 예 4에 따른 와이어의 티탄 + 니오븀 함량에 대해, 니켈 + 코발트 함량은 곡선 C2로 정의된 최대치보다 크다. 용접된 조립체의 파열이 극저온에서 용융 영역에서 발생한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이 경우에 극저온에서 기계적 성질의 오버매칭은 없다.
본 발명과 일치하지 않는 예 13에 있어서, 티탄 + 니오븀 함량은 2.31 %인, 비율 0.4167 x(Ni+Co) - 15.0 %에 의해 정의되는 최소값보다 작다. 다른 말로, 예 13에 따른 와이어의 티탄 + 니오븀 함량에 대해, 니켈 + 코발트 함량은 곡선 C2로 정의된 최대치보다 크다. 용접된 조립체의 파열은 극저온에서의 용융 영역에서 발생한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 극저온에서 기계적 성질의 오버매칭은 없다.
본 발명과 일치하는 예 5 내지 11에 대해, -196℃에서 25 % 견인력 변형 이후의 마르텐사이트 함량(T%)은 5%보다 작다. 따라서, 예 5 내지 11에 따른 용접부의 마르텐사이트 변형의 안정성은 사용되는 베이스 금속과 적어도 같다.
이 와이어들 각각의 Ti + Nb 함량에 대한 곡선 C1에 의해 정해지는, 니켈 + 용접 와이어의 코발트 함량이 본 발명에 따른 최소값보다 작은 예 1 내지 3에 있어서, - 196℃에서 25 % 변형 이후의 마르텐사이트 함량이 5 %보다 훨씬 크다는 것을 또한 알 수 있다. 따라서, 예 1 내지 3에 따른 용접부의 마르텐사이트 변형에 대한 안정성은 사용되는 베이스 금속보다 정확하게 작다.
게다가, 예 5 내지 11의 각각의 경우에, 베이스 금속에 가까운, 7.5x10-6/℃보다 작은, 용접부의 평균 열팽창 계수가 측정되었다.
본 발명과 일치하지 않는 예 12에 있어서, 용접 와이어의 티탄 + 니오븀 함량은 3.75 %보다 크다. 예 12에 따른 용접 와이어에 의해 얻어진 용접부의 평균 열팽창 계수가 7.5 x 10-6/℃보다 크다는 것이 주목된다.
예 5 내지 11에서, -196℃(액체 질소의 온도)에서 시험편의 충격 강도는 120 J/cm2보다 크다는 것을 알 수 있다. 따라서, 예 5 내지 11에 따른 용접 와이어를 이용하여 제조되는 용접부는, 용접부의 깨지기 쉬운 파열(fragile rupture)의 위험을 제한하는, 원하는 연성과 일치하는 상승된 연성을 가진다.
끝으로, 본 발명과 일치하지 않는 예 14에 따른 용접 와이어는 0.50%보다 큰 니오븀 함량을 가진다. 이러한 와이어를 이용하여 얻어진 용접부는, 그것의 레질리언스가 -196℃에서 80J/cm2와 같기 때문에, 극저온에서 낮은 연성을 가지는 것을 알 수 있다. 그러므로, 이렇게 형성된 용접은 깨지기 쉽다.
본 발명에 따른 용접 와이어를 이용하여 함께 용접된 Fe-36Ni 합금 부품의 조립체들이 특히 유리하다.
실제로, 실온 및 극저온에서의 용접부의 기계적 성질의 오버매칭으로 인해, 조립체는 납땜 이음의 성질을 고려하지 않고, 베이스 금속의 성질에 기초하여 치수가 정해질 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 용접 와이어의 사용으로 인해, 납땜 이음의 기계적 특징의 개선은 극저온에서 용접부의 내피로성(fatigue resistance)을 매우 상당히 개선시킨다. R = 0.1의 견인비(최대 및 최소 힘 간의 비)를 갖는, 용접부에 대해 수직으로 기계 가공된 각기둥 시험편(prismatic test pieces)에 대해 플랫 얼터네이팅 견인력(flat alternating traction)으로 행해지는 피로 시험(Fatigue tests)은, 알려진 Fe-36Ni 합금 납땜 이음으로 얻어진 납땜 이음에 비해, 10배만큼의 수명의 증가, 및 본 발명에 따른 용접 와이어에 의해 얻어진 납땜 이음의 500,000 싸이클까지 파열에서 최대 힘의 30 % 이상의 증가를 보인다.
더욱이, 납땜 이음은 조립체가 극저온 액체를 포함하도록 의도될 때 이점이 있는, 베이스 금속의 것과 가까운 낮은 평균 열팽창 계수를 가진다. 베이스 금속과 용접부 사이의 열팽창 계수의 적응(adaptation)은 용접부 내의 잔류 제한(residual constraints)을 감쇠시키고, 그러므로 특히 온도가 극저온 액체의 로딩 또는 언로딩 상(loading or unloading phases)의 내피로성을 증가시킨다.
더욱이, 납땜 이음의 개선된 연성으로 인해, 사고가 있을 때, 특히 충격이 있는 경우에 납땜 이음에서 조립체의 깨지기 쉬운 파열 위험이 제한된다. 따라서, 이러한 개선된 연성은 특히 이들이 퍼지기 이전에 납땜 이음에서의 균열(fissure)에 기인하는 어떠한 누설(leak)도 복구하는(repairing) 것을 허용한다. 따라서, 본 발명에 따른 용접 와이어를 이용하여 얻어진 납땜 이음은, 알려진 "파괴 전 누설(leak before break)" 명세(specification)를 준수한다.
끝으로, 마르텐사이트 변형에 대한 납땜 이음의 안정성 및 높은 니켈 및 티탄 함량은, 알려진 Fe-36Ni 합금 용접 와이어로 얻어진 납땜 이음에 비해 본 발명에 따른 용접 와이어를 이용하여 얻어진 납땜 이음의 대기 부식 속도의 감소를 허용한다.

Claims (23)

  1. 부품(parts)의 부분(portion)을 함께 용접하는데 사용되도록 의도된 용접 와이어(welding wire)에 있어서,
    상기 부분은 wt. %로 다음의 조성을 가지고,
    35.0% ≤ Ni ≤37.0%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
    극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Co ≤ 0.50%, 및
    나머지는 생산(production)에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되고,
    상기 용접 와이어는,
    38.6% ≤ Ni+Co ≤ 45.0%,
    극미량 ≤ Co ≤ 0.50%,
    만약 38.6% ≤ Ni+Co ≤ 40.33%이면, 2.25% ≤ Ti+Nb ≤ 0.8667 x(Ni+Co) - 31.20 %,
    만약 40.33% ≤ Ni+Co ≤ 41.4%이면, 2.25% ≤ Ti+Nb ≤ 3.75%,
    만약 41.4% ≤ Ni+Co ≤ 45.0%이면, 0.4167 x(Ni+Co) -15.0 % ≤ Ti+Nb ≤ 3.75%,
    극미량 ≤ Nb ≤ 0.50%,
    0.01% ≤ Mn ≤ 0.30%,
    0.01% ≤ Si ≤ 0.25%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.05%, 및
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.50% 를 wt. %로 포함하고,
    나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 합금(alloy)으로 제조되는 것을 특징으로 하는 용접 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 와이어의 니오븀(niobium) 함량은, 0.01 wt. %보다 작거나 같은 용접 와이어.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 용접 와이어의 코발트 함량은, 0.10 wt. %보다 작거나 같은 용접 와이어.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접 와이어의 탄소 함량은, 0.015 wt. %보다 작거나 같은 용접 와이어.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    40.0% ≤ Ni+Co ≤ 42.0%,
    2.60% ≤ Ti + Nb ≤ 3.40%,
    극미량 ≤ Nb ≤ 0.01%,
    극미량 ≤ Co ≤ 0.10%,
    0.01% ≤ Mn ≤ 0.10%,
    0.01% ≤ Si ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.015%, 및
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.10% 를 wt. %로 포함하고,
    나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 합금으로 제조되는 용접 와이어.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    41.0% ≤ Ni+Co ≤ 42.0%,
    2.60% ≤ Ti + Nb ≤ 3.40%,
    극미량 ≤ Nb ≤ 0.01%,
    극미량 ≤ Co ≤ 0.10%,
    0.01% ≤ Mn ≤ 0.10%,
    0.01% ≤ Si ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.015%, 및
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.10% 를 wt. %로 포함하고,
    나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 합금으로 제조되는 용접 와이어.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접 와이어의 직경은, 0.5 mm와 1.5 mm 사이, 바람직하게는 0.8 mm와 1.2 mm 사이에 포함되는 용접 와이어.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 용접 와이어의 생산 방법에 있어서,
    - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 용접 와이어의 상기 조성을 가지는 합금으로 제조되는 반제품(semi-finished product)의 준비 단계;
    - 와이어를 형성하기 위한 상기 반제품의 고온 변형(hot transformation) 단계; 및
    - 상기 와이어의 직경보다 작은 직경을 가지는 용접 와이어로의 변형 단계;를 포함하고,
    상기 변형 단계는 드로잉(drawing) 단계;를 포함하는 용접 와이어 생산 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 와이어의 용접 와이어로의 변형은, 상기 와이어의 상기 디스켈링(descaling), 및 상기 디스켈링된 와이어의 코일로의 와인딩(winding)을 포함하고,
    상기 드로잉 단계는, 코일로 와인딩된 상기 디스켈링된 와이어를 드로잉하는 것으로 구성되는 용접 와이어 생산 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 반제품은, 빌릿(billet) 또는 잉곳(ingot)인 용접 와이어 생산 방법.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어의 직경은, 5와 21 mm 사이에 포함되고, 특히 약 5.5 mm와 같은 용접 와이어 생산 방법.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와이어를 형성하기 위한 상기 반제품의 상기 고온 변형은,
    상기 반제품의 단면적을 감소시키기 위한 상기 반제품의 열간 압연(hot rolling), 및 상기 와이어를 형성하기 위해 상기 감소된 단면을 가지는 반제품의 열간 압연을 포함하는 용접 와이어 생산 방법.
  13. 부품(12)의 적어도 2개의 부분을 함께 용접하기 위한 방법에 있어서,
    상기 부분은 wt. %로 다음의 조성을 가지고,
    35.0% ≤ Ni ≤37.0%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
    극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%, 및
    극미량 ≤ Co ≤ 0.50%,
    나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되고,
    상기 방법은, 다음의 연속적인 단계들,
    - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 용접 와이어를 제공하는 단계; 및
    - 필러 와이어(filler wire)로서 상기 용접 와이어를 이용하여 부품(12)의 상기 2개의 부분을 함께 용접하는 단계;를 포함하는 적어도 2개의 부분을 함께 용접하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    모든 용접 패스(weld passes)는, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 용접 와이어를 필러 와이어로서 이용하여 수행되는, 적어도 2개의 부분을 함께 용접하기 위한 방법.
  15. 파이프 섹션(5) 생산 방법에 있어서,
    35.0% ≤ Ni ≤37.0%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
    극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%, 및
    극미량 ≤ Co ≤ 0.50% 를 wt. %로 포함하고,
    나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 베이스 금속으로 제조되고, 2개의 길이방향 단부(longitudinal ends, 3)를 가지는 시트(1)를 제공하는 단계; 및
    상기 파이프 섹션(5)을 형성하기 위해 제 13 항 또는 제 14 항에 따른 용접 방법을 이용하여 상기 시트(1)의 길이방향 단부(3)를 함께 용접하는 단계;를 포함하는 파이프 섹션(5) 생산 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 파이프 섹션(5)을 형성하기 위한 상기 시트(1)의 상기 길이방향 단부들(3) 사이의 상기 용접은, 길이방향 맞대기 용접(butt weld)인 파이프 섹션(5) 생산 방법.
  17. 파이프(7) 생산 방법에 있어서,
    다음의 연속 단계들:
    - 제 1 파이프 섹션(5) 및 제 2 파이프 섹션(5) 각각은 길이방향 축(longitudinal axis, M)을 따라 연장하고,
    35.0% ≤ Ni ≤37.0%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
    극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%, 및
    극미량 ≤ Co ≤ 0.50%를 wt. %로 포함하고,
    나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 베이스 금속으로 제조되는, 상기 제 1 파이프 섹션(5) 및 제 2 파이프 섹션(5)을 제공하는 단계;
    - 상기 제 1 파이프 섹션(5)의 길이방향 단부(10)가 상기 제 1 및 제 2 파이프 섹션(5)의 상기 길이방향 축선(M)을 따라 상기 제 2 파이프 섹션(5)의 길이방향 단부(10)와 마주하여 배열되도록 상기 제 1 및 제 2 파이프 섹션(5)을 위치시키는 단계; 및
    - 상기 파이프(7)를 형성하기 위해 제 13 항 또는 제 14 항에 따른 용접 방법을 이용하여 상기 제 1 및 제 2 파이프 섹션(5)의 2개의 길이방향 단부(10)를 함께 용접하는 단계;를 포함하는 파이프(7) 생산 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 파이프 섹션(5)의 상기 길이방향 단부(10) 사이의 상기 용접은, 원형 맞대기 용접(circular butt weld) 또는 오비탈 맞대기 용접(orbital butt weld)인 파이프(7)를 생산 방법.
  19. 극저온 액체(cryogenic liquid)를 포함하도록 의도된 탱크의 일부를 생산하는 방법에 있어서,
    - 어떤 형상(a shape)으로 형성될 수 있고, 각 부품은,
    35.0% ≤ Ni ≤37.0%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
    극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%, 및
    극미량 ≤ Co ≤ 0.50%를 wt. %로 포함하고,
    나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 베이스 금속으로 제조되는 상기 부품을 제공하는 단계; 및
    - 상기 탱크 부분을 형성하기 위해 제 13 항 또는 제 14 항에 따른 용접 방법을 이용하여 이 부품(12)을 함께 용접하는 단계;를 포함하는 탱크의 일부를 생산하는 방법.
  20. 부품(12)의 제 1 부분 및 부품(12)의 제 2 부분을 포함하는 용접된 조립체(welded assembly, 10)에 있어서,
    제 1 부분 및 제 2 부분 각각은:
    35.0% ≤ Ni ≤37.0%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
    극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%, 및
    극미량 ≤ Co ≤ 0.50%를 wt. %로 포함하고,
    나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 베이스 금속으로 제조되고, 부품(12)의 상기 제 1 및 제 2 부분은 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 용접 와이어로부터 얻어지는 용접 비드(weld bead: 13)에 의해 연결되는 용접된 조립체(10).
  21. 탱크의 부분에 있어서,
    제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 상기 용접 와이어로부터 얻어지는 용접 비드에 의해 연결되고,
    35.0% ≤ Ni ≤37.0%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
    극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%, 및
    극미량 ≤ Co ≤ 0.50%를 wt. %로 포함하고,
    상기 나머지는 생산으로부터 오는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 베이스 금속으로 제조되는 부품을 포함하는 탱크의 부분.
  22. 파이프 섹션(5)에 있어서,
    튜브의 형상으로 폴딩되고(folded),
    35.0% ≤ Ni ≤37.0%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
    극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%, 및
    극미량 ≤ Co ≤ 0.50%를 wt. % 포함하고,
    나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 베이스 금속으로 제조되고, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 용접 와이어로부터 얻어지는 용접 비드(6)에 의해 연결되는 길이방향 에지(3)를 가지는 시트(1)를 포함하는 파이프 섹션(5).
  23. 적어도 2개의 파이프 섹션(5)을 포함하는 파이프(7)에 있어서,
    상기 각 파이프 섹션(5)은:
    35.0% ≤ Ni ≤37.0%,
    극미량 ≤ C ≤ 0.10%,
    극미량 ≤ Mn ≤ 0.60%,
    극미량 ≤ P ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ S ≤ 0.025%,
    극미량 ≤ Si ≤ 0.35%,
    극미량 ≤ Cr ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Mo ≤ 0.50%,
    극미량 ≤ Co ≤ 0.50%를 wt. %로 포함하고,
    나머지는 생산에 기인하는 불가피한 불순물 및 철로 구성되는 베이스 금속으로 제조되고,
    2개의 연속 파이프 섹션(5)은, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 용접 와이어로부터 얻어지는 용접 비드(11)에 의해 연결되는 파이프(7).
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