KR20150123483A - 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어 - Google Patents

탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어 Download PDF

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닛테츠 스미킨 요우세츠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 전자세 용접에서의 용접 작업성이 양호하고, 또한 내저온 균열성 및 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공한다.
[해결 수단] 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, C: 0.03∼0.08%, Si: 0.2∼0.6%, Mn:1∼2.5%, Cu: 0.01∼0.5%, Ni: 0.8∼3.2%, Ti: 0.01∼0.3%, B: 0.002∼0.015%, TiO2 환산값: 3∼8%, Al2O3 환산값: 0.1∼1.2%, SiO2 환산값: 0.1∼1%, ZrO2 환산값: 0.01∼0.8%, Mg: 0.1∼0.8%, Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계: 0.05∼0.2%, F 환산값의 합계: 0.01∼0.3%를 함유하고, 와이어의 전체 수소량이 와이어 전체 질량에 대한 질량비로 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어.

Description

탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어{FLUX CORED WIRE FOR CO2 GAS SHIELDED ARC WELDING}
본 발명은 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로, 특히 강 구조물 등에 사용되는 강을 용접할 때 전자세(全姿勢) 용접에서의 용접 작업성이 양호하고, 또한 내저온 균열성 및 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.
강을 피용접재로 하는 가스 실드 아크 용접에 사용되는 플럭스 충전 와이어로서는 루틸계 플럭스 충전 와이어나 염기성계 플럭스 와이어가 알려져 있다.
루틸계 플럭스 충전 와이어를 사용한 탄산 가스 실드 아크 용접은 용접 능률, 전자세 용접에서의 용접 작업성이 대단히 우수하므로, 조선, 교량, 해양 구조물, 철골 등의 넓은 분야에서 적용되고 있다. 그러나, 루틸계 플럭스 충전 와이어는 TiO2를 비롯한 금속 산화물 주체의 플럭스가 강제 외피 중에 충전되어 있기 때문에, 용접 금속 중의 산소량이 많아, 저온 인성을 얻기 어렵고, 특히 실드 가스에 CO2 가스를 사용하는 경우에는 Ar과 CO2의 혼합 가스를 사용한 경우보다도 인성의 확보가 곤란하다. 또한 플럭스 원료에 함유되는 수분이나 와이어 보관시의 흡습에 의해, 확산성 수소량이 솔리드 와이어에 비해 높으므로, 용접 금속의 저온 균열이 염려되어, 판 두께가 두꺼운 강판의 용접 시에는 100℃ 정도의 예열을 가할 필요가 있어, 작업 능률을 저하시키는 원인이 되고 있다.
저온용 강철의 탄산 가스 용접용 플럭스 충전 와이어에 대해서는, 지금까지 여러 개발이 진행되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1의 개시 기술에는, 용접 중에 슬래그 성분으로 변하는 합금 성분을 첨가하여, 용접 작업성에 작용하는 슬래그량을 유지하면서, 용접 금속의 산소량을 저감하여 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻기 위하여, 용접 중에 슬래그 성분으로 변화되는 Ti 등의 합금 성분을 첨가하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 용접 금속의 충분한 저온 인성이 얻어지지 않아, 내고온 균열성은 확보되고 있지만 내저온 균열성에 대해서는 고려되지 않았다고 하는 문제점이 있었다.
또한 특허문헌 2에도, 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻는 기술이 개시되어 있다. 이 특허문헌 2의 개시 기술에서는, Ca, Al 등의 탈산제의 첨가량을 적절하게 유지함으로써, 슬래그제 중의 TiO2, SiO2로부터 공급된 산소량에 대하여 충분한 탈산 효과를 확보함으로써 TiO2의 환원을 촉진시킨다. 그렇지만, 이 강탈산제로서 첨가되고 있는 Ca는 용접시에 아크를 불안정하게 하여 다량의 스패터를 발생시켜 용접 작업성이 불량으로 된다. 또한 이 특허문헌 2의 개시 기술에서는, 내저온 균열성에 대해서는 특별히 고려되지 않았다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 특허문헌 3에는, 강제 외피 성분을 규제하고 충전 플럭스에 Cu, Ni, Ti, B를 첨가하여 용접 금속의 내해수부식성을 대폭 향상시키고, 또한 저온 인성을 얻는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 3의 개시 기술에는 금속 불화물이 많이 첨가되어 있으므로 용접시에 아크가 불안정하게 되어, 다량의 스패터가 발생하기 때문에, 양호한 용접 작업성이 얻어지지 못한다. 또한 특허문헌 3의 개시 기술에서는, 내저온 균열성에 대해서는 특별히 고려되지 않았다고 하는 문제점이 있었다.
일본 특개 2009-61474호 공보 일본 특개 평6-238483호 공보 일본 특개 평4-224094호 공보
(발명의 개요)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그래서 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 강 구조물 등에 사용되는 강을 용접할 때에 전자세 용접에서의 용접 작업성이 양호하고, 또한 내저온 균열성 및 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 실드 가스로서 탄산 가스를 사용한 루틸계의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 대하여, 전자세 용접에서의 용접 작업성이 양호하고, -60℃에서의 저온 인성이 양호하여, 내저온 균열성이 우수한 용접 금속을 얻기 위하여, 여러 검토를 행했다.
그 결과, TiO2를 주성분으로 한 금속 산화물 및 금속 불화물로 이루어지는 슬래그 성분과 최적의 합금 성분 및 탈산제를 포함하는 화학 성분으로 함으로써, 전자세에 있어서의 용접 작업성 및 저온 인성이 양호한 용접 금속이 얻어지고, 또한, 와이어 중의 전체 수소량을 와이어 전체 질량에 대한 질량비로 20ppm 이하로 함으로써, 용접 금속의 내저온 균열성을 개선할 수 있는 것을 발견했다.
즉, 본 발명의 요지는,
(1) 강제 외피가 플럭스를 충전하여 이루어지는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서, 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 강제 외피와 플럭스의 합계에서, C: 0.03∼0.08%, Si: 0.2∼0.6%, Mn:1∼2.5%, Cu: 0.01∼0.5%, Ni: 0.8∼3.2%, Ti: 0.01∼0.3%, B: 0.002∼0.015%, 또한, 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 플럭스에, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계: 3∼8%, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계: 0.1∼1.2%, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계: 0.1∼1%, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계: 0.01∼0.8%, Mg: 0.1∼0.8%, Na 및 K 화합물인 Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계: 0.05∼0.2%, 불소 화합물의 F 환산값의 합계: 0.01∼0.3%를 함유하고, 잔부는 강제 외피의 Fe, 철분철(鐵粉), 철합금분의 Fe 성분 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 와이어의 전체 수소량이 와이어 전체 질량에 대한 질량비로 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어.
(2) 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 강제 외피와 플럭스의 합계에서, Al: 0.3% 이하, N: 0.008% 이하, V: 0.03% 이하, Nb: 0.03% 이하이고, 또한, V+2Nb: 0.07% 이하를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어.
(3) 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 플럭스에, Bi 및 Bi 산화물에 포함되는 Bi 환산값: 0.003∼0.01%를 더 함유하는 것을 특징으로 한다 (1) 또는 (2)에 기재된 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어.
(4) 강제 외피에 이음매(繼目)가 없는 것을 특징으로 하는 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있다.
본 발명의 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 의하면, 전자세 용접에서의 용접 작업성이 양호하고, 또한 -60℃에서의 저온 인성이 양호하여, 내저온 균열성이 좋은 용접 금속이 얻어지는 등, 용접 능률 및 용접부의 품질의 향상을 도모하는 것이 가능하다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명을 적용한 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 대하여, 그 성분과 함유량의 한정 이유에 대하여 설명한다. 또한, 각 성분의 함유량은 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 나타내는 것으로 하고, 그 질량%를 나타낼 때에는 단지 %로 기재하여 나타내는 것으로 한다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 C: 0.03∼0.08%]
C는 용접시에 아크의 안정화에 기여함과 아울러 용접 금속의 강도 향상의 효과가 있다. 그러나, C가 0.03% 미만에서는, 용접시에 있어서의 아크의 안정화와 필요한 용접 금속의 강도가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, C가 0.08% 초과에서는, C가 용접 금속 중에 과잉으로 남아 있게 되어, 용접 금속의 강도가 높아져 저온 인성이 저하된다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 C는 0.03∼0.08%로 한다. 또한, C는 강제 외피에 포함되는 성분 외에, 플럭스로부터의 금속분 및 합금분 등으로부터도 첨가할 수 있다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 Si: 0.2∼0.6%]
Si는 용접시에 일부가 용접 슬래그로 됨으로써 용접 비드의 외관이나 형상을 양호하게 하여 용접 작업성의 향상에 기여한다. 그러나, Si가 0.2% 미만에서는, 용접 비드의 외관이나 형상을 양호하게 하는 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Si가 0.6% 초과에서는, Si가 용접 금속 중에 과잉으로 남아 있음으로써 용접 금속의 저온 인성이 저하된다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 Si는 0.2∼0.6%로 한다. 또한, Si는 강제 외피에 포함되는 성분 외에, 플럭스로부터의 금속 Si, Fe-Si, Fe-Si-Mn 등의 합금 분말로도 첨가할 수 있다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 Mn: 1∼2.5%]
Mn은 Si와 같이 용접시에 일부가 용접 슬래그로 됨으로써 용접 비드의 외관이나 형상을 양호하게 하여, 용접 작업성의 향상에 기여한다. 또한 Mn은 용접 금속에 남아 있음으로써, 용접 금속의 강도와 저온 인성을 높이는 효과가 있다. 그러나, Mn이 1% 미만에서는, 이들 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Mn이 2.5% 초과에서는, Mn이 용접 금속 중에 과잉으로 남아 용접 금속의 강도가 과잉하게 됨으로써, 오히려 용접 금속의 저온 인성이 저하된다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 Mn은 1∼2.5%로 한다. 또한, Mn은 강제 외피에 포함되는 성분 외에, 플럭스로부터의 금속 Mn, Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등의 합금 분말로도 첨가할 수 있다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 Cu: 0.01∼0.5%]
Cu는 용접 금속의 조직을 미세화하여, 저온 인성 및 강도를 높이는 효과가 있다. 그러나, Cu가 0.01% 미만에서는, 이들 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Cu가 0.5% 초과에서는, 용접 금속의 강도가 과잉하게 되어 용접 금속의 저온 인성이 저하된다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 Cu는 0.01∼0.5%로 한다. 또한, Cu는 강제 외피 표면에 시행한 Cu 도금 성분 외에, 플럭스로부터의 금속 Cu, Cu-Zr, Fe-Si-Cu 등의 합금 분말로도 첨가할 수 있다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 Ni: 0.8∼3.2%]
Ni는 용접 금속의 저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나, Ni가 0.8% 미만에서는, 이 저온 인성 향상의 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Ni가 3.2% 초과에서는, 용접 금속에 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 Ni는 0.8∼3.2%로 한다. 또한, Ni는 강제 외피에 포함되는 성분 외에, 플럭스로부터의 금속 Ni, Fe-Ni 등의 합금 분말로도 첨가할 수 있다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 Ti: 0.01∼0.3%]
Ti는 용접 금속의 조직을 미세화하여 저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나, Ti가 0.01% 미만에서는, 이 저온 인성 향상의 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Ti가 0.3% 초과에서는, 인성을 저해하는 상부 베이나이트 조직을 생성하여 인성이 낮아진다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 Ti는 0.01∼0.3%로 한다. 또한, Ti는 강제 외피에 포함되는 성분 외에, 플럭스로부터의 금속 Ti, Fe-Ti 등의 합금 분말로도 첨가할 수 있다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 B: 0.002∼0.015%]
B는 미량의 첨가에 의해 용접 금속의 마이크로 조직을 미세화하여, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나, B가 0.002% 미만에서는, 이 용접 금속의 저온 인성 향상의 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 또한, B가 0.015% 초과에서는, 용접 금속이 과도하게 경화됨으로써 저온 인성이 저하됨과 아울러, 용접 금속에 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 B는 0.002∼0.015%로 한다. 또한, B는 강제 외피에 포함되는 성분 외에, 플럭스로부터의 금속 B, Fe-B, Mn-B 등 합금 분말로도 첨가할 수 있다.
[플럭스에 함유하는 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계: 3∼8%]
Ti 산화물은 용접시에 아크의 안정화에 기여함과 아울러 용접 비드의 형상을 양호하게 하여, 용접 작업성의 향상에 기여하는 효과가 있다. 또한 Ti 산화물은 입향상진 용접에 있어서, 용접 슬래그에 Ti 산화물로서 포함됨으로써 용융 슬래그의 점성이나 융점을 조정하여, 용융 메탈이 흘러내리는 것을 막는 효과가 있다. 그러나, Ti 산화물에 포함되는 TiO2량의 합계로서의 TiO2 환산값의 합계가 3% 미만에서는, 이들 효과가 충분히 얻어지지 않아, 아크가 불안정하여, 스패터 발생량이 많아져 용접 비드 외관 및 형상이 열화되고, 용접 금속의 저온 인성이 저하된다. 또한 상기한 TiO2 환산값의 합계가 3% 미만에서는, 입향상진 용접에서 용융 메탈이 흘러내려 용접의 계속이 곤란하게 된다. 한편, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 8% 초과에서는, 아크가 안정하여 스패터 발생량도 적지만, 용접 금속에 Ti 산화물이 과잉으로 잔존함으로써, 저온 인성이 저하된다. 따라서, 플럭스에 함유되는 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계는 3∼8%로 한다. 또한, Ti 산화물은 플럭스로부터의 루틸, 산화티탄, 티탄 슬래그, 일메나이트 등으로부터도 첨가된다.
[플럭스에 함유하는 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계: 0.1∼1.2%]
Al 산화물은 용접시에 용접 슬래그의 점성이나 융점을 조정하고, 특히 입향상진 용접에 있어서의 용융 메탈이 흘러내리는 것을 막는 효과가 있다. 그러나, Al 산화물에 포함되는 Al2O3량의 합계로서의 Al2O3 환산값의 합계가 0.1% 미만에서는, 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계가 1.2%를 초과하면, 용접 금속 중에 Al 산화물이 과잉으로 잔존함으로써, 저온 인성이 저하된다. 따라서, 플럭스에 함유하는 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계는 0.1∼1.2%로 한다. 또한, Al 산화물은 플럭스로부터의 알루미나 등으로부터 첨가할 수 있다.
[플럭스에 함유하는 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계: 0.1∼1%]
Si 산화물은 용융 슬래그의 점성이나 융점을 조정하여 슬래그 피포성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나, Si 산화물에 포함되는 SiO2량의 합계로서의 SiO2 환산값의 합계가 0.1% 미만에서는, 이 슬래그 피포성 향상의 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 1% 초과에서는, 용융 슬래그의 염기도가 저하함으로써, 용접 금속의 산소량이 증가하여 저온 인성이 저하된다. 따라서, 플럭스에 함유하는 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계는 0.1∼1%로 한다. 또한, Si 산화물은 플럭스로부터의 규사, 지르콘사, 규산소다 등으로부터 첨가할 수 있다.
[플럭스에 함유하는 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계: 0.01∼0.8%]
Zr 산화물은 용접 슬래그의 점성이나 융점을 조정하고, 특히 입향상진 용접에 있어서의 용융 메탈이 흘러내리는 것을 막는 효과가 있다. 그러나, Zr 산화물에 포함되는 ZrO2량의 합계로서의 ZrO2 환산값의 합계가 0.01% 미만에서는, 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계가 0.8% 초과에서는, 슬래그 박리성이 나빠진다. 따라서, 플럭스에 함유하는 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계는 0.01∼0.8%로 한다. 또한, Zr 산화물은 플럭스로부터의 지르콘사, 산화지르코늄 등으로부터 첨가할 수 있다.
[플럭스에 함유하는 Mg: 0.1∼0.8%]
Mg는 강탈산제로서 기능함으로써 용접 금속 중의 산소를 저감하여 용접 금속의 저온 인성을 높이는 효과가 있다. 그러나, Mg가 0.1% 미만에서는 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Mg가 0.8% 초과에서는, 용접시에 아크 속에서 격렬하게 산소와 반응하여 스패터나 퓸의 발생량이 많아진다. 따라서, 플럭스에 함유하는 Mg는 0.1∼0.8%로 한다. 또한, Mg는 플럭스로부터 금속 Mg, Al-Mg 등의 합금 분말로 첨가할 수 있다.
[플럭스에 함유하는 Na 및 K 화합물의 Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계: 0.05∼0.2%]
Na 및 K 화합물은 아크 안정제 및 슬래그 형성제로서 작용한다. Na 및 K 화합물에 포함되는 Na2O량의 합계로서의 Na2O 환산값 및 K2O량의 합계로서의 K2O 환산값의 합계가 0.05% 미만이면, 아크가 불안정하게 되어 스패터의 발생량이 많아지고, 또한 비드 외관도 불량하게 된다. 한편, Na 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계가 0.2%를 초과하면, 슬래그 박리성이 불량하게 되고, 또한 입향상진 용접에서는 메탈이 흘러내리기 쉬워진다. 따라서, 플럭스에 함유하는 Na 및 K 화합물의 Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계는 0.05∼0.2%로 한다. 또한, Na 및 K 화합물은 칼리장석, 규산소다 및 규산칼리로 이루어지는 물유리의 고질(固質) 성분, 불화소다, 규산화칼리 등의 분말로 첨가할 수 있다.
[플럭스에 함유하는 불소 화합물의 F 환산값의 합계: 0.01∼0.3%]
불소 화합물은 아크를 안정시키는 효과가 있다. 그러나, 불소 화합물에 함유하는 F량의 합계로서의 F 환산값의 합계가 0.01% 미만에서는, 이 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 불소 화합물의 F 환산값의 합계가 0.3%를 초과하면, 아크가 불안정하게 되어, 스패터의 발생량이 많아진다. 또한, 불소 화합물의 F 환산값의 합계가 0.3%를 초과하면, 입향상진 용접에서는 용융 메탈 흘러내림이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 플럭스에 함유하는 불소 화합물의 F 환산값의 합계는 0.01∼0.3%로 한다. 또한, 불소 화합물은 CaF2, NaF, KF, LiF, MgF2, K2SiF6, AlF3 등으로부터 첨가할 수 있고, F 환산값은 그것들에 함유되는 F량의 합계이다.
[와이어 전체 질량에 대한 질량비로 전체 수소량: 20ppm 이하]
와이어의 수소는 용접 금속의 확산성 수소원이 되므로, 가능한 한 저감할 필요가 있다. 와이어 전체 질량에 대한 질량비로 와이어의 전체 수소량이 20ppm을 초과하면, 확산성 수소량(JIS Z 3118)이 4ml/100g을 초과하므로, 다층성 용접을 한 경우에, 저온 균열 감수성이 향상된다. 또한, 와이어 중의 전체 수소량은 불활성 가스 열전도도법 등에 의해 측정할 수 있다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 Al: 0.3% 이하]
Al은 용접시에 용접 슬래그에 Al 산화물로서 용접 슬래그에 포함됨으로써 용접 슬래그의 점성이나 융점을 조정하고, 특히 입향상진 용접에서의 용융 메탈이 흘러 떨어지는 것을 막는 효과가 있다. 그러나, Al이 0.3%를 초과하면, Al 산화물로서 과도하게 용접 금속에 잔류하여 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 Al은 0.3% 이하로 한다. 또한, Al은 강제 외피에 포함되는 성분 외에, 플럭스로부터의 금속 Al, Fe-Al, Al-Mg 등의 합금 분말로도 첨가할 수 있다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 N: 0.008% 이하]
N은 미량의 첨가로 개재물의 조성을 핵생성 촉진에 효과적인 TiN의 생성에 의해, 용접 금속의 응고 조직이 미세하게 되어, 내고온 균열성이 개선된다. 그러나, N이 0.008%를 초과하면, 용접부에 대한 N의 용해도가 작은 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판을 용접하는 경우, 용접부의 용해도를 초과하기 때문에, 용접 금속 중에 블로우 홀이 발생한다. 또한 N이 0.008%를 초과하면 인성이 저하된다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 N은 0.008% 이하로 한다. 또한, N은 강제 외피에 포함되는 성분 외에, 탈산제나 합금분에 금속 질화물로서 포함된다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 V: 0.03% 이하]
V는 미세한 질탄화물을 석출하여 용접 금속의 강도를 향상시킨다. 그러나, V가 0.03%를 초과하면, 강도가 과다하게 되어 인성이 저하된다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 V는 0.03% 이하로 한다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 Nb: 0.03% 이하]
Nb는 미세한 질탄화물을 석출하여 용접 금속의 강도를 향상시킨다. 그러나, Nb가 0.03%를 초과하면, 강도가 과다하게 되어 인성이 저하된다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 Nb는 0.03% 이하로 한다.
[강제 외피와 플럭스의 합계에서 V+2Nb: 0.07% 이하]
V 및 Nb는 모두 미세한 질탄화물을 석출하여 용접 금속의 강도를 향상시키지만, V+2Nb량이 0.07%를 초과하면, 강도가 과다하게 되어 인성이 저하된다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 합계에서 V+2Nb는 0.07% 이하로 한다.
[플럭스에 함유하는 Bi 및 Bi 산화물에 포함되는 Bi 환산값: 0.003∼0.01%]
Bi는 다층성 용접에 있어서 용접 슬래그의 용접 금속으로부터의 박리를 촉진하여, 슬래그 박리성을 양호하게 한다. Bi 및 Bi 산화물에 포함되는 Bi의 합계로서의 Bi 환산값이 0.003% 미만이면, 슬래그 박리성의 효과가 불충분하다. 한편, Bi 및 Bi 산화물에 포함되는 Bi 환산값이 0.01%를 초과하면, 용접 금속에 균열이 생기는 경우가 있고, 또한 인성이 저하된다. 따라서, 플럭스에 함유하는 Bi 및 Bi 산화물에 포함되는 Bi 환산값은 0.003∼0.01%로 한다.
[강제 외피에 이음매가 없는 것]
본 발명의 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어는 강제 외피를 파이프 형상으로 성형하고, 그 내부에 플럭스를 충전한 구조이다. 와이어의 종류로서는 성형한 강제 외피의 맞댐 이음매를 용접하여 얻어지는 강제 외피에 이음매가 없는 와이어와, 강제 외피의 맞댐 이음매의 용접을 행하지 않은 채로 한 강제 외피에 이음매를 갖는 와이어로 대별할 수 있다. 본 발명에서는, 어느 단면 구조의 와이어도 채용할 수 있지만, 강제 외피에 이음매가 없는 와이어는 와이어 중의 전체 수소량을 저감시키는 것을 목적으로 한 열처리가 가능하고, 또한 제조 후의 플럭스의 흡습이 없기 때문에, 용접 금속의 확산성 수소량을 저감하여 내저온 균열성의 향상을 도모할 수 있으므로, 보다 바람직하다.
본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어의 잔부는 강제 외피의 Fe, 성분 조정을 위해 첨가하는 철분, Fe-Mn, Fe-Si 합금 등의 철 합금분의 Fe 성분 및 불가피한 불순물이다. 또한 플럭스 충전률은 특별히 제한은 하지 않지만, 생산성의 관점에서, 와이어 전체 질량에 대하여 8∼20%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 Al, N, V, Nb, V+2Nb, Bi 환산값 중 어느 하나 이상에 대하여 상기한 성분의 함유량의 조건을 충족시키고 있지 않은 경우에 있어서, 소기의 효과를 얻을 수 있는 것이다.
(실시예)
이하, 본 발명의 효과를 구체적으로 설명한다.
JIS G 3141에 규정되는 SPCC를 강제 외피로서 사용하고, 강제 외피를 성형하는 공정에서 U형으로 성형한 후, 강제 외피의 맞댐 이음매를 용접한 이음매가 없는 와이어와, 용접하지 않는 간극이 있는 와이어를 조관(造管)하고, 드로잉(伸線)하여 표 1∼표 4에 나타내는 각종 성분의 플럭스 충전 와이어를 시작했다. 와이어 직경은 1.2mm로 했다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
시작한 와이어는 가부시키가이샤호리바세사쿠쇼제의 수소 분석 장치: EMGA-621을 사용하여 전체 수소량을 측정한 후, JIS Z G3218 SHY685에 규정되는 강판을 사용하여 입향상진 필렛 용접에 의한 용접 작업성의 평가, 용착 금속 시험으로서 기계특성 평가 및 용접 균열 시험을 실시했다. 이것들의 용접 조건을 표 5에 나타낸다.
Figure pat00005
입향상진 용접에 의한 용접 작업성의 평가는 반자동 MAG 용접을 했을 때의 아크의 안정성, 스패터 발생 상태, 퓸 발생 상태, 비드 형상, 비드 외관 및 용융 메탈 흘러내림 상황에 대하여 조사했다.
용착 금속 시험은 JIS Z 3111에 준하여 용접하고, 용착 금속의 판두께 방향 중앙부로부터 인장시험편(A0호) 및 충격시험편(V 노치 시험편)을 채취하고, 기계 시험을 실시했다. 인성의 평가는 -60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의해 행하고, 각각 반복 3개의 흡수 에너지의 평균이 60J 이상을 양호로 했다. 인장 시험의 평가는 0.2% 내력이 500MPa 이상, 인장강도가 610MPa 이상의 것을 양호로 했다.
용접 균열 시험은 U형 용접 균열 시험 방법(JIS Z 3157)에 준거하여, 시험체의 예열온도를 75℃에서 실시하고, 용접 후 58시간 경과한 시험체에 대하여, 표면 균열 및 단면 균열(5단면)의 발생의 유무를 침투 탐상 시험(JIS Z2343)에 의해 조사했다. 이것들의 결과를 표 6에 함께 나타낸다.
Figure pat00006
표 1, 2 및 표 6의 와이어 기호 1∼15는 본 발명예, 표 3, 4 및 표 6의 와이어 기호 16∼36은 비교예이다. 본 발명예인 와이어 기호 1∼15는 각 성분의 조성이 본 발명에서 규정한 범위 내이므로, 용접 작업성이 양호함과 아울러, U형 균열 시험에서 균열이 없고, 0.2% 내력, 인장강도 및 흡수 에너지도 양호한 값이 얻어지는 등 극히 만족한 결과였다. 또한, Bi 및 Bi 산화물의 일방 또는 양방의 Bi 환산값이 적은 와이어 기호 1, 9, 12, 14 및 와이어 기호 15는 약간 슬래그 박리성이 불량했다.
비교예 중, 와이어 기호 16은 C가 적으므로, 아크가 불안정하여, 용착 금속의 0.2% 내력 및 인장강도가 낮았다. 또한 Al이 많으므로, 흡수 에너지가 낮았다. 또한, Bi 및 Bi 산화물의 일방 또는 양방의 Bi 환산값의 합계가 적으므로, 슬래그 박리성이 불량했다.
와이어 기호 17은 C가 많으므로, 인장강도가 높아지고 흡수 에너지가 낮았다. 또한 Mg가 많으므로, 스패터 및 퓸의 발생량이 많았다.
와이어 기호 18은 Si가 적으므로, 용접 비드의 외관 및 형상이 불량했다. 또한 V+2Nb가 많으므로, 용착 금속의 인장강도가 높아지고 흡수 에너지가 낮았다.
와이어 기호 19는 Si가 많으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다. 또한 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계가 적으므로, 메탈 흘러내림이 발생했다.
와이어 기호 20은 Mn이 적으므로, 용접 비드의 외관 및 형상이 불량함과 아울러, 용착 금속의 0.2% 내력 및 인장강도가 낮고, 흡수 에너지도 낮았다.
와이어 기호 21은 Mn이 많으므로, 용착 금속의 인장강도가 높아지고 흡수 에너지가 낮았다. 또한 강제 외피에 이음매를 가져 와이어의 전체 수소량이 많으므로, U형 균열 시험에서 용접부에 균열이 생겼다.
와이어 기호 22는 Cu가 적으므로, 용착 금속의 0.2% 내력 및 인장강도가 낮고, 흡수 에너지도 낮았다.
와이어 기호 23은 Cu가 많으므로, 용착 금속의 인장강도가 높아지고 흡수 에너지가 낮았다. 또한 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계가 많으므로, 슬래그 박리성이 불량했다.
와이어 기호 24는 Ni가 적으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다. 또한 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계가 적으므로, 메탈 흘러내림이 발생했다. 또한, Bi 및 Bi 산화물의 일방 또는 양방의 Bi 환산값의 합계가 적으므로, 슬래그 박리성이 불량했다.
와이어 기호 25는 Ni가 많으므로, 용착 금속 시험에서 크레이터부에 고온 균열이 생겼다. 또한, Nb가 많으므로, 용착 금속의 인장강도가 높아지고 흡수 에너지가 낮았다.
와이어 기호 26은 Ti가 적으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다. 또한 불소 화합물의 F 환산값의 합계가 많으므로, 아크가 불안정하여 스패터 발생량이 많고, 메탈 흘러내림도 생겼다. 또한, Bi 및 Bi 산화물의 일방 또는 양방의 Bi 환산값의 합계가 적으므로, 슬래그 박리성이 불량했다.
와이어 기호 27은 Ti가 많으므로, 용착 금속 시험에서 크레이터부에 고온 균열이 생겼다. 또한 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다. 또한, Bi 및 Bi 산화물의 일방 또는 양방의 Bi 환산값의 합계가 적으므로, 슬래그 박리성이 불량했다.
와이어 기호 28은 B가 적으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다. 또한 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 적으므로, 슬래그 피포성이 나빠 비드 외관 및 형상이 불량했다.
와이어 기호 29는 B가 많으므로, 용착 금속 시험에서 크레이터부에 고온 균열이 생겼다. 또한 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다. 또한, Na 및 K 화합물의 Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계가 적으므로, 아크가 불안정하여 스패터 발생량이 많아, 비드 형상이 불량으로 되었다.
와이어 기호 30은 Mg가 적으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다. 또한 Na 및 K 화합물의 Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계가 많으므로, 슬래그 박리성이 불량하여, 메탈 흘러내림이 발생했다. 또한, 강제 외피에 이음매를 가져 와이어의 전체 수소량이 많으므로, U형 균열 시험에서 용접부에 균열이 생겼다.
와이어 기호 31은 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 적으므로, 아크가 불안정하여 스패터 발생량이 많아, 비드 형상이 불량으로 되고, 메탈 흘러내림도 발생했다. 또한 V가 많으므로, 용착 금속의 인장강도가 높아지고 흡수 에너지가 낮았다.
와이어 기호 32는 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 많으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다. 또한 불소 화합물의 F 환산값의 합계가 적으므로, 아크가 불안정했다.
와이어 기호 33은 와이어의 전체 수소량이 많으므로, U형 균열 시험에서 용접부에 균열이 생겼다. 또한 Bi 및 Bi 산화물의 일방 또는 양방의 Bi 환산값의 합계가 많으므로, 용착 금속 시험의 크레이터부에 고온 균열이 생겼다. 또한 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다.
와이어 기호 34는 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계가 많으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다. 또한 강제 외피에 이음매를 가져 와이어의 전체 수소량이 많으므로, U형 균열 시험에서 용접부에 균열이 생겼다.
와이어 기호 35는 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 많으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮았다. 또한 Bi 및 Bi 산화물의 일방 또는 양방의 Bi 환산값의 합계가 적으므로, 슬래그 박리성이 불량했다.
와이어 기호 36은 와이어의 전체 수소량이 많으므로, U형 균열 시험에서 용접부에 균열이 생겼다. 또한 N이 많으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮아, 블로우 홀이 발생했다.

Claims (4)

  1. 강제 외피가 플럭스를 충전하여 이루어지는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서,
    와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 강제 외피와 플럭스의 합계에서,
    C: 0.03∼0.08%,
    Si: 0.2∼0.6%,
    Mn:1∼2.5%,
    Cu: 0.01∼0.5%,
    Ni: 0.8∼3.2%,
    Ti: 0.01∼0.3%,
    B: 0.002∼0.015%,
    또한, 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 플럭스에,
    Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계: 3∼8%,
    Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계: 0.1∼1.2%,
    Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계: 0.1∼1%,
    Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계: 0.01∼0.8%,
    Mg: 0.1∼0.8%,
    Na 및 K 화합물의 Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계: 0.05∼0.2%,
    불소 화합물의 F 환산값의 합계: 0.01∼0.3%를 함유하고,
    잔부는 강제 외피의 Fe, 철분, 철 합금분의 Fe 성분 및 불가피한 불순물로 이루어지고,
    와이어의 전체 수소량이 와이어 전체 질량에 대한 질량비로 20ppm 이하인 것을 특징으로 하는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서, 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 강제 외피와 플럭스의 합계로, Al: 0.3% 이하, N: 0.008% 이하, V: 0.03% 이하, Nb: 0.03% 이하이고, 또한, V+2Nb: 0.07% 이하를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 플럭스에, Bi 및 Bi 산화물에 포함되는 Bi 환산값: 0.003∼0.01%를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강제 외피에 이음매가 없는 것을 특징으로 하는 탄산 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021142547A (ja) * 2020-03-12 2021-09-24 日鉄溶接工業株式会社 耐海水性鋼のガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

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