KR20150130930A - Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어 - Google Patents

Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어 Download PDF

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Abstract

[과제] Ni기 합금 및 9% Ni 강, 고내식 오스테나이트계 스테인레스강 등의 전자세 용접에 있어서, 우수한 비드 형상이 얻어짐과 더불어, 아크 안정성 및 슬래그 박리성이 우수하고, 양호한 강도, 인성, 내결함성, 내고온균열성, 내식성을 갖는 용접 금속이 얻어지는 Ni기 합금의 플럭스 코어드 와이어를 제공한다.
[해결수단] Ni기 합금의 외피에 플럭스가 충전된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어로서, 와이어 전체 질량당, Ni, Cr, Mo, Nb를 소정량 함유하고, 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당, TiO2, SiO2, ZrO2, MnO2, Al2O3을 소정량 함유하며, 또한 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당, Na, K, Li의 알칼리 금속 화합물을 알칼리 금속 환산값으로 소정량, 불화물을 불소 환산값으로 소정량 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어{Ni BASED ALLOY FLUX CORED WIRE}
본 발명은 9% Ni 강, Ni기(基) 합금, 고내식(高耐食) 오스테나이트계 스테인레스강 등의 용접에서 사용되는 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
Ni기 합금을 성분으로 하는 용접 재료는, 예컨대, 화학 플랜트나 석유 관련 설비 등의 구조 부재로서 사용되는 Ni기 합금이나 고내식 오스테나이트계 스테인레스강 등의 용접에 이용되고 있다. 또는, Ni기 합금을 성분으로 하는 용접 재료는, LNG, 액체 질소, 또한 액체 산소 등의 저장 탱크 등의 구조 부재로서 사용되는 9% Ni 강 등의 용접에 이용되고 있다.
최근, Ni기 합금과 같은 특수 용접 재료에 대하여, 피복 아크 용접이나 TIG 용접에 비하여, 보다 높은 작업 능률을 기대할 수 있는 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 실드 아크 용접이 확대되고 있다.
여기에서, Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 실드 아크 용접에 있어서는, Ni기 합금은 용접 금속의 융점이 낮기 때문에, 응고된 슬래그와의 계면에 가스가 트랩되기 쉬워, 용접 금속에 피트(pit)가 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 또한, 그 밖의 성능에 대한 개선도 도모되고 있다.
그래서, 예컨대 특허문헌 1에는, TiO2, ZrO2, SiO2의 첨가량의 조정과, MnO2의 첨가에 의해 내피트성을 개선한 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 또한, 이 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어에 대해서는, MnO2의 첨가는 Si의 슬래그 아웃을 촉진하는 효과가 있어, 용접 금속 중의 Si를 저감화시켜, 내고온균열성을 향상시키는 효과도 있다.
또한, 예컨대 특허문헌 2에는, TiO2, SiO2, ZrO2를 베이스로 한 슬래그 형성제에 슬래그의 응고 온도를 저하시키는 MnO2를 첨가함으로써, 수평 필렛, 횡향(橫向) 용접에 있어서, 내피트성을 개선한 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다.
또한, 예컨대 특허문헌 3에는, 9% Ni 강의 용접을 대상으로 하여, 하스텔로이계의 용접 금속으로 함으로써, 우수한 내응고균열성, 저온 인성이 얻어지는 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 또한, 이 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어는, TiO2, SiO2, MnO, ZrO2, 알칼리 금속의 첨가 밸런스를 적정화함으로써, 전(全)자세에서의 우수한 용접 작업성을 갖는 것이다.
또한, 예컨대 특허문헌 4에는, TiO2, Al2O3, SiO2, Fe 산화물, Mn 산화물, 알칼리 금속, 불화물의 첨가량을 적정화함으로써, 비드의 순응이 좋고, 스패터 발생량이 적으며, 슬래그의 피포성(被包性)이나 박리성 등의 용접 작업성이 우수한 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다.
일본 특허공개 2011-140064호 공보 일본 특허공개 2008-246507호 공보 일본 특허공개 2007-203350호 공보 일본 특허공개 평6-198488호 공보
그러나, 종래의 기술에 있어서는 이하의 문제가 있다.
특허문헌 1, 2에 기재된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어에서는, 저융점 산화물인 MnO2의 첨가에 의해 슬래그 응고 온도가 저하된다. 그 때문에, 특허문헌 1, 2에 기재된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어에서는, 입향(立向) 자세나 상향 자세에서의 비드 형상의 개선에 여지가 있다.
특허문헌 3에 기재된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어에서도, MnO의 첨가량이 높기 때문에, 슬래그 응고 온도가 저하된다. 그 때문에, 특허문헌 3에 기재된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어에서는, 입향 자세나 상향 자세에서의 비드 형상의 개선에 여지가 있다.
특허문헌 4에 기재된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어에서는, 슬래그 성분에 ZrO2를 포함하지 않는다. 그 때문에, 특허문헌 4에 기재된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어에서는, 입향 자세나 상향 자세에서의 비드 형상의 개선에 여지가 있다. ZrO2는 융점이 높아, 첨가함으로써 입향, 상향 자세에서의 비드 형상의 개선에 유효하다. 또한, 특허문헌 4에 기재된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어에서는, 입향, 상향 자세에서의 용접 작업성에 대하여 전혀 검토되어 있지 않다.
또한, 종래의 기술에 있어서는, 아크 안정성, 슬래그 박리성, 어떠한 비드 형상이 얻어지는가 등의 용접 작업성이나, 강도, 인성, 내결함성, 내고온균열성, 내식성 등의 용접 금속 성능의 향상이 도모되어 있다. 그러나, 이들 용접 작업성이나 용접 금속 성능을 양립시킴과 더불어, 용접 작업성이나 용접 금속 성능의 가일층의 향상이 요망되고 있다. 한편, 내결함성이란, 블로우 홀(blow hole), 피트, 슬래그 혼입 등이 발생하기 어려운 특성이다.
그래서, 본 발명의 과제는, Ni기 합금 및 9% Ni 강, 고내식 오스테나이트계 스테인레스강 등의 전자세 용접에 있어서, 우수한 비드 형상이 얻어짐과 더불어, 아크 안정성 및 슬래그 박리성이 우수하고, 양호한 강도, 인성, 내결함성, 내고온균열성, 내식성을 갖는 용접 금속이 얻어지는 Ni기 합금의 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 이하의 사항을 발견했다.
Ni기 합금은 융점이 낮기 때문에, 전자세 용접에서는 용융 금속이 처지기 쉬워지는 특징이 있다. 그 때문에, 전자세 용접에서 평탄한 비드 형상을 얻기 위해서는, 슬래그의 응고 온도를 높게 하여, 응고된 슬래그에서 용융 금속이 처지지 않도록 억제할 것이 필요해진다. 슬래그의 응고 온도를 높이기 위해서는, 슬래그 형성제에 있어서, 고융점인 산화물의 첨가량을 높이고, 되도록이면 저융점인 산화물을 첨가하지 않으면 된다. 이와 같은 생각에 의해, 고융점인 슬래그 조성을 유지하면서, 슬래그 박리도 우수한 슬래그 조성을 갖는 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어를 개발했다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 다음의 기술 수단을 강구하고 있다.
본 발명에 따른 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어는, Ni기 합금의 외피에 플럭스가 충전된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어로서, 와이어 전체 질량당, Ni: 52∼65질량%, Cr: 18∼23질량%, Mo: 7.0∼10.0질량%, Nb: 3.0∼5.0질량%를 함유하고, 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당, TiO2: 4.0∼12.0질량%, SiO2: 0.05∼0.60질량%, ZrO2: 1.0∼4.0질량%, MnO2: 0.3질량% 이하, Al2O3: 1.0질량% 이하를 함유하며, 또한 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당, Na, K, Li의 알칼리 금속 화합물을 알칼리 금속 환산값으로 합계 0.1∼2.0질량%, 불화물을 불소 환산값으로 0.1∼1.0질량% 함유하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어(이하, 적절히 플럭스 코어드 와이어 또는 간단히 와이어라고 함)는, 소정량의 Ni를 첨가함으로써, 오스테나이트 조직이 안정화되어 인성이 향상되고, 소정량의 Cr, Mo, Nb를 첨가함으로써, 용접 금속의 강도 및 내식성이 향상된다.
또한, 플럭스 코어드 와이어는, 소정량의 TiO2를 첨가함으로써, 균일하고 피포성이 좋은 슬래그가 형성되고, 아크 안정성이 향상됨과 더불어, 슬래그 융점이 올라가, 전자세 용접에서의 비드 형상이 평탄해진다. 또한, 소정량의 SiO2를 첨가함으로써, 슬래그의 점성이 높아져, 슬래그 덮임이 균일해짐으로써 슬래그 박리성이 양호해진다. 또한, 소정량의 ZrO2를 첨가함으로써, 슬래그 응고가 빨라져, 입향 자세 및 상향 자세에서의 평탄한 비드 형상이 얻어진다. 또한, MnO2의 첨가량을 규제함으로써, 슬래그 응고 온도의 저하가 억제되어, 전자세 용접의 비드 형상의 열화가 억제된다. 또한, Al2O3의 첨가량을 규제함으로써, 슬래그 박리의 열화가 억제된다.
또한, 플럭스 코어드 와이어는, Na, K, Li의 알칼리 금속 화합물을 소정량 첨가함으로써, 아크 안정성이 향상되고, 불화물을 소정량 첨가함으로써, 수분 유래의 기공 결함이 저감된다.
본 발명에 따른 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어는, 슬래그 형성제로서 Ca 화합물, Ba 화합물 및 Bi 화합물을 함유하고, 이들 화합물에 대하여, 와이어 전체 질량당, 각각, Ca 환산값으로 0.5질량% 이하, Ba 환산값으로 0.5질량% 이하, Bi 환산값으로 0.01질량% 이하인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하면, 플럭스 코어드 와이어는, Ca 화합물, Ba 화합물의 첨가량을 규제함으로써, 슬래그 융점의 저하가 억제되어, 전자세의 용접 작업성의 열화가 억제된다. 이에 의해, 보다 슬래그 박리가 좋고, 전자세에서 보다 평탄한 비드 형상이 얻어지기 쉬워진다. 또한, Bi 화합물의 첨가량을 규제함으로써, 용접 금속의 내고온균열성의 열화가 억제된다.
본 발명에 따른 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어는, 슬래그 형성제로서 산화물 및 탄산염을 함유하고, 상기 산화물 및 탄산염 중에서, Ti, Zr, Si, Ca, Mn, Ba의 산화물 및 Ti, Zr, Si, Ca, Mn, Ba의 탄산염에 대하여, 산화물 환산값으로, (TiO2+ZrO2)/(SiO2+CaO+MnO2+BaO): 5∼50인 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하면, 플럭스 코어드 와이어는, (TiO2+ZrO2)/(SiO2+CaO+MnO2+BaO)를 규정함으로써, 전자세에서의 용접 작업성과 슬래그의 순응이 양립된다. 이에 의해, 보다 전자세에서 평탄한 비드 형상이 얻어지고, 슬래그 박리성도 보다 양호해진다.
본 발명의 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어는, Ni기 합금, 9% Ni 강 및 고내식 오스테나이트계 스테인레스강 등의 전자세 용접에 있어서, 비드 형상이 우수한 용접 금속이 얻어짐과 더불어, 아크 안정성 및 슬래그 박리가 우수한 것이 된다. 또한, 본 발명의 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어는, 양호한 강도, 인성, 내결함성, 내고온균열성, 내식성을 갖는 용접 금속을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 플럭스 코어드 와이어는, Ni기 합금의 외피에 플럭스가 충전된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어이다. 그리고, 이 플럭스 코어드 와이어는, 전체 질량당, Ni, Cr, Mo, Nb를 소정량 함유하고, 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당, TiO2, SiO2, ZrO2, MnO2, Al2O3을 소정량 함유하며, 또한 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당, Na, K, Li의 알칼리 금속 화합물을 알칼리 금속 환산값으로 소정량, 불화물을 불소 환산값으로 소정량 함유하는 것이다.
이하, 플럭스 코어드 와이어의 성분 한정 이유에 대하여 설명한다.
<Ni: 52∼65질량%>
Ni는 오스테나이트 조직을 안정화시키기 위해서 첨가한다. Ni 함유량이 52질량% 미만이면, 상대적으로 다른 원소의 함유량이 증가하여 조직이 불안정해져, 인성이 열화된다. 한편, Ni 함유량이 65질량%를 초과하면, 상대적으로 Cr, Mo, Nb 등의 첨가량이 낮아져, 내식성이나 강도가 열화된다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 Ni 함유량은 와이어 전체 질량당 52∼65질량%로 한다. Ni 함유량은, 조직을 보다 안정하게 하는 관점에서, 바람직하게는 55질량% 이상, 보다 바람직하게는 58질량% 이상이다. 또한, 내식성이나 강도를 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 62질량% 이하, 보다 바람직하게는 61질량% 이하이다.
<Cr: 18∼23질량%>
Cr은 용접 금속의 강도 및 내식성을 향상시키는 효과가 있다. Cr 함유량이 18질량% 미만이면, 내식성이 열화된다. 한편, Cr 함유량이 23질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 열화된다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 Cr 함유량은 와이어 전체 질량당 18∼23질량%로 한다. Cr 함유량은, 내식성을 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 19질량% 이상, 보다 바람직하게는 20질량% 이상이다. 또한, 인성을 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 22질량% 이하, 보다 바람직하게는 21.5질량% 이하이다.
<Mo: 7.0∼10.0질량%>
Mo는 Cr과 동일하게 용접 금속의 강도 및 내식성을 향상시키는 효과가 있다. Mo 함유량이 7.0질량% 미만이면, 내식성이 열화된다. 한편, Mo 함유량이 10.0질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 열화된다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 Mo 함유량은 와이어 전체 질량당 7.0∼10.0질량%로 한다. Mo 함유량은, 내식성을 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 7.5질량% 이상, 보다 바람직하게는 8.0질량% 이상이다. 또한, 인성을 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 9.0질량% 이하, 보다 바람직하게는 8.8질량% 이하이다.
<Nb: 3.0∼5.0질량%>
Nb는 고용 강화 원소이며, 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. Nb 함유량이 3.0질량% 미만이면, 강도가 열화된다. 한편, Nb 함유량이 5.0질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 열화된다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 Nb 함유량은 와이어 전체 질량당 3.0∼5.0질량%로 한다. Nb 함유량은, 강도를 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 3.15질량% 이상, 보다 바람직하게는 3.3질량% 이상이다. 또한, 인성을 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 4.5질량% 이하, 보다 바람직하게는 4.2질량% 이하이다.
<TiO2: 플럭스 중에 4.0∼12.0질량%>
TiO2는 슬래그 형성제의 주성분이며, 균일하고 피포성이 좋은 슬래그를 형성하고, 아크 안정성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, TiO2의 첨가는 슬래그 융점을 올려서 전자세 용접에서의 비드 형상을 평탄하게 하는 효과도 있다. TiO2 함유량이 4.0질량% 미만이면, 상기의 효과가 얻어지지 않는다. 한편, TiO2 함유량이 12.0질량%를 초과하면, 플럭스가 매우 녹기 어려워져, 플럭스 기둥이 녹다 남아, 슬래그 혼입의 발생 원인이 된다. 따라서, 플럭스 중의 TiO2 함유량은 와이어 전체 질량당 4.0∼12.0질량%로 한다. TiO2 함유량은, 상기의 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 5.0질량% 이상, 보다 바람직하게는 5.5질량% 이상이다. 또한, 플럭스를 보다 녹기 쉽게 하는 관점에서, 바람직하게는 10.0질량% 이하, 보다 바람직하게는 9.0질량% 이하이다.
<SiO2: 플럭스 중에 0.05∼0.60질량%>
SiO2는 슬래그의 점성을 높여, 슬래그 덮임을 균일하게 함으로써 슬래그 박리성을 양호하게 하는 효과가 있다. SiO2 함유량이 0.05질량% 미만이면, 상기 효과가 얻어지지 않는다. 한편, SiO2 함유량이 0.60질량%를 초과하면, SiO2는 Ti 등의 강(强)탈산 원소에 의해서 환원되기 때문에, 용접 금속 중의 Si 증가를 초래하여, 용접 금속의 인성의 열화를 초래한다. 또한, 슬래그 융점이 저하되어, 전자세 용접에서의 비드 형상이 열화된다. 따라서, 플럭스 중의 SiO2 함유량은 와이어 전체 질량당 0.05∼0.60질량%로 한다. SiO2 함유량은, 상기의 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 0.20질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.30질량% 이상이다. 또한, 인성을 보다 향상시키는 관점 및 비드 형상을 보다 양호하게 하는 관점에서, 바람직하게는 0.55질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.50질량% 이하이다.
<ZrO2: 플럭스 중에 1.0∼4.0질량%>
ZrO2는 슬래그 응고를 빠르게 하여, 입향 자세 및 상향 자세에서의 평탄한 비드 형상이 얻어지는 효과가 있다. ZrO2 함유량이 1.0질량% 미만이면, 상기의 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, ZrO2 함유량이 4.0질량%를 초과하면, 슬래그 피포성의 열화를 초래하여, 슬래그 박리성이 현저히 열화된다. 따라서, 플럭스 중의 ZrO2 함유량은 와이어 전체 질량당 1.0∼4.0질량%로 한다. ZrO2 함유량은, 상기의 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 1.5질량% 이상, 보다 바람직하게는 1.8질량% 이상이다. 또한, 슬래그 박리성을 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 3.0질량% 이하, 보다 바람직하게는 2.8질량% 이하이다.
<MnO2: 플럭스 중에 0.3질량% 이하>
MnO2는 슬래그 응고 온도를 저하시켜, 전자세 용접의 비드 형상을 열화시킨다. 따라서, 플럭스 중의 MnO2 함유량은 와이어 전체 질량당 0.3질량% 이하로 한다. MnO2 함유량은, 비드 형상의 열화를 보다 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.1질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이하이다. 한편, 하한치는 특별히 규정은 없지만, MnO2는 함유하지 않는 편이 바람직하다. 단, MnO2는 불가피적으로 혼입되기 때문에, 실질적으로 0.001질량%가 하한치가 된다.
<Al2O3: 플럭스 중에 1.0질량% 이하>
Al2O3은 슬래그 박리성의 열화를 초래한다. 따라서, 플럭스 중의 Al2O3 함유량은 와이어 전체 질량당 1.0질량% 이하로 한다. Al2O3 함유량은, 슬래그 박리성의 열화를 보다 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.8질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.6질량% 이하이다. 한편, 하한치는 특별히 규정은 없지만, Al2O3은 함유하지 않는 편이 바람직하다. 단, Al2O3은 불가피적으로 혼입되기 때문에, 실질적으로 0.001질량%가 하한치가 된다.
<Na, K, Li의 알칼리 금속 화합물에 있어서의 알칼리 금속 환산값의 합계: 플럭스 중에 0.1∼2.0질량%>
Na, K, Li 등의 알칼리 금속은 아크 안정성을 향상시키는 효과가 있다. 이들은 불화물이나 복합 산화물로서 첨가할 수 있고, 알칼리 금속 환산으로 Na, K, Li의 합계를 0.1∼2.0질량% 포함하도록 한다. Na, K, Li의 합계가 0.1질량% 미만이면, 아크 안정성이 열화된다. 한편, 2.0질량%를 초과하면, 슬래그 융점이 저하되어, 전자세 용접에서의 비드 형상이 열화된다. 따라서, 플럭스 중의 Na, K, Li의 합계는 와이어 전체 질량당 0.1∼2.0질량%로 한다. Na, K, Li의 합계는, 아크 안정성을 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 0.3질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.5질량% 이상이다. 또한, 비드 형상을 보다 양호하게 하는 관점에서, 바람직하게는 1.5질량% 이하, 보다 바람직하게는 1.2질량% 이하이다.
<불화물의 불소 환산값: 플럭스 중에 0.1∼1.0질량%>
불소는 수분 유래의 기공 결함을 저감하는 효과가 있다. 불화물의 불소 환산값이 0.1질량% 미만이면, 기공 결함의 저감 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 불화물의 불소 환산값이 1.0질량%를 초과하면, 아크 안정성이 열화된다. 또한, 전자세 용접에서의 비드 형상이 열화된다. 따라서, 플럭스 중의 불화물의 불소 환산값은 와이어 전체 질량당 0.1∼1.0질량%로 한다. 불화물의 불소 환산값은, 기공 결함의 저감 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 0.3질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.4질량% 이상이다. 또한, 아크 안정성 및 비드 형상을 보다 양호하게 하는 관점에서, 바람직하게는 0.9질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.8질량% 이하이다.
한편, 알칼리 금속 화합물에는 알칼리 금속 불화물도 포함되고, 여기에서의 「불화물」에는 알칼리 금속 불화물도 포함된다. 즉, 여기에서의 「불화물」은 NaF, KF, LiF 이외의 불화물도 포함하는 것이다.
기타, 플럭스의 잔부는 Mn, W, Fe 및 불가피적 불순물이다.
<잔부: 불가피적 불순물>
플럭스 코어드 와이어 전체로서의 성분의 잔부는 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로서는, 예컨대 C, Si, P, S, Cu, V, N 등을 들 수 있다.
플럭스 코어드 와이어는, 슬래그 형성제로서 Ca 화합물, Ba 화합물 및 Bi 화합물을 함유하고, 이들 화합물에 대하여, 와이어 전체 질량당, 각각, Ca 환산값, Ba 환산값, Bi 환산값으로 소정량인 것이 바람직하다.
<Ca 화합물에 대한 Ca 환산값: 0.5질량% 이하>
Ca는 슬래그 융점을 저하시켜, 전자세의 용접 작업성을 열화시킨다. Ca를 저감함으로써, 보다 슬래그 박리가 좋고, 전자세에서 보다 평탄한 비드 형상이 얻어지기 쉽다. 따라서, Ca 화합물의 함유량은, 와이어 전체 질량당, Ca 환산값으로 0.5질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. Ca 화합물의 함유량은, 용접 작업성을 보다 향상시키는 관점 및 비드 형상을 보다 양호하게 하는 관점에서, 보다 바람직하게는 Ca 환산값으로 0.1질량% 이하, 더 바람직하게는 Ca 환산값으로 0.05질량% 이하이다. 한편, 하한치는 특별히 규정은 없지만, Ca 화합물은 함유하지 않는 편이 바람직하다. 단, Ca는 불가피적으로 혼입되기 때문에, 실질적으로 Ca 환산값으로 0.001질량%가 하한치가 된다.
<Ba 화합물에 대한 Ba 환산값: 0.5질량% 이하>
Ba는 슬래그 융점을 저하시켜, 전자세의 용접 작업성을 열화시킨다. Ba를 저감함으로써, 보다 슬래그 박리가 좋고, 전자세에서 보다 평탄한 비드 형상이 얻어지기 쉽다. 따라서, Ba 화합물의 함유량은 와이어 전체 질량당, Ba 환산값으로 0.5질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. Ba 화합물의 함유량은, 용접 작업성을 보다 향상시키는 관점 및 비드 형상을 보다 양호하게 하는 관점에서, 보다 바람직하게는 Ba 환산값으로 0.1질량% 이하, 더 바람직하게는 Ba 환산값으로 0.05질량% 이하이다. 한편, 하한치는 특별히 규정은 없지만, Ba 화합물은 함유하지 않는 편이 바람직하다. 단, Ba는 불가피적으로 혼입되기 때문에, 실질적으로 Ba 환산값으로 0.001질량%가 하한치가 된다.
<Bi 화합물에 대한 Bi 환산값: 0.01질량% 이하>
Bi는 용접 금속 중에 저융점 산화물로서 최종 응고역에 편석하여, 용접 금속의 내고온균열성을 열화시킨다. 따라서, Bi 화합물의 함유량은 와이어 전체 질량당, Bi 환산값으로 0.01질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. Bi 화합물의 함유량은, 내고온균열성을 보다 향상시키는 관점에서, 보다 바람직하게는 Bi 환산값으로 0.001질량% 이하, 더 바람직하게는 Bi 환산값으로 0.0005질량% 이하이다. 한편, 하한치는 특별히 규정은 없지만, Bi 화합물은 함유하지 않는 편이 바람직하다. 단, Bi는 불가피적으로 혼입되기 때문에, 실질적으로 Bi 환산값으로 0.0001질량%가 하한치가 된다.
플럭스 코어드 와이어는 슬래그 형성제로서 산화물 및 탄산염을 함유하고, 상기 산화물 및 탄산염 중에서, Ti, Zr, Si, Ca, Mn, Ba의 산화물 및 Ti, Zr, Si, Ca, Mn, Ba의 탄산염에 대하여, 산화물 환산값으로, (TiO2+ZrO2)/(SiO2+CaO+MnO2+BaO)가 소정 범위인 것이 바람직하다.
<Ti, Zr, Si, Ca, Mn, Ba의 산화물 및 탄산염에 대한 산화물 환산값으로, (TiO2+ZrO2)/(SiO2+CaO+MnO2+BaO): 5∼50>
슬래그 형성제로서 첨가하는 Ti, Zr, Si, Ca, Mn, Ba의 밸런스를 조정함으로써 전자세에서의 용접 작업성과 슬래그의 순응을 양립시킬 수 있다. 이에 의해, 보다 전자세에서 평탄한 비드 형상이 얻어지고, 슬래그 박리성도 보다 양호해진다. Ti, Zr, Si, Ca, Mn, Ba의 산화물 및 탄산염에 대한 산화물 환산값으로, (TiO2+ZrO2)/(SiO2+CaO+MnO2+BaO)가 5 이상이면, 슬래그 응고가 늦어지지 않아, 전자세에서의 용접 작업성이 향상된다. 한편, (TiO2+ZrO2)/(SiO2+CaO+MnO2+BaO)가 50 이하이면, 슬래그의 순응이 향상되기 쉬워, 슬래그 박리성에 대하여 실용 레벨을 보다 유지하기 쉬워진다. 따라서, Ti, Zr, Si, Ca, Mn, Ba의 산화물 및 탄산염에 대한 산화물 환산값으로, (TiO2+ZrO2)/(SiO2+CaO+MnO2+BaO)는 5∼50으로 하는 것이 바람직하다. (TiO2+ZrO2)/(SiO2+CaO+MnO2+BaO)는, 용접 작업성을 보다 향상시키는 관점에서, 보다 바람직하게는 10 이상, 더 바람직하게는 12 이상이다. 또한, 슬래그의 순응을 보다 향상시키기 쉽게 하여, 슬래그 박리성을 더욱 유지하기 쉽게 하는 관점에서, 보다 바람직하게는 40 이하, 더 바람직하게는 30 이하이다.
한편, 여기에서의 TiO2, SiO2, ZrO2, MnO2는 상기 설명한 플럭스 중의 TiO2, SiO2, ZrO2, MnO2에 더하여 함유시키는 것은 아니다. 또한, 이 식은 실험적으로 도출한 것이다.
이상 설명한 본 발명의 플럭스 코어드 와이어는, 9% Ni 강이나 각종 고Ni 합금 등의 저온용 강의 용접에 있어서, Ar+CO2 혼합 가스를 이용한 가스 실드 아크 용접 등에 적합하게 이용할 수 있다.
<플럭스 코어드 와이어의 제조 방법>
플럭스 코어드 와이어의 제조 방법으로서는, 띠강의 길이 방향으로 플럭스를 산포하고 나서 감싸는 것과 같이 원형 단면으로 성형하여 신선(伸線)하는 방법이나, 태경(太徑)의 강관(鋼管)에 플럭스를 충전하여 신선하는 방법이 있다. 그러나, 어느 쪽의 방법이라도 본 발명에는 영향이 없기 때문에, 어느 쪽의 방법으로 제조해도 된다. 또 심(seam)이 있는 것과 없는 것이 있지만, 이것도 어느 쪽이어도 된다.
실시예
이하, 본 발명의 범위에 들어가는 실시예에 대하여, 그 효과를 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예와 비교하여 설명한다.
우선, 하기 표 1에 나타내는 화학 성분의 외피를 이용하여, 하기 표 2에 나타내는 와이어의 화학 성분을 갖는 플럭스 코어드 와이어를 시험 제작했다. 와이어의 화학 성분은 모두 와이어 전체 질량에 대한 질량%이다. 플럭스 코어드 와이어의 선경(線徑)은 1.2mm로 하고, 플럭스율은 17∼27질량%로 했다.
표 중, 본 발명의 범위를 만족시키지 않는 것은 수치에 밑줄을 그어서 나타낸다. 또한, 「Na+K+Li」는 Na, K, Li의 알칼리 금속 화합물에 있어서의 알칼리 금속 환산값의 합계이며, F, Ca, Ba, Bi는, 각각, 이들 화합물의 환산값이다. 또한, 식은 「(TiO2+ZrO2)/(SiO2+CaO+MnO2+BaO)」이다.
Figure pat00001
Figure pat00002
이들 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 용접 작업성으로서, 아크 안정성, 슬래그 박리성, 입향 상진 용접 자세에서의 비드 형상을 평가했다. 또한, 용접 금속 성능으로서, 인장 강도, 인성, 내결함성, 내고온균열성, 내식성을 평가했다.
용접 작업성은 입향 상진의 필렛 용접으로 평가했다. 구체적으로는, 실드 가스로 80% Ar-20% CO2를 이용해서 용접 전류(150∼180A), 아크 전압(24∼27V)에서 용접을 행하여, 용접 작업성을 평가했다.
용접 금속의 인장 강도, 인성은 AWS B4.0에 준한 시험을 행하여 평가했다.
용접 금속의 내결함성은 AWS A5.11의 RT 시험을 행하여 평가했다.
용접 금속의 내고온균열성은 FISCO 균열 시험을 행하여, 용접 직후의 비드 표면에 침투 탐상(探傷) 시험을 실시해서 균열 발생의 유무를 조사하여 평가했다.
용접 금속의 내식성은 ASTM G48 C법을 이용하여 평가했다.
평가 기준은 이하와 같다.
<아크 안정성>
아크 안정성에 대해서는, 스프레이 이행이 되어, 용적이 소립이고 스패터가 적은 것을 극히 양호(◎), 스프레이 이행에 가까운 용적 이행이고, 스패터가 비교적 적은 것을 양호(○), 글로뷸러(globular) 이행이 되어, 용적이 크고, 다량의 스패터가 발생하는 것을 불량(×)으로 했다.
<슬래그 박리성>
슬래그 박리성에 대해서는, 슬래그가 자연 박리되는 것을 극히 양호(○), 가볍게 해머로 두드림으로써 박리되는 것을 양호(○), 슬래그가 비드 표면에 소부되어 박리되지 않는 것을 불량(×)으로 했다.
<입향 상진 용접 자세에서의 비드 형상>
입향 상진 용접 자세에서의 비드 형상에 대해서는, AWS A5.34의 필렛의 판정 기준을 만족시키고, 또한 플랫한 비드 형상이 되는 것을 극히 양호(○), AWS A5.34의 필렛의 판정 기준을 만족시키는 것을 양호(○), AWS A5.34의 판정 기준을 만족시키지 않고, 볼록한 비드가 되는 것을 불량(×)으로 했다.
<인장 강도>
인장 강도는 690MPa 이상이 얻어진 것을 양호(○), 690MPa 미만이 되는 것을 불량(×)으로 했다.
<인성>
인성에 대해서는, -196℃의 샤르피 충격 시험으로 평가했다. 흡수 에너지가 50J 이상이 되는 것을 양호(○), 50J 미만이 되는 것을 불량(×)으로 했다.
<내결함성>
내결함성에 대해서는, AWS A5.11의 RT 시험의 합격 기준을 만족시키는 것을 양호(○), AWS A5.11의 RT 시험의 합격 기준을 만족시키지 않는 것을 불량(×)으로 했다.
<내고온균열성>
내고온균열성에 대해서는, FISCO 균열 시험으로 평가했다. 용접 전류 200A, 용접 속도 40cpm에서 시험을 행하여, 균열이 발생하지 않은 것을 양호(○), 균열이 발생한 것을 불량(×)으로 했다.
<내식성>
내식성에 대해서는, ASTM G48 C법에 있어서, CPT≥50℃가 되는 것을 양호(○), CPT<50℃가 되는 것을 불량(×)으로 했다.
종합 평가는, 용접 작업성이 전부 ◎이고, 또한 용접 금속 성능이 전부 ○인 것을 ◎, 용접 작업성 중 어느 하나 이상이 ○이고, 또한 용접 금속 성능이 전부 ○인 것을 ○, 용접 작업성 및 용접 금속 성능 중, ×가 있는 것을 ×로 했다.
이들의 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure pat00003
표 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 No. 1∼16은 용접 작업성, 용접 금속 성능에 있어서 양호했다.
한편, 본 발명의 범위를 만족하지 않는 No. 17∼35는 이하의 결과가 되었다.
No. 17은 Mo 함유량이 낮기 때문에, 용접 금속의 내식성이 열화되었다. No. 18은 Na+K+Li의 함유량이 낮기 때문에, 아크 안정성이 열화되었다. No. 19는 Nb 함유량이 낮기 때문에, 용접 금속의 인장 강도가 크게 열화되었다. No. 20은 TiO2 함유량이 높기 때문에, 플럭스가 녹기 어려워져, 내결함성이 열화되었다.
No. 21은 Cr 함유량이 낮기 때문에, 용접 금속의 내식성이 열화되었다. No. 22는 Na+K+Li의 함유량이 높기 때문에, 슬래그 융점이 저하되어, 입향 상진 용접 자세에서의 비드 형상이 열화되었다. No. 23은 Ni 함유량이 높기 때문에, Cr, Mo를 적정히 첨가할 수 없게 되어, 용접 금속의 인장 강도 및 내식성이 열화되었다. No. 24는 F 함유량이 낮기 때문에, 수분 유래에 의한 블로우 홀이 발생하기 쉬워져, 내결함성이 열화되었다.
No. 25는 Mo 함유량이 높기 때문에, 용접 금속의 인성이 열화되었다. No. 26은 Cr 함유량이 높기 때문에, 용접 금속의 인성이 열화되었다. No. 27은 SiO2 함유량이 낮기 때문에, 슬래그 박리성이 열화되었다. No. 28은 Nb 함유량이 높기 때문에, 용접 금속의 인성이 열화되었다. No. 29는 ZrO2 함유량이 높기 때문에, 슬래그 박리성이 열화되었다. No. 30은 SiO2 함유량이 높기 때문에, 슬래그 융점이 저하되어, 입향 상진 용접 자세에서의 비드 형상이 열화되었다. 또한, 용접 금속 중의 Si량이 증가하여 인성이 열화되었다.
No. 31은 Ni 함유량이 낮기 때문에, 인성이 열화되었다. 또한, Al2O3 함유량이 높기 때문에, 슬래그 박리성이 열화되었다. No. 32는 TiO2 함유량이 낮기 때문에, 입향 상진 용접 자세에서의 비드 형상이 열화되었다. No. 33은 ZrO2 함유량이 낮기 때문에, 입향 상진 용접 자세에서의 비드 형상이 열화되었다. No. 34는 F 함유량이 높기 때문에, 아크 안정성, 입향 상진 용접 자세에서의 비드 형상이 열화되었다. No. 35는 MnO2 함유량이 높기 때문에, 입향 상진 용접 자세에서의 비드 형상이 열화되었다.
이상, 본 발명에 대하여 실시형태 및 실시예를 나타내어 상세히 설명했지만, 본 발명의 취지는 상기한 내용에 한정되는 일 없이, 그의 권리 범위는 특허청구범위의 기재에 기초하여 넓게 해석해야 한다. 한편, 본 발명의 내용은 상기한 기재에 기초하여 넓게 개변·변경 등을 하는 것이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

Claims (3)

  1. Ni기 합금의 외피에 플럭스가 충전된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어로서,
    와이어 전체 질량당,
    Ni: 52∼65질량%,
    Cr: 18∼23질량%,
    Mo: 7.0∼10.0질량%,
    Nb: 3.0∼5.0질량%
    를 함유하고,
    상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당,
    TiO2: 4.0∼12.0질량%,
    SiO2: 0.05∼0.60질량%,
    ZrO2: 1.0∼4.0질량%,
    MnO2: 0.3질량% 이하,
    Al2O3: 1.0질량% 이하
    를 함유하며, 또한
    상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당,
    Na, K, Li의 알칼리 금속 화합물을 알칼리 금속 환산값으로 합계 0.1∼2.0질량%, 불화물을 불소 환산값으로 0.1∼1.0질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    슬래그 형성제로서 Ca 화합물, Ba 화합물 및 Bi 화합물을 함유하고, 이들 화합물에 대하여, 와이어 전체 질량당, 각각, Ca 환산값으로 0.5질량% 이하, Ba 환산값으로 0.5질량% 이하, Bi 환산값으로 0.01질량% 이하인 것을 특징으로 하는 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    슬래그 형성제로서 산화물 및 탄산염을 함유하고, 상기 산화물 및 탄산염 중에서, Ti, Zr, Si, Ca, Mn, Ba의 산화물 및 Ti, Zr, Si, Ca, Mn, Ba의 탄산염에 대하여, 산화물 환산값으로, (TiO2+ZrO2)/(SiO2+CaO+MnO2+BaO): 5∼50인 것을 특징으로 하는 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어.
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