KR20150130954A

KR20150130954A - 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스

Info

Publication number: KR20150130954A
Application number: KR1020150155469A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 야마카미; 무네노부 사토
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2015-11-24
Also published as: KR20140056102A; KR101583197B1; JP5744816B2; CN103801859A; CN103801859B; JP2014091135A

Abstract

저온용 강을 협개선으로 용접 시공하는 경우에도, 용접 작업성이 양호하고, 또한 고인성의 용접 금속이 얻어지는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스를 제공한다.
서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스를, MgO: 25∼45질량%, Al₂O₃: 5∼25질량%, CaF₂: 5∼25질량%, 금속 탄산염: 2∼10질량%, CaO 및/또는 BaO: 합계로 2∼10질량%, 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물 중 1종 이상: 합계로 2∼10질량%, 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물 중 1종 이상: 합계로 0.3∼2.0질량%, 금속 B, B 합금 및 B 산화물 중 1종 이상: 합계로 0.05∼0.3질량%, S: 0.005∼0.15질량%를 함유함과 더불어, 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량이 0.1질량% 이하로 규제되고, 추가로 금속 Si 및 Si 합금의 총 함유량이 0.3∼2.0질량%이고, 또한 총 Si량/총 Ti량이 5∼15인 조성으로 한다.

Description

서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스{BONDED FLUX FOR SUBMERGED ARC WELDING}

본 발명은 서브머지드 아크 용접에 이용되는 본드 플럭스에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 주로 해양 구조물이나 액화 석유 가스(Liquefied petroleum gas: LPG) 탱크 등에 이용되는 저온용 강에 적합한 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스에 관한 것이다.

최근, 에너지 산업의 발전에 수반하여 저온용 강이 널리 이용되고 있다. 그리고, 저온용 강을 사용한 한랭지의 라인 파이프, LPG 탱크, 해양에서의 석유 채굴 기지 등의 해양 구조물에서는, 안전성 및 내구성의 확보를 위해 더한층의 품질 향상이 요구되고 있다. 특히, 용접부에 대한 성능 요구는 보다 엄격한 것으로 되고 있고, 취성 파괴 역학의 관점에서 용접부 및 용접 재료에 대하여 높은 파괴 인성 성능이 요구되고 있다. 인성의 평가 기준으로서 대표적인 것으로서는, 샤르피 충격 시험에 있어서의 파면 천이 온도(vTrs), 설계 온도에서의 파괴 인성값(CTOD) 등이 있다.

또한, 특히 해양 구조물 등과 같이 판 두께가 극히 큰 구조물에서는, 용접 재료의 사용량 감소 및 작업 시간의 단축 등을 목적으로 하여, 협개선(狹開先)으로 시공이 행해지는 경우가 있어, 슬래그 혼입이나 융합 불량 등의 결함이 생기기 쉽다. 이 때문에, 이들 구조물에 사용되는 용접 재료는, 전술한 파괴 인성 성능에 더하여, 용접 작업성의 관점에서 슬래그 박리성 및 개선면(開先面)에서의 친화성이 중요해진다.

종래, 저온용 강을 사용한 중(重)구조물의 후판 용접에서는, 피복 아크 용접봉을 이용한 손 용접이나 TIG(Tungsten Inert Gas) 용접 등이 다용되고 있지만, 용접 능률을 향상시키기 위해 서브머지드 아크 용접 재료의 개발이 요망되고 있다. 그러나, 서브머지드 아크 용접에 의한 후판의 협개선 용접에는 시공상의 문제가 있어, 용접 작업성이 우수한 저온용 강용 서브머지드 아크 용접 재료에 대한 요망이 높아지고 있다.

구체적으로는, 서브머지드 아크 용접에서 발생하는 슬래그는 다른 용접 방법에 비해 두껍기 때문에, 슬래그가 개선 내로 물려 들어가 박리가 곤란해지는 경우가 많다. 이 때문에, 후판의 협개선 용접 시공에서는, 지단(止端) 형상을 개선하기 위해 그라인더 처리가 필요해지거나, 슬래그 혼입이 발생하기 쉬워지거나 한다. 그래서, 융합 불량 등의 용접 결함을 피하기 위해 개선을 광폭화하면, 능률이 저하된다.

한편, 서브머지드 아크 용접용의 플럭스는 본드 플럭스와 용융형 플럭스로 대별된다. 그 중, 본드 플럭스는, 탈산제나 슬래그 형성제 등의 플럭스 원료에 물유리를 첨가하고, 적당한 크기로 조립(造粒)한 후, 500℃ 전후의 온도에서 건조하는 것에 의해 제조된다.

본드 플럭스에는, 금속 탄산염의 분해로 발생하는 CO₂ 가스에 의해 아크 분위기 중의 수증기 분압을 낮춰 용접 금속 중의 확산성 수소량을 억제한다는 특징이 있다. 또한, 본드 플럭스는 내흡습성이 우수한 성능을 갖고, 게다가 염기도를 높이는 것에 의해 용접 금속 중의 산소량을 저감시켜 인성을 향상시키는 것이 가능하기 때문에, 내균열성 및 인성 성능이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있다. 이와 같은 이유로부터, 본드 플럭스는 저온용 강의 용접 재료로서 적합하며, 용접 시공 조건 및 용접 환경 등에 의존하지 않고 양호한 용접 금속 성능이 얻어지는 것으로 하는 것이 중요해진다.

그래서, 본 출원인은, 저온용 강의 서브머지드 아크 용접용으로서, 용접 작업성이 우수하고, 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 본드 플럭스를 제안하고 있다(특허문헌 1, 2 참조). 예컨대 특허문헌 1에 기재된 본드 플럭스에서는, 금속 산화물, 금속 탄산염, 금속 불화물 등의 종류나 함유량을 특정함으로써 용접 금속 중의 산소량이나 질소량을 억제하고 있다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 본드 플럭스에서는, 용접 금속 중의 산소량 및 질소량의 저감에 더하여 S 함유량을 특정 범위로 함으로써 개선면에서의 친화성을 양호하게 하여 용접 작업성을 향상시키고 있다.

일본 특허공개 소59-137195호 공보 일본 특허공개 평7-256489호 공보

전술한 특허문헌 1, 2에 기재된 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스는 용접 작업성이 양호하고, 인성이 우수한 용접 금속이 얻어진다. 그러나, 최근, 저온 강을 사용한 구조물에서는, 안전성 및 내구성 확보의 관점에서 더한층의 품질 향상이 요구되고 있고, 그것에 이용되는 용접 재료에도 용접 금속의 더한층의 고인성화 및 용접 작업성의 향상이 요구되고 있다. 특히, 저온용 강의 서브머지드 아크 용접에 있어서는, 협개선에서의 슬래그 박리성 및 개선면에서의 비드의 친화성을 향상시킨 용접 능률이 우수한 본드 플럭스가 요구되고 있다.

그래서, 본 발명은, 저온용 강을 협개선으로 용접 시공하는 경우에도, 용접 작업성이 양호하고, 또한 고인성의 용접 금속이 얻어지는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스를 제공하는 것을 주목적으로 한다.

본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스는, MgO: 25∼45질량%, Al₂O₃: 5∼25질량%, CaF₂: 5∼25질량%, 금속 탄산염(CO₂ 환산): 2∼10질량%, CaO 및/또는 BaO: 합계로 2∼10질량%, 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물 중 적어도 1종(Si 환산): 합계로 2∼10질량%, 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물 중 적어도 1종(Ti 환산): 합계로 0.3∼2.0질량%, 금속 B, B 합금 및 B 산화물 중 적어도 1종(B 환산): 합계로 0.05∼0.3질량%, S: 0.005∼0.15질량%를 함유함과 더불어, 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량(Al 환산값)이 0.1질량% 이하로 규제되고, 금속 Si 및 Si 합금의 총 함유량(Si 환산값)이 0.3∼2.0질량%이고, 또한 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물의 총 함유량(Si 환산값)과 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물의 총 함유량(Ti 환산값)의 비(총 Si량/총 Ti량)가 5∼15이다.

본 발명의 본드 플럭스는 MgO가 30∼40질량%이어도 좋다.

또한, Al₂O₃가 10∼20질량%이어도 좋다.

또, CaF₂가 10∼20질량%이어도 좋다.

나아가, 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물의 총 함유량(Si 환산값)과 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물의 총 함유량(Ti 환산값)의 비(총 Si량/총 Ti량)는 5∼10이어도 좋다.

본 발명에 의하면, 협개선에서의 슬래그 박리 및 개선면에서의 비드의 친화성이 향상되어, 저온 강을 고능률로 용접할 수 있음과 더불어, 종래보다도 고인성의 용접 금속을 얻을 수 있다.

도 1은 용접 시험에서 이용한 시험편의 개선 형상을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세히 설명한다. 한편, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시형태에 따른 본드 플럭스는, 서브머지드 아크 용접에 이용되는 것이며, MgO와, Al₂O₃와, CaF₂와, 금속 탄산염과, CaO 및/또는 BaO와, 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물 중 적어도 1종과, 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물 중 적어도 1종과, 금속 B, B 합금 및 B 산화물 중 적어도 1종과, S를 특정량 함유함과 더불어, 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량이 특정량 이하로 규제되어 있다.

또한, 본 실시형태의 본드 플럭스는, 금속 Si 및 Si 합금의 총 함유량이 Si 환산으로 0.3∼2.0질량%로 되어 있다. 또, 본 실시형태의 본드 플럭스에서는, 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물의 총 함유량(Si 환산값)과 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물의 총 함유량(Ti 환산값)의 비(총 Si량/총 Ti량)를 5∼15의 범위로 하고 있다.

[MgO: 25∼45질량%]

MgO는 염기도를 높임과 더불어 탈산제로서 용접 금속 중의 산소를 억제하는 기능을 하기 때문에 산소 저감에 효과가 있다. 그러나, 플럭스 중의 MgO량이 25질량% 미만인 경우, 전술한 산소 저감 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 플럭스 중의 MgO량이 45질량%를 초과하면, 슬래그 박리성 및 비드 외관이 열화된다. 따라서, MgO 함유량은 25∼45질량%로 한다. 한편, MgO 함유량은 30∼40질량%인 것이 바람직하고, 이에 의해 용접 금속 중의 산소량 저감 효과, 슬래그 박리성 및 비드 외관을 더욱 높일 수 있다.

[Al₂O₃: 5∼25질량%]

Al₂O₃는 슬래그 형성제로서 작용함과 더불어, 아크의 집중성 및 안정성을 높이는 효과도 있다. 그러나, 플럭스 중의 Al₂O₃량이 5질량% 미만인 경우, 아크가 불안정화되어 용접이 곤란해진다. 한편, 플럭스 중의 Al₂O₃량이 25질량%를 초과하면, 용접 금속 중의 산소량이 증가하여 인성이 열화된다. 따라서, Al₂O₃ 함유량은 5∼25질량%로 한다. 한편, Al₂O₃ 함유량은 10∼20질량%인 것이 바람직하고, 이에 의해 아크 안정성이 향상됨과 더불어, 용접 금속의 인성을 높일 수 있다.

[CaF₂: 5∼25질량%]

CaF₂에는, 일반적으로 알려져 있는 생성 슬래그의 융점을 조정하여 비드의 친화성 및 외관을 개선하는 작용과 함께, 용접 금속 중의 산소량을 저감시키는 효과도 있다. 그러나, 플럭스 중의 CaF₂량이 5질량% 미만인 경우, 전술한 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 플럭스 중의 CaF₂량이 25질량%를 초과하면, 아크가 불안정해져 비드 형상이 열화됨과 더불어, 비드 상에 포크 마크가 발생하는 경우가 있다. 따라서, CaF₂ 함유량은 5∼25질량%로 한다. 한편, 생성 슬래그의 융점 조정에 의한 비드의 친화성 개선 효과, 용접 금속 중의 산소량 저감 효과, 아크 안정성 및 비드 외관 향상의 관점에서, CaF₂ 함유량은 10∼20질량%인 것이 바람직하다.

[금속 탄산염(CO₂ 환산): 2∼10질량%]

금속 탄산염은 용접 열에 의해 가스화되어 아크를 대기로부터 차단(실드)하여 용접 금속 중의 산소량을 저하시키는 효과가 있다. 그러나, 플럭스 중의 금속 탄산염량이 CO₂ 환산으로 2질량% 미만인 경우, 전술한 효과가 발휘되지 않는다. 한편, 플럭스 중의 금속 탄산염량이 CO₂ 환산으로 10질량%를 초과하면, 슬래그의 박리성이 저하되고, 비드 상에 포크 마크가 발생하는 등으로 비드 외관을 열화시킨다. 따라서, 금속 탄산염 함유량은 CO₂ 환산으로 2∼10질량%로 한다. 한편, 본 실시형태의 본드 플럭스에 첨가되는 금속 탄산염으로서는, 예컨대 CaCO₃ 및 BaCO₃ 등을 들 수 있다.

[CaO 및/또는 BaO: 합계로 2∼10질량%]

CaO 및 BaO는 MgO와 마찬가지로 염기도를 높여 용접 금속 중의 산소 저감에 효과가 있다. 그러나, CaO 및 BaO의 총 함유량이 2질량% 미만인 경우, 전술한 효과가 발휘되지 않고, 또한 CaO 및 BaO의 총 함유량이 10질량%를 초과하면, 아크 안정성 및 비드 외관이 열화된다. 따라서, CaO 및 BaO는 어느 한쪽 또는 양쪽을 합계로 2∼10질량%가 되도록 첨가한다.

[금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물(Si 환산): 합계로 2∼10질량%]

금속 Si 및 Si 합금은 용접 금속 중의 산소량을 억제하는 탈산 효과를 갖고, Si 산화물은 슬래그 형성제로서 비드 외관 및 비드 형상을 조정하는 작용이 있다. 단, 본드 플럭스에 있어서의 이들의 총 함유량(총 Si량)이 Si 환산으로 2질량% 미만인 경우, 전술한 탈산 효과나 슬래그 형성제로서의 효과가 발휘되지 않는다. 한편, 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물의 총 함유량(총 Si량)이 Si 환산으로 10질량%를 초과하면, 용접 금속 중의 산소량이 증가하여 인성이 저하된다.

따라서, 본 실시형태의 본드 플럭스에서는, 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물 중 1종 또는 2종 이상을 총 함유량(총 Si량)이 Si 환산으로 2∼10질량%가 되도록 첨가한다. 한편, 본 실시형태의 본드 플럭스에 첨가되는 Si 합금으로서는, 예컨대 Fe-Si나 REM(희토류 원소)-Ca-Si 등을 들 수 있고, Si 산화물로서는, 예컨대 SiO₂(규사)나 Ca₃Si₃O₉(규회석) 등을 들 수 있다.

[금속 Si 및 Si 합금(Si 환산): 합계로 0.3∼2.0질량%]

본 실시형태의 본드 플럭스에서는, 전술한 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물의 총 함유량과 함께 금속 Si 및 Si 합금의 총 함유량도 규정한다. 구체적으로는, 금속 Si 및 Si 합금의 총 함유량을 Si 환산으로 0.3∼2.0질량%의 범위로 한다. 이는, 금속 Si 및 Si 합금의 총 함유량이 Si 환산으로 0.3질량% 미만인 경우, 전술한 탈산 효과가 얻어지지 않고, 또한 2.0질량%를 초과하면, 탈산 효과가 향상되지 않게 되어, 용접 금속의 인성이 열화됨과 더불어 강도가 지나치게 높아지기 때문이다.

[금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물(Ti 환산): 합계로 0.3∼2.0질량%]

금속 Ti 및 Ti 합금은, 전술한 금속 Si 및 Si 합금과 마찬가지로, 용접 금속 중의 산소량을 억제하는 탈산 효과를 갖고, 게다가 용접 금속의 미세화에 관계되어 저온 인성의 향상에 매우 유효하다. 한편, Ti 산화물은 슬래그 형성제로서 슬래그의 점성이나 유동성을 조정하여, 비드의 외관과 친화성을 개선하는 효과가 있다.

단, 본드 플럭스에 있어서의 이들의 총 함유량(총 Ti량)이 Ti 환산으로 0.3질량% 미만인 경우, 전술한 탈산 효과나 슬래그 형성제로서의 효과가 발휘되지 않는다. 한편, 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물의 총 함유량(총 Ti량)이 Ti 환산으로 2.0질량%를 초과하면, 비드 표면에 소부(燒付)가 생겨 슬래그 박리성이 열화된다. 따라서, 본 실시형태의 본드 플럭스에서는, 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물 중 1종 또는 2종 이상을, 총 함유량(총 Ti량)이 Ti 환산으로 0.3∼2.0질량%가 되도록 첨가한다.

한편, 플럭스에 금속 Ti 및/또는 Ti 합금을 선택 첨가하고, Ti 산화물은 첨가하지 않는 경우에도, 그의 첨가량은 전술한 총 Ti량의 범위로 한다. 또한, 본 실시형태의 본드 플럭스에 첨가되는 Ti 합금으로서는, 예컨대 Fe-Ti 등을 들 수 있고, Ti 산화물로서는, 예컨대 TiO₂(루칠)나 FeTiO₃(일루미나이트) 등을 들 수 있다.

[총 Si량/총 Ti량: 5∼15]

전술한 바와 같이, 금속 Si, Si 합금, 금속 Ti 및 Ti 합금은 용접 금속 중의 산소량을 억제하는 탈산 효과를 가짐과 더불어, 응고 과정에서의 산화 반응에 의해 산화물로서 슬래그 형성에 관여한다. 또한, Si 산화물이나 Ti 산화물은 슬래그 형성제로서의 효과를 갖는다.

그러나, 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물의 총 함유량(Si 환산값)과 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물의 총 함유량(Ti 환산값)의 비(총 Si량/총 Ti량)가 5 미만인 경우, Si 부족에 의한 비드 지단의 친화성 불량이나 Ti 과다에 의한 슬래그의 소부가 발생하여, 용접 결함의 원인이 된다. 한편, 총 Si량/총 Ti량이 15를 초과하면, 용접 금속의 탈산 효과가 충분히 얻어지지 않고, 용접 금속의 인성이 현저히 열화된다.

따라서, 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물의 총 함유량(Si 환산값)과 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물의 총 함유량(Ti 환산값)의 비(총 Si량/총 Ti량)는 5∼15로 한다. 이에 의해, 용접 금속의 인성을 확보하면서, 비드 표면에의 슬래그 소부를 방지할 수 있다. 한편, 총 Si량/총 Ti량은 5∼10으로 하는 것이 바람직하고, 이에 의해 용접 금속의 탈산 효과가 향상됨과 더불어, 용접 금속의 인성을 향상시킬 수 있다.

[금속 B, B 합금 및 B 산화물(B 환산): 0.05∼0.3질량%]

금속 B, B 합금 및 B 산화물은, 용접 금속 중에서, 냉각 시에 오스테나이트 입계에 생성되는 초석(初析) 페라이트를 억제하여 담금질성을 높여, 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과가 있다. 단, 금속 B, B 합금 및 B 산화물의 총 함유량이 B 환산으로 0.05질량% 미만인 경우, 전술한 용접 금속의 인성 향상 효과가 얻어지지 않고, 또한 0.3질량%를 초과하면, 인성이 열화된다.

따라서, 본 실시형태의 본드 플럭스에서는, 금속 B, B 합금 및 B 산화물 중 1종 또는 2종 이상을, 총 함유량이 B 환산으로 0.05∼0.3질량%가 되도록 첨가한다. 한편, 본 실시형태의 본드 플럭스에 첨가되는 B 합금으로서는, 예컨대 Fe-B나 Fe-Si-B 등을 들 수 있고, B 산화물로서는, 예컨대 B₂O₃(산화붕소) 등을 들 수 있다.

[S: 0.005∼0.15질량%]

S는 용융지의 표면 에너지를 낮춰 용접 작업성, 특히 개선면에서의 친화성을 양호하게 하여 비드 외관 및 지단 형상을 조정하는 효과가 있다. 그러나, 플럭스 중의 S량이 0.005질량% 미만인 경우, 전술한 효과가 발휘되지 않고, 피로 강도가 저하된다. 한편, 플럭스 중의 S량이 0.15질량%를 초과하면, 연성 및 인성이 열화된다. 한편, S는 황화 철광 등의 형태로 첨가할 수 있다.

[금속 Al 및 Al 합금(Al 환산): 합계로 0.1질량% 이하]

금속 Al 및 Al 합금은 일반적으로 용접 금속 중의 산소량을 억제하는 탈산제로서 플럭스에 첨가된다. 그러나, 이들 금속 Al 및 Al 합금에는, 용접 금속 중에 조대한 Al계 산화물을 형성하여 용접 금속의 인성을 열화시키는 것에 더하여, 전술한 금속 Si, Si 합금, 금속 Ti 및 Ti 합금의 산화 반응을 저해하여 용접 금속의 강도를 과도하게 상승시키는 작용도 있다.

구체적으로는, 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량이 Al 환산으로 0.1질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 열화되거나, 용접 금속의 강도가 지나치게 높아지거나 한다. 그래서, 본 실시형태의 본드 플럭스에서는, 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량은 Al 환산으로 0.1질량% 이하로 규제한다

이상 상세히 기술한 바와 같이, 본 실시형태의 본드 플럭스에서는, 성분 조성을 특정 범위로 하고, 특히 금속 Si 및 Si 합금의 총 함유량 및 총 Si량/총 Ti량을 특정 범위로 하고 있기 때문에, 협개선이어도 슬래그 박리 및 개선면에서의 비드의 친화성이 양호하여, 저온 강을 결함 없이 고능률로 용접하는 것이 가능해진다. 또한, 본 실시형태의 본드 플럭스를 사용하는 것에 의해 종래보다도 고인성의 용접 금속을 얻을 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 본 발명의 효과에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 실시예에 있어서는, 하기 표 1에 나타내는 와이어와, 하기 표 2 및 표 3에 나타내는 실시예 및 비교예의 각 본드 플럭스를 이용하여 서브머지드 아크 용접에서의 용접 시험을 행하여, 그 성능을 평가했다. 한편, 하기 표 1에 나타내는 와이어 조성에 있어서의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 또한, 실시예 및 비교예의 각 본드 플럭스는 하기 표 2 및 표 3에 나타내는 각 성분 외에 Fe, Na₂O, K₂O, FeO 및 Li₂O 등을 포함한다.

<용접 시험>

도 1은 용접 시험에서 이용한 시험편의 개선 형상을 나타내는 도면이다. 용접 시험에서는, 판 두께 25mm의 용접 구조용 압연 강재(JIS G3106 SM400B)를, 도 1에 나타내는 V 개선으로 가공하고, 용접 조건을 500∼650A - 26∼30V - 30cpm(와이어 직경: 4.8mmφ, 예열·패스 사이 온도: 150℃)으로 하여 용접을 행했다. 그 후, 용접 금속으로부터 인장 시험편(JIS Z3111 A2호), 샤르피 충격 시험편(JIS Z3111 V 노치)을 채취하여 각종 시험을 실시했다.

「인장 시험」은 JIS Z3111에 기초하여 행하여 0.2% 내력, 인장 강도(TS) 및 신도(EL)를 측정했다. 「샤르피 충격 시험」도 JIS Z3111에 기초하여 행하여 -60℃에서의 샤르피 흡수 에너지를 측정했다. 그리고, 「인장 시험」에 있어서의 각 항목의 평가는, 0.2% 내력에 대해서는 400MPa 이상인 것을 합격, 400Mpa 미만인 것을 불합격으로 했다. 또한, 인장 강도(TS)는 483∼655MPa의 범위인 것을 합격, 이 범위로부터 벗어나고 있는 것을 불합격으로 했다. 또, 신도(EL)는 22% 이상인 것을 합격, 22% 미만인 것을 불합격으로 했다. 한편, 「샤르피 충격 시험」은, 샤르피 흡수 에너지가 100J 이상이었던 것을 합격, 100J 미만이었던 것을 불합격으로 했다.

또한, 동시에 용접 작업성 및 용접 금속의 산소량도 조사하여, 용접 작업성이 뒤떨어지는 플럭스는 기계 시험을 중지했다. 용접 작업성은 슬래그 박리성, 비드 외관, 비드의 친화성 및 아크 안정성에 대하여 평가했다. 「슬래그 박리성」의 평가에서는, 슬래그가 자연히 박리된 것을 ◎, 에어 치퍼로 용이하게 슬래그를 박리할 수 있었던 것을 ○, 그 이외의 것(에어 치퍼로도 슬래그가 박리되지 않은 것 등)을 ×로 했다.

「비드 외관」의 평가는, 비드를 육안으로 관찰하여, 리플(ripple)이 가지런하고 또한 포크 마크 등의 표면 결함이 전혀 확인되지 않았던 것을 ◎, 리플이 가지런하고 또한 포크 마크 등의 표면 결함이 적었던 것을 ○, 그 이외의 것(리플이 가지런하지 않은 것이나 포크 마크 등의 표면 결함이 많은 것 등)을 ×로 했다.

「비드의 친화성」의 평가도 비드를 육안으로 관찰하여, 용접 금속과 모재의 젖음성이 양호하고 또한 친화성이 있었던 것을 ◎, 용접 금속과 모재의 젖음성이 비교적 양호하고 또한 실용상 문제가 되지 않을 정도로 친화성이 있었던 것을 ○, 그 이외의 것(용접 금속과 모재의 젖음성이 불량하고 친화성이 없었던 것 등)을 ×로 했다. 「아크 안정성」의 평가에서는, 용접 전류의 진동이 극히 적었던 것을 ◎, 용접 전류의 진동이 적었던 것을 ○, 그 이외의 것(용접 전류의 진동이 많았던 것 등)을 ×로 했다.

그리고, 「종합 판정」은 인장 시험 및 샤르피 충격 시험의 결과가 모두 합격이고 또한 용접 작업성의 각 항목의 평가가 모두 ◎이었던 것을 "◎"로 하고, 인장 시험 및 샤르피 충격 시험의 결과가 모두 합격이고 또한 용접 작업성의 평가에 ×가 없었던 것을 "○"로 하고, 그 이외의 것(인장 시험 또는 샤르피 충격 시험의 결과에 불합격이 있거나 또는 용접 작업성의 평가에 ×가 있었던 것)을 "×"로 했다.

한편, 용접 금속의 산소량은 적외 흡수법에 의해 측정했다. 이상의 결과를 하기 표 4 및 표 5에 정리하여 나타낸다.

표 4에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시예인 No. 1∼8의 본드 플럭스는 용접 작업성이 양호하고, 용접 금속의 강도(0.2% 내력 인장 강도), 연성(신도) 및 인성(샤르피 흡수 에너지) 모두가 양호한 값을 나타내었다.

이에 비하여, 표 4 및 표 5에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 비교예인 No. 9∼35의 본드 플럭스는 용접 금속의 강도, 연성, 인성 또는 용접 작업성이 뒤떨어졌다. 구체적으로는 No. 9의 본드 플럭스는 MgO가 49질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 슬래그의 박리성 및 비드 외관이 열화되었다. 또한, 이 No. 9의 본드 플럭스는 용접 금속 중의 산소량이 많아, 저인성이었다. 한편, No. 23의 본드 플럭스에서는 MgO가 24질량%로 본 발명의 범위보다도 적기 때문에, 용접 금속의 강도가 상승하고, 인성이 저하되었다.

No. 10의 본드 플럭스는 Al₂O₃가 26질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 용접 금속 중의 산소량이 증가하여 저인성으로 되고, 게다가 비드의 친화성 및 외관도 뒤떨어졌다. 한편, No. 24의 본드 플럭스는 Al₂O₃가 4질량%로 본 발명의 범위보다도 적기 때문에, 아크 안정성의 확보가 곤란해져, 시험을 중지했다. 또한, No. 11의 본드 플럭스는 CaF₂가 26질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 아크 안정성이 뒤떨어지고, 비드의 친화성 및 외관도 열화되었다. 한편, No. 25의 본드 플럭스는 CaF₂가 4질량%로 본 발명의 범위보다도 적기 때문에, 용접 금속의 강도가 상승하고, 인성이 저하되었다. 게다가 이 No. 25의 본드 플럭스는 비드의 친화성 및 외관도 뒤떨어졌다.

금속 탄산염(CO₂)이 11질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있는 No. 12의 본드 플럭스는 슬래그 박리가 현저히 곤란해지고, 또한 포크 마크의 다발이 확인되었기 때문에, 시험을 중지했다. 한편, 금속 탄산염(CO₂)이 1질량%로 본 발명의 범위보다도 적은 No. 26의 본드 플럭스는 비드 표면에 실드 불량에 기인하는 결함이 발생했기 때문에, 시험을 중지했다. No. 13의 본드 플럭스는 CaO 및 BaO의 총 함유량이 11질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 비드 외관 및 아크 안정성이 열화되었다. 한편, No. 27의 본드 플럭스는 CaO 및 BaO의 총 함유량이 1질량%로 본 발명의 범위보다도 적기 때문에, 용접 금속의 강도가 상승하고, 인성이 저하되었다.

No. 14의 본드 플럭스는 탈산 효과를 갖는 금속 Si 및 Si 합금의 총 함유량이 2.2질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 용접 금속의 강도가 상승하고, 연성 및 인성이 저하되었다. 한편, No. 28의 본드 플럭스는 금속 Si 및 Si 합금의 총 함유량이 0.2질량%로 본 발명의 범위보다도 적기 때문에, 용접 금속의 강도가 상승하고, 인성이 저하되었다. 또한, No. 15의 본드 플럭스는 탈산 효과가 있는 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량이 0.12질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 용접 금속 중에 조대한 Al계 산화물이 형성되어, 용접 금속의 인성 및 연성이 열화됨과 더불어, 강도가 대폭 상승했다.

No. 16의 본드 플럭스는 총 Ti량이 2.1질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 슬래그 박리성이 열화되었다. 한편, No. 29의 본드 플럭스는 총 Ti량이 0.2질량%로 본 발명의 범위보다도 적기 때문에, 용접 금속의 강도가 상승하고, 인성이 저하되었다. 또한, No. 17의 본드 플럭스는 총 Si량이 11질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 용접 금속의 인성 및 연성이 저하됨과 더불어, 강도가 상승했다. 한편, No. 30의 본드 플럭스는 총 Si량이 1질량%로 본 발명의 범위보다도 적기 때문에, 용접 금속 중의 산소량이 증가하여 용접 금속의 인성이 열화됨과 더불어, 강도가 대폭 상승했다. 또한, 이 No. 30의 본드 플럭스에서는 슬래그 박리성 및 비드의 친화성도 뒤떨어졌다.

No. 18의 본드 플럭스는 총 Si량/총 Ti량이 19로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 용접 금속 중의 산소량이 높아져, 인성이 저하되었다. 한편, No. 31의 본드 플럭스는 총 Si량/총 Ti량이 4로 본 발명의 범위보다도 낮기 때문에, 슬래그 박리성 및 비드의 친화성이 열화되고, 또한 용접 금속의 강도 상승도 보였다. 또한, No. 19의 본드 플럭스는 금속 B, B 합금 및 B 산화물의 총 함유량(B 환산)이 0.37질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 용접 금속이 저인성이었다. 한편, No. 32의 본드 플럭스는 금속 B, B 합금 및 B 산화물의 총 함유량(B 환산)이 0.03질량%로 본 발명의 범위보다도 적기 때문에, 용접 금속이 저인성으로 되고, 강도도 상승했다.

No. 20의 본드 플럭스는 S가 0.160질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 용접 금속이 저연성 및 저인성이고, 강도의 상승도 보였다. 한편, No. 33의 본드 플럭스는 S가 0.004질량%로 본 발명의 범위보다도 적기 때문에, 용접 작업성이 열화되고, 슬래그 박리성, 비드의 외관 및 친화성이 뒤떨어졌다. 또한, 이 No. 33의 본드 플럭스에서는 용접 금속이 저연성으로 되고, 강도도 상승했다. No. 21의 본드 플럭스는 총 Si량/총 Ti량이 25이며, 또한 No. 22의 본드 플럭스는 총 Si량/총 Ti량이 16으로, 모두 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 용접 금속의 인성이 저하되었다. 게다가, No. 21의 본드 플럭스에서는 용접 금속의 강도 상승도 확인되었다.

No. 34의 본드 플럭스는 총 Si량/총 Ti량이 4로 본 발명의 범위보다도 낮고, 또한 MgO가 46질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있기 때문에, 슬래그 박리성이나 비드의 외관 및 친화성이 열화되고, 용접 작업성이 뒤떨어졌다. 또한, No. 35의 본드 플럭스는 총 Ti량이 2.8질량%로 본 발명의 범위를 초과하고 있고, 게다가 총 Si량/총 Ti량이 1로 본 발명의 범위보다도 낮기 때문에, 현저히 슬래그 소부가 발생했다. 이 No. 35의 본드 플럭스는 슬래그 박리성뿐만 아니라 비드의 친화성 및 아크 안정성도 뒤떨어져 있어, 용접 작업성 전반에서 열화가 보였다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 본드 플럭스는 저온용 강을 협개선으로 용접 시공하는 경우에도, 용접 작업성이 양호하고, 또한 고인성의 용접 금속이 얻어진다는 것이 확인되었다.

Claims

MgO: 25∼45질량%,
Al₂O₃: 5∼25질량%,
CaF₂: 5∼25질량%,
금속 탄산염(CO₂ 환산): 2∼10질량%,
CaO 및/또는 BaO: 합계로 2∼10질량%,
금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물 중 적어도 1종(Si 환산): 합계로 2∼10질량%,
금속 B, B 합금 및 B 산화물 중 적어도 1종(B 환산): 합계로 0.05∼0.3질량%,
S: 0.005∼0.15질량%
를 함유함과 더불어,
금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량(Al 환산값)이 0.1질량% 이하
로 규제되고,
금속 Si 및 Si 합금의 총 함유량(Si 환산값)이 0.3∼2.0질량%이며,
또한, 금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물의 총 함유량(Si 환산값)과 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물의 총 함유량(Ti 환산값)의 비(총 Si량/총 Ti량)가 5∼15이고,
금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물의 총 함유량(Ti 환산값)이 0.4~0.9질량%인
서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스.
제 1 항에 있어서,
MgO가 30∼40질량%인 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스.
제 1 항에 있어서,
Al₂O₃가 10∼20질량%인 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스.
제 1 항에 있어서,
CaF₂가 10∼20질량%인 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스.
제 1 항에 있어서,
금속 Si, Si 합금 및 Si 산화물의 총 함유량(Si 환산값)과 금속 Ti, Ti 합금 및 Ti 산화물의 총 함유량(Ti 환산값)의 비(총 Si량/총 Ti량)가 5∼10인 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 본드 플럭스.