KR20160029848A

KR20160029848A - 두꺼운 공작물에서의 파괴 인성이 큰 용접부

Info

Publication number: KR20160029848A
Application number: KR1020167003312A
Authority: KR
Inventors: 제임스 엠 키이건; 바드리 케이 나라야난; 조나단 에스 오그본; 래드히카 팬데이
Original assignee: 링컨 글로벌, 인크.
Priority date: 2013-07-08
Filing date: 2014-07-08
Publication date: 2016-03-15
Also published as: EP3019304A1; JP2016526486A; WO2015004517A1; US20150034605A1; CN105579188A

Abstract

플럭스 코어형 용접 전극 및 그 이용 방법의 실시예가 개시된다. 플럭스 코어형 용접 전극이, 특히 두꺼운 용착물에서, 플럭스 코어형 아크 용접부의 취성을 제한한다. 두꺼운(예를 들어, 약 1" 내지 약 6") 플럭스 코어형 아크 용접부에서 취성을 제한하는 것은, (현재 판매되는 전극에 대비하여) 화학적 조성으로부터 니오븀 및 바나듐을 감소시키는 또는 전체적으로 제거하는 화학적 조성을 가지는 플럭스 코어형 용접 전극을 이용하는 것에 의해서 달성된다.

Description

두꺼운 공작물에서의 파괴 인성이 큰 용접부{HIGH FRACTURE TOUGHNESS WELDS IN THICK WORKPIECES}

본원은 2013년 7월 8일자로 출원되고, 명칭이 "두꺼운 공작물에서의 파괴 인성이 큰 용접부"인 미국 가특허출원 제61/843,827호에 대한 우선권 및 이익향유를 주장하고, 상기 가특허출원의 개시 내용 전체가 참조에 의해 본원에 포함된다.

본 발명은 청구항 1에 따른 두꺼운 공작물에서 파괴 인성이 큰 용접부를 생성하기 위한 플럭스 코어형(flux cored) 용접 전극, 그리고 청구항 8에 따른 용접 프로세스를 이용하여 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법에 관한 것이다. 개시 내용은 두꺼운 용접 적용예, 예를 들어 1" 내지 6" 두께의 용접부에 유용한 용접 조성에 관한 것이다.

관형 부재를 함께 용접하는 것으로부터 제조되는 구조물의 제조가 어려운 난제를 제시한다. 특히, T-, Y-, 및 K-연결부에서의 용접은, 응력이 큰 하중(stressful load)를 확실하게 견딜 수 있는 강한 연결부(즉, 양호한 용접 금속 "인성"을 갖는다)를 제공하기 위해서 일반적으로 몇 차례의 패스(pass)를 필요로 하는 두꺼운 용접부를 필요로 한다. 이러한 난제는 연안(offshore) 구조물의 제조에서 전형적으로 제시된다.

역사적으로, 용접부의 인성이 샤피 V- 노치 테스트(Charpy V- Notch Test)("샤피 V")를 이용하여 평가되었다. 샤피 V는, 전형적으로 10 mm x 10 mm인 샘플 내에 용접부를 만드는 것, 용접부 내에 노치를 가공하는 것, 그리고 노치에서 샘플을 파괴하기 위한 추(pendulum) 충격 테스터를 이용하는 것을 포함한다. 샘플 파괴에서 흡수되는 에너지가, 충격 후의 추의 높이를 측정하는 것에 의해서 계산된다. 두꺼운(예를 들어, 약 1" 내지 약 6") 용착물(weld deposit)의 경우에, 샤피 V가 용접부 무결성(integrity)과 관련된 충분한 데이터를 제공하지 못할 수 있는데, 이는, 몇 차례의 패스를 대부분 필요로 하고 그렇게 두꺼운 단면(section)에서 취성(brittle) 거동을 나타내는 경향을 가지는(도 1 및 도 2 참조), 그러한 두꺼운 용착물의 품질을 반영하기에는 10 mm x 10 mm 샘플이 너무 좁기 때문이다. 몇번의 용접 패스는 각각의 용착물의 패스에 상응하는 수의 가열 및 냉각 사이클을 제공한다. 균열 선단 개구 변위(crack tip opening displacement)("CTOD") 테스트를 이용하여 측정된 바와 같은 재료의 파괴 인성은, 재료의 연성 또는 취성 거동의 결정에 있어서 보다 양호하게 식별할 수 있다.

도 1: 상이한 온도에서의 페라이트계 강(ferritic steel)의 연성 대 취성 거동의 개략도

도 2: 연성 및 취성 거동 사이의 차이를 보여주기 위한 하중 대 COD 도표(plot)의 개략도

연안 구조물에서 찾아볼 수 있는 페라이트계 강은 전형적으로 고온에서의 연성 거동으로부터 저온에서의 취성 거동으로의 변경을 보여주고, 연성으로부터 취성으로의 전이는 특정 온도(즉 전이 온도)에서 급격하다. 이러한 전이 온도가 취성 파괴에 대한 재료의 내성을 결정하는 데 있어서의 매개변수가 될 수 있다. 재료의 전이 온도가 중요한데, 이는 일반적으로, 적용예의 요건에 의해서 규정되는 특별한 온도에서 재료(베이스 또는 용접부이든 간에)가 연성 거동을 나타낼 것을 구조적 재원(specification)이 요구하는 경향이 있기 때문이다. 예를 들어, 극지방 영역에서 사용하고자 하는 구조물에서는, 전형적으로, 용접부를 포함하는 구조물의 연성 거동을 결정하기 위한 테스트 온도가 - 60 ℃가 될 것을 요구한다.

양호한 용접 결과를 달성하기 위해서, 청구항 1에 따른 두꺼운 공작물에서 파괴 인성이 큰 용접부를 생성하기 위한 플럭스 코어형 용접 전극, 그리고 청구항 8에 따른 용접 프로세스를 이용하여 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법이 설명된다. 발명의 추가적인 그리고 바람직한 실시예가 하위 청구항의 청구 대상이다. 제1의 예시적인 실시예에서, 본 개시 내용은 플럭스 코어형 아크 용접 프로세스를 이용하여 두꺼운 철계 공작물에서 파괴 인성이 큰 용접부를 생성하기 위한 플럭스 코어형 용접 전극에 관한 것이다. 플럭스 코어형 용접 전극이 미립자 코어 및 그러한 미립자 코어를 둘러싸는 금속 외피(sheath)를 포함한다. 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생산되는 용착물 조성이 철 및 약 0.007 중량% 이하의 니오븀 및 약 0.009 중량% 이하의 바나듐을 포함하도록, 금속 외피의 화학적 조성과 미립자 코어의 화학적 조성이 선택된다. 용접 프로세스가 약 0 ℃의 온도에서 적어도 약 0.35 mm의, 균열 선단 개구 변위에 의해서 측정된 바에 따른, 파괴 인성 및 약 1" 내지 약 6" 범위의 두께를 가지는 용접 접합부에서의 연성 파괴 모드(ductile mode of fracture)를 가지는 용착물을 생성할 수 있다.

제2의 예시적인 실시예에서, 본 개시 내용은 용접 프로세스를 이용하여 강의 제1 단편(piece)을 강의 제2 단편과 연결하는 방법에 관한 것이다. 강의 제1 및 제2 단편의 각각이 약 12 mm 내지 약 160 mm 범위의 두께를 갖는다. 그러한 방법은 플럭스 코어형 아크 용접 프로세스를 이용하고 적어도 10번의 용접 패스로 용착물을 형성하는 단계를 포함한다. 용착물이 강의 제1 및 제2 단편을 연결한다. 용착물이 약 1" 내지 약 6"의 두께를 갖는다. 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 약 0.007 중량% 이하의 니오븀 및 약 0.009 중량% 이하의 바나듐을 포함하도록, 금속 외피의 화학적 조성과 미립자 코어의 화학적 조성이 선택된다. 용접 프로세스가 약 0 ℃의 온도에서 적어도 약 0.35 mm의, 균열 선단 개구 변위에 의해서 측정된 바에 따른, 파괴 인성 및 약 1" 내지 약 6" 범위의 두께를 가지는, 용접 접합부에서의 연성 파괴 모드를 가지는 용착물을 생성한다.

본 발명의 일반적인 개념을 포함하는 실시예가 여러 가지 다양한 형태를 취할 수 있으며, 이하에서 여러 가지 실시예가 설명될 것이고, 본 개시 내용이 단지 예시적인 것으로 간주된다는 것 그리고 구체적인 실시예로 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

달리 규정되는 바가 없는 경우에, 본원에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어는 개시 내용이 속하는 분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미를 가진다. 도면에서, 선, 층, 및 영역의 두께가 명료함을 위해서 과장되어 있을 수 있을 것이다. 도면 전반을 통해서 발견되는 유사한 숫자가 유사한 요소를 나타낸다는 것을 주목하여야 할 것이다. "상단", "하단", "전방", "후방", "측부(side)", "상부", "하부", 등의 용어가 단지 설명의 목적을 위해서 본원에서 이용된다. 또한, 층, 영역, 지역, 또는 패널과 같은 요소가 다른 요소 "상에" 있는 것으로 언급될 때, 그 요소가 다른 요소 상에 직접적으로 존재할 수 있거나 개재 요소가 존재할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층에 "~ 에 인접하는", 또는 "~ 에 대항하는(against)" 것으로 언급될 때, 이는 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 상에 직접적으로 인접하거나 그에 직접적으로 대항할 수 있거나, 개재된 요소가 존재할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 층 또는 요소가 다른 요소 "위에" 있는 것으로 언급될 때, 그 요소가 다른 요소 위에 직접적으로 존재할 수 있거나 개재 요소가 존재할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

용착물 내의 원소의 중량 백분율(및 그 범위)이 본 개시 내용의 전반을 통해서 인용되었지만, 당업자는, 원소의 중량 백분율이 반드시 원소의 원소적(elemental) 형태의 중량 백분율을 인용하는 것이 아니고, 용착물 내에서 모든 형태의 원소의 존재를 인용한다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

용접 전극에 의해서 생성된(즉, 용접되는 공작물로부터 공여된(contributed) 재료가 없는) 용착물이 본원에서 설명된 바와 같은 조성을 가지도록, 발명에 따른 플럭스 코어형 용접 전극이 형성된다. 당업계에서 이해될 수 있는 바와 같이, 용접 전극의 용착물 조성은 임의의 다른 공급원으로부터의 오염이 없이 생성된 용접부의 조성이다. 이는 일반적으로 전극이 공작물을 용접하기 위해서 이용될 때 얻어지는 용접 금속의 화학적 조성과 상이하며, 그러한 용접 금속은 공작물로부터 유도되는 10%, 20%, 30% 또는 그 초과 만큼의 성분(ingredient)을 포함할 수 있다.

이러한 개시 내용은, 플럭스 코어형 아크 용접 프로세스를 이용하여 두꺼운 페라이트계 강 공작물에서 파괴 인성이 큰 완전한(complete) 용접부를 생성하기 위한 플럭스 코어형 용접 전극에 관한 것이다. 본문에서, "완전한 용접부"는, 용접되는 공작물 두께의 적어도 80%의 두께를 가지는 용접부를 의미하는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 일반적으로, 용접부의 두께가 공작물 두께의 적어도 90%일 것이다. 보다 더 전형적으로, 용접부의 두께가 공작물 두께의 적어도 100%, 적어도 110%, 또는 그 초과일 것이다.

또한, 본문에서, "두껍다는 것"은, 용접부가 만들어지는 공작물의 부분이 적어도 약 1 인치(2.54 cm)의 두께(최소 치수)를 가진다는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 또한, 중공형 공작물과 관련한 "두께"가 공작물의 벽의 두께를 지칭하고 그 전체 두께를 지칭하지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 최소 두께와 관련하여, 본 발명은 전술한 바와 같이 적어도 1 인치 두께의 페라이트계 강 공작물을 용접하는 데 있어서 특별한 적용 가능성을 발견하였다. 다른 실시예에서, 공작물이 2 인치, 3 인치, 4 인치, 5인치, 또는 그 초과의 최소 두께를 가질 수 있다. 최대 두께와 관련하여, 실질적인(practical) 최대 두께가 존재하지 않는다. 다시 말해서, 발명에 따른 용접 프로세스가, 임의의 다른 아크 용접 프로세스에 의해서 용접될 수 있는 임의 두께의 페라이트계 강 공작물을 용접하기 위해서 이용될 수 있다. 그러나, 실질적인 문제로서, 이러한 최대 두께가 일반적으로 약 8 인치보다 두껍지 않을 것이고, 보다 전형적으로 약 7 인치 또는 심지어 6 인치보다 두껍지 않을 것이다. 본 개시 내용과 관련한 "두께"라는 용어는, 용접 표면에 수직인 방향을 따른 용착물의 측정치를 지칭한다.

본 발명에 따라서, 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 약 0.007 중량% 이하의 니오븀 및 약 0.009% 중량% 이하의 바나듐을 포함하고, 용착물 조성 내의 니오븀과 바나듐의 조합된 양이 약 0.016 중량% 이하인 경우에, 이러한 유형의 공작물에서 이루어진 용접이 개선된 파괴 인성을 나타낸다는 것을 발견하였다. 본문에서, "용착물 조성"은, 용접되는 금속 공작물로부터의 오염이 없이, 용접 전극이 용융되고 응고될 때 생성되는 조성을 의미하는 것으로 이해될 수 있을 것이다.

제1의 예시적인 실시예에서, 본 개시 내용은 플럭스 코어형 아크 용접 프로세스를 이용하여 두꺼운 철계 공작물에서 파괴 인성이 큰 용접부를 생성하기 위한 플럭스 코어형 용접 전극에 관한 것이다. 플럭스 코어형 용접 전극이 미립자 코어 및 그러한 미립자 코어를 둘러싸는 금속 외피를 포함한다. 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 철과 약 0.007 중량% 이하의 니오븀 및 약 0.009 중량% 이하의 바나듐을 포함하도록, 금속 외피의 화학적 조성과 미립자 코어의 화학적 조성이 선택된다. 용접 프로세스가 약 0 ℃의 온도에서 적어도 약 0.35 mm의, 균열 선단 개구 변위에 의해서 측정된 바에 따른, 파괴 인성 및 약 1" 내지 약 6" 범위의 두께를 가지는 용접 접합부에서의 연성 파괴 모드를 가지는 용착물을 생성할 수 있다.

제2의 예시적인 실시예에서, 본 개시 내용은 용접 프로세스를 이용하여 철의 제1 단편을 철의 제2 단편과 연결하는 방법에 관한 것이다. 강의 제1 및 제2 단편의 각각이 약 12 mm 내지 약 160 mm 범위의 두께를 갖는다. 그러한 방법은 플럭스 코어형 아크 용접 프로세스를 이용하고 적어도 10번의 용접 패스로 용착물을 형성하는 단계를 포함한다. 용착물이 강의 제1 및 제2 단편을 연결한다. 용착물이 약 1" 내지 약 6"의 두께를 갖는다. 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 약 0.007 중량% 이하의 니오븀 및 약 0.009 중량% 이하의 바나듐을 포함하도록, 금속 외피의 화학적 조성과 미립자 코어의 화학적 조성이 선택된다. 용접 프로세스가 약 0 ℃의 온도에서 적어도 약 0.35 mm의, 균열 선단 개구 변위에 의해서 측정된 바에 따른, 파괴 인성 및 약 1" 내지 약 6" 범위의 두께를 가지는 용접 접합부에서의 연성 파괴 모드를 가지는 용착물을 생성한다.

본 개시 내용은 두꺼운 용접 적용예를 위한 플럭스 코어형 용접 전극의 화학적 조성에 관한 것이다. 본 개시 내용의 실시예는 특히 연안 구조물의 제조, 보다 특히 연안 석유 굴착장치(oil rig)의 제조에 있어서 유용하다. 연안 구조물은 전형적으로, 페라이트계 강인, 516 등급(grade) 70 강으로 제조된다. 전형적인 연안 구조물이, 몇몇 장소에서 용접되고 그에 의해서 복잡한 강 구조물을 형성하는 약 12 mm 내지 약 160 mm의 두께를 가지는 강 단편을 이용할 때 60 내지 80 ksi의 항복 강도(yield strength)를 가지는 것으로 특정된다(specified).

두꺼운 용접부가 몇몇 구조적 강 적용예에서 필수적이다. 예를 들어, 연안 구조물의 구조적 제조가, 육지 건물 건설(terrestrial building erection)과 유사하게, 비임-대-비임 및 비임-대-컬럼(beam-to-column) 모두가 될 수 있다. 연안 구조물이 전형적으로 관형-형상의 단편의 몇몇 연결부를 요구한다. 관형 연결부가 전형적으로, 관형-형상의 단편의 배열에 따라서, T, Y, 또는 K 연결부로서 분류된다. T, Y, 또는 K 연결부는, 구조적으로 견고한 연결부를 생성하기 위해서 용접 금속의 복수의 패스를 전형적으로 요구하는 접합부를 생성한다. 패스의 수가, 예를 들어, 약 20 번 내지 약 100 번을 포함하고, 약 30 번 내지 약 100 번을 포함하는, 약 10 번 내지 약 100 번 내에서 변화될 수 있다. 복수의 패스는, 후속하는 패스에 의한 용착물의 반복되는 가열 및 냉각으로 인해서, 용착물이 경험하는 복잡한 열적 사이클을 생성하는 경향이 있다. 이는, 작은 단면에서 시뮬레이트(simulate)하기 어렵고 전체적인 용접 프로세스 중에 생성되는 결함을 평가하기 어려운 미세조직적 변경을 자체적으로 야기한다.

본 개시 내용의 모든 실시예에 대해서, 용접 금속이, 와이어 형태를 취할 수 있는, 플럭스 코어형 전극으로 침착된다. 플럭스 코어형 전극은, 합금화를 위해서 망간, 실리콘, 탄소, 및 몰리브덴이 의도적으로 첨가된, 루틸(rutile)(즉, 이산화티탄) 기반의 플럭스를 제공한다. 티탄 및 마그네슘의 첨가가 플럭스 코어형 전극에 의해서 제공될 수 있을 것이고, 이는 탈산을 제공할 수 있다.

아크 용접은, 용접되는 금속을 용융시키기 위해서 이용되는 열이 전기 아크로부터 얻어지는 유형의 용접이다. 일반적으로, 아크 용접에는, 용접부가 용접되는 공작물로부터 전체적으로 형성되는("자열(autogenous)" 용접) 그리고 용접부의 상당한 부분이 용접 충전제(filler) 재료로부터 얻어지는("비자열" 용접), 2개의 넓은 카테고리가 존재한다.

전형적으로, 아크 용접기에서는 용착물이 불순물을 가지지 않도록 주의를 기울인다. 용융된 용접 금속이 대기 중의 산소 및/또는 질소로 오염되는 것을 방지하기 위해서, 아크 용접에서 2가지 기본적인 접근 방식이 이용된다: 즉 차폐 가스 이용 및 플럭스 이용. 원하는 경우에, 그러한 2가지 기본적인 접근 방식이 조합될 수 있다. 차폐 가스가 자열 용접에서 이용될 때, 프로세스가 일반적으로 가스 텅스텐 아크 용접("GTAW") 또는 텅스텐 불활성 가스("TIG") 용접으로 지칭되는데, 이는 이용되는 비-소모성 전극이 일반적으로 텅스텐으로 제조되기 때문이다. 차폐 가스가 비자열 용접에서 이용될 때, 프로세스가 일반적으로 가스 금속 아크 용접("GMAW")으로 지칭되거나, 그 하위 카테고리로서 차폐 가스가 불활성일 때 금속 불활성 가스("MIG") 용접으로, 또는 차폐 가스가 반응성일 때 금속 활성 가스("MAG") 용접으로서 지칭된다. 대기에 의한 오염을 방지하기 위한 다른 기술, 즉 플럭스의 이용이 자열 용접에서 일반적으로 이용되지 않지만, 특별한 적용예가 2가지의 조합을 요구할 수 있을 것이다.

대기에 의한 오염을 플럭스로 방지하기 위해서, 3가지 상이한 접근방식이 비자열 용접에서 이용된다. 하나의 접근방식에서, 별개로 공급되는 충전재 재료의 표면 상으로 플럭스가 코팅된다. 막대 또는 스틱(stick) 형태의 용접 충전제 재료가 수동으로 용접 장소(site)로 공급되는, 수동 금속 아크 용접("MMA")(또한 "스틱" 또는 차폐형 금속 아크 용접("SMAW")으로 지칭됨)이 이러한 접근 방식의 양호한 예이다.

서브머지드(submerged) 아크 용접("SAW")으로 지칭되는, 제2 접근방식에서, 용접하고자 하는 이음매(seam)를 상당한(substantial) 플럭스의 층으로 덮는 것에 의해서, 대기에 의한 오염이 방지된다. 전극과 공작물 사이에서 타격되는(struck) 아크가 플럭스 내에서 완전히 침잠되어(submerged) 유지되는 방식으로, 소모성 전극이 플럭스를 통해서 이동된다. 용접 아크로부터의 열이 플럭스를 용융시키고, 그에 의해서 용융된 플럭스 층을 생성하며, 그러한 용융된 플럭스 층은 용접 금속을 대기에 의한 오염으로부터 차폐하고, 튀는 것(spatter) 및 스파크를 방지하며, 아크 용접 중에 일반적으로 생성되는 강력한 자외선 복사선 및 연기를 억제한다. 용융된 플럭스 층이 또한 전기적으로 전도성이 되고, 그에 의해서 공작물과 전극 사이의 전류 경로를 제공한다.

비자열 용접에서 플럭스로 대기에 의한 오염을 방지하기 위한 제3의 접근방식이 플럭스 코어형 용접("FCAW")으로서 공지되어 있다. FCAW에서, 소모성 전극이 충전제 재료로서 이용된다. 그러한 소모성 전극은, 플럭스가 외피 내부에 수용된, 중공형의 관형 외피 형태로 성형된다. 2개의 상이한 유형의 FCAW가 이용된다. 종종 "이중 차폐" 용접으로 지칭되는 자가-차폐형 FCAW("FCAW-S")에서, 차폐 가스가 이용되지 않는데, 이는 용접 온도에서 필요 차폐 가스를 생성하는 성분을 플럭스가 포함하기 때문이다. 가스-보조형 FCAW("FCAW-G")에서, 차폐 가스가 이용된다. 특정 실시예에서, 본원에서 개시된 방법이 가스-보조되는 플럭스 코어형 아크 용접을 이용한다.

본 개시 내용의 플럭스 코어형 용접 전극의 실시예가, 차폐 가스를 이용하면서, 용접될 수 있다. 특정 실시예에서, 차폐 가스가 아르곤 및 이산화탄소를 포함한다. 특정 실시예에서, 차폐 가스가 약 60 부피% 내지 약 90 부피% 아르곤 및 약 10 부피% 내지 약 40 부피% 이산화탄소를 포함한다. 특정 실시예에서, 차폐 가스가 약 75 부피%의 아르곤 및 약 25 부피%의 이산화탄소를 포함한다.

FCAW-G 프로세스를 이용하여 침착되는 용접 금속이 용접된-그대로의(as-welded) 조건(즉, 부가적인 열처리가 없는 조건)에서 두꺼운 용접부(예를 들어, 약 1" 내지 약 6"의 용접부)에 대해서 우수한 파괴 인성을 제공할 수 있도록, 본 개시 내용의 실시예가 형성된다. 이론에 의해서 제한되길 바라지 않으면서, 우수한 용접 금속 인성을 촉진하는 것으로 믿어지는 인자로서, 미세한 미세조직(fine microstructure)(예를 들어, 침상형 페라이트) 및 낮은 산소 함량(예를 들어, 약 600 ppm 미만의 산소 농도)이 있다. 이러한 2가지 인자를 제어하는 것은, 용접된-그대로의 조건(즉 열처리가 없는 조건 또는 열처리 이전의 조건)에서 용인 가능한 인성을 제공하는 용접 금속을 생성하는 경향이 있다. 그러나, 원하는 경우에, 용접부 내에서의 잔류 응력의 부가적인 해제를 위해서, 본 개시 내용에 따라서 제조된 용접부에 대해서 부가적인 열처리를 할 수 있다.

용접된-그대로의 조건 및 용접후 열처리된 조건 모두에서 양호한 용접 금속 인성을 달성하기 위해서, 탄소 및 질소에 대해서 큰 친화도(affinity)를 가지는 특정 원소의 존재를 최소화하는 것이 바람직하다. 탄소 및 질소는 용착물 내에서 침입형(interstitial) 원소이고, 각각의 원소의 작은 원자 크기로 인해서, "빠른-확산제(fast-diffuser)"로서 간주된다. 탄소 및 질소는 용접후 열처리 중에 용착물 내에서 이동할 수 있는 능력을 갖는다. 특정 실시예에서, 탄화물 및 질화물을 형성하기 위해서 티탄이 존재한다.

본 개시 내용의 모든 실시예에 대해서, 플럭스 코어형 용접 전극 내에서, 그리고 그에 의해서 용착물 내에서, 니오븀 및 바나듐의 존재가 감소되거나 전적으로 제거된다. 니오븀 및 바나듐은, 탄소 및 질소에 대한 강력한 친화도를 가지는 2개의 일반적으로 발견되는 불필요 원소(tramp element)이다. 현재 판매되는 제품을 이용하는 용착물에서의 전형적인 니오븀 및 바나듐 농도가 약 0.016 중량% 니오븀 및 약 0.025 중량% 바나듐이고, 니오븀 및 바나듐의 조합된 양이 전형적으로 평균 약 0.04 중량%이다.

플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이, 용착물의 약 0.006 중량% 미만을 포함하고, 용착물의 약 0.005 중량% 미만을 포함하고, 용착물의 약 0.004 중량% 미만을 포함하고, 용착물의 0 중량%(즉, 니오븀이 없다)를 포함하여, 용착물의 약 0.007 중량% 미만의 니오븀 농도를 가지도록, 금속 외피의 화학적 조성과 미립자 코어의 화학적 조성이 선택된다.

플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이, 용착물의 약 0.008 중량% 미만을 포함하여, 용착물의 약 0.007 중량% 미만을 포함하고, 용착물의 약 0.006 중량% 미만을 포함하고, 용착물의 0 중량%(즉, 바나듐이 없다)를 포함하여, 용착물의 약 0.009 중량% 미만의 바나듐 농도를 가지도록, 금속 외피의 화학적 조성과 미립자 코어의 화학적 조성이 선택된다.

용착물 조성이 0.016 중량% 이하의 조합된 니오븀 및 바나듐을 포함할 수 있을 것이고, 이는 0.01 중량% 이하의 조합된 니오븀 및 바나듐을 포함한다. 특히 바람직한 실시예에서, 용착물이 니오븀 및 바나듐을 포함하지 않는다.

FCAW-G 프로세스로 침착된 용접부 내에 형성될 수 있는 3가지 유형의 석출물(precipitate)이 있다. 도 3은 온도의 함수로서의 석출 시퀀스(sequence)의 도표를 도시한다. 형성되는 제1 석출물이 티탄 탄질화물(titanium carbonitride)(TiCN)이다. 이러한 석출물은 매우 높은 온도에서 형성되고 1500 ℃ 초과의 온도에서 완료되는 것으로 예상된다. 형성되는 제2 석출물은, 바나듐, 티탄, 및 니오븀이 풍부한(rich) 복합 탄화물이다("Nb/V 석출물"). 형성되는 마지막 석출물은 시멘타이트라고도 공지된 철 탄화물이다. 니오븀 및 바나듐의 존재는 복합 탄화물의 형성(formulation)을 안정화시킨다. 다른 것의 상단에 침착되는 복수의 패스로 인한 집중적인 재가열을 경험하고 용접후 열처리를 또한 할 수 있는 용접부에서, 시멘타이트의 용해 및 재석출 및/또는 복합 탄화물의 조대화(coarsening)가 발생된다.

도 3: 의도적으로 니오븀 및 바나듐이 존재하는 FCAW-G 용접부의 석출의 시퀀스

그에 따라, Nb/V 석출물이 2가지 방식으로 용접부의 인성에 영향을 미칠 수 있다. 이론에 의해서 제한되길 바라지 않으면서, Nb/V 석출물이, 용착물 내에 존재하는 다른 조성에 비해서 매우 낮은 고유의 인성(즉, 취성)을 가지는 경향이 있고, 이는 용접부 내에 존재하는 응력으로 인한 균열을 유도할 수 있다. Nb/V 석출물은 또한 용접후 열처리 중에 조대화하는 경향이 있는데, 이는 그러한 석출물이 열처리 중에 페라이트 입자의 성장을 제한하는 데 있어서 효과적이지 않다는 것을 의미한다. 입자 성장으로 인한 조대한 입자는 용접부 인성에 또한 영향을 미친다.

Nb/V 석출물의 전술한 영향은 일반적으로 두꺼운 단면의 용접 중에 증가되고, Nb/V 석출물은, 두꺼운 단면 내의 높은 레벨의 잔류 응력에 의해서뿐만 아니라 후속하는 용접 패스에 의한 이전의 용접 패스의 반복된 가열로 인해서 용접 중에 성장할 수 있는 보다 많은 기회를 갖는다. 얇은 용접부 단면이 응력 해제에 도움을 주는 자유 표면을 가지는 가지는 경향이 있는 반면, 두꺼운 용접부 단면(예를 들어, 약 1" 내지 약 6"의 용접부 두께)은 응력의 헤제를 방해하여 두꺼운 용착물 내에서 응력의 3-축(tri-axial) 상태를 생성하는 경향을 갖는다. 응력의 3-축 상태는 구조물의 연성에 있어서 중요한 소성적 유동(plastic flow)을 방해하는 경향을 갖는다. 전술한 바와 같이, 본 개시 내용의 실시예는 니오븀 및 바나듐의 존재를 제한하고, 이는 열역학적으로 모델링되었고 티탄 탄질화물 및 Nb/V 석출물의 석출을 유도한다는 것을 나타냈다. 본 개시 내용의 실시예는, 본원에서 추가적으로 설명되는, 균열 선단 개구 변위("CTOD") 테스팅뿐만 아니라 샤피 V 노치 테스팅 모두에서 연성 거동을 나타낸다.

본 개시 내용의 플럭스 코어형 용접 전극의 특정 실시예가, 예를 들어, Bernard의 미국 특허 제2,785,285호; Sjoman의 미국 특허 제2,944,142호; 및 Woods의 미국 특허 제3,534,390호에서 제시된 바와 같이, 초기에 "U" 형상으로 먼저 형성되는 편평한 금속 스트립으로 시작하는 것과 같은, 통상적인 방식으로 제조될 수 있을 것이다. 이어서, 플럭스, 합금 원소, 및/또는 미립자 형태의 다른 코어 충전 재료가 "U" 내로 침착되고, 일련의 성형 압연에 의해서 스트립이 관형 구성으로 폐쇄된다. 일반적으로, 그렇게 형성된 관이 일련의 다이를 통해서 인발되어 그 횡단면을 최종의 희망 직경으로 감소시키며, 그 후에 그렇게 형성된 전극이 적절한 공급 윤활제(feeding lubricant)로 코팅되고, 스풀(spool) 상으로 권선되고(wound), 이어서 선적 및 이용을 위해서 포장된다.

금속 외피가 약 0.01 중량% 내지 약 0.1 중량%의 탄소, 약 0.2 중량% 내지 약 0.6 중량% 망간, 약 0.03 중량% 내지 약 0.1 중량% 실리콘, 약 0.02 중량% 이하의 인, 그리고 약 0.025% 이하의 황을 포함하는 합금으로부터 제조될 수 있다. 그러한 합금의 구체적인 예가 SAE/AISI 1008 및 1010을 포함하는 미세 입자의, 완전 킬드(fully killed)(알루미늄 또는 실리콘 킬드) 강으로서 산업계에서 전형적으로 설명된다. 그러한 합금은, 스트립 형태로, 상업적으로 용이하게 입수할 수 있고, 이는 플럭스 코어형 전극의 실시예의 제조를 단순하고도 저렴하게 하는데 도움을 준다.

본 발명의 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 탄소를 포함한다. 용접 조성 내의 탄소의 존재는 용착물의 강도 및 경화능을 증가시킨다. 부가적으로, 고용체 내의 탄소의 존재는 철계 금속에서의 페라이트 변태를 억제하여, 탄소의 부재시 보다 더 급속하게 조대화되는 경향을 가지는 연질의(soft) 페라이트 미세조직과 대조적으로, 미세한 침상형 미세조직을 유도한다. 특정 실시예에서, 용착물 조성이, 약 0.03 중량% 내지 약 0.08 중량% 탄소를 포함하고, 그리고 약 0.04 중량% 내지 약 0.07 중량% 탄소를 포함하여, 약 0.02 중량% 내지 약 0.09 중량% 탄소를 포함한다.

본 발명의 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 망간을 포함한다. 용접부 내의 망간의 존재는 미세조직을 개선하고, 강도를 증가시키고, 그리고 용착물의 경화능을 증가시키며, 용접 풀(pool)을 추가적으로 탈산시킨다. 특정 실시예에서, 용착물이, 약 1.1 중량% 내지 약 1.8 중량% 망간을 포함하고, 그리고 약 1.25 중량% 내지 약 1.5 중량% 망간을 포함하여, 약 1 중량% 내지 약 2 중량% 망간을 포함한다.

본 발명의 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 실리콘을 포함한다. 용접 조성 내의 실리콘의 존재는 용접 풀을 탈산시키는 데 있어서 그리고 용융 금속의 점도를 감소시키는 데 있어서 도움을 준다. 특정 실시예에서, 용착물 조성이, 약 0.3 중량% 내지 약 0.7 중량% 실리콘을 포함하고, 약 0.35 중량% 내지 약 0.55 중량% 실리콘을 포함하여, 약 0.2 중량% to 약 0.9 중량% 실리콘을 포함한다.

본 발명의 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 티탄을 포함한다. 전형적으로, 티탄은 용접 풀의 탈산에 도움을 주기 위해서 첨가된다. 특정 실시예에서, 용착물 조성이, 약 0.02 중량% 내지 약 0.11 중량% 티탄을 포함하고, 약 0.04 중량% 내지 약 0.09 중량% 티탄을 포함하여, 약 0.15 중량% 이하의 티탄을 포함한다.

본 발명의 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 붕소를 포함한다. 용접 조성 내의 붕소의 존재는, 용착물 내의 침상형 페라이트의 형성을 촉진하는 것에 의해서, 입자 조직을 개선하는 데 도움을 준다. 특정 실시예에서, 용착물 조성이, 약 0.0005 중량% 내지 약 0.009 중량% 붕소를 포함하고, 약 0.003 중량% 내지 약 0.008 중량% 붕소를 포함하여, 약 0.01 중량% 이하의 붕소를 포함한다.

본 발명의 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 니켈을 포함한다. 용접 조성 내의 니켈의 존재는 용접부의 강도를 증가시키는데, 특히 용착물의 저온 충격 인성을 개선하는 데 도움을 준다. 특정 실시예에서, 용착물 조성이 약 1.3 중량% 이하의 니켈을 포함하고, 약 0.6 중량% 내지 약 1.3 중량% 니켈을 포함하여, 약 2 중량% 이하의 니켈을 포함한다.

본 발명의 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 몰리브덴을 포함한다. 용접 조성 내의 몰리브덴의 존재는 용착물의 강도 및 경화능을 증가시키는데 도움을 준다. 특정 실시예에서, 용착물 조성이 약 0.6 중량% 이하의 몰리브덴을 포함하고, 약 0.3 중량% 이하의 몰리브덴을 포함하여, 약 0.8 중량% 이하의 몰리브덴을 포함한다.

본 발명의 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성되는 용착물 조성이 철을 포함한다. 일반적으로, 철은 용착물의 중량 백분율의 대부분(즉, 약 90 중량% 내지 약 99 중량% 철)을 구성한다. 특정 실시예에서, 철이 용착물 조성 내에서 약 93 중량% 초과의 철을 포함하고, 약 95 중량% 초과의 철을 포함하고, 약 97 중량% 초과의 철을 포함하고, 그리고 약 99 중량% 초과의 철을 포함하여, 약 90 중량% 초과의 철로 존재한다.

다른 원소가 용착물 조성 내에 존재할 수 있을 것이다. "미량(trace) 불순물" 또는 "불필요물(tramp)"로서 공지된 다른 원소가 황, 질소, 산소, 알루미늄, 비소, 칼슘, 카드뮴, 코발트, 크롬, 구리, 인, 납, 안티몬, 주석, 탄탈, 텅스텐, 및 지르코늄을 포함할 수 있을 것이다. 미량 불순물이, 전형적으로, 용착물 조성의 0.8 중량% 이하를 포함하고, 0.5 중량% 이하를 포함하고, 0.2 중량% 이하를 포함하고, 0.1 중량% 이하를 포함하고, 0.08 중량% 이하를 포함하고, 적어도 약 0.06 중량%를 포함하여, 1 중량% 이하를 구성한다.

특정 실시예에서, 개시된 플럭스 코어형 용접 전극의 미립자 코어가, 본원에서 설명된 바와 같이, 탄소 및 질소에 대한 친화도를 가지지 않거나 낮은 친화도를 가지는 경향의 성분으로 제조된다. 용착물의 화학적 조성의 예시적인 실시예가 이하의 표 1에 기재되어 있다. 표 1에 기재된 각각의 개별적인 한계는 본 개시 내용의 임의 실시예와 개별적으로 상호 교환 가능하고, 그러한 임의 실시예 내로 통합될 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

용착물 조성(중량%), 각각의 실시예의 나머지는 철임.

용착물이 침상형 페라이트 조직을 가질 수 있을 것이다. 용착물이 약 300 ppm 미만을 포함하고, 약 100 ppm 미만을 포함하여, 약 600 ppm 미만의 산소 함량을 가질 수 있을 것이다.

본원에서 설명된 바와 같이, 본 개시 내용의 실시예가, 페라이트계 강으로 제조될 수 있는 연안 구조물의 제조에 특히 적용 가능한 것으로서 예상된다. 제1 공작물, 제2 공작물 중 어느 하나, 또는 제1 및 제2 공작물 양자 모두가, 516 등급 70 강일 수 있는, 페라이트계 강이다. 특정 실시예에서, 제1 철계 공작물, 제2 철계 공작물 중 어느 하나, 또는 제1 및 제2 철계 공작물 모두가 관형-형상의(즉, 원통형) 공작물이다.

CTOD 테스트가, 특히 연안 구조물에 대해서, 두꺼운(예를 들어, 약 1" 내지 약 6") 용접부의 경우의 취성 거동에 대한 용접 금속 내성을 식별하기 위한 보다 대중적인 방법이 되고 있다. CTOD 테스트는 연성 균열 전파에 대한 재료 내성을 평가하도록 설계된다. CTOD 테스트는, 용접부 내에 존재할 수 있거나 제조 중에 생성될 수 있는 결함을 모사(mimic)하기 위한 제어되는 굽힘(bending)에 의해서, 관심 영역(예를 들어, 용접부) 내에 균열을 도입하는 것을 포함한다. 이어서, 모드(Mode) 1 유형의 하중 부여(loading)(즉, 순수 인장)를 모사하기 위해서 매우 양호하게 규정된 응력 상태를 부여하는 것에 의해서, 파괴까지 이러한 균열로 하중을 가한다.

CTOD 테스트의 경우에, 자유 표면의 임의의 항복(yielding)을 방지하여 재료의 인성을 인공적으로 증가시키기 위해서, "평면-변형(plane-strain)" 조건을 부여하도록 샘플의 치수(dimension)가 또한 규정된다. CTOD 테스트가 전형적으로 용접 접합부의 "전체-두께"에서 이루어지고, 다시 말해서, 약 100 mm 두께의 판이 약 100 mm 두께의 CTOD 시편을 가질 것이다. 비교하자면, 샤피 V는, 용접 접합부의 비교적 작은 부분만을 샘플링하는, 10 mm x 10 mm 샘플을 이용한다.

용접 프로세스가 약 0 ℃의 온도에서 적어도 약 0.35 mm의, 균열 선단 개구 변위에 의해서 측정된 바에 따른, 파괴 인성 및 약 1" 내지 약 6" 범위의 두께를 가지는 용접 접합부에서의 연성 파괴 모드를 가지는 용착물을 생성할 수 있다. 용접 프로세스가 약 -10 ℃의 온도에서 적어도 약 0.35 mm의, 균열 선단 개구 변위에 의해서 측정된 바에 따른, 파괴 인성 및 약 1" 내지 약 6" 범위의 두께를 가지는 용접 접합부에서의 연성 파괴 모드를 가지는 용착물을 생성할 수 있을 것이다. 용접 프로세스가 약 -20 ℃의 온도에서 적어도 약 0.25 mm의, 균열 선단 개구 변위에 의해서 측정된 바에 따른, 파괴 인성 및 약 1" 내지 약 6" 범위의 두께를 가지는 용접 접합부에서의 연성 파괴 모드를 가지는 용착물을 생성할 수 있을 것이다.

도 4는 제1 및 제2의 예시적인 실시예에서 규정된 바와 같은 실시예에 대한 여러 온도에서의 충격 흡수 에너지를 비교한다. HD-12M 샘플에 대비하여 개선된 충격 흡수 에너지를 나타내는 SR-12M 샘플이 약 0.001 중량% 내지 약 0.005 중량% 니오븀, 및 약 0.003 중량% 내지 약 0.007 중량% 바나듐, 그리고 보다 구체적으로 약 0.003 중량% 니오븀 및 약 0.005 중량% 바나듐, 그리고 표 1의 실시예 3에서 추가적으로 구체화된 것을 포함한다.

도 4: SR-12M 및 HD-12M 샘플.

본원에서 인용된 임의의 특허는, 본 개시 내용의 본문(text) 내에서 구체적으로 인용되었든지 또는 그렇지 않든지 간에, 참조에 의해서 본원에 포함된다.

"포함한다(include,includes)" 또는 "포함하는(including)"이라는 용어가 상세한 설명이나 청구항에서 사용되는 범위까지, 그러한 용어는, 청구항에서 전이적인(transitional) 단어로서 채용되는 경우에 그러한 용어가 해석될 때, "포함하는(comprising)"이라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적인 것으로 해석된다. 또한, "또는"이라는 용어가 채용되는 경우(예를 들어, A 또는 B), 이는 "A 또는 B 또는 A 및 B 양자 모두"를 의미하기 위한 것이다. 출원인이 ""A 또는 B 그러나 양자 모두는 아닌"이라는 것을 표시하고자 할 때, "단지 A 또는 B, 그러나 양자 모두는 아닌"이라는 용어가 채용될 것이다. 그에 따라, 본원에서의 "또는"이라는 용어의 이용은 포괄적인 것이고, 배타적으로 이용된 것이 아니다. Bryan A. Garner, A Dictionary of Modern Legal Usage 624 (2d ed. 1995) 참조. 또한, "~ 내(in)" 또는 "~ 내로"의 용어가 상세한 설명이나 청구항에서 사용된 범위까지, "~ 상(on)" 또는 "~ 상으로"를 부가적으로 의미하기 위한 의도를 갖는다. 또한, "연결한다"라는 용어가 상세한 설명 또는 청구항에서 사용된 범위까지, "직접적으로 연결된"뿐만 아니라, 다른 구성요소 또는 구성요소들을 통해서 연결되는 것과 같이 "간접적으로 연결된"을 의미하도록 의도된다. 본 개시 내용에서, 부정관사("a" 또는 "an")는 단수형 및 복수형 모두를 포함하기 위해서 취해진 것이다. 반대로, 복수형 물품에 대한 임의 언급은, 적절한 경우에, 단수형을 포함한다.

본원에서 개시된 모든 범위 및 매개변수가 본원에서 가정되고 포괄된 임의의 그리고 모든 하위-범위, 및 종료점들 사이의 모든 숫자를 포함하는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, "1 내지 10"으로 기술된 범위는 1의 최소 값과 10의 최대 값 사이의(그리고 그러한 숫자를 포함하는) 임의의 그리고 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 간주되어야 하고; 다시 말해서, 1 이상의 최소 값으로 시작하고(예를 들어, 1 내지 6.1), 10 이하의 최소 값으로 종료하는(예를 들어, 2.3 내지 9.4, 3 내지 8, 4 내지 7) 모든 하위 범위, 그리고 최종적으로 그러한 범위 내에 포함되는 각각의 숫자 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 및 10를 포함하는 것으로 간주되어야 한다.

발명의 여러 가지 예시적인 실시예를 설명하는 것에 의해서, 적어도 부분적으로, 전반적인 방법에 따른 개념을 설명하였다. 상당히 상세하게 이러한 예시적인 실시예를 설명하였지만, 출원인은, 첨부된 청구범위를 그러한 상세 내용으로 제한하거나 어떠한 방식으로도 한정하고자 하기 위한 의도를 가지지 않는다. 또한, 본 발명의 여러 개념이 서로 조합되어 이용될 수 있을 것이다(예를 들어, 제1, 제2, 제3, 제4, 등의 예시적인 실시예 중 하나 이상이 서로 조합되어 이용될 수 있을 것이다). 부가적으로, 특별한 요소의 통합이 실시예의 명백한 용어에 대해서 모순되지 않는 한, 특별하게 개시된 실시예와 관련되는 것으로서 인용된 임의의 특별한 요소가 모든 개시된 실시예와 함께 이용하기에 적합한 것으로 해석되어야 한다. 부가적인 장점 및 수정이 당업자에게 자명할 것이다. 그에 따라, 개시 내용은, 그 가장 넓은 양태에서, 본원에서 제시된 구체적인 상세 내용, 대표적인 장치, 또는 도시되고 설명된 예시적인 예로 제한되지 않는다. 따라서, 전반적인 발명에 따른 개념의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고도, 그러한 상세 내용으로부터 벗어날 수 있을 것이다.

Claims

두꺼운 공작물에 파괴 인성이 큰 용접부를 생성하기 위한 플럭스 코어형 용접 전극으로서, 상기 플럭스 코어형 용접 전극이 미립자 코어 및 상기 미립자 코어를 둘러싸는 금속 외피를 포함하고, 상기 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성된 용착물(weld deposit) 조성이 약 0.007 중량% 이하의 니오븀 및 약 0.009 중량% 이하의 바나듐을 포함하도록, 상기 금속 외피의 화학적 조성 및 상기 미립자 코어의 화학적 조성이 선택되는 것인 플럭스 코어형 용접 전극.
제1항에 있어서,
상기 용착물 조성이: 0.02 내지 0.09 중량% 탄소, 1 내지 2 중량% 망간, 0.2 내지 0.9 중량% 실리콘, 0.007 중량% 이하의 니오븀, 0.009 중량% 이하의 바나듐, 0.15 중량% 이하의 티탄, 0.01 중량% 이하의 붕소, 2 중량% 이하의 니켈, 0.8 중량% 이하의 몰리브덴을 더 포함하는 것인 플럭스 코어형 용접 전극.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 용착물 조성이: 0.03 내지 0.08 중량% 탄소, 1.1 내지 1.8 중량% 망간, 0.3 내지 0.7 중량% 실리콘, 0.007 중량% 이하의 니오븀, 0.009 중량% 이하의 바나듐, 0.02 내지 0.11 중량% 티탄, 0.0005 내지 0.009 중량% 붕소, 1.3 중량% 이하의 니켈, 0.6 중량% 이하의 몰리브덴을 더 포함하는 것인 플럭스 코어형 용접 전극.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용착물 조성이: 0.04 내지 0.07 중량% 탄소, 1.25 내지 1.5 중량% 망간, 0.35 내지 0.55 중량% 실리콘, 0.007 중량% 이하의 니오븀, 0.009 중량% 이하의 바나듐, 0.04 내지 0.09 중량% 티탄, 0.003 내지 0.008 중량% 붕소, 0.6 내지 1.3 중량% 니켈, 0.3 중량% 이하의 몰리브덴을 더 포함하는 것인 플럭스 코어형 용접 전극.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용착물 조성이 니오븀을 포함하지 않고, 및/또는
상기 용착물 조성이 바나듐을 포함하지 않는 것인 플럭스 코어형 용접 전극.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용착물 조성이 0.016 중량% 이하의 조합된 니오븀 및 바나듐을 포함하는 것인 플럭스 코어형 용접 전극.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용착물 조성이 0.01 중량% 이하의 조합된 니오븀 및 바나듐을 포함하는 것인 플럭스 코어형 용접 전극.
용접 프로세스를 이용하여 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법으로서, 상기 제1 및 제2 철계 공작물의 각각이 12 mm 내지 160 mm 범위의 두께를 가지는 것인 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법으로서:
플럭스 코어형 아크 용접 프로세스를 이용하고 적어도 10번의 용접 패스로 용착물를 형성하는 단계로서, 상기 용착물이 상기 제1 및 제2 철계 공작물을 연결하는, 용착물을 형성하는 단계를 포함하고;
상기 용착물이 약 1" 내지 약 6"의 두께를 가지며; 그리고
상기 플럭스 코어형 용접 전극에 의해서 생성된 용착물 조성이: 약 0.007 중량% 이하의 니오븀 및 약 0.009 중량% 이하의 바나듐을 포함하도록, 상기 금속 외피의 화학적 조성 및 상기 미립자 코어의 화학적 조성이 선택되고, 상기 용착물이 약 0 ℃의 온도에서 적어도 약 0.35 mm의 균열 선단 개구 변위에 의해서 측정된 바에 따른 파괴 인성 및 연성 파괴 모드를 가지는 것인 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 용착물 조성이: 0.03 내지 0.08 중량% 탄소, 1.1 내지 1.8 중량% 망간, 0.3 내지 0.7 중량% 실리콘, 0.007 중량% 이하의 니오븀, 0.009 중량% 이하의 바나듐, 0.02 내지 0.11 중량% 티탄, 0.0005 내지 0.009 중량% 붕소, 1.3 중량% 이하의 니켈, 및 0.6 중량% 이하의 몰리브덴을 더 포함하는 것인 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 용착물 조성이 니오븀을 포함하지 않고, 및/또는
상기 용착물 조성이 바나듐을 포함하지 않는 것인 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용착물이 약 2" 내지 약 5" 범위의 두께를 가지는 것인 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법.
제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용착물이 약 3.5" 내지 약 4.5" 범위의 두께를 가지는 것인 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 철계 공작물이 페라이트계 강이고, 및/또는
상기 제1 및 제2 철계 공작물이 516 등급 70 강이고, 및/또는
상기 용착물이 침상형 페라이트 조직을 가지는 것인 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법.
제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용착물이 600 ppm 미만의 산소 함량을 가지는 것인 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법.
제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용착물을 형성하는 단계가 차폐 가스를 더 이용하는 것인 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법.
제15항에 있어서,
상기 차폐 가스가 약 60 부피% 내지 약 90 부피% 아르곤, 및 약 10 부피% 내지 약 40 부피% 이산화탄소를 포함하는 것인 제1 철계 공작물을 제2 철계 공작물과 연결하는 방법.