KR20170045352A - 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, TiO2, Si, Si 산화물 및 Si 화합물, C, Mo, Ni, Mg 및 Mg 합금, F 화합물, K 화합물, Na 화합물, B 및 B 화합물, Fe, Ti 및 Ti 합금, Al 및 Al 합금, V를 특정량 함유하고, 또한 강제 외피 중의 Ti량을 규제한다.

Description

가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어{FLUX-CORED WIRE FOR GAS-SHIELDED ARC WELDING}
본 발명은 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전자세 용접용 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
해양 구조물 분야에 있어서는, 에너지 자원 개발을 진행시키는 해역의 대수심화, 북극해 등의 극한 해역으로의 자원 탐사·채굴역의 확대 및 설비의 대형화가 진행되고 있다. 이와 같은 기술 동향을 배경으로 하여, 해양 구조물의 설계에서는 고강도화 및 고인성화가 진행되어, 용접 이음에 대한 요구 성능도 보다 엄격한 것이 되고 있다.
한편, 용접 재료에 대해서는, 고능률화의 관점에서, 전자세 용접용의 플럭스 코어드 와이어가 요구되고 있다. 그러나, 종래의 전자세용의 플럭스 코어드 와이어는, 얻어지는 용접 금속 중의 산소량이 많기 때문에, 이것을 이용하여 가스 실드 아크 용접한 경우, 용접 이음부의 저온 인성을 확보하는 것이 어렵다.
또한, 종래, 전자세 용접용의 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 용접 금속의 저온 인성 향상을 목적으로 하여, MgO의 함유량과 TiO2의 함유량의 비를 특정 범위로 함과 더불어, 슬래그 조재제(造滓劑)와의 관계를 특정한 것이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 이 특허문헌 1에는, 실시예의 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 용접을 행한 경우, 0.2% 내력이 620MPa 이상이고, -60℃에서의 샤르피 충격값이 27J 이상인 용접 금속이 얻어지며, 용접 작업성도 양호하다는 것이 나타나 있다.
일본 특허공개 2008-87043호 공보
근년, 해양 구조물 등의 대형 구조물에는, 강도나 저온 인성에 더하여, 내고온균열성도 요구되고 있지만, 종래의 플럭스 코어드 와이어에서는, 전자세 용접에 있어서 모든 요구를 만족시키는 용접 금속을 얻는 것은 어렵다.
그래서, 본 발명은, 전자세 용접에 있어서, 확산 수소량을 억제하는 것에 의한 내저온균열성에 더하여, 내고온균열성도 우수하고, 또한 -60℃ 정도에서의 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 주목적으로 한다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어로서, 와이어 전체 질량당, TiO2: 3∼8질량%, Si, Si 산화물 및 Si 화합물 중 적어도 1종: Si 환산값의 합계로 0.1∼0.5질량%, C: 0.01∼0.15질량%, Mn: 0.5∼3.0질량%, Mo: 0.01∼0.80질량%, Ni: 1∼3질량%, 금속 Mg 및 Mg 합금 중 적어도 1종: Mg 환산값의 합계로 0.2∼1.0질량%, F 화합물: F 환산값의 합계로 0.01∼0.400질량%, K 화합물: K 환산값의 합계로 0.01∼0.400질량%, Na 화합물: Na 환산값의 합계로 0.005∼0.400질량%, B 및 B 화합물: B 환산값의 합계로 0.001∼0.005질량%, 및 Fe: 80질량% 이상을 함유함과 더불어, 금속 Ti 및 Ti 합금: Ti 환산값의 합계로 0.01질량% 이하, 금속 Al 및 Al 합금: Al 환산값의 합계로 0.05질량% 이하, 및 V: 0.010질량% 미만으로 규제하고, 또한, 강제 외피 전체 질량당, Ti: 0.011질량% 이하로 규제한 것이다.
이 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피 전체 질량당, Al: 0.05질량% 이하로 규제해도 된다.
또, 강제 외피 전체 질량당, B: 0.005질량% 이하로 규제해도 된다.
한편, 와이어 전체 질량당의 금속 Ti 및 Ti 합금의 총 함유량의 Ti 환산값을 [Ti], B 함유량을 [B], 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량의 Al 환산값을 [Al]로 했을 때, 이들의 관계가 하기 수학식 1을 만족시키는 조성으로 할 수도 있다.
[수학식 1]
1000×{[Ti]-([B])0.9}2/[Al]≤2.00
본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, S: 0.005∼0.030질량%, ZrO2: 0.05∼1.00질량% 및 Al2O3: 0.01∼1.00질량% 중 적어도 1종을 함유할 수도 있다.
또한, P: 0.030질량% 이하로 규제해도 된다.
또, Nb: 0.010질량% 미만으로 규제해도 된다.
본 발명에 의하면, 전자세 용접에 있어서, 내고온균열성 및 내저온균열성 모두가 우수한 용접 금속을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 상세하게 설명한다. 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피에 플럭스를 충전한 것이고, 그의 외경은, 예를 들면 0.9∼1.6mm이다. 또한, 플럭스 충전율은, 와이어 중의 각 성분이 본 발명의 범위 내이면 임의의 값으로 설정할 수 있지만, 와이어의 신선성 및 용접 시의 작업성(송급성 등)의 관점에서, 와이어 전체 질량의 10∼20질량%로 하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, TiO2: 3∼8질량%, Si, Si 산화물 및 Si 화합물 중 적어도 1종: Si 환산값의 합계로 0.1∼0.5질량%, C: 0.01∼0.15질량%, Mn: 0.5∼3.0질량%, Mo: 0.01∼0.80질량%, Ni: 1∼3질량%, 금속 Mg 및 Mg 합금 중 적어도 1종: Mg 환산값의 합계로 0.2∼1.0질량%, F 화합물: F 환산값의 합계로 0.01∼0.400질량%, K 화합물: K 환산값의 합계로 0.01∼0.400질량%, Na 화합물: Na 환산값의 합계로 0.005∼0.400질량%, B 및 B 화합물: B 환산값의 합계로 0.001∼0.005질량%를 함유한다.
또한, 이 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, 금속 Ti 및 Ti 합금: Ti 환산값의 합계로 0.01질량% 이하, 금속 Al 및 Al 합금: Al 환산값의 합계로 0.05질량% 이하, V: 0.010질량% 미만으로 규제되어 있다. 한편, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 상기 이외의 성분, 즉 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다.
또한, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에서는, 외피 성분 중, Ti를, 외피 전체 질량당 0.011질량% 이하로 규제하고 있다. 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 가스 실드 아크 용접에 이용되고, 전자세 용접에 적용할 수 있다.
다음으로, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에 함유되는 각 성분의 수치 한정 이유에 대해 설명한다.
(강제 외피)
강제 외피(이하, 간단히 외피라고 하는 경우도 있다)에 포함되는 첨가 원소는, 플럭스 내에 포함되는 첨가 원소와 비교하여 용융 시의 산화 소모가 적기 때문에, 일반적으로 용접 금속에 주는 영향이 크다. 이 때문에, 산화물을 형성하는 각종 미량 원소를 이하와 같이 규제한다.
[Ti: 0.011질량% 이하]
외피의 Ti 함유량이 0.011질량%를 초과하면, 용접 시에 탄화물을 생성하기 쉬워져, 용접 금속의 인성이 현저하게 열화된다. 따라서, 외피에 함유되는 Ti는 외피 전체 질량당 0.011질량% 이하로 규제한다. 한편, 외피의 Ti 함유량은, 용접 금속의 인성 향상의 관점에서, 외피 전체 질량당 0.010질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Al: 0.05질량% 이하]
외피에 Al이 많이 포함되어 있으면, 용접 시에 산화물을 형성하여, 용접 금속의 인성 열화를 초래하는 경우가 있다. 이 때문에, 용접 금속의 인성 열화 방지의 관점에서, 외피의 Al 함유량은 외피 전체 질량당 0.05질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.030질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
[B: 0.005질량% 이하]
외피 중의 B는 미량이라도 균열 발생의 원인이 된다. 이 때문에, 용접 금속의 내균열성 향상의 관점에서, 외피의 B 함유량은 외피 전체 질량당 0.005질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.001질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(와이어 전체)
[TiO2: 3∼8질량%]
TiO2는 슬래그의 주성분이고, TiO2 함유량이 와이어 전체 질량당 3질량% 미만인 경우, 하향 이외의 자세(입향이나 상향 등)에서의 용접이 곤란하게 되어, 전자세 용접성을 확보할 수 없게 된다. 한편, TiO2 함유량이 와이어 전체 질량당 8질량%를 초과하면, 용접 금속 중에 TiO2가 미립자로서 잔류하여, 용접 금속의 인성이 열화된다. 따라서, TiO2 함유량은 와이어 전체 질량당 3∼8질량%로 한다.
[Si, Si 산화물 및 Si 화합물: 0.1∼0.5질량%]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, Si, Si 산화물 및 Si 화합물 중 적어도 1종을 함유한다. 금속 Si에는, 용융지의 점성을 낮추는 효과가 있고, 또한 용융 슬래그 중에서는, 탈산 작용에 의해, 유동성을 증가시키는 효과가 있는 SiO2가 생성된다. 한편, 산화물이나 화합물의 형태로 첨가된 Si는, 용융 슬래그 계면에 있어서 용융 금속과의 산화 환원 반응에 의해 환원되어, 용융 금속 중에서는 금속 Si로서 존재한다.
단, Si, Si 산화물 및 Si 화합물의 총 함유량이, Si 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.1질량% 미만인 경우, 용융 금속의 점성이 증가하여, 모재에 대한 친밀성이 저하됨과 더불어, 탈산 효과가 부족하여, 용접 금속에 블로홀이 발생한다. 한편, Si, Si 산화물 및 Si 화합물의 총 함유량이, Si 환산값으로, 0.5질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 과도하게 증가하여, 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Si, Si 산화물 및 Si 화합물의 총 함유량은, Si 환산값으로, 0.1∼0.5질량% 함유한다.
[C: 0.01∼0.15질량%]
C는 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 단, C 함유량이 와이어 전체 질량당 0.01질량% 미만인 경우, 그 효과가 충분히 얻어지지 않고, 용접 금속의 내력이 저하된다. 한편, C 함유량이 와이어 전체 질량당 0.15질량%를 초과하면, 용접 금속에 마텐자이트가 섬 형상으로 생성되어, 인성이 열화된다. 따라서, C 함유량은 와이어 전체 질량당 0.01∼0.15질량%로 한다.
[Mn: 0.5∼3.0질량%]
Mn은 용접 금속의 탈산을 촉진함과 더불어, 용접 금속의 인성 및 강도를 높이는 효과가 있다. 단, Mn 함유량이 와이어 전체 질량당 0.5질량% 미만인 경우, 전술한 효과가 부족하여, 용접 금속에 블로홀이 발생하거나 용접 금속의 인성이 열화된다. 한편, Mn 함유량이 와이어 전체 질량당 3.0질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 과도하게 증가하여, 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Mn 함유량은 와이어 전체 질량당 0.5∼3.0질량%로 한다.
[Mo: 0.01∼0.80질량%]
Mo는 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 원소이고, Mo 함유량이 와이어 전체 질량당 0.01질량% 미만인 경우, 용접 금속의 인장 강도가 부족하다. 한편, Mo 함유량이 와이어 전체 질량당 0.80질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 과도하게 증가하여, 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Mo 함유량은 와이어 전체 질량당 0.01∼0.80질량%로 한다.
[Ni: 1∼3질량%]
Ni는 용접 금속의 인성 확보에 기여하는 원소이고, Ni 함유량이 와이어 전체 질량당 1질량% 미만인 경우, 용접 금속의 인성이 열화된다. 한편, Ni 함유량이 와이어 전체 질량당 3질량%를 초과하면, 용접 금속에 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Ni 함유량은 와이어 전체 질량당 1∼3질량%로 한다.
[금속 Mg 및 Mg 합금: 0.2∼1.0질량%]
Mg는 탈산 작용이 있는 원소이고, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 Mg원으로서 금속 Mg 및 Mg 합금 중 적어도 1종을 함유한다. 단, 금속 Mg 및 Mg 합금의 총 함유량이, Mg 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.2질량% 미만인 경우, 탈산 부족이 되어, 용접 금속에 블로홀이 발생하거나 인성이 열화된다. 한편, 금속 Mg 및 Mg 합금의 총 함유량이, Mg 환산값으로, 와이어 전체 질량당 1.0질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 과도하게 증가하여, 균열이 발생하기 쉬워진다.
따라서, Mg 함유량은 와이어 전체 질량당 0.2∼1.0질량%로 한다. 한편, 여기에서 규정하는 금속 Mg 및 Mg 합금의 총 함유량은, 왕수 처리하여 측정한 산 가용성 Mg의 양으로부터 산출한 값이다.
[F 화합물: 0.010∼0.400질량%]
F 화합물은 용접 시에 수소(H)와 결합해서 HF를 형성하여, 용접 금속의 확산 수소량을 저감하는 효과가 있고, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 1종 또는 2종 이상의 F 화합물을 함유한다. 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에 첨가되는 F 화합물의 구체예로서는, CaF, BaF2, NaF, K2SiF6, SrF2, AlF3, MgF2, LiF 등을 들 수 있다. 한편, K2SiF6에 있어서, K2는 K 화합물의 K 환산값으로, Si는 Si 화합물의 Si 환산값으로, F6은 F 화합물의 F 환산값으로 환산된다.
단, F 화합물의 총 함유량이, F 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.01질량% 미만인 경우, 용접 금속의 확산 수소량이 증가하여, 저온 균열이 발생하기 쉬워진다. 한편, F 화합물의 총 함유량이, F 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.400질량%를 초과하면, 와이어가 흡습하기 쉬워지기 때문에, 용접 금속의 확산 수소량이 증가하여, 저온 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, F 화합물의 총 함유량은, F 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.010∼0.400질량%로 한다.
[K 화합물: 0.010∼0.400질량%]
K는 아크를 안정시키는 효과가 있고, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 1종 또는 2종 이상의 K 화합물을 함유한다. 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에 첨가되는 K 화합물의 구체예로서는, K2O, KF, K2SiF6 등을 들 수 있다. 한편, KF의 K는 K 화합물의 K 환산값으로, F는 F 화합물의 F 환산값으로 환산된다. 또한, K2SiF6에 대해서는 상기와 같다.
단, K 화합물의 총 함유량이, K 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.01질량% 미만인 경우, 전술한 효과가 불충분해져, 아크가 불안정하게 된다. 한편, K 화합물의 총 함유량이 0.400질량%를 초과하면, 아크는 안정되지만, 와이어의 내흡습성이 저하되기 때문에, 용접 금속의 확산 수소량이 증가하여, 저온 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, K 화합물의 총 함유량은, K 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.010∼0.400질량%로 한다.
[Na 화합물: 0.005∼0.400질량%]
Na는, 전술한 K와 마찬가지로, 아크를 안정시키는 효과가 있고, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 1종 또는 2종 이상의 Na 화합물을 함유한다. 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에 첨가되는 Na 화합물의 구체예로서는, NaF, Na2O, Na2CO3 등을 들 수 있다. 한편, NaF의 Na는 Na 화합물의 Na 환산값으로, F는 F 화합물의 F 환산값으로 환산된다.
단, Na 화합물의 총 함유량이, Na 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.005질량% 미만인 경우, 전술한 효과가 불충분해져, 아크가 불안정하게 된다. 한편, Na 화합물의 총 함유량이, Na 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.400질량%를 초과하면, 아크는 안정되지만, 와이어의 내흡습성이 저하되기 때문에, 용접 금속의 확산 수소량이 증가하여, 저온 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Na 화합물의 총 함유량은, Na 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.005∼0.400질량%로 한다.
[B 및 B 화합물: 0.001∼0.005질량%]
B는 구 오스테나이트(γ) 입계에 편석되어, 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과가 있다. 단, B 및 B 화합물의 총 함유량이, B 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.001질량% 미만인 경우, 그 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, B 및 B 화합물의 총 함유량이, B 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.005질량%를 초과하면, 용접 금속에 고온 균열(응고 균열)이 발생하기 쉬워진다. 따라서, B 함유량은 와이어 전체 질량당 0.001∼0.005질량%로 한다. 한편, B 및 B 화합물의 총 함유량은, 내고온균열성 향상의 관점에서, 와이어 전체 질량당, B 환산값으로, 0.004질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편 B 화합물로서는 Fe-B, Fe-Si-B, B2O3 및 B2O3을 포함하는 복합 산화물 등을 들 수 있다.
[금속 Ti 및 Ti 합금: 0.01질량% 이하]
Ti는 금속 또는 합금의 형태, 및 산화물이나 금속간 화합물 등의 화합물의 형태로 첨가된다. 그러나, Ti원 중, 금속 Ti 및 Ti 합금의 총 함유량이, Ti 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.01질량%를 초과하면, 용접 금속 중의 고용 Ti량이 증가하기 때문에, 재열부에 있어서 TiC가 석출되어, 인성이 저하된다. 따라서, 금속 또는 합금의 형태로 첨가되는 Ti의 총 함유량은 와이어 전체 질량당 0.01질량% 이하로 규제한다. 한편, 용접 금속의 인성 향상의 관점에서, 금속 Ti 및 Ti 합금의 총 함유량은 와이어 전체 질량당 0.004질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[금속 Al 및 Al 합금: 0.05질량% 이하]
Al은 금속 또는 합금의 형태, 및 산화물이나 금속간 화합물 등의 화합물의 형태로 첨가되지만, 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량이, Al 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.05질량%를 초과하면, 용접 금속 중에 조대한 산화물이 다수 생성되어, 인성이 열화된다. 따라서, 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량은, Al 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.05질량% 이하로 규제한다. 한편, 용접 금속의 인성 향상의 관점에서, 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량은 와이어 전체 질량당 0.030질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[V: 0.010질량% 미만]
V는 입계에 편석되어 입계 파괴의 원인이 되는 원소이고, V 함유량이 와이어 전체 질량당 0.010질량% 이상인 경우, 용접 금속의 인성이 열화된다. 따라서, V 함유량은 와이어 전체 질량당 0.010질량% 미만으로 규제한다. 한편, 용접 금속의 인성 향상의 관점에서, V 함유량은 와이어 전체 질량당 0.005질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[잔부]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 성분 조성에 있어서의 잔부는 Fe, 및 Cu, Cr, Ca, Nb, Li 등의 합금제 및 그의 화합물, 및 아크 안정제나 슬래그 형성제, P, Sb, As 등의 불가피적 불순물이다. 한편, 전술한 각 원소가 산화물이나 질화물로서 첨가된 경우는, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 잔부에는 O나 N도 포함된다. 또한, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에서는, 용착량을 확보하는 관점에서, Fe를 와이어 전체 질량당 80질량% 이상 함유한다.
[S: 0.005∼0.030질량%]
S는 용접 금속의 인성을 저하시키기 때문에, 일반적으로는, 그 함유량을 저감하는 규제 원소로서 취급되고 있지만, 비드 지단부의 친밀성을 좋게 하는 효과가 있기 때문에, 적극적으로 첨가할 수도 있다. 단, S 함유량이 와이어 전체 질량당 0.005질량% 미만인 경우, 전술한 효과가 얻어지지 않고, 비드의 친밀성이 저하된다. 한편, S 함유량이 와이어 전체 질량당 0.030질량%를 초과하면, 용접 금속의 내고온균열성이 저하된다. 따라서, S를 첨가하는 경우는, 그 함유량이 와이어 전체 질량당 0.005∼0.030질량%가 되도록 한다.
[ZrO2: 0.05∼1.00질량%]
ZrO2는 비드 형상을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라서 첨가할 수 있다. 단, ZrO2 함유량이 와이어 전체 질량당 0.05질량% 미만인 경우, 전술한 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, ZrO2 함유량이 와이어 전체 질량당 1.00질량%를 초과하면, 비드 형상이 볼록하게 된다. 따라서, ZrO2를 첨가하는 경우는, 그 함유량이 와이어 전체 질량당 0.05∼1.00질량%가 되도록 한다.
[Al2O3: 0.01∼1.00질량%]
Al2O3은 비드 형상을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라서 첨가할 수 있다. 단, Al2O3 함유량이 와이어 전체 질량당 0.01질량% 미만인 경우, 전술한 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Al2O3 함유량이 와이어 전체 질량당 1.00질량%를 초과하면, 비드의 친밀성이 저하된다. 따라서, Al2O3을 첨가하는 경우는, 그 함유량이 와이어 전체 질량당 0.01∼1.00질량%가 되도록 한다.
[P: 0.030질량% 이하]
P는 불가피적 불순물이지만, P 함유량이 와이어 전체 질량당 0.030질량%를 초과하면, 용접 금속의 내고온균열성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, P 함유량은 와이어 전체 질량당 0.030질량% 이하로 규제하는 것이 바람직하다.
[Nb: 0.010질량% 미만]
Nb는 합금제이지만, 입계에 편석되기 쉽기 때문에, Nb 함유량이 0.010질량% 이상이 되면, 입계 파괴가 일어나기 쉬워져, 용접 금속의 인성 열화를 초래한다. 따라서, Nb 함유량은 와이어 전체 질량당 0.010질량% 미만으로 하는 것이 바람직하다.
[Ti-B-Al의 관계]
또, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 Ti, B, Al의 각 원소의 함유량의 관계가 하기 수학식 2를 만족시키는 것이 바람직하다. 하기 수학식 2에 있어서의 [Ti]는 와이어 전체 질량당의 금속 Ti 및 Ti 합금의 총 함유량의 Ti 환산값이고, [B]는 와이어 전체 질량당의 B 및 B 화합물의 총 함유량의 B 환산값, [Al]은 와이어 전체 질량당의 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량의 Al 환산값이다.
[수학식 2]
1000×{[Ti]-([B])0.9}2/[Al]≤2.00
Ti, B, Al의 각 원소의 함유량의 관계가 상기 수학식 2를 만족시키는 조성으로 하는 것에 의해, 용접 금속의 샤르피 충격값이 향상됨과 더불어, 내고온균열성을 향상시킬 수 있다.
이상 상세하게 기술한 바와 같이, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, 와이어의 성분 조성을 특정함과 더불어, 외피 중의 Ti 함유량을 규제하고 있기 때문에, 저온 균열의 원인이 되는 용접 금속의 확산 수소량을 저감함과 더불어, 내고온균열성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 전자세 용접에 있어서, 내저온균열성 및 내고온균열성 양방이 우수한 용접 금속가 얻어진다.
[제조 방법]
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 이하에 나타내는 방법으로 제조할 수 있다. 외피를 구성하는 강대를 긴 방향으로 보내면서 성형 롤에 의해 성형하여, U자 형상의 오픈 관으로 한다. 소정의 화학 조성이 되도록, 산화물과, 금속 또는 합금과, Fe 분말 등을 소요량 배합한 플럭스를 외피에 충전한 후, 단면이 원형이 되도록 가공한다. 그 후, 냉간 가공에 의해 신선하여, 예를 들면 1.0∼2.0mm의 와이어 지름으로 한다. 한편, 냉간 가공 도중에 소둔을 실시해도 된다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 본 발명의 효과에 대해 구체적으로 설명한다. 본 실시예에 있어서는, 성분 조성이 하기 표 1에 나타내는 범위에 있는 탄소강에 의해 형성한 관상의 외피(직경 1.2mm)에 플럭스를 충전하여, 실시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어를 제작했다. 한편, 하기 표 1에 나타내는 외피 성분의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 그때, 플럭스의 충전율은 와이어 전체 질량당 12.5∼14.5질량%의 범위가 되도록 했다.
Figure pct00001
하기 표 2 및 표 3에, 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어의 외피에 포함되는 Ti, Al 및 B의 양, 및 와이어 전체의 성분 조성을 나타낸다. 한편, 하기 표 2 및 표 3에 나타내는 와이어 성분의 잔부는 불가피적 불순물이다. 또한, Mg, Ti, Al의 s는 「soluble」, 즉 산 용해성인 것을 의미하고, 예를 들면, s.Mg는 금속 Mg 및 Mg 합금의 Mg 환산값을 나타낸다. 또한, F(Ti, B, Al)은 「1000×{[Ti]-([B])0.9}2/[Al]」의 값을 나타낸다.
Figure pct00002
Figure pct00003
다음으로, 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 하기 표 4에 나타내는 모재에 대해서 가스 아크 용접을 행했다. 한편, 하기 표 4에 나타내는 모재 조성의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.
Figure pct00004
또한, 용접 조건은 이하와 같다.
·실드 가스: 80% Ar - 20% CO2, 25리터/분
·와이어 지름: φ1.2
·용접 자세: 하향
·개선 형상: 20° V
·개선 갭: 16mm
·용접 전류: 280A
·아크 전압: 29V
·용접 속도: 350mm/분
·용접 입열: 1.4kJ/mm
그리고, 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어를 사용한 가스 아크 용접에 의해 얻어진 용접 금속에 대해, 이하에 나타내는 방법으로 기계적 성질, 확산 수소량 및 내고온균열성을 평가했다.
<기계적 성질>
용접 금속의 기계적 성질은 JIS Z 3111에 규정되는 「용착 금속의 인장 및 충격 시험 방법」에 준거한 인장 시험 및 충격 시험에 의해 평가했다. 그 결과, 저온 인성에 대해서는, -60℃의 충격값이 47J 이상, -40℃의 충격값이 69J 이상이었던 것을 합격으로 했다. 또한, 0.2% 내력은 690MPa 이상이었던 것을 합격으로 했다. 또, 인장 강도 TS는 770∼930MPa의 범위였던 것을 합격으로 했다.
<확산 수소량>
용접 금속의 확산 수소량의 평가는 JIS Z 3118에 준거한 방법에 의해 행했다. 그 결과, 확산성 수소량이 4ml/100g 이하인 것을 합격으로 했다.
<내고온균열성>
JIS Z 3155에 규정되는 「C형 지그 구속 맞대기 용접 균열 시험 방법」에 기초하여 행했다. 그때, 용접 조건은 전류 200A, 전압 20V, 속도 200mm/분으로 했다. 평가는 균열률이 10% 이하인 것을 ○, 10%를 초과하고 30% 미만인 것을 △, 30% 이상인 것을 ×로 하고, ×인 것을 실시 불가라고 판단했다.
<용접 작업성>
한편, 용접 작업성은, 상기 표 3에 나타내는 모재에 대해서 입향 상진 필릿 용접을 행하여, 모재와 비드간의 친밀성, 비드 단면 형상에 의해 평가했다. 그 결과, 입향 상진 용접이 가능하고 또한 용접 후의 비드 표면이 매끄러운 경우를 ○, 입향 상진 용접이 가능하지만 용접 후의 비드 표면이 크게 요철이 발생한 경우를 △, 슬래그 또는 용융 금속이 처져 떨어져서 용접을 할 수 없었던 경우 또는 용착량 부족에 의해 비드 표면이 크게 오목형 형상을 나타낸 경우를 ×로 했다.
용접 조건은 이하와 같다.
·실드 가스: 80% Ar - 20% CO2, 25리터/분
·와이어 지름: φ1.2
·개선 갭: 0mm
·용접 전류: 220A
·아크 전압: 24V
·용접 속도: 150mm/분
·위빙 폭: 10mm
·용접 입열: 2.1kJ/mm
이상의 결과를 하기 표 5에 정리하여 나타낸다.
Figure pct00005
상기 표 5에 나타내는 바와 같이, 외피에 있어서의 Ti 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 42의 플럭스 코어드 와이어는 저온 인성이 뒤떨어졌다. TiO2 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 43의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 저온 인성이 뒤떨어졌다. 한편, TiO2 함유량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 44의 플럭스 코어드 와이어는 용융 금속의 처짐이 발생하여, 용접 작업성이 열화되었다. 총 Si량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 45의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 강도가 과잉이었다. 한편, 총 Si량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 46의 플럭스 코어드 와이어는 비드의 친밀성이 열화되고, 저온 인성도 뒤떨어졌다.
C 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 47의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 저온 인성 및 강도가 뒤떨어졌다. 한편, C 함유량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 48의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 0.2% 내력이 뒤떨어졌다. Mn 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 49의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 강도가 과잉이 되고, 0.2% 내력도 뒤떨어졌다. 한편, Mn 함유량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 50의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 강도가 부족했다.
Mo 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 51의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 강도가 과잉이었다. 한편, Mo 함유량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 52의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 저온 인성이 열화되었다. Ni 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 53의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 내고온균열성이 뒤떨어졌다. 한편, Ni 함유량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 54의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 저온 인성이 뒤떨어졌다.
총 Mg량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 55의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 강도가 과잉이었다. 한편, 총 Mg량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 56의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 저온 인성이 뒤떨어졌다. 총 F량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 57의 플럭스 코어드 와이어, 총 F량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 58의 플럭스 코어드 와이어, 총 K량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 59의 플럭스 코어드 와이어는 모두 용접 금속의 확산 수소량이 많았다.
총 K량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 60의 플럭스 코어드 와이어는 아크가 불안정했다. 총 Na량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 61의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 확산 수소량이 많았다. 한편, 총 Na량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 62의 플럭스 코어드 와이어는 아크가 불안정했다.
B 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 63의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 내고온균열성이 뒤떨어졌다. 한편, B 함유량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 64의 플럭스 코어드 와이어, 금속 Ti량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 65의 플럭스 코어드 와이어, 금속 Al량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 66의 플럭스 코어드 와이어는 모두 용접 금속의 저온 인성이 뒤떨어졌다.
Fe 함유량이 본 발명의 범위에 미치지 않는 비교예인 No. 67의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 저온 인성이 뒤떨어지고, 더욱이 용착량도 부족하여, 비드 형상이 크게 오목형을 나타냈다. 또한, V 함유량이 본 발명의 범위를 초과하고 있는 비교예인 No. 68의 플럭스 코어드 와이어는 용접 금속의 저온 인성이 뒤떨어졌다.
이에 비해서, 본 발명의 실시예인 No. 1∼41의 플럭스 코어드 와이어는 모든 평가에 있어서 우수했다.
본 발명에 따른 실시형태는 이하와 같은 구성을 취할 수 있다.
[1] 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어로서, 와이어 전체 질량당, TiO2: 3∼8질량%, Si, Si 산화물 및 Si 화합물 중 적어도 1종: Si 환산값의 합계로 0.1∼0.5질량%, C: 0.01∼0.15질량%, Mn: 0.5∼3.0질량%, Mo: 0.01∼0.80질량%, Ni: 1∼3질량%, 금속 Mg 및 Mg 합금 중 적어도 1종: Mg 환산의 합계로 0.2∼1.0질량%, F 화합물: F 환산값의 합계로 0.010∼0.400질량%, K 화합물: K 환산값의 합계로 0.010∼0.400질량%, Na 화합물: Na 환산값의 합계로 0.005∼0.400질량%, B 및 B 화합물: B 환산값의 합계로 0.001∼0.005질량%, 및 Fe: 80질량% 이상을 함유함과 더불어, 금속 Ti 및 Ti 합금: Ti 환산값의 합계로 0.01질량% 이하, 금속 Al 및 Al 합금: Al 환산값의 합계로 0.05질량% 이하, 및 V: 0.010질량% 미만으로 규제하고, 또한, 강제 외피 전체 질량당, Ti: 0.011질량% 이하로 규제한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[2] 추가로, 상기 강제 외피 전체 질량당, Al: 0.05질량% 이하로 규제한 [1]에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[3] 추가로, 상기 강제 외피 전체 질량당, B: 0.005질량% 이하로 규제한 [1] 또는 [2]에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[4] 상기 와이어 전체 질량당의 금속 Ti 및 Ti 합금의 총 함유량의 Ti 환산값을 [Ti], B 및 B 화합물의 총 함유량의 B 환산값을 [B], 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량의 Al 환산값을 [Al]로 했을 때, 이들의 관계가 하기 수학식을 만족시키는 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
1000×{[Ti]-([B])0.9}2/[Al]≤2.00
[5] 추가로 S: 0.005∼0.030질량%, ZrO2: 0.05∼1.00질량% 및 Al2O3: 0.01∼1.00질량% 중 적어도 1종을 함유하는 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[6] 추가로 P: 0.030질량% 이하로 규제한 [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
[7] 추가로 Nb: 0.010질량% 미만으로 규제한 [1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
본 발명을 상세하게 또한 특정 실시태양을 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈함이 없이 여러 가지 변경이나 수정을 가할 수 있다는 것은 당업자에게 분명하다.
본 출원은 2014년 10월 15일 출원된 일본 특허출원(특원 2014-211255)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는 전자세 용접이 가능하고, 해양 구조물 등의 대형 구조물에 있어서의 용접에 유용하다.

Claims (5)

  1. 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어로서,
    와이어 전체 질량당,
    TiO2: 3∼8질량%,
    Si, Si 산화물 및 Si 화합물 중 적어도 1종: Si 환산값의 합계로 0.1∼0.5질량%,
    C: 0.01∼0.15질량%,
    Mn: 0.5∼3.0질량%,
    Mo: 0.01∼0.80질량%,
    Ni: 1∼3질량%,
    금속 Mg 및 Mg 합금 중 적어도 1종: Mg 환산의 합계로 0.2∼1.0질량%,
    F 화합물: F 환산값의 합계로 0.010∼0.400질량%,
    K 화합물: K 환산값의 합계로 0.010∼0.400질량%,
    Na 화합물: Na 환산값의 합계로 0.005∼0.400질량%,
    B 및 B 화합물: B 환산값의 합계로 0.001∼0.005질량%, 및
    Fe: 80질량% 이상
    을 함유함과 더불어,
    금속 Ti 및 Ti 합금: Ti 환산값의 합계로 0.01질량% 이하,
    금속 Al 및 Al 합금: Al 환산값의 합계로 0.05질량% 이하, 및
    V: 0.010질량% 미만
    으로 규제하고,
    또한, 강제 외피 전체 질량당, Ti: 0.011질량% 이하로 규제한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    추가로 Al 및 B 중 적어도 한쪽을 하기와 같이 규제한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
    Al: 상기 강제 외피 전체 질량당, 0.05질량% 이하
    B: 상기 강제 외피 전체 질량당, 0.005질량% 이하
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어 전체 질량당의 금속 Ti 및 Ti 합금의 총 함유량의 Ti 환산값을 [Ti], B 및 B 화합물의 총 함유량의 B 환산값을 [B], 금속 Al 및 Al 합금의 총 함유량의 Al 환산값을 [Al]로 했을 때, 이들의 관계가 하기 수학식을 만족시키는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
    1000×{[Ti]-([B])0.9}2/[Al]≤2.00
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로 S: 0.005∼0.030질량%, ZrO2: 0.05∼1.00질량% 및 Al2O3: 0.01∼1.00질량% 중 적어도 1종을 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로 P 및 Nb 중 적어도 한쪽을 하기와 같이 규제한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
    P: 와이어 전체량당, 0.030질량% 이하
    Nb: 와이어 전체량당, 0.010질량% 미만
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