KR20170088762A

KR20170088762A - 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어

Info

Publication number: KR20170088762A
Application number: KR1020170009553A
Authority: KR
Inventors: 히로시 스가하라; 가즈히로 후쿠다; 데쓰나오 이케다; 시게키 니시야마
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2017-08-02
Also published as: CN106994570B; JP6719217B2; CN106994570A; KR101923806B1; JP2017131900A

Abstract

[과제] 인장 강도, 저온에서의 인성, 내결함성 및 내고온균열성이 우수한 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어를 제공한다.
[해결 수단] 와이어 전체 질량당, C: 0.04질량% 이하, Si: 0.8질량% 이하, Mn: 0.5∼5.0질량%, Cu: 3.0질량% 이하, Ni: 13∼33질량%, Cr: 15∼29질량%, Mo: 2.0∼6.0질량%, Nb: 1.0질량% 이하, 및 N: 0.08∼0.25질량%를 함유하고, 추가로 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당, TiO₂: 4.0∼12.0질량%, SiO₂: 0.05∼3.0질량%, ZrO₂: 0.5∼5.0질량%, Al₂O₃: 2.0질량% 이하, Bi 화합물에 대해서 Bi 환산값: 0.01질량% 이하, 알칼리 금속 화합물에 대해서 알칼리 금속 환산값으로의 합계: 0.1∼2.0질량%, 및 불화물에 대해서 불소 환산값: 0.1∼1.0질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어.

Description

스테인리스강 플럭스 코어드 와이어{STAINLESS STEEL FLUX CORED WIRE}

본 발명은 저온 용도의 스테인리스강이나 5% Ni강 등의 용접에 있어서 사용되는 완전 오스테나이트 조직이 되는 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.

스테인리스강 용접 재료는, 우수한 내식성이나 내열성을 갖는 스테인리스강의 용접에 이용되고 있고, 각종 공업 분야에서 널리 적용되고 있다. 한편, LEG 등의 저장 탱크 등의 구조 부재로서 사용되는 5% Ni강의 용접 재료에는 높은 강도 특성과 저온에서의 충격 성능이 요구되기 때문에, Ni기(基) 합금 용접 재료가 사용되는 경우가 많다.

종래의 스테인리스강 용접 재료는 강도 및 충격 성능의 사양을 만족할 수 없기 때문에, 5% Ni강의 용접에 사용되는 경우는 거의 없었다.

예를 들면 특허문헌 1에는, 우수한 기계 성능을 갖는 저온강 용접용 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에서는 초전도 코일용 구조물에 사용되는 스테인리스강용으로 극저온에서의 충격 성능이 우수한 극저온용 스테인리스강 피복 아크 용접봉이 개시되어 있다.

일본 특허공개 2001-334392호 공보 일본 특허공개 평07-124784호 공보

그러나 특허문헌 1에 개시된 Ni기 합금 플럭스 코어드 와이어는, 스테인리스강과 비교해서 Ni, Cr, Mo 등의 합금 함유량이 높기 때문에, 비용이 높다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 스테인리스강 피복 아크 용접봉은, 실온에서의 강도 특성이 불충분하고, 또한 피복 아크 용접봉이기 때문에 용접 능률이 낮다.

상기 실정을 감안하여, 본 발명에서는, 저온 용도의 오스테나이트계 스테인리스강 및 5% Ni강의 용접에 있어서, Ni기 합금과 비교해서 저비용이고, 용접 능률이 높은 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 인장 강도나 저온에서의 충격 성능이 우수한 용접 금속이 얻어지는, 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

보다 구체적으로는, 본 발명에서는, 저온 용도의 오스테나이트계 스테인리스강 및 5% Ni강 등의 용접에 있어서 사용되는 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어로서, 인장 강도, 저온에서의 인성, 내결함성 및 내고온균열성이 우수한 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 이하의 사항을 발견했다.

즉, 용접 금속이 페라이트 조직을 포함하는 오스테나이트·페라이트의 2상 조직이 되는 경우, 저온에 있어서 페라이트상이 취화되어, 현저하게 충격 성능이 열화된다. 그래서, 5% Ni강의 용접 금속에 요구되는 저온 인성을 달성하는 것을 목적으로 하여, 본 발명에서는 완전 오스테나이트 조직이 되도록 용접 금속의 화학 성분의 조정을 행했다.

완전 오스테나이트 조직으로 한 경우, 고온 균열이 발생하기 쉬워지는 것이 과제이다. 고온 균열 감수성을 낮추기 위해서는 저융점 화합물을 생성하는 P, S 등의 불순물을 저하시킨다는 것이 알려져 있다.

일반적으로 슬래그계 플럭스 코어드 와이어의 슬래그 박리성을 개선하는 것을 목적으로 첨가되고 있는 Bi도 또한, 저융점 산화물을 생성하여, 고온 균열 감수성을 높인다는 것이 확인되었기 때문에, 본 발명에 있어서는 Bi를 가능한 한 무첨가로 하는 것으로 했다.

P 및 S의 저감과 Bi를 무첨가로 하는 것만으로는 내고온균열성의 개선에 불충분했기 때문에, 본 발명에서는 추가로, 각종 합금 원소의 영향에 대해서도 주목했다.

용접 금속의 최종 응고역에는 합금 원소가 응고 편석에 의해 농화되어, 용융 금속의 융점을 내려서 고온 균열 감수성을 높인다고 생각된다. 본 발명에서는 마이크로 조직 관찰이나 열역학 시뮬레이션을 이용한 검토를 행하여, 합금 원소의 영향에 대해서 조사했다.

그 결과, 최종 응고역에 응고 편석되는 C나, Cr 및 Mo 등의 합금 원소의 편석을 촉진시키는 효과가 있는 Si의 첨가량을 약간 낮게 억제하는 것에 의해, 내고온균열성을 유효하게 개선할 수 있다는 것을 발견했다.

또한, 일반적으로 Mn은 MnS를 생성하여, 내고온균열성을 개선하는 원소라는 것이 알려져 있으며, 완전 오스테나이트 조직이 되는 용재에서는 5∼7% 첨가(일본 특허공개 평07-124784호 공보 참조)하는 등 하고 있다.

그러나, 과잉된 첨가는 Mn 자체의 응고 편석을 촉진시켜, 최종 응고역의 융점 저하를 초래하여, 반대로 내고온균열성을 열화시킨다. 그 때문에, 본 발명에서는 Mn의 함유량을 보다 약간 낮게 적정한 범위로 조정할 필요가 있다는 것을 발견했다.

또한 본 발명에서는, 완전 오스테나이트 조직이 되는 용접 금속의 인장 강도를 향상시키기 위해서는 C 및 N 등의 침입형 고용 강화 원소의 첨가가 유효하다는 것을 발견하여, 실온에서 높은 인장 강도를 얻기 위해서 고용 강화 원소인 N을 많이 첨가하는 것으로 했다. 한편, C는 고온 균열 감수성을 높이는 원소이기 때문에, 본 발명에서는 N을 적극 첨가하는 설계로 했다.

단, N의 첨가량을 크게 하면, 용접 금속이 응고할 때에, 과포화가 된 N이 기인이 되는 기포가 발생하여, 블로우홀·피트의 발생 리스크가 높아진다는 것이 알려져 있다. 그래서 본 발명에서는 플럭스 중의 TiO₂, ZrO₂, SiO₂, Al₂O₃ 등의 슬래그 조성을 최적화함으로써, 기공 결함 발생의 리스크를 낮추는 것에 성공했다.

상기 지견을 얻어서, 본 발명자들은 상기 과제에 대해, 용접 금속의 화학 성분을 조정함으로써 용접 금속에 요구되는 저온 인성을 달성하고, 추가로 C, Si, Mn이나 Cr, Mo 등과 같은 합금 원소의 첨가량을 특정 범위로 함으로써, 양호한 내고온균열성의 개선에 성공했다. 더욱이 N과 플럭스 중의 슬래그 조성을 특정 범위로 함으로써, 실온에서의 높은 인장 강도를 실현하면서, 기공 결함 발생의 리스크를 억제하는(내결함성) 것에 성공하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은 이하에 관한 것이다.

[1] 스테인리스강의 외피에 플럭스가 충전된 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어로서,

와이어 전체 질량당,

C: 0.04질량% 이하,

Si: 0.8질량% 이하,

Mn: 0.5∼5.0질량%,

Cu: 3.0질량% 이하,

Ni: 13∼33질량%,

Cr: 15∼29질량%,

Mo: 2.0∼6.0질량%,

Nb: 1.0질량% 이하, 및

N: 0.08∼0.25질량%를 함유하고,

추가로 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당,

TiO₂: 4.0∼12.0질량%,

SiO₂: 0.05∼3.0질량%,

ZrO₂: 0.5∼5.0질량%,

Al₂O₃: 2.0질량% 이하,

Bi 화합물에 대해서 Bi 환산값: 0.01질량% 이하,

Na, K 및 Li로 이루어지는 알칼리 금속 화합물에 대해서 알칼리 금속 환산값으로의 합계: 0.1∼2.0질량%, 및

불화물에 대해서 불소 환산값: 0.1∼1.0질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어.

[2] 와이어에 포함되는 각 성분의 함유량이 하기 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 상기 [1]에 기재된 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어.

A/B≥1.4

A=Ni+30×(C+N)+0.5×Mn+12.4

B=Cr+Mo+1.5×Si+0.5×Nb

본 발명에 따른 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어에 의하면, 극저온용 스테인리스강, 5% Ni강 및 고내식(高耐食) 오스테나이트계 스테인리스강 등의 전(全)자세 용접에 있어서, 양호한 인장 강도, 저온 인성, 내결함성, 내고온균열성을 갖는 용접 금속을 얻을 수 있다.

더욱이, 슬래그 형성제로서 첨가되는 산화물 및 탄산염에 있어서의, Ti, Si, Zr, Al의 산화물량을 규정함으로써, 전자세에서 평탄한 비드 형상이 얻어지고, 슬래그 박리성도 양호해진다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 상세하게 설명한다. 한편, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 스테인리스강의 외피에 플럭스가 충전된 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어로서, 와이어 전체 질량당, C, Si, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, Nb 및 N을 소정량 함유하고, 추가로 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당, TiO₂, SiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, Bi 화합물, Na, K 및 Li로 이루어지는 알칼리 금속 화합물, 및 불화물을 소정량 함유하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어의 각 성분에 대해서, 와이어 전체 질량당 함유량을 설명한다.

<C: 0.04질량% 이하>

C는 용접 금속의 인장 강도를 향상시키는 원소인 한편, 용접 금속의 최종 응고부에 편석되어, 융액의 융점을 저하시켜, 내고온균열성을 열화시킨다. 그 때문에, 와이어 전체 질량당 첨가량을 0.04질량% 이하로 억제한다. C 함유량이 0.04질량%를 초과하면 고온 균열 감수성이 높아진다. 또한, 바람직하게는 0.03질량% 이하이다. 또한, C는 포함되어 있지 않아도 되지만, 강도의 확보를 위해, 0.01질량% 이상 포함하는 것이 바람직하다.

<Si: 0.8질량% 이하>

Si도 용접 금속의 최종 응고부에 편석되어, 융액의 융점을 저하시켜, 내고온균열성을 열화시키기 때문에, 0.8질량% 이하로 첨가량을 억제한다. Si 함유량이 0.8질량%를 초과하면 응고 편석이 촉진되어, 고온 균열 감수성이 높아진다. 또한, 바람직하게는 0.6질량% 이하이다. 또한, Si는 포함되어 있지 않아도 되지만, 용접 금속의 강도나 저온 인성의 확보, 블로우홀의 억제 등을 위해, 0.2질량% 이상 포함하는 것이 바람직하다.

<Mn: 0.5∼5.0질량%>

Mn은 탈산 효과에 의해 산소계 가스에 의한 블로우홀(BH)을 억제하는 효과가 있음과 더불어, 오스테나이트 조직을 안정화시키는 효과가 있기 때문에 첨가한다. Mn 첨가량이 0.5질량% 미만이면 충분한 탈산 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Mn 함유량이 5.0질량%를 초과하면 Mn의 용접 금속 최종 응고역으로의 응고 편석이 촉진되어, 융액의 융점을 저하시켜, 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 Mn 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.5∼5.0질량%로 한다. 또한, 바람직하게는 1.0질량% 이상이고, 바람직하게는 4.0질량% 이하이다.

<Cu: 3.0질량% 이하>

Cu는 그의 함유량이 3.0질량%를 초과하면 내고온균열성을 열화시키기 때문에, 와이어 전체 질량당 3.0질량% 이하로 한다. 바람직하게는 2.5질량% 이하이다. 하한은 특별히 규정은 없고, 오스테나이트 조직을 안정화시키기 위해서 Cu를 첨가해도 된다.

<Ni: 13∼33질량%>

Ni는 오스테나이트 조직을 안정화시키기 위해서 첨가한다. Ni 함유량이 13질량% 미만이면, 오스테나이트 조직이 불안정해진다. 한편, Ni 함유량이 33질량%를 초과하면, C나 N의 고용도가 저하되어, BH가 발생하기 쉬워진다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 Ni 함유량은, 와이어 전체 질량당 13∼33질량%로 한다. Ni 함유량은, 바람직하게는 14질량% 이상이다. 또한, 바람직하게는 30질량% 이하이다.

<Cr: 15∼29질량%>

Cr은 용접 금속의 강도를 향상시킴과 더불어 오스테나이트상을 안정화시키는 효과가 있다. Cr 함유량이 15질량% 미만이면, 충분한 강도가 얻어지지 않는다. 한편, Cr 함유량이 29질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 열화됨과 더불어, Cr의 응고 편석이 촉진되어, 내고온균열성이 열화된다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 Cr 함유량은, 와이어 전체 질량당 15∼29질량%로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 17질량% 이상이다. 또한, 바람직하게는 27질량% 이하이다.

<Mo: 2.0∼6.0질량%>

Mo는 Cr과 동일하게, 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. Mo 함유량이 2.0질량% 미만이면, 충분한 강도가 얻어지지 않는다. 한편, Mo 함유량이 6.0질량%를 초과하면, 용접 금속의 인성이 열화됨과 더불어, Mo의 응고 편석이 촉진되어, 내고온균열성이 열화된다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 Mo 함유량은, 와이어 전체 질량당 2.0∼6.0질량%로 한다. Mo 함유량은, 바람직하게는 2.5질량% 이상이다. 또한, 바람직하게는 5.0질량% 이하이다.

<Nb: 1.0질량% 이하>

Nb는 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과가 있으므로, 첨가해도 되지만, 1.0질량%를 초과하면 내고온균열성을 열화시킨다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 Nb 함유량은 1.0질량% 이하로 한다. 바람직하게는 0.8질량% 이하이다. 하한은 특별히 규정은 없다.

<N: 0.08∼0.25질량%>

N은 고용 강화 원소이며, 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. N 함유량이 0.08질량% 미만이면, 충분한 강도가 얻어지지 않는다. 한편, N 함유량이 0.25질량%를 초과하면, BH가 발생하기 쉬워진다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 N 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.08∼0.25질량%로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.10질량% 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.20질량% 이하이다.

또한, 와이어에 포함되는 각 성분의 함유량이, 하기 관계식을 만족시키는 것이 완전 오스테나이트 조직을 얻기 위해서 바람직하다.

A/B≥1.4

A=Ni+30×(C+N)+0.5×Mn+12.4

B=Cr+Mo+1.5×Si+0.5×Nb

여기에서 A로 표시되는 식은 Ni 등량을 의미하고, B로 표시되는 식은 Cr 등량을 의미한다. 즉, A/B로 표시되는 값이 1.4 이상이 됨으로써, 완전 오스테나이트 조직이 되기 때문에 바람직하다. 또한, A/B는 1.5 이상이 보다 바람직하고, 1.6 이상이 더 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 플럭스 중의 각 성분에 대해서, 와이어 전체 질량당 함유량을 이하에 설명한다.

<TiO₂: 플럭스 중에 4.0∼12.0질량%>

TiO₂는 슬래그 형성제의 주성분이며, 균일하고 피포성(被包性)이 좋은 슬래그를 형성하여, 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 발생의 원인이 된다. 따라서, 플럭스 중의 TiO₂ 함유량은, 와이어 전체 질량당 4.0∼12.0질량%로 한다. TiO₂ 함유량은, 바람직하게는 5.0질량% 이상이다. 또한, 바람직하게는 10.0질량% 이하이다.

<SiO₂: 플럭스 중에 0.05∼3.0질량%>

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 3.0질량%를 초과하면, 슬래그의 응고 온도가 저하되어, 전자세에서 용접 금속이 처지기 쉬워진다. 따라서, 플럭스 중의 SiO₂ 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.05∼3.0질량%로 한다. SiO₂ 함유량은, 바람직하게는 0.2질량% 이상이다. 또한, 바람직하게는 2.0질량% 이하이다.

<ZrO₂: 플럭스 중에 0.5∼5.0질량%>

ZrO₂는 슬래그 응고를 빠르게 하여, 입향 자세 및 상향 자세에서의 평탄한 비드 형상이 얻어지는 효과가 있다. ZrO₂ 함유량이 0.5질량% 미만이면, 상기의 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, ZrO₂ 함유량이 5.0질량%를 초과하면, 슬래그 피포성의 열화를 초래하여, 슬래그 박리성이 현저하게 열화된다. 따라서, 플럭스 중의 ZrO₂ 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.5∼5.0질량%로 한다. ZrO₂ 함유량은, 바람직하게는 1.0질량% 이상이다. 또한, 바람직하게는 4.0질량% 이하이다.

<Al₂O₃: 플럭스 중에 2.0질량% 이하>

Al₂O₃은 슬래그 박리성의 열화를 초래한다. 따라서, 플럭스 중의 Al₂O₃함유량은, 와이어 전체 질량당 2.0질량% 이하로 한다. Al₂O₃ 함유량은, 바람직하게는 1.5질량% 이하이다. 한편, 하한값은 특별히 규정은 없지만, Al₂O₃은 함유하지 않는 편이 바람직하다.

<Na, K 및 Li로 이루어지는 알칼리 금속 화합물에 대해서 알칼리 금속 환산값으로의 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, Na, K 및 Li로 이루어지는 알칼리 금속 화합물은 알칼리 금속 환산값으로의 합계로 0.1∼2.0질량% 포함하도록 한다. Na, K 및 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 및 Li의 합계는 알칼리 금속 환산값으로, 와이어 전체 질량당 0.1∼2.0질량%로 한다. Na, K 및 Li의 합계는, 바람직하게는 1.5질량% 이하이다.

<불화물에 대해서 불소 환산값: 플럭스 중에 0.1∼1.0질량%>

불소는 수분 유래의 기공 결함을 저감하는 효과가 있다. 불화물에 대한 불소 환산값이 0.1질량% 미만이면, 기공 결함의 저감 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 불화물에 대한 불소 환산값이 1.0질량%를 초과하면, 아크 안정성이 열화된다. 따라서, 플럭스 중의 불화물의 불소 환산값은, 와이어 전체 질량당 0.1∼1.0질량%로 한다. 불화물의 불소 환산값은, 바람직하게는 0.2%질량% 이상이다. 또한, 바람직하게는 0.8질량% 이하이다.

Bi는 용접 금속의 최종 응고역에 편석되어, 용접 금속의 내고온균열성을 열화시킨다. 따라서, Bi 화합물의 함유량은, 와이어 전체 질량당, Bi 환산값으로 0.01질량% 이하로 한다. Bi 화합물의 함유량은, 바람직하게는, Bi 환산값으로 0.001질량% 이하이다. 한편, 하한값은 특별히 규정은 없지만, Bi 화합물은 함유하지 않는 편이 바람직하다.

<플럭스의 잔부>

기타, 플럭스의 잔부는 Fe가 후프, Fe 합금, 첨부로 첨가되어 있고, 와이어 전체 질량당 30∼65질량%가 된다. 또한, 그 밖에 불가피적 불순물이 포함된다. 플럭스 내의 불가피적 불순물의 함유량은, 와이어 전체 질량당 1.0질량% 이하가 바람직하고, 0.5질량% 이하가 보다 바람직하다.

<플럭스 코어드 와이어의 잔부: 불가피적 불순물>

플럭스 코어드 와이어 전체로서의 성분의 잔부는, 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로서는, 예를 들면, P, S, Co, V 등을 들 수 있다. 와이어 내의 불가피적 불순물의 함유량은, 와이어 전체 질량당 1.0질량% 이하가 바람직하고, 0.5질량% 이하가 보다 바람직하다. 특히, P 및 S는 내고온균열성을 개선시키기 위해서 합계로 0.040질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 플럭스 코어드 와이어는, 상기 불가피적 불순물에 더하여, 슬래그 형성제로서 Ca 화합물, Ba 화합물을 함유하는 경우가 있지만, 이들 화합물에 대해서, 와이어 전체 질량당, 각각, Ca 환산값, Ba 환산값으로 하기에 나타내는 소정량인 것이 바람직하다.

Ca는 슬래그 융점을 저하시켜, 전자세의 용접 작업성을 열화시킨다. Ca를 저감함으로써, 추가로 슬래그 박리성이 좋고, 전자세에서 평탄한 비드 형상이 얻어진다. 따라서, Ca 화합물의 함유량은, 와이어 전체 질량당, Ca 환산값으로 1.0질량% 이하로 한다. Ca 화합물의 함유량은, 바람직하게는, Ca 환산값으로 0.5질량% 이하이다. 한편, 하한값은 특별히 규정은 없지만, Ca 화합물은 함유하지 않는 편이 바람직하다.

Ba는 슬래그 융점을 저하시켜, 전자세의 용접 작업성을 열화시킨다. Ba를 저감함으로써, 추가로 슬래그 박리성이 좋고, 전자세에서 평탄한 비드 형상이 얻어진다. 따라서, Ba 화합물의 함유량은, 와이어 전체 질량당, Ba 환산값으로 1.0질량% 이하로 한다. Ba 화합물의 함유량은, 바람직하게는, Ba 환산값으로 0.5질량% 이하이다. 한편, 하한값은 특별히 규정은 없지만, Ba 화합물은 함유하지 않는 편이 바람직하다.

본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 일반적인 제조 공정으로 제조하면 된다. 예를 들면, 스테인리스강의 후프를 U자 형상으로 성형하고, U자 형상 성형 후프에 플럭스를 충전한 후, 플럭스를 내부에 충전한 통 형상 형(型)으로 성형하여, 목적 지름까지 신선하는 공정에 의해 제조하면 된다.

외피의 재질은, 스테인리스강의 강종 등 특별히 제한없이 사용할 수 있고, 플럭스 코어드 와이어 전체 중량에 있어서의 원소 조성을 상기 범위 내로 하면 된다.

본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 5% Ni강이나 각종 오스테나이트계 스테인리스강의 저온용 강의 용접 시, 이용되는 실드 가스는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, Ar 가스, 탄산 가스(이산화탄소, CO₂), 산소 가스(O₂) 및 그들의 혼합 가스 등을 이용할 수 있다. 이들에는 불가피 불순물로서 산소, 질소, 수소 등이 포함되어 있어도 된다.

그 중에서도 Ar+CO₂ 혼합 가스를 이용한 가스 실드 아크 용접 등에 적합하게 이용할 수 있다.

또한, 용접 시에 이용되는 용접 전원이나 용접 토치, 송급기 등은 각각 종래와 마찬가지의 것을, 마찬가지의 방법으로 이용할 수 있다.

<용접물>

본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 저온 용도의 스테인리스강이나 5% Ni강 등의 용접에 있어서 사용되는 것이 바람직하다. 해당 와이어를 이용해서 용접된 용접물의 바람직한 특성은 이하와 같다.

(인장 강도)

용접물의 AWS B4.0에 준한 시험에서 얻어지는 인장 강도는 570N/mm² 이상인 것이 바람직하고, 600N/mm² 이상인 것이 보다 바람직하다.

(저온 인성)

용접물의 인성은, AWS B4.0에 준한 -196℃의 샤르피 시험에 있어서, 흡수 에너지는 27J 이상이 바람직하고, 34J 이상이 보다 바람직하다.

(내결함성)

용접물의 AWS A5.22의 RT 시험에 준한 평가에 있어서, 합격 기준을 만족시키는 것이 바람직하고, 직경 0.8mm 이상의 결함수가 0개이면서 직경 0.4mm 이상 0.8mm 미만의 결함수가 10개 이하인 것이 보다 바람직하다.

(내고온균열성)

용접 직후의 비드 표면에 침투 탐상(探傷) 시험을 실시하여, 균열의 유무를 조사함으로써 평가할 수 있다. 구체적으로는, FISCO 균열 시험에 있어서, 용접 전류 180A 및 용접 속도 40cpm으로 한 경우에 균열이 발생하지 않는 것이 바람직하고, 용접 전류 200A 및 용접 속도 40cpm으로 한 경우에 균열이 발생하지 않는 것이 보다 바람직하다.

(아크 안정성)

용접 시의 아크 안정성은, 이행 형태가 스프레이 이행에 가까운 용적 이행이고 스패터가 비교적 적은 것이 바람직하고, 용적이 소립이고 스패터가 적은 스프레이 이행이 보다 바람직하다.

(슬래그 박리성)

용접 후의 슬래그 박리성은, 가볍게 해머로 두드리는 정도 이하의 힘으로 슬래그가 박리되는 것이 바람직하고, 자연 박리되는 것이 보다 바람직하다.

(입향 상진성)

입향 상진 용접 자세에서 용접을 하는 경우에 있어서, 비드 형상이 AWS A5.22에 준한 필렛의 판정 기준을 만족시키는 것이 바람직하고, 또한 플랫한 비드 형상이 되는 것이 보다 바람직하다.

실시예

이하에, 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 변경을 가하여 실시하는 것이 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

<실시예 1∼14 및 비교예 1∼10>

표 1에 기재된 화학 조성의 외피를 이용해서, 표 2에 나타내는 화학 조성의 플럭스 코어드 와이어를 제작했다.

얻어진 플럭스 코어드 와이어의 선경은 모두 1.2mm이고, 플럭스율은 21∼34질량%였다.

한편, 표 1 및 표 2에 있어서의 화학 조성은, 와이어 전체 질량에 대한 질량%로의 표시이다. 또한, 「Bi」란 Bi 화합물에 대한 Bi 환산값, 「F」란 불화물에 대한 불소 환산값, 「Na+K+Li」란, Na, K 및 Li로 이루어지는 알칼리 금속 화합물에 대한 알칼리 금속 환산값으로의 합계를 각각 나타낸다. 또한 「식 A」란 와이어에 포함되는 각 성분의 함유량 중, [Ni+30×(C+N)+0.5×Mn+12.4]로 표시되는 값이고, 「식 B」란 와이어에 포함되는 각 성분의 함유량 중, [Cr+Mo+1.5×Si+0.5×Nb]로 표시되는 값이다.

얻어진 플럭스 코어드 와이어 및, 해당 와이어를 이용해서 용접된 용접물에 대한 특성 평가를 행했다.

구체적으로는, 용접 금속 성능으로서, 인장 강도, 저온 인성, 내결함성, 및 내고온균열성에 대해서 평가했다. 또한, 용접 작업성으로서, 아크 안정성, 슬래그 박리성, 및 입향 상진 용접 자세에서의 비드 형상에 대해서 평가했다.

한편, 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.

각 평가의 구체적 방법은 이하와 같고, 평가 결과를 표 3에 나타낸다.

(인장 강도)

용접물의 AWS B4.0에 준한 시험에 의해 인장 강도의 평가를 행했다. 인장 강도가 600N/mm²이상이면 평가를 ◎(극히 양호)로 하고, 570N/mm² 이상 600N/mm² 미만을 ○(양호), 570N/mm² 미만을 ×(불량)로 했다.

(저온 인성)

AWS B4.0에 준한 -196℃의 샤르피 시험에 의해 저온 인성의 평가를 행했다. 흡수 에너지가 34J 이상이면 평가를 ◎(극히 양호)로 하고, 27J 이상 34J 미만을 ○(양호), 27J 미만을 ×(불량)로 했다.

(내결함성)

AWS A5.22에 준한 RT 시험에 의해 내결함성의 평가를 행했다. 합격 기준을 만족시키고, 또한 직경 0.8mm 이상의 결함수가 0개, 직경 0.4mm 이상 0.8mm 미만의 결함수가 10개 이하이면 평가를 ◎(극히 양호)로 하고, 합격 기준을 만족시키는 것을 ○(양호), 합격 기준을 만족시키지 않는 것을 ×(불량)로 했다.

(내고온균열성)

용접 직후의 비드 표면에 침투 탐상 시험을 실시하여, 균열의 유무를 조사했다. 구체적으로는, FISCO 균열 시험에 있어서, 용접 전류 200A 및 용접 속도 40cpm으로 한 경우에 균열이 발생하지 않으면 평가를 ◎(극히 양호)로 하고, 용접 전류 180A 및 용접 속도 40cpm으로 한 경우에 균열이 발생하지 않으면 ○(양호), 용접 전류 180A 및 용접 속도 40cpm으로 한 경우에 균열이 발생한 것을 ×(불량)로 했다.

(아크 안정성)

용접 시의 아크 안정성이, 용적이 소립이고 스패터가 적은 스프레이 이행이면 평가를 ◎(극히 양호)로 하고, 이행 형태가 스프레이 이행에 가까운 용적 이행이고 스패터가 비교적 적은 것을 ○(양호), 글로뷸러 이행이 되어, 용적이 크고 다량의 스패터가 발생한 것을 ×(불량)로 했다.

(슬래그 박리성)

용접 후의 슬래그 박리성은, 슬래그가 자연 박리된 것을 ◎(극히 양호)로 하고, 가볍게 해머로 두드림으로써 박리된 것을 ○(양호), 슬래그가 비드 표면에 소부되어서 박리되지 않았던 것을 ×(불량)로 했다.

(입향 상진성)

입향 상진 용접 자세에서 용접을 행했을 때의, AWS A5.22에 준한 필렛의 판정 기준을 만족시키고, 또한 플랫한 비드 형상이 된 것을 ◎(극히 양호)로 하고, 해당 판정 기준을 만족시킨 것을 ○(양호), 해당 판정 기준을 만족시키지 않고, 볼록한 비드가 된 것을 ×(불량)로 했다.

Claims

스테인리스강의 외피에 플럭스가 충전된 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어로서,
와이어 전체 질량당,
C: 0.04질량% 이하,
Si: 0.8질량% 이하,
Mn: 0.5∼5.0질량%,
Cu: 3.0질량% 이하,
Ni: 13∼33질량%,
Cr: 15∼29질량%,
Mo: 2.0∼6.0질량%,
Nb: 1.0질량% 이하, 및
N: 0.08∼0.25질량%를 함유하고,
추가로 상기 플럭스 중에, 와이어 전체 질량당,
TiO₂: 4.0∼12.0질량%,
SiO₂: 0.05∼3.0질량%,
ZrO₂: 0.5∼5.0질량%,
Al₂O₃: 2.0질량% 이하,
Bi 화합물에 대해서 Bi 환산값: 0.01질량% 이하,
Na, K 및 Li로 이루어지는 알칼리 금속 화합물에 대해서 알칼리 금속 환산값으로의 합계: 0.1∼2.0질량%, 및
불화물에 대해서 불소 환산값: 0.1∼1.0질량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어.
제 1 항에 있어서,
와이어에 포함되는 각 성분의 함유량이 하기 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어.
A/B≥1.4
A=Ni+30×(C+N)+0.5×Mn+12.4
B=Cr+Mo+1.5×Si+0.5×Nb