KR20180108731A - 플럭스 코어드 와이어, 용접 조인트의 제조 방법, 및 용접 조인트 - Google Patents

플럭스 코어드 와이어, 용접 조인트의 제조 방법, 및 용접 조인트 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피와, 상기 강제 외피에 충전된 플럭스를 구비하고, 상기 플럭스가, F 환산값의 합계값 α가 0.21％ 이상인 불화물과, 함유량의 합계값 β가 0.30％ 이상 3.50％ 미만인 산화물과, 함유량의 합계값이 0 내지 3.50％인 탄산염을 포함하며, CaO의 함유량이 0％ 이상 0.20％ 미만이고, 철분의 함유량이 0％ 이상 10.0％ 미만이고, X값이 5.0％ 이하이고, CaF2의 함유량이 0.50％ 미만이고, Ti 산화물의 함유량이 0.10％ 이상 2.50％ 미만이고, MgCO3, Na2CO3 및 LiCO3의 함유량의 합계값이 0 내지 3.00％이며, 그 밖의 화학 성분이 소정 범위 내이며, Ceq가 0.45 내지 1.20％이다.

Description

플럭스 코어드 와이어, 용접 조인트의 제조 방법, 및 용접 조인트
본 발명은, 플럭스 코어드 와이어, 용접 조인트의 제조 방법, 및 용접 조인트에 관한 것이다. 특히 본 발명은, 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강의 용접에 사용되고, 저온 균열을 방지하기 위한 예열 작업을 생략 또는 예열 작업 시의 예열 온도를 저하시키는 것이 가능하며, 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지고, 또한 스패터 발생을 억제할 수 있는 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
최근, 빌딩 및 교량 등의 구조물의, 대형화 및 고층화에 대한 요구가 증가하고 있다. 그에 수반하여, 구조물의 제조를 위해서 사용되는 강재로서, 780MPa급(인장 강도 780MPa 이상), 또는 그 이상의 인장 강도의 고강도 강이 사용되도록 되어 오고 있다.
이들 고강도 강을 구조물의 재료로서 사용함으로써, 구조물에 필요한 강도를 얻기 위한 강재의 양을 삭감할 수 있다. 강재 사용량이 줄어듦으로써, 강재 비용 및 강재 운반 비용이 감소하고, 또한, 구조물의 중량이 삭감된다. 이에 의해, 강재의 취급이 용이해지고, 또한 용접량이 삭감되므로, 건설 공사 기간 단축 및 시공 비용 삭감 등을 기대할 수 있다.
그러나, 고강도 강에 대한 사용의 요구는 매우 높아지고 있음에도 불구하고, 780MPa급 이상의 고강도 강의 사용량이, 상술한 구조물에 있어서 사용되고 있는 강재의 전체량에 차지하는 비율은 얼마 되지 않는다.
이 이유는, 고강도 강의 용접 균열 감수성이 높기 때문이다. 용접 균열의 억제를 위해서는 예열 작업이 필수이므로, 고강도 강의 사용은, 용접 시공 효율을 악화시킨다.
또한, 구조물이, 저온 환경에 설치되는 경우, 구조물에 사용되는 강재 및 용접 재료에는, 극히 높은 저온 인성이 요구된다. 강재가 고강도가 될수록, 용접부의 강도 및 저온 인성을 확보하는 것이 곤란해진다. 이것도, 780MPa급의 고강도 강이 사용되지 않는 요인이 되고 있다.
따라서, 780MPa급 이상의 고강도 강이 널리 사용되게 되기 위해서는, 예열 작업을 생략 또는 예열 작업 시의 예열 온도를 저하시키는 것이 가능하며, 또한 저온 인성이 우수한 용접부가 얻어지는 용접 와이어가 강하게 요구된다.
고인성의 용접 금속이 얻어지는 플럭스 코어드 와이어로서, 불화물을 슬래그 형성제로서 플럭스에 첨가한 와이어가 제안되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 5 참조).
이들 문헌에서는, 불화물이 용융지의 염기도를 높임으로써 용접 금속의 산소량이 저감되어, 높은 저온 인성을 갖는 용접부가 얻어진다고 되어 있다. 그러나, 특허문헌 1 내지 4는, 모두, 용접 균열이 문제가 되지 않는 강도 레벨의 강판을 주로 하여 용접의 대상으로 하는 것이며, 용접 금속의 저온 균열에 대해서는 전혀 검토되고 있지 않다.
이에 반하여, 특허문헌 5에서는, 490 내지 780MPa급 고장력 강용의 플럭스 코어드 와이어에 있어서, V의 첨가량을 최적화하고, V에 확산성 수소를 흡장시킴으로써 내저온 균열성을 개선함으로써, 780MPa급 와이어이면서 용접 균열 정지 예열 온도를 50℃ 이하로 한 와이어를 제안하고 있다. 그러나, 780MPa급 이상의 강의 용접에서는, 용접 금속에 한층 더 고인성이 요구되지만, 특허문헌 5에서는 용접 금속의 인성에 대해서는 특별히 검토되고 있지 않다.
상기, 선행 기술을 비약적으로 개량한 기술로서, 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강을 용접할 때, 예열을 필요로 하지 않거나, 혹은 예열 온도가 낮아도 내저온 균열성을 갖는 와이어가 특허문헌 6에 개시되어 있다. 가스 실드 아크 용접에서는, 실드 가스로서, 비용이 저렴한 100％ CO2 가스를 사용하는 것이 요망되지만, 특허문헌 6에는, 100％ CO2 가스를 사용한 예는 개시되어 있지 않다.
특허문헌 7 내지 9에는, CaF2 및 그 밖의 불화물과, 산화물을 함유하고, 불화물 및 산화물의 함유량의 비가 소정 범위 내로 되고, 또한 Ceq의 함유량이 소정 범위 내로 제한된 플럭스 코어드 와이어를 사용한 펄스 가스 실드 아크 용접 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 7 내지 9에 의하면, 인장 강도 950MPa 이상의 초고장력 강의 용접 시에, 연성 저하 균열의 발생을 억제하고, 우수한 파단 신장을 갖는 용접 금속이 얻어진다.
특허문헌 10에는, 알칼리 금속을 1종 또는 2종 이상 포함하는 산화물과, 불화물과, 탄산염으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 화합물을 함유하고, 비표면적이 소정 범위 내로 제어되어 있는 가스 실드 아크 용접용 메탈계 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 특허문헌 10에 의하면, 용해성이 우수하고, 용접 금속의 기계적 성질 및 용접 작업성이 양호한 플럭스 코어드 와이어가 제공된다.
특허문헌 11에는, TiO2, 알칼리 금속 불화물, 및 PTFE를 함유하고, 알칼리 금속 불화물의 함유량과 PTFE의 함유량의 비가 소정 범위 내로 제어되고, 알칼리 토류금속 불화물의 함유량이 소정량 이하로 제한된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 특허문헌 11에 의하면, 아크 용접 시에 확산성 수소가 용접부에 진입되는 것을 방지하여, 내흡습성이 우수하고, 양호한 용접 작업성을 나타내는 플럭스 코어드 와이어가 제공된다.
특허문헌 12에는, Ti 산화물, Si 산화물, Al 산화물, Na 화합물 및 K 화합물, 및 금속 불화물을 포함하고, Al 산화물의 겉보기 밀도 및 평균 입경이 소정 범위 내로 제어되어 있는 내후성 강용 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 특허문헌 12에 의하면, 내후성 강을 용접할 때, 모든 자세 용접에서의 용접 작업성이 양호하며, 강도 및 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 플럭스 코어드 와이어가 제공된다.
특허문헌 13에는, 금속 불화물 및 TiO2를 포함하고, Mg 함유량 및 Al 함유량이 소정의 수식에 의해 규정되는 범위 내로 제어되는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 특허문헌 13에 의하면, 용접 작업성이 양호하고, 또한 우수한 저온 인성을 갖는 용접부가 얻어지는 플럭스 코어드 와이어가 제공된다.
특허문헌 14에는, 외피 또는 플럭스에 V를 함유시킨 490 내지 780MPa급 고장력 강용 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 특허문헌 14에 의하면, 용접 금속의 내저온 균열성을 향상시킨 플럭스 코어드 와이어가 제공된다.
특허문헌 15에는, 금속 불화물과, 중성 산화물 또는 염기성 산화물과, Al 및 Mg의 1종 또는 2종과, 탈산제와, 점결재를 포함하고, C, Si, 및 Mn의 함유량이 소정의 범위 내에 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 특허문헌 15에 의하면, 용접 작업성이 우수하고, 또한 저온 인성이 양호한 용접 금속을 얻을 수 있는 플럭스 코어드 와이어가 제공된다.
특허문헌 16에는, TiO2, SiO2, ZrO2, Al2O3, 및 불화물을 포함하고, 이들 함유량이 소정의 수식에 의해 규정되는 범위 내로 제어되어, 수소량이 소정량 이하로 제한되어 있는 고장력 강 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 특허문헌 16에 의하면, 용접 작업성이 우수하고, 기계적 성질이 우수한 용접 금속이 얻어지는 플럭스 코어드 와이어가 제공된다.
그러나, 특허문헌 7 내지 9에 개시된 플럭스 코어드 와이어는, 다량의 CaF2의 함유가 필요하다. CaF2는 스패터 양을 증대시키므로, 특허문헌 7 내지 9에 개시된 플럭스 코어드 와이어는, 용접 작업성을 저하시킨다.
특허문헌 10에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 플럭스가 슬래그 형성제를 포함하지 않는 메탈계 와이어이다. 슬래그 형성제에 의해 얻어지는 용접 슬래그는, 용융지로부터 불순물을 제거하는 효과, 비드폭 및 비드파를 조절하여 용접 금속의 외관을 양호하게 하는 효과, 및 응고 직후의 용접 금속의 산화 및 질화를 방지하는 효과를 갖지만, 특허문헌 10에 개시된 와이어에 의하면, 이들 용접 슬래그의 효과를 얻지 못한다.
특허문헌 11에 있어서는, 용접 금속의 확산성 수소량을 충분히 저감하는 방법이 개시되어 있지 않다. 특허문헌 11에 개시된 플럭스 코어드 와이어의 실시예를 이용하여 얻어지는 용접 금속의 확산성 수소는, 최저 1.9ml/100g이다. 본 발명자들의 지견에 의하면, 용접 금속의 확산성 수소량이 1.9ml/100g 이상인 경우, 저온 균열을 발생시키지 않고 예열의 생략이나 예열 온도의 저하를 행하는 것이 곤란하다. 또한, 특허문헌 11에 있어서는, CO2 가스 100％의 가스를 실드 가스로서 사용한 경우의 스패터 양에 관하여 전혀 검토되어 있지 않고, 또한, 스패터 양을 저감시키기 위한 수단도 개시되어 있지 않다.
특허문헌 12에는, 용접 금속의 내저온 균열성을 향상시키는 수단이 개시되어 있지 않다. 특허문헌 12에 개시된 불화물량은, 용접 금속의 확산성 수소를 저감시키기 위해서 충분하지 않다.
특허문헌 13 및 14에 개시된 플럭스 코어드 와이어는, 다량의 CaF2의 함유가 필요하다. CaF2는 스패터 양을 증대시키므로, 특허문헌 13에 개시된 플럭스 코어드 와이어는, 용접 작업성을 저하시킨다.
특허문헌 15에 개시된 플럭스 코어드 와이어는, 저온 균열이 발생하기 어려운 저강도 강용의 용가재여서, 내저온 균열성을 향상시키기 위한 검토가 이루어져 있지 않고, 또한 내저온 균열성을 향상시키는 수단도 개시되어 있지 않다.
특허문헌 16에 개시된 플럭스 코어드 와이어는, 다량의 TiO2를 필요로 한다. 따라서, 특허문헌 16에 개시된 플럭스 코어드 와이어를, CO2 100％ 가스를 실드 가스로서 사용하는 용접에 제공한 경우, 얻어지는 용접 금속의 인성이 손상된다.
이러한 점에서, 780MPa 이상의 고강도 강의 용접 조인트에 있어서, 강도 및 인성이 우수함과 함께, 저온 균열이 발생하기 어려운 용접 금속을, 가스 실드 아크 용접에 의해 형성할 것이 요구되고 있다. 또한, CO2 가스 100％의 가스를 사용한 경우에도, 스패터의 발생을 억제하여 용접할 수 있는 것이 요구된다.
일본 특허공개 평01-271098호 공보 일본 특허공개 평03-294093호 공보 일본 특허공개 평06-155079호 공보 일본 특허공개 평08-197283호 공보 일본 특허공개 평08-257785호 공보 국제 공개 제2014/119082호 일본 특허공개 2014-14833호 공보 일본 특허공개 2014-79807호 공보 국제 공개 제2013/168670호 공보 일본 특허공개 2002-331384호 공보 일본 특허공개 2007-90376호 공보 일본 특허공개 2013-151001호 공보 일본 특허공개 평06-155079호 공보 일본 특허공개 평08-257785호 공보 일본 특허공개 평01-271098호 공보 일본 특허공개 2013-18012호 공보
본 발명은, 고강도 및 고인성이면서, 내저온 균열성이 우수한 용접부가 얻어지고, 또한 용접 중의 스패터 발생량을 대폭 저감시킬 수 있는 플럭스 코어드 와이어의 제공을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 저온 균열을 방지하기 위한 예열 작업을 생략 가능 또는 예열 작업 시의 예열 온도를 저하시키는 것이 가능하며, 스패터의 발생량을 대폭 저감 가능한 용접 조인트의 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 고강도이면서 고인성의 용접 조인트 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 요지는 다음과 같다.
(1) 본 발명의 일 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피와, 상기 강제 외피에 충전된 플럭스를 구비하고, 상기 플럭스가, 불화물로서, CaF2, MgF2, Na3AlF6, LiF, NaF, K2ZrF6, BaF2, 및 K2SiF6으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이며, 상기 불화물의 상기 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 F 환산값의 합계값 α가 0.21％ 이상인 상기 불화물과, 산화물로서, Fe 산화물, Ba 산화물, Na 산화물, Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Mg 산화물, Al 산화물, Mn 산화물, 및 K 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하고, CaO를 제외하고, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 상기 산화물의 함유량의 합계값 β가 0.30％ 이상 3.50％ 미만인 상기 산화물과, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량의 합계값이 0 내지 3.50％이며, MgCO3, Na2CO3, LiCO3, CaCO3, K2CO3, BaCO3, FeCO3 및 MnCO3으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 탄산염을 포함하고, 상기 플럭스 중의 상기 CaO의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0％ 이상 0.20％ 미만이고, 상기 플럭스 중의 철분의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0％ 이상 10.0％ 미만이며, 식 1을 이용하여 산출되는 X값이 5.0％ 이하이고, 상기 CaF2의 함유량이 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.50％ 미만이고, 상기 Ti 산화물의 함유량이 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.10％ 이상 2.50％ 미만이며, 상기 MgCO3, 상기 Na2CO3, 및 상기 LiCO3의 함유량의 합계값이 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0 내지 3.00％이며, 상기 불화물, 상기 산화물, 상기 CaO, 상기 탄산염, 및 상기 철분을 제외한 화학 성분이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로, C: 0.003 내지 0.200％, Si: 0.20 내지 1.50％, Mn: 1.00 내지 3.50％, Mg: 0.10％ 이하, P: 0.020％ 이하, S: 0.020％ 이하, Al: 0.001 내지 0.300％, Ni: 0.50 내지 4.00％, Mo: 0.10 내지 2.00％, Cu: 0 내지 0.50％, Cr: 0 내지 1.50％, Nb: 0 내지 0.10％, V: 0 내지 0.40％, Ti: 0 내지 0.30％, B: 0 내지 0.0100％, Ca: 0 내지 0.50％, 및 REM: 0 내지 0.0100％를 포함하며, 잔부가 철 및 불순물로 이루어지고, 하기의 식 2를 이용하여 산출되는 Ceq가 0.45 내지 1.20％이다.
X=[NaF]+[MgF2]+[Na3AlF6]+1.50×([K2SiF6]+[K2ZrF6]+[LiF]+[BaF2])+3.50×([CaF2]): 식 1
단, []가 있는 화학식은, 각각의 상기 화학식에 대응하는 불화물의 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 함유량을 단위 질량％로 나타낸다.
Ceq=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14: 식 2
단, []가 있는 원소 기호는, 상기 불화물, 상기 산화물, 상기 CaO, 상기 탄산염, 및 상기 철분을 제외한 상기 화학 성분에 포함되는 각 상기 원소 기호에 대응하는 원소의 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 함유량을 단위 질량％로 나타낸다.
(2) 상기 (1)에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 불화물, 상기 산화물, 상기 CaO, 상기 탄산염, 및 상기 철분을 제외한 화학 성분이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로, Mg:0.07％ 이하를 함유해도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 불화물, 상기 산화물, 상기 CaO, 상기 탄산염, 및 상기 철분을 제외한 화학 성분이, 식 3을 만족해도 된다.
([Mg]+10×[Al])≤0.45: 식 3
단, []가 있는 원소 기호는, 상기 불화물, 상기 산화물, 상기 CaO, 상기 탄산염, 및 상기 철분을 제외한 상기 화학 성분에 포함되는, 각 상기 원소 기호에 대응하는 원소의, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 함유량을 단위 질량％로 나타낸다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 탄산염의 함유량의 합계가, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.30％ 초과 3.50％ 이하이고, 상기 MgCO3, 상기 Na2CO3, 및 상기 LiCO3의 함유량의 합계가, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.30 내지 3.00％여도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 α가 0.50％ 이상이어도 된다.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 X값이 4.5％ 이하여도 된다.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 Ti 산화물의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.10 내지 1.80％여도 된다.
(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 CaF2의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.20％ 이하여도 된다.
(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, α/β가 0.10 내지 4.00이어도 된다.
(10) 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 불화물의 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량의 합계에 대한, 상기 Na3AlF6 및 상기 NaF의 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량의 합계 비율이 0.50 이상이어도 된다.
(11) 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 가스 실드 아크 용접했을 때의 용착 금속 인장 강도가, 일본 공업 규격 JIS Z3111-2005에 규정된 용착 금속의 인장 시험에서, 690MPa 이상 1500MPa 미만이 되어도 된다.
(12) 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 강제 외피가 심리스 형상을 가져도 된다.
(13) 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 강제 외피가 슬릿형 간극을 갖는 형상이어도 된다.
(14) 상기 (1) 내지 (13) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 플럭스 코어드 와이어의 표면에 도포된 퍼플루오로폴리에테르 오일을 더 구비해도 된다.
(15) 본 발명의 다른 형태에 따른 용접 조인트의 제조 방법은, 상기 (1) 내지 (14) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 강재를 가스 실드 아크 용접하는 공정을 구비한다.
(16) 상기 (15)에 기재된 용접 조인트의 제조 방법은, 상기 강재가, 판 두께가 12㎜ 이하이고 Pcm이 0.36％ 이하인 강판, 판 두께가 12㎜ 초과 25㎜ 이하이고 Pcm이 0.33％ 이하인 강판, 판 두께가 25㎜ 초과 40㎜ 이하이고 Pcm이 0.31％ 이하인 강판, 및 판 두께가 40㎜ 초과 100㎜ 이하이고 Pcm이 0.29％ 이하인 강판으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이며, 상기 강재를, 상기 가스 실드 아크 용접을 할 때, 상기 강재의 온도가 5℃ 미만인 경우에는 예열을 생략해 가스 실드 아크 용접을 행하여도 된다.
(17) 본 발명의 다른 형태에 따른 용접 조인트는, 상기 (15) 또는 (16)에 기재된 용접 조인트의 제조 방법에 의해 얻어진다.
(18) 본 발명의 다른 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피와, 상기 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스를 구비하고, 상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, JIS Z 3118에 규정된 조건에서 용접함으로써 얻어지는 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하이고, 상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 와이어 극성이 플러스, 전류값이 270A, 전압값이 29 내지 32V, 용접 속도가 30㎝/min, 실드 가스종이 CO2 100％ 가스, 및 실드 가스 유량이 25L/min인 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접을 행했을 때 발생하는 스패터의 용접 시간당 중량이 5.0g/min 이하이다.
(19) 본 발명의 다른 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피와, 상기 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스를 구비하고, 상기 플럭스 코어드 와이어는, 상기 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％이며, Ti 산화물의 함유량이 질량％로 0.10 내지 2.50％이며, Ni:0.5 내지 4.00％를 포함하고, 상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, JIS Z 3118에 규정된 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접 함으로써 얻어지는 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하이며, 상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 와이어 극성이 플러스, 전류값이 270A, 전압값이 29 내지 32V, 용접 속도가 30㎝/min, 실드 가스종이 CO2 100％ 가스, 및 실드 가스 유량이 25L/min인 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접을 행했을 때 발생하는 스패터의 용접 시간당 중량이 5.0g/min 이하이다.
본 발명의 상기 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어, 및 본 발명에 따른 용접 방법에 의하면, 고강도 및 고인성의 용접부가 얻어지고, 용접 중의 스패터 발생량을 대폭 저감시킬 수 있어, 저온 균열을 방지하기 위한 예열을 생략 또는 예열 작업 시의 예열 온도를 저하시키는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 용접 조인트는, 고강도 및 고인성의 용접부를 구비한다.
본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어 및 용접 조인트의 제조 방법은, 어떠한 강재에도 적용 가능하지만, 통상의 플럭스 코어드 와이어, 및 용접 조인트의 제조 방법을 적용하는 것이 어려운 780MPa 이상의 고강도 강의 용접에 적용된 경우, 특히 현저한 효과를 발휘한다. 이 경우에도, 본 발명은 저온 균열을 방지하기 위한 예열 작업을 생략 또는 예열 작업 시의 예열 온도를 저하시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어 및 용접 조인트의 제조 방법은, 어떠한 실드 가스와 조합할 수 있지만, 통상의 플럭스 코어드 와이어 및 용접 조인트의 제조 방법과 조합하는 것이 어려운 100％ CO2 가스와 조합한 경우, 특히 현저한 효과를 발휘하는 이 경우에도, 본 발명은, 스패터의 발생량을 현저하게 저감시킬 수 있다.
도 1은, 플럭스 코어드 와이어의 X값과, 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 시의 스패터 양의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는, 플럭스 코어드 와이어의 F 환산값과, 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 얻어진 용접 금속의 확산성 수소량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은, 플럭스 코어드 와이어의 CaF2 함유량과, 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 시의 스패터 양의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는, 플럭스 코어드 와이어의 NaF+Na3AlF6률과, 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 시의 스패터 양의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는, 플럭스 코어드 와이어의 Mg 함유량과, 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 얻어진 용접 금속의 확산성 수소량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은, 플럭스 코어드 와이어의 「Mg+10×Al」과, 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 얻어진 용접 금속의 확산성 수소량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7a는, 에지면을 맞대어 용접해서 만든 플럭스 코어드 와이어의 절단면의 사진이다.
도 7b는, 에지면을 맞대어 만든 플럭스 코어드 와이어의 절단면의 사진이다.
도 7c는, 에지면을 코오킹해서 만든 플럭스 코어드 와이어의 절단면의 사진이다.
도 8은, 2㎜V 노치 샤르피 충격 시험편 및 환봉 인장 시험편의 채취 위치를 나타내는 도면이다.
용접 시에 HAZ에 저온 균열을 발생시키는 인자는, HAZ의 경도, 및 용접 금속 중의 확산성 수소량 등이다. 본 발명자들은, HAZ에서의 저온 균열을 확실하게 억제하기 위한 방법을 다양하게 검토하였다. 검토의 결과, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 충분히 낮게 함으로써, HAZ에 대한 수소 침입을 억제할 수 있으면, HAZ의 경도가 현저하게 높은 경우에도, HAZ에 있어서의 저온 균열을 억제할 수 있음이 밝혀졌다. 그러나, 종래의 기술에 의하면, 용접 직후의 용접 금속 중의 확산성 수소량을 충분히 저감시키는 것은 곤란하였다. 본 발명자들은, 용접 직후의 용접 금속 중의 확산성 수소량을 충분히 저감시키기 위해서, 플럭스 성분의 종류 및 배합비를 다양하게 변화시킨 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 검토를 거듭하였다.
그 결과, 본 발명자들은, 불화물의 함유량의 F 환산값의 합계값이 특정한 범위 내에 있는 경우에 있어서, 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 미만으로 억제되어, 내저온 균열성이 대폭 향상된다는 것을 알아내었다. 또한, 본 발명자들은, 탄산염을 플럭스에 포함시키는 것, 그리고 CaO 함유량 및 Mg 함유량을 제한하는 것에 의해, 확산성 수소량을 더욱 저감 가능하다는 것도 알아내었다.
그러나, 플럭스에 포함되는 불화물은, 스패터 양을 증대시키는 경우가 있었다. 특히, 실드 가스가 100％ CO2 가스인 용접에, 불화물을 많이 함유하는 플럭스 코어드 와이어를 적용한 경우, 스패터 양이 매우 많아지는 경우가 있었다. 본 발명자들은, 스패터 양을 억제하기 위해서, 플럭스에 포함되는 불화물의 종류를 상이하게 한 플럭스 와이어를 사용하여, 검토를 거듭하였다.
그 결과, 본 발명자들은, 불화물의 함유량의 F 환산값과, 용접 직후의 용접 금속 중의 확산성 수소량의 사이에 양호한 상관 관계가 있는 것, 및 하기식을 이용해서 산출되는 스패터 발생 지수 X와 스패터 생성량의 사이에 양호한 상관 관계가 있다는 것을 알아내었다.
X=[NaF]+[MgF2]+[Na3AlF6]+1.50×([K2SiF6]+[K2ZrF6]+[LiF]+[BaF2])+3.5×[CaF2]
상술한 식에 있어서, 괄호로 묶은 화학식은, 각 화학식에 대응하는 불화물의, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 단위 질량％로 나타낸 함유량이다. 상술한 식은, 각 불화물의 양을 다양하게 변화시킨 플럭스 코어드 와이어를 100％ CO2 실드 가스의 용접에 제공할 때 발생하는 스패터 양을 측정하고, 각 불화물량과 스패터 양의 관계를 다중 회귀 분석함으로써 얻어졌다. 도 1은, X값과 스패터 양의 관계를 나타내는 그래프이다. 이 그래프로부터, X값과 스패터 양의 사이에 양호한 상관관계가 있음을 알 수 있다. 따라서, 플럭스 중에 포함되는 불화물의 F 환산값을 가능한 한 크게 하고, 또한 플럭스 중에 포함되는 불화물로 산출되는 X값을 가능한 한 작게 하도록, 플럭스 중에 포함되는 불화물의 종류 및 배합비를 결정하면, 용접 직후의 용접 금속 중의 확산성 수소량을 1.0ml/100g 미만으로 하고, 또한 실드 가스가 100％ CO2 가스인 용접의 작업성을 손상시키지 않는 플럭스 코어드 와이어를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명자들은, 불화물 중 CaF2의 함유량을 제한하는 것도, 스패터 발생량의 저감을 위해 필요하다는 것을 알아내었다.
본 발명은 이상과 같은 검토의 결과 이루어진 것이다. 이하, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피와, 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스를 구비한다. 처음에, 플럭스의 성분에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 플럭스는, 불화물과, CaO를 제외한 산화물을 포함하고, 바람직하게는 탄산염을 더 포함한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 플럭스에는, CaO 및 철분이 더 포함되어도 되지만, CaO 및 철분은 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 과제를 해결하기 위해서 불필요하다. 특히, CaO는, 대기에 접촉하면 수소를 포함하는 화합물인 CaOH로 변화하고, 용접 금속의 확산성 수소량을 증가시키므로, CaO는 포함되지 않는 편이 좋다. 이하에, 이들 성분에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서 「％」는, 특별히 설명이 없는 한, 「플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％」를 의미한다.
(플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 불화물의 F 환산값의 합계: 0.21％ 이상)
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 플럭스는, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 F 환산값으로 합계 0.21％ 이상의 불화물을 포함한다. 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 F 환산값이란, 플럭스 코어드 와이어 중의 불화물에 포함되는 불소(F)의 양을, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타내는 것이다. 후술되는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 불화물은, CaF2, MgF2, Na3AlF6, LiF, NaF, K2ZrF6, BaF2, 및 K2SiF6으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이며, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 F 환산값의 합계는, 이하의 수식에 의해 구해진다.
(F 환산값의 합계)=0.487×[CaF2]+0.610×[MgF2]+0.732×[LiF]+0.452×[NaF]+0.402×[K2ZrF6]+0.217×[BaF2]+0.517×[K2SiF6]+0.543×[Na3AlF6]
상술한 식에 있어서, 괄호로 묶은 화학식은, 각 화학식에 관한 불화물의, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량이다. 이하, 「플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 F 환산값」을 「F 환산값」이라고 기재하는 경우가 있다. 또한, 기호 「α」를, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 불화물의 F 환산값의 합계라 정의한다.
또한, 상기의 각 불화물의 F 환산값의 계수는, 각 불화물에 포함되는 불소의 원자량 및 개수와, 각 불화물의 화학식량으로부터 산출한 것이다. 예를 들어, CaF2의 F 환산값의 계수 0.487은, 불소 원자량 19.00을 2배한 값을 CaF2의 화학식량 78.08로 나눔으로써 얻어진 값이다(즉, 19.00×2/78.08=0.487).
플럭스 중의 불화물은, 용접 금속의 확산성 수소량을 저감시켜, 용접 금속의 내저온 균열성을 현저하게 향상시키는 작용을 갖는다. 이 이유는 명백하지 않지만, 불화물 중의 F와 수소(H)가 용접 중에 결합해서 불화수소(HF)로 되고, 이 HF가 용접 금속 밖으로 방출되기 때문이라고 추측된다. 그러나, 플럭스 중의 불화물량의 F 환산값 합계가 0.21％ 미만인 경우, 용접 금속의 확산성 수소량을 1.0ml/100g 미만으로 할 수 없는 경우가 있어, 용접 금속의 내저온 균열성이 불충분해질 우려가 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 플럭스는, F 환산값으로 0.21％ 이상의 불화물을 포함하는 것이 필요하다. 용접 금속의 확산성 수소량을 보다 저감시키기 위해서, 불화물의 F 환산값에 의한 합계량의 하한을 0.25％, 0.30％, 0.35％, 0.40％, 0.45％, 0.50％, 0.60％, 0.65％, 0.70％, 0.80％, 또는 0.90％로 해도 된다. 한편, 확산성 수소량의 저감보다 스패터 발생량의 저감을 우선시키고자 하는 경우에는, F 환산값의 합계량의 상한을 2.00％, 1.70％, 1.50％, 1.30％, 1.10％, 1.00％, 0.90％, 0.80％, 0.70％, 0.60％, 0.50％, 또는 0.40％로 해도 지장은 없다.
본 발명자들이 상술한 지견을 얻은 실험에 대하여 이하에 설명한다. 상술한F 환산값의 합계가 서로 다른 다양한 플럭스 와이어를, 이하의 조건의 용접에 제공하고, 이 용접에 의해 얻어진 용접 금속의 확산성 수소량을, JIS Z 3118: 2007 「강 용접부의 수소량 측정 방법」에 준거하는 방법으로 측정하였다.
와이어 직경: 1.2㎜
용접 가스종: 100％ CO2
가스 유량: 25L/min
용접 전류: 270A
용접 속도: 35㎝/min
용접 환경 온도: 20℃
용접 환경 습도: 60％
자세: 하향
극성: 와이어+(플러스)
전류: 직류
상술한 실험에 의해 얻어진, 플럭스 코어드 와이어의 F 환산값의 합계와 용접 금속의 확산성 수소량의 관계를 도 2의 그래프에 나타낸다. 이 그래프로부터, 플럭스 코어드 와이어의 F 환산값의 합계가 0.21％ 이상인 경우에, 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하로 저감됨을 알 수 있었다. 또한, 이 그래프로부터, 플럭스 코어드 와이어의 F 환산값의 합계가 0.50％ 이상인 경우에, 확산성 수소량이 0.6ml/100g 이하로 저감됨을 알 수 있었다.
불화물의 함유량이 과잉인 경우, 용접 중의 스패터 양이 증대된다. 그러나 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에서는, 불화물의 F 환산값의 상한값을 정할 필요는 없다. 본 발명자들은, 불화물의 함유량의 상한값을, 후술하는 스패터 발생 지수 X를 이용하여 제한해야 한다는 취지를 알아내었기 때문이다. 불화물의 F 환산값은, 스패터 발생 지수 X가 이하에 설명되는 범위 내가 되도록 선택할 수 있다.
(불화물의 종류: CaF2, MgF2, Na3AlF6, LiF, NaF, K2ZrF6, BaF2, 및 K2SiF6으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상)
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 불화물은, CaF2, MgF2, Na3AlF6, LiF, NaF, K2ZrF6, BaF2, 및 K2SiF6으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이다. 이들 불화물이 전리하여 발생한 Ca, Mg, Li, Na, K, Zr, Ba, Si, 및 Al은, 산소와 결합해서 용접 금속 중의 산소량을 저감시키는, 탈산 원소로서 작용한다.
(불화물의 X값: 5.0％ 이하)
불화물의 함유량이 너무 큰 경우, 용접 시에 발생하는 스패터의 양이 과잉으로 되어, 용접성이 열화된다. 본 발명자들은, F 환산값을 가능한 한 증가시키며, 또한 스패터 양을 허용 범위 내까지 감소시키는 방법에 대하여 검토를 행하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 불화물이 스패터 양에 미치는 영향이 불화물의 종류에 따라 상이하다는 것을 지견하였다. 그리고 본 발명자들은 새로운 검토를 행한 결과, 이하의 식에 의해 산출되는 스패터 발생 지수 X(X값)와 스패터 양의 사이에 양호한 상관 관계가 있다는 것을 알아내었다.
X=[NaF]+[MgF2]+[Na3AlF6]+1.50×([K2SiF6]+[K2ZrF6]+[LiF]+[BaF2])+3.50×([CaF2])
상술한 식에 있어서, 괄호로 묶은 화학식은, 각 화학식에 대응하는 불화물의, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 단위 질량％로 나타낸 함유량이다. 상술한 식은, 각 불화물의 양을 다양하게 변화시킨 플럭스 코어드 와이어를 CO2 100％ 실드 가스의 용접에 제공할 때 발생하는 스패터 양을 측정하고, 각 불화물량과 스패터 양의 관계를 다중 회귀 분석함으로써 얻어졌다.
본 발명자들이 X값에 관한 지견을 얻은 실험에 대하여 이하에 설명한다. 상술한 X값의 합계가 서로 다른 다양한 플럭스 와이어를, 이하의 조건의 용접에 제공하였다.
와이어 직경: 1.2㎜
용접 가스종: 100％ CO2 가스
용접 가스 유량: 25L/min
용접 전류: 270A
용접 전압: 29 내지 32V
용접 속도: 30㎝/min
용접 자세: 하향
용접 시간: 60초
극성: 와이어+(플러스)
전류: 직류
상술한 조건에서의 용접을, 구리제 스패터 포집 상자의 내부에서 실시함으로써, 용접 중에 발생한 스패터(용접 후에 구리제 스패터 포집 상자 및 강판에 부착된 스패터)를 포집하고, 그 중량을 측정하였다. 또한, 본 실험에서는, 용접 중에 발생한 모든 스패터의 합계 중량을 측정하였다.
상술한 실험에 의해 얻어진, 플럭스 코어드 와이어의 X값과, 1분당 모든 스패터 발생량의 관계를 도 1의 그래프에 나타낸다. 이 그래프로부터, 플럭스 코어드 와이어의 X값이 5.0％ 이하인 경우에, 모든 스패터 발생량이 저감됨을 알 수 있다. 이 실험 결과에 기초하여, 본 발명자들은, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 X값의 상한값을 5.0％라고 정하였다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에서는, X값이 상술한 조건을 만족하도록, 불화물의 함유량 및 종류를 제어할 필요가 있다. X값의 바람직한 상한값은 4.5％이다. 스패터 발생량을 저감시키고 싶은 경우, X값의 상한값을 4.0％, 3.5％, 3.0％, 2.5％, 2.0％, 1.8％, 1.6％, 1.4％, 1.2％, 또는 1.0％로 해도 된다.
X값의 하한값을 한정할 필요는 없다. 그러나, F 환산값의 합계를 0.21％ 이상으로 할 필요가 있으므로, F 환산값의 규정을 만족할 수 있는 X값의 최솟값을, X값의 하한값으로 해도 된다. 구체적으로는, X값이 최소로 되는 것은, F 환산값의 합계가 최저값(0.21％)이며, 또한, 불화물이 MgF2만으로 이루어지는 경우이다. MgF2만 불화물로서 함유하는 케이스에서는, MgF2의 필요 최소량은 0.344％(= 0.21/0.610)이다. 따라서, X값의 하한값이 0.344％를 하회할 가능성은 없다. 이로 인해, X값의 하한값을 0.344％로 해도 된다. 확산성 수소량의 한층의 저감을 도모하는 경우에는, X값의 하한값을 0.40％, 0.60％, 0.80％, 1.00％, 1.20％, 1.40％, 1.60％, 또는 1.80％로 하여도 지장은 없다.
(CaF2의 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량: 0.50％ 미만)
CaF2는, 특히 스패터 양을 증대시키기 쉬운 불화물이다. 본 발명자들은, 불화물의 X값이 2.0％ 이하였다고 해도, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 0.50％ 이상의 CaF2는, 대량의 스패터를 발생시키고, 용접 작업성을 악화시킨다는 것을 지견하였다. 본 발명자들이 CaF2의 함유량에 관한 지견을 얻은 실험에 대하여 이하에 설명한다. CaF2의 함유량이 상이하고, X값이 상술한 규정 범위 내인 다양한 플럭스 와이어를, 도 1의 그래프를 작성했을 때와 동일 조건의 용접에 제공하고, 도 1의 그래프를 작성했을 때와 동일한 방법으로, 직경 1.5㎜ 이상의 스패터의 1분당 발생량을 구하였다. 또한, 본 실험에서는, 용접 중에 발생한 스패터로부터, 직경 1.5㎜ 이상의 스패터를 체분류하고, 1.5㎜ 이상의 스패터의 합계 중량을 측정하였다. 이 실험에 의해 얻어진, CaF2의 함유량과 1분당 직경 1.5㎜ 이상의 스패터 발생량의 관계를 도 3의 그래프에 나타낸다. 이 그래프로부터, CaF2 함유량이 0.5％ 이상인 경우, 스패터 발생량이 증대됨을 알 수 있다. 한편, 이 그래프로부터, CaF2 함유량이 0.2％ 이하인 경우, 직경 1.5㎜ 이상의 스패터 발생량이 한층 감소됨을 알 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 CaF2의 함유량이 0.50％ 미만으로 정해진다. CaF2의 함유량 바람직한 상한값은 0.20％이다. 필요에 따라서, CaF2의 함유량을, 0.10％ 미만, 0.06％ 미만, 0.04％ 미만, 또는 0.02％ 미만으로 해도 된다.
상술된 F 환산값 및 X값에 관한 조건이 만족되는 한, CaF2 이외의 불화물 각각의 함유량을, 개별로 규정할 필요는 없다. 그러나, Na3AlF6 및 NaF의, 와이어 전체 질량에 대한 단위 질량％의 합계 함유량이, 불화물의 와이어 전체 질량에 대한 단위 질량％의 합계 함유량에 50％ 이상인 것이 바람직하다. 이하, Na3AlF6 및 NaF의, 와이어 전체 질량에 대한 단위 질량％의 합계 함유량이, 불화물의 와이어 전체 질량에 대한 단위 질량％의 합계 함유량에 차지하는 비율을, Na3AlF6+NaF률이라 칭한다.
본 발명자들이 상술한 지견을 얻은 실험에 대하여 이하에 설명한다. 본 발명자들은, Na3AlF6+NaF률이 서로 다른 다양한 플럭스 와이어를, 도 3의 그래프를 작성했을 때와 동일 조건의 용접에 제공하고, 도 3의 그래프를 작성했을 때와 동일한 방법으로 1분당 직경 1.5㎜ 이상의 스패터 발생량을 구하였다. 이 실험에 의해 얻어진, Na3AlF6+NaF률과 1분당 직경 1.5㎜ 이상의 스패터 발생량의 관계를 도 4의 그래프에 나타낸다. 이 그래프로부터, Na3AlF6+NaF률이 50％ 이상인 경우, 직경 1.5㎜ 이상의 스패터 발생량이 저감됨을 알 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에서는, Na3AlF6+NaF률이 50％ 이상인 것이 바람직하다. 필요에 따라서, 이 Na3AlF6+NaF률을 60％ 이상, 80％ 이상, 90％ 이상 또는 100％로 해도 된다. 또한, 이 Na3AlF6+NaF률 대신에, 스패터 발생 지수 X의 산출식에 있어서 계수가 1인 Na3AlF6, NaF 및 MgF2의 와이어 전체 질량에 대한 단위 질량％의 합계 함유량이, 불화물의 와이어 전체 질량에 대한 단위 질량％의 합계 함유량에 차지하는 비율(Na3AlF6+NaF+MgF2률)을, 50％ 이상, 60％ 이상, 80％ 이상, 90％ 이상 또는 100％로 해도 된다.
(산화물의 종류: Fe 산화물, Ba 산화물, Na 산화물, Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Mg 산화물, Al 산화물, Mn 산화물, 및 K 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 포함하고, CaO를 제외함)
(CaO를 제외한 산화물의, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 합계 함유량: 0.30％ 이상 3.50％ 미만)
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 플럭스는, 산화물을 합계로 0.30％ 이상 3.50％ 미만 함유한다. 이 산화물의 종류는, Fe 산화물, Ba 산화물, Na 산화물, Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Mg 산화물, Al 산화물, Mn 산화물 및 K 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하고, CaO를 제외한다. 본 실시 형태에서는, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸, CaO를 제외한 산화물의 함유량의 합계를 「β」라고 정의한다. 본 실시 형태에서는, 「CaO를 제외한 산화물」을 단순히 「산화물」이라 칭하는 경우가 있다.
CaO를 제외한 산화물은, 용접 비드의 형상을 양호하게 유지하는 효과를 갖는다. CaO를 제외한 산화물의 함유량의 합계가 0.30％ 미만인 경우, 용접 비드의 형상이 나빠지는 경우가 있다. 용접 비드의 형상을 더욱 양호하게 유지하기 위해서, CaO를 제외한 산화물의 합계량의 하한을 0.40％, 0.50％, 0.60％, 또는 0.70％로 해도 된다. 그러나, β가 3.50％ 이상인 경우, 용접 금속의 인성을 저하시키는 경우가 있다. 용접 금속의 인성 개선을 위해서, 합계량 β의 상한을 3.00％, 2.50％, 2.25％, 2.00％, 1.75％, 1.50％, 1.25％, 1.00％, 0.90％, 0.80％, 또는 0.70％로 해도 된다.
CaO를 제외한 산화물의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 β는, Fe 산화물, Ba 산화물, Na 산화물, Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Mg 산화물, Al 산화물, Mn 산화물, 및 K 산화물의 합계량 외에도, 플럭스의 조립에 사용되는 바인더 등에 포함되는 산화물도 합계한 함유량이라 간주한다.
(Ti 산화물의, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량: 0.10％ 이상, 2.50％ 미만)
Ti 산화물은, 용접 비드 형상의 개선에 기여한다. CaO를 제외한 산화물의 함유량의 합계가 0.30％ 이상 3.50％ 미만인 경우에도, CaO를 제외한 산화물에 포함되는 Ti 산화물이 0.10％ 미만인 경우, 용접 비드 형상이 나빠지는 경우가 있다. 따라서, Ti 산화물의 함유량 하한값을 0.10％로 할 필요가 있다. Ti 산화물을 아크 안정제로서 사용함으로써 더욱 양호한 용접 비드 형상을 얻기 위해서, Ti 산화물의 함유량 하한값을 0.15％, 0.20％, 0.25％, 0.30％, 0.40％, 또는 0.45％로 해도 된다. 한편, Ti 산화물의 함유량이 2.50％ 이상인 경우, 용접 금속의 인성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, Ti 산화물의 함유량 상한값을 2.50％ 미만으로 할 필요가 있다. 용접 금속의 인성의 더한층의 개선을 위해서, Ti 산화물의 함유량 상한값을 2.40％, 2.20％, 2.00％, 1.80％, 1.50％, 1.25％, 1.00％, 0.90％, 0.80％, 0.70％, 0.60％, 또는 0.50％로 해도 된다.
(β에 대한 α의 비: 바람직하게는 0.10 내지 4.00)
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에서는, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 1.0ml/100g 미만으로 하기 위해서, β에 대한 α의 비(즉, α/β)를 0.10 내지 4.00으로 하는 것이 바람직하다. α/β가 0.10 이상인 경우, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 더욱 바람직하게 감소시킬 수 있다. 필요에 따라서, α/β의 하한값을 0.20, 0.30, 0.50, 또는 0.70으로 해도 된다. α/β가 4.00 초과인 경우, 용접흄 및 슬래그가 과잉으로 생성되고, 용접 작업성이 저하되는 경우가 있다. 그러나, 불화물 및 산화물에 관한 상술한 규정이 만족되고 있는 한, α/β가 0.10 미만 또는 4.00 초과여도 바람직한 특성이 얻어진다. β에 대한 α의 비의 바람직한 하한값은 0.20이다. β에 대한 α의 비의 바람직한 상한값은 3.8, 3.50, 3.00, 2.50, 2.00, 또는 1.50이다.
(탄산염의 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량의 합계: 0 내지 3.50％)
(탄산염의 종류: MgCO3, Na2CO3, LiCO3, CaCO3, K2CO3, BaCO3, FeCO3, 및 MnCO3으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함함)
(MgCO3, Na2CO3, 및 LiCO3의 1종 또는 2종 이상의 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량의 합계: 0 내지 3.00％)
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 플럭스는, 탄산염을 포함할 필요가 없다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 탄산염의 함유량 하한값은 0％이다. 그러나 탄산염은, 아크에 의해 전리되어, CO2 가스를 발생시킨다. CO2 가스는, 용접 분위기 중의 수소 분압을 내리고, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 저감시킨다. 이 효과를 얻기 위해서, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 플럭스는 탄산염을 포함해도 된다. 탄산염의 함유량의 합계의 바람직한 하한값은 0.30％ 초과이다. 용접 금속 중의 확산성 수소량을 더 저감시키기 위해서, 탄산염의 함유량의 합계의 하한을 0.50％, 1.00％, 또는 1.50％로 해도 된다.
한편, 탄산염의 함유량의 합계가 3.50％ 초과인 경우, 용접흄이 과잉으로 발생하므로, 용접 작업성이 악화된다. 용접흄 발생량을 더 저감하기 위해서, 탄산염 함유량의 합계의 상한을 3.00％, 2.50％, 2.00％, 1.50％, 1.00％, 0.50％, 0.10％, 0.04％, 0.02％, 또는 0.01％로 해도 된다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 플럭스에 포함되는 탄산염의 종류는, MgCO3, Na2CO3, LiCO3, CaCO3, K2CO3, BaCO3, FeCO3, 및 MnCO3으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이 바람직하지만, 이것으로 한정되지 않는다. 탄산염의 함유량이 상술한 범위 내인 한, 탄산염의 종류 및 조성은 한정되지 않는다.
상술된 탄산염에 포함되는 MgCO3, Na2CO3, 및 LiCO3의 1종 또는 2종 이상의 함유량의 합계는, 0 내지 3.00％로 될 필요가 있다. 탄산염의 합계 함유량이 0 내지 3.50％였다고 해도, 탄산염에 포함되는 MgCO3, Na2CO3, 및 LiCO3의 1종 또는 2종 이상의 함유량의 합계가 3.00％ 초과이면, 용접 비드가 드리핑하기 쉬워지므로, 용접 작업성이 악화된다. 용접 비드의 드리핑을 억제하기 위해서, 탄산염 함유량의 합계의 상한을 2.70％, 2.50％, 또는 2.00％로 해도 된다. 한편, 용접 금속 중의 수소를 더 저감시키기 위해서, MgCO3, Na2CO3, LiCO3의 1종 또는 2종 이상의 함유량의 합계의 하한을 0.30％, 0.50％, 0.75％, 또는 1.00％로 해도 된다.
(CaO의 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량: 0％ 이상 0.20％ 미만)
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 플럭스에 CaO가 포함되는 경우가 있다. 그러나, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에서는, 플럭스 중의 CaO의 함유량을 0.20％ 미만으로 할 필요가 있다. CaO는, 수소를 포함하는 화합물인 CaOH로 변화하므로, 용접 금속의 확산성 수소를 증가시켜, 용접 금속의 내저온 균열성을 손상시킨다. CaO의 함유량의 바람직한 상한값은 0.18％, 0.10％, 0.05％, 0.02％, 또는 0.01％이다. CaO는 포함되지 않는 쪽이 바람직하므로, CaO의 함유량의 하한값은 0％이다. CaO는, 통상의 플럭스 재료에 불순물로서 0.20％ 이상 포함될 우려가 있으므로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 제조 시에는, CaO가 포함되지 않는 재료를 선정할 필요가 있다.
(철분의 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량: 0％ 이상 10.0％ 미만)
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 플럭스에 철분이 포함되어 있어도 된다. 철분은, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의 플럭스의 충전율 조정을 위해서 또는 용착 효율의 향상을 위하여 필요에 따라 함유시키는 경우가 있다. 그러나, 철분의 표층에 부착된 산소가, 용접 금속의 산소량을 증가시켜 인성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에서는, 철분의 함유량을 10.0％ 미만으로 할 필요가 있다. 철분의 함유량 바람직한 상한값은 8％, 6％, 4％, 2％, 또는 1％이다. 철분이 포함되지 않는 것이 바람직하므로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에서는, 철분의 함유량 하한값은 0％이다. 또한, 철분과 상술한 Fe 산화물은 상이한 것이다. 철분은, 주로 산화되지 않고 Fe로 구성되는 것이며, Fe 산화물은, 적철광, 갈철광, 및 자철광 등의, 주로 산화철로 구성되는 것이다. 양자는, EPMA 등의 공지된 성분 분석 장치를 사용하여 판별 가능하다.
본 실시 형태에 따른 플럭스는, 상술된 불화물, CaO를 제외한 산화물, CaO, 탄산염, 및 철분 이외의 성분을 포함해도 된다. 예를 들어, 후술되는 용착 금속의 화학 성분 및 Ceq를 제어하기 위한 합금 성분을, 플럭스 중에 불화물, 산화물, 또는 탄산염이 아닌 상태(예를 들어 금속분 또는 합금분의 상태)에서 함유시켜도 된다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의, 불화물, CaO를 제외한 산화물, CaO, 탄산염, 및 철분을 제외한 화학 성분에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 특별히 설명이 없는 한,「％」는, 「플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％」를 의미한다. 이하에 설명하는 화학 성분은, 강제 외피에 포함되어도 되고, 상술된 바와 같이 금속분 또는 합금분으로서 플럭스에 포함되어도 되고, 강제 외피의 외표면 도금에 포함되어도 된다. 불화물, CaO를 제외한 산화물, CaO, 및 탄산염은, 주로 용접 시에 슬래그로서 용접 금속 외부로 배출되고, 금속 또는 합금의 상태에서 포함되는 원소는, 주로 용접 금속 중에 용입된다. 이하의 설명에 있어서 「플럭스 코어드 와이어의, 불화물, CaO를 제외한 산화물, CaO, 탄산염, 및 철분을 제외한 화학 성분」을 단순히 「플럭스 코어드 와이어의 화학 성분」이라 칭하는 경우가 있다.
(C: 0.003 내지 0.200％)
플럭스 코어드 와이어 중의 C 함유량이 많을수록, 용접 금속 중의 C 함유량이 증가하고, 용접 금속의 강도가 높아진다. 그러나, C가 너무 많아지면, 탄화물이 용접 금속 중에 과잉으로 생성되어, 용접 금속의 인성이 열화되는 경우가 있다. 그래서, 용접 금속의 인성을 확보하기 위해서, C 함유량의 상한을 0.200％로 한다. 또한, 안정적으로 저온 인성을 확보하기 위해서는, C 함유량의 상한을, 0.100％, 0.090％, 0.08％, 또는 0.070％로 해도 된다. 와이어 중의 C 함유량은, 외피재를 제조할 때의 제강상의 제약으로부터, 0.003％ 미만으로 하는 것은 어려우므로, 이것을 하한으로 한다. 필요에 따라서, C 함유량의 하한을 0.010％, 0.020％, 0.030％, 0.040％, 0.050％, 또는 0.060％로 해도 된다.
(Si: 0.20 내지 1.50％)
Si는, 탈산 원소이며, 용접 금속 중의 산소량을 저감시켜 용접 금속의 청정도를 높여, 용접 금속의 인성을 향상시키는 작용을 갖는다. 이 효과를 얻기 위해서, Si 함유량의 하한을 0.20％로 할 필요가 있다. 단, 1.50％를 초과해서 Si를 함유시키면, 용접 금속의 인성을 열화시키는 경우가 있다. 따라서, 1.50％를 Si 함유량의 상한으로 한다. 용접 금속 중의 산소량을 충분히 저감시키기 위해서, Si 함유량의 하한을 0.25％, 0.30％ 또는 0.35％로 해도 된다. 용접 금속의 인성을 안정적으로 확보하기 위해서, Si 함유량의 상한을, 0.80％, 0.70％, 또는 0.60％로 해도 된다.
(Mn: 1.00 내지 3.50％)
Mn은, 용접 금속 중의 산소량을 저감시켜 용접 금속의 청정도를 높이고, 이에 의해 용접 금속의 인성을 향상시킨다. 그 효과를 확실하게 발휘하기 위해서는, Mn 함유량의 하한을 1.00％로 할 필요가 있다. 한편, 3.50％를 초과해서 Mn을 함유시키면, 용접 금속의 입계 취화 감수성이 증가하여, 용접 금속의 인성이 열화되는 경우가 있다. 따라서, 3.50％를 Mn 함유량의 상한으로 한다. 보다 안정적으로 용접 금속의 강도를 높이기 위해서는, Mn 함유량의 하한을 1.01％, 1.20％, 1.40％ 또는 1.60％로 해도 된다. 용접 금속의 인성을 더욱 향상시키기 위해서, Mn 함유량의 상한을 2.60％, 2.40％, 2.20％, 또는 2.00％로 해도 된다.
(Mg: 0.10％ 이하)
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 Mg 함유량은, 그 상한값이 0.10％이며, 적은 편이 바람직하다. 본 발명자들은, 플럭스 코어드 와이어 중의 Mg가, 가령 미량이어도, 용접 금속의 확산성 수소량을 증대시킨다는 것을 지견하였다.
본 발명자들이 상술한 지견을 얻은 실험에 대하여 이하에 설명한다. Mg 함유량이 서로 다른 다양한 플럭스 와이어를, 도 2의 그래프를 작성했을 때와 동일 조건의 용접에 제공하고, 도 2의 그래프를 작성했을 때와 동일한 방법으로 용접 금속의 확산성 수소량을 구하였다. 상술한 실험에 의해 얻어진, 플럭스 코어드 와이어의 Mg 함유량과 용접 금속의 확산성 수소량의 관계를 도 5의 그래프에 나타낸다. 이 그래프로부터, 플럭스 코어드 와이어의 Mg 함유량이 0.10％ 이하인 경우에, 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하로 저감됨을 알 수 있다. 이 실험 결과에 기초하여, 본 발명자들은, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분의 Mg 함유량은 0.10％ 이하로 될 필요가 있고, 0.08％ 이하, 0.07％ 이하, 0.05％, 0.03％ 이하, 또는 0.01％ 이하로 되는 것이 바람직하다고 지견하였다. 또한, TiO2 양이 적은 경우, Mg에 의한 확산성 수소량의 증대 효과가 현저해진다.
Mg는 필수 성분이 아니므로, 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분의 Mg 함유량의 하한값은 0％이다. 한편, Mg는, 용접 금속 중의 산소를 저감하고, 용접 금속의 인성을 향상시킬 효과를 갖는다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분의 Mg 함유량을 0.05％ 이상으로 해도 된다.
(P: 0.020％ 이하)
P는 불순물 원소이며, 용접 금속 중에 과대하게 존재하는 경우, 용접 금속의 인성 및 연성을 모두 저하시키는 경우가 있으므로, P 함유량은 최대한 저감하는 것이 바람직하다. 인성 및 연성에 대한 P의 악영향을 허용할 수 있는 범위 내로 하기 위해서, P 함유량을 0.020％ 이하로 한다. 용접 금속의 인성 및 연성의 저하를 확실하게 방지하기 위해서, P 함유량을 0.017％, 0.015％, 0.012％ 또는 0.010％ 이하로 하는 것이 바람직하다. P의 하한을 제한할 필요는 없다. P 함유량의 하한은, 0％로 해도 된다.
(S: 0.020％ 이하)
S도 불순물 원소이며, 용접 금속 중에 과대하게 존재하는 경우, 용접 금속의 인성을 열화시키는 경우가 있으므로, S 함유량은 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 인성에 대한 S의 악영향을 허용할 수 있는 범위 내로 하기 위해서, P 함유량을 0.020％ 이하로 한다. 용접 금속의 인성 열화를 확실하게 방지하기 위해서, S 함유량을 0.017％, 0.015％, 0.012％ 또는 0.010％ 이하로 하는 것이 바람직하다. S의 하한을 제한할 필요는 없다. S 함유량의 하한은, 0％로 해도 된다.
(Al: 0.001 내지 0.300％)
Al은 탈산 원소이며, Si와 마찬가지로, 용접 금속 중의 산소량을 저감시켜, 용접 금속의 청정도를 높이고, 용접 금속의 인성을 향상시킨다. 그 효과를 얻기 위해서, Al 함유량의 하한을 0.001％로 하는 것이 필요하다. 한편, 0.300％를 초과해서 Al을 함유시키면, Al이 질화물 및 산화물을 형성하고, 용접 금속의 인성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, 0.300％를 Al 함유량의 상한으로 한다. 또한, 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과를 충분히 얻기 위해서는, Al 함유량의 하한을 0.0015％, 0.002％, 0.003％ 또는 0.004％로 해도 된다. 조대 산화물의 생성을 억제하기 위해서, Al 함유량의 상한을, 0.275％, 0.250％, 또는 0.200％로 해도 된다.
(Ni: 0.50 내지 4.00％)
Ni는, 고용 인화(고용에 의해 인성을 높이는 작용)에 의해, 용접 금속의 조직 및 성분을 막론하고, 용접 금속의 인성을 향상시킬 수 있는 유일한 원소이다. 특히, 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도의 용접 금속의 인성을 높이기 위해서, Ni는 유효한 원소이다. 필요한 고용 인화 효과를 얻기 위해서는, Ni 함유량의 하한을 0.50％로 할 필요가 있다. Ni 함유량이 많을수록, 인성을 향상시키는 데 있어서 유리하다. 그러나, 함유량이 4.00％를 초과하면, 용접 금속 중에 섬 형상 마르텐사이트가 생성되어, 용접 금속의 인성이 열화되는 경우가 있다. 따라서, 4.00％를 Ni 함유량이 상한으로 한다. 확실하게 Ni의 인성 향상 효과를 얻기 위해서는, Ni 함유량의 하한을 0.80％, 1.00％, 1.50％, 2.00％ 또는 2.20％로 해도 된다. 또한, 용접 금속의 인성을 확보하기 위해서는, Ni 함유량의 상한을 3.30％, 3.10％, 2.90％ 또는 2.70％로 해도 된다.
(Mo: 0.10 내지 2.00％)
Mo는, 켄칭성 향상 원소이다. 또한 Mo는, 미세 탄화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 인장 강도를 높이는 원소이다. 또한, Mo는, 다층성 용접 시에, 용접 금속이 후속 패스에 의한 재가열을 받았을 때의 강도 저하를 억제하고, 인성의 열화도 억제하는 효과를 갖는다. 대형 구조물에서는 후판이 사용되므로, 이 경우, 용접은 다층성 용접에 의해 행해진다. 다층성 용접에서는, 후속의 용접 패스로부터, 그 전의 패스에 의해 형성된 용접 금속이 재가열을 받음으로써, 전의 패스에 의해 형성된 용접 금속에 연화가 발생한다. 피용접재(모재)가 780MPa급인 고강도 강인 경우, 용접 금속의 조직이 베이나이트 주체로 되므로, 그 연화의 정도가 커지고, 따라서 용접 금속의 강도를 안정적으로 확보하는 것이 어렵다. 또한, 그 재가열에 의해 용접 금속의 시멘타이트가 조대화되므로, 용접 금속의 인성도 열화된다. Mo는, 다층성 용접에 의해 재가열을 받을 때 용접 금속 내에서 미세 탄화물을 형성하고, 이에 의해 용접 금속의 강도 저하를 억제하고, 또한 시멘타이트의 조대화를 억제하여, 이에 의해 용접 금속의 인성 열화도 억제하는 효과를 갖는다.
이들 효과를 발휘하기 위해서는, Mo 함유량의 하한을 0.10％로 할 필요가 있다. 한편, 2.00％를 초과해서 Mo를 함유시키면, 석출물이 조대화하게 되어, 용접 금속의 인성이 열화되는 경우가 있으므로, Mo 함유량의 상한을 2.00％로 한다. 재가열에 의한 용접 금속의 강도 저하 및 인성 저하를 더욱 억제하기 위해서는, Mo 함유량의 하한을 0.20％, 0.30％ 또는 0.50％로 해도 된다. 또한, Mo가 과잉한 함유에 의한 용접 금속의 인성 열화를 방지하기 위해서, Mo의 상한을 0.90％, 0.80％, 또는 0.70％로 해도 된다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 합금 성분 또는 탈산 성분으로서, 또한, 용접하는 강판의 강도 레벨 또는 요구하는 용접 금속의 인성 정도에 따라서, Cu, Cr, V, Ti, Nb, B, 및 Bi의 1종 또는 2종 이상을 선택 원소로서 함유할 수 있다. 그러나, 선택 원소의 함유 유무에 관계없이, 플럭스 코어드 와이어 중의 필수 원소의 함유량이 상술한 규정 범위 내에 있으면, 그 플럭스 코어드 와이어는 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어라고 간주된다. 따라서, Cu, Cr, V, Ti, Nb, B 및 Bi의 함유량의 하한값은 0％이다.
(Cu: 0 내지 0.50％)
Cu는, 용접 금속의 강도와 인성을 향상시킬 수 있다. Cu 함유량의 하한은 0％로 하지만, 그들 효과를 충분히 얻기 위해서는, Cu 함유량의 하한을 0.10％로 해도 된다. 한편, Cu 함유량이 0.50％를 초과하면, 용접 금속의 인성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Cu를 플럭스 코어드 와이어에 함유시키는 경우의 Cu 함유량의 상한은 0.50％로 한다. Cu를 함유시키는 효과를 확실하게 얻음과 함께, 인성의 저하를 방지하기 위해서, Cu 함유량의 하한을 0.15％ 또는 0.20％로 해도 된다. 인성의 향상을 위해서, Cu 함유량의 상한을 0.40％ 또는 0.30％로 해도 된다.
또한, 플럭스 코어드 와이어의 강제 외피의 표면 도금에 포함되어도 되며, 및 플럭스에 단체 또는 합금으로서 포함되어도 된다. Cu 도금은, 방청성, 통전성 및 내칩 마모성을 향상시키는 효과도 갖는다. 따라서, 플럭스 코어드 와이어의 Cu의 함유량은, 강제 외피 및 플럭스 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 함유되어 있는 Cu의 양 외에, 플럭스 코어드 와이어 표면에 구리 도금되는 경우에는, 구리 도금 중에 함유되어 있는 Cu의 양도 포함한다.
(Cr: 0 내지 1.50％)
Cr은, 용접 금속의 켄칭성을 높이므로, 용접 금속의 고강도화에 유효한 원소이다. Cr 함유량의 하한은 0％로 하지만, 그 효과를 얻기 위해서는, Cr 함유량의 하한을 0.10％로 해도 된다. 한편, Cr은 1.50％를 초과해서 과잉으로 함유시키면, 용접 금속의 베이나이트 조직을 불균일하게 경화시켜, 인성을 열화시키는 경우가 있다. 따라서, Cr을 함유시키는 경우의 Cr 함유량의 상한은 1.50％로 한다. Cr에 의한 인성의 열화를 보다 억제하기 위해서, Cr의 상한을 1.00％, 0.75％, 0.50％, 또는 0.25％로 해도 된다.
(V: 0 내지 0.40％)
V는, 용접 금속의 켄칭성을 높이므로, 용접 금속의 고강도화에 유효한 원소이다. V 함유량의 하한은 0％로 하지만, 그 효과를 얻기 위해서는, V 함유량의 하한을 0.01％로 해도 된다. 한편, 0.40％를 초과해서 과잉으로 V를 함유시키면, 탄화물이 용접 금속 중에 석출됨으로써, 용접 금속의 경화 및 인성 열화가 발생하는 경우가 있다. 따라서, V를 함유시키는 경우의 V 함유량의 상한은 0.40％로 한다. V의 함유에 의한 효과를 확실하게 얻음과 함께 , V가 과잉한 함유에 의한 인성 열화를 방지하기 위해서, V 함유량의 상한을 0.30％, 0.20％, 0.10％, 또는 0.05％로 해도 된다.
(Ti: 0 내지 0.30％)
Ti도, Al과 마찬가지로, 탈산 원소로서 유효한 원소이며, 용접 금속 중의 산소량을 저감시키는 효과를 갖는다. 또한, Ti는, 용접 금속의 고용 N을 고정하고, 고용 N의 인성에 대한 악영향을 완화하는 효과도 갖는다. Ti 함유량의 하한은 0％로 하지만, 이들 효과를 발휘시키기 위해서는, Ti 함유량의 하한을 0.01％로 해도 된다. 단, 플럭스 코어드 와이어 중의 Ti 함유량이 0.30％를 초과해서 과잉이 되면, 조대한 산화물의 형성에 기인한 인성 열화, 및 과도한 석출 강화에 의한 인성 열화가 용접 금속에 발생하는 가능성이 커진다. 이로 인해, Ti를 함유시키는 경우의 Ti 함유량의 상한은 0.30％로 한다. Ti의 함유에 의한 효과를 확실하게 얻기 위해서, Ti 함유량의 하한을 0.015％, 0.02％, 또는 0.04％로 해도 된다. 또한, Ti에 의한 인성 열화를 보다 억제하기 위해서 Ti의 상한을 0.20％, 0.10％ 또는 0.05％로 해도 된다.
(Nb: 0 내지 0.10％)
Nb는, 용접 금속 중에서 미세 탄화물을 형성하므로, 석출 강화에 의한 용접 금속의 인장 강도 확보를 위해서 유효한 원소이다. Nb 함유량의 하한은 0％로 하지만, 이들 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량의 하한을 0.01％로 해도 된다. 한편, 0.10％를 초과해서 Nb를 함유시키는 것은, 용접 금속 중에 과잉으로 함유된 Nb가 조대한 석출물을 형성하여 용접 금속의 인성을 열화시키는 경우가 있으므로, 바람직하지 않다. 이로 인해, Nb를 함유시키는 경우의 Nb 함유량의 상한은 0.10％로 한다. Nb의 함유에 의한 효과를 확실하게 얻기 위해서, Nb 함유량의 하한을 0.015％ 또는 0.02％로 해도 된다. 또한, Nb에 의한 인성 열화를 보다 억제하기 위해서는 Nb의 상한을 0.05％, 0.04％ 또는 0.03％로 해도 된다.
(B: 0 내지 0.0100％)
용접 금속 중에 적정량 함유되는 B는, 고용 N과 결부되어 BN을 형성하고, 인성에 대한 고용 N의 악영향을 줄인다. 또한, B는, 용접 금속의 켄칭성을 높여 강도 향상에 기여하는 효과도 갖는다. B 함유량의 하한은 0％로 하지만, 이들 효과를 얻기 위해서는, 플럭스 코어드 와이어 중의 B 함유량 하한을 0.0001％로 해도 된다. 한편, B의 함유량이 0.0100％ 초과가 되는 것은, 용접 금속 중의 B가 과잉이 되어, 조대한 BN 및 Fe23(C, B)6 등의 B 화합물이 형성되고, 인성을 반대로 열화시킬 가능성이 높아지므로, 바람직하지 않다. 그래서, B를 함유시키는 경우의 B 함유량의 상한은 0.0100％로 한다. B의 함유에 의한 효과를 확실하게 얻기 위해서, B 함유량의 하한을 0.0003％ 또는 0.0010％로 해도 된다. 또한, B에 의한 인성 열화를 보다 억제하기 위해서는 B의 상한을 0.0080％, 0.0060％ 또는 0.0040％로 해도 된다.
(Bi: 0 내지 0.0100％)
Bi는 필수 성분이 아니므로, 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분의 Bi 함유량의 하한값은 0％이다. 한편, Bi는, 슬래그의 박리성을 개선하는 원소이다. 이로 인해, 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분의 Bi 함유량을 0.0010％ 이상으로 해도 된다. 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분의 Bi 함유량이 0.0100％를 초과하는 경우, 용접 금속에 응고 균열이 발생하기 쉬워지므로, 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분의 Bi 함유량의 상한값은 0.0100％이다. 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분의 Bi 함유량의 상한값은, 바람직하게는 0.0080％이다.
본 발명에서는, 상기 성분 외에도, 추가로, 용접 금속의 연성 및 인성을 조정할 목적으로, 필요에 따라서, Ca 및 REM 중 1종 또는 2종을, 이하의 범위 내에서 플럭스 코어드 와이어 중에 함유시킬 수 있다. 그러나, Ca 및 REM의 함유의 유무에 관계없이, 플럭스 코어드 와이어 중의 필수 원소의 함유량이 상술한 규정 범위 내에 있으면, 그 플럭스 코어드 와이어는 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어라고 간주된다. 따라서, Ca 및 REM의 함유량의 하한값은 0％이다.
(Ca: 0 내지 0.50％)
(REM: 0 내지 0.0100％)
Ca 및 REM은, 모두 황화물의 구조를 변화시키고, 용접 금속 중에서의 황화물 및 산화물의 사이즈를 미세화하여, 용접 금속의 인성 향상에 기여한다. Ca 함유량 및 REM 함유량의 하한은 0％로 하지만, 그 효과를 얻기 위해서, Ca 함유량의 하한값을 0.01％로 해도 되고, REM 함유량의 하한값을 0.0002％로 해도 된다. 한편, Ca 및 REM의 적어도 한쪽을 과잉으로 함유하면, 황화물 및 산화물의 조대화를 발생시켜, 용접 금속의 인성 열화를 초래한다. 또한, Ca 및 REM의 적어도 한쪽을 과잉으로 함유하면, 용접 비드 형상의 열화 및 용접성의 열화 가능성도 발생한다. 따라서, Ca 및 REM의 적어도 한쪽을 함유시키는 경우, Ca 함유량의 상한값을 0.50％, REM 함유량의 상한값을 0.0100％로 한다. 이들 원소의 함유에 의한 효과를 확실하게 얻기 위해서, Ca 함유량의 하한을 0.03％로 해도 되고, REM 함유량의 하한을 0.0003％로 해도 된다. 용접 금속의 인성 열화 방지의 관점에서, Ca의 상한을 0.45％, 0.40％, 0.35％, 또는 0.30％로 해도 되고, REM의 상한을 0.0090％, 0.0080％, 0.0070％, 또는 0.0060％로 해도 된다.
(Ceq: 0.45 내지 1.20질량％)
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에서는, 합금 성분 또는 탈산 성분으로서 이상과 같이 각 원소를 함유한다. 또한, 용접 금속의 인장 강도를 확보하기 위해서, 하기 식으로 정의되는, 일본 용접 협회(WES)에서 정해진 탄소 당량 Ceq가 0.45 내지 1.20질량％로 되도록, C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량을 추가로 제어할 필요가 있다.
Ceq=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14
상술한 식에 있어서, 괄호로 묶은 원소 기호는, 플럭스 코어드 와이어의, 불화물, CaO를 제외한 산화물, CaO, 탄산염, 및 철분을 제외한 화학 성분에 포함되는 각 원소 기호에 대응하는 원소의, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 단위 질량％로 나타낸 함유량이다. 즉, 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분으로부터 산출되는 Ceq(플럭스 코어드 와이어의 Ceq)는, 불화물, CaO를 제외한 산화물, CaO, 또는 탄산염의 상태에서 플럭스 코어드 와이어에 포함되어 있는 원소의 함유량을 고려하지 않고 산출된다. 불화물, CaO를 제외한 산화물, CaO, 또는 탄산염의 상태에서 플럭스 코어드 와이어에 포함되어 있는 원소의 대부분은, 용접 시에 슬래그로서 용접 금속의 외부로 배출되므로, 용접 금속의 켄칭성에 실질적으로 영향을 미치지 않는다.
플럭스 코어드 와이어의 Ceq의 값이 높은 경우, 용접 금속이 경화되므로 용접 금속의 인장 강도가 향상되지만, 한편으로 용접 금속의 인성이 저하된다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 목적의 하나는, 690MPa 이상의 인장 강도를 갖는 용접 금속을 얻는 것이지만, 이 Ceq의 값이 0.45％ 미만인 경우, 690MPa 이상의 인장 강도를 갖는 용접 금속이 얻어지지 않는다. 한편, Ceq의 값이 1.20％를 초과하면, 용접 금속의 인장 강도가 과잉으로 되어, 용접 금속의 인성이 저하된다. 그 때문에, Ceq의 범위는, 0.45 내지 1.20％로 한다. 인장 강도와 인성의 양쪽을, 더욱 효과적으로 향상시키기 위해서, Ceq의 하한을 0.48％, 0.50％, 0.52％, 0.55％, 0.58％, 또는 0.61％로 해도 되고, Ceq의 상한을 1.15％, 1.10％, 1.05％, 1.00％, 0.95％, 0.90％, 0.85％, 또는 0.80％로 해도 된다.
또한 본 발명자들은, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분은, 이하의 식을 만족하는 것이 바람직하다는 취지를 지견하였다.
([Mg]+10×[Al])≤0.45
[Mg] 및 [Al]은, 플럭스 코어드 와이어의 불화물, CaO를 제외한 산화물 및 탄산염을 제외한 화학 성분에 포함되는 Mg 및 Al의, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 함유량을 단위 질량％로 나타내는 것이다. 본 발명자들은, 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분에 포함되는 Mg 및 Al의 양과, 용접 금속 중의 확산성 수소량의 사이에 관계가 있고, 특히, 용접 분위기가 고온 다습인 경우에 「[Mg]+10×[Al]」의 제어가 확산성 수소량의 저감에 공헌한다는 것을 지견하였다. 또한 본 발명자들은, Mg 함유량 및 Al 함유량이 서로 다른 다양한 플럭스 코어드 와이어로부터 얻어지는 용접 금속의 확산성 수소량을 다중 회귀 분석함으로써, 「[Mg]+10×[Al]」과 확산성 수소량의 사이에, 도 6에 도시한 양호한 선형 관계가 있다는 것을 알아내었다.
본 발명자들이 상술한 지견을 얻은 실험에 대하여 이하에 설명한다. 상술한 「[Mg]+10×[Al]」이 서로 다른 다양한 플럭스 와이어를, 이하의 조건의 용접에 제공하고, 도 2의 그래프를 작성했을 때와 동일한 방법으로, 이 용접에 의해 얻어진 용접 금속의 확산성 수소량을 측정하였다.
용접 가스종: 100％ CO2
용접 전류: 270A
용접 환경 온도: 30℃
용접 환경 습도: 80％
상술한 용접 환경은, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어가 속하는 기술 분야에 있어서, 소위 고온 다습 환경이라고 간주된다. 상술한 실험에 의해 얻어진, 「[Mg]+10×[Al]」과 용접 금속의 확산성 수소량의 관계를 도 6의 그래프에 나타낸다. 이 그래프로부터, 「[Mg]+10×[Al]」이 0.45％ 이하인 경우에, 용접 환경이 고온 다습 환경이어도, 확산성 수소량이 더 저감됨을 알 수 있다. 이 실험 결과에 기초하여, 본 발명자들은, 본 실시 형태에 따른 와이어의 화학 성분이, 「[Mg]+10×[Al]」이 0.45％ 이하로 되도록 제어되는 것이 바람직하고, 0.40％ 이하, 0.38％ 또는 0.35％ 이하로 되는 것이 더욱 바람직한 취지를 지견하였다. 고온 다습 환경에서 용접을 행한 경우, 용접 금속의 확산성 수소량이 높아지기 쉬우므로, 이 특징은, 고온 다습 환경에서의 용접성의 개선이라는 현저한 효과를 발휘한다. 단, 「[Mg]+10×[Al]」이 0.45％를 상회하고 있어도, Mg 함유량 및 Al 함유량이 상술된 수치 범위 내인 한, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 특성은 손상되지 않는다.
이상이 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분에 포함되는 각 원소의 함유량에 관한 한정 이유이지만, 그 밖의 잔부 성분은 Fe와 불순물이다. Fe 성분으로서는, 강제 외피의 Fe, 플럭스 중에 첨가된 철분 및 합금 성분 중의 Fe가 포함된다.
계속해서, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 형상에 대하여 설명한다.
도 7a 내지 도 7c에, 플럭스 코어드 와이어의 절단면을 나타낸다. 도 7a에, 에지면을 맞대어 용접해서 만든 플럭스 코어드 와이어, 도 7b에, 에지면을 맞대어 만든 플럭스 코어드 와이어, 및 도 7c에, 에지면을 코오킹해서 만든 플럭스 코어드 와이어를 나타낸다. 이와 같이, 플럭스 코어드 와이어에는, 도 7a에 도시한 바와 같이 강제 외피에 슬릿형 간극이 없는 와이어와, 도 7b, 도 7c에 도시한 바와 같이 강제 외피가 슬릿형 간극(6)을 갖는 와이어로 대별할 수 있다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에서는, 어느 쪽의 단면 구조도 채용할 수 있다. 그러나, 용접 금속의 저온 균열을 억제하기 위해서는, 슬릿형 간극이 없는 와이어(심리스 와이어)로 하는 것이 바람직하다.
용접 시에 용접부에 침입하는 수소는, 용접 금속 내 및 피용접재(모재)측으로 확산하여, 응력 집중부에 집적되어 저온 균열의 발생 원인이 된다. 수소의 공급원은, 용접 재료가 보유하는 수분, 대기로부터 혼입되는 수분, 및 강 표면에 부착된 녹 및 스케일 등이라고 생각된다. 용접부의 청정성 및 가스 실드의 조건 등이 충분히 관리된 용접하에서는, 와이어 중에 포함되는 수분의 수소가, 용접 조인트의 확산성 수소의 주된 공급원이 된다.
이로 인해, 강제 외피의 슬릿형 간극을 제거하고, 플럭스 코어드 와이어의 제조 후로부터 플럭스 코어드 와이어의 사용까지의 동안에, 강제 외피로부터 플럭스에 대한 대기 중의 수소 침입을 억제하는 것이 바람직하다. 강제 외피가 슬릿형 간극(심)을 갖는 경우는, 대기 중의 수분이 강제 외피의 슬릿형 간극으로부터 플럭스 중에 침입하기 쉬우므로, 수분 등의 수소원의 플럭스 코어드 와이어 중으로의 침입을 충분히 방지할 수 없다. 플럭스 코어드 와이어의 제조 후로부터 플럭스 코어드 와이어의 사용까지의 기간이 긴 경우에는, 플럭스 코어드 와이어 전체를 진공 포장, 플럭스 코어드 와이어 전체를 건조한 상태로 유지할 수 있는 용기 내에서 보존하거나, 또는 경납땜 등의 방법으로 플럭스 코어드 와이어의 강제 외피의 간극을 매립하는 등의 수소원 침입 방지책을 취하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 직경은, 특별히 규정되지 않지만, 예를 들어 φ1.0 내지 φ2.0㎜이다. 일반적인 플럭스 코어드 와이어의 직경은 φ1.2 내지 φ1.6㎜이다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 충전율은, 상술된 조건이 만족되는 한, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 일반적인 충전율의 하한값은, 10％, 또는 12％이다. 예를 들어, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 일반적인 충전율의 상한값은 20％, 또는 17％이다.
또한, 와이어의 송급성을 좋게 하기 위해서, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 표면에 도포된 윤활유를 더 구비해도 된다. 용접 와이어용 윤활제로서는, 여러 종류의 것을 사용할 수 있지만, 확산성 수소를 저감시켜 용접 금속의 저온 균열을 방지하기 위해서, 와이어 표면에 도포되는 윤활유는, 퍼플루오로폴리에테르(PFPE)와 같이 수소분을 포함하지 않는 오일이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 표면에 형성된 도금을 더 구비해도 된다. 이 경우, 윤활제는 도금의 표면에 도포된다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에 포함되는 수소량은 특별히 규정되지 않는다. 플럭스 코어드 와이어 중의 수소량은, 제조에서 사용까지의 사이에 변동되기 때문이다. 그러나, 제조 직후의 단계에서, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대하여 12ppm 이하인 것이 바람직하다. 플럭스 코어드 와이어 중의 수소량은, 플럭스 코어드 와이어의 보관 동안에, 플럭스 코어드 와이어 내에 수분이 침입함으로써 증대될 우려가 있다. 따라서, 와이어 제조에서 와이어 사용까지의 기간이 긴 경우에는, 상술한 수단에 의해 수분의 침입을 방지하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 통상의 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 이하에, 제조 방법의 일례를 설명한다.
심리스 형상을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은, 플럭스를 조제하는 공정과, 강대를 길이 방향으로 이송하면서 성형 롤에 의해 성형하여 U자형의 오픈관을 얻는 공정과, 오픈관의 개구부를 통과하여 오픈관 내에 플럭스를 공급하는 공정과, 오픈관의 개구부의 서로 마주보는 에지면을 맞대기 용접하는 공정과, 심리스관을 신선하는 공정과, 신선하는 공정의 도중 또는 신선하는 공정의 완료 후에 플럭스 코어드 와이어를 어닐링 처리하는 공정을 구비한다. 플럭스는, 플럭스 코어드 와이어의 불화 물량, 화학 성분, CaO를 제외한 산화물량, CaO양 및 탄산염량 등이 상술된 소정의 범위 내로 되도록 조제된다. 또한, 강제 외피의 재료인 강대의 폭 및 두께, 및 플럭스의 충전량 등에 의해 결정되는 플럭스의 충전율도, 플럭스 코어드 와이어의 불화물량, CaO를 제외한 산화물량, CaO양, 탄산염량 및 화학 성분 등에 영향을 미치는 것에 유의할 필요가 있다. 맞대기 용접은, 전봉 용접, 레이저 용접, 또는 TIG 용접 등에 의해 행해진다. 또한, 신선 공정의 도중 또는 신선 공정의 완료 후에, 플럭스 코어드 와이어 중의 수분을 제거하기 위해서, 플럭스 코어드 와이어는 어닐링된다. 플럭스 코어드 와이어의 수소 함유량을 12ppm 이하로 하는 경우, 어닐링 온도를 650 내지 900℃로 하고, 어닐링 시간을 4시간 이상으로 하는 것이 필요하다.
슬릿형 간극을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은, 오픈관의 단부를 맞대기 용접해서 심리스관을 얻는 공정 대신에 오픈관을 성형하여 오픈관의 단부를 맞대어 슬릿형 간극이 있는 관을 얻는 공정을 갖는 점 이외에는, 심리스 형상을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법과 동일하다. 슬릿형 간극을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은, 맞대어진 오픈관의 단부를 코오킹하는 공정을 더 구비해도 된다. 슬릿형 간극을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에서는, 슬릿형 간극이 있는 관을 신선한다.
맞대기 심 용접되어 만든 슬릿형 간극이 없는 와이어를 절단한 단면은, 도 7a와 같이 보인다. 이 단면에서는, 연마 및 에칭되지 않는 한 용접흔은 관찰되지 않는다. 그 때문에, 강제 외피가 맞대기 심 용접된 와이어는, 상기와 같이 심리스라 불리는 경우가 있다. 예를 들어, 용접 학회 편 「신판 용접·접합 기술 입문」(2008년) 산보 출판, p.111에는, 이와 같은 와이어는 심리스 타입의 와이어라 기재되어 있다.
도 7b에, 에지면이 맞대어진 후에 용접되지 않은 플럭스 코어드 와이어의 예를 나타내고, 도 7c에, 에지면이 맞대어진 후에 코오킹한 예를 나타낸다. 도 7b 및 도 7c의 플럭스 코어드 와이어의 강제 외피의 간극을 경납땜하여도, 슬릿형 간극이 없는 플럭스 코어드 와이어가 얻어진다.
이상 설명한 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 가스 실드 아크 용접했을 때의 용착 금속 인장 강도는, 780MPa 이상의 인장 강도를 갖는 고장력 강과 거의 동등 레벨인 690 내지 1500MPa이다. 용착 금속의 인장 강도가 690MPa 미만이면, 용접 조인트의 강도가 780MPa를 확보할 수 없기 때문이다. 환언하면, 용착 금속의 인장 강도가 690MPa 이상 있으면, 용접 조인트의 강도가 780MPa를 확보할 수 있기 때문이다. 또한, 필요에 따라서, 용착 금속의 인장 강도 하한을, 780MPa로 해도 된다. 용착 금속의 인장 강도가 1500MPa 이상이면 용착 금속의 인성이 열화되기 쉬워진다. 용착 금속의 인장 강도 상한은, 1100MPa, 1050MPa, 1000MPa, 950MPa, 또는 900MPa로 제한해도 된다.
여기서, 용착 금속(Deposited Metal)은, 용가재(플럭스 코어드 와이어)로부터 용접부로 이행한 금속을 나타내고 있다. 용착 금속의 인장 강도는, 일본 공업 규격 JIS Z3111-2005로 규정된 용착 금속의 인장 시험을 행하여 구할 수 있다. 또한, 용착 금속의 -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지(3개의 평균값)를, 47J 이상으로 해도 된다.
이상 설명한 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어는, 모든 종류의 강재 용접에 대해서 적용 가능하며, 특히, 780MPa 이상의 인장 강도를 갖는 고강도 강판의 가스 실드 아크 용접에 사용하는데도 적합하다. 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 용접함으로써, 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하인 용접 금속이 얻어지고, 용접 금속의 저온 균열의 발생이 억제된다. 저온 균열 감수성이 높은 고탄소 강재를 아크 용접하는 경우에도, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 예열 작업이 생략 또는 예열 작업 시의 예열 온도가 저하되어 있어도, 저온 균열을 방지할 수 있다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서의 확산성 수소량은, JIS Z 3118: 2007 「강 용접부의 수소량 측정 방법」에 준거하는 방법으로 측정된 확산성 수소량이다. 또한, 강재의 Pcm(％)는, 이하의 식에 의해 계산된 값을 의미한다.
Pcm=(C)+(Si)/30+(Mn)/20+(Cu)/20+(Ni)/60+(Cr)/20+(Mo)/15+(V)/10+5×(B)
또한, 상기 식에 포함되는, 괄호로 묶은 각 원소는, 강재에 포함되는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다. 강재 중에 함유되지 않는 원소의 함유량은 0질량％라 간주된다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 용접 조인트의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(용접 조인트의 제조 방법: 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어를 사용함)
본 실시 형태에 따른 용접 조인트의 제조 방법은, 상술된 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 강재를, 가스 실드 아크 용접하는 공정을 구비한다. 피용접재인 모재는, 특별히 한정되지 않지만, 주로 인장 강도 780MPa 이상의 강재이다. 용접 금속의 인장 강도보다 높은 인장 강도의 강재에 용접을 행하는 것은 방해되지 않으므로, 강재의 인장 강도 상한을 특별히 제한할 필요는 없다. 그러나, 강재의 인장 강도 상한을, 1100MPa, 1050MPa, 1000MPa, 940MPa 또는 900MPa로 제한해도 된다. 강재의 판 두께는, 특별히 한정되지 않지만, 일반적인 강재의 판 두께는, 3 내지 100㎜이므로, 이 판 두께로 한정해도 지장은 없다.
예를 들어, 이 고강도 강인 모재 2장을, 사이에 개선을 형성하도록 용접 위치에 세트하고, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 가스 실드 아크 용접을 행하여, 모재 간에 용접 금속을 생성시킴으로써 용접 금속과 그 양측의 모재 강판으로 이루어지는 용접 조인트가 형성된다.
본 실시 형태에 따른 용접 조인트의 제조 방법에서는, 상기 모재에 대해서, 상기한 조건에 적합한 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 가스 실드 아크 용접에 의한 다층성 용접을 행하여, 용접 금속을 형성함으로써, 목적을 달성할 수 있다. 가스 실드 아크 용접의 방법은, 특별히 한정되지 않고 통상 이용되는 방법을 채용할 수 있다. 예를 들어, 실드 가스로서는, 100％ CO2 가스 외에, Ar 가스와 3 내지 20vol％ CO2 가스의 혼합 가스 등을 사용할 수 있다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 100vol％ CO2 가스와 조합하여 사용해도, 스패터 양을 증가시키지 않는다. 또한, 본 실시 형태에 따른 용접 조인트의 제조 방법에서는, 전류, 및 전압 등의 용접 조건도 통상 사용되고 있는 조건으로 할 수 있다.
또한, 강재가, 판 두께가 12㎜ 이하이고 Pcm이 0.36％ 이하인 강판, 판 두께가 12㎜ 초과 25㎜ 이하이고 Pcm이 0.33％ 이하인 강판, 판 두께가 25㎜ 초과 40㎜ 이하이고 Pcm이 0.31％ 이하인 강판, 및 판 두께가 40㎜ 초과 100㎜ 이하이고 Pcm이 0.29％ 이하인 강판으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이며, 강재를 가스 실드 아크 용접할 때, 강재의 온도가 5℃ 미만인 경우, 강재 온도를 5℃ 이상으로 예열 후에 가스 실드 아크 용접을 행하는 것이 바람직하다. 강재의 종류 및 용접 시의 강재 온도가 상술한 범위 내에서, 예열을 행하지 않고 용접했다고 해도, 저온 균열이 반드시 발생하는 것은 아니다. 용접 후에 X선이나 UST 등의 비파괴 검사를 행하여, 용접 조인트에 균열 등이 있는 경우에는, 균열된 부분을 보수 용접하면 된다. 또한, 강재의 종류가 상술한 범위 내이지만, 용접 시의 강재의 온도가 5℃ 이상인 경우, 예열을 생략해도, 저온 균열을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어를 사용함으로써 용접 보수를 포함한 용접 시공의 비용을 대폭 저감할 수 있어, 용접 시공 시간을 대폭 단축할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 용접 조인트에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 따른 용접 조인트는, 상술된 본 실시 형태에 따른 용접 방법에 의해 얻어진다. 본 실시 형태에 따른 용접 조인트는, Ceq, 산소량 및 슬래그 형성제의 양이 바람직하게 제어된 본 실시 형태에 따른 용접 와이어를 사용하여 제조되므로, 고강도 및 고인성을 갖고, 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하이며, 또한 양호한 비드 형상을 갖는 용접 금속을 구비한다. 용접 조인트의 형상은, 용도 등에 따라서 결정되며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태에 따른 용접 조인트는, 통상의 맞대기 조인트, 모서리 조인트, T 조인트 등, 개선을 형성하는 용접 조인트로 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 용접 조인트의 제조 방법에 있어서 용접되는 강판의 형상도, 적어도 용접 조인트를 형성하는 부분이 판형이면 되고, 전체가 판이 아니어도 되며, 예를 들어 형강 등도 포함하는 것이다. 또한, 본 실시 형태에 따른 용접 조인트는, 복수의 강판으로 구성되는 것으로 한정되지 않고, 1매의 강판을 관형 등의 소정의 형상으로 성형하였지만 맞대기 용접 조인트여도 된다.
본 발명의 다른 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피와, 상기 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스를 구비하고, 상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, JIS Z 3118에 규정된 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접함으로써 얻어지는 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하이고, 상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 와이어 극성이 플러스, 전류값이 270A, 전압값이 29 내지 32V, 용접 속도 30㎝/min, 실드 가스종이 CO2 100％ 가스, 및 실드 가스 유량이 25L/min인 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접을 행했을 때 발생하는 스패터의 용접 시간당 중량이, 5.0g/min 이하이다. 본 발명의 다른 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피와, 상기 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스를 구비하고, 상기 플럭스 코어드 와이어는, 상기 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％이고, Ti 산화물의 함유량이 질량％로 0.10 내지 2.50％이며, Ni:0.5 내지 4.00％를 포함하고, 상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, JIS Z 3118에 규정된 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접함으로써 얻어지는 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하이고, 상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 와이어 극성이 플러스, 전류값이 270A, 전압값이 29 내지 32V, 용접 속도가 30㎝/min, 실드 가스종이 CO2 100％ 가스, 및 실드 가스 유량이 25L/min인 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접을 행했을 때 발생하는 스패터의 용접 시간당 중량이 5.0g/min 이하이다. 와이어의 극성은, 용접 금속의 확산성 수소량 및 스패터 발생량에 미치는 영향을 무시할 수 있을 정도로 작으므로, 플러스 및 마이너스 중 어느 것이어도 되지만, 플러스인 것이 바람직하다. 예를 들어, 와이어측이 플러스, 자세가 하향이고, 전류값이 270A, 전압값이 30V, 용접 속도가 30㎝/min, 실드 가스종이 100％ CO2 가스 및 실드 가스 유량이 25l/min인 조건에서, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 직류 가스 실드 아크 용접을 행한 경우, 용접 금속의 확산성 수소량을 확실하게 1.0ml/100g 이하로 할 수 있다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 내저온 균열성이 우수한 용접부를 얻을 수 있어, 용접 중의 스패터 발생량을 대폭 저감시킬 수 있다. 특히 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에 의하면, 780MPa 이상의 고강도 강을 용접할 때여도, 저온 균열을 방지하기 위한 예열 작업을 생략 또는 예열 작업 시의 예열 온도를 저하시킬 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 플럭스 코어드 와이어에 의하면, 실드 가스가 100％ CO2 가스여도, 스패터의 발생량을 저감할 수 있다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
플럭스를 조제하는 공정과, 강대를 길이 방향으로 이송하면서 성형 롤에 의해 성형해서 U자형의 오픈관을 얻는 공정과, 오픈관의 개구부를 통과하여 오픈관 내에 플럭스를 공급하는 공정과, 오픈관의 개구부의 서로 마주보는 에지면을 맞대기 용접하는 공정과, 심리스관을 신선하는 공정과, 신선하는 공정의 도중 또는 신선하는 공정의 완료 후에 플럭스 코어드 와이어를 어닐링 온도 650 내지 900℃ 및 어닐링 시간 4시간 이상으로 어닐링 처리하는 공정을 구비하는 제조 방법에 의해, 와이어 직경이 φ1.2㎜인 심리스 형상을 갖는 플럭스 코어드 와이어를 작성하였다. 또한, 오픈관의 단부를 맞대기 용접해서 심리스관을 얻는 공정 대신에 오픈관을 성형하여 오픈관의 단부를 맞대어 슬릿형 간극이 있는 관을 얻는 공정을 갖는 점 이외에는, 심리스 형상을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법과 동일한 제조 방법에 의해, 슬릿형 간극을 갖는, 와이어 직경이 φ1.2㎜인 플럭스 코어드 와이어를 작성하였다. 또한, 일부는, 슬릿형 간극을 용접하지 않는 슬릿형 간극이 있는 관으로 하고, 그것을 신선함으로써, 와이어 직경이 φ1.2㎜인 플럭스 코어드 와이어를 시험 제작하였다. 시험 제작한 플럭스 코어드 와이어의 슬래그 성분의 조성을 표 1A 내지 표 2B에 나타내고, 합금 성분의 조성을 표 3A 내지 표 4B에 나타낸다. 단, 와이어 전체의 잔부는 Fe 및 불순물이다. 또한, 표 1A 내지 4B의 비교예에 있어서의 밑줄이 그어진 수치는, 본 발명의 범위 외이다. 또한, 표에 기재된 「불화물」 「산화물」 「탄산염」 「CaO」 「철분」 「불화물, 산화물, CaO, 탄산염, 및 철분을 제외한 화학 성분」의 단위는, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％이다. 「F 환산값 합계」 「X값」 「산화물 합계」 「α/β」 「Ceq」는, 상술한 값에 기초하여 산출된 것이다.
또한, Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Mg 산화물, 및 Al 산화물은, 각각 TiO2, SiO2, ZrO2, MgO, 및 Al2O3을 사용하였다. 표 1A 내지 표 2B에 있어서, 「탄산염」이란, MgCO3, Na2CO3, LiCO3, CaCO3, K2CO3, BaCO3, FeCO3, 및 MnCO3으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이다.
[표 1A]
Figure pct00001
[표 1B]
Figure pct00002
[표 2A]
Figure pct00003
[표 2B]
Figure pct00004
[표 3A]
Figure pct00005
[표 3B]
Figure pct00006
[표 4A]
Figure pct00007
[표 4B]
Figure pct00008
이 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 판 두께가 20㎜인 JIS G3106의 SM490A를 모재로 하고, 루트 갭 16㎜, 개선 각도 20°로 맞대기 하고, 동 강판의 받침쇠를 사용하여, 100％ CO2 가스(용접 가스 유량: 25L/min), 용접 전류 270A, 용접 전압 30V, 용접 속도 30㎝/min의 용접 조건에서 용접을 실시하였다. 모재의 개선면 및 받침쇠의 표면에는, 시험을 행하는 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 2층 이상, 또한 보강 높이 3㎜ 이상의 버터링을 실시하였다. 모든 용접에 있어서, 용접 전류는 직류로 하고, 와이어 극성을 플러스로 하였다.
또한, 플럭스 코어드 와이어 33, 42, 75, 및 84에는, PFPE 오일을 도포하였지만, 그 밖의 플럭스 코어드 와이어에는 PFPE를 도포하지 않았다. 플럭스 코어드 와이어 14, 29, 76 및 95의 평가에서는, 상기한 용접 조건에서, 실드 가스로서 20％ CO2와 80％ Ar의 혼합 가스를 사용하고, 그 밖의 플럭스 코어드 와이어의 평가에서는, 실드 가스로서 100％ CO2 가스를 사용하였다. 플럭스 코어드 와이어 24, 32, 73, 81은, 외피를 코오킹해서 와이어를 조관(造管)한 슬릿형 간극을 갖는 플럭스 코어드 와이어이며, 그 밖의 플럭스 코어드 와이어는 슬릿형 간극이 용접된 심리스 와이어였다.
얻어진 용접 금속으로부터, JIS Z3111-2005(용착 금속의 인장 및 충격 시험 방법)에 준거한 A1호 인장 시험편(환봉)(직경=12.5㎜)(5)과 샤르피 시험편(V 노치 시험편)(4)를 채취하였다. 도 8은, 시험편의 채취 위치를 나타내는 도면이며, 강판(1)에 받침쇠(2)를 배치하여 용접하고, 용접 비드(3)를 형성하고, 2㎜V 노치 샤르피 충격 시험편(4) 및 환봉 인장 시험편(5)을 채취하였다. 이들 시험편을 사용하여, 기계 특성 시험을 행하고, 용착 금속의 인장 강도 및 샤르피 흡수 에너지를 측정하였다. 또한, 개선부 및 받침쇠의 표면에는 버터링이 실시되었다. 얻어진 기계 특성의 결과를 표 5 및 표 6에 나타낸다. 인장 강도가 710MPa 이상 또한 샤르피 흡수 에너지가 55J 이상인 용접 금속이 얻어지는 플럭스 코어드 와이어를, 기계 특성 평가에 관하여 합격으로 하였다. 또한, 샤르피 충격 시험 시의 시험 조건은 이하와 같다.
시험편 형상: 4호 샤르피 시험편(2㎜V 노치)
시험 온도: -40℃
또한, 100％ CO2 가스(용접 가스 유량: 25L/min), 용접 자세가 하향이고, 용접 전류 270A, 용접 전압 30V, 용접 속도 30㎝/min의 용접 조건에서, 내저온 균열 시험과 확산성 수소량 측정 시험을 행하였다. 내저온 균열 시험은, 표 7에 나타내는 용접 구조용 고장력 강판의 판 두께 50㎜인 강판을 사용하여 JIS Z3158(y형 용접 균열 시험 방법 1993년)에서, 판 두께 25㎜의 동 강판을 사용하고 JIS Z 3157(U형 용접 용접 균열 시험)에 준거하여, 온도 5℃-습도 60％의 일정 분위기 관리하에 있어서 예열을 행하지 않고, 각각 시험을 실시하여, 표면 및 단면에 균열이 없음을 합격으로 하였다. 확산성 수소량 측정 시험은, 상술한 내저온 균열 시험의 용접 조건에서, JIS Z 3118(강 용접부의 수소량 측정 방법 2007년)에 준거한 가스크로마토그래피법으로 실시하였다.
얻어진 y형 용접 균열 시험, U형 용접 균열 시험 결과를 표 5 및 표 6에 나타낸다. 확산성 수소가 1.0ml/100g 미만의 용접 금속은, 온도가 5℃인 저온의 조건에서 예열을 하지 않아도, 시험편의 모든 단면에 있어서, 단면 균열 없음(단면 균열이 발생하지 않는 것)이며, 매우 높은 내저온 균열성이 증명되었다.
스패터 발생량의 평가는, 이하의 방법에 의해 행하였다. 우선 플럭스 와이어를, 이하의 조건의 용접에 제공하였다.
용접 가스종: 100％ CO2 가스
용접 가스 유량: 25L/min
용접 전류: 270A
용접 전압: 29 내지 32V
용접 속도: 30㎝/min
용접 자세: 하향
용접 시간: 60초
극성: 와이어+(플러스)로 직류
상술한 조건에서의 비드온 플레이트 용접을, 구리제의 포집 상자의 내부에서 실시함으로써, 용접 중에 상자 내에 비산한 스패터 및 강판에 부착된 스패터의 모두를 회수하여, 모든 스패터의 중량을 측정하고, 단위 시간당 스패터 발생량을 산출하였다. 그 스패터 발생량에 대하여 5.0g/min 미만인 것을 합격으로 판정하였다. 결과를 표 5 및 표 6에 나타낸다.
용접 작업성의 평가는, 흄 및 아크의 상태에 기초하여 행해졌다. 상술한, 스패터 발생량을 평가하는 용접 시, 흄의 발생의 현저한 수준 또는 아크가 현저하게 불안정한 수준은, 용접 작업성이 불량이라 판정하였다. 흄의 발생이 적어, 아크가 안정된 수준을 용접 작업성이 양호라고 판정하였다. 결과를 표 5 및 표 6에 나타낸다.
표 5 및 표 6의 시험 결과에 나타내는 바와 같이, 본 발명예인 플럭스 코어드 와이어 1 내지 62에 의해 얻어진 용접 금속은, 인장 강도, 인성, 내저온 균열성의 모두가 우수하여, 합격이었다. 또한, 본 발명예인 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접의 작업성은 양호하였다. 한편, 비교예인 플럭스 코어드 와이어 63 내지 100은, 본 발명에서 규정하는 요건을 충족시키지 않고 있으므로, 얻어지는 용접 금속의 인장 강도, 인성, 및 내저온 균열성, 또한 용접 중의 작업성의 적어도 하나 이상이 불합격으로 되었다.
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
또한, Pcm이 0.30％인 판 두께 12㎜, Pcm이 0.29％인 판 두께 25㎜, Pcm이 0.28％인 판 두께 40㎜ 및 Pcm이 0.27％인 판 두께 100㎜의 강판을 사용하여, 각각 원래 두께 그대로, 상기한 내저온 균열 시험과 같은 용접 조건에서 또한 온도 5℃-습도 60％에 있어서 예열을 행하지 않고, 상기한 내저온 균열 시험과 마찬가지의 y형 용접 균열 시험과 U형 용접 용접 균열 시험을 행하였다. 그 결과, 모든 시험에 있어서, 표면 및 단면에 균열이 없음을 확인하였다.
본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 고강도 및 고인성을 갖고, 내저온 균열성이 우수하고, 또한 양호한 비드 형상을 갖는 용접부를 얻을 수 있어, 용접 중의 스패터 발생량을 대폭 저감할 수 있다. 본 발명에 따른 용접 방법은, 용접 금속의 저온 균열을 방지하기 위한 예열 작업을 생략 가능 또는 예열 작업 시의 예열 온도를 저하시키는 것이 가능하며, 그리고 스패터 발생량을 대폭 저감 가능하다. 본 발명에 따른 용접 조인트는, 고강도이면서 고인성이며, 양호한 비드 형상을 갖는 용접부를 구비한다. 특히 본 발명에 따르면, 780MPa 이상의 고강도 강을 용접할 때여도, 저온 균열을 방지하기 위한 예열 작업을 생략 또는 예열 작업 시의 예열 온도를 저하시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 실드 가스가 100％ CO2 가스여도, 스패터의 발생량을 저감할 수 있다. 따라서, 본 발명은 용접 시공 능률을 현저하게 향상시킬 수 있어, 산업계에 있어서의 가치는 매우 높다.
1: 강판
2: 받침쇠
3: 용접 비드
4: 2㎜V 노치 샤르피 충격 시험편
5: 환봉 인장 시험편
6: 간극

Claims (19)

  1. 강제 외피와,
    상기 강제 외피에 충전된 플럭스
    를 구비하는 플럭스 코어드 와이어이며,
    상기 플럭스가,
    불화물로서, CaF2, MgF2, Na3AlF6, LiF, NaF, K2ZrF6, BaF2, 및 K2SiF6으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상이며, 상기 불화물의 상기 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 F 환산값의 합계값 α가 0.21％ 이상인 상기 불화물과,
    산화물로서, Fe 산화물, Ba 산화물, Na 산화물, Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Mg 산화물, Al 산화물, Mn 산화물, 및 K 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하며, CaO를 제외하고, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 상기 산화물의 함유량의 합계값 β가 0.30％ 이상 3.50％ 미만인 상기 산화물과,
    상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량의 합계값이 0 내지 3.50％이며, MgCO3, Na2CO3, LiCO3, CaCO3, K2CO3, BaCO3, FeCO3 및 MnCO3으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 탄산염
    을 포함하며,
    상기 플럭스 중의 상기 CaO의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0％ 이상 0.20％ 미만이고,
    상기 플럭스 중의 철분의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0％ 이상 10.0％ 미만이고, 식 1을 이용하여 산출되는 X값이 5.0％ 이하이고,
    상기 CaF2의 함유량이 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.50％ 미만이고,
    상기 Ti 산화물의 함유량이 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.10％ 이상 2.50％ 미만이고,
    상기 MgCO3, 상기 Na2CO3, 및 상기 LiCO3의 함유량의 합계값이 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0 내지 3.00％이며,
    상기 불화물, 상기 산화물, 상기 CaO, 상기 탄산염, 및 상기 철분을 제외한 화학 성분이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로,
    C: 0.003 내지 0.200％,
    Si: 0.20 내지 1.50％,
    Mn: 1.00 내지 3.50％,
    Mg: 0.10％ 이하,
    P: 0.020％ 이하,
    S: 0.020％ 이하,
    Al: 0.001 내지 0.300％,
    Ni: 0.50 내지 4.00％,
    Mo: 0.10 내지 2.00％,
    Cu: 0 내지 0.50％,
    Cr: 0 내지 1.50％,
    Nb: 0 내지 0.10％,
    V : 0 내지 0.40％,
    Ti: 0 내지 0.30％,
    B : 0 내지 0.0100％,
    Bi: 0 내지 0.0100％,
    Ca: 0 내지 0.50％, 및
    REM: 0 내지 0.0100％를 포함하며,
    잔부가 철 및 불순물로 이루어지고,
    하기의 식 2를 이용하여 산출되는 Ceq가 0.45 내지 1.20％인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
    X=[NaF]+[MgF2]+[Na3AlF6]+1.50×([K2SiF6]+[K2ZrF6]+[LiF]+[BaF2])+3.50×([CaF2]): 식 1
    (단, []가 있는 화학식은, 각각의 상기 화학식에 대응하는 불화물의 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 함유량을 단위 질량％로 나타냄)
    Ceq=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14: 식 2
    (단, []가 있는 원소 기호는, 상기 불화물, 상기 산화물, 상기 CaO, 상기 탄산염, 및 상기 철분을 제외한 상기 화학 성분에 포함되는 각 상기 원소 기호에 대응하는 원소의 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 함유량을 단위 질량％로 나타냄)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 불화물, 상기 산화물, 상기 CaO, 상기 탄산염, 및 상기 철분을 제외한 화학 성분이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로,
    Mg: 0.07％ 이하
    를 함유하는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 불화물, 상기 산화물, 상기 CaO, 상기 탄산염, 및 상기 철분을 제외한 화학 성분이, 식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
    [Mg]+10×[Al])≤0.45: 식 3
    (단, []가 있는 원소 기호는, 상기 불화물, 상기 산화물, 상기 CaO, 상기 탄산염, 및 상기 철분을 제외한 상기 화학 성분에 포함되는, 각 상기 원소 기호에 대응하는 원소의, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 함유량을 단위 질량％로 나타냄)
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄산염의 함유량의 합계가, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.30％ 초과 3.50％ 이하이고,
    상기 MgCO3, 상기 Na2CO3, 및 상기 LiCO3의 함유량의 합계가, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.30 내지 3.00％인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 α가 0.50％ 이상인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 X값이 4.5％ 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 Ti 산화물의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.10 내지 1.80％인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 CaF2의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 0.20％ 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    α/β가 0.10 내지 4.00인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불화물의 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량의 합계에 대한, 상기 Na3AlF6 및 상기 NaF의 상기 플럭스 코어드 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량의 합계 비율이 0.50 이상인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 가스 실드 아크 용접했을 때의 용착 금속 인장 강도가, 일본 공업 규격 JIS Z3111-2005에 규정된 용착 금속의 인장 시험에서, 690MPa 이상 1500MPa 미만으로 되는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강제 외피가 심리스 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강제 외피가 슬릿형 간극을 갖는 형상인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플럭스 코어드 와이어가, 상기 플럭스 코어드 와이어의 표면에 도포된 퍼플루오로폴리에테르 오일을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 강재를 가스 실드 아크 용접하는 공정
    을 구비하는 용접 조인트의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 강재가,
    판 두께가 12㎜ 이하이고 Pcm이 0.36％ 이하인 강판,
    판 두께가 12㎜ 초과 25㎜ 이하이고 Pcm이 0.33％ 이하인 강판,
    판 두께가 25㎜ 초과 40㎜ 이하이고 Pcm이 0.31％ 이하인 강판, 및
    판 두께가 40㎜ 초과 100㎜ 이하이고 Pcm이 0.29％ 이하인 강판
    으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이며,
    상기 강재를, 상기 가스 실드 아크 용접을 할 때, 상기 강재의 온도가 5℃ 미만인 경우에는 상기 강재의 온도가 5℃ 이상이 되도록 예열하고, 상기 강재의 온도가 5℃ 이상인 경우에는 예열하지 않고, 가스 실드 아크 용접을 행하는 것을 특징으로 하는 용접 조인트의 제조 방법.
    (여기서, Pcm은, 식 4에 의해 산출한다.
    Pcm=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+[Cu]/20+[Ni]/60+[Cr]/20+[Mo]/15+[V]/10+5×[B]: 식 4
    단, []가 있는 원소 기호는, 상기 강재에 포함되는 각각의 상기 원소 기호에 대응하는 원소의 함유량을 단위 질량％로 나타냄)
  17. 제15항 또는 제16항에 기재된 용접 조인트의 제조 방법에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 용접 조인트.
  18. 강제 외피와, 상기 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스를 구비하는 플럭스 코어드 와이어이며,
    상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, JIS Z 3118에 규정된 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접함으로써 얻어지는 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하이고,
    상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 와이어 극성이 플러스, 전류값이 270A, 전압값이 29 내지 32V, 용접 속도가 30㎝/min, 실드 가스종이 CO2 100％ 가스, 및 실드 가스 유량이 25L/min인 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접을 행했을 때 발생하는 스패터의 용접 시간당 중량이, 5.0g/min 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
  19. 강제 외피와,
    상기 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스
    를 구비하는 플럭스 코어드 와이어이며,
    상기 플럭스 코어드 와이어는, 상기 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로, Ti 산화물의 함유량이 0.10 내지 2.50％이며, Ni:0.5 내지 4.00％를 포함하고,
    상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, JIS Z 3118에 규정된 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접함으로써 얻어지는 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하이며,
    상기 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 와이어 극성이 플러스, 전류값이 270A, 전압값이 29 내지 32V, 용접 속도가 30㎝/min, 실드 가스종이 CO2 100％ 가스, 및 실드 가스 유량이 25L/min인 조건에서 직류 가스 실드 아크 용접을 행했을 때 발생하는 스패터의 용접 시간당 중량이, 5.0g/min 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
KR1020187024730A 2016-03-08 2016-03-08 플럭스 코어드 와이어, 용접 조인트의 제조 방법, 및 용접 조인트 KR102118387B1 (ko)

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