KR20180138140A

KR20180138140A - 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어

Info

Publication number: KR20180138140A
Application number: KR1020180065246A
Authority: KR
Inventors: 마나부 미즈모토; 히로노리 미즈타; 타카시 나메카타
Original assignee: 닛테츠 스미킨 요우세츠 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2018-12-28
Also published as: KR102456990B1; JP2019000887A; JP6772108B2

Abstract

(과제)
전자세에 있어서의 용접 작업성이 양호하며, 용접 결함이 없고, 용접 금속의 저온 인성이 안정적으로 얻어지는 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공한다.
(해결 수단)
C가 스테인레스강 외피 전체 질량%로 0.015% 이하, 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, C : 0.003~0.02%, Si : 0.10~0.40%, Mn : 1.0~2.5%, Ni : 7.0~12.0%, Cr : 17.0~24.5%, Ti : 0.5~1.5%, Al : 0.05~0.20%, TiO₂ 환산값 : 3.0~9.0%, SiO₂ 환산값 : 0.2~1.0%, ZrO₂ 환산값 : 0.2~1.0%, Al₂O₃ 환산값 : 0.3~1.1%, FeO 환산값 : 0.10~0.45%, F 환산값 : 0.02~0.15%, Bi : 0.01~0.07%, Na₂O 환산값과 K₂O 환산값의 합계 : 0.15~0.45%를 함유한다.

Description

저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어{FLUX-CORED WIRE FOR GAS SHIELDED ARC WELDING OF LOW TEMPERATURE STEEL}

본 발명은 저온용 3.5~5% Ni강의 용접에 사용되는 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어로서, 용접 작업성이 양호하며, 용접 결함이 없고, 저온 인성이 양호한 용접 금속이 얻어지는 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

저온용 3.5~5% Ni강(이하, 저 Ni강이라고 한다.)은 아세틸렌, 에테인, 에틸렌 등 액화 가스의 저온 압력 용기나 배관 및 선박에 의한 수송용의 용기에 사용되고 있다.

저 Ni강의 용접은 -100~-140℃에서의 저온 인성이 요구되는 점에서 피복 아크 용접봉이 많이 사용되고 있으며, 예를 들면 특허문헌 1, 2에 나타내는 바와 같이 용접 금속 중의 N 및 O의 저감을 도모하고, Ni을 적량 포함함과 아울러 산화물 및 불화물의 적량 첨가에 따라서는 저온 인성이 얻어진다는 기술의 개시가 있다. 서브머지 아크 용접에 있어서도 특허문헌 3에 3.5% Ni계의 솔리드 와이어와 조합하는 소성형의 본드 플럭스의 염기도를 높게 하여 용접 금속의 산소량을 낮게 하고, 저 전류의 용접에 의해 용접 금속 전체층을 세립화 조직으로 함으로써 인성을 개선하는 기술의 개시가 있다.

그러나 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 개시 기술은 피복 아크 용접봉을 대상으로 하고 있기 때문에, 용접 능률에 문제가 있고, 특허문헌 3에 개시되어 있는 서브머지 아크 용접에서는 전자세 용접을 할 수 없다. 또한 특허문헌 1~특허문헌 3의 개시 기술에서는 저온에 있어서의 인성을 안정적으로 얻을 수는 없었다.

한편 전자세 용접이 가능하며 고 능률의 용접이 가능한 플럭스 충전 와이어를 사용하여 저온에 있어서의 인성을 얻는 기술로서, 예를 들면 특허문헌 4에 있어서 CaF₂를 포함하는 염기성의 플럭스 충전 와이어에 Ni을 5% 이하 함유하여 저온 인성을 얻는 기술이 개시되어 있다. 또 특허문헌 5에는 TiO₂의 입도를 한정하여 용접 작업성을 개선하고, Ni을 5% 이하 함유함으로써 저온 인성을 얻는 기술이 개시되어 있다. 그러나 특허문헌 4 및 특허문헌 5의 개시 기술에서는 -80℃까지의 저온 인성밖에 얻어지지 않아, -100℃ 이하에 있어서의 저온 인성을 얻을 수는 없었다.

일본 특개 평3-285793호 공보 일본 특개 평9-327793호 공보 일본 특개 평7-155986호 공보 일본 특개 평9-57488호 공보 일본 특개 2017-42812호 공보

그래서 본 발명은 상기 서술한 문제점을 감안하여 안출된 것이며, 저 Ni강을 용접함에 있어서, 전자세에 있어서의 용접 작업성이 양호하며, 용접 결함이 없고, 용접 금속의 저온 인성이 -100℃ 이하에 있어서도 안정적으로 얻어지는 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 요지는 저온용 3.5~5% Ni강의 용접에 사용되고, 오스테나이트계 스테인레스강 외피에 플럭스를 충전하여 이루어지는 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서, 오스테나이트계 스테인레스강 외피 중의 C가 오스테나이트계 스테인레스강 외피 전체 질량%로 0.015% 이하이며, 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로, C : 0.003~0.02%, Si : 0.10~0.40%, Mn : 1.0~2.5%, Ni : 7.0~12.0%, Cr : 17.0~24.5%, Ti : 0.5~1.5%, Al : 0.05~0.20%를 함유하고, 또한 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 플럭스 중에 Ti 산화물의 TiO₂ 환산값의 합계 : 3.0~9.0%, Si 산화물의 SiO₂ 환산값의 합계 : 0.2~1.0%, Zr 산화물의 ZrO₂ 환산값의 합계 : 0.2~1.0%, Al 산화물의 Al₂O₃ 환산값의 합계 : 0.3~1.1%, 철 산화물의 FeO 환산값의 합계 : 0.10~0.45%, 불소 화합물의 F 환산값의 합계 : 0.02~0.15%, Bi : 0.01~0.07%, Na 화합물 및 K 화합물의 Na₂O 환산값과 K₂O 환산값의 합계 : 0.15~0.45%를 함유하고, 잔부가 오스테나이트계 스테인레스강 외피의 Fe분, 철분, 철합금분의 Fe분 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 적용한 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 의하면, 저 Ni강을 용접함에 있어서, 전자세에 있어서의 용접 작업성이 양호하며, 용접 결함이 없고, 용접 금속의 저온 인성이 안정적으로 얻어지므로, 고 능률로 고 품질의 용접부가 얻어진다.

도 1은 용접 이음매 시험의 시험 방법에 대해서 설명하기 위한 도면이다.

본 발명자들은 저 Ni강을 용접하는 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 대해서, 전자세에 있어서의 용접 작업성이 양호하며, 용접 결함이 없고, 특히 -100℃ 이하에서 저온 인성이 안정적으로 얻어지는 용접 금속을 얻기 위해 다양하게 검토를 행했다.

우선, 모재와 동일한 정도의 Ni을 함유한 용접 금속에서는 저온에 있어서의 인성을 안정시킬 수는 없는 것이 판명되어, 용접 금속을 Ni과 Cr을 포함하는 오스테나이트 조직으로 함으로써 안정적인 저온 인성이 얻어질 가능성에 대해서 검토했다.

그 결과, 오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, Al을 적량으로 함으로써 용접 금속의 강도 및 저온 인성이 얻어지는 것을 알아냈다. 또한 플럭스 충전 와이어 중의 Ti 및 철 산화물을 적량으로 함으로써 -100℃ 이하의 저온에 있어서도 안정적인 고 인성이 얻어지는 것을 알아냈다.

전자세 용접에 있어서의 용접 작업성은 플럭스 충전 와이어 중의 Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Al 산화물, 불화물, Bi 및 Na 화합물과 K 화합물을 적량으로 함으로써, 아크가 안정되어 스패터 발생량이 적고, 슬래그 피포성이나 내 메탈 늘어짐성, 슬래그 박리성 및 내결함성이 양호하게 되는 것을 알아냈다.

또 저 C의 오스테나이트계 스테인레스강을 외피로 함으로써, 생산성이 향상되는 것도 알아냈다.

이하, 본 발명을 적용한 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어의 오스테나이트계 스테인레스강 외피의 성분 조성 및 그 함유량과, 각 성분 조성의 한정 이유에 대해서 설명한다. 또한 각 성분 조성의 함유량은 질량%로 나타내는 것으로 하고, 그 질량%를 나타낼 때는 간단히 %로 기재하여 나타내는 것으로 한다.

[오스테나이트계 스테인레스강 외피의 C : 오스테나이트계 스테인레스강 외피 전체 질량에 대한 질량%로 0.015% 이하]

오스테나이트계 스테인레스강 외피의 C가 0.015%를 넘으면, 플럭스 충전 와이어의 제조시에 Cr 탄화물을 생성하여 신선 공정에 있어서 단선이 생기기 쉽게 한다. 따라서 오스테나이트계 스테인레스강 외피의 C는 오스테나이트계 스테인레스강 외피 전체 질량에 대한 질량%로 0.015% 이하로 한다. 또한 오스테나이트계 스테인레스강 외피의 C의 하한은 특별히 한정하지 않지만, 오스테나이트계 스테인레스강 외피의 제조 비용으로부터 0.001% 이상인 것이 바람직하다.

이하, 각 성분 조성의 함유량은 플럭스 충전 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 나타낸다.

[오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 C : 0.003~0.02%]

C는 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. C가 0.003% 미만이면, 충분한 용접 금속의 강도가 얻어지지 않는다. 한편 C가 0.02%를 넘으면, 용접 금속의 저온 인성이 저하한다. 따라서 오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 C는 0.003~0.02%로 한다. 또한 C는 오스테나이트계 스테인레스강 외피에 포함되는 성분 외에 플럭스로부터의 금속분 및 합금분 등으로부터 첨가할 수 있다.

[오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Si : 0.10~0.40%]

Si는 용접시의 탈산 반응에 의해 생긴 슬래그가 비드 형상을 양호하게 하는 효과가 있다. Si가 0.10% 미만이면, 용접시의 탈산 작용에 의해 생기는 슬래그가 적어져 비드 형상이 불량이 된다. 또한 Si가 0.40%를 넘으면, 용접 금속의 저온 인성이 저하한다. 따라서 오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Si는 0.10~0.40%로 한다. 또한 Si는 오스테나이트계 스테인레스강 외피에 포함되는 성분 외에 플럭스로부터의 금속 Si, Fe-Si, Fe-Si-Mn 등의 합금분으로부터 첨가할 수 있다.

[오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Mn : 1.0~2.5%]

Mn는 용접 금속의 오스테나이트 베이스에 고용하여 강도 및 저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. Mn가 1.0% 미만이면, 용접 금속의 강도 및 저온 인성이 저하한다. 한편 Mn가 2.5%를 넘으면, 스패터 발생량이 많아진다. 따라서 오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Mn는 1.0~2.5%로 한다. 또한 Mn는 오스테나이트계 스테인레스강 외피에 포함되는 성분 외에 플럭스로부터의 금속 Mn, Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등의 합금분으로부터 첨가할 수 있다.

[오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Ni : 7.0~12.0%]

Ni은 용접 금속의 오스테나이트 조직을 안정시켜 저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. Ni이 7.0% 미만이면, 용접 금속의 저온 인성이 저하한다. 한편 Ni이 12.0%를 넘으면, 용접 금속의 오스테나이트 조직이 조대화하여 강도가 저하한다. 따라서 오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Ni은 7.0~12.0%로 한다. 또한 Ni은 오스테나이트계 스테인레스강 외피에 포함되는 성분 외에 플럭스로부터의 금속 Ni, Fe-Ni 등의 합금분으로부터 첨가할 수 있다.

[오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Cr : 17.0~24.5%]

Cr은 용접 금속의 페라이트를 정출하는 주원소이며, 오스테나이트와 페라이트량을 조정하여 내 고온 깨짐성을 향상시키는 효과가 있다. Cr이 17.0% 미만이면, 용접 금속의 페라이트량이 적어져 고온 깨짐이 생기기 쉬워진다. 한편 Cr이 24.5%를 넘으면, 용접 금속의 페라이트량이 과다가 되어 저온 인성이 저하한다. 따라서 오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Cr은 17.0~24.5%로 한다. 또한 Cr은 오스테나이트계 스테인레스강 외피에 포함되는 성분 외에 플럭스로부터의 금속 Cr, Fe-Cr 등의 합금분으로부터 첨가할 수 있다.

[오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Ti : 0.5~1.5%]

Ti은 용접 금속 중에 TiO₂의 개재물로서 분산되고, 오스테나이트 조직의 성장을 억제함과 아울러 일부 고용하여 미세한 페라이트를 정출시켜 강도 및 저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. Ti이 0.5% 미만이면, 용접 금속 중의 TiO₂의 개재물이 적어져 오스테나이트 조직이 조대화함과 아울러 고용 Ti도 적어져 강도 및 저온 인성이 저하된다. 한편 Ti이 1.5%를 넘으면, 스패터 발생량이 많아진다. 따라서 오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Ti은 0.5~1.5%로 한다. 또한 Ti은 오스테나이트계 스테인레스강 외피에 포함되는 성분 외에 플럭스로부터의 금속 Ti, Fe-Ti 등의 합금분으로부터 첨가할 수 있다.

[오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Al : 0.05~0.20%]

Al은 탈산제이며 용접 금속의 산소량을 조정한다. 또 입향상진 용접에서 메탈이 늘어지는 것을 방지하는 효과가 있다. Al이 0.05% 미만이면, 용접 금속 중의 산소량이 많아져 블로우홀이 생기기 쉬워진다. 또 입향상진 용접에서는 메탈이 늘어져 비드 형상이 불량이 된다. 한편 Al이 0.20%를 넘으면, 용접 금속 중의 산소량이 낮아져 TiO₂ 개재물이 적어져 오스테나이트 조직이 조대화함과 아울러 고용 Ti도 적어져 강도 및 저온 인성이 저하한다. 따라서 오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로 Al은 0.05~0.20%로 한다. 또한 Al은 오스테나이트계 스테인레스강 외피에 포함되는 성분 외에 플럭스로부터의 금속 Al, Fe-Al 등의 합금분으로부터 첨가할 수 있다.

[플럭스 중의 Ti 산화물의 TiO₂ 환산값의 합계 : 3.0~9.0%]

Ti 산화물은 아크를 안정적으로 함과 아울러 입향상진 용접에서 메탈이 늘어지는 것을 방지하는 효과가 있다. Ti 산화물의 TiO₂ 환산값의 합계가 3.0% 미만이면, 아크가 불안정하게 된다. 또 Ti 산화물의 TiO₂ 환산값의 합계가 3.0% 미만이면, 입향상진 용접에서는 메탈이 늘어져 비드 형상이 불량이 된다. 한편 Ti 산화물의 TiO₂ 환산값의 합계가 9.0%를 넘으면, 용접시에 생성되는 슬래그가 많아져 아크가 불안정하며 비드 형상도 불량이 된다. 따라서 플럭스 중의 Ti 산화물의 TiO₂ 환산값의 합계는 3.0~9.0%로 한다. 또한 Ti 산화물은 플럭스로부터의 루틸, 산화타이타늄, 타이타늄 슬래그, 일루미나이트 등으로부터 첨가할 수 있다.

[플럭스 중의 Si 산화물의 SiO₂ 환산값의 합계 : 0.2~1.0%]

Si 산화물은 슬래그의 점성을 조정하여 슬래그 피포성을 양호하게 하는 효과가 있다. Si 산화물의 SiO₂ 환산값의 합계가 0.2% 미만이면, 슬래그의 점성이 낮아지고 슬래그 피포성이 나빠져 비드 형상이 불량이 된다. 한편 Si 산화물의 SiO₂ 환산값이 1.0%를 넘으면, 슬래그량이 과다가 되어 비드 형상이 불량이 된다. 따라서 플럭스 중의 Si 산화물의 SiO₂ 환산값의 합계는 0.2~1.0%로 한다. 또한 Si 산화물은 플럭스로부터의 규사, 지르콘 샌드 등으로부터 첨가할 수 있다.

[플럭스 중의 Zr 산화물의 ZrO₂ 환산값의 합계 : 0.2~1.0%]

Zr 산화물은 슬래그의 점성을 조정하고, 용적(溶滴) 이행시에 발생하는 스패터 발생량을 저감하는 효과가 있다. Zr 산화물의 ZrO₂ 환산값의 합계가 0.2% 미만이면, 슬래그의 점성이 낮아져 용적 이행시에 소립의 스패터가 발생한다. 한편 Zr 산화물의 ZrO₂의 합계가 1.0%를 넘으면, 슬래그의 점성이 높아지고 용적이 크게 성장하여 용적 이행이 원활하게 행해지지 않고 아크가 불안정하게 된다. 따라서 플럭스 중의 Zr 산화물의 ZrO₂ 환산값의 합계는 0.2~1.0%로 한다. 또한 Zr 산화물은 플럭스로부터의 지르콘 샌드, 산화지르코늄 등으로부터 첨가할 수 있다.

[플럭스 중의 Al 산화물의 Al₂O₃ 환산값의 합계 : 0.3~1.1%]

Al 산화물은 슬래그의 융점을 조정하여 비드 형상을 양호하게 한다. Al 산화물의 Al₂O₃의 합계가 0.3% 미만이면, 슬래그의 융점이 낮아져 용접 금속과 슬래그의 응고가 불균일하게 되어 비드 형상이 불량이 된다. 한편 Al 산화물의 Al₂O₃의 합계가 1.1%를 넘으면, 슬래그의 융점이 높아져 슬래그 박리성이 불량이 된다. 따라서 플럭스 중의 Al 산화물의 Al₂O₃ 환산값의 합계는 0.3~1.1%로 한다. 또한 Al 산화물은 플럭스로부터의 알루미나, 칼리장석, 조장석 등으로부터 첨가할 수 있다.

[철 산화물의 FeO 환산값의 합계 : 0.10~0.45%]

철 산화물은 용접 금속 중의 산소량을 조정하여, TiO₂ 개재물의 생성량을 조정하여 오스테나이트 입자의 성장을 억제하여 조직을 미세화시켜 저온 인성을 향상시키는 효과가 있다. 철 산화물의 FeO 환산값의 합계가 0.10% 미만이면, TiO₂ 개재물의 생성량이 적어져 저온 인성이 저하한다. 한편 철 산화물의 FeO 환산값이 0.45%를 넘으면, 용접 금속 중의 산소량이 많아져 블로우홀이 생기기 쉬워진다. 또 입향상진 용접에서는 메탈이 늘어져 비드 형상이 불량이 된다. 따라서 플럭스 중의 철 산화물의 FeO 환산값의 합계는 0.10~0.45%로 한다. 또한 철 산화물은 플럭스 중의 적철광, 자철광, 헤마타이트, 밀 스케일 등으로부터 첨가할 수 있다.

[불소 화합물의 F 환산값의 합계 : 0.02~0.15%]

불소 화합물은 용적의 이탈성을 양호하게 하여 스패터 발생량을 저감하는 효과가 있다. 불소 화합물의 F 환산값의 합계가 0.02% 미만이면, 용적의 이탈이 불안정하며 스패터 발생량이 많아진다. 한편 불소 화합물의 F 환산값의 합계가 0.15%를 넘으면, 용적이 성장하여, 오히려 스패터 발생량이 많아진다. 따라서 불소 화합물의 F 환산값의 합계는 0.02~0.15%로 한다. 또한 플럭스 중의 불소 화합물은 불화소다, 규뷸화포타슘, 지르콘불화포타슘, 빙정석, 불화알루미늄, 형석 등으로부터 첨가할 수 있다.

[Bi : 0.01~0.07%]

Bi는 용접 금속으로부터 슬래그의 박리를 촉진하는 효과가 있다. Bi가 0.01% 미만이면, 슬래그 박리성이 불량이 된다. 한편 Bi가 0.07%를 넘으면, 용접 금속의 오스테나이트 입계에 편석하여 결합력을 약화시켜 저온 인성이 저하한다. 따라서 Bi는 0.01~0.07%로 한다. 또한 플럭스로부터의 Bi는 금속 Bi 등으로부터 첨가할 수 있다.

[Na 화합물 및 K 화합물의 Na₂O 환산값과 K₂O 환산값의 합계 : 0.15~0.45%]

Na 화합물 및 K 화합물은 아크를 안정적으로 하여 스패터 발생량을 저감하는 효과가 있다. Na 화합물 및 K 화합물의 Na₂O 환산값과 K₂O 환산값의 합계가 0.15% 미만이면, 아크가 불안정하며 스패터 발생량이 많아진다. 한편 Na 화합물 및 K 화합물의 Na₂O 환산값과 K₂O 환산값의 합계가 0.45%를 넘으면, 슬래그의 응고가 빨라져 비드 형상이 불량이 된다. 따라서 Na 화합물 및 K 화합물의 Na₂O 환산값과 K₂O 환산값의 합계는 0.15~0.45%로 한다. 또한 플럭스 중의 Na 화합물 및 K 화합물은 규산소다 및 규산포타슘으로 이루어지는 물유리의 고질성분, 불화소다, 타이타늄산소듐, 규불화포타슘, 규불화소다 등으로부터 첨가할 수 있다.

본 발명의 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어의 잔부는 오스테나이트계 스테인레스강 외피의 Fe, 철분, Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Ti, Fe-Al 합금 등의 철 합금분의 Fe분 및 불가피 불순물이다. 불가피 불순물에 대해서는 특별히 한정하지 않지만, 용접 금속의 저온 인성에 영향을 주는 점에서, P은 0.030% 이하, S은 0.020% 이하가 바람직하다. 또한 Mo, Cu, V 및 Nb은 용접 금속의 강도의 조정으로서 합계로 0.20% 이하의 범위에서 첨가할 수 있다.

본 발명의 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어는 오스테나이트계 스테인레스강 외피를 파이프로 형성하고, 내부에 플럭스를 충전한 후에 소정의 와이어 직경까지 신선한 심이 있는 플럭스 충전 와이어 또는 오스테나이트계 스테인레스강 외피를 용접하여 심리스 타입의 플럭스 충전 와이어의 어느것도 적용할 수 있다.

(실시예)

이하, 실시예에 의해 본 발명을 상세하게 설명한다.

표 1에 나타내는 화학 성분의 오스테나이트계 스테인레스강 외피를 사용하고, 표 2에 나타내는 각종 성분 조성의 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어를 시작(試作)했다. 플럭스 충전 와이어의 제조는 오스테나이트계 스테인레스강 외피를 용접하여 심리스 타입의 플럭스 충전 와이어로 하고, 직경 축소하여 와이어 소선 직경 1.5mm를 각1톤 시작했다. 또한 플럭스의 충전율은 19~24%로 했다.

* : 그 밖의 잔부는 오스테나이트계 스테인레스강 외피의 Fe분, 철분, 철합금분의 Fe분 및 불가피 불순물

생산성의 평가로서, 1.5mm 직경의 와이어 소선을 1.2mm의 제품 직경까지 직경 축소할 때까지의 단선의 횟수를 조사하고, 단선 횟수가 2회 이하를 양호로 했다. 또 각 시작 와이어에 대해서, 용접 작업성 및 용접 이음매 시험을 행했다.

용접 작업성의 평가는 판두께 16mm의 JIS G 3106에 규정되는 SM490B 강판을 T자로 구성한 시험체에 표 3에 나타내는 용접 조건으로 수평 필릿 용접 및 입향상진 용접을 행하고, 수평 필릿 용접으로 아크의 안정성, 스패터 발생 상태, 슬래그 박리성, 비드 형상을 조사하고, 입향상진 용접으로 메탈 늘어짐의 유무를 조사했다.

용접 이음매 시험은 판두께 20mm의 NK 규격으로 규정되는 저온용 강의 KL3N32 및 KL5N43을 도 1에 나타내는 개선 각도 60°, 갭 0mm의 개선 형상으로 하여 표 3에 나타내는 용접 조건으로 용접하고, JIS Z 3106에 준하여 X선 투과 시험을 실시하여 용접 결함의 유무를 조사한 후, 맞닿음 이음매의 판 표면하 7mm로부터 인장 시험편(A0호) 및 충격 시험편(V노치 시험편)을 채취하여 기계 시험을 실시했다. 인장 시험의 평가는 인장 강도가 570MPa 이상인 것을 양호로 하고, 인성의 평가는 -140℃에 있어서의 샬피 충격 시험을 행하고, 각각 반복하여 5개의 흡수 에너지의 최저값이 34J 이상을 양호로 했다. 이들 결과를 표 4에 정리하여 나타낸다.

표 2 및 표 4 중의 와이어 기호 W1~W10이 본 발명예, 와이어 기호 W11~W24는 비교예이다. 본 발명예인 와이어 기호 W1~W10은 오스테나이트계 스테인레스강 외피의 C가 적정하므로 플럭스 충전 와이어 제조시에 단선은 생기지 않았다. 또 플럭스 충전 와이어의 C, Si, Mn, Ni, Cr, Ti, Al, Ti 산화물의 TiO₂ 환산값의 합계, Si 산화물의 SiO₂ 환산값의 합계, Zr 산화물의 ZrO₂ 환산값의 합계, Al 산화물의 Al₂O₃ 환산값의 합계, 철 산화물의 FeO 환산값의 합계, 불소 화합물의 F 환산값의 합계, Bi, Na 화합물 및 K 화합물의 Na₂O 환산값과 K₂O 환산값의 합계가 적정하므로, 수평 필릿 용접 및 입향상진 용접에 있어서 아크가 안정적이며 스패터 발생량이 적고, 슬래그 박리성 및 비드 형상이 양호하며, 입향상진 용접에서 메탈 늘어짐이 생기지 않는 등 양호한 용접 작업성이 얻어졌다. 또 용접 이음매 시험에 있어서도, 용접 결함이 생기지 않고, 인장 강도 및 흡수 에너지도 양호한 값이 얻어지는 등 매우 만족스러운 결과였다.

비교예 중 와이어 기호 W11은 오스테나이트계 스테인레스강 외피의 C가 많으므로 플럭스 충전 와이어 제조시에 5회 단선이 생겼다. 또 Ti 산화물의 TiO₂ 환산값의 합계가 적으므로 아크가 불안정하며, 입향상진 용접에서는 메탈이 늘어져 비드 형상이 불량이었다.

와이어 기호 W12는 플럭스 충전 와이어의 C가 적으므로 용접 금속의 인장 강도가 낮은 값이었다. 또 Ti 산화물의 TiO₂ 환산값의 합계가 많으므로 아크가 불안정하며, 비드 형상도 불량이었다.

와이어 기호 W13은 플럭스 충전 와이어의 C가 많으므로 용접 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또 Si 산화물의 SiO₂ 환산값의 합계가 적으므로 비드 형상이 불량이었다.

와이어 기호 W14는 Si가 적으므로 비드 형상이 불량이었다. 또 불소 화합물의 F 환산값의 합계가 많으므로 스패터 발생량이 많았다. 또한 철 산화물의 FeO 환산값의 합계가 적으므로 용접 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.

와이어 기호 W15는 Si가 많으므로 용접 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또 Si 산화물의 SiO₂ 환산값의 합계가 많으므로 비드 형상이 불량이었다.

와이어 기호 W16은 Mn가 적으므로 용접 금속의 인장 강도 및 흡수 에너지 모두 낮은 값이었다. 또 Zr 산화물의 ZrO₂ 환산값의 합계가 적으므로 스패터 발생량이 많았다.

와이어 기호 W17은 Mn가 많으므로 스패터 발생량이 많았다. 또 Bi가 많으므로 용접 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.

와이어 기호 W18은 Ni이 적으므로 용접 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또 Zr 산화물의 ZrO₂ 환산값의 합계가 많으므로 아크가 불안정했다.

와이어 기호 W19는 Ni이 많으므로 용접 금속의 인장 강도가 낮은 값이었다. 또 Al 산화물의 Al₂O₃ 환산값이 적으므로 비드 형상이 불량이었다.

와이어 기호 W20은 Cr이 적으므로 용접 이음매 시험의 크레이터부에 고온 깨짐이 생겼다. 또 Na 화합물 및 K 화합물의 Na₂O 환산값과 K₂O 환산값의 합계가 많으므로 비드 형상이 불량이었다.

와이어 기호 W21은 Cr이 많으므로 용접 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또 Al 산화물의 Al₂O₃ 환산값이 많으므로 슬래그 박리성이 불량이었다.

와이어 기호 W22는 Ti이 적으므로 용접 금속의 인장 강도 및 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또 불소 화합물의 F 환산값의 합계가 적으므로 스패터 발생량이 많았다. 또한 Bi가 적으므로 슬래그 박리성이 불량이었다.

와이어 기호 W23은 Ti이 많으므로 스패터 발생량이 많았다. 또 Al이 많으므로 용접 금속의 인장 강도 및 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또한 철 산화물의 FeO 환산값이 많으므로 입향상진 용접에서 메탈 늘어짐이 생겨 비드 형상이 불량이며, 용접 이음매 시험에서 블로우홀이 생겼다.

와이어 기호 W24는 Al이 적으므로 입향상진 용접에서 메탈 늘어짐이 생겨 비드 형상이 불량이며, 용접 이음매 시험에서 블로우홀이 생겼다. 또 Na 화합물 및 K 화합물의 Na₂O 환산값과 K₂O 환산값의 합계가 적으므로 아크가 불안정하며 스패터 발생량이 많았다.

Claims

저온용 3.5~5% Ni강의 용접에 사용되고, 오스테나이트계 스테인레스강 외피에 플럭스를 충전하여 이루어지는 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서,
오스테나이트계 스테인레스강 외피 중의 C가 오스테나이트계 스테인레스강 외피 전체 질량%로 0.015% 이하이며,
와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 오스테나이트계 스테인레스강 외피와 플럭스의 합계로,
C : 0.003~0.02%,
Si : 0.10~0.40%,
Mn : 1.0~2.5%,
Ni : 7.0~12.0%,
Cr : 17.0~24.5%,
Ti : 0.5~1.5%,
Al : 0.05~0.20%를 함유하고,
또한 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, 플럭스 중에
Ti 산화물의 TiO₂ 환산값의 합계 : 3.0~9.0%,
Si 산화물의 SiO₂ 환산값의 합계 : 0.2~1.0%,
Zr 산화물의 ZrO₂ 환산값의 합계 : 0.2~1.0%,
Al 산화물의 Al₂O₃ 환산값의 합계 : 0.3~1.1%,
철 산화물의 FeO 환산값의 합계 : 0.10~0.45%,
불소 화합물의 F 환산값의 합계 : 0.02~0.15%,
Bi : 0.01~0.07%,
Na 화합물 및 K 화합물의 Na₂O 환산값과 K₂O 환산값의 합계 : 0.15~0.45%를 함유하고,
잔부가 오스테나이트계 스테인레스강 외피의 Fe분, 철분, 철합금분의 Fe분 및 불가피 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온용 강의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 충전 와이어.