KR20190017413A - 극저온용 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어 - Google Patents

극저온용 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어 Download PDF

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Abstract

극저온용 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어가 제공된다.
본 발명의 극저온용 플럭스 코어드 와이어는, 자체 중량%로, C: 0.01~0.2%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 1.0~9.0%, P + S: 0.04%미만, Cr: 15.0~20.0%, Ni: 15.0~20.0%, Mo: 1.5~4.5%, Ti: 0.01~1.0%, N: 0.01~0.3%, SiO2: 0.1~3.0%, MnO: 0.5~5.0%, Li2O, Na2O 및 K2O 중 1 종 이상: 0.05~1.5%, Al2O3, TiO2 및 ZrO2 중 1종 이상: 5~12%, 잔여 Fe 및 불가피적인 불순물을 포함하며, [관계식 1]을 만족하고, [관계식 2]로 정의되는 값이 0.5 이하를 만족한다.

Description

극저온용 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어{FLUX CORED WIRE WELDING WIRE FOR CRYOGENIC APPLICATIONS}
본 발명은 극저온용 전자세 용접 가능한 플럭스 코어드 와이어 용접재료에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 에탄에서부터 액화천연가스 등의 극저온 용기 및 화학 기기 등에서 사용되는 2.25~5% Ni합금강을 용접할 때 사용되는 철계 합금 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
지속적인 산업화 및 기술 개발에 따라서 -80℃에서 -196℃까지 저장 냉매의 사용이 증가하고 있으며, 이에 따라, 2.25~9% Ni합금강, Invar, 오스테나이트계 스테인레스강, Al 등을 모재로 이용하고 있다.
이 중에서 2.25~5% Ni 합금강은 전용 플럭스 코어드 와이어 용접재료 개발에 대한 연구가 부족한 상태이다. 통상적으로 이러한 Ni 합금강을 용접하기 위해서는 Ni기 용접 재료가 사용되고 있다. 하지만 이런 Ni기 용접재료의 경우, 기존 조선 및 해양플랜트에서 사용되어 왔던 철계 용접재료에 비하여 kg당 가격이 20~100배까지 증가 되기 때문에 비용 및 사용상의 문제점이 많다.
또한 이러한 Ni기 용접재료의 경우 대부분 SMAW로 시공되기 때문에 생산 효율성이 극히 낮고 용접시공의 고 능률화가 필요성이 대두 되면서 플러스 코어드 와이어 개발 필요성이 산업 전반에 걸쳐 증가하고 있다.
대한민국 특허공개 10-2015-0053718호(2015.05.18 공개)
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 한계를 극복하기 위해 안출된 것으로서, 2.25~5% Ni합금강 용접에 있어서, 전자세에서 용접 작업성이 우수함과 동시에, 강도 및 저온인성이 우수한 용접금속을 얻을 수 있는 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
금속 외피에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 상기 와이어는 자체 중량%로, C: 0.01~0.2%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 1.0~9.0%, P + S: 0.04%미만, Cr: 15.0~20.0%, Ni: 15.0~20.0%, Mo: 1.5~4.5%, Ti: 0.01~1.0%, N: 0.01~0.3%, SiO2: 0.1~3.0%, MnO: 0.5~5.0%, Li2O, Na2O 및 K2O 중 1 종 이상: 0.05~1.5%, Al2O3, TiO2 및 ZrO2 중 1종 이상: 5~12%, 잔여 Fe 및 불가피적인 불순물을 포함하며, 하기 [관계식 1]을 만족하고, 하기 [관계식 2]로 정의되는 값이 0.5 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 극저온용 철계 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
[관계식 1]
23.2-Cr×0.54≤Ni≤ 14.5+Cr×0.31
[관계식 2]
{([Na2O]+[K2O]+[Li2O]+0.2×[MnO])/([SiO2]+0.5×([Al2O3]+[TiO2]+[ZrO2]))}
본 발명에서 상기 외피는, 그 자체 중량%로, C: 0.001~0.1%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 0.5~9.0%, Cr: 14.0~22.0%, Ni: 8~22%, Mo: 0.1~3.5%, Ti: 0.01~1.0%, N: 0.01~0.3 %, 나머지 Fe 및 블가피한 불순물을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 극저온계 플럭스 코어드 와이어는 플럭스 및 플럭스 코어를 감싸는 외피의 합금조성을 최적화함으로써 물리적 성질이 우수하고 전자세 용접이 가능하여 작업성이 우수한 효과가 있다.
또한, 양호한 용접성을 나타내면서 균열발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
이하, 본 발명의 일 측면에 따른 극저온용 전자세 용접이 가능한 플럭스 코어드 와이어 용접재료를 설명한다. 본 발명의 플럭스 코어드 와이어는, 자체 중량%로, C: 0.01~0.2%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 1.0~9.0%, P + S: 0.04%미만, Cr: 15.0~20.0%, Ni: 15.0~20.0%, Mo: 1.5~4.5%, Ti: 0.01~1.0%, N: 0.01~0.3%, SiO2: 0.1~3.0%, MnO: 0.5~5.0%, Li2O, Na2O 및 K2O 중 1 종 이상: 0.05~1.5%, Al2O3, TiO2 및 ZrO2 중 1종 이상: 5~12%, 잔여 Fe 및 불가피적인 불순물을 포함하며, 하기 [관계식 1]을 만족하고, 하기 [관계식 2]로 정의되는 값이 0.5 이하를 만족한다.
[관계식 1]
23.2-Cr×0.54≤Ni≤ 14.5+Cr×0.31
[관계식 2]
{([Na2O]+[K2O]+[Li2O]+0.2×[MnO])/([SiO2]+0.5×([Al2O3]+[TiO2]+[ZrO2]))}
이하, 본 발명의 와이어의 조성 성분 및 그 제한사유를 설명하며, 이하에서, "%"는 중량%를 나타낸다.
·C: 0.01~0.2%
탄소(C)는 강도 및 경도를 향상시키는 역할을 하는 성분이다. 이러한 C의 함량이 0.01% 미만이면 강도를 향상시키는 효과를 충분히 얻을 수 없다. 한편 0.2%를 초과하면 내고온균열성과 인성이 저하되고, 스패터(spatter) 발생이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 C의 함량을 0.01~0.2%로 제한함이 바람직하다.
본 발명에서의 C원으로서는, 외피를 형성하는 Ni기 합금, 플럭스에 포함되는 Mn-C, Cr-C, W-C 등의 금속 탄화물 등을 들 수 있다.
·Si: 0.1~1.0%
실리콘(Si)은 탈산 작용과 작업성(퍼짐성)을 향상시키는 성분으로서, 그 함량이 0.1% 미만인 경우에는 탈산력이 부족하여 비드 퍼짐성이 저하되는 문제가 있으며, 반면 그 함량이 1.0%를 초과하게 되면 용접부 강도가 과도하게 증가하여 균열감수성이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 Si의 함량을 0.1~1.0%로 제한함이 바람직하다.
금속의 Si원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Si 및 Fe-Si 합금 등, 또는 SiO 등의 슬래그 성분으로부터 환원된 Si이다
·Mn: 1.0~9.0%
망간(Mn)은 슬래그 유동성을 개선하여 비드 형상을 개선 시키며, 용접부의 적정 강도와 인성을 유지시키는 역할을 하는 성분이다. 상술한 효과를 얻기 위해서는 1.0% 이상으로 Mn을 함유할 필요가 있으며, 다만 그 함량이 9.0%를 초과하게 되면 급격한 인성저하를 초래할 수 있으므로 바람직하지 못하다.
따라서, 본 발명에서는 Mn의 함량을 1.0~9.0%로 제한함이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 Mn원으로서는, 외피를 형성하는 Fe기 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Mn, Fe-Mn 합금, MnO2 및 MnCO3등이 있으며, 어느 것의 첨가에 의해서든 Mn량을 조정할 수 있다
·P + S: 0.040% 미만
P 및 S는 고온균열에 영향을 미치는 주요 원소 중 하나로, Ni3S7, NiS, Ni3P등 Ni합금과 저융점 화합물을 발생시켜 고온균열을 발생시킬 수 있다. 따라서 P 및 S 불순물 제어가 필수적으로 필요하며, P 및 S의 총 함량을 제어하여 고온균열 발생을 감소시킬 수 있다. 따라서 P 및 S 중 1종 이상이 그 합계로 0.040%미만인 것이 바람직하다.
·Cr: 15.0~20.0%
크롬(Cr)은 용접금속의 강도를 향상시키는 효과가 있지만. 15% 미만이면 그 효과가 없고 20%를 초과하게 되면 크롬탄화물이 과도하게 형성되어 인성이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 Cr의 함량을 15.0~20.0%로 제한함이 바람직하다.
본 발명에서 Cr원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Cr, Fe-Cr 합금 및 Cr2O3 등을 들 수 있다.
·Ni: 15.0~20.0%
Ni은 용접금속의 인성을 향상시키는 효과가 있지만, 15% 미만이면 용접부 페라이트조직이 과도하게 생성되어 인성을 저하시키며 20%를 초과하게 되면 비드 퍼짐성이 과도하게 감소하여 용접작업성을 저하시킨다.
따라서, 본 발명에서는 Ni의 함량을 15.0~20.0%로 제한함이 바람직하다.
본 발명에서 Ni원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Ni, Fe-Ni 합금 및 Ni-Mg 등을 들 수 있다.
·Mo: 1.5~4.5%
몰리브덴(Mo)은 용착 금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 이러한 Mo의 함량이 1.5% 미만이면 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 반면에 4.5%를 초과하게 되면 용착 금속의 인성이 저하된다.
따라서, 본 발명에서는 Mo의 함량을 1.5~4.5%로 제한함이 바람직하다.
한편,본 발명에서 Mo원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Mo 및 Fe-Mo 합금 등을 들 수 있다.
·Ti: 0.01~1.0%
Ti는 아크안정성 증가 및 석출경화 효과를 증가시킬 수 있다.
그 함량이 0.01% 미만인 경우에는 상기 효과가 충분하지 않다. 반면에, 그 함량이 1.0%를 초과하는 경우에는 Fe3Ti, Ni3(Ti,Al) 등의 화합물을 형성하여 strain-age-Crack 발생으로 인한 건전한 용접부 확보가 어렵다.
따라서, 본 발명에서는 Ti의 함량을 0.01~1.0%로 제한함이 바람직하다.
·N: 0.01~0.3%
질소(N)은 용착금속의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 이러한 질소의 함량이 0.01% 미만이면 상술한 효과를 기대하기 어려우며, 반면에 0.3%를 초과하게 되면 용착금속의 인성이 저하된다.
따라서, 본 발명에서는 N의 함량을 0.01~0.3%로 제한함이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 N원으로서는, 외피를 형성하는 합금, 플럭스에 포함되는 금속 Fe-N,Cr-Fe-N,Cr-N.Mn-N 합금 등일 수 있다.
·SiO2(이산화규소): 0.1~3.0%
상기 SiO2는 슬래그 형성제로서 용접 슬래그의 유동성 및 용접비드 퍼짐성을 증가시키는 역할을 한다. 이러한 효과를 나타내기 위하여는 본 발명에서는 0.1% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나 그 함량이 3.0%를 초과하는 경우에는 용접금속 내에 Si함량이 급격히 증가하여, 과도한 강도 상승, 2차 석출물 증가로 인한 내균열성 저하를 초래하는 문제가 있다.
따라서 SiO2의 함량은 0.1~3.0%로 제한함이 바람직하다.
·MnO(산화망간): 0.5~5.0%
MnO는 슬래그 응고 온도를 저하시켜 용접 슬래그의 유동성 및 용접 비드 퍼짐성을 증가시키는 역할을 한다. 이러한 효과를 나타내기 위하여는 0.5% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 그 함량이 5.0%를 초과하는 경우에는 용접금속의 아크집중성 감소 및 균열발생을 초래하는 문제가 있다.
따라서 본 발명에서는 MnO의 함량은 0.5~5.0%로 제한함이 바람직하다.
·Li2O, Na2O 및 K2O 중 1 종 이상: 0.05~1.5%
본 발명에서 알칼리 금속 산화물은 용접 중 아크의 이온화 포텐셜을 저하시켜 아크의 발생을 용이하게 해주며, 용접 중 안정된 아크를 유지시켜줄 수 있다. 상기 알카리 금속 산화물은 0.05% 이상 첨가되어야 이러한 효과가 나타낼 수 있다. 그러나, 그 함량이 1.5%를 초과하면, 높은 증기압으로 인하여 용접흄(Fume)이 과다하게 발생할 수 있다. 여기서 알칼리 금속 산화물은 Li2O, Na2O 및 K2O 중 1 종 이상을 포함하며, 본 발명에서 알칼리 금속 산화물의 첨가효과는 각각의 함량비와는 무관하다.
·Al2O3, TiO2 및 ZrO2 중 1종 이상: 5~12%
Al, Ti, Zr 산화물은 슬래그의 융점을 높여 전 자세 용접의 작업성을 양호하게 하기 위해 첨가한다. 만일 상기 산화물들의 첨가량의 합이 5 % 미만이면, 슬래그의 양이 충분하지 않아 슬래그의 포피성이 열화된다. 반면에 상기 산화물의 첨가량의 합이 12%를 초과하면, 슬래그 권취 결함이 발생하기 쉬워진다. 따라서 본 발명에서는 Al2O3, TiO2 및 ZrO2 중 1종 이상을 포함하며, 상기 금속 산화물 첨가 효과는 각각의 함량비와는 무관하다.
한편 본 발명에서는 하기 [관계식 1]을 만족하도록 Ni와 Cr 함량을 가지는 것이 바람직하다. 하기 [관계식 1]을 만족하지 못하는 화학성분 조성의 경우, Cr와 Ni 함량에 따른 용접부 페라이트 함량이 증가하여 충격 인성이 저하되거나 유해상의 발생이 증가하여 기계적 특성이 우수한 용접부를 얻을 수 없다.
[관계식 1]
23.2-Cr×0.54≤Ni≤ 14.5+Cr×0.31
또한 본 발명에서는 하기 [관계식 2]를 만족하도록 각 산화물의 첨가량을 제어하는 것이 바람직하다. 구체적으로 본 발명에서는 하기 [관계식 2]에 의해 정의되는 값이 0.5 이하가 되도록 관리함이 바람직하다. 만일 상기 [관계식 1]에 의해 정의되는 값이 0.5를 초과하면 용접성 및 균열성 저하로 인한 우수한 용접부 품질을 확보하기 어렵다.
[관계식 2]
{([Na2O]+ [K2O]+[Li2O]+0.2×[MnO])/([SiO2]+0.5×([Al2O3]+[TiO2]+[ZrO2]))}
본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다.
상술한 성분 외에도 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다. 예컨대 본 발명에서는 불순물로서 Nb: 0.1%, 질량 % 이하, V: 0.10%, 질량 % 이하, Al: 0.10%, 질량 % 이하의 범위로 함유될 수 있다.
한편 본 플럭스 코어드 와이어를 이루는 금속 외피는, 자체 중량%로, C: 0.001~0.1%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 0.5~9.0%, Cr: 14.0~22.0%, Ni: 8~22%, Mo: 0.1~3.5%, Ti: 0.01~1.0%, N: 0.01~0.3 %, 나머지 Fe로 이루어질 수 있다.
또한 상기 용접용 와이어는 일반적으로 금속 외피가 합금 성분의 플럭스를 감싸는 단일 외피 구조로 나타낼 수 있다. 이때, 본 발명에서는 상기 와이어의 직경은 0.9~1.6mm 정도가 적당하며, 상기 금속 외피의 무게 분율은 외피의 밀도와 플럭스의 밀도차이를 고려하면 대략 용접용 와이어의 전체 대비 무게 분율로 50~90%가 바람직하다.
상술한 용접 재료의 플럭스의 합금조성 및 플럭스 코어를 감싸는 외피의 합금조성을 만족하는 플럭스 코어드 와이어를 이용함으로써 전자세 용접(All Position Welding)이 가능하며, 인장 강도 및 충격 인성이 우수한 용접 이음부를 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.
(실시예 1)
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분을 갖는 용접용 와이어를 마련하였으며, 이때, 각 성분의 단위는 중량%이다.
그리고 발명재와 비교재에 있어서, 용접용 와이어를 이루는 금속 외피 구성 및 외피의 성분은 동일하며, 플럭스의 함량만 달리하였다. 본 실시예에서 이용한 금속 외피는, 중량%로, C: 0.001~0.1%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 0.5~9.0%, Cr: 14.0~22.0%, Ni: 8~22%, Mo: 0.1~3.5%, Ti: 0.01~1.0%, N: 0.01~0.3%, 나머지 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진다.
상기 각각의 용접 재료를 이용하여 플럭스 코어드 아크 용접(FCAW; Flux Cored Arc Welding)을 실시하였다. 이때, 판 두께 20mm의 SM490 강판의 개선 면에, 개선 각도가 45°가 되도록 사면을 형성하고, 이 개선부를 와이어로 버터링하여, 버터링층을 형성했다. 이 후, 버터링된 모재들끼리 루트 갭이 12mm가 되도록 배치하고, 개선이 좁아지는 측에, 마찬가지로 그 표면이 버터링된 덧대기쇠 (강재)를 배치하였다. 이 개선에 JIS Z 3111: 2005에 준해서 용접하여, 용착 금속을 제조하였다.
FCAW의 경우, 100% CO2 조건과 Ar+15~25% CO2 조건에서 입열량 1.7 kJ/m으로 용접을 실시하였다. 일반적으로 100% CO2 보호가스 적용할 경우, Ar+15~25% 적용시보다 인장 강도는 유사 수준이나 용착 금속의 산소함량 증가로 인한 충격 인성은 저하된다. 따라서 시험 결과는 100% CO2 보호가스 용접시 물리적 특성에 대한 결과를 나타낸 것이다. FCAW용 와이어의 직경은 1.2mm 인 것을 사용하였다.
이후, 얻어진 용접 이음부의 항복 강도(YS), 인장 강도(TS), 연신율(EL) 및 -140℃의 샤르피 충격흡수에너지를 측정하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.
또한 본 실시예에서 전자세 용접성은 아크 안정성과 슬래그 박리성을 고려하여 육안으로 비교 판단하였으며, A(우수), B(미흡), C(불량)의 3단계로 구분하여 평가하였다.
아울러, 균열 및 기공 여부도 육안으로 비교 판단하여 표 2에 나타내었으며, 균열 미발생(A), 다층 균열 발생(B), 초층 균열발생(C)으로 평가하였다.
구분 C Si Mn P+S Ni Cr Mo N2 Ti D1 SiO2 MnO D2 D3 A1 A2
발명예1 0.03 0.75 2.5 0.01 16 18 2.5 0.08 0.2 0.2 0.5 2.4 7.8 0.15 13.5 20.1
발명예2 0.15 0.74 2.7 0.01 16 19 3 0.26 0.3 1.4 0.7 2.5 8.9 0.37 12.9 20.4
발명예3 0.07 0.4 3.5 0.01 15 19.1 3.8 0.12 0.2 0.4 3.1 2.6 11.5 0.10 12.9 20.4
발명예4 0.05 0.9 4.2 0.01 16 19.5 3.5 0.09 0.3 1.5 2.5 2.8 6 0.37 12.7 20.5
발명예5 0.04 0.6 1.8 0.01 17 19.5 2.7 0.09 0.05 1.2 2.2 0.9 7 0.24 12.7 20.5
발명예6 0.1 0.7 8.5 0.02 15.5 18.9 3.1 0.1 0.8 0.4 2.3 4.8 7.8 0.22 13.0 20.4
발명예7 0.08 0.8 4.8 0.03 16 19.5 1.8 0.04 0.25 0.6 2.4 3.5 10.4 0.17 12.7 20.5
발명예8 0.09 0.9 2.2 0.02 16 18.5 4.2 0.08 0.8 1.4 2.8 3.4 11.2 0.25 13.2 20.2
비교예1 0.21 0.75 2.5 0.01 16 18.5 2.5 0.08 0.2 0.5 0.36 4.5 12.5 0.21 13.2 20.2
비교예2 0.07 1.2 2.9 0.02 17 19 3.5 0.02 0.3 0.7 1.2 2.5 4.8 0.33 12.9 20.4
비교예3 0.02 0.9 0.3 0.03 16.5 18.9 3.3 0.2 0.01 0.5 3.1 2.4 7.5 0.14 13.0 20.4
비교예4 0.09 0.33 9.5 0.03 16.9 19.3 2.3 0.29 0.05 0.05 0.25 3.8 7.9 0.19 12.8 20.5
비교예5 0.02 0.77 2.4 0.02 17.5 15.5 1.9 0.17 0.07 1.5 0.2 4.8 5.2 0.88 14.8 19.3
비교예6 0.03 0.85 3.4 0.03 20.2 15.5 4.4 0.05 0.7 1.2 1.3 6.5 11.5 0.35 14.8 19.3
비교예7 0.09 0.45 7.8 0.02 14.9 15 2.7 0.25 0.4 1.2 2 1.5 5.4 0.32 15.1 19.2
비교예8 0.04 0.61 4.8 0.02 18.8 14.8 2.2 0.04 0.25 0.5 0.3 0.38 7.7 0.14 15.2 19.1
비교예9 0.07 0.91 5.1 0.03 18.9 20.1 2.8 0.18 0.8 1.5 2 1.5 7.7 0.31 12.3 20.7
비교예10 0.02 0.66 6 0.03 17.2 18.5 1.1 0.27 0.6 1.4 2 1.8 7.9 0.30 13.2 20.2
비교예11 0.09 0.69 6.6 0.01 19.5 18 4.8 0.15 0.4 1.3 2 1.7 8.5 0.26 13.5 20.1
비교예12 0.09 0.69 6.6 0.01 19.5 18 2.3 0.33 0.4 1.4 1.5 2.8 7.7 0.37 13.5 20.1
*표 1에서 각 성분은 함량은 중량%이고 잔여는 Fe 및 불순물이며,
D1은 ·Li2O+Na2O+K2O, D2는 Al2O3+TiO2+ZrO2, D3는 {([Na2O]+ [K2O]+[Li2O]+0.2×[MnO])/([SiO2]+0.5×([Al2O3]+[TiO2]+[ZrO2]))}, A1은 23.2-Cr×0.54, 그리고 A2는 14.5+Cr×0.31이다.
구분 YS(MPa) TS(MPa) EL (%) 샤르피충격흡수에니지(-140℃) 내균열성 용접성
(100% CO2)
발명예1 540 630 40.5 60 A A
발명예2 600 755 27.5 35 A A
발명예3 580 700 30.5 40 A A
발명예4 550 660 38.5 63 A A
발명예5 560 650 38.5 65 A A
발명예6 560 625 40.4 80 A A
발명예7 540 660 32.4 70 A A
발명예8 545 625 39.5 60 A A
비교예1 525 690 40.8 30 A C
비교예2 545 630 42.5 55 A C
비교예3 500 610 43.5 60 B C
비교예4 577 720 35.5 25 C C
비교예5 569 680 38.5 50 A A
비교예6 540 600 43.2 60 B C
비교예7 601 670 39.9 40 B C
비교예8 540 610 45.2 80 A C
비교예9 602 700 27.2 25 B B
비교예10 520 610 35.5 60 A A
비교예11 650 780 24.5 20 C B
비교예12 660 780 23.5 20 C C
상기 표 1 및 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 합금 성분을 만족할 뿐만 아니라, 관계식 1(23.2-Cr×0.54≤Ni≤ 14.5+Cr×0.31)을 만족하고 관계식 2로 정의되는 값이 0.5 이하인 발명예 1 내지 8의 경우에는 내균열성 및 전자세 용접성이 우수함을 알 수 있다. 아울러, 발명예 1-8을 이용한 용접이음부의 인장강도는 620MPa 이상, -140℃ 충격 인성 27J이상을 모두 만족하였다.
이에 대하여, C 함량이 0.2%를 초과하는 비교예 1의 경우, 용접부 흄 및 스패터 발생량이 과다하여 용접부 및 용접부 주변에 양호한 비드 외관 확보가 불가하였다. 또한 Al2O3+TiO2+ZrO2 함량이 12%를 초과함으로써 슬래그 함량이 과다하여 전자세 용접시 용접부와 슬래그의 분리가 원활하지 못하였으며, 슬래그 혼입이 발생 되어 전자세 용접성이 미흡하였다.
또한 비교예 2의 경우, Si 함량이 1.0%를 초과한 경우로서, 비드 퍼짐성이 과다하고 용접부 용입 특성이 저하되어 양호한 용접 비드를 확보하기 힘들었다. 그리고 Al2O3+TiO2+ZrO2 함량이 5.0% 미만으로 슬래그 함량이 과소하여 슬래그 포피성이 떨어지고 양호한 용접 비드를 확보하기 힘들었다.
또한 Mn 함량이 1.0% 미만인 비교예 3은 SiO2 함량이 과도하여 슬래그 유동성이 열세하여 양호한 용접비드를 확보하기 힘들며 목표 인장강도 확보가 힘들었다.
또한 Mn 함량이 9.0%를 초과하는 비교예 4는 비드 퍼짐성이 과다하고 용접부 용입특성이 저하되어 양호한 용접 비드를 확보하기 힘들었다.
비교예 5는 관계식 1을 만족하여 양호한 인장 강도 및 충격 인성을 확보하였으나 관계식 2를 만족하지 못하여 양호한 용접성을 확보하기 힘들었다.
또한 Ni 함량이 20%를 초과하는 비교예 6은 비드 퍼짐성이 과도하여 감소되어 수직 자세에서 슬래그 형성이 나빠져 비드가 흘려 내렸다. 그리고 MnO 함량이 5.0%을 초과하여 비드 퍼짐성이 열세하며 용입 특성이 부족하였다.
비교예 7은 Ni 함량이 15%를 미만으로 용접부 페라이트 함량이 과도하여 다층 용접시 균열에 취약하였으며, 또한 관계식 1을 만족하지 못하여 초층 균열이 발생하였다.
또한 Cr 함량이 15% 미만인 비교예 8은 용접부 강도가 저하되어 목표강도에 부족하였으며, MnO 함량이 0.5%을 미만으로 비드 퍼짐성이 열세하여 양호한 용접 작업성을 확보하기 힘들었다.
또한 Cr 함량이 20%를 초과하는 비교예 9는 용접부 인장 강도가 과도하여 충격 인성이 저하되었으며 다층용접시 균열이 발생하였다.
또한 Mo 함량이 1.5% 미만인 비교예 10은 용접부 강도가 저하되어 목표강도에 부족하였으며, 또한 Mo 함량이 4.5%를 초과하는 비교예 11은 용접부 인장 강도가 과도하게 높아 충격 인성이 저하되었다.
나아가, 질소 함량이 0.3%를 초과하는 비교예 12는 용접부의 기공발생이 증가하여 용접부 건전성이 저하되었으며, 용접부 인장 강도가 과도하게 높아 충격 인성이 저하되었다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (2)

  1. 금속 외피에 플럭스가 충전되어 있는 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 상기 와이어는 자체 중량%로, C: 0.01~0.2%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 1.0~9.0%, P + S: 0.04%미만, Cr: 15.0~20.0%, Ni: 15.0~20.0%, Mo: 1.5~4.5%, Ti: 0.01~1.0%, N: 0.01~0.3%, SiO2: 0.1~3.0%, MnO: 0.5~5.0%, Li2O, Na2O 및 K2O 중 1 종 이상: 0.05~1.5%, Al2O3, TiO2 및 ZrO2 중 1종 이상: 5~12%, 잔여 Fe 및 불가피적인 불순물을 포함하며, 하기 [관계식 1]을 만족하고, 하기 [관계식 2]로 정의되는 값이 0.5 이하를 만족하는 것을 특징으로 하는 극저온용 철계 플럭스 코어드 와이어.
    [관계식 1]
    23.2-Cr×0.54≤Ni≤ 14.5+Cr×0.31
    [관계식 2]
    {([Na2O]+ [K2O]+[Li2O]+0.2×[MnO])/([SiO2]+0.5×([Al2O3]+[TiO2]+[ZrO2]))}
  2. 제 1항에 있어서, 상기 외피는, 그 자체 중량%로, C: 0.001~0.1%, Si: 0.1~1.0%, Mn: 0.5~9.0%, Cr: 14.0~22.0%, Ni: 8~22%, Mo: 0.1~3.5%, Ti: 0.01~1.0%, N: 0.01~0.3 %, 나머지 Fe 및 블가피한 불순물을 포함하여 조성되는 극저온용 철계 플럭스 코어드 와이어.
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