KR20190110110A

KR20190110110A - 겹치기 필렛 아크 용접 이음매 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20190110110A
Application number: KR1020197024302A
Authority: KR
Inventors: 치카우미 사와니시; 히로시 마츠다; 데츠야 다가와; 린세이 이케다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2019-09-27
Also published as: KR102266643B1; CN110337344A; JPWO2018159404A1; JP6914923B2; WO2018159404A1; CN110337344B

Abstract

피로 강도가 우수한 고강도 강판의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매를 제공한다. 적어도 용접지단부측의 강판이 고강도 강판으로 되도록 2개의 강판이 중첩되고 용접된 겹치기 필렛 아크 용접 이음매로서, 용접지단부측의 강판 표면에서 판 두께 방향으로 0.2㎜의 위치에서, 용접지단부에서 모재까지의 범위의 비커스 경도의 최대값을 HU, 최소값을 HL로 했을 때, 하기 식 (1)의 관계를 만족시킨다. HU-HL≤300 (1)

Description

겹치기 필렛 아크 용접 이음매 및 그 제조 방법

본 발명은 겹치기 필렛(lap fillet) 아크 용접 이음매 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차 분야에서는 지구 온난화 방지를 목적으로 한 CO₂ 배출 억제나 충돌시의 승무원 및 보행자의 안전성(충돌 안전성) 향상에 대한 사회적 요청이 증대해 오고 있다. 이 중, 자동차 주행시의 CO₂ 배출량 삭감에 대해서는 차체 중량의 경감에 의한 효과는 크고, 100kg의 경량화에 의해, 평균적으로는 약 1km/l의 연비의 절감이 가능하게 되는 동시에, CO₂배출량도 삭감할 수 있다.

한편, 충돌 안전성에 대해서는 그 기준이 해마다 엄격하게 되고 있으며, 차체 강도 및 강성의 향상이나 강도의 최적 배분에 의한 충돌 안전성의 확보가 필요하게 되고 있다. 일반적으로는 차체 강도의 향상을 도모하면 차체 중량이 증가하여 CO₂ 배출이 증가하지만, 차체에 사용되는 소재의 고강도화에 의해 충돌 안전성과 차체 중량의 저감(즉 CO₂ 배출 억제)의 밸런스를 취하는 것이 가능하다. 철강 재료는 자동차의 중량의 약 7할을 차지하는 주요한 소재이며, 그 중에서도 강판의 고강도화는 해마다 진행되고 있다.

차체 중량의 경량화, 즉 차체의 부품의 경량화 실현을 위해서는 강판 뿐만 아니라 용접부의 강도 특성을 확보하는 것이 필요하며, 특히 자동차의 섀시, 프레임 부품 등의 아크 용접부에 있어서의 피로 강도 개선은 중요한 과제로 된다.

이상의 배경으로부터, 고강도 강판의 아크 용접 이음매의 피로 강도의 향상을 도모하는 용접 기술이 각종 제안되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에는 열연 강판의 성분·조직 및 용접부의 경도 분포·조직을 적정화함으로써, 피로 강도를 향상시키는 용접 방법이 기재되어 있다. 또, 특허문헌 2에는 겹치기 필렛 용접에 있어서의 상부판과 하부판의 중첩부의 강판 긴쪽 방향의 길이인 오버랩 길이를 적정화함으로써, 피로 강도를 향상시키는 용접 방법이 기재되어 있다. 또, 특허문헌 3에서는 용접지단부 근방의 용접 금속과 열 영향부의 경도, 및 그들 비를 적정화하는 내피로 균열 발생 특성이 우수한 필렛 용접 이음매가 기재되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공보 제5909143호 특허문헌 2: 일본국 특허공개공보 제2012-183542호 특허문헌 3: 일본국 특허공보 제5000476호

그러나, 특허문헌 1의 용접 방법에서는 모재 및 열 영향부의 조직이 각각 일정 이상의 비율로 페라이트를 가질 필요가 있어, 근래 적용 확대가 검토되고 있는 980MPa급 이상의 초고강도 강에 대해서는 적용할 수 없다는 과제가 있었다.

또, 특허문헌 2의 용접 방법에서는 피로 강도가 향상하는 이음매의 오버랩 길이는 한정적이며, 다양한 부품 형상에 대해 대응할 수 없다는 과제가 있었다.

특허문헌 3의 용접 이음매에서는 피로 강도가 향상하는 용접 금속 및 열 영향부의 경도에 상한이 있기 때문에, 강판의 고강도화에 수반하여 합금 원소 함유량이 증가한 경우에는 특히 열 영향부의 경화를 억제하는 방법을 검토할 필요가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 피로 강도가 우수한, 고강도 강판의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 상기의 목표를 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

겹치기 필렛 아크 용접 이음매에 있어서의 피로 파괴는 응력이 집중하는 용접지단부 근방에서 발생하기 쉽다. 그 때문에, 용접지단부에 있어서의 각도(플랭크각:θ, 도 1)를 크게 함으로써 응력 집중이 완화되고, 용접 이음매의 피로 강도 향상에 유효하게 된다.

한편, 고강도 강판의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 경도 분포에 주목하면, 용접지단부 근방의 용접 열 영향부는 입열이 크기 때문에, 강판의 Ac₃점 이상까지 가열된 후에 냉각됨으로써, 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직이 주체의 조직으로 되고, 모재부에 대해 경화가 발생하기 쉽다(이후, 이 Ac₃점 이상까지 가열된 영역을 경화역이라고 함). 또, 그보다 모재측으로 멀어진 최고 도달 온도가 Ac₁점 이하의 영역에서는 모재의 성분이나 조직에 따라서는 마텐자이트 조직의 탬퍼링에 기인하는 연화가 발생하는 경우가 있다(이후, 이 Ac₁점 이하까지 가열된 영역을 연화역이라고 함).

그 때문에, 상기와 같이 고강도 강판의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 피로 강도를 향상하기 위해 플랭크각을 크게 했다고 해도, 용접지단부 근방의 경화역에 대해, 그보다 외측(모재측)의 연화역의 경도가 과도하게 저하하면, 연화역에 응력 집중에 의해서 피로 강도에 악영향을 주기 때문에, 피로 강도의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 반대로, 경화역의 경도가 과도하게 증가한 경우에도, 연화역으로의 응력 집중이 커지는 것에 의해, 피로 강도의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다고 생각된다.

이상의 지견으로부터, 발명자들은 고강도 강판의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 피로 강도를 향상하기 위해서는 플랭크각을 크게 하는 즉 용접지단부의 형상을 극력 평활하게 할 뿐만 아니라, 소정 범위의 용접부에 있어서의 경도의 최대값과 최소값의 차를 일정 이하로 억제함으로써 응력 집중을 완화하는 것이 유효하다는 지견을 얻었다.

본 발명은 이상과 같은 지견에 의거하여 이루어진 것이며, 요지는 이하와 같다.

[1] 적어도 용접지단부측의 강판이 고강도 강판으로 되도록 2개의 강판이 중첩되고 용접된 겹치기 필렛 아크 용접 이음매로서, 용접지단부측의 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 0.2㎜의 위치에서, 용접지단부에서 판 폭 방향으로 30㎜까지의 범위의 비커스 경도의 최대값을 HU, 최소값을 HL로 했을 때, 하기 식 (1)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 겹치기 필렛 아크 용접 이음매: HU-HL≤300 (1).

[2] 용접지단부측의 강판은 모재의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직의 면적 분율의 합계를 MB(%), 용접 열 영향부에 있어서의 비커스 경도가 상기 최대값 HU를 나타내는 위치를 중심으로 하는 반경 0.1㎜ 이내의 영역의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직의 면적 분율의 합계를 MU(%), 용접 열 영향부에 있어서의 비커스 경도가 상기 최소값 HL을 나타내는 위치를 중심으로 하는 반경 0.1㎜ 이내의 영역의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직의 면적 분율의 합계를 ML(%)로 했을 때, 하기 식 (2)∼(4)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 겹치기 필렛 아크 용접 이음매: MB＞50 (2) MU＞60 (3) ML＞15 (4).

[3] 적어도 용접지단부측의 강판이 고강도 강판으로 되도록 2개의 강판을 중첩하고 용접 와이어를 이용하여 실드 가스를 공급하여 필렛 아크 용접하는 [1] 또는 [2]에 기재된 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 제조 방법으로서, 상기 실드 가스가 불활성 가스와 산화성 가스로 이루어지고, 해당 실드 가스는 하기 식 (5)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 제조 방법: 1≤2×[O₂]+[CO₂]≤30 (5)(식 중, [CO₂]는 실드 가스 중의 CO₂의 체적%이며, [O₂]는 실드 가스 중의 O₂의 체적%이다)

[4] 용접 전류를 I(A), 아크 전압을 V(V), 용접 속도를 s(cm/min)로 했을 때, 하기 식 (14)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 [3]에 기재된 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 제조 방법: (I×V)/s≤100/(C+Mn/6+Si/24) (14)(식 중, C, Mn, Si는 용접지단부측의 강판의 모재의 각 원소의 질량%값이다.)

본 발명에 따르면, 소정 범위의 용접부에 있어서의 경도의 최대값 HU와 최소값 HL의 차를 소정의 값 이하로 하는 것에 의해, 고강도 강판의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 피로 강도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이 본 발명의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매는 고강도 강판을 이용하고 또한 피로 강도도 우수하기 때문에, 예를 들면, 자동차의 섀시, 프레임 부품 등의 고강도이고 또한 피로 강도가 요구되는 부위에 바람직하게 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 단면도이다.
도 2는 실시예의 피로 강도 시험편을 나타내는 평면도 및 단면도이다.

본 발명의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매는 적어도 용접지단부측의 강판이 고강도 강판으로 되도록 2개의 강판이 중첩되고 용접된 겹치기 필렛 아크 용접 이음매로서, 용접지단부측의 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 0.2㎜의 위치에서, 용접지단부에서 판 폭 방향으로 30㎜까지의 범위의 비커스 경도의 최대값을 HU, 최소값을 HL로 했을 때, 하기 식 (1)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.

HU-HL≤300 (1)

이러한 본 발명의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매(이하, 단지 「본 발명의 용접 이음매」라고도 함)에 대해, 본 발명의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 일예인 도 1을 이용하여 이하에 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매는 2개의 강판(11, 12)을 중첩하여, 한쪽의 강판(도 1에 있어서는 상측의 강판(11))의 단면(13)을 따라, 해당 단면(13)과 다른 한쪽의 강판(도 1에 있어서는 하측의 강판(12))의 표면(14)을 필렛 아크 용접하여 얻어지는 것이다. 또, '16'은 필렛 아크 용접에 의한 용접 금속(비드(용접선))이며, '17'은 용접지단부이다.

중첩된 필렛 아크 용접 이음매를 구성하는 2개의 강판은 적어도 용접지단부측의 강판(12)이 고강도 강판이다. 본 명세서에 있어서, 「고강도」는 인장 강도 TS가 780MPa 이상인 경우를 말한다. 고강도 강판을 이용한 겹치기 필렛 아크 용접 이음매에서는 피로 강도를 향상시키기 어렵다고 하는 문제가 있다. 그러나, 본 발명에 있어서는 780MPa 이상, 더 나아가서는 980MPa 이상이나 1180MPa 이상의 초고강도 강판을 이용한 겹치기 필렛 아크 용접 이음매라도 피로 강도를 향상시킬 수 있어, 우수한 피로 강도를 갖는 용접 이음매로 할 수 있다. 인장 강도는 강판으로부터, 압연 방향에 대해 평행 방향으로 JIS5호 인장 시험편을 제작하고, JIS Z 2241:2011의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여 구할 수 있다.

강판(11, 12)의 성분 조성은 특히 한정되지 않는다. 그러나, 상기 식 (1)의 관계를 만족시키는 용접 이음매로 하기 위해서는 용접 열 영향부의 과도한 경화·연화를 억제하는 것이 필요하다. 그를 위해서는 모재인 강판의 합금 원소 함유량을 적정화하는 것이 유효하며, 특히 중요한 것은 C, Si 및 Mn이다. C함유량은 0.02질량%∼0.3질량%로 하는 것이 바람직하다. C함유량이 0.02질량% 미만에서는 담금질성이 저하함으로써 용접 열 영향부의 연화가 현저하게 되고, 반대로 0.3질량% 초과에서는 경화가 현저하게 됨으로써 본 발명의 효과가 유효하게 얻어지지 않는 경우가 있다. 마찬가지로, 담금질성의 저하 억제의 관점에서는 강판의 Si 함유량은 0.01질량% 이상, Mn의 함유량은 0.5질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 강판은 열연 강판이라도 냉연 강판이라도 좋다. 또, 강판(11, 12)은 표면에 금속 도금층을 갖는 도금 강판이어도 좋다.

강판(11, 12)의 판 두께는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 판 두께가 1㎜∼5㎜의 범위로 함으로서 본 발명의 효과를 유효하게 얻을 수 있다.

또한, 2개의 강판(11) 및 강판(12)은 동일해도 달라도 좋으며, 강판(11) 및 강판(12)이 동종 및 동일 형상의 강판이어도 좋고, 이종이나 다른 형상의 강판이어도 좋다.

그리고, 본 발명에 있어서는 용접지단부(17)측의 강판(12) 표면으로부터 판 두께 방향으로 0.2㎜의 위치에 있어서의 비커스 경도가 용접지단부에서 판 폭 방향(도 1에 있어서는 수평 방향)으로 30㎜까지의 범위의 비커스 경도의 최대값을 HU, 용접지단부에서 판 폭 방향으로 30㎜까지의 범위의 비커스 경도의 최소값을 HL로 하면, 상기 식 (1)의 관계를 만족시킨다.

본 발명에 있어서는 상기 식 (1)의 관계를 만족시키는 것에 의해, 용접지단부를 갖는 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 연화역에 있어서의 응력 집중을 완화할 수 있고, 피로 강도가 우수한 겹치기 필렛 아크 용접 이음매를 얻을 수 있다.

이러한 본 발명은 980MPa 이상, 더 나아가서는 1180MPa 이상의 초고강도 강판을 이용한 용접 이음매에 대해서도 적용할 수 있다. 그리고, 본 발명은 용접 이음매의 강판의 오버랩 길이 등에 특히 한정도 없고, 다양한 부품 형상에 대응할 수 있다. 또, 특허문헌 3에 있어서는 피로 강도가 향상하는 용접 금속 및 열 영향부의 경도에 상한이 있기 때문에, 강판의 고강도화에 수반하여 합금 원소 함유량이 증가한 경우에는 특히 열 영향부의 경화를 억제하는 방법을 검토할 필요가 있다는 문제가 있다. 그러나, 본 발명에 있어서는 용접 열 영향부의 경도가 높아도 좋고, 예를 들면 비커스 경도의 최대값 HU가 450 이상이어도 좋다. 또한, 본 발명은 겹치기 필렛 용접에 관한 것이며, 맞대기 용접에서는 상기 식 (1)을 만족시켰다고 해도, 피로 강도의 향상 효과는 작다. 이것은 맞대기 용접에서는 겹치기 필렛 용접에 비해 비드 형상에 기인하는 응력 집중이 작으므로, 연화부의 존재에 의한 피로 강도의 저하가 현저하게 되기 때문이다.

여기서, 용접지단부에서 판 폭 방향으로 30㎜까지의 범위의 비커스 경도에 대해 설명한다. 용접지단부에서 판 폭 방향으로 30㎜까지의 범위는 용접 입열에 의해서 강 조직이나 경도가 변화한 용접 열 영향부(HAZ)와, 용접 전의 강판인 채 강 조직이나 경도가 거의 변질하고 있지 않은(용접 입열의 영향을 받지 않는) 모재의 일부를 포함하는 영역이다. 그리고, 본 발명에 있어서는 기본적으로 마텐자이트 조직이나 베이나이트 조직이 주체의 강 조직이며, 용접지단부에서 판 폭 방향으로 30㎜까지의 범위의 비커스 경도의 최대값 HU 및 최소값 HL은 용접 열 영향부내에 존재하고, 모재의 비커스 경도는 상기 용접 열 영향부의 최대값 HU 및 최소값 HL의 사이의 값이 된다. 따라서, 상기 식 (1)을 만족시키는 것에 의해, 종래는 고려되고 있지 않은 용접 열 영향부내의 비커스 경도의 최대값 HU와 최소값 HL의 차를 300 이하로 억제할 수 있고, 응력 집중을 완화할 수 있으며, 피로 강도를 향상시킬 수 있다.

이용하는 강판의 인장 강도가 1150MPa를 넘는 경우에는 하기 식 (6)의 관계를 만족시키는 것이 바람직하고, 하기 식 (7)의 관계를 만족시키는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 인장 강도가 낮고 고강도 강판이 아닌 경우에는 고강도 강판을 이용한 경우와 같이 템퍼링에 기인하는 열 영향부의 연화가 발생하지 않기 때문에, 본 발명은 인장 강도가 적어도 780MPa 이상의 고강도 강판에 적용한다.

HU-HL≤250 (6)

HU-HL≤200 (7)

상기 비커스 경도의 측정 방법은 도 1에 나타내는 바와 같이, 용접 이음매의 비드(용접선)에 수직인 판 두께 방향 단면에 있어서의 용접지단부(17)측의 강판(12)의 표면(14)으로부터 판 두께 방향으로 0.2㎜의 위치에서, 판 두께와 수직 방향으로 용접지단부에서 모재에 걸쳐 30㎜(용접지단부에서 판 폭 방향으로 30㎜까지의 범위이며, 도 1에 있어서, 「비커스 경도 측정 범위」로 기재함)를 측정 간격 0.2㎜, 측정 하중 200g에서, JIS Z 2244에 기재된 비커스 경도 시험을 실행하고, 그 비커스 경도의 최대값을 HU, 최소값을 HL로 하면 좋다. 또한, 모재의 비커스 경도는 강판의 판 두께 방향, 길이 방향, 및 폭 방향에 걸쳐 실질적으로 균일하다.

또, 본 발명의 용접 이음매에 있어서, 용접지단부(17)의 플랭크각은 예를 들면 120°이상이다. 용접지단부(17)의 플랭크각 θ는 도 1에 나타내는 바와 같이, 용접지단부(17)에 있어서의 용접 금속(16)의 접선과 강판(12) 표면에 의해 형성되는 각도 중, 용접 금속과는 반대측의 각도이다.

또한, 용접지단부(17)측의 강판(12)의 강 조직이 모재의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직의 면적 분율의 합계를 MB(%)로 하고, 용접 열 영향부에 있어서의 비커스 경도가 상기 최대값 HU를 나타내는 위치를 중심으로 하는 반경 0.1㎜ 이내의 영역의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직의 면적 분율의 합계를 MU(%)로 하고, 용접 열 영향부에 있어서의 비커스 경도가 상기 최소값 HL을 나타내는 위치를 중심으로 하는 반경 0.1㎜ 이내의 영역의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직의 면적 분율의 합계를 ML(%)로 했을 때, 하기 식 (2)∼(4)의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 강판의 강 조직이 식(2)∼(4)의 관계를 만족시키는 것에 의해, 본 발명의 효과인 피로 강도의 향상 효과를 더욱 유효하게 얻을 수 있다.

MB＞50 (2)

MU＞60 (3)

ML＞15 (4)

또, 용접 금속의 강 조직이 용접 금속의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직의 면적 분율의 합계를 MW(%)로 했을 때, 상기 식 (2) 및 (3)에 부가하여, 하기 식 (8) 및 (9)의 관계를 만족시키는 것이 바람직하고, 식 (10) 및 (11)의 관계를 만족시키는 것이 더욱 바람직하다. 식 (2) 및 (3)에 부가하여, 식 (8) 및 (9), 더 나아가서는 식 (10) 및 (11)의 관계를 만족시키는 것에 의해, 용접 금속의 경도를 용접 열 영향부에 비해 과도하게 낮게 하는 것(과도한 언더 매칭)에 의한 정적 강도의 저하를 방지하면서, 본 발명의 효과인 우수한 피로 강도도 아울러 충분히 확보할 수 있다.

ML＞25 (8)

MW＞25 (9)

ML＞35 (10)

MW＞35 (11)

이러한 강 조직의 면적 분율을 만족시키기 위해서는 용접 이음매의 모재로 되는 용접 전의 강판의 강 조직의 면적 분율을 적정화하는 것이 유효하게 된다. 용접 전의 강판, 즉 용접 이음매의 모재의 전체 조직에 대한 베이나이트 조직의 면적 분율을 40%∼95%, 마텐자이트 조직의 면적 분율을 3%∼60%로 하는 것이 바람직하다. 베이나이트 조직의 면적 분율이 40% 미만에서는 마텐자이트 조직의 템퍼링에 의한 용접 열 영향부의 연화가 현저하게 되고, 용접 이음매에 있어서 상기 식 (1)의 관계를 만족시키는 것이 곤란하게 된다. 반대로 베이나이트 조직의 면적 분율이 95% 초과에서는 980MPa 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란하게 되고, 본 발명의 적용 범위가 크게 제한되게 된다. 또, 마찬가지로 용접 전의 강판의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직의 면적 분율이 3% 미만에서는 980MPa 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란하게 되고, 반대로 마텐자이트 조직의 면적 분율이 60% 초과에서는 용접 열 영향부의 연화가 현저하게 된다. 또한, 용접 이음매의 모재는 용접에 의해서 강 조직이나 경도가 거의 변질하지 않는 영역이기 때문에, 용접 이음매의 모재의 강 조직은 용접 전의 강판(이용하는 강판)의 강 조직과 대략 동등하다.

이러한 강 조직(모재의 강 조직, 용접 열 영향부에 있어서의 비커스 경도가 상기 최대값 HU를 나타내는 위치를 중심으로 하는 반경 0.1㎜ 이내의 영역의 강 조직, 용접 열 영향부에 있어서의 비커스 경도가 상기 최소값 HL을 나타내는 위치를 중심으로 하는 반경 0.1㎜ 이내의 영역의 강 조직, 용접 금속의 강 조직)은 이하의 방법으로 관찰하고, 전체 조직에 대한 각 조직의 면적 분율 및 그 합계를 구할 수 있다. 우선, 용접 이음매의 비드에 수직인 판 두께 방향 단면이 관찰면으로 되도록 연마하고, 나이탈 부식을 실시하며, 주사형 전자 현미경(SEM:배율 1000배)에 의해, 각 영역에 대해, 임의의 5개소를 촬영하고, 전체 조직에 대한 각 조직의 면적 분율을 점산법으로 구한다. 또한, 모재의 강 조직에 대해서는 용접 금속으로부터 30㎜ 이상 떨어진 임의의 5개소를 촬영한다. 그리고, 산출된 마텐자이트 조직의 면적 분율과 베이나이트 조직의 면적 분율을 합계하여, 모재에 대해서는 MB(%)를, 용접 열 영향부에 있어서의 비커스 경도가 상기 최대값 HU를 나타내는 위치를 중심으로 하는 반경 0.1㎜ 이내의 영역에 대해서는 MU(%)를, 용접 열 영향부에 있어서의 비커스 경도가 상기 최소값 HL을 나타내는 위치를 중심으로 하는 반경 0.1㎜ 이내의 영역에 대해서는 ML(%)를, 용접 금속에 대해서는 MW(%)를 구한다.

이러한 본 발명의 겹치기 필렛 아크 용접 이음매는 예를 들면, 적어도 용접지단부측의 강판이 고강도 강판으로 되도록 2개의 강판을 중첩하여 용접 와이어를 이용하고 실드 가스를 공급하여 필렛 아크 용접하는 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 제조 방법으로서, 실드 가스가 불활성 가스와 산화성 가스로 이루어지고, 해당 실드 가스는 하기 식 (5)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법에 의해서 제조할 수 있다.

1≤2×[O₂]+[CO₂]≤30 (5)

(식 중, [CO₂]는 실드 가스 중의 CO₂의 체적%이며, [O₂]는 실드 가스 중의 O₂의 체적%이다)

실드 가스에 있어서, 2×[O₂]+[CO₂]가 1% 미만에서는 아크의 지향성이 나쁘기 때문에 용접 비드가 사행해 버리고, 2×[O₂]+[CO₂]가 30% 초과에서는 아크가 긴축함으로써 용접 비드가 볼록형으로 되기 쉽고, 용접지단부의 플랭크각이 커지는 것에 의해 용접 이음매의 피로 강도가 현저히 저하하는 경우가 있다. 고강도 강판용의 용접 와이어를 사용하는 경우 등은 하기 식 (12)의 관계를 만족시키는 것이 바람직하며, 하기 식 (13)의 관계를 만족시키는 것이 더욱 바람직하다.

3≤2×[O₂]+[CO₂]≤20 (12)

3≤2×[O₂]+[CO₂]≤15 (13)

불활성 가스로서는 Ar 등을 들 수 있으며, 산화성 가스로서는 CO₂, O₂ 등을 들 수 있다.

이에 부가하여, 용접시의 과잉 입열을 막는 것에 의해, 용접 열 영향부의 과도한 경화·연화가 억제 가능하게 된다. 그를 위해서는 용접 조건의 적정화가 중요하며, 용접 전류를 I(A), 아크 전압을 V(V), 용접 속도를 s(cm/min)로 했을 때, 하기 식 (14)의 관계를 만족시키는 것이 바람직하다. 각 용접 조건의 바람직한 범위는 용접 전류: 100A∼300A, 아크 전압: 10V∼30V, 용접 속도: 50cm/min∼200cm/min이다. 식 (14)에 있어서의 용접 전류 및 아크 전압은 피크값이 아닌 평균값이다. 또한, 사용하는 용접 와이어나 용접기의 전원 특성에 제한은 없다.

(I×V)/s≤100/(C+Mn/6+Si/24) (14)

(식 중, C, Mn, Si는 용접지단부측의 강판의 모재의 각 원소의 질량%값이다.)

또한, 본 명세서에 있어서, 상기 각 식은 수치만의 관계를 규정한 것이다.

실시예

이하에, 본 발명의 가일층의 이해를 위해 실시예를 이용해서 설명하겠지만, 실시예는 하등 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

(본 발명예 및 비교예)

우선, 공시 강판으로서 표 1에 나타내는 열연 강판(모두 도금 없음)을 이용하여, 표 2에 나타내는 용접 조건으로, 도 1에 나타내는 바와 같이, 강판(11) 및 강판(12)을 펄스 마그 용접법에 의해 겹치기 필렛 아크 용접을 실행하고, 겹치기 필렛 아크 용접 이음매를 얻었다. 강판(11) 및 강판(12)으로서, 동일한 강판을 이용하였다. 용접 와이어는 모두 직경 1.2㎜의 MAG 용접용 솔리드 와이어를 이용하고, 실드 가스는 Ar에 CO₂ 및 O₂를 더한 혼합 가스를 이용하였다. 펄스형 용접 전류의 평균값은 오실로스코프로 측정한 용접 중의 전류의 평균값으로 하였다.

얻어진 겹치기 필렛 용접 이음매에 대해, 비커스 경도의 측정 및 조직 관찰을 상기의 방법으로 실행하였다. 또, 용접지단부(17)의 플랭크각 θ를 측정하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.

또, 얻어진 겹치기 필렛 용접 이음매로부터 기계 가공에 의해, 도 2에 나타내는 바와 같이, 용접지단부(17)(비드지단부)를 길이 방향의 중심으로 하고 평행부 폭 22㎜의 피로 강도 시험편을 얻었다. 도 2는 피로 강도 시험편을 나타내는 평면도(도 2의 (a)) 및 단면도(도 2의 (b))이며, 도 2에 있어서, 쌍방향의 화살표로 나타내는 수치의 단위는 ㎜이며, 도면 중 R은 화살표로 나타내는 곡선부의 곡률 반경이다. 제작한 피로 강도 시험편의 피로 시험으로서, 맥동의 구부림 피로 시험을 채용하였다. 피로 강도 시험편에 부여한 하중은 100∼500MPa, 반복 주파수는 20Hz로 하고, 또 반복 횟수는 1,000,000회로 하였다. 피로 강도 시험 결과는 이음매 피로 강도로부터 이하의 A, B, C, F로서 판정하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.

A: 250MPa≤이음매 피로 강도

B: 200MPa≤이음매 피로 강도＜250MPa

C: 150MPa≤이음매 피로 강도＜200MPa

F: 이음매 피로 강도＜150MPa

표 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명예의 피로 강도 시험편의 판정은 모두 A∼C의 어느 한 쪽이며, 본 발명의 효과가 유효하게 얻어졌다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

11, 12; 강판 16; 용접 금속
17; 용접지단부 θ; 플랭크각

Claims

적어도 용접지단부측의 강판이 고강도 강판으로 되도록 2개의 강판이 중첩되고 용접된 겹치기 필렛 아크 용접 이음매로서,
용접지단부측의 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 0.2㎜의 위치에서, 용접지단부에서 판 폭 방향으로 30㎜까지의 범위의 비커스 경도의 최대값을 HU, 최소값을 HL로 했을 때, 하기 식 (1)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 겹치기 필렛 아크 용접 이음매:
HU-HL≤300 (1).
제 1 항에 있어서,
용접지단부측의 강판은 모재의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직의 면적 분율의 합계를 MB(%), 용접 열 영향부에 있어서의 비커스 경도가 상기 최대값 HU를 나타내는 위치를 중심으로 하는 반경 0.1㎜ 이내의 영역의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직의 면적 분율의 합계를 MU(%), 용접 열 영향부에 있어서의 비커스 경도가 상기 최소값 HL을 나타내는 위치를 중심으로 하는 반경 0.1㎜ 이내의 영역의 전체 조직에 대한 마텐자이트 조직 및 베이나이트 조직의 면적 분율의 합계를 ML(%)로 했을 때, 하기 식 (2)∼(4)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 겹치기 필렛 아크 용접 이음매:
MB＞50 (2)
MU＞60 (3)
ML＞15 (4).
적어도 용접지단부측의 강판이 고강도 강판으로 되도록 2개의 강판을 중첩하고 용접 와이어를 이용하여 실드 가스를 공급하여 필렛 아크 용접하는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 제조 방법으로서,
상기 실드 가스가 불활성 가스와 산화성 가스로 이루어지고, 해당 실드 가스는 하기 식 (5)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 제조 방법:
1≤2×[O₂]+[CO₂]≤30 (5)
(식 중, [CO₂]는 실드 가스 중의 CO₂의 체적%이며, [O₂]는 실드 가스 중의 O₂의 체적%이다).
제 3 항에 있어서,
용접 전류를 I(A), 아크 전압을 V(V), 용접 속도를 s(cm/min)로 했을 때, 하기 식 (14)의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 겹치기 필렛 아크 용접 이음매의 제조 방법:
(I×V)/s≤100/(C+Mn/6+Si/24) (14)
(식 중, C, Mn, Si는 용접지단부측의 강판의 모재의 각 원소의 질량%값이다.).