KR20190121801A - 서브머지드 아크 용접용 플럭스 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, 알칼리 토류 금속의 산화물을 1질량% 이상 25질량% 이하 포함하고, 물유리 구조 중에 상기 알칼리 토류 금속의 산화물이 포함되는 것을 특징으로 한다. 상기 알칼리 토류 금속은 Ca 및 Ba 중 한쪽 또는 양쪽인 것이 바람직하다. 또한, JIS K 0068:2001에 준거해서 측정한 수분량은 건조 직후에 200ppm 이하, 24시간 흡습 후에 1000ppm 이하인 것이 바람직하다.

Description

서브머지드 아크 용접용 플럭스
본 발명은 서브머지드 아크 용접용 플럭스에 관한 것이다.
서브머지드 아크 용접에 이용되는 플럭스는 그의 형태로부터 용융형 플럭스와 소성형 플럭스로 대별된다. 용융형 플럭스는 여러 가지 원료를 전기로 등에서 용해하고, 분쇄하는 것에 의해 제조된다. 한편, 소성형 플럭스는 여러 가지 원료를 규산 알칼리 등의 바인더에 의해 결합하고, 조립(造粒)한 후, 소성하는 것에 의해 제조된다.
또한, 소성형 플럭스는 소성 온도에 의해 분류되며, 일반적으로 400∼600℃에서 소성한 것은 저온 소성형 플럭스로 호칭되고 있고, 600∼1200℃에서 소성한 것은 고온 소성형 플럭스로 호칭되고 있다.
고온 소성형 플럭스는 비드 외관이나 슬래그 박리성 등의 용접 작업성이 우수하다. 그 한편으로, 고온 소성형 플럭스는 용접 금속의 확산성 수소량이 용융형 플럭스나 저온 소성형 플럭스보다 높아, 내저온균열성이 뒤떨어지기 때문에, 일본 국내에서는 거의 사용되는 일이 없었다. 한편, 본 명세서에 있어서 「용접 금속」이란, 용접을 실시했을 때에 용접 중에 용융되어 응고된 금속을 말한다.
이와 같은 상황하, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 저감시킴과 함께, 플럭스의 분화(粉化)에 기인하는 작업성의 저하를 방지할 수 있는, 내흡습성과 내분화성이 우수한 서브머지드 아크 용접용 소성형 플럭스가 특허문헌 1에 기재되어 있다. 이 서브머지드 아크 용접용 소성형 플럭스는, 입자경 300μm 초과의 비율이 10질량% 이하, 또한 입자경 75μm 미만의 비율이 30질량% 이하가 되도록 조정한 원료 분말에 결합제를 더하여 혼합한 후, 조립하고, 소성한 플럭스이다. 또한, 이 서브머지드 아크 용접용 소성형 플럭스는, 그의 성분 조성으로서 SiO2: 30∼70질량%, 망가니즈 산화물(MnO 환산): 5∼30질량%, MgO: 3∼30질량%, Al2O3: 2∼20질량%를 함유하는 것을 특징으로 하고 있다.
일본 특허공개 2001-38486호 공보
특허문헌 1에 기재되어 있는 서브머지드 아크 용접용 소성형 플럭스는, 내흡습성이 우수하지만, 용융형 플럭스와 비교하면 내흡습성이 약간 뒤떨어져 있다. 그 때문에, 이 서브머지드 아크 용접용 소성형 플럭스는, 용융형 플럭스와 비교해서 확산성 수소량이 약간 높은 경향이 있고, 또한 이것이 원인으로 내저온균열성이 뒤떨어지는 경향이 있다.
본 발명은 상기 상황에 비추어 이루어진 것으로, 내저온균열성이 우수한 서브머지드 아크 용접용 플럭스를 제공하는 것을 과제로 한다.
종래의 고온 소성형 플럭스에는, 용융형 플럭스와 같이 유리질로 함으로써 흡습하지 않도록 해서 확산성 수소량을 저감시키는 기술이나, 저온 소성형 플럭스와 같이 탄산염을 최종 제품에 잔존시켜 용접 시의 수소 분압을 낮추어 확산성 수소량을 저감시키는 기술은 없었다.
본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구 개발한 결과, 분체 표면을 덮는 물유리 구조 중에 알칼리 토류 금속의 산화물을 포함시킴으로써, 유리 구조가 안정화되어, 흡습량을 용융형 플럭스와 동일한 정도로 억제하는 것이 가능한 것을 발견했다. 그리고, 이에 의해 확산성 수소량을 저감할 수 있어, 내저온균열성이 우수한 것으로 할 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상기 과제를 해결한 본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, 알칼리 토류 금속의 산화물을 1질량% 이상 25질량% 이하 포함하고, 물유리 구조 중에 상기 알칼리 토류 금속의 산화물이 포함되어 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, 분체 표면을 덮는 물유리 구조 중에 알칼리 토류 금속의 산화물을 포함하고 있으므로, 유리 구조가 안정화되어, 흡습량을 용융형 플럭스와 동일한 정도로 억제하는 것이 가능해진다. 즉, 물유리의 Si-O쇄 중에 알칼리 토류 금속의 산화물이 포함됨으로써 유리 구조가 보다 안정화되고, 쇄단(-ONa, -OH)이 감소하므로 흡습량이 감소한다. 이에 의해 확산성 수소량이 저감되어, 내저온균열성이 우수한 것이 된다.
본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, 상기 알칼리 토류 금속이 Ca 및 Ba 중 한쪽 또는 양쪽인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 보다 확실히 내저온균열성이 우수한 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, JIS K 0068:2001에 준거해서 측정한 수분량이 건조 직후에 200ppm 이하, 24시간 흡습 후에 1000ppm 이하인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 플럭스에 포함되어 있는 수분량이 적은 것에 더하여, 상기한 바와 같이 흡습량이 적으므로 확산성 수소량을 보다 저감할 수 있어, 내저온균열성이 우수한 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, 알칼리 토류 금속 원료와 물유리를 배합하고, 600℃ 이상에서 소성한 것인 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, 600℃ 이상에서 소성할 때에 알칼리 토류 금속과 물유리를 반응시켜 분체 표면을 덮는 물유리 구조 중에 알칼리 토류 금속의 산화물을 포함시킬 수 있어, 유리 구조를 안정화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, 상기 알칼리 토류 금속 원료가 알칼리 토류 금속의 탄산염인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, 상기 알칼리 토류 금속의 탄산염이 CaCO3 및 BaCO3 중 한쪽 또는 양쪽인 것이 바람직하다.
이들과 같이 하면, 제조 시의 취급이 용이하면서, 저비용인 서브머지드 아크 용접용 플럭스를 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스는 내저온균열성이 우수하다.
도 1은 실시예인 No. 10에 따른 플럭스의 SEM 사진(배율은 400배)이다. 동 도면 중, 우측 하단의 스케일바는 10μm를 나타낸다.
도 2는 비교예인 No. 29에 따른 플럭스의 SEM 사진(배율은 400배)을 나타낸다. 동 도면 중, 우측 하단의 스케일바는 10μm를 나타낸다.
도 3의 (a)는 실시예인 No. 10에 따른 플럭스의 SEM 사진이고, (b)∼(d)는 (a)와 동일한 위치에서의 EDS에 의한 X선 매핑이다. 한편, (b)는 Na, (c)는 Si, (d)는 Ba에 관한 X선 매핑이다.
도 4는 실시예인 No. 10에 따른 플럭스의 EDS 스펙트럼이다.
도 5의 (a)는 비교예인 No. 29에 따른 플럭스의 SEM 사진이고, (b)∼(d)는 (a)와 동일한 위치에서의 EDS에 의한 X선 매핑이다. 한편, (b)는 Na, (c)는 Si, (d)는 Ba에 관한 X선 매핑이다.
도 6은 비교예인 No. 29에 따른 플럭스의 EDS 스펙트럼이다.
이하, 본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스(이하, 간단히 「플럭스」로 호칭하는 경우가 있음)의 일 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.
본 실시형태에 따른 플럭스는, 600℃ 이상에서 소성한 고온 소성형 플럭스로 호칭되는 것이다.
본 실시형태에 따른 플럭스는, 알칼리 토류 금속의 산화물을 1질량% 이상 25질량% 이하 포함하고, 물유리 구조 중에 상기한 알칼리 토류 금속의 산화물이 포함되어 있다.
(알칼리 토류 금속의 산화물: 1질량% 이상 25질량% 이하)
알칼리 토류 금속의 산화물은 유리 구조를 안정화시키는 효과가 있고, 이 효과를 발휘하기 위해서는 플럭스 중에 1질량% 이상 함유되어 있을 필요가 있다. 그 한편으로, 알칼리 토류 금속의 산화물이 플럭스 중에 25질량%를 초과해서 함유되어 있으면, 물유리 구조 중으로부터 배제된 프리 알칼리 금속(Na, K 등)이 증가하기 때문에, 플럭스 중의 수분량이 많아져 버린다. 그 때문에, 확산성 수소량이 많아져, 내저온균열성이 뒤떨어지게 된다. 따라서, 알칼리 토류 금속의 산화물은 1질량% 이상 25질량% 이하로 한다. 알칼리 토류 금속의 산화물은, 상기 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 2질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 3질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 알칼리 토류 금속의 산화물은, 내저온균열성을 보다 향상시키는 관점에서, 24질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 23질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 알칼리 토류 금속으로서는 Ca, Sr, Ba, Ra를 들 수 있다. 이들 중에서도, 본 실시형태에 있어서는, 알칼리 토류 금속으로서 Ca 및 Ba 중 한쪽 또는 양쪽인 것이 바람직하다. 즉, 본 실시형태에 따른 플럭스는, 알칼리 토류 금속의 산화물로서, CaO 및 BaO 중 한쪽 또는 양쪽을 포함하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 보다 확실히 내저온균열성이 우수한 것으로 할 수 있다. 알칼리 토류 금속의 산화물을 2종류 이상 함유하는 경우, 상기한 알칼리 토류 금속의 산화물의 함유량은 합계량으로 1질량% 이상 25질량% 이하로 한다.
(물유리 구조 중에 상기 알칼리 토류 금속의 산화물이 포함된다)
물유리 구조 중에 상기 알칼리 토류 금속의 산화물이 포함되는 것에 의해, 유리 구조를 안정화시킬 수 있다. 물유리 구조 중에 상기 알칼리 토류 금속의 산화물이 포함되어 있지 않으면, 유리 구조가 안정화되지 않으므로, 플럭스의 분체가 흡습해 버려, 확산성 수소량이 증가한다. 그 때문에, 내저온균열성이 뒤떨어지게 된다. 물유리 구조 중에 상기 알칼리 토류 금속의 산화물이 포함되는지 여부는 에너지 분산형 X선 분석(Energy Dispersive x-ray Spectrometry; EDS)에 의한 X선 매핑 등으로 파악할 수 있다. 한편, EDS에 의하면, 알칼리 토류 금속의 원소의 종류를 분석할 수도 있다.
(플럭스의 기타의 성분)
본 실시형태에 있어서는, ISO 14174:2012(Welding consumables-Fluxes for submerged arc welding and electroslag welding-Classification) 또는 JIS Z 3352:2010 「서브머지드 아크 용접용 플럭스」 등의 서브머지드 아크 용접용 플럭스에 관한 규격에서 규정되어 있는 「플럭스의 화학 성분의 기호」로 나타나 있는 어느 화학 성분도 플럭스의 기타의 성분으로서 포함할 수 있다. 즉, 본 실시형태에 따른 플럭스는, 상기 플럭스의 기타의 성분을 상기 규격에서 나타나 있는 함유량으로 포함하고 있으면, 600∼1200℃에서 고온 소성한 후라도 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 한편, 플럭스의 기타의 성분으로서는, 예를 들면, Fe, Fe-Si, Fe-Mn, SiO2, CaF2, MgO, MnO, Al2O3, TiO2, ZrO2, Na2O, K2O, Li2O, B2O3 및 CO2 중에서 선택되는 어느 1종 또는 2종 이상을 들 수 있다. 또한, 플럭스의 기타의 성분으로서, 규산 알칼리(예를 들면, 규산 나트륨(물유리)) 등의 결합제도 포함된다. 이들은 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위이면 함유되어 있어도 된다. 또한, 플럭스의 기타의 성분으로서, P, S, As 및 Ta 등을 불가피적 불순물로서 포함할 수 있는 것이고, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 이들을 함유하고 있어도 된다.
플럭스의 기타의 성분으로서 예로 든 것 중에서도, 본 실시형태의 경우, 예를 들면, SiO2를 5질량% 이상 50질량% 이하, CaF2를 3질량% 이상 45질량% 이하, MgO를 1질량% 이상 30질량% 이하, MnO를 1질량% 이상 25질량% 이하, Al2O3을 1질량% 이상 35질량% 이하로 포함할 수 있다.
(SiO2: 5질량% 이상 50질량% 이하)
SiO2에는, 매끄러운 비드 형상을 얻는 효과가 있다. SiO2는, 5질량% 이상 50질량% 이하로 함유되어 있으면 상기 효과를 유효하게 발휘시킬 수 있기 때문에, 당해 범위 내로 하는 것은 바람직한 태양이라고 말할 수 있다. 그러나, 본 실시형태에 따른 플럭스는 SiO2를 상기 범위의 상한 및 하한을 각각 벗어나서 함유하고 있더라도 우수한 내저온균열성을 얻을 수 있으므로, 상기 범위로 한정되는 일 없이 SiO2를 함유시킬 수 있다. 단, SiO2를 상기 범위의 상한을 초과해서 함유하면, 슬래그의 점성이 높아지므로, 슬래그 박리성이 열화되는 경향이 있고, 또한 슬래그의 소부(燒付)가 심해지는 경향이 있다. 상기한 효과를 유효하게 발휘하는 관점 및 양호한 슬래그 박리성을 확보하는 관점에서, SiO2는 5질량% 이상 50질량% 이하로 함유하는 것이 바람직하다. SiO2는, 매끄러운 비드 형상을 얻는 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 6질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 7질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, SiO2는, 보다 양호한 슬래그 박리성을 얻는 관점에서, 48질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 46질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, SiO2는, 예를 들면, 물유리 등의 결합제로부터 첨가되는 것도 포함된다.
(CaF2: 3질량% 이상 45질량% 이하)
CaF2에는, 용융 슬래그의 전기 전도성이나 유동성, 슬래그 박리성을 높이는 효과가 있고, 용융 슬래그의 고온 점성에 영향을 주는 작용이 있다. CaF2는, 3질량% 이상 45질량% 이하로 함유되어 있으면 상기 작용을 유효하게 발휘시킬 수 있기 때문에, 당해 범위 내로 하는 것은 바람직한 태양이라고 말할 수 있다. 그러나, 본 실시형태에 따른 플럭스는 CaF2를 상기 범위의 상한 및 하한을 각각 벗어나서 함유하고 있더라도 우수한 내저온균열성을 얻을 수 있으므로, 상기 범위로 한정되는 일 없이 CaF2를 함유시킬 수 있다. 한편, CaF2는, 상기 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 4질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 5질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 마찬가지의 관점에서, CaF2는 43질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 41질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(MgO: 1질량% 이상 30질량% 이하)
MgO는, 슬래그 박리성의 향상에 크게 기여하는 성분이어서, 슬래그 박리성을 양호하게 하는 작용이 있다. MgO는 1질량% 이상 30질량% 이하로 함유되어 있으면 상기 작용을 유효하게 발휘시킬 수 있기 때문에, 당해 범위로 하는 것은 바람직한 태양이라고 말할 수 있다. 그러나, 본 실시형태에 따른 플럭스는 MgO를 상기 범위의 상한 및 하한을 각각 벗어나서 함유하고 있더라도 우수한 내저온균열성을 얻을 수 있으므로, 상기 범위로 한정되는 일 없이 MgO를 함유시킬 수 있다. MgO는, 상기 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 2질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 3질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 마찬가지의 관점에서, MgO는 29질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 28질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(MnO: 1질량% 이상 25질량% 이하)
MnO에는, 용융 슬래그의 점성 및 응고 온도에 영향을 줌과 함께, 내포크마크(pockmark)성 개선에 유효한 작용이 있다. MnO는, 1질량% 이상 25질량% 이하로 함유되어 있으면 상기 작용을 유효하게 발휘시킬 수 있기 때문에, 당해 범위로 하는 것은 바람직한 태양이라고 말할 수 있다. 그러나, 본 실시형태에 따른 플럭스는 MnO를 상기 범위의 상한 및 하한을 각각 벗어나서 함유하고 있더라도 우수한 내저온균열성을 얻을 수 있으므로, 상기 범위로 한정되는 일 없이 MnO를 함유시킬 수 있다. MnO는, 상기 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 2질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 3질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 마찬가지의 관점에서, MnO는 24질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 23질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
(Al2O3: 1질량% 이상 35질량% 이하)
Al2O3은, 슬래그의 융점에 작용하는 성분이고, 비드의 지단(止端)부의 직선성을 유지하는 효과나 슬래그 박리성을 향상시키는 효과가 있다. Al2O3은, 1질량% 이상 35질량% 이하로 함유되어 있으면 상기 작용을 유효하게 발휘시킬 수 있기 때문에, 당해 범위로 하는 것은 바람직한 태양이라고 말할 수 있다. 그러나, 본 실시형태에 따른 플럭스는 Al2O3을 상기 범위의 상한 및 하한을 각각 벗어나서 함유하고 있더라도 우수한 내저온균열성을 얻을 수 있으므로, 상기 범위로 한정되는 일 없이 Al2O3을 함유시킬 수 있다. Al2O3은, 상기 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 2질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 3질량% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 마찬가지의 관점에서, Al2O3은 33질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 31질량% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
그 밖에도, 하기 성분을 함유할 수 있다.
·Na2O+K2O: 6.5질량% 이하, 바람직하게는 0.5∼6.5질량%
·FeO: 6.5질량% 이하
·ZrO2: 0.70질량% 이하, 바람직하게는 0.05∼0.70질량%
·B2O3: 3.0질량% 이하, 바람직하게는 0.1∼3.0질량%
·TiO2: 6.0질량% 이하, 바람직하게는 0.2∼6.0질량%
(JIS K 0068:2001에 준거해서 측정한 수분량)
본 실시형태에 따른 플럭스는, JIS K 0068:2001 「화학 제품의 수분 측정 방법」에 준거해서 측정한 수분량이 건조 직후에 200ppm 이하, 24시간 흡습 후에 1000ppm 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 플럭스에 포함되어 있는 수분량이 적은 것에 더하여, 상기한 바와 같이 흡습량이 적으므로 확산성 수소량을 보다 저감할 수 있어, 내저온균열성이 우수한 것으로 할 수 있다. 한편, JIS K 0068:2001에 규정되어 있는 카를 피셔 적정법(수분 기화-전량(電量) 적정법)에 의해 수분량을 측정하는 것이 바람직하다. 수분량의 측정에 있어서, 측정용의 플럭스는, 입도 분포의 영향을 가능한 한 배제하기 위해, 20×30mesh로 체로 친 것을 사용하는 것이 바람직하다. 수분량의 측정 조건으로서는, 추출 온도를 750℃, 추출 가스를 대기로 하는 것을 들 수 있다. 「건조 직후」란, 건조기로부터 시험재를 취출한 후, 5분 이내에 측정을 행하는 것을 말한다. 건조기에 의한 건조 조건으로서는, 예를 들면, 250℃×1hr로 하는 것을 들 수 있다. 「24시간 흡습 후」란, 항온 항습기로부터 시험재를 취출한 후, 5분 이내에 측정을 행하는 것을 말한다. 항온 항습기에 의한 처리 조건으로서는, 예를 들면, 30℃, 80% R.H.×24hr로 하는 것을 들 수 있다.
상기한 플럭스의 수분량은 적을수록 바람직하다. 예를 들면, 건조 직후의 수분량은 100ppm 이하인 것이 보다 바람직하고, 24시간 흡습 후의 수분량은 500ppm 이하인 것이 보다 바람직하다.
(플럭스의 제조 방법)
본 실시형태에 따른 플럭스는, 알칼리 토류 금속의 산화물의 성분 조성이 상기한 범위가 되도록 원료를 배합한다. 구체적으로는, 알칼리 토류 금속 원료를 1질량% 이상 25질량% 이하 배합한다. 이때, 필요에 따라서 SiO2, CaF2, MgO, MnO, Al2O3 등을 배합할 수 있다. 그리고, 이것을 결합제와 함께 혼련한 후, 조립하고, 소성한다. 한편, 결합제로서 물유리를 이용하는 경우는, 이것에 포함되는 SiO2도 상기 함유량에 포함시킨다.
상기한 알칼리 토류 금속 원료는, 모든 원료를 혼합해서 소결할 때에 600℃ 이상에서 분해되는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 600℃ 이상에서 소성할 때에 알칼리 토류 금속과 물유리를 반응시켜 분체 표면을 덮는 물유리 구조 중에 알칼리 토류 금속의 산화물을 포함시킬 수 있어, 유리 구조를 안정화시킬 수 있다. 소성의 상한 온도는, 예를 들면 1200℃이다.
또한, 알칼리 토류 금속 원료는, 알칼리 토류 금속의 탄산염인 것이 바람직하다. 또, 알칼리 토류 금속의 탄산염은, CaCO3 및 BaCO3 중 한쪽 또는 양쪽인 것이 바람직하다. 이들과 같이 하면, 제조 시의 취급이 용이하면서, 저비용인 플럭스를 얻을 수 있다.
결합제로서는, 예를 들면, 폴리바이닐 알코올을 사용할 수도 있다. 또한, 조립법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전동식 조립기나 압출식 조립기 등을 이용할 수 있다.
그리고, 조립한 플럭스에 대하여, 더스트 제거 및 볼 밀 등을 이용한 조대립의 해쇄(解碎) 등의 정립(整粒) 처리를 행하여, 평균 입자경을 2.5mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 조립 후의 소성은 로터리 킬른, 정치식 배치로 및 벨트식 소성로 등으로 행할 수 있다. 그때의 소성 온도는, 예를 들면 600℃ 이상, 보다 구체적으로는 600∼1200℃로 할 수 있다. 플럭스의 평균 입자경은, 예를 들면, JIS Z 8801-1:2006(시험용 체-제1부: 금속제 망 체)에서 규정되는 체를 이용하여, JIS Z 8815:1994(체분리 시험 방법 통칙)에 준거해서 측정할 수 있다.
이렇게 해서 제조된 플럭스에는, 알칼리 토류 금속의 산화물을 1질량% 이상 25질량% 이하 포함하고, 물유리 구조 중에 상기 알칼리 토류 금속의 산화물이 포함되어 있다.
(플럭스의 용도)
본 실시형태에 따른 플럭스는, 다층 용접, 양면 일층 용접, 편면 1패스 용접 등, 모든 시공법에 이용하는 것이 가능하다. 본 실시형태에 따른 플럭스는, 흡습량이 용융형 플럭스와 동일한 정도로 억제되어 있다. 그 때문에, 이 플럭스는, 확산성 수소량을 저감할 수 있어, 내저온균열성이 우수한 것으로 할 수 있다.
(서브머지드 아크 용접의 용접 방법 및 용접 조건)
본 실시형태에 따른 플럭스를 이용한 서브머지드 아크 용접의 용접 방법은, 특정한 조건으로 한정되지 않는다. 용접 방법의 일 실시형태로서는, 예를 들면, 용접을 행하는 부재의 용접 부분, 구체적으로는 2매의 강판의 단면(端面)을 맞댄 부분을 본 실시형태에 따른 플럭스로 덮는 공정과, 당해 플럭스 중에 와이어(전극)의 선단을 넣은 상태에서 아크를 발생시켜 용접을 행하는 공정을 포함하고, 이들 공정을 이 차례로 행한다.
본 실시형태에 따른 플럭스가 이용되는 서브머지드 아크 용접의 용접 조건으로서는, 전극 수는 한정되지 않고, 단전극으로부터 다전극(2∼6전극 등)에 적용할 수 있다. 또한, 극성은 한정되지 않고, 직류, 교류에 적용할 수 있다. 용접 전류는 100∼3000A, 아크 전압은 10∼100V, 용접 속도는 10∼600cm/min의 범위에서 적용할 수 있다.
(기타)
본 실시형태에 있어서, 용접의 대상으로 하는 워크는, 예를 들면 연강이나 저합금강이다.
실시예
다음으로, 본 발명의 효과를 확인한 확인 실험에 대하여 설명한다.
알칼리 토류 금속 원료로서, 알칼리 토류 금속의 탄산염인 CaCO3 및 BaCO3과, SiO2, CaF2, MgO, MnO 및 Al2O3 등의 분체 원료를 배합하고, 결합제로서 물유리를 배합하여 혼련한 후, 조립하고, 소성했다. 한편, 조립은 압출 조립기를 이용하여 행했다. 조립한 플럭스를 더스트 제거 및 볼 밀을 이용한 조대립의 해쇄 등의 정립 처리를 행하여, 평균 입자경을 2.5mm 이하로 했다. 소성은 로터리 킬른을 이용하여 행했다. 소성의 조건은 850℃×1hr로 했다. 이와 같이 해서, 표 1에 나타내는 조성의 플럭스를 얻었다.
이와 같이 해서 제조한 No. 1∼35에 따른 플럭스에 대하여, 건조 직후의 수분량의 측정, 24시간 흡습 후의 수분량의 측정, 건조 직후의 확산성 수소량의 측정, 내저온균열성의 확인을 행했다. 또한, 이와 아울러 슬래그 박리성 및 비드 외관에 대해서도 평가했다. 이들 측정, 확인 및 평가는 다음과 같이 해서 행했다.
<건조 직후의 수분량의 측정>
시험재에 따른 플럭스는, 입도 분포의 영향을 가능한 한 배제하기 위해, 20×32mesh로 체로 친 것을 사용했다.
건조기로 시험재를 250℃에서 1시간 건조시켰다. 건조 종료 후, 건조기로부터 시험재를 취출한 후, 5분 이내에 플럭스에 포함되어 있는 수분량을 750℃의 대기 분위기에서 JIS K 0068:2001 「화학 제품의 수분 측정 방법」에 준거한 카를 피셔법(KF법(수분 기화-전량 적정법))에 의해 측정했다.
<24시간 흡습 후의 수분량의 측정>
시험재에 따른 플럭스는, 입도 분포의 영향을 가능한 한 배제하기 위해, 20×32mesh로 체로 친 것을 사용했다.
건조기로 시험재를 250℃에서 1시간 건조시킨 후, 항온 항습기로 기온: 30℃, 상대습도: 80%의 분위기에서 24시간 유지(흡습 처리)해서 플럭스에 흡습시켰다. 흡습 종료 후, 시험재를 항온 항습기로부터 취출하고, 5분 이내에 플럭스에 포함되어 있는 수분량을 750℃의 대기 분위기에서 JIS K 0068:2001 「화학 제품의 수분 측정 방법」에 준거한 카를 피셔법(KF법(수분 기화-전량 적정법))에 의해 측정했다.
<건조 직후의 확산성 수소량의 측정>
용착 금속의 확산성 수소량은 AWS A4.3(GC)에 준하여 측정을 행했다.
한편, 시험재에 따른 플럭스는, 250℃×1hr의 예비 건조를 행하고, AWS A5.17 EH14에 해당하는 4.0mmφ의 와이어를 사용하여 용접을 행했다.
용접 조건은, 전류 525A, 전압 29V, 용접 속도 42cm/min으로 행하고, 극성은 직류봉 플러스(Direct Current Electrode Positive; DCEP), 플럭스 산포 높이 및 와이어 돌출 길이는 30mm로 행했다. 용접되는 강판은 ASTM A36을 사용했다.
<내저온균열성의 확인>
내저온균열성의 평가는 창틀 구속 용접 균열 시험으로 행했다.
창틀 구속 용접 균열 시험이란, 후판으로 만든 창이 있는 큰 틀에 시험판을 구속 용접한 것에 시험 용접을 행하여, 주로 고장력 강 용접 이음의 횡 균열 감수성을 조사하는 시험이다.
한편, 시험재에 따른 플럭스는, 250℃×1hr의 예비 건조를 행하고, 조합하는 와이어는 AWS A5.17 EH14에 해당하는 4.0mmφ의 와이어를 사용했다.
용접 조건은, 전류 525A, 전압 29V, 용접 속도 42cm/min으로 행하고, 극성은 DCEP, 플럭스 산포 높이 및 와이어 돌출 길이는 30mm로 행했다. 용접되는 강판의 판 두께는 50mm로 하고, 개선 형상은 V 개선, 개선 각도 60°, 루트 면 10mm로 하고, 예열 및 패스간 온도는 25℃ 이하로 했다.
그리고, JIS Z 3060:2002에 준하여 용접부에 대해서 초음파 탐상 시험을 행하여, 저온균열의 발생 유무를 확인했다.
내저온균열성은 저온균열이 없는 것을 합격으로 하고, 저온균열이 있었던 것을 불합격으로 했다.
<슬래그 박리성의 평가>
슬래그 박리성은 슬래그 제거의 용이성 및 소부의 유무에 의해 평가했다. 구체적으로는, 슬래그가 자연 박리되고, 소부가 없었던 것을 "5", 자연 박리되지만, 소부의 발생수가 단위 용접 길이(1m)당 3개소 이하였던 것을 "4", 자연 박리되지 않고, 소부의 발생수가 단위 용접 길이(1m)당 3개소 이하였던 것을 "3", 자연 박리되지 않고, 소부의 발생수가 단위 용접 길이(1m)당 4∼9개소였던 것을 "2", 자연 박리되지 않고, 소부의 발생수가 단위 용접 길이(1m)당 10개소 이상이었던 것을 "1"로 했다. 슬래그 박리성에 대해서는, 평가가 5 내지 3이었던 것을 바람직한 태양이라고 판단했다.
<비드 외관의 평가>
비드 외관은 주로 비드의 물결모양 및 광택에 관한 평가이고, 용접부를 육안 관찰하는 것에 의해 행했다. 그 결과, 비드의 물결모양에 흐트러짐이 없고 비드에 금속 광택이 있는 것을 "5", 비드 물결모양의 흐트러짐의 발생수가 단위 용접 길이(1m)당 1개소 이하이고 비드에 금속 광택이 있는 것을 "4", 비드 물결모양의 흐트러짐의 발생수가 단위 용접 길이(1m)당 1개소 이하이고 비드에 금속 광택이 없는 것을 "3", 비드 물결모양의 흐트러짐의 발생수가 단위 용접 길이(1m)당 2∼4개소이고 비드에 금속 광택이 없는 것을 "2", 비드 물결모양의 흐트러짐의 발생수가 단위 용접 길이(1m)당 5개소 이상 있고 비드에 금속 광택이 없는 것을 "1"로 했다. 비드 외관에 대해서는, 평가가 5 내지 3이었던 것을 바람직한 태양이라고 판단했다.
표 1에 플럭스의 성분 조성과 상기한 측정, 확인 및 평가의 결과를 나타낸다.
Figure pct00001
표 1에 나타내는 바와 같이, No. 1∼28, 32, 33에 따른 플럭스는, 저온균열이 없어, 내저온균열성이 우수한 것이 확인되었다(실시예). 이들 플럭스는 모두 건조 직후의 수분량이 200ppm 이하이고, 24시간 흡습 후의 수분량이 1000ppm 이하이며, 확산성 수소량이 5.0mL/100g 이하였다. 이들 중에서도, No. 1∼12, 14, 15, 18, 19, 22, 23, 26, 27에 따른 플럭스는, SiO2, CaF2, MgO, MnO, Al2O3을 바람직한 범위로 함유하고 있었으므로, 내저온균열성뿐만 아니라, 슬래그 박리성 및 비드 외관도 우수했다. 즉, 이들 플럭스는 내저온균열성뿐만 아니라, 슬래그 박리성 및 비드 외관도 중시하는 경우에 적합하다는 것이 확인되었다.
이에 비해, No. 29∼31, 34, 35에 따른 플럭스는, 저온균열이 있어, 내저온균열성이 뒤떨어져 있는 것이 확인되었다(비교예).
구체적으로는, No. 29∼31에 따른 플럭스는, 알칼리 토류 금속의 산화물(CaO, BaO)을 포함하고 있지 않았으므로, 내저온균열성이 뒤떨어지는 결과가 되었다.
No. 34, 35에 따른 플럭스는, 알칼리 토류 금속의 산화물이 지나치게 많았으므로, 내저온균열성이 뒤떨어지는 결과가 되었다.
여기에서, 도 1에, 실시예인 No. 10에 따른 플럭스의 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope; SEM) 사진을 나타낸다. 또한, 도 2에, 비교예인 No. 29에 따른 플럭스의 SEM 사진을 나타낸다.
도 1과 도 2를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 도 1에 나타내는 No. 10에 따른 플럭스는, 분체 표면이 유리상의 석출물로 덮여 있다.
또한, 도 3에, 실시예인 No. 10에 따른 플럭스의 SEM 사진(동 도면 중, (a))과, 동일한 위치에 있어서의 EDS에 의한 X선 매핑(동 도면 중, (b)∼(d))을 나타낸다. 한편, 동 도면 중, (b)는 Na, (c)는 Si, (d)는 Ba에 관한 X선 매핑을 각각 나타내고 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 물유리 성분의 Na, Si와 동일한 위치에 Ba가 존재하는 것으로부터, Ba는 물유리 구조 중에 혼입되어 있는 것을 알 수 있다.
또, 도 4에, 실시예인 No. 10에 따른 플럭스의 EDS 스펙트럼을 나타낸다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 알칼리 토류 금속으로서 Ba가 검출된다.
도 5에, 비교예인 No. 29에 따른 플럭스의 SEM 사진(동 도면 중, (a))과, 동일한 위치에 있어서의 EDS에 의한 X선 매핑(동 도면 중, (b)∼(d))을 나타낸다.
한편, 동 도면 중, (b)는 Na, (c)는 Si, (d)는 Ba에 관한 X선 매핑을 각각 나타내고 있다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 물유리 성분의 Na, Si와 동일한 위치에 Ba가 존재하지 않는 것으로부터, Ba는 물유리 구조 중에 혼입되어 있지 않은 것을 알 수 있다.
또, 도 6에, 비교예인 No. 29에 따른 플럭스의 EDS 스펙트럼을 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 알칼리 토류 금속의 Ba는 검출되지 않는다.
본 출원은 2017년 3월 31일 출원된 일본 특허출원(특원 2017-069912)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.
본 발명의 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, 내저온균열성이 우수하여, 연강이나 저합금강 등을 비롯하여 각종 서브머지드 아크 용접에 유용하다.

Claims (6)

  1. 알칼리 토류 금속의 산화물을 1질량% 이상 25질량% 이하 포함하고,
    물유리 구조 중에 상기 알칼리 토류 금속의 산화물이 포함되는 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 플럭스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알칼리 토류 금속이 Ca 및 Ba 중 한쪽 또는 양쪽인 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 플럭스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    JIS K 0068:2001에 준거해서 측정한 수분량이 건조 직후에 200ppm 이하, 24시간 흡습 후에 1000ppm 이하인 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 플럭스.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    알칼리 토류 금속 원료와 물유리를 배합하고, 600℃ 이상에서 소성한 것인 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 플럭스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 알칼리 토류 금속 원료가 알칼리 토류 금속의 탄산염인 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 플럭스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 알칼리 토류 금속의 탄산염이 CaCO3 및 BaCO3 중 한쪽 또는 양쪽인 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 플럭스.
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