KR20190134703A - 아크 용접 방법 및 용접 와이어 - Google Patents

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다카시 야시마
레이이치 스즈키
미노루 미야타
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은, C량이 0.08∼0.30질량%인 강판의 아크 용접 방법에 있어서, Cr 및 Ni의 합계량이 1.00질량% 이상인 용접 와이어를 이용하여, 하기 식(1)로 표시되는 X가 200 이하가 되는 조건에서 용접을 실시하는 아크 용접 방법에 관한 것이다.
X = 0.8×(300-279[C]W-25[Si]W-35[Mn]W-49[Ni]W-47[Cr]W-61[Mo]W)+0.2×(300-279[C]BM-25[Si]BM-35[Mn]BM-49[Ni]BM-47[Cr]BM-61[Mo]BM) (1)
(단, [C]W, [Si]W, [Mn]W, [Ni]W, [Cr]W, [Mo]W, [C]BM, [Si]BM, [Mn]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, 및 [Mo]BM은 명세서 중에 정의되어 있다.)

Description

아크 용접 방법 및 용접 와이어
본 발명은 아크 용접 방법 및 용접 와이어에 관한 것이다.
자동차 분야에 있어서는, 작금의 저연비화나 배출 가스의 규제에 수반하여, 차체의 경량화가 진행되고 있다. 이에 수반하여, 차체 부품에 이용되는 박강판에 대해서도, 종래보다도 탄소의 함유량을 증가시켜 인장 강도를 높인 고장력 강판이 채용되는 경우가 많아지고 있고, 금후도 더욱 고강도화가 진행될 것으로 여겨지고 있다. 이 강도화가 진행될수록, 강판의 접합 부위에 있어서의 높은 용접 이음 강도의 확보나 수소 취화를 원인으로 한 지연 파괴나 지연 균열의 억제가 요구된다. 자동차 등의 차체용의 강판의 용접에는, 아크 용접이나 스폿 용접 등이 일반적으로 이용되고 있지만, 어느 용접 방법에 의해서도 수소 취화에 의한 지연 파괴의 발생 방지는 과제가 된다.
고장력 강판에 의한 지연 파괴의 억제에 대하여, 예를 들면 특허문헌 1에는, 탄소를 0.15% 이상 포함하고, 인장 강도가 980MPa 이상인 고강도 강판의 스폿 용접에 있어서, 템퍼링에 의한 경도 저감의 격차를 억제하고, 용접 시간을 단축하면서, 높은 내지연파괴 특성을 안정되게 얻는 것에 대하여 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 아크 용접에 의한 것으로서, 화학 성분 조성과 함께, 잔류 오스테나이트 입자의 개수 밀도 및 체적 분율을 적절히 제어한 것에 의해, 780MPa 초과의 고강도여도 내수소취화 감수성이 우수한 용접 금속이 실현 가능하다는 것이 기재되어 있다.
국제 공개 제2014/171495호 일본 특허공개 2013-173179호 공보
그러나, 특허문헌 1은 스폿 용접에 관한 것으로, 점 용접에밖에 이용할 수 없어, 아크 용접과 같이, 점 용접, 선 용접 어느 쪽에도 이용할 수 있는 범용성을 갖지 않는다.
또한, 특허문헌 2에는, 아크 용접에 의해 내수소취화 감수성이 얻어지지만, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트 조직을 적절히 제어할 필요가 있다. 특히, 점 용접은 용접 조건이 한정되기 때문에, 용접 금속 조직의 제어가 곤란하다.
본 발명은, 고장력 강판의 용접에 있어서, 점 용접 또는 선 용접을 불문하고, 용이하게 용접 금속의 수소 취화를 억제하여, 균열의 발생을 방지할 수 있는 아크 용접 방법 및 용접 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
오스테나이트 조직은, 페라이트 조직이나 마텐자이트 조직과 비교해서 수소의 고용 한계가 높은 특징을 갖기 때문에, 오스테나이트 조직을 포함하는 용접 금속이면, 수소 취화의 요인이 되는 확산성 수소가 저감된다. 본 발명자들은 이 점에 주목하여, 용접 와이어 중의 Ni나 Cr을 비롯한 담금질성을 높이는 합금 원소의 함유량과, 고장력 강판 중의 이들 합금 원소의 함유량의 관계를 적량으로 함으로써, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트량을 용이하고 적절히 컨트롤하는 것이 가능해져, 용접 금속의 수소 취화를 억제하는 것이 가능해지는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, C량이 0.08∼0.30질량%인 강판의 아크 용접 방법에 있어서, Cr 및 Ni의 합계량이 1.00질량% 이상인 용접 와이어를 이용하여, 하기 식(1)로 표시되는 X가 200 이하가 되는 조건에서 용접을 실시하는 아크 용접 방법에 관한 것이다.
X = 0.8×(300-279[C]W-25[Si]W-35[Mn]W-49[Ni]W-47[Cr]W-61[Mo]W)+0.2×(300-279[C]BM-25[Si]BM-35[Mn]BM-49[Ni]BM-47[Cr]BM-61[Mo]BM) (1)
(단, [C]W, [Si]W, [Mn]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W는 각각 상기 용접 와이어 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타내고, [C]BM, [Si]BM, [Mn]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, 및 [Mo]BM은 각각 상기 강판 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
상기 아크 용접 방법에 의하면, 용접 금속의 마텐자이트 변태점(Ms 변태점)이 낮아져, 냉각 과정에서 변태할 수 없었던, 이른바 잔류 오스테나이트가 생성된다. 이 잔류 오스테나이트에 용접 금속 중의 수소가 고용되기 때문에, 확산성 수소에 기인하는 수소 취화를 억제할 수 있다.
상기 아크 용접 방법에 있어서는, X가 0 이상이어도 된다.
상기 아크 용접 방법에 있어서는, 상기 강판의 하기 식(2)로 표시되는 탄소 당량 CeqBM이 0.30∼0.70이고, 상기 용접 와이어의 하기 식(3)으로 표시되는 탄소 당량 Ceqw가 0.20∼1.30이어도 된다.
CeqBM = [C]BM+[Mn]BM/6+([Cu]BM+[Ni]BM)/15+([Cr]BM+[Mo]BM+[V]BM)/5 (2)
(단, [C]BM, [Mn]BM, [Cu]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, [Mo]BM, 및 [V]BM은 각각 상기 강판 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
Ceqw = [C]w+[Mn]w/6+([Cu]w+[Ni]w)/15+([Cr]w+[Mo]w+[V]w)/5 (3)
(단, [C]w, [Mn]w, [Cu]w, [Ni]w, [Cr]w, [Mo]w, 및 [V]w는 각각 상기 용접 와이어 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
상기 아크 용접 방법에 있어서는, 상기 강판의 판 두께가 0.5mm 이상 4.0mm 이하여도 된다.
상기 아크 용접 방법에 있어서는, 용접 길이를 20mm 초과로 하고, 용접 입열량이 0.3kJ/cm 이상 15kJ/cm 이하가 되는 조건에서 선 용접을 실시해도 된다. 또한, 용접 속도가 45cm/분 이상 150cm/분 이하가 되는 조건에서 선 용접을 실시해도 된다.
또한, 상기 아크 용접 방법에 있어서는, 용접 시간이 0.2초 이상 4.0초 이하가 되는 조건에서 점 용접을 실시해도 된다.
또한, 본 발명은, 질량%로, C: 0.08∼0.30%, Si: 2.00% 이하, 및 Mn: 0.90∼3.00%를 적어도 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 강판을 아크 용접하기 위한 용접 와이어로서,
상기 용접 와이어는, 와이어 전체 질량에 대해, 질량%로,
C: 0.08∼0.30%,
Si: 0.10∼2.00%,
Mn: 0.50∼2.50%,
Ni: 12.00% 이하,
Cr: 12.00% 이하, 및
Mo: 1.50% 이하
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물임과 함께,
Cr 및 Ni의 합계량이 1.00∼24.00%이며,
상기 용접 와이어는, 하기 식(1)로 표시되는 X가 0.6 이상 200 이하인 것을 만족하는 용접 와이어에도 관한 것이다.
X = 0.8×(300-279[C]W-25[Si]W-35[Mn]W-49[Ni]W-47[Cr]W-61[Mo]W)+0.2×(300-279[C]BM-25[Si]BM-35[Mn]BM-49[Ni]BM-47[Cr]BM-61[Mo]BM) (1)
(단, [C]W, [Si]W, [Mn]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W는 각각 상기 용접 와이어 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타내고, [C]BM, [Si]BM, [Mn]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, 및 [Mo]BM은 각각 상기 강판 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
상기 용접 와이어는, 질량%로, Ti: 0.50% 이하, V: 1.00% 이하, Nb: 1.00% 이하, Zr: 0.50% 이하, W: 1.00% 이하, 및 B: 0.0050% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상을 추가로 함유해도 된다.
본 발명의 아크 용접 방법 및 용접 와이어에 의하면, 고장력 강판의 용접에 있어서도, 점 용접 또는 선 용접을 불문하고, 용이하게 용접 금속의 수소 취화를 억제하여, 지연 파괴의 억제 및 지연 균열의 발생을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 상세히 설명한다. 한편, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 있어서, 질량을 기준으로 하는 백분율(질량%)은 중량을 기준으로 하는 백분율(중량%)과 동일한 의미이다.
본 실시형태의 아크 용접 방법(이하, 본 아크 용접 방법이라고도 함)은, C(탄소)량이 0.08∼0.30질량%인 강판을 그 적용 대상으로 한다. 강판 중의 C량이 0.08질량% 이상이면, 고장력 강판으로서 충분한 강도를 갖는다. 또한, C량이 0.30질량% 이하여도, 강판 중의 C량이 0.08질량%인 강판과 동등한 내지연파괴성을 갖는다. 또한, 보다 지연 파괴가 발생하기 어려워진다.
또한, 본 아크 용접 방법에 이용되는 강판은, C량이 0.08∼0.30질량%이면, 강종으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, C에 더하여, Si, Mn, Ni, Cr, Mo 등의 각종 합금 성분을 적절히 함유할 수 있다. 여기에서, 강판에 함유될 수 있는 합금 성분 중, 담금질성을 높이고, Ms 변태점을 저하시키는 데 유효한 화학 성분인 C, Si, Mn, Ni, Cr 및 Mo의 함유량은, 사용되는 용접 와이어 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr 및 Mo의 함유량과의 관계로, 후술하는 식(1)을 만족시킨다.
상기 강판의 일례로서는, 질량%로, C: 0.08∼0.30%, Si: 2.00% 이하, Mn: 0.90∼3.00%를 적어도 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 조성을 갖는 강판을 들 수 있다.
본 아크 용접 방법에 있어서, 강판의 판 두께(두께)는, 아크 용접을 적용할 수 있는 범위이면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 아크 용접 방법에 의하면, 특히 판 두께가 얇은 강판(박강판)에 적용한 경우에 있어서도 상기 효과를 발휘할 수 있다. 강판의 판 두께는, 특히 자동차 용도에 있어서 부재로서의 필요한 강도 및 강성을 확보하기 위해서는, 바람직하게는 0.5mm 이상이고, 보다 바람직하게는 0.6mm 이상이다. 또한, 특히 자동차 용도에 있어서의 경량화를 고려하여, 필요한 강도와 박판화를 양립시키는 관점에서는, 바람직하게는 4.0mm 이하이고, 보다 바람직하게는 3.0mm 이하이다.
본 아크 용접 방법이 적용되는 강판의 강도 클래스는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 특히 자동차 용도에 있어서의 고강도화를 감안하면, 강판의 인장 강도로서는, 바람직하게는 440MPa 이상(440MPa급), 보다 바람직하게는 590MPa 이상(590MPa급), 더 바람직하게는 980MPa 이상(980MPa급)이다.
또한, 본 아크 용접 방법에서는, 상기 강판에 대해서, Cr 및 Ni의 합계량이 1.00질량% 이상인 용접 와이어를 이용하여, 하기 식(1)로 표시되는 X가 200 이하가 되는 조건에서 용접을 실시한다.
X = 0.8×(300-279[C]W-25[Si]W-35[Mn]W-49[Ni]W-47[Cr]W-61[Mo]W)+0.2×(300-279[C]BM-25[Si]BM-35[Mn]BM-49[Ni]BM-47[Cr]BM-61[Mo]BM) (1)
(단, [C]W, [Si]W, [Mn]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W는 각각 상기 용접 와이어 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타내고, [C]BM, [Si]BM, [Mn]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, 및 [Mo]BM은 각각 상기 강판 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
Cr 및 Ni는 마텐자이트 변태점을 저하시켜, 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이다. 본 아크 용접 방법에서는, 용접 금속의 마텐자이트 변태점을 저하시켜 잔류 오스테나이트를 생성시키기 위해서, 용접 와이어 중의 Cr 및 Ni의 합계량을 1.00질량% 이상으로 한다. 용접 와이어 중의 Cr 및 Ni의 합계량은, 바람직하게는 1.20질량% 이상이다. 한편, 용접 와이어 중의 Cr 및 Ni의 합계량은, 적정한 담금질성의 관점에서 24.00질량% 이하인 것이 바람직하고, 20.00질량% 이하인 것이 보다 바람직하며, 19.00질량% 이하인 것이 더 바람직하다. 한편, Cr 및 Ni의 합계량이 1.00질량% 이상이면, Cr 및 Ni 중 한쪽만을 함유하고 있어도 되고, 혹은 Cr 및 Ni 양쪽을 함유하고 있어도 된다.
본 아크 용접 방법에 적용 가능한 용접 와이어의 와이어 조성은, Cr 및 Ni의 합계량이 1.00질량% 이상이면 되고, 기타의 화학 성분은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, Cr 및 Ni에 더하여, C, Si, Mn, Mo 등의, 담금질성을 높이고, Ms 변태점을 저하시키는 데 유효한 화학 성분을 함유할 수 있다. 이하에 있어서, 본 실시형태의 일 태양에 따른 용접 와이어의 와이어 조성에 대하여 설명한다. 한편, 하기의 와이어 조성에 있어서는, 특별히 예고가 없는 한, 각 성분량은 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 표현되는 것으로 한다.
Cr은 용접 금속의 마텐자이트 변태점을 저하시키기 위해서 유효한 원소이다. 한편, Cr 및 Ni의 합계량의 관계에 있어서, Ni량이 1.00% 이상이면, Cr의 함유는 반드시 필수는 아니지만, 상기 효과를 유효하게 발휘하기 위해서는, Cr량은 0.10% 이상인 것이 바람직하다. 한편, Cr은 페라이트 안정 원소이기 때문에, 잔류 오스테나이트를 보다 안정적으로 생성시키는 관점에서, 12.00% 이하인 것이 바람직하고, 10.00% 이하인 것이 보다 바람직하며, 9.50% 이하인 것이 더 바람직하다.
Ni는 용접 금속의 마텐자이트 변태점을 저하시켜 잔류 오스테나이트를 생성시키기 위해서 유효한 원소이다. 한편, Cr 및 Ni의 합계량의 관계에 있어서, Cr량이 1.00% 이상이면, Ni의 함유는 반드시 필수는 아니기 때문에, 하한은 한정되지 않는다. 또한, Ni는 강도 향상에 기여한다. 그 때문에, 과잉 강도에 의한 용접 균열 방지의 관점에서, Ni량은 12.00% 이하인 것이 바람직하고, 10.00% 이하인 것이 보다 바람직하며, 9.50% 이하인 것이 더 바람직하다.
C는 오스테나이트를 안정화시키는 원소이기는 하지만, 용접 금속 중에 탄화물을 발생시킴과 함께, 용접 금속의 마텐자이트 변태를 야기하는 원소이기도 하다. 따라서, 본 태양의 와이어에 있어서는, C량은 0.50% 이하인 것이 바람직하고, 0.30% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, C량의 하한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 0.01% 이상이고, 바람직하게는 0.08% 이상이다.
Si는 페라이트 안정화 원소이지만, 탈산이나 비드 형상을 개선하는 원소이다. 본 태양의 와이어에 있어서, Si는 함유되어 있지 않아도 되지만, 탈산의 관점에서, Si를 함유하는 경우의 Si량은, 바람직하게는 0.10% 이상이다. 한편, 슬래그 억제 및 잔류 오스테나이트를 보다 안정적으로 생성시키기 위해서는, Si량은 2.00% 이하인 것이 바람직하다.
Mn은 C와 마찬가지로 오스테나이트 안정화 원소이고, 또한 매트릭스 중의 오스테나이트상을 안정화시키는 효과를 갖는 N의 고용량을 증가시키는 효과가 있는 원소이다. 본 태양의 와이어에 있어서, 탈산의 관점에서, Mn량은 바람직하게는 0.50% 이상이다. 한편, 슬래그 억제의 관점에서, Mn량은 2.50% 이하인 것이 바람직하다.
Mo는 페라이트 안정화 원소이고, 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 본 태양의 와이어에 있어서, Mo는 함유되어 있지 않아도 되지만, 강도 확보의 관점에서, Mo를 함유하는 경우의 Mo량은, 바람직하게는 0.50% 이상이다. 한편, 과잉 강도에 의한 용접 균열 방지의 관점에서, Mo량은 1.50% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 태양의 용접 와이어에는, 상기 화학 성분에 더하여, Ti, V, Nb, Zr, W 및 B 중 1종 이상을 하기의 양(量) 범위로 추가로 첨가해도 된다.
Ti 및 Zr은 탄화물을 형성하여 수소를 트랩한다. 그 한편으로, 강탈산 원소이기도 하기 때문에, 과잉으로 첨가하면 슬래그가 많이 발생해 버릴 우려가 있기 때문에, Ti나 Zr을 첨가하는 경우는, 각각 0.50% 이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
V 및 Nb도 탄화물을 형성함으로써 수소를 트랩한다. 그 한편으로, 강도를 향상시키는 효과도 있기 때문에, 과잉으로 첨가하면, 강도가 과잉이 되어 용접 균열이 발생할 우려가 있기 때문에, V나 Nb를 첨가하는 경우는, 각각 1.00% 이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
W는 강도를 향상시키기 위해서 첨가해도 된다. 그러나, 과잉된 첨가는, 강도가 과잉이 되어 용접 균열이 발생할 우려가 있기 때문에, W를 첨가하는 경우는, 1.00% 이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
B도, W와 마찬가지로, 강도를 향상시키기 위해서 첨가해도 된다. 그러나, 과잉된 첨가는, 강도가 과잉이 되어 용접 균열이 발생할 우려가 있기 때문에, B를 첨가하는 경우는, 0.0050% 이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 태양의 용접 와이어에 있어서의 잔부는, Fe, 및 P나 S 등의 불가피적 불순물이다.
또한, 본 아크 용접 방법에 있어서는, 상기 용접 와이어 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)인 [C]W, [Si]W, [Mn]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W와, 상기 강판 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)인 [C]BM, [Si]BM, [Mn]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, 및 [Mo]BM으로부터 하기 식(1)에 의해 산출되는 파라미터 X가, 200 이하인 것이 중요하다.
X = 0.8×(300-279[C]W-25[Si]W-35[Mn]W-49[Ni]W-47[Cr]W-61[Mo]W)+0.2×(300-279[C]BM-25[Si]BM-35[Mn]BM-49[Ni]BM-47[Cr]BM-61[Mo]BM) (1)
X는 마텐자이트 변태점을 저하시키는 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 각 성분량에 주목하여 본 발명자들이 실험에 의해 경험적으로 발견한, 용접 금속 중의 잔류 오스테나이트(잔류 γ)의 지표가 되는 것이다.
본 아크 용접 방법에 의하면, 강판의 화학 성분 조성을 고려하여, X가 200 이하가 되도록 용접 와이어 중의 이들의 화학 성분량을 적절히 조정하는 것에 의해, 용접 금속의 마텐자이트 변태점을 저하시켜, 수소의 고용 한계가 높은 잔류 오스테나이트를 충분히 생성시킬 수 있다. 그 결과, 수소 취화의 원인이 되는 용접 금속 중의 확산성 수소를 억제하여, 수소 취화에 기인하는 균열의 발생을 방지할 수 있다. 이 관점에서, X는 200 이하이고, 바람직하게는 155 이하이다.
한편, X의 하한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, X가 지나치게 낮아지면, 마텐자이트의 석출량이 지나치게 많아져서 용접 금속이 과도하게 단단해져 버려, 용접 이음의 기계적 성능이 충분히 발휘되지 못하고 취성 파괴를 일으켜 버릴 우려가 있다. 이 관점에서는, X는 0 이상인 것이 바람직하고, 0.6 이상인 것이 보다 바람직하며, 100 이상인 것이 더 바람직하다.
또한, 강판의 탄소 당량 CeqBM은, 담금질성의 관점에서는, 0.30 이상인 것이 바람직하고, 0.40 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 지연 균열 예방의 관점에서는, 0.70 이하인 것이 바람직하고, 0.60 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 명세서에 있어서의 강판의 탄소 당량 CeqBM은, 하기 식(2)로 표시되는 것으로 한다.
CeqBM = [C]BM+[Mn]BM/6+([Cu]BM+[Ni]BM)/15+([Cr]BM+[Mo]BM+[V]BM)/5 (2)
(단, [C]BM, [Mn]BM, [Cu]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, [Mo]BM, 및 [V]BM은 각각 상기 강판 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
또한, 용접 와이어의 탄소 당량 Ceqw는, 담금질성의 관점에서는, 0.20 이상인 것이 바람직하다. 한편, 지연 균열 예방의 관점에서는, 1.30 이하인 것이 바람직하다.
한편, 본 명세서에 있어서의 용접 와이어의 탄소 당량 Ceqw는, 하기 식(3)으로 표시되는 것으로 한다.
Ceqw = [C]w+[Mn]w/6+([Cu]w+[Ni]w)/15+([Cr]w+[Mo]w+[V]w)/5 (3)
(단, [C]w, [Mn]w, [Cu]w, [Ni]w, [Cr]w, [Mo]w, 및 [V]w는 각각 상기 용접 와이어 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
본 아크 용접 방법으로서는, 선 용접을 실시해도 되고, 혹은 점 용접(아크 스폿 용접)을 실시해도 된다.
선 용접을 실시하는 경우, 용접 길이(비드 길이)는 특별히 한정되지 않지만, 본 발명에 있어서는, 용접 길이가 20mm를 초과하는 경우를 선 용접, 용접 길이가 20mm 이하인 경우를 점 용접으로 한다.
또한, 선 용접을 실시할 때의 용접 입열량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 용접 입열량이 지나치게 낮아지면 용접 금속이 급랭되는 것에 의해 취화가 생겨, 용접 이음의 기계적 특성이 열화될 우려가 있다. 이 관점에서는, 용접 입열량은 0.3kJ/cm 이상인 것이 바람직하다.
다른 한편, 용접 입열량이 지나치게 높아지면, 냉각 속도가 느려지기 때문에 잔류 오스테나이트의 생성이 억제되어, 전술한 효과가 충분히 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 이 관점에서는, 용접 입열량은 15kJ/cm 이하인 것이 바람직하다.
선 용접을 실시할 때의 용접 속도도, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 용접 속도가 지나치게 빨라지면 용접 금속이 급랭되는 것에 의해 취화가 생겨, 용접 이음의 기계적 특성이 열화될 우려가 있다. 이 관점에서는, 용접 속도는 45cm/분 이상인 것이 바람직하다.
다른 한편, 용접 속도가 지나치게 느려지면, 냉각 속도가 느려지기 때문에 잔류 오스테나이트의 생성이 억제되어, 전술한 효과가 충분히 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 이 관점에서는, 용접 속도는 150cm/분 이하인 것이 바람직하다.
또한, 점 용접을 실시하는 경우, 용접 시간은 특별히 한정되지 않지만, 용접 시간이 지나치게 짧으면 용접 금속이 급랭되는 것에 의해 취화가 생겨, 용접 이음의 기계적 특성이 열화될 우려가 있다. 이 관점에서는, 용접 시간은 0.2초 이상인 것이 바람직하다.
다른 한편, 용접 시간이 지나치게 길어지면, 냉각 속도가 느려지기 때문에 잔류 오스테나이트의 생성이 억제되어, 전술한 효과가 충분히 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 이 관점에서는, 용접 시간은 4.0초 이하인 것이 바람직하다.
용접을 실시할 때의 아크 전압이나 용접 전류는, 목적으로 하는 용접 입열량을 고려하여 적절히 설정하면 되고, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 아크 전압은 예를 들면 15∼30V의 범위이며, 용접 전류는 예를 들면 80∼300A의 범위이다.
본 아크 용접 방법은 MAG 용접, MIG 용접, TIG 용접 등 중 어느 것이어도 된다.
실드 가스로서는, MAG 용접, MIG 용접, TIG 용접 등의 각 용접 종류에 따라서, Ar이나 He 등의 불활성 가스, CO2, 불활성 가스와 CO2의 혼합 가스 등의 공지의 것을 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
실시예
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 변경을 가하여 실시하는 것이 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
표 1에 강판 A∼F의 각각의 조성(한편, 잔부는 철 및 불가피적 불순물임)과, 강도 클래스를 나타낸다. 한편, 표 1 중의 「-」는 그 성분의 함유량이 불순물 레벨이었던 것을 나타낸다.
또한, 300-279[C]BM-25[Si]BM-35[Mn]BM-49[Ni]BM-47[Cr]BM-61[Mo]BM으로서 산출되는 XBM을 표 1에 아울러 나타낸다. 한편, [C]BM, [Si]BM, [Mn]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, 및 [Mo]BM은 각각 강판 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.
또한, 각 예에 사용되는 강판의 탄소 당량 CeqBM을 하기 식(2)에 기초하여 산출하고, 표 1에 아울러 나타냈다.
CeqBM = [C]BM+[Mn]BM/6+([Cu]BM+[Ni]BM)/15+([Cr]BM+[Mo]BM+[V]BM)/5 (2)
(단, [C]BM, [Mn]BM, [Cu]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, [Mo]BM, 및 [V]BM은 각각 강판 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
Figure pct00001
<No. 1∼61>
각 예에 있어서, 표 2∼3에 나타나는 강종 및 판 두께를 갖는 2매의 강판에 대해서, 표 2∼3에 나타나는 조성을 갖는 용접 와이어를 이용하여, 표 4∼5에 나타나는 용접 조건에서 아크 용접을 실시했다. 한편, 실드 가스로서는, Ar+20체적% CO2의 혼합 가스를 이용했다. 또한, 표 2∼3에는, 강판의 XBM 및 탄소 당량 CeqBM을 아울러 나타내고 있다. 또, 표 2∼3 중의 「-」는 그 성분의 함유량이 불순물 레벨이었던 것을 나타낸다.
또한, 표 2∼3에 300-279[C]W-25[Si]W-35[Mn]W-49[Ni]W-47[Cr]W-61[Mo]W로서 산출되는 XW를 아울러 나타낸다. 한편, [C]W, [Si]W, [Mn]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W는 각각 용접 와이어 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.
또, 각 예에 대하여, XW 및 XBM으로부터 하기 식(1')에 기초하여 산출되는 X를 표 2에 나타냈다.
X = 0.8XW+0.2XBM (1')
또한, 각 예에 사용되는 강판의 탄소 당량 Ceqw를 하기 식(3)에 기초하여 산출하고, 표 2∼3에 아울러 나타냈다.
Ceqw = [C]w+[Mn]w/6+([Cu]w+[Ni]w)/15+([Cr]w+[Mo]w+[V]w)/5 (3)
(단, [C]w, [Mn]w, [Cu]w, [Ni]w, [Cr]w, [Mo]w, 및 [V]w는 각각 용접 와이어 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
(기계적 특성의 평가)
각 예에 대하여, 용접 이음의 지연 파괴(수소 취화) 감수성을 하기의 SSRT(Slow Strain Rate Technique) 시험에 의해 평가했다.
구체적으로, 선 용접에서는 각 예의 용접 이음으로부터 폭 15mm의 평행부를 잘라내어 시험편을 제작했다. 이 시험편에 대하여, 인장 시험을 실시하여, 파단 강도(차지(charge) 없는 파단 강도)를 측정했다. 또한, 용접 이음으로부터 마찬가지로 잘라낸 시험편을 pH 3의 염산 용액에 100시간 침지하여 수소 차지를 행한 후에, 마찬가지로 인장 시험을 실시하여 파단 강도(차지 후 파단 강도)를 측정했다.
또한, 점 용접에서는, 양 단부에 구멍 가공이 실시되고, 중심부에도 구멍이 설치된 강판(상판)과, 양 단부에 구멍 가공이 실시된 강판(하판)을, 상판이 상측이 되고, 상판의 구멍이 설치된 중심부가 중첩 부분이 되도록 십자로 중첩하고, 중첩된 중심부에 아크 스폿 용접을 실시하여 시험편을 제작했다. 한편, 상판의 표면측의 높이 15mm의 위치로부터 아크를 조사했다. 그리고, 제작한 시험편에 대하여, 상판 및 하판의 각각의 양 단부에 설치된 구멍에 지그를 고정하고, 상판 및 하판을 수직 방향 반대측으로 잡아 당기는 CTS 시험(십자 인장 시험)을 실시하여, 파단 강도(차지 없는 파단 강도)를 측정했다. 또한, 시험편을 pH 3의 염산 용액에 100시간 침지하여 수소 차지를 행한 후에, 마찬가지로 CTS 시험(십자 인장 시험)을 실시하여, 파단 강도(차지 후 파단 강도)를 측정했다.
각 예의 용접 이음에 대하여, 측정된 차지 없는 파단 강도 및 차지 후 파단 강도로부터, 하기 식에 기초하여 파단 강도비를 산출했다.
파단 하중비 = (차지 후 파단 강도)/(차지 없는 파단 강도)
그리고, 파단 하중비가 0.5 이하인 것을 ×, 0.5∼0.7인 것을 △, 0.7∼0.9인 것을 ○, 0.9 이상인 것을 ◎로서 평가하고, 평가가 ◎ 또는 ○인 것을 합격으로 했다. 결과를 표 4∼5에 나타낸다.
(용접 균열의 평가)
각 예에 대하여, 용접 후의 비드 표면 및 매크로 단면을 육안으로 관찰하는 것에 의해, 용접 균열의 평가를 행했다. 평가 기준으로서는, 균열이 발생하고 있지 않은 것을 ○, 균열이 발생하고 있는 것을 ×로 하고, 평가가 ○였던 것을 합격으로 했다. 결과를 표 4∼5에 나타낸다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
예 1∼54는 실시예이고, 예 55∼61은 비교예이다.
용접 와이어 중의 Cr 및 Ni의 합계량이 1.0질량% 이상이고, X가 200 이하가 되는 조건에서 아크 용접을 실시한 예 1∼54에서는, 파단 하중비가 ◎ 또는 ○이고, 용접 균열도 생기지 않았다.
한편, Cr 및 Ni를 첨가하고 있지 않은 용접 와이어를 사용하고, 또한 X가 200을 초과하는 조건에서 아크 용접을 실시한 예 55에서는, 파단 하중비가 ×이고, 용접 균열이 생겼다.
또한, 용접 와이어 중의 Cr 및 Ni의 합계량이 각각 0.4질량%, 0.9질량%로 낮은 예 56 및 예 57에서는, 파단 하중비가 △이고, 용접 균열이 생겼다.
또한, X가 200을 초과하는 조건에서 아크 용접을 실시한 예 58에서는, 파단 하중비가 ×이고, 용접 균열이 생겼다.
또한, Cr 및 Ni를 첨가하고 있지 않은 용접 와이어를 사용하고, 또한 X가 200을 초과하는 조건에서 아크 용접을 실시한 예 59에서는, 파단 하중비가 ×이고, 용접 균열이 생겼다.
또한, 용접 와이어 중의 Cr 및 Ni의 합계량이 0.9질량%로 낮은 예 60에서는, 파단 하중비가 △이고, 용접 균열이 생겼다.
또한, X가 200을 초과하는 조건에서 아크 용접을 실시한 예 61에서는, 파단 하중비가 ×이고, 용접 균열이 생겼다.
본 발명을 특정한 태양을 참조하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나는 일 없이 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것은 당업자에게 분명하다.
한편, 본 출원은 2017년 5월 1일자로 출원된 일본 특허출원(특원 2017-091376)에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

Claims (9)

  1. C량이 0.08∼0.30질량%인 강판의 아크 용접 방법에 있어서, Cr 및 Ni의 합계량이 1.00질량% 이상인 용접 와이어를 이용하여, 하기 식(1)로 표시되는 X가 200 이하가 되는 조건에서 용접을 실시하는 아크 용접 방법.
    X = 0.8×(300-279[C]W-25[Si]W-35[Mn]W-49[Ni]W-47[Cr]W-61[Mo]W)+0.2×(300-279[C]BM-25[Si]BM-35[Mn]BM-49[Ni]BM-47[Cr]BM-61[Mo]BM) (1)
    (단, [C]W, [Si]W, [Mn]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W는 각각 상기 용접 와이어 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타내고, [C]BM, [Si]BM, [Mn]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, 및 [Mo]BM은 각각 상기 강판 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 X가 0 이상인 아크 용접 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 강판의 하기 식(2)로 표시되는 탄소 당량 CeqBM이 0.30∼0.70이고,
    상기 용접 와이어의 하기 식(3)으로 표시되는 탄소 당량 Ceqw가 0.20∼1.30인 아크 용접 방법.
    CeqBM = [C]BM+[Mn]BM/6+([Cu]BM+[Ni]BM)/15+([Cr]BM+[Mo]BM+[V]BM)/5 (2)
    (단, [C]BM, [Mn]BM, [Cu]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, [Mo]BM, 및 [V]BM은 각각 상기 강판 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
    Ceqw = [C]w+[Mn]w/6+([Cu]w+[Ni]w)/15+([Cr]w+[Mo]w+[V]w)/5 (3)
    (단, [C]w, [Mn]w, [Cu]w, [Ni]w, [Cr]w, [Mo]w, 및 [V]w는 각각 상기 용접 와이어 중의 C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo, 및 V의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 강판의 판 두께가 0.5mm 이상 4.0mm 이하인 아크 용접 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용접 길이를 20mm 초과로 하고, 용접 입열량이 0.3kJ/cm 이상 15kJ/cm 이하가 되는 조건에서 선 용접을 실시하는 아크 용접 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    용접 속도가 45cm/분 이상 150cm/분 이하가 되는 조건에서 선 용접을 실시하는 아크 용접 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    용접 시간이 0.2초 이상 4.0초 이하가 되는 조건에서 점 용접을 실시하는 아크 용접 방법.
  8. 질량%로, C: 0.08∼0.30%, Si: 2.00% 이하, 및 Mn: 0.90∼3.00%를 적어도 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 강판을 아크 용접하기 위한 용접 와이어로서,
    상기 용접 와이어는, 와이어 전체 질량에 대해, 질량%로,
    C: 0.08∼0.30%,
    Si: 0.10∼2.00%,
    Mn: 0.50∼2.50%,
    Ni: 12.00% 이하,
    Cr: 12.00% 이하, 및
    Mo: 1.50% 이하
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물임과 함께,
    Cr 및 Ni의 합계량이 1.00∼24.00%이며,
    상기 용접 와이어는, 하기 식(1)로 표시되는 X가 0.6 이상 200 이하인 것을 만족하는 용접 와이어.
    X = 0.8×(300-279[C]W-25[Si]W-35[Mn]W-49[Ni]W-47[Cr]W-61[Mo]W)+0.2×(300-279[C]BM-25[Si]BM-35[Mn]BM-49[Ni]BM-47[Cr]BM-61[Mo]BM) (1)
    (단, [C]W, [Si]W, [Mn]W, [Ni]W, [Cr]W, 및 [Mo]W는 각각 상기 용접 와이어 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타내고, [C]BM, [Si]BM, [Mn]BM, [Ni]BM, [Cr]BM, 및 [Mo]BM은 각각 상기 강판 중의 C, Si, Mn, Ni, Cr, 및 Mo의 함유량(질량%)을 나타낸다.)
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 용접 와이어는, 질량%로,
    Ti: 0.50% 이하,
    V: 1.00% 이하,
    Nb: 1.00% 이하,
    Zr: 0.50% 이하,
    W: 1.00% 이하, 및
    B: 0.0050% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 이상을 추가로 함유하는 용접 와이어.
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