KR20200011506A

KR20200011506A - 내기공성 및 전착 도장성이 우수한 극 저 실리콘 용접용 와이어 및 이를 통하여 얻어지는 용착금속

Info

Publication number: KR20200011506A
Application number: KR1020200005824A
Authority: KR
Inventors: 서지석; 김재중; 박상민; 김용덕; 김석환
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2020-02-03
Also published as: KR102322430B1; KR20210107596A

Abstract

내기공성 및 전착 도장성이 우수한 극 저 실리콘 용접용 와이어가 제공된다.
본 발명은 중량%로, C: 0.001~0.30%, Si: 0.15% 이하, Mn: 0.50~3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 내기공성 및 전착 도장성이 우수한 극 저 실리콘 용접용 와이어에 관한 것이다.

Description

내기공성 및 전착 도장성이 우수한 극 저 실리콘 용접용 와이어 및 이를 통하여 얻어지는 용착금속{Extra low silicon welding consumable having excellent porosity resistance and electro coating, and weld metal}

본 발명은 보호가스를 사용하는 가스메탈 아크 용접, 플럭스 코어드 아크 용접에 사용하는 용접용 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 용접 이후 용접부의 내기공성 및 비드 표면의 전착 도장성을 향상시킬 수 있는 극 저 실리콘 용접용 와이어 및 이를 통하여 얻어지는 용착금속에 관한 것이다.

일반적으로 도장은 크게 스프레이 도장과 정전(분체) 도장 및 전착 도장 등으로 분류된다.

상기 전착 도장은 다른 도장 방법에 비해 품질이 우수하고 도료 유실률이 낮다. 스프레이 도장과는 달리 전기량이 일정 시간에 도달할 경우, 더 이상의 두께가 형성되지 않기 때문에 균일한 두께와 평활성을 얻을 수 있다. 또한 소모량이 적어 원가를 절감할 수 있다.

그러나 최근에 들어, 용접 후 용접부 표면에 발생하는 슬래그로 인해 용접부의 전착 도장성이 저하되어 전착도장이 필요한 각종 부품을 필요로 하는 전 세계 전자 회사나 자동차 회사에서 부식 이슈가 불거지고 있다.

또한 내구성 향상을 위해 최근 자동차 부품에서의 아연도금강판의 적용이 늘어나면서 용접부의 내기공성 확보가 중요한 과제가 되고 있다. 아연도금층의 기화 온도가 낮아 용접시 용접부 내에 기공발생이 용이하기 때문이다.

그러므로 내기공성 및 전착 도장성이 우수한 비드 외관을 가지는 용접재의 개발이 대두하고 있는 실정이다.

본 발명은 용접부의 내기공성 및 전착 도장성을 향상시킬 수 있는 극 저 실리콘 용접재를 제공함을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 극 저 실리콘 용접재를 이용하여 얻어지는 용착금속을 제공함을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량%로, C: 0.001~0.30%, Si: 0.15% 이하, Mn: 0.50~3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 내기공성 및 전착 도장성이 우수한 용접용 와이어에 관한 것이다.

본 발명에서 Si²/Mn 함량비가 0.015 이하의 범위를 만족함이 바람직하다.

상기 용접용 와이어는 Si을 0.001~0.1% 범위로 함유하고 있는 것이 바람직하다.

상기 용접용 와이어는 Ni: 0.001~0.900%, Cr: 0.001~0.100%, Mo: 0.001~0.500% 및 Cu: 0.50% 이하 중 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

상기 용접용 와이어는 Ti: 0.50% 이하, Al: 0.50% 이하, Nb : 0.50% 이하, V: 0.10% 이하 및 Zr: 0.10% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

상기 용접용 와이어는 B: 0.01% 이하 또는 REM: 0.50% 이하를 추가로 포함할 수 있다.

상기 용접용 와이어는 솔리드 와이어 또는 플럭스 코어드 와이어일 수가 있다.

또한 본 발명은,

용접 모재를 용접용 와이어를 이용하여 용접함으로써 얻어지는 용착금속에 있어서,

상기 용착금속은 그 표면에 슬래그가 부착되어 있으며, 그리고

상기 용착금속 전체 표면적에 대하여, 실리콘계 산화물 슬래그가 차지하는 면적 분율이 5% 이하인 것을 특징으로 하는 전착 도장성이 우수한 용착금속에 관한 것이다.

상기 용접용 와이어는 중량%로, C: 0.001~0.30%, Si: 0.15% 이하, Mn: 0.50~3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 용접용 와이어는 Si²/Mn 함량비가 0.015 이하 범위를 충족할 수 있다.

상기 용접용 와이어는 Si을 0.001~0.1% 범위로 함유할 수 있다.

상기 용접용 와이어는, Ni: 0.001~0.900%, Cr: 0.001~0.100%, Mo: 0.001~0.500% 및 Cu: 0.50% 이하 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

상기 용접용 와이어는 Ti: 0.50% 이하, Al: 0.50% 이하, Nb: 0.50% 이하, V: 0.10% 이하 및 Zr: 0.10% 이하 중 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성의 본 발명은, 극 저 실리콘 용접재를 사용하여 용접비드 표면에 통전이 가능한 망간계 슬래그를 형성함으로써 전착 도장시 도장성 향상의 효과가 있다.

또한 상대적으로 실리콘계 슬래그 대비 접합강도가 높은 망간계 슬래그를 형성하여 전착도장 이후 도장 부착성이 향상되는 이점이 있다.

또한 특정 보호가스에만 적용되는 것이 아니라 Ar + 5%CO₂에서 100%CO₂까지 다양한 보호가스 조건에서 사용할 수 있는 장점이 있다.

나아가 아연도금강판 용접시 용접부가 우수한 내기공성을 지니는 효과가 있다.

도 1은 각종 산화물의 열팽창계수를 나타내는 그림이다.
도 2는 각종 산화물의 전기전도도를 보이는 그림이다.
도 3은 각 재료의 전기전도도 범위를 나타내는 그림이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 솔리더 와이어의 용접 시 형성되는 비드 외관 사진 등을 나타내는 그림이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플럭스 코어드 와이어(메탈 코어드 와이어)의 용접 시 형성되는 비드 외관 등을 나타내는 그림이다.
도 6은 종래의 용접재와 본 발명의 일실시예에 따른 극 저 실리콘 용접재의 용접시 형성되는 용착금속의 전착도장 결과를 나타내는 그림이다.
도 7은 도 6의 종래의 일반용접재와 본 발명의 일실시예에 따른 극 저 실리콘 용접재를 이용한 용접 시 형성되는 용착금속의 슬래그 성분 분석 결과를 나타내는 그림이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명자들은 만일 극 저 실리콘 용접재를 이용하여 용접할 경우, 용착 금속에 기존 유리질의 실리콘계 슬래그 발생을 줄임과 아울러 상대적으로 슬래그 박리가 어렵고 전착도장 시 통전이 용이한 망간계 슬래그를 비드 표면에 형성함으로써 내기공성 및 전착 도장성을 제고할 수 있음을 확인하고 본 발명을 제시한다.

구체적으로, 하기 표 1은 각종 산화물의 P-B ratio(Pilling-Bedworth ratio: 산화물 체적과 산화 전 금속 체적과의 비)을 나타내고 있는데, P-B ratio 값이 클수록 산화 이후 산화물에 응력이 많이 걸리게 되어 산화물의 부착성이 감소하게 됨이 일반적이다. 그런데 하기 표 1과 같이, SiO₂ 산화물이 MnO, FeO 산화물 대비 P-B ratio가 상대적으로 높음을 알 수 있으며, 이에 따라 MnO, FeO의 부착성이 SiO₂ 대비 상대적으로 높음을 확인할 수 있다.

또한 도 1은 각종 산화물의 열팽창계수를 나타내는 그림이다. 도 1에 나타난 바와 같이, SiO2 산화물의 경우 FeO, MnO 산화물과는 달리 열팽창계수가 매우 작아 급격한 온도변화가 일어나는 용접비드 표면에서 박리될 위험이 큼을 알 수 있다. 이에 반하여, MnO의 경우 FeO와 열팽창계수는 유사하여 SiO2에 비해 상대적으로 박리될 위험이 적은 것을 알 수 있다.

또한 도 2는 각종 산화물의 온도에 따른 전기 전도도 변화에 대한 그래프로, 망간계 슬래그(MnO₂)의 경우 전기전도도가 10²Ω^-1m^-1수준임을 알 수 있으며, 이는 도 3의 전기전도도 범위 그래프에서 보면 전도체의 범위에 속한다.

따라서 상기 점을 고려해 보면, 용접시 용착금속에 부착되는 슬래그가 실리콘계 슬래그이면, 용착금속 부착성이 나빠질 뿐만 아니라 통전성이 나쁘므로 용접금속의 전착 도장성이 나빠짐을 알 수 있다.

그러므로 만일 용접용 와이어의 이용하여 용접을 실시할때, 용착금속 슬래그 중 실리콘계 산화물의 분율을 적극적으로 줄이고, 반대로 망간계 슬래그를 적극적으로 형성함으로써 용접금속의 전착 도장성이 효과적으로 개선될 수 있음을 확인하였다.

이를 위하여, 본 발명은 용접용 와이어의 성분원소 중 Si의 함량을 0.15% 이하로 적극적으로 감소시킴을 특징으로 한다. Si 함량이 감소될수록 아연도금강판 용접시 내기공성 또한 개선될 수 있다. 이러한 발명 사상은 Si을 0.4% 이상 함유하고 있는 아래 표 2와 같은 표준 용접 재료와 확연히 구별된다.

따라서 본 발명의 용접용 와이어는, 중량%로, C: 0.001~0.30%, Si: 0.15% 이하, Mn: 0.50~3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하여 조성된다.

본 발명의 용접용 와이어의 조성성분 및 그 함량 제한사유를 설명하며, 이하에서 언급하는 %는 중량%를 의미한다.

·탄소(C) : 0.001~0.30%

탄소(C)는 강의 경도를 증가하고 인성과 연성을 감소시킨다. 일정 함유량까지 강도를 증가시키나, 함유량이 많아질수록 취성이 강해진다. 대입열 용접시 요구강도 확보를 위해 탄소 함량의 하한값을 0.001%로 하고, 취성 감소를 위해 그 상한값을 0.30%으로 설정할 필요가 있다.

·실리콘(Si) : 0.15% 이하

실리콘(Si)는 보통 탄소강 용접재의 규소함량은 0.4~1.15% 범위이다. 규소는 탈산제로 사용하며, SiO₂ 또는 규산개재물을 형성한다. 강의 경도, 탄성 한계, 인장 강도를 증가시키며, 연신율 및 충격값은 감소시킨다. 그리고 결정입자의 크기를 증대시켜 가단성, 전성을 감소시킨다.

그러나 실리콘 함량이 0.15%를 초과하면 실리콘계 슬래그 발생량이 증가하여 형성된 우수한 전착 도장성을 갖는 용접 금속을 제조할 수 없다.

전착 도장성과 내기공성 확보를 위해 보다 바람직하게는 실리콘(Si) 함량을 0.10% 이하로 제어하는 것이다.

용접부의 인장 강도 확보 측면을 함께 고려하면, 실리콘(Si)의 함량은 0.001~0.10% 범위에 있는 것이 보다 바람직하다.

·망간(Mn) : 0.50~3.00%

보통 탄소강 중 망간(Mn)은 AISI 1005강의 0.35% max와 AISI 1085강의 1.0% max의 범위를 지니고 있다.

Mn은 강 중의 S와 결합하여 MnS를 형성하여 저융점화합물인 FeS의 생성을 방지하여 고온균열 발생을 저지한다. 또한 펄라이트를 미세화시키며 페라이트의 고용강화를 일으켜 항복강도를 증가시킨다. 그러므로 최소 항복강도 유지를 위해 Mn함량을 하한값을 0.50%으로 설정함이 필요하다. 또한 본 발명에서 와이어 내 주요 탈산 원소인 Si함량을 매우 낮게 유지하기 때문에 용착금속 내에서 탈산제 역할을 하는 Mn 함량이 감소하는 경향이 있다. 그러므로 본 발명에서는 Mn 상한값을 3.00%로 설정함이 바람직하다.

한편 본 발명에서는 Si²/Mn 함량비가 0.015 이하의 범위를 만족하도록 상기 Mn과 Si 함량을 제어함이 바람직하다. 왜냐하면 상기 함량비가 0.015의 범위를 초과하면 와이어의 경우 비드 외관이 저하되고 및 실리콘계 슬래그 발생이 시작되어 도장 후 내식성이 저하할 수 있기 때문이다.

·인(P) : 0.030% 이하

P는 Fe₃P 화합물을 형성하는데 강 중에서 극도로 취약하고 편석을 일으키므로 상한값을 0.030%로 제한할 필요가 있다.

·황(S) : 0.030% 이하

S는 보통 탄소강에 최대로 0.05%까지 존재한다. 적열상태에서는 취성이 커지며, 인장 강도, 연신율, 충격값을 감소시킨다. 또한 아연도금강판 용접시 용접부의 내기공성을 저하시키므로 그 상한값을 0.030%로 제한함이 바람직하다.

본 발명의 용접용 와이어는 또한, Ni: 0.001~0.900%, Cr: 0.001~0.100%, Mo: 0.001~0.500%, Cu: 0.50% 이하 중 선택된 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

·니켈(Ni) : 0.001~0.900%

니켈(Ni)은 강 조직을 미세화시키고 오스테나이트와 페라이트에 잘 고용되므로 기지강화에 이용된다. 오스테나이트 안정화 원소이므로 크롬과 조합하여 오스테나이트계 스테인리스강, 내열강 등에 사용된다. 또한 강의 저온인성을 강화시키며 용접성, 가단성을 해치지 않는 유용한 성분원소이다.

본 발명에서는 용착 금속의 강도 확보를 위해 그 함량의 하한값을 0.001%로 제어함이 바람직하다. 한편 니켈은 오스테나이트 안정화원소이므로 다량 첨가시 오스테나이트를 생성하여 고온균열에 취약해질 위험이 있으므로 그 상한값을 0.900%로 제한함이 바람직하다.

·크롬(Cr) : 0.001~0.100%

크롬(Cr)은 용착금속의 강도와 경도를 증가시키며, 탄화물의 형성을 용이하게 한다. 또한 내식성, 내열성 및 내마모성을 증가시킨다.

본 발명에서는 적정 강도를 유지하기 위하여 그 함량의 하한값을 0.001%, 상한값을 0.100%로 제한함이 바람직하다.

·몰리브덴(Mo) : 0.001~0.500%

몰리브덴(Mo)는 강도와 내식성을 증가시키고 뜨임취성을 방지한다. 용착금속의 강도 확보를 위하여 그 함량 하한값을 0.001%로 설정함이 바람직하다. 한편 그 함량이 0.500%를 초과라면 용착금속의 강도 및 경화능이 더이상 증가하지 않기 때문에 그 상한값을 0.500%로 제어함이 바람직하다.

·구리(Cu) : 0.50% 이하

구리(Cu)는 용착 금속의 인장 강도 및 탄성 한도를 증가시키고 내식성을 증가시킨다. 그러나 압연시 균열의 원인이 되므로 그 함량의 상한값을 0.50%로 제한함이 바람직하다.

또한 본 발명의 용접용 와이어는 Ti: 0.50% 이하, Al: 0.50% 이하, Nb : 0.50% 이하, V: 0.10% 이하 및 Zr: 0.10% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다.

·티타늄(Ti) : 0.50% 이하

티타늄(Ti)은 부식에 대한 저항이 매우 크며, 용접 시 고전류에서 아크 안정제 역할을 한다. 이는 슬래그 생성 원소이므로 본 발명에서는 Ti 함량의 상한값을 0.50% 이하로 제한함이 바람직하다.

·바나듐(V) : 0.10% 이하

바나듐(V)은 탄화물 형성능이 커서 미립탄화물을 만들어 강의 조직을 미세화시키며 뜨임연화 저항성도 몰리브덴 이상으로 좋다. 바나듐은 또한 고온 강도를 개선할 수 있지만, 그 함량이 0.1%를 초과하면 그 첨가에 따른 효과를 기대할 수 없으므로 0.1% 이하로 제어함이 바람직하다.

·니오븀(Nb): 0.50% 이하

니오븀(Nb)은 강력한 결정립 미세화원소로서 결정립 조대화 온도를 상승시킨다. 경화능을 저하시키며, 템퍼링 취성을 감소시킨다. 본 발명에서는 니오븀의 함량을 0.5%이하로 제한함이 바람직하다.

·지르코늄(Zr): 0.10% 이하

지르코늄(Zr)은 질소, 황, 탄소, 수소와의 친화력이 높으며 이들 원소의 고정에 흔히 이용되고 있다. 백점의 발생을 방지할 수 있다고 알려져 있다. 본 발명에서는 지르코늄의 함량을 0.1%이하로 제한함이 바람직하다.

·알루미늄(Al): 0.50% 이하

알루미늄(Al)은 Si과 함께 강탈산제로 유용하나 용착금속 내 첨가량이 많으면 강을 취약하게 함으로 본 발명에서는 0.5%이하로 제한한다

또한 본 발명의 용접용 와이어는 B: 0.01% 이하 또는 REM: 0.50% 이하를 추가로 포함할 수 있다.

·보론(B) : 0.01% 이하

보론(B)은 미량첨가(0.0005~0.003%)로 경화능을 현저히 증가시킨다. 그런데 과잉 첨가되면 Fe₃B를 형성하여 적열취성을 일으키므로, 그 최대값을 0.01%로 제한함이 바람직다.

·REM : 0.50% 이하

희토류금속의 경우 Sc(스칸듐), Y(이트륨), La(란타늄), Ce(세륨), Pr(프라세오디뮴), Nd(네오디뮴), Pm(프로메튬), Sm(사마륨), Eu(유로퓸), Gd(가돌리늄), Tb(터븀), Dy(디스프로늄), Ho(홀뮴), Er(에르븀), Tm(툴륨), Yb(이테르븀), Lu(루테튬)으로 마그네슘 합금 또는 알루미늄 합금에 첨가되어 인장강도를 개선하거나 유해한 불순물을 제거하는 데 사용한다. 광물형태로 희귀하므로 특수한 목적을 가지고 미량 첨가할 경우 소재 가격 상승을 피할 수 없다.

본 발명에서는 희토류 금속의 경우 본 발명의 주 목적인 실리콘계 슬래그 분율 및 아연도금강판 내기공성에 영향을 미치지 않으므로 0.50%이하로 제한한다.

기타 그 밖의 잔여 성분은 Fe 및 불가피한 불순물이다.

한편 상술한 본 발명의 와이어 조성성분은 솔리드 와이어 또는 플럭스 코어드 와이어(메탈 코어드 와이어)에 적용될 수 있다. 또한 본 발명의 와이어는 SAW에 사용되는 와이어로도 사용이 가능하다.

또한 본 발명에서는 상술한 조성성분을 갖는 용접용 와이어를 이용하여 용접 모재를 용접할 경우, 용착금속 전체 표면적에 대하여, 실리콘계 산화물 슬래그가 차지하는 면적 분율이 5% 이하일 수 있다. 즉, 종전의 실리콘계+망간계 슬래그가 아니라 망간계 슬래그를 용착금속에 형성함으로써 용착금속의 전착 도장성 등을 제고할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예 1)

하기 표 3과 같은 조성성분을 갖는 솔리드 와이어를 각각 마련하였다. 이후, 상기 각각의 솔리드 와이어를 이용하여 150mm의 440MPa급 아연도금강판 Lap-joint 모재에 용접속도 80cpm, 세팅전류 210A, 세팅전압은 25V의 조건으로 용접을 실시함으로써 각각의 와이어를 이용하더라도 동일한 용착량이 나올 수 있도록 하였다.

이후, 용착금속의 실리콘계 슬래그량, 내기공성, 인장강도, 용접성(스패터) 평가하여 이를 하기 표 4에 나타내었다.

상기 실리콘계 슬래그량은 Lap joint 용접시험 편에 동일한 용접조건으로 150mm 용접 진행하여, 전체 용접부 면적에 대하여 실리콘계 슬래그가 차지하는 면적 분율을 측정한 값으로, 그 분율이 0 ~ 3% 경우를 A, 3 ~ 5% 이하인 경우를 B, 5 ~ 8%인 경우를 C, 그리고 8% 이상인 경우를 D로 하였다.

내기공성의 경우, 동일한 용접조건으로 150mm 용접 진행하여 용접부에 RT 실시하여 전체 용접부 중 기공의 분율을 측정한 값으로, 0 ~ 0.5%인 경우를 A, 0.5 ~ 1.0%경우를 B, 1.0% ~ 2.0%인 경우를 C, 그리고 2.0% 이상인 경우를 D로 하였다.

인장 강도의 경우, AWS 5.18에 규정되어 있는 데로 용접 시편을 제작하여 인장 시험한 값을 사용하였으며, 540MPa 이상인 경우를 A, 510 ~ 540MPa인 경우를 B, 480 ~ 510MPa인 경우를 C, 그리고 480MPa 이하인 경우를 D로 하였다.

용접성의 경우, 용접 모니터링 장비를 사용하여 출력되는 용접전류 파형의 출력전류 편차를 사용하였고 세팅전류 및 세팅전압은 200A/20V로 가스는 80%Ar+20%CO2로 동일하게 세팅하여 출력되는 값을 측정하였다. 그리고 이때 출력 전류 편차가 80 이하인 경우를 A, 80 ~ 90인 경우를 B, 90 ~ 100인 경우를 C, 그리고 100 이상인 경우를 D로 하였다.

구분	화학성분(중량%)								Si²/Mn
구분	C	Si	Mn	P	S	D*	E*	B	Si²/Mn
발명예1	0.08	0.02	1.66	0.009	0.003				0.0002
발명예2	0.09	0.02	1.70	0.009	0.003				0.0002
발명예3	0.09	0.03	1.58	0.010	0.002				0.0006
발명예4	0.08	0.15	1.67	0.010	0.005				0.0135
발명예5	0.08	0.12	1.66	0.011	0.004				0.0087
발명예6	0.07	0.10	1.58	0.010	0.004				0.0063
발명예7	0.09	0.09	1.67	0.009	0.002				0.0049
발명예8	0.09	0.05	1.58	0.010	0.002	0.34(Ni)			0.0016
발명예9	0.07	0.02	1.60	0.009	0.003	0.08(Cr)			0.0003
발명예10	0.08	0.02	1.70	0.009	0.003	0.018(Mo)			0.0002
발명예11	0.09	0.04	1.57	0.010	0.003		0.118(Ti)		0.0010
발명예12	0.08	0.02	1.58	0.009	0.003			0.003	0.0003
발명예13	0.08	0.02	1.70	0.009	0.003	0.34(Ni)	0.118(Ti)		0.002
비교예1	0.07	0.47	1.15	0.014	0.005				0.1921
비교예2	0.07	0.62	1.14	0.011	0.008				0.3372
비교예3	0.05	0.81	1.47	0.016	0.012				0.4463
비교예4	0.06	0.87	1.50	0.015	0.005				0.5046
비교예5	0.07	0.83	1.86	0.014	0.003	1.75(Ni)			0.3704
비교예6	0.07	0.65	1.20	0.016	0.007	0.035(Cr)			0.3521
비교예7	0.08	0.82	1.54	0.013	0.008		0.008(V)		0.4366
비교예8	0.05	0.81	1.47	0.017	0.013		0.19(Ti)		0.4463
비교예9	0.08	0.81	1.45	0.012	0.015			0.003	0.4525
비교예10	0.05	0.16	1.70	0.009	0.002				0.0151
비교예11	0.07	0.20	1.74	0.010	0.004				0.0230
비교예12	0.05	0.30	1.72	0.011	0.004				0.0523

-표 3에서 D*는 Ni, Cr, Mo 및 Cu 중 1종 이상을, E*는 Ti, Al, Nb, V 및 Zr 중 1종 이상을, 그리고 잔여 성분은 Fe+ 불가피한 불순물임.

구분	실리콘계 슬래그량	내기공성	인장 강도	용접성(스패턴)	종합 판정
발명예1	A	A	B	B	B
발명예2	A	A	B	B	B
발명예3	A	A	B	B	B
발명예4	B	A	B	B	B
발명예5	A	A	B	B	B
발명예6	A	A	B	B	B
발명예7	A	A	B	B	B
발명예8	A	A	A	A	A
발명예9	A	A	B	B	B
발명예10	A	A	A	B	A
발명예11	A	A	B	A	A
발명예12	A	A	A	B	A
발명예13	A	A	A	A	A
비교예1	C	B	A	B	C
비교예2	D	B	A	A	C
비교예3	D	C	A	A	D
비교예4	D	C	A	A	D
비교예5	D	C	A	C	D
비교예6	C	B	A	B	C
비교예7	D	C	A	A	D
비교예8	D	C	A	A	D
비교예9	D	C	A	C	D
비교예10	C	A	B	B	C
비교예11	C	B	B	B	C
비교예12	C	B	B	B	C

상기 표 3-4에 나타난 바와 같이, 와이어 조성성분이 본 발명의 범위를 만족하하는 발명예 1-13은 모두 우수한 내기공성, 인장강도, 용접성을 가짐을 알 수 있으며, 용착금속의 실리콘계 슬래그량이 적어도 용착금속의 전착 도장성도 우수해짐을 알 수 있다. 특히, 와이어 Si 함량이 0.1% 이하인 본 발명예 1-3 및 발명예 6-13이 그렇지 않은 발명예 4-5 대비 보다 우수한 특성을 가짐을 확인할 수 있다. 또한 발명예 8은 Ni이 함유되어 용접부의 충격인성과 인장강도가 향상되었고 송급성 및 아크안정성이 뛰어난 특징을 나타내었으며, 발명예 9는 Cr이 함유되어 와이어 및 용접부의 인장 강도를 소량 증가함을 알 수 있다.

발명예 10은 Mo가 첨가되어 Cr 첨가 되었을 경우와 동일하게 와이어 및 용접부의 인장 강도가 소량 증가하였으며, 발명예 11은 Ti이 첨가되어 용접 시 아크 안정성이 향상되는 특징이 나타났다. 아울러, 발명예 12는 B이 첨가되어 용접부의 인장 강도가 향상됨을 알 수 있다.

또한 발명예 13의 경우 발명예 8의 Ni과 발명예 11의 Ti이 함께 첨가되어 용접시 아크안정성 및 송급성이 뛰어나고 용접금속의 충격인성과 인장강도가 우수하였다.

이에 반하여, 비교예 1-12는 모두 Si 함량이 0.15% 초과로서 Si 함량이 증가할수록 실리콘계 슬래그량이 증가하는 경향이 나타났으며, 또한 Si 함량이 증가할수록 아연도금강판 용접시 내기공성도 감소함을 알 수 있다.

구체적으로, 비교예 5는 Ni이 함유되어 용접부의 충격 인성과 인장 강도가 향상되고 송급성 및 아크 안정성이 향상되었지만 Si 함량이 0.83%으로 용접 비드 표면에 다량의 실리콘계 슬래그 발생하였으며, 아연도금강판의 용접시 비드 표면에 기공이 발생하였다.

비교예 6은 Cr이 함유되어 와이어 및 용접부의 인장 강도가 소량 증가하였지만 Si 함량이 0.65%으로 용접 비드 표면에 실리콘계 슬래그가 발생하였고, 내기공성이 저하되었다.

비교예 7은 V이 첨가되어 와이어 및 용접부의 인장 강도가 소량 증가하였지만, Si 함량이 0.82%으로 용접비드 표면에 실리콘계 슬래그가 다량 발생하였고 내기공성이 저하되었다.

비교예 8은 Ti이 첨가되어 용접시 아크 안정성이 향상되었지만, Si 함량이 0.81%으로 용접 비드 표면에 실리콘계 슬래그가 다량 발생하였고 내기공성 저하되었다.

비교예 9는 B이 첨가되어 용접부의 인장 강도가 향상되었지만 Si함량이 0.81%으로 용접비드 표면에 실리콘계 슬래그가 다량 발생하였고 내기공성이 저하되었다.

비교예 10은 Si함량이 0.16%로 Si함량이 증가하면서 용접비드 표면에 실리콘계 슬래그량이 소량 증가하였다.

비교예 11은 Si함량이 0.20%로 도 4에서와 같이 용접비드 표면에 실리콘계 슬래그 함량이 5.1%로 증가 및 내기공성이 저하되었다.

비교예 12 또한 Si 함량이 0.30%로 Si함량이 증가하면서 비드 표면의 실리콘계 슬래그량이 증가하고 내기공성 또한 감소하였다.

한편 도 4는 본 실시예에서 발명예 1, 발명예 4, 발명예 6과, 비교예 1-3, 11의 용접 비드 외관을 보이는 사진으로서 그 사진의 우측에는 실리콘계 슬래그 분율을 측정하여 나타내었다.

실리콘계 슬래그의 분율의 경우 길이 150mm의 아연도금강판 Lap-joint 모재를 준비하여 용접속도 80cpm으로 세팅전류는 210A, 세팅전압은 25V로 설정하여 다른 와이어를 적용하더라도 동일한 용착량이 나올 수 있게 실험을 진행하였다. 그리고 용접 후 용접 비드를 촬영하여 용접금속만 추출한 후 이미지 분석 프로그램을 사용하여 전체 용접금속 중 실리콘계 슬래그의 분율을 측정하였다.

도 4에 나타난 바와 같이, 비교예들에서 Si함량과 Si²/Mn은 증가함에 따라 이에 비례하여 실리콘계 슬래그 분율도 증가함을 알 수 있으나, 발명예 1, 4, 6의 경우 실리콘계 슬래그가 거의 생성되지 않는 것을 확인할 수 있다. 특히, 발명예 1의 경우 비드 외관이 매우 유려한 것을 확인할 수 있다.

(실시예 2)

하기 표 5에 나타난 바와 같은 조성성분을 갖는 플럭스 코어드 와이어(메탈 코어드 와이어)를 각각 마련하였다. 이후, 상기 각각의 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 150mm의 440MPa급 아연도금강판 Lap-joint 모재에 용접속도 80cpm, 세팅전류 210A 및 세팅전압 25V의 조건으로 용접을 실시함으로써 각각의 와이어를 이용하더라도 동일한 용착 금속량이 나올 수 있도록 하였다.

이후, 용착금속의 실리콘계 슬래그량, 내기공성, 인장강도, 용접성(스패터) 평가하여 이를 하기 표 6에 나타내었으며, 그 구체적인 평가 기준은 실시예 1과 동일하다.

구분	화학성분(중량%)								Si²/Mn
구분	C	Si	Mn	P	S	D*	E*	B	Si²/Mn
발명예1	0.11	0.03	1.76	0.007	0.005				0.0005
발명예2	0.10	0.12	1.74	0.009	0.004				0.0083
발명예3	0.08	0.01	1.24	0.008	0.006				0.0001
발명예4	0.09	0.01	1.27	0.008	0.003	0.31(Ni)			0.0001
발명예5	0.08	0.01	1.23	0.007	0.004		0.01(Ti)		0.0001
발명예6	0.10	0.01	1.24	0.007	0.003			0.001	0.0001
발명예7	0.10	0.15	1.75	0.008	0.004				0.0129
발명예8	0.09	0.10	1.77	0.008	0.003				0.0056
발명예9	0.09	0.09	1.77	0.009	0.004				0.0046
비교예1	0.11	0.31	1.75	0.010	0.005				0.0549
비교예2	0.11	0.49	1.73	0.009	0.003				0.1388
비교예3	0.09	0.61	1.57	0.025	0.014				0.2370
비교예4	0.05	0.55	1.45	0.013	0.010	0.32(Ni)			0.2086
비교예5	0.07	0.65	1.45	0.010	0.010		0.01(Ti)		0.2914
비교예6	0.05	0.70	1.45	0.012	0.010			0.001	0.3379
비교예7	0.10	0.16	1.72	0.008	0.004				0.0149
비교예8	0.12	0.20	1.73	0.009	0.004				0.02321
비교예9	0.12	0.35	1.70	0.007	0.003				0.0721

-표 5에서 D*는 Ni, Cr, Mo 및 Cu 중 1종 이상을, E*는 Ti, Al, Nb, V 및 Zr 중 1종 이상을, 그리고 잔여 성분은 Fe+ 불가피한 불순물임.

구분	실리콘계 슬래그량	내기공성	인장 강도	용접성(스패터)	종합 판정
발명예1	A	A	A	B	A
발명예2	A	A	A	B	A
발명예3	A	A	B	B	B
발명예4	A	A	A	B	A
발명예5	A	A	B	A	A
발명예6	A	A	A	B	A
발명예7	B	A	B	B	B
발명예8	A	A	B	B	B
발명예9	A	A	B	B	B
비교예1	C	A	B	B	C
비교예2	D	C	B	B	D
비교예3	D	D	A	B	D
비교예4	D	C	A	A	C
비교예5	D	D	A	A	D
비교예6	D	D	A	B	D
비교예7	C	A	B	B	C
비교예8	C	A	B	B	C
비교예9	C	B	B	B	C

상기 표 5-6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 조성성분 범위를 만족하는 플럭스 코어드 와이어를 이용한 본 발명예 1-9의 경우, 모두 실리콘계 슬래그량은 감소하였고 Si 감소에 따라 아연도금강판 용접시 내기공성이 개선됨을 알 수 있다. 발명예 4는 Ni이 함유되어 용접부의 충격 인성과 인장 강도가 향상되었고 송급성 및 아크 안정성도 우수하였다.

발명예 5는 Ti가 첨가되어 아크 안정성이 향상되었으며, 발명예 6은 B이 첨가되어 용접부의 인장 강도가 향상되었다.

이에 반하여, 비교예 1-3은 Si함량이 0.30%이상으로 Si함량이 증가할수록 실리콘계 슬래그량이 증가하는 경향이 나타났다. 또한 Si 함량이 증가할수록 아연도금강판 용접시 내기공성이 감소하였다.

비교예 4의 경우 Ni이 함유되어 용접부의 충격인성과 인장강도가 향상되었지만 Si함량이 0.55%로 용접비드 표면에 실리콘계 슬래그가 다량 발생하였다.

비교예 5의 경우 Ti이 함유되어 용접성이 향상되었지만 Si함량이 0.65%로 용접비드 표면에 실리콘계 슬래그가 다량 발생하였다.

비교예 6의 경우는 B이 첨가되어 용접부의 인장강도가 향상되었지만 Si함량이 0.70%으로 용접비드 표면에 실리콘계 슬래그가 다량 발생하였고 아연도금강판에서 내기공이 감소되었다.

비교예 7-9의 경우는 Si 함량이 0.15% 이상인 경우로 Si함량이 증가하면서 비드표면의 실리콘계 슬래그량이 증가하고 점점 내기공성 또한 감소되었다.

한편 도 5는 본 실시예에서 발명예 1-2와, 비교예 1-2의 용접 비드 외관을 보이는 사진으로서 그 사진의 우측에는 실리콘계 슬래그 분율을 측정하여 나타내었다. 이때, 실리콘계 슬래그의 분율의 측정 방법은 전술한 실시예 1에서의 방법과 동일하다.

도 5에 나타난 바와 같이, 발명예 1에서 비교예 2로 갈수록 Si함량과 Si²/Mn은 증가하고 이에 비례하여 실리콘계 슬래그 분율도 증가함을 알 수 있다. 특히, 발명예 1의 경우 실리콘계 슬래그가 거의 형성되지 않아 비드 외관이 매우 유려한 것을 확인할 수 있다.

(실시예 3)

전술한 실시예 1의 발명예 13의 솔리드 와이어와, 기존의 아연도금강판 및 일반강판 용접에 주로 사용하는 일반 용접재 ER70S-3의 솔리드 와이어를 각각 마련하였다. 이어, 이들 솔리드 와이어를 각각 이용하여 150mm의 440MPa급 아연도금강판 Lap-joint 모재에 용접속도 80cpm, 세팅전류 210A 및 세팅전압 25V의 조건으로 용접을 실시함으로써 용착금속이 형성된 시편을 제조하였으며, 이때, 각각의 와이어를 이용하더라도 동일한 용착 금속량이 나올 수 있도록 하였다.

도 6은 상기 일반 용접재와 본 발명의 극 저 실리콘 용접재(발명예 13)의 용접시 형성되는 용착금속의 전착도장 결과를 나타내는 그림이다. 도 6에 나타난 바와 같이, 노란색 유리질의 실리콘계 슬래그가 형성된 일반용접재의 경우 전착도장이 제대로 되지 않아 박리된 것을 확인할 수 있다. 반면에 극 저 실리콘 용접재(발명예 13)의 용접재의 경우, 실리콘의 함량이 매우 적어 짙은 회색의 망간계 슬래그가 생성되어 전착도장이 매우 균일하고 깨끗하게 형성된 것을 확인할 수 있다.

한편 도 7은 상기 2개의 시편에 형성된 용착금속의 슬래그를 EDS 분석한 결과를 나타내는 그림이다

도 7에 나타난 바와 같이, 일반 용접재의 슬래그에서는 Si, Mn, O가 검출되어 실리콘+망간계 슬래그임을 확인하였다. 이는 와이어 내부의 실리콘과 망간이 이행되어 산소와 결합하여 용접 비드 표면에 떠오른 것으로 추정된다.

이에 반하여, 본 발명의 저 실리콘 용접재(발명예 13)의 슬래그를 분석한 결과, 주로 Mn, C, O가 검출되어 망간계 슬래그임이 확인하였다. 이는 와이어 내부의 실리콘 함량이 매우 낮아 주로 망간계 슬래그가 생성된 것으로 확인될 수 있다. .

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

중량%로, C: 0.001~0.30%, Si: 0.001~0.1%, Mn: 0.50~3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Si²/Mn 함량비가 0.015 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 내기공성 및 전착 도장성이 우수한 극 저 실리콘 용접용 와이어.
제 1항에 있어서, 상기 용접용 와이어는 Ni: 0.001~0.900%, Cr: 0.001~0.100%, Mo: 0.001~0.500% 및 Cu: 0.50% 이하 중 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내기공성 및 전착 도장성이 우수한 극 저 실리콘 용접용 와이어.
제 1항에 있어서, 상기 용접용 와이어는 Ti: 0.50% 이하, Al: 0.50% 이하, Nb: 0.50% 이하, V: 0.10% 이하 및 Zr: 0.10% 이하 중 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내기공성 및 전착 도장성이 우수한 극 저 실리콘 용접용 와이어.
제 1항에 있어서, 상기 용접용 와이어는 B: 0.01% 이하 또는 REM: 0.50% 이하를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 내기공성 및 전착 도장성이 우수한 극 저 실리콘 용접용 와이어.
제 1항에 있어서, 상기 용접용 와이어는 솔리드 와이어 또는 플럭스 코어드 와이어인 것을 특징으로 하는 내기공성 및 전착 도장성이 우수한 극 저 실리콘 용접용 와이어.
용접 모재를, 중량%로, C: 0.001~0.30%, Si: 0.001~0.1%, Mn: 0.50~3.00%, P: 0.030% 이하, S: 0.030% 이하, Si²/Mn 함량비가 0.015 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 용접용 와이어를 이용하여 용접함으로써 얻어지는 용착금속에 있어서,
상기 용착금속은 그 표면에 슬래그가 부착되어 있으며, 그리고
상기 용착금속 전체 표면적에 대하여, 실리콘계 산화물 슬래그가 차지하는 면적 분율이 5% 이하인 것을 특징으로 하는 전착 도장성이 우수한 용착금속.
제 6항에 있어서. 상기 용접용 와이어는, Ni: 0.001~0.900%, Cr: 0.001~0.100%, Mo: 0.001~0.500% 및 Cu: 0.50% 이하 중 선택된 1종 이상을 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 전착 도장성이 우수한 용착금속.
제 6항에 있어서, 상기 용접용 와이어는 Ti: 0.50% 이하, Al: 0.50% 이하, Nb: 0.50% 이하, V: 0.10% 이하 및 Zr: 0.10% 이하 중 선택된 1종 이상을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전착 도장성이 우수한 용착금속.
제 6항에 있어서, 상기 용접용 와이어는 B: 0.01% 이하 또는 REM: 0.50% 이하를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 전착 도장성이 우수한 용착금속.
제 6항에 있어서, 상기 용접용 와이어는 솔리드 와이어 또는 플럭스 코어드 와이어인 것을 특징으로 하는 전착 도장성이 우수한 용착금속.