KR20200060752A

KR20200060752A - 용접 금속

Info

Publication number: KR20200060752A
Application number: KR1020207012415A
Authority: KR
Inventors: 실비아 홀리; 볼커 그로스
Original assignee: 푀스탈피네 뵐러 벨딩 오스트리아 게엠베하
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2020-06-01
Also published as: EP3466585A1; EP3691823A1; KR102479893B1; JP2020535976A; EP3691823B1; JP7224357B2; PT3691823T; WO2019068118A1

Abstract

본 발명은 다음 전형적 분석을 갖는 용접 금속에 관한 것이다: C: 0.15-0.25 wt%, Mn: 8.5-10.0 wt%, Cr: 15.5-16.0 wt%, Ni: 12.5-13.5 wt%, W: 2.0-3.0 wt%, Ti:0.07-0.15, 및 선택적으로 추가 성분, 특히: Si: 0.5-0.7 wt%, V: 0.07-0.11 wt%, Co: 0.08-0.16 wt%, Al: 0.005-0.02 wt%, 나머지: 철.

Description

용접 금속

본 발명은 용접 금속, 및 충전 분말 및 충전 분말을 둘러싸는 피복을 포함하는 본 발명에 따른 용접 금속을 생성하기 위한 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극(rutile flux-cored wire electrode)에 관한 것이다.

오스테나이트 CrNi 강과 같은 재료, 특히 고압 및 저온 발생으로 인해 액체 가스를 위한 운송 및 저장 용기의 용접 조인트에 대한 요구가 높아지고 있다. 결과적으로, 사용된 재료는 이러한 종류의 적용에 적합하기 위해 적절한 기계적 특성, 특히 저온에서 충분한 인성(toughness)을 가져야 한다.

종래 기술로부터, 용접 금속에 니켈계 첨가제를 사용하는 것이 알려져 있지만, 이들은 한편으로는 비싸고, 다른 한편으로는 모재와 상이한 열팽창 계수를 가지며, 이는 원치 않는 높은 고유 스트레스로 이어질 것이라는 단점이 있다. 또한, 용접 금속의 강도는 모재의 강도보다 낮아 용접 금속은 용기의 약점을 구성한다.

용접 금속을 생성하기 위해, 예를 들어, 다음 합금 원소의 오스테나이트 구조를 포함하는 대규모 와이어 전극이 사용된다:

C: 0.2 wt%

Si: 0.4 wt%

Mn: 10.5 wt%

Cr: 17.5 wt%

Ni: 14.0 wt%

W: 3.5 wt%

나머지: Fe.

이러한 대규모 와이어 전극에서 생성된 용접 금속은 다음과 같은 기계적 특성을 갖는다:

인장 강도 Rm : 600 MPa

+20℃에서 노치-바 충격 작업 CV: 80 J

-196℃에서 노치-바 충격 작업 CV: 50 J

파단 연신율 A5: 30%

니켈 및 망간은 오스테나이트/페라이트 상 변화 온도의 저하를 초래한다. 이로 인해 노치-바 충격 작업(Notched-bar impact work)/온도 곡선의 경로가 저온으로 이동하고, 용접 금속의 인성이 특히 저온에서 증가하게 된다. 텅스텐은 강력하고 특수한 카바이드 형성제이며, 미세 입자 형성을 촉진하여 인성이 더욱 증가될 것이다.

상기 대규모 와이어 전극은 특히, 용접 작업 동안 지지 슬래그가 형성되지 않기 때문에 위치 용접성이 결여되는 단점이 있다.

이 문제를 해결하기 위해, 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극은 용접 금속을 생성하는 것으로 알려져 있다. 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극의 충전제는 일반적으로 SiO₂와 철 분말의 혼합물과 함께 루틸(TiO₂)을 포함하며, 부분적으로 미세-합금 원소 예컨대, 티타늄 및 붕소를 포함한다. 충전 분말은 피복에 함유되어 용접 와이어를 형성한다.

즉, 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극은 높은 용접 속도 및 높은 융합 성능을 제공하면서 동시에 탁월한 이음매 품질을 보장한다. 슬래그는 이음매 표면을 산화로부터 보호하며, 또한 제한된 위치 용접 특히, 수직 용접 이음매에 대한 지지 효과를 제공한다. 빠르게 고형화되는 루틸 슬래그는 위치 용접에 더 빠른 용접 속도를 이용할 수 있도록 우수한 지지 효과를 보장한다. 또한, 슬래그 제거성은 매우 우수하며, 슬래그는 심지어 부분적으로 자체 분리된다.

공지된 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극은 대규모 와이어 전극과 달리, 기계적 특성이 불량하고, 특히 저온에서 노치-바 충격 작업이 낮은 용접 금속의 단점을 수반한다.

따라서, 본 발명은 상기 확인된 결점을 피하거나 줄일 수 있는 효과로 용접 금속을 개선시키는 것을 목표로 한다. 특히, 우수한 기계적 성질을 가지며, 특히 저온에서 높은 노치-바 충격 작업 및 우수한 위치 용접성을 나타내는 용접 금속을 생성시키고자 한다.

이러한 목적을 해결하기 위해, 제1양태에 따른 본 발명은 하기의 기준 분석을 포함하는 초기 정의된 종류의 용접 금속을 제공한다:

C: 0.15-0.25 wt%

Mn: 8.5-10.0 wt%

Cr: 15.5-16.0 wt%

Ni: 12.5-13.5 wt%

W: 2.0-3.0 wt%

Ti: 0.07-0.15, 및 선택적으로 추가 성분, 특히:

Si: 0.5-0.7 wt%

V: 0.07-0.11 wt%

Co: 0.08-0.16 wt%

Al: 0.005-0.02 wt%

나머지: 철.

하기 기준 분석을 포함하는 용접 금속이 특히 바람직하다:

C: 0.2 wt%

Mn: 9.0 wt%

Cr: 15.6 wt%

Ni: 12.8 wt%

W: 2.2 wt%

Ti: 0.08, 및 선택적으로 추가 성분, 특히:

Si: 0.6 wt%

V: 0.09 wt%

Co: 0.09 wt%

Al: 0.015 wt%

나머지: 철.

이 기준 분석에 상응하는 용접 금속은 특히 우수한 기계적 특성, 특히 저온에서 높은 노치-바 충격 강도를 제공하고, 우수한 용접 특성, 특히 우수한 위치 용접성을 나타냄이 밝혀졌다.

바람직하게는, 용접 금속은 오스테나이트 구조를 갖는다.

특히 바람직한 방식으로, 용접 금속은 600 MPa 초과, 바람직하게는 605 MPa 초과, 특히 바람직하게는 적어도 610 MPa의 인장 강도를 갖는 것이 제공된다(EN ISO 6892-1에 따른 인장 시험에서 측정됨).

또한, 바람직하게는, 용접 금속은 +20°에서 80 J 초과, 바람직하게는 90 J 초과, 특히 바람직하게는 적어도 100 J의 노치-바 충격 작업을 갖는 것이 제공된다.

바람직하게는, 용접 금속은 -196°에서 50 J 초과, 바람직하게는 55 J 초과, 특히 바람직하게는 적어도 60J의 노치-바 충격 작업을 갖는 것이 제공된다.

이 경우 노치-바 충격 작업은 DIN EN ISO 148-1에 따른 노치-바 충격 굽힘 시험에서 결정된다.

바람직하게는, 용접 금속은 파단 연신율 A5가 30% 초과, 바람직하게는 35% 초과인 것이 제공된다. 파단 신장률은 EN ISO 6892-1에 따른 인장 시험에서 측정되며, 여기서 시험편의 원래 직경 d₀에 대한 원래 측정 길이 L₀의 비는 5이다.

제2양태에 따르면, 본 발명은 충전 분말 및 충전 분말을 둘러싸는 피복을 포함하는 본 발명에 따른 용접 금속을 생성하기 위한 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극을 제공하며, 여기에서 충전 분말은 0.1-2.0 wt% 탄소, 30-40 wt% 망간, 2.5-3.0 wt% 크롬, 11-17 wt% 니켈, 6.5-8 wt% 텅스텐, 1-3 wt% 티타늄 및 20-30 wt% TiO₂를 포함한다. 이러한 플럭스-코어드 와이어 전극은 특히 우수한 기계적-기술적(mechanical-technological) 특성을 나타내고 동시에 우수한 용접성을 제공하는 상술된 용접 금속의 생산을 가능하게 한다.

바람직하게는, 충전 분말은 0.5-2 wt% 실리콘, 0.001-0.1 wt% 인, 0.001-0.1 wt% 황, 0.01-0.1 wt% 몰리브덴, 0.5-2 wt% 알루미늄, 3-6 wt% 철, 5-15 μg/g 붕소 및/또는 400-800 μg/g 비스무트를 추가로 포함하는 것이 제공된다. 이에 의해 용접 금속의 기계적 특성은 추가로 개선될 수 있다.

특히 바람직한 방식으로, 충전 분말은 하기 기준 분석을 갖는다:

C: 0.8-1.2 wt%, 특히 1.0 wt%

Mn: 33-37 wt%, 특히 35.90 wt%

Cr: 2.6-2.9 wt%, 특히 2.70 wt%

Ni: 13-15 wt%, 특히 14.20 wt%

W: 7-7.5 wt%, 특히 7.10 wt%

Ti: 1.5-2.5 wt%, 특히 2.0 wt%,

TiO₂: 22-28 wt%, 특히 25 wt%, 및 선택적으로:

Si: 1-1.5 wt%, 특히 1.20 wt%

P: 0.005-0.02 wt%, 특히 0.007 wt%

S: 0.005-0.05 wt%, 특히 0.010 wt%

Mo: 0.02-0.07 wt%, 특히 0.03 wt%

Al: 1-1.5 wt%, 특히 1.20 wt%

B: 8-12 μg/g, 특히 10 μg/g

Fe: 4-5 wt%, 특히 4.60 wt%

Bi: 600-700 μg/g, 특히 625.5 μg/g.

바람직하게는, 충전 분말은 플럭스-코어드 와이어 전극의 용접 특성을 더욱 더 개선시키기 위해 전기 아크 안정제를 추가로 포함하는 것이 제공된다.

특히 바람직한 방식으로, 하기 기준 분석을 포함하는 피복이 제공된다:

C: 0.001-0.015 wt%

Si: 0.30-0.60 wt%

Mn: 0.90-1.30 wt%

Cr: 18.0-19.5 wt%

Ni: 9.70-10.5 wt%, 및 선택적으로:

N: 0.01-0.025 wt%

P: 0.01-0.025 wt%

S: 0.001-0.01 wt%

Mo: 0.05-0.30 wt%

Cu: 0.05-0.20 wt%

Al: 0.01-0.03 wt%

Co: 0.05-0.20 wt%.

P, S, Mo, Cu 및 Al을 사용하여, 가능한 한 낮은 값에 도달하고자 한다.

하기 기준 분석을 포함하는 피복으로 특히 우수한 용접 특성이 달성될 것이다:

C: 0.008 wt%

Si: 0.40 wt%

Mn: 1.10 wt%

Cr: 18.60 wt%

Ni: 10.10 wt%, 및 선택적으로:

N: 0.015 wt%

P: 0.01-0.025 wt%

S: 0.001-0.01 wt%

Mo: 0.05-0.30 wt%

Cu: 0.05-0.20 wt%

Al: 0.01-0.03 wt%

Co: 0.05-0.20 wt%.

또한, 바람직하게는, 충전 분말의 중량이 플럭스-코어드 와이어 전극의 중량의 25 내지 35%, 바람직하게는 29%를 구성하는 것이 제공된다. 이러한 값은 충전 비율이라고도 불린다.

충전 비율은 바람직하게는 플럭스-코어드 와이어 전극이 본 발명의 제1양태에 따른 용접 금속을 증착시키도록 선택된다.

바람직하게는, 피복 내에 충전 분말의 안전한 보유를 보장하기 위해, 피복은 바람직하게는 중첩되는 밀봉 스트립을 포함하는 것이 제공된다. 이는 충전 분말을 성형된 스트립으로 칭량하고, 후속적으로 이를 밀봉함으로써 피복의 간단하고 효율적인 생산을 가능하게 한다.

이하에서는, 예시적인 실시예를 통해 본 발명이 보다 상세하게 설명될 것이다. 그런 점에서, 피복 및 충전 분말을 포함하는 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극을 사용하여 용접 금속을 생산하였다. 충전 분말은 하기 기준 분석을 갖는다:

C: 1.0 wt%

Mn: 35.90 wt%

Cr: 2.70 wt%

Ni: 14.20 wt%

W: 7.10 wt%

Ti: 2.0 wt%

TiO₂: 25 wt%

Si: 1.20 wt%

P: 0.007 wt%

S: 0.010 wt%

Mo: 0.03 wt%

Al: 1.20 wt%

B: 10 μg/g

Bi: 625.5 μg/g

나머지: 철.

피복은 하기 기준 분석을 갖는다:

C: 0.008 wt%

Si: 0.40 wt%

Mn: 1.10 wt%

Cr: 18.60 wt%

Ni: 10.10 wt%

N: 0.015 wt%.

용접 금속은 각각 1.2 mm의 용접 와이어 직경을 갖는 오스테나이트 CrNi 강의 두 플레이트를 연결하기 위한 불활성 가스 용접 공정에 의해 각각 생산되었으며, 여기서 하기 용접 파라미터가 적용되었다:

용접 전압: 23-29 V

용접 와이어 공급: 7-10 m/min

실시예 1

제1 예시적 구체예에서, 상기 기술된 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극을 사용하여 하기 기준 분석을 갖는 용접 금속을 생산하였다. 이 실시예에서 플럭스-코어드 와이어 전극의 충전율은 29%이다.

C: 0.20 wt%

Mn: 9.3 wt%

Cr: 16.0 wt%

Ni: 12.7 wt%

W: 2.2 wt%

Ti: 0.10 wt%

Si: 0.7 wt%

V: 0.10 wt%

Co: 0.10 wt%

Al: 0.011 wt%

나머지: 철.

깨끗한 용접 금속의 하기 재료 특성을 측정하였으며, 즉, 예를 들어 열 영향 영역에서 모재의 영향 없이 측정하였다:

인장 강도 Rm : 613 MPa

+20℃에서 노치-바 충격 작업 CV: 104 J

-196℃에서 노치-바 충격 작업 CV : 60 J

파단 연신율 A5: 36%

실시예 2

제2 예시적 구체예에서, 상기 기술된 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극을 사용하여 하기 기준 분석을 갖는 용접 금속을 생산하였다. 실시예 1과 비교하여, 충전 분말은 감소된 값(wt%)의 Mn, Ni, Al 및 W, 및 증가된 값의 Co 및 Ti을 포함한다. 대신에, 전기-아크-안정제 및 슬래그-형성 성분을 변경하였다. 이 실시예에서 플럭스-코어드 와이어 전극의 충전율은 29%이다.

C: 0.20 wt%

Mn: 8.8 wt%

Cr: 16.0 wt%

Ni: 12.6 wt%

W: 2.0 wt%

Ti: 0.15 wt%

Si: 0.7 wt%

V: 0.10 wt%

Co: 0.12 wt%

Al: 0.007 wt%

나머지: 철.

용접 금속의 다음 재료 특성을 측정하였다:

인장 강도 Rm : 610 MPa

+20℃에서 노치-바 충격 작업 CV: 106 J

-196℃에서 노치-바 충격 작업 CV : 62 J

파단 연신율 A5: 41%

실시예 3

제3 예시적 구체예에서, 상기 기술된 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극을 사용하여 하기 기준 분석을 갖는 용접 금속을 생산하였다. 실시예 1과 비교하여, 충전 분말은 감소된 값(wt%)의 Mn 및 W, 및 증가된 값의 Ni를 포함한다. 또한, 실시예 1과 달리 충전 분말에는 Si, V, Co 및 Al이 함유되어 있지 않다. 대신에, 전기-아크-안정제 및 슬래그-형성 성분을 변경하였다. 이 실시예에서 플럭스-코어드 와이어 전극의 충전율은 29%이다.

C: 0.18 wt%

Mn: 9.2 wt%

Cr: 15.8 wt%

Ni: 12.9 wt%

W: 2.15 wt%

Ti: 0.1 wt%

나머지: 철.

용접 금속의 하기 재료 특성을 측정하였다:

인장 강도 Rm : 625 MPa

+20℃에서 노치-바 충격 작업 CV: 90 J

-196℃에서 노치-바 충격 작업 CV : 50 J

파단 연신율 A5: 35%

비교예(종래 기술)

비교예에서, 종래 기술로부터 알려진 플럭스-코어드 와이어 전극을 사용하여 하기 기준 분석을 갖는 용접 금속을 생산하였다.

C: 0.14 wt%

Mn: 8.3 wt%

Cr: 15.6 wt%

Mo: 0.11 wt%

V: 0.07 wt%

Co: 0.08 wt%

Al: 0.0001 wt%

Ni: 12.4 wt%

W: 1.9 wt%

Ti: 0.2 wt%

나머지: 철.

용접 금속의 하기 재료 특성을 측정하였다:

인장 강도 Rm : 567 MPa

+20℃에서 노치-바 충격 작업 CV: 73 J

-196℃에서 노치-바 충격 작업 CV : 37 J

파단 연신율 A5: 35%

본 발명에 따른 세가지 예시적인 구체예에서, 종래 기술에 따른 플럭스-코어드 와이어 전극보다 우수한 기계적 특성이 달성된다(비교예).

Claims

하기 기준 분석을 포함하는 용접 금속:
C: 0.15-0.25 wt%
Mn: 8.5-10.0 wt%
Cr: 15.5-16.0 wt%
Ni: 12.5-13.5 wt%
W: 2.0-3.0 wt%
Ti: 0.07-0.15, 및 선택적으로 추가 성분, 특히:
Si: 0.5-0.7 wt%
V: 0.07-0.11 wt%
Co: 0.08-0.16 wt%
Al: 0.005-0.02 wt%,
나머지: 철.
제1항에 있어서, 하기 기준 분석을 포함하는 용접 금속:
C: 0.2 wt%
Mn: 9.0 wt%
Cr: 15.6 wt%
Ni: 12.8 wt%
W: 2.2 wt%
Ti:0.08, 및 선택적으로 추가 성분, 특히:
Si: 0.6 wt%
V: 0.09 wt%
Co: 0.09 wt%
Al: 0.015 wt%
나머지: 철.
제1항 또는 제2항에 있어서, 용접 금속이 600 MPa 초과, 바람직하게는 605 Mpa 초과, 특히 바람직하게는 적어도 610 MPa의 인장 강도를 가짐을 특징으로 하는 용접 금속.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 용접 금속이 +20°에서 80 J 초과, 바람직하게는 90 J 초과, 특히 바람직하게는 적어도 100 J의 노치-바 충격 작업(notched-bar impact work)을 가짐을 특징으로 하는 용접 금속.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 용접 금속이 -196°에서 50 J 초과, 바람직하게는 55 J 초과, 특히 바람직하게는 적어도 60 J의 노치-바 충격 작업을 가짐을 특징으로 하는 용접 금속.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 용접 금속이 30% 초과, 바람직하게는 35% 초과의 파단 연신율 A5를 가짐을 특징으로 하는 용접 금속.
충전 분말 및 충전 분말을 둘러싸는 피복을 포함하는 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 따른 용접 금속을 생산하기 위한 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극(rutile flux-cored wire electrode)으로서, 상기 충전 분말은 0.1-2.0 wt% 탄소, 30-40 wt% 망간, 2.5-3.0 wt% 크롬, 11-17 wt% 니켈, 6.5-8 wt% 텅스텐, 1-3 wt% 티타늄 및 20-30 wt% TiO₂를 포함함을 특징으로 하는 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극.
제7항에 있어서, 충전 분말이 0.5-2 wt% 실리콘, 0.001-0.1 wt% 인, 0.001-0.1 wt% 황, 0.01-0.1 wt% 몰리브덴, 0.5-2 wt% 알루미늄, 3-6 wt% 철, 5-15 μg/g 붕소 및/또는 400-800 μg/g 비스무트를 추가로 포함함을 특징으로 하는 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극.
제7항 또는 제8항에 있어서, 충전 분말이 하기 기준 분석을 포함함을 특징으로 하는 루틸 플럭스- 코어드 와이어 전극:
C: 0.8-1.2 wt%, 특히 1.0 wt%
Mn: 33-37 wt%, 특히 35.90 wt%
Cr: 2.6-2.9 wt%, 특히 2.70 wt%
Ni: 13-15 wt%, 특히 14.20 wt%
W: 7-7.5 wt%, 특히 7.10 wt%
Ti: 1.5-2.5 wt%, 특히 2.0 wt%,
TiO₂: 22-28 wt%, 특히 25 wt%, 및 선택적으로:
Si: 1-1.5 wt%, 특히 1.20 wt%
P: 0.005-0.02 wt%, 특히 0.007 wt%
S: 0.005-0.05 wt%, 특히 0.010 wt%
Mo: 0.02-0.07 wt%, 특히 0.03 wt%
Al: 1-1.5 wt%, 특히 1.20 wt%
B: 8-12 μg/g, 특히 10 μg/g
Fe: 4-5 wt%, 특히 4.60 wt%
Bi: 600-700 μg/g, 특히 625.5 μg/g.
제7항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서, 충전 분말이 전기 아크 안정제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극.
제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 피복이 하기 기준 분석을 포함함을 특징으로 하는 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극:
C: 0.001-0.015 wt%
Si: 0.30-0.60 wt%
Mn: 0.90-1.30 wt%
Cr: 18.0-19.5 wt%
Ni: 9.70-10.5 wt%, 및 선택적으로:
N: 0.01-0.03 wt%
P: 0.01-0.025 wt%
S: 0.001-0.01 wt%
Mo: 0.05-0.30 wt%
Cu: 0.05-0.20 wt%
Al: 0.01-0.03 wt%
Co: 0.05-0.20 wt%.
제7항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 피복이 하기 기준 분석을 포함함을 특징으로 하는 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극:
C: 0.008 wt%
Si: 0.40 wt%
Mn: 1.10 wt%
Cr: 18.60 wt%
Ni: 10.10 wt%, 및 선택적으로:
N: 0.015 wt%
P: 0.01-0.025 wt%
S: 0.001-0.01 wt%
Mo: 0.05-0.30 wt%
Cu: 0.05-0.20 wt%
Al: 0.01-0.03 wt%
Co: 0.05-0.20 wt%.
제7항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서, 충전 분말의 중량이 플럭스-코어드 와이어 전극의 25 내지 35 중량%, 바람직하게는 29 중량%를 구성함을 특징으로 하는 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극.
제7항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서, 피복이 바람직하게는, 중첩된 밀봉 스트립을 포함함을 특징으로 하는 루틸 플럭스-코어드 와이어 전극.