KR20200091606A

KR20200091606A - 마르텐사이트계 서브머지드 아크 육성 용접용 플럭스 충전 와이어

Info

Publication number: KR20200091606A
Application number: KR1020190008565A
Authority: KR
Inventors: 김재중; 유동현
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2020-07-31
Also published as: KR102179620B1

Abstract

마르텐사이트계 서브머지드 아크 육성 용접용 플럭스 충전 와이어가 제공된다.
본 발명의 플럭스 충전 와이어는, 강재 외피에 플럭스가 충전된 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서, 와이어 전 중량에 대한 중량%로, C: 0.05~0.09%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 1.2~2.0%, Cr: 11.0~15.0%, Ni: 2.0~4.0%, Mo: 0.3~1.0%, Nb: 0.05~0.5%, V: 0.05~0.5％, N: 0.03~1.0% 나머지 Fe 및 기타 불가피한 성분으로 이루어지고, 관계식 1에 의해 정의되는 A 값이 1.0≤ A ≤1.4를 만족한다.

Description

마르텐사이트계 서브머지드 아크 육성 용접용 플럭스 충전 와이어{Martensitic Submerged Arc Type Flux Cored Wire}

본 발명은 우수한 용접성과 고온 내마모성을 나타내는 마르텐사이트계 SAW(Submerged Arc Welding, 잠호 용접) 타입의 육성 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제철 분야의 연속주조 공정 및 압연 공정에 사용되는 롤의 표면에 육성 용접으로 신작 및 재생하는 용접 재료로서, 고온에서의 우수한 내마모성과 경도를 충족하는 마르텐사이트계 서브머지드 아크 육성 용접용 플럭스 충전 와이어 용접 재료에 관한 것이다.

산업용 롤라, 분쇄기 등 극심한 마모 현상이 일어나는 산업 기계에 육성 용접을 통한 재생 사용은 경제적인 이점(재생 용접을 통한 비용 절감)을 바탕으로 널리 사용되고 있는 기술이다. 이와 관련하여, 제철 분야의 연속주조 용 롤 및 압연롤 등의 표면에도 고온에서의 내산화성, 내부식성 및 열피로 균열 저항성 등이 우수한 재생 용접이 통용되고 있다.

이러한 종래의 연속주조용 롤 재료를 나타내는 기술로서 특허출원 KR1996-0064172호에 개시된 발명을 들 수 있다. 상기 특허출원에서는 C(탄소)의 함량이 0.09~0.25%로 제어하고 있는데, 이는 고온에서의 열피로 균열에 취약한 문제점이 있다. 즉, C 함량이 높을 경우 Cr, V, Nb등의 성분과 결합하여 1차 탄화물을 형성하게 되는데, 이는 고온에서의 열피로 균열 개시영역으로 작용할 수 있다.

또 다른 연속주조용 롤 재료로서 특허출원 KR1997-0020290호에 개시된 발명을 들 수 있다. 상기 특허출원에서는 Mn(망간) 함량을 0.4~1.0%로 제어하고 있는데, 이는 롤 표면의 육성용접 중 탈산력 부족에 의한 표면결함(블로우홀)이 발생할 우려가 있다.

이에, 연속주조 용 롤 제조에 있어서, 양호한 용접성을 보이며(결함발생 無) 고온에서의 보다 안정적인 내균열성을 보이는 자동 용접(SAW)타입의 육성용접 용 플럭스 충전 와이어의 개발 요구가 대두되고 있는 실정이다.

이에, 본 발명은 C 함량을 최소한으로 함으로써 CrC, NbC와 같은 1차 탄화물의 형성을 최소화하여 열피로 균열의 개시영역을 최소화하고, Mn 함량을 적정량으로 제어함으로써, 블로우 홀 같은 표면결함을 예방하여 연속주조용 롤 제작이 용이하도록 용접성이 우수한 마르텐사이트계 서브머지드 아크 육성 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공함에 그 목적이 있다.

한편, 본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 않는다. 본 발명의 과제는 본 명세서의 내용 전반으로부터 이해될 수 있을 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 부가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

강재 외피에 플럭스가 충전된 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서,

와이어 전 중량에 대한 중량%로, C: 0.05~0.09%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 1.2~2.0%, Cr: 11.0~15.0%, Ni: 2.0~4.0%, Mo: 0.3~1.0%, Nb: 0.05~0.5%, V: 0.05~0.5％, N: 0.03~1.0% 나머지 Fe 및 기타 불가피한 성분으로 이루어지고, 하기 관계식 1에 의해 정의되는 A 값이 1.0≤ A ≤1.4를 만족하는 마르텐사이트계 서브머지드 아크 육성 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

[관계식 1]

상기 플럭스 충전 와이어를 이용하여 육성 용접시 38~48HRc의 경도를 갖는 용접금속을 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 탄화물/질화물 형성제 및 탈산제의 함량을 적정량으로 제어함으로써 육성용접 시 결함(블로우홀)발생을 방지하고, 고온에서의 내균열성이 양호할 뿐만 아니라 우수한 내마모성 및 경도를 확보할 수 있는 서브머지드 아크 육성 용접용 플럭스 충전 와이어 용접재료를 효과적으로 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 플럭스 충전 와이어의 조성성분 및 그 함량 제한사유를 설명한다. 한편 아래에서 %는 와어어 전체에 대한 중량%를 의미한다.

·탄소(C)

본 발명의 와이어는 탄소(C)를 0.05 ~ 0.09% 범위로 함유함이 바람직하다. C는 Cr, Nb, V 등의 성분과 결합하여 탄화물을 형성하여 강도 및 경도를 향상시킨다. 그 함량이 0.05% 미만일 경우에는 탄화물의 형성이 부족하여 경도가 저하되고, 0.09% 초과할 경우에는 롤 표면에 과도한 탄화물을 형성하여 내균열성이 저하될 수 있다.

·실리콘(Si)

본 발명의 와어어는 Si을 0.5 ~ 1.0% 범위로 함유함이 바람직하다. Si는 탈산 작용 및 작업성(퍼짐성)을 향상시키는 성분으로 그 함량이 0.5% 미만일 경우에는 탈산력이 부족하고 비드 퍼짐성이 저하된다. 반면, 1.0%를 초과할 경우에는 조직이 취화하여 균열감수성이 증가될 수 있다.

·망간(Mn)

본 발명의 와이어는 망간(Mn)을 1.2 ~ 2.0% 범위로 함유함이 바람직하다. Mn는 슬래그 유동성을 개선하여 비드 형상을 개선시키며, 용접부의 적정 강도와 인성을 유지시킨다. 또한 탈산 작용을 통해 표면 결함을 예방한다. 그 함량이 1.2% 미만일 경우에는 표면 결함(블로우홀) 발생에 따른 추가 개선작업이 요구되어, 생산효율이 저하되며, 2.0%를 초과할 경우에는 급격한 인성 저하를 초래할 수 있다.

·크롬(Cr)

본 발명의 와어어는 크롬(Cr)을 11.0 ~ 15.0% 범위로 함유함이 바람직하다. Cr은 내산화성 및 내식성 향상을 위해 첨가되며, C와 결합하여 탄화물을 형성시켜 경도를 향상시킨다. 그 함량이 11.0% 미만일 경우에는 상기 효과를 기대할 수 없으며, 15.0%초과할 경우에는 과도한 탄화물의 형성으로 내균열성이 저하될 수 있다.

·니켈(Ni)

본 발명의 와이어는 니켈(Ni)을 2.0 ~ 4.0% 범위로 함유함이 바람직하다. Ni은 강의 조직을 미세화하여 인성을 향상시키며, Cr, Mo와 공존하면 우수한 경화능을 나타낸다. 그러나 그 함량이 2.0% 미만일 경우에는 상기 효과를 기대할 수 없으며, 4.0% 이상일 경우에는 과시효를 촉진시켜 템퍼링 저항성을 낮추는 문제를 초래할 수 있다.

·몰리브덴(Mo)

본 발명의 와이어는 몰리브덴(Mo)을 0.3 ~ 1.0% 범위로 함유함이 바람직하다. Mo는 C와 결합하여 탄화물을 형성하며, 내마모성 및 경도를 향상시킨다. 그 함량이 0.3% 미만일 경우에는 상기 효과를 기대할 수 없으며, 1.0% 초과할 경우 과도한 경도 증가로 내균열성이 저하될 수 있다.

·바나듐(V), 니오븀(Nb)

본 발명의 와이어는 바나듐(V)과 니오븀(Nb)을 각각 0.05 ~ 0.5% 범위로 함유함이 바람직하다. V, Nb은 C와 결합하여 탄화물을 형성하며, 고온강도를 향상시킨다. 그 함량이 0.05% 미만일 경우에는 상기효과를 기대할 수 없으며, 0.5%를 초과할 경우에는 과도한 탄화물의 형성으로 내균열성이 저하되는 문제를 초래할 수 있다.

·질소(N)

본 발명의 와이어는 질소(N)를 0.03 ~ 1.0% 범위로 함유함이 바람직하다. N는 강중에 칩입형 원소로 작용하여 고용강화 효과를 가지며, 결정 내 균일한 질화물 분포를 통해 결정성장과 전위의 이동을 제한하여 강도 증대효과를 나타낸다. 그 함량이 0.03% 미만일 경우 상기효과를 기대할 수 없으며, 0.10%를 초과할 경우에는 인성이 저하되며, 슬래그 박리효과가 감소되는 문제를 초래할 수 있다.

·관계식 1

본 발명에서는 추가적으로 하기 관계식 1에 의해 정의되는 A값이 1.0≤A≤1.4를 만족하는 것을 특징으로 한다.

[관계식 1]

질화물 및 탄화물 형성을 위한 V, Nb, C, N의 함량에 따라 상기 관계식 1에서 계산된 값(A)가 1.4를 초과할 경우 용접부내 탄화물의 형성이 과도하게 되어 내균열성이 저하되며, 1.0 미만일 경우에는 질화물 및 탄화물의 형성이 부족하여, 내마모성 및 경도가 저하되는 문제를 초래할 수 있다.

다음으로, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다.

(실시예)

구분	와이어 조성성분(중량%)
구분	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	V	Nb	N	A
발명예1	0.06	0.7	1.2	12.2	2.1	0.47	0.11	0.11	0.04	1.05
발명예2	0.08	0.6	1.8	12.3	2.7	0.36	0.11	0.13	0.03	1.04
발명예3	0.05	0.7	1.5	13.8	3.5	0.40	0.21	0.09	0.05	1.22
발명예4	0.09	0.5	1.3	13.1	3.9	0.62	0.16	0.17	0.05	1.09
발명예5	0.08	0.9	1.8	14.8	3.1	0.55	0.13	0.11	0.04	1.00
발명예6	0.06	0.4	1.9	11.5	2.7	0.46	0.14	0.13	0.06	1.06
발명예7	0.08	0.9	1.2	13.2	4.0	0.70	0.19	0.14	0.05	1.00
발명예8	0.05	1.0	1.5	11.6	2.5	0.36	0.18	0.22	0.07	1.29
발명예9	0.07	0.5	1.5	13.9	2.9	0.66	0.13	0.18	0.05	1.14
발명예10	0.07	0.8	1.8	14.1	3.6	0.82	0.22	0.21	0.04	1.40
벌명예11	0.09	0.5	1.9	13.8	2.9	0.98	0.14	0.15	0.05	1.02
발명예12	0.08	0.7	1.3	12.2	3.2	0.49	0.20	0.29	0.09	1.20
비교예1	0.05	0.7	0.9	13.2	2.8	0.66	0.21	0.16	0.05	1.36
비교예2	0.06	0.3	1.5	12.8	2.6	0.72	0.16	0.15	0.08	1.05
비교예3	0.06	0.8	1.6	12.9	3.1	0.11	0.13	0.15	0.05	1.13
비교예4	0.07	0.9	1.5	13.3	3.5	1.52	0.22	0.21	0.07	1.24
비교예5	0.09	0.6	1.7	12.6	2.6	0.55	0.51	0.19	0.09	1.39
비교예6	0.07	0.9	1.2	12.9	2.8	0.49	0.12	0.53	0.10	1.38
비교예7	0.13	0.5	1.6	13.9	3.1	0.64	0.20	0.22	0.06	1.05
비교예8	0.03	0.6	1.9	13.3	2.8	0.57	0.12	0.11	0.03	1.38
비교예9	0.06	0.9	1.2	13.0	2.5	0.71	0.12	0.13	0.01	1.34
비교예10	0.09	0.6	1.3	12.5	3.3	0.39	0.34	0.23	0.15	1.09
비교예11	0.07	0.7	1.5	15.7	2.3	0.58	0.22	0.18	0.05	1.29
비교예12	0.05	0.9	1.4	13.8	2.9	0.61	0.38	0.41	0.04	2.09
비교예13	0.09	0.7	1.2	14.8	3.9	0.92	0.31	0.29	0.06	1.41
비교예14	0.06	0.7	1.6	14.3	2.5	0.63	0.23	0.34	0.03	1.78
비교예15	0.08	0.5	1.8	12.9	2.9	0.77	0.46	0.39	0.07	1.68
비교예16	0.08	0.7	1.9	12.5	3.4	0.36	0.10	0.07	0.10	0.69
비교예17	0.06	0.4	1.2	13.1	2.2	0.39	0.15	0.13	0.09	0.97
비교예18	0.09	0.6	1.4	12.7	2.6	0.61	0.07	0.15	0.09	0.78
비교예19	0.07	0.8	1.8	13.5	2.6	0.42	0.05	0.20	0.08	0.91

*표 1에서 A는 관계식 1에 의해 정의되는 A값을 의미함

금속외피	금속 외피 조성성분(중량%)
금속외피	C	Si	Mn	P	S	Fe 및 불순물
연강재	0.016	0.003	0.20	0.008	0.003	나머지

상기 표 1의 화학조성을 갖는 와이어 선경이 3.2mm인 플럭스 충전 와이어를 각각 준비하였다. 이때, 상기 표 1의 플럭스 충전와이어를 이루는 강재 외피의 조성을 나타낸다.

아어, 상기 준비된 플럭스 충전 와이어를 이용하여, 하기 표 3의 조건으로 다층용접을 실시하여 용접 작업성, 결함 발생 유무 및 표면 경도를 평가하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 또한 용접금속의 마모성을 평가하기 위하여 하기 표 4와 같은 내마모 시험을 진행하여, 그 시험결과를 결과를 하기 표 5에 또한 나타내었다.

한편 표 5에서 용접 금속의 경도는 38~48HRc, 내마모시험에서의 무게감량은 0.5mg이하면 양호한 것으로 판단하였고, 또한 열피로균열 특성은 육성용접부의 표면을 가공하여 상온에서 900℃까지 건조로를 통해 승온 및 유지시키고, 냉각수에 의해 다시 상온으로 냉각시키는 열 사이클 과정을 100회 반복하여 균열발생 유무를 평가하였다. 그리고 용접작업성은 관능평가를 통해 매우양호(◎), 양호(○),불량(X)으로 평가하였다.

구분	용접 조건
시험 모재	SS400
시험 모재 치수	두께 15mm, 길이 150mm
용접 자세	Bead On Plate
용접기법	Auto Carrige 전진법
용접전류 및 전압	380A/30V
용접속도	60CPM
층수 및 패스(pass)수	5층 20패스

측정방법	정하중 마모시험
시험하중	1000g
연마석	지시석 No.1
마모거리	1000m
시험조건	상온, 건식

구분	용접 작업성		결함발생 유무(블루우홀)	경도(HRc)	내마모성 (무게감량,mg)	균열발생 유무
구분	슬래그 박리성	비드퍼짐성	결함발생 유무(블루우홀)	경도(HRc)	내마모성 (무게감량,mg)	균열발생 유무
발명예1	◎	○	무	45	0.33	무
발명예2	◎	○	무	44	0.31	무
발명예3	◎	◎	무	39	0.31	무
발명예4	◎	○	무	48	0.32	무
발명예5	◎	◎	무	43	0.33	무
발명예6	○	◎	무	40	0.35	무
발명예7	◎	○	무	47	0.41	무
발명예8	○	◎	무	39	0.29	무
발명예9	◎	○	무	41	0.32	무
발명예10	◎	◎	무	42	0.36	무
발명예11	○	◎	무	47	0.34	무
발명예12	○	◎	무	44	0.28	무
비교예1	○	○	유	43	0.33	무
비교예2	○	X	무	41	0.36	무
비교예3	○	○	무	36	0.53	무
비교예4	○	○	무	48	0.32	유
비교예5	○	○	무	46	0.29	유
비교예6	○	○	무	47	0.33	유
비교예7	○	○	무	51	0.35	유
비교예8	○	○	무	35	0.55	무
비교예9	○	○	무	43	0.55	무
비교예10	X	○	유	45	0.30	무
비교예11	○	○	무	48	0.31	유
비교예12	○	○	무	48	0.31	유
비교예13	○	○	무	47	0.32	유
비교예14	○	○	무	46	0.35	유
비교예15	○	○	무	46	0.37	유
비교예16	○	○	무	37	0.58	무
비교예17	○	○	무	35	0.52	무
비교예18	○	○	무	37	0.56	무
비교예19	○	○	무	36	0.57	무

상기 표 1 및 표 5로부터 알수 있는 바와 같이, 본 발명예 1 내지 12의 경우, 모두 양호한 용접성을 나타내었으며, 경도, 결함, 내마모성 및 균열평가에서도 만족스러운 결과를 얻었다.

반면, 본 발명의 범위에서 벗어난 비교예 1 내지 13의 경우에는, 용접성 및 물성의 결과가 바람직하지 않았다.

구체적으로, 비교예 1의 경우에는 Mn의 함량이 본 발명범위를 벗어나 용접성 및 경도는 양호한 수준으로 평가되었으나, 용접부 표면에 결함이 발생하였다. 그리고 비교예 2의 경우 Si함량이 본 발명범위 미만으로 비드 퍼짐성이 저하되었다.

비교예 3-4의 경우에는 Mo함량이 본 발명범위를 벗어나 용접부 경도가 저하 되었고, 표면 미세균열이 발생하였다.

비교예 5-6의 경우에는 Nb, V함량이 본 발명범위 초과로, 표면의 과도한 탄화물 형성에 의한 미세균열이 발생하였다.

비교예 7의 경우에는 C 함량이 본 발명범위를 과도하게 초과하여, 용접부 경도가 증가하여, 표면 균열이 발생하였으며, 비교예 8의 경우에는 C함량이 본 발명범위 미만으로, 용접부 내마모성이 기준치를 만족하지 못하였다.

비교예 9의 경우에는 N함량이 본 발명범위 미만으로 내마모성이 저하되었고, 비교예 10의 경우에는 N함량이 본 발명범위를 초과하여, 슬래그 박리성 저하되었고, 결함이 발생되었다. 비교예 11의 경우에는 Cr함량이 본 발명범위를 초과하여, Cr탄화물이 과도하게 생성되어 용접부 표면에 균열이 발생하였다.

비교예 12-15 경우에는 관계식 1에 의해 정의되는 A값이 본 발명범위를 초과하여, 용접부 내 과도한 탄화물의 형성으로 균열이 발생되었고, 비교예 16-19의 경우에는 상기 A값이 본 발명범위 미만으로, 경도 및 내마모성이 저하되었다.

이상에서 본 발명의 실시예 및 발명예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims

강재 외피에 플럭스가 충전된 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서,
와이어 전 중량에 대한 중량%로, C: 0.05~0.09%, Si: 0.5~1.0%, Mn: 1.2~2.0%, Cr: 11.0~15.0%, Ni: 2.0~4.0%, Mo: 0.3~1.0%, Nb: 0.05~0.5%, V: 0.05~0.5％, N: 0.03~1.0% 나머지 Fe 및 기타 불가피한 성분으로 이루어지고, 하기 관계식 1에 의해 정의되는 A 값이 1.0≤ A ≤1.4를 만족하는 마르텐사이트계 서브머지드 아크 육성 용접용 플럭스 충전 와이어.
[관계식 1]
제 1항에 있어서, 상기 플럭스 충전 와이어를 이용하여 육성 용접시 38~48HRc의 경도를 갖는 용접금속을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 서브머지드 아크 육성 용접용 플럭스 충전 와이어.