KR20200108093A - 플럭스 내포 와이어의 제조 방법, 플럭스 내포 와이어 및 용접 이음의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이 플럭스 내포 와이어의 제조 방법은, 강판을 원통형으로 성형하면서, 강판의 내부에 플럭스를 충전하는 공정과, 강판의 양단을 접합하여 강관으로 하는 공정과, 강관에 압연 및 어닐링을 실시하여, 플럭스 내포 와이어를 얻는 공정을 구비하고, 플럭스 내포 와이어의 화학 조성이 소정 범위 내이고, Sn 함유량, Sb 함유량, W 함유량 및 Mo 함유량이 Sn+Sb>Mo+W의 관계를 만족시킨다. 본 발명의 다른 형태에 관한 플럭스 내포 와이어는, 상기의 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에 의해 제조된다. 본 발명의 다른 형태에 관한 용접 이음의 제조 방법은, 상기 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에 의해 제조되는 플럭스 내포 와이어를 사용하여 용접하는 공정을 구비한다.

Description

플럭스 내포 와이어의 제조 방법, 플럭스 내포 와이어 및 용접 이음의 제조 방법
본 발명은, 플럭스 내포 와이어의 제조 방법, 플럭스 내포 와이어 및 용접 이음의 제조 방법에 관한 것이다.
장기간 사용함으로써 대기 부식 환경 중에 폭로되어 있는 내후성 강재는, 일반적으로는, 그 표면에 보호성이 있는 녹층이 형성된다. 이 녹층이 외계로부터의 부식성 물질보다 내식성 강재를 차폐함으로써, 녹층 형성 이후의 내후성 강재의 부식이 억제되어, 그 내후성이 발휘된다. 그 때문에, 내후성 강재는, 도장하지 않고 나재인 채로 사용 가능한 강재로서, 교량 등의 구조물에 사용되고 있다.
그러나, 날아오는 염분량이 많은 환경, 예를 들어 해변 지역 및 융설제가 살포되는 지역 등에서는, 내후성 강재의 표면에 보호성이 있는 녹층이 형성되기 어려워, 부식을 억제하는 효과가 발휘되기 어렵다. 그 때문에, 이들의 지역에서는, 나재인 채로 내후성 강재를 사용할 수 없고, 도장을 하여 사용할 필요가 있다.
또한, 전술한 날아오는 염분량이 많은 환경 하에서는, 도막 열화에 의해 도막 흠집이 발생하여, 도막 흠집부 바로 아래의 강재가 직접적으로 부식 환경에 노출되기 때문에, 도장 강재는, 흠집부를 중심으로 하여 혹 모양으로 도막이 부풀어 오르는 부식 형태를 나타낸다. 이러한 부식 형태의 진행에 의해 더욱 도막 흠집부가 누진적으로 확대됨으로써, 구조물의 부식이 계속하여 진전하므로, 날아오는 염분량이 많은 환경 하에서는 구조물의 수명 연장을 목적으로 하여 약 10년마다 도장 강재에 재도장을 실시하는 경우가 많다. 이러한 보수 공정에는 다대한 공정수가 걸리기 때문에, 도장 수명을 연장하고, 보수 도장 간격을 크게 연장시킴으로써 유지 관리 비용의 저감을 가능하게 하는 내식성 강재에 대해서, 몇몇 기술 제안이 이루어지고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1(일본 특허 공개 제2008-163374호 공보)에는, 해변 지역이나 융설염이 살포되는 지역 등에서 날아오는 염분량이 많은 환경 하에서도 미니멈 메인터넌스 재료로서 사용할 수 있는, 내후성 및 내도장 박리성이 우수한 교량용 강재가 개시되어 있다.
특허문헌 2(일본 특허 공개 제2007-262555호 공보)에는, 도막이 기계적으로 흠집이 생기기 쉽고, 또한 SO4 2-와 Cl-의 양쪽의 영향을 받기 쉬운 부식 환경이어도, 도막의 수명 연장과 도막이 박리된 후의 부식 억제를 도모할 수 있는, 석탄·광석 운반선 홀드용의 내식성 강재가 개시되어 있다.
또한, 강재 자체의 내식성에 더하여, 상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시된 바와 같은 내후성 강 또는 내식강을 용접했을 경우의 용접 금속에도, 우수한 내후성 및 도장 내식성을 부여시킬 것이 요구되고 있다.
특히 용접 이음에 있어서 보강의 내후성 및 도장 내식성이 문제가 된다. 보강은 용접 금속의 최표층이며, 보강의 영역에 실시된 도막은, 그 주위의 평활한 모재에 실시된 도막 표면과 비교하여, 용접 이음 사용 중에, 다른 물체와의 충돌이나 기계적 마찰을 상대적으로 보다 빈번한 횟수로, 강하게 받기 쉽다. 또한, 보강 자체가 볼록형으로 복잡한 형상을 나타내므로, 도장 시공에 있어서, 주위의 모재의 도막의 막 두께보다도 보강의 도막의 막 두께가 얇아지는 경향이 있다. 이들의 이유로부터 보강 표면은, 도막의 박리가 발생하기 쉬우므로, 강 구조물의 사용 개시로부터 조기에, 누진적인 도막 파괴가 진행되는 부식 형태의 기점이 되기 쉽다.
그 때문에, 조인트의 용접 금속에 모재와 동등, 혹은, 그 이상의 우수한 내후성 및 도장 내식성을 부여시키는 것은, 구조물 전체의 내후성 및 도장 내식성을 담보하는데 매우 중요하고, 이것을 실현하기 위한 용접 재료가 요구되고 있다.
내후성 강용의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내포 와이어로서, 예를 들어 특허문헌 3(일본 특허 공개 제2013-151001호 공보)에는, 내후성 강을 용접하는 데 있어서 모든 자세 용접에서의 용접 작업성이 양호하고, 강도 및 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 내후성 강용 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내포 와이어가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 4(일본 특허 공개 제2000-288781호 공보)에는, Cu-Ni계 해변 내후성 강의 용접에 적합하고, 모든 자세 용접이 가능하여 양호한 용접 작업성이 얻어지고, 모재의 내식성을 손상시키는 일없이 날아오는 해염 입자에 대한 내식성을 용접 금속에 부여하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내포 와이어가 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에 기재된 기술에 의해 얻어진 용접 금속에 있어서도, 도막의 박리가 발생하기 쉽고, 날아오는 염분량이 많은 환경 하에서는, 이 박리부가 부식 형태의 기점이 된다는 문제가 있었다. 용접 이음의 최표층인 보강에 실시된 도막의 두께는, 보강의 볼록형의 복잡한 형상에 기인하여, 그 주위의 평탄한 모재에 실시된 도막의 두께와 비교하여 얇아지는 경향이 있기 때문이다.
일본 특허 공개 2008-163374호 공보 일본 특허 공개 2007-262555호 공보 일본 특허 공개 2013-151001호 공보 일본 특허 공개 2000-288781호 공보
본 발명은 상기의 현 상황을 감안하여, 날아오는 염분량이 많다는 등의 이유로 부식성 물질이 많이 존재하는 환경 하에서도 내후성 및 내도장 박리성이 우수하고, 또한 기계적 특성도 우수한 용접 금속을 갖는 용접 이음이 얻어지고, 모든 자세 용접에 있어서 용접 작업성이 양호한 플럭스 내포 와이어의 제조 방법, 플럭스 내포 와이어 및 용접 이음의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 요지는, 이하와 같다.
(1) 본 발명의 일 형태에 관한 강제 외피의 내부에 플럭스가 충전된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법은, 강판을 원통형으로 성형하면서, 상기 강판의 내부에 플럭스를 충전하는 공정과, 상기 강판의 양단을 접합하여 강관으로 하는 공정과, 상기 강관에 압연 및 어닐링을 실시하여, 상기 플럭스 내포 와이어를 얻는 공정을 구비하고, 상기 플럭스 내포 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 내포 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로, C: 0.03 내지 0.12％, Si: 0.20 내지 0.85％, Mn: 1.50 내지 3.20％, P: 0.020％ 이하, S: 0.020％ 이하, Mg: 0.05 내지 0.70％, Sn: 0.05 내지 0.40％, Ti 산화물: TiO2 환산값으로 4.60 내지 7.00％, Si 산화물: SiO2 환산값으로 0.20 내지 0.90％, Zr 산화물: ZrO2 환산값으로 0.10 내지 0.70％, Cu: 0 내지 0.70％, Ni: 0 내지 3.00％, Ti: 0 내지 0.50％, B: 0 내지 0.010％, Mo: 0 내지 0.40％, W: 0 내지 0.200％, Cr: 0 내지 0.500％, Nb: 0 내지 0.300％, V: 0 내지 0.300％, N: 0 내지 0.008％, Ca: 0 내지 0.0050％, REM: 0 내지 0.0050％, Sb: 0 내지 0.005％, Fe 산화물: FeO 환산값으로 0 내지 2.50％, Al 및 Al 산화물의 합계: Al 환산값으로 합계 0 내지 0.60％, Bi 및 Bi 산화물의 합계: Bi 환산값으로 합계 0 내지 0.035％, Na 화합물 및 K 화합물: Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계로 0.05 내지 0.40％, 불소 화합물: F 환산값으로 0.02 내지 0.25％, 잔부: Fe 및 불순물이고, Sn 함유량, Sb 함유량, W 함유량 및 Mo 함유량이 이하의 식 (1)을 만족시킨다.
Sn+Sb>Mo+W: 식 1
단, 상기 식 (1)에 있어서의 원소 기호는, 각 원소 기호에 관한 원소의 함유량을, 상기 플럭스 내포 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타내는 것이다.
(2) 어느 상기 (1)에 기재된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에서는, 상기 플럭스 내포 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 내포 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로, W: 0 내지 0.010％, Mo: 0 내지 0.04％여도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에서는, 상기 플럭스 내포 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 내포 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로, Cu: 0.05 내지 0.70％여도 된다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에서는, 상기 플럭스 내포 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 내포 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로, 적어도 하기의 어느 하나를 만족시켜도 된다.
Ni: 0.10 내지 3.00％
Ti: 0.03 내지 0.50％
B: 0.002 내지 0.010％
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에서는, 상기 접합이 코오킹이어도 된다.
(6) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에서는, 상기 접합이 용접이어도 된다.
(7) 본 발명의 다른 형태에 관한 플럭스 내포 와이어는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에 의해 제조된다.
(8) 본 발명의 다른 형태에 관한 용접 이음의 제조 방법은, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에 의해 제조되는 플럭스 내포 와이어를 사용하여 용접하는 공정을 구비한다.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 플럭스 내포 와이어, 및 이것을 사용한 용접 이음의 제조 방법에 의하면, 해변 지역 등 날아오는 염분량이 많은 환경 하에서도 내후성 및 내도장 박리성이 우수한 용접 금속이 얻어지므로, 용접부를 기점으로 한 도막 박리의 확대에 의한 부식의 진행 억제가 가능하게 되고, 구조물의 수명 연장을 목적으로 한 재도장 공정까지의 기간을 연장함으로써, 유지 관리 비용의 저감이 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 플럭스 내포 와이어, 및 이것을 사용한 용접 이음의 제조 방법에 의하면, 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성이 양호하고, 용접 결함이 없고 기계적 성능이 우수한 고품질의 용접부를 제공할 수 있다.
도 1은, 용접부의 내식성 평가를 위한 부식 시험편용의 시료의 채취 위치를 도시한 도면이다.
도 2는, 용접부의 도장 내식성 평가를 위한 부식 시험편의 형상 및 크로스 컷의 개략을 도시한 도면이다.
도 3은, 부식 시험 방법(SAE J2334 시험, 1 사이클당의 실시 조건)의 개략을 도시한 도면이다.
도 4는, 플럭스 내포 와이어의 제조 단계에서의 단면도이다.
도 5는, 코오킹에 의해 제조된 플럭스 내포 와이어의 단면도이다.
도 6은, 용접에 의해 제조된 플럭스 내포 와이어의 단면도이다.
발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 바람직한 플럭스 내포 와이어(이하, 「와이어」라고 약기하는 경우가 있음)의 화학 조성(이하, 「성분」이라고 하는 경우도 있음)을 알아내기 위해서, 여러가지 검토를 거듭하였다. 그 결과, 발명자들은, 내후성 및 도장 내식성이 우수한 용접 이음을 얻기 위해서는, 용접 금속에 Sn(주석)을 함유시키기 위해서, 와이어 중에 합금 성분으로서 Sn을 함유시키는 것이 유효한 것을 알아내었다. 또한, Sn에 더하여 Cu를 와이어 중에 함유시킴으로써, 더욱 우수한 내후성 및 도장 내식성을 나타내는 용접 금속 및 용접 이음이 얻어지는 것을 알아내었다.
또한 발명자들은, 슬래그 성분으로서 소정 범위 내의 양의 Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Na 화합물, K 화합물 및 불소 화합물을 와이어에 함유시킴으로써, 모든 자세 용접에 있어서 용접 작업성이 양호해지는 것을 알아내었다. 또한 발명자들은, 소정 범위 내의 양의 Al 및 Al 산화물(예를 들어 Al2O3)을 와이어에 함유시킴으로써, 입향상진 및 상향 자세 용접에 있어서의 용접 작업성이 양호해지는 것을 알아내었다. 게다가 발명자들은, 합금 성분으로서 소정 범위 내의 양의 Bi를 와이어에 함유시킴으로써, 용접 비드 표면에 생성되는 슬래그의 박리되기 쉬움(슬래그 박리성)이 한층 향상되는 것을 알아내었다.
게다가 발명자들은, 합금 성분으로서 소정 범위 내의 양의 C, Si, Mn 및 Mg를 와이어에 함유시킴으로써, 용접 금속에 적절한 범위 내의 강도 및 양호한 인성을 부여할 수 있는 것을 알아내었다. 발명자들은, 합금 성분으로서 소정 범위 내의 양의 Ni, Ti 및 B를 와이어에 함유시킴으로써, 용접 금속의 저온 인성이 양호해지는 것을 알아내었다. 또한, 합금 성분으로서 소정 범위 내의 양의 Mo를 와이어에 함유시킴으로써, 고강도의 용접 금속이 얻어지는 것을 알아내었다.
그러나 본 발명자들이 지견한 바로는, 상술한 요소의 상호 작용도 고려될 필요가 있다. 구체적으로는, Sn(및 Sb)과, Mo 및 W와의 합금 성분으로서의 함유량 비를 소정 범위 내로 하지 않으면, 특히 날아오는 염분량이 많은 환경 하에서는, 전술한 도막 열화에 의해 도막 흠집이 발생한 경우, 도막 흠집부 바로 아래의 부식 깊이의 억제가 곤란하여, 내도장 박리성이 저하되는 것이, 발명자들에 의해 알아 내어졌다.
상술한 지견에 기초하여 얻어진, 본 발명의 일 형태에 관한 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에 대하여 이하에 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서의, 화학 조성(성분)에 관한 단위 「％」는, 특별히 언급이 없는 한, 플럭스 내포 와이어의 전체 질량(강제 외피와 플럭스의 합계 질량)에 대한 질량％를 의미한다. 여기서 플럭스 내포 와이어의 전체 질량이란, 강제 외피 및 플럭스의 합계 질량이고, 강제 외피의 표면에 도금이 되어 있는 경우에는, 그 도금의 질량은 강제 외피의 질량에 포함된다. 단, 강제 외피의 외표면에 도포된 윤활제의 질량은, 플럭스 내포 와이어의 전체 질량에 포함되지 않는 것으로 한다.
강제 외피(11)의 내부에 플럭스(12)가 충전된 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법은, 강판(13)을 원통형으로 성형하면서, 강판(13)의 내부에 플럭스(12)를 충전하는 공정(도 4 참조)과, 강판(13)의 양단을 접합하여 강관으로 하는 공정과, 강관에 압연 및 어닐링을 실시하여, 플럭스 내포 와이어(10)를 얻는 공정을 포함한다. 압연 및 어닐링은, 용접 재료로서 사용 가능한 정도로 와이어(10)의 직경을 가늘게 하고, 또한 와이어(10)를 연화시키기 위하여 행하여진다. 강판(13)의 화학 조성은, 강제 외피(11)의 화학 조성과 실질적으로 동일하다.
접합의 수단은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 코오킹, 또는 용접이다. 도 5에 도시되는, 코오킹에 의해 제조된 와이어(10)는, 이음매(14)를 갖는다. 한편, 도 6에 도시되는 용접에 의해 제조된 와이어(10)는, 용접부(15)를 갖지만 이음매(14)를 갖지 않는, 소위 심리스 와이어이다. 심리스 와이어는, 와이어 중의 수소량을 저감하는 것을 목적으로 한 가일층의 열처리에 제공할 수 있고, 또한 제조 후의 흡습량이 적으므로, 용접 금속의 확산성 수소를 저감할 수 있고, 내균열성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다.
용접 중의 와이어의 송급성을 향상시키는 등의 목적으로, 본 실시 형태에 관한 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법은, 강제 외피(11)의 외표면에 도금하는 공정, 및/또는 강제 외피(11)의 외표면에 윤활제를 도포하는 공정을 더 포함해도 된다. 도금은, 예를 들어 구리 도금 등이다. 윤활제는, 예를 들어 식물유, 또는 PTFE유 등이다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법에서는, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)의 화학 조성이 소정 범위 내로 제어된다. 또한, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)에 포함되는 성분은, 용접 중에 용융하여, 용접 금속을 형성함과 함께, 일부는 산화되는 등으로 슬래그로서 용접 금속 외로 배출된다. 따라서, 이하에 설명되는 성분은, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)의 어느 것에 포함된 경우라도 동일한 효과를 발휘한다고 생각된다. 이상의 이유에 의해, 본 실시 형태에 따른 제조 방법에서는, 강제 외피(11)의 화학 조성과 플럭스(12)의 화학 조성을 구별할 필요는 없다. 이하, 특별히 언급이 없는 한 산화물 또는 불화물의 형태로 존재하는 화학 조성(성분)을 슬래그 성분으로 정의하고, 그 이외의 단체 금속 또는 합금으로서 존재하는 화학 조성(성분)을 합금 성분으로 정의한다. C, P 및 S는 금속 원소는 아니지만, 편의상, 본 실시 형태에 있어서는 합금 성분에 포함되는 것으로 한다. 또한, Al 및 Bi에 대해서는, 그 산화물의 작용이, 합금 성분으로서의 Al 및 Bi의 작용과 동일하다고 생각되므로, 그 산화물은 실질적으로 합금 성분으로서 취급된다. 슬래그 성분이라는 언급이 특별히 없는 한, 이하에 설명되는 원소의 함유량은, 합금 성분으로서 존재하는 원소의 함유량이다. 합금 성분은 강제 외피(11) 및 플럭스(12)의 어느 것에도 포함될 수 있지만, 슬래그 성분은, 통상 플럭스(12)에만 포함된다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)를 제조하려고 할 때에는, 제조하려고 하는 플럭스 내포 와이어(10)의 직경, 충전율(플럭스 내포 와이어(10)의 전체 질량에 대한 플럭스(12)의 질량의 비율을 말함) 및 플럭스 내포 와이어(10)의 화학 조성의 설계값(목표값)이 미리 결정된다. 강제 외피의 원재료가 되는 강판(13)에는, 통상 특정 화학 조성의 것이 사용된다. 그 화학 조성을 나타낸 서류(예를 들어, 강판(13)의 화학 조성의 분석 결과, 철강 메이커의 검사 증명서 또는 카탈로그 등)로부터 강제 외피(11)의 화학 조성을 파악할 수 있다. 이 때문에, 충전율, 강제 외피(11)의 화학 조성 및 플럭스 내포 와이어(10)의 화학 조성의 설계값(목표값)으로부터, 플럭스(12)의 화학 조성의 설계값(목표값)을 결정할 수 있다. 결정된 플럭스(12)의 화학 조성의 설계값(목표값)에 더하여, 플럭스(12)의 원료(슬래그 성분의 원료 및 금속 성분의 원료 양쪽을 말함)의 화학 조성을 나타낸 서류(예를 들어, 원료 메이커 등의 보고서, 증명서 또는 카탈로그 등)로부터, 플럭스(12)의 원료가 선정되고, 그 원료의 배합 비율이 결정된다.
즉, 상기의 수순으로 선정된 플럭스(12)의 원료를, 상기의 수순으로 결정된 배합 비율로 배합하여, 플럭스(12)를 제조한다. 이와 같이 하여 제조된 플럭스(12) 및 상기한 강판(13)을 사용하여, 설계값의 화학 조성의 플럭스 내포 와이어(10)을 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)에 도금이 실시되는 경우, 도금의 화학 조성과 도금의 두께에 따라, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)의 화학 조성을 제어할 필요가 있다.
[C: 0.03 내지 0.12％]
C는, 용접 금속의 강도 및 ??칭성을 확보하기 위하여 필요한, 가장 기본적인 원소이다. C 함유량이 0.03％ 미만이면, 용접 금속에 필요한 강도가 얻어지지 않는다. 또한, C 함유량이 0.03％ 미만인 경우, 인성이 저하된다. 한편, C 함유량이 0.12％를 초과하면, 고온 균열이 발생하기 쉬워지고, 또한 용접 금속의 강도가 높아짐으로써 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, C 함유량은, 0.03 내지 0.12％로 한다. 바람직하게는, C 함유량의 하한값은 0.04％, 또는 0.05％이다. 바람직하게는, C 함유량의 상한값은 0.07％, 또는 0.06％이다. 또한, C는, 강제 외피(11)의 성분 및 플럭스(12) 중의 금속분 및 합금분의 성분으로서 존재할 수 있다. 즉, 강제 외피(11)의 C 함유량 및 플럭스(12)의 C 함유량을 제어함으로써, 상기한 C 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Si: 0.20 내지 0.85％]
Si는, 용접 시의 탈산제로서 작용하는 원소이다. Si 함유량이 0.20％ 미만이면, 탈산 부족에 의해 용접 금속의 인성이 저하된다. 한편, Si 함유량이 0.85％를 초과하면, 용접 금속의 강도가 높아지고, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Si 함유량은, 0.20 내지 0.85％로 한다. 바람직하게는, Si 함유량의 하한값은 0.30, 0.40％ 또는 0.50％이다. 바람직하게는, Si 함유량의 상한값은 0.70％, 0.65％, 또는 0.60％이다. 또한, Si는, 강제 외피(11)의 성분 및 플럭스(12) 중의 금속 Si, Fe-Si, Fe-Si-Mn 등의 합금분의 성분으로서 존재할 수 있다. 즉, 강제 외피(11)의 Si 함유량 및 플럭스(12)의 Si 함유량을 제어함으로써, 상기한 Si 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Mn: 1.50 내지 3.20％]
Mn은, 용접 금속의 강도를 확보하기 위하여, 또한, 용접 시의 탈산을 보조하고 용접 금속의 인성을 확보하기 위하여 필요로 하는 원소이다. Mn 함유량이 1.50％ 미만이면, 용접 금속의 강도 및 인성이 저하된다. 한편, Mn 함유량이 3.20％를 초과하면, 용접 금속의 강도가 높아져 인성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은, 1.50 내지 3.20％로 한다. 바람직하게는, Mn 함유량의 하한값은 1.80, 2.00％, 또는 2.20％이다. 바람직하게는, Mn 함유량의 상한값은 3.00％, 2.80％, 또는 2.20％이다. 또한, Mn은, 강제 외피(11)의 성분 및 플럭스(12) 중의 금속 Mn, Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등의 합금분의 성분으로서 존재할 수 있다. 즉, 강제 외피(11)의 Mn 함유량 및 플럭스(12)의 Mn 함유량을 제어함으로써, 상기한 Mn 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[P: 0.020％ 이하]
[S: 0.020％ 이하]
P 및 S는, 용접 금속의 기계 특성에 악영향을 주고, 또한, 용접 금속의 내식성을 손상시키는 경우가 있는 원소이므로, 와이어에 포함되지 않는 것이 가장 바람직하다. 따라서, P 및 S의 함유량의 하한값은 0％이다. 그러나, P 및 S를 와이어의 재료로부터 완전히 제거하기 위해서는 많은 비용이 필요로 하는, 용접 금속의 여러 특성을 손상시키지 않는 범위 내에서 P 및 S가 함유되어도 된다. 본 실시 형태에 따른 와이어에서는, 0.020％ 이하의 P 및 0.020％ 이하의 S가 허용된다. P 또는 S의 상한값을 0.015％, 0.010％, 또는 0.005％로 해도 된다. P 또는 S의 하한값을 0.001％, 0.002％, 또는 0.005％로 해도 된다. 상기한 C 및 Si와 마찬가지로, 강제 외피(11)의 P 함유량 및 S 함유량 그리고 플럭스(12)의 P 함유량 및 S 함유량을 제어함으로써, 상기한 P 함유량 및 S 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Cu: 0 내지 0.70％]
Cu는, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에 있어서 필수 성분은 아니지만, Sn과 마찬가지로 내후성 및 내도장 박리성을 담당하는 원소이고, 더 높은 내후성 및 내도장 박리성을 얻기 위해서, Sn에 더하여 Cu를 0 내지 0.70％의 범위에서 와이어에 함유시켜도 된다. 더 높은 내후성 및 내도장 박리성을 발휘시키기 위해서는, Cu 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Cu 함유량이 0.70％를 초과하면, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Cu 함유량은, 0.70％ 이하로 한다. 더욱 바람직하게는, Cu 함유량의 하한값은 0.10％, 0.20％, 또는 0.30％이다. 더욱 바람직하게는, Cu 함유량의 상한값은 0.60％, 0.50％, 또는 0.40％이다. 또한, Cu는, 강제 외피(11) 자체의 성분, 강제 외피(11)의 도금 성분, 또는 플럭스(12) 중의 금속 Cu 등으로서 존재할 수 있다. 즉, 강제 외피(11)의 Cu 함유량, 도금의 Cu 함유량 및 플럭스(12)의 Cu 함유량을 제어함으로써, 상기한 Cu 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
Cu가 용접 금속의 내후성 및 내도장 박리성을 향상시키는 이유는, Cu를 함유한 용접 금속 그 자체의 용해 반응(부식 반응)의 반응 속도를 저감하는 것 및 Cu를 함유하는 용접 금속에서는, 표면(보강부 등)에 생성되는 부식 생성물(녹)이, 특징적인 미세 또한 치밀한 구조를 나타냄으로써, 물, 산소, 염화물 이온 등의 투과를 억제하는 방식성이 높은 녹층을 형성하는 것이다.
[Sn: 0.05 내지 0.40％]
Sn은, 용접 금속의 내후성 및 내도장 박리성을 확보하기 위하여 중요한 원소이다. Sn 함유량이 0.05％ 미만이면, 용접 금속의 내후성 및 내도장 박리성의 확보를 할 수 없다. 한편, Sn 함유량이 0.40％를 초과하면, 용접 금속의 입계로의 Sn의 편석에 의해, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Sn 함유량은, 0.05 내지 0.40％로 한다. 바람직하게는, Sn 함유량의 하한값을 0.10％, 0.15％, 또는 0.18％로 해도 된다. 바람직하게는, Sn 함유량의 상한값을 0.30％, 0.25％ 또는 0.20％로 해도 된다. 또한, Sn은, 강제 외피(11)의 성분으로서 함유되어도 되고, 플럭스(12) 중의 금속 Sn 또는 Sn 화합물로서 함유되어도 된다. 주로, 강제 외피(11)의 Sn 함유량 및 플럭스(12)의 Sn 함유량을 제어함으로써, 상기한 Sn 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
Sn이 용접 금속의 내후성 및 내도장 박리성을 향상시키는 이유는, 용접 금속 중의 금속 Sn이 주석 이온(II)(Sn2+)로서 용출하고, 환경 중에 폭로되어 있는 부위, 즉, 산성 염화물 용액 중에서 인히비터 작용을 나타내고, pH가 저하된 애노드에서의 부식을 억제하기 때문이다. 또한, 용접 금속 중의 금속 Sn은 철(III) 이온(Fe3+)을 환원시키는 작용(2Fe3++Sn2+→2Fe2++Sn4+)도 갖기 때문에, Fe3+의 부식 촉진 작용을 억제하고, 날아오는 염분이 많은 환경에서의 내후성을 향상시킨다.
[Mg: 0.05 내지 0.70％]
Mg는, 용접 금속 중의 산소량을 저감하고, 용접 금속의 인성을 확보하기 위하여 필요한 원소이다. Mg 함유량이 0.05％ 미만이면, 용접 금속의 인성이 저하된다. 한편, Mg 함유량이 0.70％를 초과하면, 용접 중에 발생하는 스패터가 많아지고, 또한, 입향상진 및 상향 자세의 용접에서 메탈 드립핑이 발생하기 쉬워진다. Mg 함유량이 0.70％를 초과하면, 수평 필렛 용접에서는, 비드 외관 및 형상이 불량이 된다. 따라서, Mg 함유량은, 0.05 내지 0.70％로 한다. Mg 함유량의 하한값을 0.10％, 0.20％, 또는 0.25％로 해도 된다. Mg 함유량의 상한값을 0.60％, 0.50％, 또는 0.40％로 해도 된다. 일반적인 강제 외피(11)의 Mg 함유량은 거의 0％이다. 이 때문에, Mg는, 플럭스(12) 중의 금속 Mg, Al-Mg 등의 합금 분말로서 와이어에 존재하는 경우가 많다. 즉, 주로 플럭스(12)의 Mg 함유량을 제어함으로써, 상기한 Mg 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Ti 산화물의 TiO2 환산값: 4.60 내지 7.00％]
슬래그 성분인 Ti 산화물은, 용융 슬래그의 주성분이 되고, 용융 슬래그에 적당한 점성과 융점을 부여하고, 비드 전체에 슬래그를 피포(被包)시켜, 특히 입향상진 및 상향 자세 등의 용접에 있어서의 내메탈 드립핑성을 향상시킨다. 또한, Ti 산화물에는, 아크를 안정적으로 지속시켜, 스패터 발생량을 저감시키는 효과가 있다. Ti 산화물의 TiO2 환산값이 4.60％ 미만이면, 입향상진 및 상향 자세 등의 용접에 있어서 메탈이 드립핑되기 쉬워져, 평활한 비드가 얻어지지 않는다. 한편, Ti 산화물의 TiO2 환산값이 7.00％를 초과하면, 슬래그양이 많아지고, 수평 필렛 용접에 있어서 비드 하부가 부풀어 올라, 비드 형상이 불량해진다. 또한, Ti 산화물의 TiO2 환산값이 7.00％를 초과하면, 슬래그 혼입이 발생하기 쉽다. 따라서, Ti 산화물의 TiO2 환산값은, 4.60 내지 7.00％로 한다. 바람직하게는, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 하한값은 4.80％, 5.00％, 또는 5.50％이다. 바람직하게는, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 상한값은 6.60％, 6.20％, 또는 6.00％이다. 또한, Ti 산화물은, 주로, 플럭스(12) 중의 루틸, 산화티타늄, 티타늄 슬래그, 일루미나이트, 티타늄산소다, 티타늄산칼리 등으로서 존재할 수 있다. 이 때문에, 주로, 플럭스(12)의 Ti 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기한 Ti 산화물의 함유량(TiO2 환산값으로 4.60 내지 7.00％)의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
여기서, 환산값의 계산 방법에 대해서, Ti 산화물의 TiO2 환산값을 예로 들어서 설명한다. Ti 산화물의 TiO2 환산값이란, 와이어 중에 포함되어 있는 모든 Ti 산화물(예를 들어, TiO2, Ti2O3, Ti3O5, 티타늄산소다, 티타늄산칼리 등)이 TiO2라고 간주했을 경우의, TiO2의 와이어 전체 질량에 대한 질량％로 정의된다. 따라서, TiO2 환산값은, Ti 산화물의 질량으로부터 O를 제외하여 얻어지는, Ti만의 질량의 총합을 측정하고, 이 총 Ti양을 이하의 식 A에 대입함으로써 얻어진다.
(TiO2 환산값)=(Ti 산화물을 형성하는 Ti의 와이어 전체 질량에 대한 질량％)×(TiO2의 식량)/(Ti의 원자량): 식 A
Si 산화물의 SiO2 환산값, Zr 산화물의 ZrO2 환산값, Fe 산화물의 FeO 환산값도, 동일한 계산에 의해 얻어진다.
[Si 산화물의 SiO2 환산값: 0.20 내지 0.90％]
슬래그 성분인 Si 산화물은, 용융 슬래그의 점성을 높여, 비드 상의 슬래그의 피포성을 조정한다. Si 산화물의 SiO2 환산값이 0.20％ 미만이면, 용융 슬래그의 점성이 부족하고, 수평 필렛 용접에서 슬래그의 피포가 불충분해져, 비드 외관이 불량해진다. 한편, Si 산화물의 SiO2 환산값이 0.90％를 초과하면, 용융 슬래그의 융점이 저하되고, 입향상진 및 상향 자세의 용접에서 메탈 드립핑이 발생하기 쉬워진다. 또한, Si 산화물의 SiO2 환산값이 0.90％를 초과하면, 용접 금속의 산소량이 증가하여 인성이 저하된다. 따라서, Si 산화물의 SiO2 환산값은, 0.20 내지 0.90％로 한다. 바람직하게는, Si 산화물의 SiO2 환산값의 하한값은 0.30％, 또는 0.40％이다. 바람직하게는, Si 산화물의 SiO2 환산값의 상한값은, 0.80％, 0.70％, 또는 0.60％이다. 또한, Si 산화물은, 주로, 플럭스(12) 중의 규사, 지르콘 샌드, 장석, 규산소다, 규산칼리 등으로서 존재할 수 있다. 이 때문에, 주로, 플럭스(12)의 Si 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기한 Si 산화물의 함유량(SiO2 환산값으로 0.20 내지 0.90％)의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Zr 산화물의 ZrO2 환산값: 0.10 내지 0.70％]
슬래그 성분인 Zr 산화물은, 용융 슬래그의 융점을 높여, 입향상진 및 상향 자세의 용접에 있어서 내메탈 드립핑성을 향상시키는 효과가 있고, 수평 필렛 용접에 있어서는, 슬래그의 피포성을 조정하여, 비드를 평활하게 하는 효과가 있다. Zr 산화물의 ZrO2 환산값이 0.10％ 미만이면, 그것들의 효과가 얻어지지 않고, 입향상진 및 상향 자세의 용접에 있어서, 메탈 드립핑이 발생하고, 수평 필렛 용접에 있어서는, 슬래그의 피포성이 나빠, 비드 형상이 불량이 된다. 한편, Zr 산화물의 ZrO2 환산값이 0.70％를 초과하면, 용융 슬래그의 융점이 너무 높아져, 입향상진 및 상향 자세의 용접에서 메탈이 드립핑되기 쉬워진다. 또한, Zr 산화물의 ZrO2 환산값이 0.70％를 초과하면, 수평 필렛 용접에서는 비드가 볼록 형상이 된다. 또한, Zr 산화물의 ZrO2 환산값이 0.70％를 초과하면, 용접 자세에 관계없이, 슬래그가 치밀하고 딱딱해져, 슬래그 박리성이 불량해진다. 따라서, Zr 산화물의 ZrO2 환산값은, 0.10 내지 0.70％로 한다. 바람직하게는, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 하한값은 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다. 바람직하게는, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 상한값은 0.60％, 0.50％, 또는 0.40％이다. 또한, Zr 산화물은, 주로, 플럭스(12) 중의 지르콘 샌드, 산화지르코늄 등으로서 존재할 수 있는 것이고, 또한, 상술한 Ti 산화물에 미량 함유되는 경우도 있다. 이 때문에, 주로, 플럭스(12)의 Zr 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기한 Zr 산화물의 함유량(ZrO2 환산값으로 0.10 내지 0.70％)의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Na 화합물 및 K 화합물: Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계로 0.05 내지 0.40％]
Na 화합물 및 K 화합물에는, 용접 중의 아크를 안정하게 하는 작용이 있음과 함께, 용접 시의 용융 슬래그의 점성을 조정하여 비드 형상·외관을 조정하는 작용이 있다. Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계가 0.05％ 미만이면, 용접 시에 아크가 불안정해지고, 스패터가 많이 발생한다. 또한, Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계가 0.05％ 미만이면, 수평 필렛 용접에서 비드 형상 및 비드의 외관이 나빠진다. 한편, Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계가 0.40％를 초과하면, 용융 슬래그의 점성이 너무 저하되어, 입향상진이나 상향 자세의 용접에 있어서 메탈이 드립핑되기 쉬워진다. 또한, Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계가 0.40％를 초과하면, 수평 필렛 용접에 있어서, 비드 상부에 언더컷이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계는, 0.05 내지 0.40％로 한다. 바람직하게는, Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계의 하한값은 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％이다. 바람직하게는, Na 화합물 및 K 화합물의 Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계의 상한값은 0.35％, 0.30％, 또는 0.25％이다. 또한, Na 화합물 및 K 화합물은, 플럭스(12) 중의 장석, 규산소다, 규산칼리 등의 산화물, 불화소다, 규불화칼리, 빙정석 등의 불화물로서 존재할 수 있다. 통상의 강제 외피(11)의 Na 화합물 및 K 화합물의 함유량은 거의 0％이다. 이 때문에, 주로 플럭스(12)의 Na 화합물 및 K 화합물의 함유량을 제어함으로써, 상기한 Na 화합물 및 K 화합물의 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
Na 화합물의 Na2O 환산값이란, 와이어 중에 포함되어 있는 모든 Na 화합물이 Na2O라고 간주했을 경우의, Na2O의 와이어 전체 질량에 대한 질량％이다. K 화합물의 K2O 환산값이란, 와이어 중에 포함되어 있는 모든 K 화합물이 K2O라고 간주했을 경우의, K2O의 와이어 전체 질량에 대한 질량％이다. Na 화합물의 Na2O 환산값 및 K 화합물의 K2O 환산값은, 상술된 Ti 산화물의 TiO2 환산값과 마찬가지의 수단에 의해 산출된다.
[불소 화합물의 F 환산값: 0.02 내지 0.25％]
슬래그 성분인 불소 화합물은, 아크의 집중성을 좋게 하고, 안정된 용융 풀의 형성에 효과가 있다. 또한, 불소 화합물에는, 용융 슬래그의 점성을 조정하여 비드 형상을 평활하게 하는 작용이 있다. 불소 화합물의 F 환산값이 0.02％ 미만이면, 수평 필렛 용접에서 비드 형상이 안정되지 않는다. 한편, 불소 화합물의 F 환산값이 0.25％를 초과하면, 용융 슬래그의 점성이 너무 저하되어, 입향상진 및 상향 자세의 용접에 있어서 메탈이 드립핑되기 쉬워진다. 또한, 불소 화합물의 F 환산값이 0.25％를 초과하면, 스패터 발생량이 많아진다. 따라서, 불소 화합물의 F 환산값은, 0.02 내지 0.25％로 한다. 불소 화합물의 F 환산값의 하한값을 0.05％, 0.10％, 또는 0.15％로 해도 된다. 불소 화합물의 F 환산값의 상한값을 0.22％, 0.20％, 또는 0.18％로 해도 된다. 또한, 불화물은, 플럭스(12) 중의 불화소다, 규불화칼리, 불화마그네슘, 빙정석 등으로서 존재할 수 있다. 또한, 불소 화합물의 F 환산값이란, 와이어 중의 모든 불소 화합물에 포함되는 F의, 와이어 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸 함유량의 총량이다. 통상의 강제 외피(11)의 불소 화합물의 함유량은 거의 0％이다. 이 때문에, 주로 플럭스(12)의 불소 화합물의 함유량을 제어함으로써, 상기한 불소 화합물의 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법에 있어서, 강제 외피(11) 및 플럭스(12)는 이상의 원소 및 화합물을 필수 요건으로 하지만(Cu 함유는 필수적이지 않지만), 또한 이하에 기재하는 원소 및 화합물을 필요에 따라서 함유할 수 있다. 단, 이하에 들 수 있는 임의 성분이 포함되지 않는 경우에도, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법은 그 과제를 달성할 수 있으므로, 이들의 임의 성분의 함유량 하한값은 0％이다.
[Ni: 0 내지 3.00％]
[Ti: 0 내지 0.50％]
[B: 0 내지 0.010％]
Ni, Ti 및 B는, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키는 효과가 있으므로, 와이어 중에 함유되어도 된다. Ni 함유량이 3.00％를 초과하면, 용접 금속에 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. Ti 함유량이 0.50％를 초과하면, 용접 금속의 인성이 저하됨과 함께, 스패터 발생량의 증가, 비드 표면에 대한 슬래그의 시징이 발생하기 쉬워진다. 또한, B 함유량이 0.010％를 초과하면, 용접 금속에 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Ni 함유량을 3.00％ 이하로 하고, Ti 함유량을 0.50％ 이하로 하고, B 함유량을 0.010％ 이하로 한다. Ni 함유량의 바람직한 상한은, 2.60％, 2.20％, 또는 2.00％이다. Ti 함유량의 바람직한 상한은, 0.40％, 0.30％, 또는 0.20％이다. B 함유량의 바람직한 상한은, 0.008％, 0.005％, 또는 0.003％이다. 또한, Ni는, 강제 외피(11)의 성분, 플럭스(12) 중의 금속 Ni, Fe-Ni 등의 합금 분말의 성분으로서 존재할 수 있다. Ti는, 강제 외피(11)의 성분, 플럭스(12) 중의 금속 Ti, Fe-Ti 등의 합금 분말의 성분으로서 존재할 수 있다. B는, 강제 외피(11)의 성분, 플럭스(12) 중의 금속 B, Fe-B, Fe-Mn-B 등의 합금 분말의 성분으로서 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Ni 함유량, Ti 함유량 및 B 함유량, 그리고 플럭스(12)의 Ni 함유량, Ti 함유량 및 B 함유량을 제어함으로써, 상기한 Ni 함유량, Ti 함유량 및 B 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 Ni 함유량, Ti 함유량 및 B 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 화학 조성(Ni: 0 내지 3.00％, Ti: 0 내지 0.50％, B: 0 내지 0.010％)의 강제 외피(11) 및 상기한 화학 조성(Ni: 0 내지 3.00％, Ti: 0 내지 0.50％, B: 0 내지 0.010％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
용접 금속의 저온 인성을 향상시키기 위해서는, 0.10％ 이상의 Ni, 0.03％ 이상의 Ti 및 0.002％ 이상의 B로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 와이어에 함유시키는 것이 바람직하다. 특히, -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지를 향상시키기 위해서는, 적어도 하기의 어느 하나를 만족시킬 필요가 있다.
Ni: 0.10 내지 3.00％
Ti: 0.03 내지 0.50％
B: 0 내지 0.010％
[Mo: 0 내지 0.40％]
Mo는 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 가지므로, 와이어 중에 포함되어도 된다. 그러나, Mo 함유량이 0.40％를 초과하면, 특히 날아오는 염분량이 많은 환경 하에서 도막 흠집이 발생한 경우, Sn의 이온화와 경합함으로써 도막 흠집부 바로 아래의 부식 깊이를 억제할 수 없게 된다. 따라서, Mo 함유량은 0.40％ 이하로 한다. 또한, 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 얻기 위해서는, Mo 함유량을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직한 Mo 함유량의 상한값은, 0.30％, 0.10％, 또는 0.04％이다. 또한, Mo는, 강제 외피(11)의 성분, 금속 Mo, Fe-Mo 등의 합금 분말로서 와이어에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Mo 함유량 및 플럭스(12)의 Mo 함유량을 제어함으로써, 상기한 Mo 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 Mo 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 Mo 함유량(즉, 0 내지 0.40％)의 강제 외피(11) 및 상기한 Mo 함유량(즉, 0 내지 0.40％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[W: 0 내지 0.200％]
W는, 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 점에서 와이어 중에 포함되어도 된다. 그러나, W 함유량이 0.200％를 초과하면, 특히 날아오는 염분량이 많은 환경 하에서 도막 흠집이 발생한 경우, Sn의 이온화와 경합함으로써 도막 흠집부 바로 아래의 부식 깊이를 억제할 수 없게 된다. 또한, W 함유량은 0.010％ 이하로 하는 것이 한층 바람직하다. 바람직한 W 함유량의 상한값은, 0.150％, 0.100％, 또는 0.010％이다. 또한, W는, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는, 금속 W 등의 합금 분말로서 와이어에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 W 함유량 및 플럭스(12)의 W 함유량을 제어함으로써, 상기한 W 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 W 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 W 함유량(즉, 0 내지 0.200％)의 강제 외피(11) 및 상기한 W 함유량(즉, 0 내지 0.200％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[Cr: 0 내지 0.500％]
Cr은, 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 점에서 와이어 중에 포함되어도 된다. 그러나, Cr 함유량이 0.500％를 초과하면, 용접 금속의 강도가 과잉으로 높아져, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Cr 함유량은 0.500％ 이하로 한다. 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 얻기 위해서는, Cr 함유량을 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직한 Cr 함유량의 상한값은, 0.400％, 또는 0.300％이다. 또한, Cr은, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는, 금속 Cr, Fe-Cr 등의 합금 분말의 합금 분말로서 와이어에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Cr 함유량 및 플럭스(12)의 Cr 함유량을 제어함으로써, 상기한 Cr 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 Cr 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 Cr 함유량(즉, 0 내지 0.500％)의 강제 외피(11) 및 상기한 Cr 함유량(즉, 0 내지 0.500％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[Nb: 0 내지 0.300％]
Nb는, 석출 강화에 의해 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 점에서 와이어 중에 포함되어도 된다. 그러나, Nb 함유량이 0.300％를 초과하면, Nb가 조대한 석출물을 형성하여 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Nb 함유량의 상한값은 0.300％로 한다. Nb 함유량의 상한값을 0.250％, 또는 0.200％로 해도 된다. 상술한 효과를 얻기 위해서, Nb 함유량의 하한값을 0.050％, 또는 0.100％로 해도 된다. 또한, Nb는, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는, 금속 Nb, Fe-Nb 등의 합금 분말의 합금 분말로서 와이어에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Nb 함유량 및 플럭스(12)의 Nb 함유량을 제어함으로써, 상기한 Nb 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 Nb 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 Nb 함유량(즉, 0 내지 0.300％)의 강제 외피(11) 및 상기한 Nb 함유량(즉, 0 내지 0.300％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[V: 0 내지 0.300％]
V는, 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 점에서 와이어 중에 포함되어도 된다. 그러나, V 함유량이 0.300％를 초과하면, 용접 금속의 강도가 과잉으로 높아져, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, V 함유량은 0.300％ 이하로 한다. 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 얻기 위해서는, V 함유량을 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직한 V 함유량의 상한값은, 0.200％, 또는 0.100％이다. 또한, V는, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는, 금속 V, Fe-V 등의 합금 분말의 합금 분말로서 와이어에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 V 함유량 및 플럭스(12)의 V 함유량을 제어함으로써, 상기한 V 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 V 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 V 함유량(즉, 0 내지 0.300％)의 강제 외피(11) 및 상기한 V 함유량(즉, 0 내지 0.300％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[N: 0 내지 0.008％]
N은, 용접 금속의 인성 등을 손상시키는 원소이므로, 와이어에 포함되지 않는 것이 가장 바람직하다. 따라서, N의 함유량의 하한값은 0％이다. 그러나, N을 와이어의 재료로부터 완전히 제거하기 위해서는 많은 비용이 필요로 하므로, 용접 금속의 여러 특성을 손상시키지 않는 범위 내에서 N이 함유되어도 된다. 본 실시 형태에 따른 와이어에서는, 0.008％ 이하의 N이 허용된다. N 함유량의 상한값을 0.007％, 0.006％, 또는 0.005％로 해도 된다. 플럭스 내포 와이어(10)의 N 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 N 함유량(즉, 0 내지 0.008％)의 강제 외피(11) 및 상기한 N 함유량(즉, 0 내지 0.008％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[Ca: 0 내지 0.0050％]
[REM: 0 내지 0.0050％]
Ca 및 REM은, 황화물 및 산화물의 형태를 변화시킴으로써 용접 금속의 연성 및 인성을 향상시키는 작용을 갖는다. 이 효과를 얻기 위해서, Ca 함유량을 0.0002％ 이상으로 해도 되고, REM 함유량을 0.0002％ 이상으로 해도 된다. 한편, Ca 및 REM은, 스패터양을 증대시켜, 용접성을 손상시키는 원소이기도 하다. 따라서, Ca 함유량의 상한값은 0.0050％이고, REM 함유량의 상한값은 0.0050％이다. Ca 함유량의 상한값을 0.0040％, 또는 0.0030％로 해도 된다. REM 함유량의 상한값을 0.0040％, 또는 0.0030％로 해도 된다. 또한, Ca 및 REM은, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는, Ca 화합물 또는 REM 화합물로서 와이어에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Ca 함유량 및 REM 함유량 그리고 플럭스(12)의 Ca 함유량 및 REM 함유량을 제어함으로써, 상기한 Ca 함유량 및 REM 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 Ca 함유량 및 REM 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 Ca 함유량(즉, 0 내지 0.0050％) 및 REM 함유량(즉, 0 내지 0.0050％)의 강제 외피(11) 및 상기한 Ca 함유량(즉, 0 내지 0.0050％) 및 REM 함유량(즉, 0 내지 0.0050％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
또한, 「REM」이라는 용어는, Sc, Y 및 란타노이드로 이루어지는 합계 17 원소를 가리키고, 상기 「REM 함유량」이란, 이들의 17 원소의 합계 함유량을 의미한다. 란타노이드를 REM으로서 사용하는 경우, 공업적으로는, REM은 미슈메탈의 형태로 첨가된다.
[Sb: 0 내지 0.005％]
Sb는, Sn과 마찬가지로 내후성 및 내도장 박리성을 용접 금속에 부여하는 원소이다. 따라서, Sb 함유량을 0.001％, 또는 0.002％로 해도 된다. 그러나, Sb 함유량이 0.005％를 초과하면, 용접 금속의 입계로의 Sb의 편석에 의해, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, Sb 함유량은 0.005％ 이하로 된다. Sb 함유량의 상한값을 0.004％, 또는 0.003％로 해도 된다. 또한, Sb는, 강제 외피(11)의 성분으로서, 또는, 금속 Sb 또는 Sb 화합물 등의 합금 분말의 합금 분말로서 와이어에 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Sb 함유량 및 플럭스(12)의 Sb 함유량을 제어함으로써, 상기한 Sb 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 Sb 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 Sb 함유량(즉, 0 내지 0.005％)의 강제 외피(11) 및 상기한 Sb 함유량(즉, 0 내지 0.005％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
[Fe 산화물: FeO 환산값으로 0 내지 2.50％]
슬래그 성분인 Fe 산화물은 필수 성분이 아니므로, Fe 산화물의 FeO 환산값의 하한값은 0％이다. 한편 Fe 산화물은, 용접 작업성을 손상시키고, 모든 자세 용접을 방해하는 것이다. 따라서, Fe 산화물의 FeO 환산값의 상한값을 2.50％로 한다. Fe 산화물의 FeO 환산값의 하한값을 0.10％, 또는 0.50％로 해도 된다. Fe 산화물의 FeO 환산값의 상한값을 2.00％, 또는 1.50％로 해도 된다. Fe 산화물은 주로 플럭스(12)에 존재하는 경우가 많고, 주로, 플럭스(12)의 Fe 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기한 Fe 산화물의 함유량(FeO 환산값으로 0 내지 2.50％)의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다.
[Al 및 Al 산화물: Al 환산값의 합계로 0 내지 0.60％]
Al 및 Al 산화물은, 용융 슬래그의 융점을 높여, 입향상진 및 상향 자세의 용접에 있어서의 메탈 드립핑을 발생하기 어렵게 하는 작용이 있으므로, 와이어에 함유되어도 된다. Al 및 Al 산화물의 Al 환산값의 합계가 0.60％를 초과하면, 수평 필렛 용접에 있어서 비드 하부가 부풀어 올라서 외관이 불량해진다. 또한, Al 및 Al 산화물의 Al 환산값의 합계가 0.60％를 초과하면, 슬래그 혼입이 발생하기 쉽다. 따라서, Al 및 Al 산화물의 Al 환산값의 합계는, 0.60％ 이하로 한다. Al 및 Al 산화물의 Al 환산값의 합계를 0.50％, 또는 0.40％로 해도 된다. 입향상진 및 상향 자세의 용접에 있어서의 메탈 드립핑을 발생하기 어렵게 하는 효과를 얻기 위해서는 Al 산화물의 Al 환산값의 합계를 0.01％ 이상, 0.05％, 또는 0.10％로 하는 것이 바람직하다. 또한, Al 산화물은, 플럭스(12) 중의 알루미나, 또는 장석 등으로서 존재할 수 있다. 또한, 금속 Al 또는 합금 Al은, 강제 외피(11)의 성분, 또는 플럭스(12) 중의 금속 Al분, Fe-Al 합금분, Al-Mg 합금분 등으로서 존재할 수 있다. 즉, 주로, 강제 외피(11)의 Al 함유량, 그리고 플럭스(12)의 Al 함유량 및 Al 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기한 Al 함유량 및 Al 산화물의 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 Al 함유량 및 Al 산화물의 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 화학 조성(Al 및 Al 산화물: Al 환산값의 합계로 0 내지 0.60％)의 강제 외피(11) 및 상기한 화학 조성(Al 및 Al 산화물: Al 환산값의 합계로 0 내지 0.60％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
Al 환산값이란, 금속 또는 합금으로서 존재하는 Al의 와이어 전체 질량에 대한 질량％와, Al 산화물 중의 Al의 와이어 전체 질량에 대한 질량％의 합계값이다. 여기서, Al 산화물(AlOX)의 Al 환산값은 하기 식 B에 의해 구해진다.
(Al 산화물(AlOX)의 Al 환산값)=(플럭스 내포 와이어 전체 질량에 대한 Al 산화물(AlOX)의 질량％로 나타낸 함유량)×(Al의 원자량)/(Al 산화물(AlOX)의 식량): 식 B
플럭스 내포 와이어(10)의 Al 환산값이란, 각 Al 산화물(AlOx, AlOy, ···)의 Al 환산값의 총합이다.
금속 또는 합금으로서 존재하는 Al과, Al 산화물은 마찬가지의 효과를 발휘하므로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법에서는, 금속 또는 합금으로서 존재하는 Al의 함유량 및 Al 산화물의 함유량의 양쪽을 Al 환산값으로서 관리하는 것으로 간주 되었다.
[Bi 및 Bi 산화물: Bi 환산값의 합계로 0 내지 0.035％]
Bi 및 Bi 산화물은, 용접 비드로부터의 슬래그의 박리성을 향상시키는 효과가 있으므로, 와이어에 포함되어도 된다. 그러나, Bi 및 Bi 산화물의 Bi 환산값의 합계가 0.035％를 초과하면 용접 금속에 고온 균열을 발생시킨다. 따라서, Bi 및 Bi 산화물의 Bi 환산값의 합계는, 0.035％ 이하로 한다. Bi 및 Bi 산화물의 Bi 환산값의 합계의 바람직한 상한은 0.030％, 또는 0.025％이다. 또한, 슬래그의 박리성을 향상시키는 효과를 얻기 위해서는, Bi 및 Bi 산화물의 Bi 환산값의 합계를 0.005％ 이상, 또는 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, Bi 및 Bi 산화물은, 금속 Bi, Bi 산화물 등의 분말로서 존재할 수 있다. Bi를 함유한 강판(13)은 매우 고가이다. 이 때문에, 주로, 플럭스(12)의 Bi 함유량 및 Bi 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기한 Bi 함유량 및 Bi 산화물의 함유량의 플럭스 내포 와이어(10)를 제조할 수 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 Bi 함유량 및 Bi 산화물의 함유량을 상기 범위 내로 하기 위해서, 상기한 화학 조성(Bi 및 Bi 산화물: Bi 환산값의 합계로 0 내지 0.035％)의 강제 외피(11) 및 상기한 화학 조성(Bi 및 Bi 산화물: Bi 환산값의 합계로 0 내지 0.035％)의 플럭스(12)를 사용해도 된다.
Bi 환산값이란, 금속 또는 합금으로서 존재하는 Bi의 와이어 전체 질량에 대한 질량％와, Bi 산화물(예를 들어 Bi2O3) 중의 Bi의 와이어 전체 질량에 대한 질량％의 합계값이다. 금속 또는 합금으로서 존재하는 Bi와, Bi 산화물은 마찬가지의 효과를 발휘하므로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법에서는, 금속 또는 합금으로서 존재하는 Bi의 함유량 및 Bi 산화물의 함유량의 양쪽을 Bi 환산값으로서 관리하는 것으로 간주 되었다.
[Sn+Sb>Mo+W]
본 실시 형태에 따른 와이어의 제조 방법에 있어서, Sn 및 Sb의 합계 함유량은, Mo 및 W의 합계 함유량을 초과할 필요가 있다. 왜냐하면 특히 날아오는 염분량이 많은 환경 하에서는, 도막 열화에 의해 도막 흠집이 발생한 경우, 도막 흠집부 바로 아래의 부식 깊이의 억제가 곤란하여, 내도장 박리성이 저하되기 때문이다. 또한, 상술한 요건은, Sn, Sb, Mo 및 W의 함유량을 이하의 식 C에 대입하여 얻어지는 지수 X가 0 초과라고 환언할 수 있다. 이 지수 X가 0.05 이상, 0.08 이상, 또는 0.10 이상이 되도록, 와이어의 성분이 제어되는 것이 바람직하다.
지수 X=(Sn+Sb)-(Mo+W): 식 C
단, 식 C에 있어서의 원소 기호는, 각 원소 기호에 관한 원소의 함유량을, 플럭스 내포 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타내는 것이다.
본 실시 형태에 따른 와이어의 제조 방법에 있어서, 와이어 성분의 잔부는, Fe 및 불순물이다. Fe는, 강제 외피(11)의 성분 및 플럭스(12) 중의 성분(Fe분, Fe 합금분(예를 들어, Fe-Mn 합금분, Fe-Si 합금분 등)으로서 존재한다. Fe분은, Fe 이외의 성분의 조정을 위하여 사용되는 것이고, 필요가 없으면 그 함유량을 와이어 전체 질량에 대하여 0％로 해도 된다. Fe분 함유량이 과잉인 경우, Fe분의 표면의 산화철에 의해 용접 금속의 인성이 열화될 우려가 있다. 따라서, Fe분의 함유량의 상한값을, 와이어 전체 질량에 대하여 10.0％ 이하로 해도 된다. 불순물이란, 와이어를 공업적으로 제조할 때에, 광석 혹은 스크랩 등과 같은 원료, 또는 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 본 실시 형태에 따른 와이어의 제조 방법에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다. 예를 들어, 본 실시 형태에 따른 와이어에는 산화물을 구성하는 O 이외에도 불순물로서 O가 함유될 수 있지만, 이러한 O는, 함유량이 0 내지 0.080％이면 허용된다. 또한, 상술된 Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Fe 산화물, Al 산화물, Na 화합물, K 화합물, 불소 화합물 및 Bi 산화물을 구성하는 O를 포함하는, 모든 O의 함유량은 0.5 내지 6.0％가 되는 것이 통상이다.
본 실시 형태에 따른 와이어의 제조 방법에 있어서, 충전율(와이어 전체 질량에 대한 플럭스(12)의 전체 질량 비율)은 특별히 제한되지 않지만, 생산성의 관점에서, 와이어 전체 질량에 대하여 8 내지 20％로 하는 것이 바람직하다. 또한, 와이어의 직경은 특별히 한정되지 않지만, 용접 시의 편리성을 고려하여, 1.0 내지 2.0mm로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 다른 형태에 관한 플럭스 내포 와이어(10) 및 본 발명의 다른 형태에 관한 용접 이음의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 다른 형태에 관한 플럭스 내포 와이어(10)는, 상술된 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법에 의해 얻어지는 플럭스 내포 와이어(10)이다. 본 발명의 다른 형태에 관한 용접 이음의 제조 방법은, 상술된 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법에 의해 제조되는 플럭스 내포 와이어(10)를 사용하여 용접하는 공정을 포함하는 용접 이음의 제조 방법이다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)는, Sn 함유량이 0.05 내지 0.40％로 되고, 또한 Sn 함유량, Sb 함유량, W 함유량 및 Mo 함유량이 상술한 식 C를 만족시키므로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10) 및 용접 이음의 제조 방법은, 날아오는 염분량이 많은 등 부식성 물질이 존재하는 환경 하에 있어서의 내후성 및 내도장 박리성이 우수한 용접 금속이 얻어진다. 또한, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)는, 합금 성분이 상술한 소정 범위 내에 있으므로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10) 및 용접 이음의 제조 방법은, 기계적 특성이 우수한 용접 금속을 갖는 용접 이음이 얻어진다. 또한, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)는, 슬래그 성분이 상술한 범위 내인 재료로 제조된 것이므로, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10) 및 용접 이음의 제조 방법은, 모든 자세 용접에 있어서 양호한 용접 작업성을 확보할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10) 및 용접 이음의 제조 방법의 용도는 특별히 한정되지 않지만, 용접 금속의 내식성이 요구되는 구조용 강재, 특히 항만 시설, 교량, 건축·토목 구조물이나 탱크, 선박·해양 구조물, 철도, 컨테이너 등의 강 구조물의 제조에 적용되는 것이 특히 적합하다. 또한, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10) 및 용접 이음의 제조 방법이 적용되는 강재의 재질은 특별히 한정되지 않고, 탄소강, 저합금강 등의 보통 강재이면 된다. 내후성 강, 또는 Ni 및 Sn 등을 함유하는 저합금강은, 내후성 및 도장 내식성의 관점에서 한층 유리하다. 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)가 제공되는 용접의 형태 및 본 실시 형태에 따른 용접 이음의 제조 방법에 포함되는 용접의 형태는 특별히 한정되지 않지만, 가스 실드 아크 용접으로 되는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 따른 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법에 의해 얻어진 플럭스 내포 와이어(10)의 성분 분석은 곤란이 따른다. 왜냐하면, 플럭스(12)의 비금속 물질의 성분을 분석에 의해 특정하는 것은 곤란하기 때문이다. 비금속 물질로서 포함되는 Si 등의 원소가, 피복재 중에 금속 또는 합금의 형태, 산화물의 형태, 불화물의 형태 및 탄산염의 형태의 어느 것으로서 존재하는 것인지를 판별하는 것이 용이하지 않다. 예를 들어, 금속 또는 합금으로서 존재하는 Si(금속 Si) 및 산화물(SiO2)로서 존재하는 Si를 분리하는 것은, 곤란하다. 금속 Si만을 선택적으로 용해시켜서 습식 분석하는 방법이 확립되어 있지 않기 때문이다. 또한, 플럭스(12)에 불화물이 포함되는 경우, 플럭스(12)로부터 유리한 불소가 분석 기기를 손상하는 경우도 있다. 또한, 플럭스 내포 와이어(10)의 제조 방법은, 플럭스(12)가 봉입된 강선을 어닐링하는 공정을 포함하고, 이 어닐링이, 플럭스(12)의 비금속 물질의 조성을 예기하지 않은 것으로 변화시키는 경우가 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명의 효과를 더욱 상세하게 설명한다.
JIS G 3141: 2011 「냉간 압연 강판 및 강대」에서 규정되는 SPCC를 강제 외피로서 사용하여 플럭스를 충전 후, 축경해서(외피의 연화 및 탈수소를 위해 중간 어닐링을 1회 실시), 표 1-1 내지 표 1-3에 나타내는 성분을 갖고, 충전율 13.5％, 와이어 직경 1.2mm의, 강제 외피에 관통한 간극이 없는 이음매가 없는 타입인 심리스 타입의 플럭스 내포 와이어를 각종 시작하였다. 단, A23은 코오킹에 의해 제조하였다. 또한, 표 1-1 내지 표 1-3의 수치는, 플럭스 내포 와이어의 전체 질량(강제 외피와 플럭스의 합계의 질량)에 대한 질량％를 나타낸다. 또한, 표 1-1 내지 표 1-3에 기재된 값은 설계값이다. 플럭스 내포 와이어의 제조 시에는, 플럭스의 원료 화학 조성의 분석 보고서, 증명서 또는 카탈로그 등에 기초하여, 각 화합물의 함유량을 제어하였다.
[표 1-1]
Figure pct00001
[표 1-2]
Figure pct00002
[표 1-3]
Figure pct00003
처음에 용접 작업성의 조사를 실시하였다. 이 조사에서는, 표 1-1 내지 표 1-3에 나타내는 시작 와이어를 사용하여, JIS G 3106: 2008 「용접 구조용 압연 강재」에 규정된 판 두께 12mm의 SM490A 강으로 T자 필렛 시험체를 제작하고, 표 2에 나타내는 용접 조건에서, 반자동 용접으로, 수평, 입향상진 및 상향의 각 자세로 필렛 용접 시험을 실시하고, 각 자세에 있어서의 필렛 용접부의 비드 형상, 스패터 발생량 및 슬래그 박리성을 조사하였다.
비드 형상의 조사는, 필렛 용접부를 눈으로 보아 실시하였다. 비드 표면이 평탄하거나, 부풀음이 너무 크지 않은지를 확인하고, 비드 형상의 팽창이 너무 큰 경우를, 비드 형상 「불량」이라고 판정하였다. 또한, 입향상진 및 상향 자세 용접에 있어서는, 용접 중에 용융 금속이 드립핑되어 비드가 형성되지 않는 경우도 「불량」이라고 판정하였다.
스퍼터 발생량의 평가에서는, 용접 중에 비산하는 스패터를 포집하고, 스패터의 질량을 측정하였다. 스패터 발생량은, 1분간의 시간당의 스패터 질량이 1.5g 이상인 경우를 「많다」로 하고, 1.5g 미만인 경우를 「적다」로 하였다.
슬래그 박리성은, 정에 의한 타격에 구애되지 않고 슬래그가 박리된 경우를 「매우 양호」로 하고, (정에 의한 타격 없이는 슬래그가 박리되지 않고) 정에 의한 타격에 의해 슬래그가 박리된 경우를 「양호」로 하고, 정에 의한 타격 후에도 비드 상에 슬래그가 잔류한 경우를 「불량」이라고 판정하였다.
[표 2]
Figure pct00004
이어서, 용착 금속의 기계적 성질 및 내식성의 평가는, JIS Z 3111: 2005 「용착 금속의 인장 및 충격 시험 방법」에 준하여 용착 금속 시험을 실시하고, X선 투과 시험을 실시한 후, 인장 시험, 충격 시험 및 내식성 평가 시험을 실시하였다. 사용한 모재는, C: 0.11％, Si: 0.18％, Mn: 1.44％, P: 0.011％, S: 0.002％, Sn: 0.12％를 함유한 내식강의 강판이다. 용착 금속 시험에 있어서의 용접 조건은, 표 2에 나타내는 조건으로 하였다. 내식성 평가 시험에 있어서의 용접 조건은, 용착 금속 시험에 있어서의 용접 조건과 동일하게 하였다. X선 투과 시험에 있어서, 슬래그 혼입, 블로우 홀, 용입 불량, 크레이터 균열이 확인된 경우, 그 결함의 종류를 「X선 투과 시험 결과」의 열에 기재하였다. 조인트 용접 길이 500mm에 있어서 상기 결함이 확인되지 않은 경우, 결함 없음이라고 기재하였다.
충격 시험 온도는 0℃로 하였다. 단, Ni, Ti 및 B의 1종 이상을 첨가한 와이어로부터 얻어진 용착 금속에 대해서만, 0℃ 및 -40℃에서의 충격 시험을 실시하였다.
용착 금속의 기계적 성질의 합격 판정 기준은, 인장 시험에 있어서의 인장 강도가 510 내지 660MPa, 0℃의 충격 시험에 있어서의 흡수 에너지가 60J 이상을 합격으로 하였다. 저온 인성 확보를 위해, Ni, Ti 및 B의 1종 이상을 첨가한 와이어(A9, A11, A12, B1, B2, B10, B13 및 B14)로부터 얻어진 용착 금속의 기계적 성질의 합격 판정 기준에 대해서는, 용착 금속의 인장 강도가 510 내지 660MPa, 용착 금속의 -40℃의 흡수 에너지가 60J 이상인 것을 합격으로 하였다. Mo를 첨가한 와이어(A14 내지 A17, B11 및 B13)로부터 얻어진 용착 금속의 기계적 성질의 합격 판정 기준에 대해서는, 인장 강도가 590 내지 720MPa, 0℃의 흡수 에너지가 60J 이상을 합격으로 하였다.
내식성의 평가에서는, 먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 시험편 제작용의 시료(두께 3mm×폭 60mm×길이 150mm)를 용착 금속(2)이 중심이 되도록 모재(1) 표면으로부터 깊이 1mm의 채취 위치(3)에서 채취하고, 그 표면을 쇼트 블라스트 처리한 후, 로 내 온도 80℃에서 가열 건조시켜서 부식 시험편 소재로 하였다. 이어서, 부식 시험편 소재의 양면에, 도료 A(주고쿠 도료(주)제 반노 #200)) 또는 도료 B(신토 도료(주)제 네오 고세 프라이머 HB)의 어느 것의 도료를 강재 표면에 막 두께 200 내지 350㎛의 두께로 도장하여 부식 시험편을 제작하였다. 이 시험편에, 도 2에 도시한 바와 같이 용착 금속(2)을 걸치도록 크로스 컷(4)을 실시함으로써 도막 흠집을 모의한 부식 시험편(5)을 제작하였다. 크로스 컷(4)은, 크로스 컷을 대각선으로 하는 직사각형의 치수가 긴 변 100mm×짧은 변 40mm로 되도록 도막 위로부터 하지의 강 표면까지 달하는 스크래치 흠집을 커터 나이프로 실시함으로써 형성하였다.
그 후, 얻어진 부식 시험편(5)을 SAE(Society of Automotive Engineers) J2334 시험에 따라, 내식성을 평가하였다.
여기서, SAE J2334 시험에 대하여 설명한다. SAE J2334 시험이란, 습윤(50℃, 100％ RH, 6시간), 염분 부착(0.5질량％ NaCl, 0.1질량％ CaCl2, 0.075질량％ NaHCO3 수용액 침지, 0.25시간), 건조(60℃, 50％ RH, 17.75시간)의 3과정을 1사이클(합계 24시간)로 하는 건습 반복의 조건에서 행하는 가속 시험이다. 1사이클의 개략을 도 3에 도시한다.
이 부식 시험은, 날아오는 염분량이 1mdd를 초과하는 것과 같은 가혹한 부식 환경을 모의하는 시험이다.
SAE J2334 시험의 80사이클 후에, 각 시험편의 도막 박리·팽창 면적률을 계측하였다. 또한, 실제 구조물의 장기에 걸치는 도장 내식 성능을 반영하는 시험으로서 도막 밀착성의 평가를 행하였다. 크로스 컷을 대각선으로 하는 직사각형에 상당하는 영역의 전체면에 대하여, 직사각형의 긴 변 길이 100mm로 잘라 낸 폭 20mm의 투명 부착 테이프를 서로 겹치지 않도록 2열 첩부하고, 테이프 부착 후 5분 이내에 60°에 가까운 각도로 4.0 내지 8.0초만에 떼어 냈다. 테이프에 의한 박리 조작으로 박리한 도막 면적을, SAE J2334 시험의 80사이클 직후에 잔존하고 있었던 도막 면적으로 제산함으로써 테이프 박리율을 구하였다. 그 후, 표면의 잔존 도막과 생성된 녹층을 제거하고, 도장 피막 흠집부의 부식 깊이를 측정 후, 평균 부식 깊이를 산출하였다.
내후성·내도장 박리성의 합격 판정 기준은, 도막 박리·팽창 면적률이 50％ 미만, 또한, 도막 흠집부 평균 부식 깊이가 0.50mm 미만인 경우를 합격으로 하였다. 또한, Cu를 첨가한 와이어(A6 내지 A9, A17, A18, B7 내지 B11)에 대해서는, 도막 박리·팽창 면적률이 20％ 미만, 또한, 도막 흠집부 평균 부식 깊이가 0.25mm 미만인 경우를 합격으로 하였다. 또한, 도막 밀착성의 평가는, 테이프 박리율이 0 내지 20％ 미만을 「매우 양호」로 하고, 20％ 이상 40％ 미만을 「양호」로 하고, 50％ 이상을 「불량」이라고 판정하였다. 이들의 결과를 표 3-1 및 표 3-2에 통합하여 나타낸다.
[표 3-1]
Figure pct00005
[표 3-2]
Figure pct00006
표 중의 와이어 기호 A1 내지 A25는, 본 발명예, 와이어 기호 B1 내지 B15는, 비교예이다.
본 발명예인 와이어 기호 A1 내지 A25는, 본 발명예에서 규정한 각 성분 범위 내이므로, 수평, 입향상진 및 상향의 각 자세의 필렛 용접에 있어서 비드 형상이 양호하고, 슬래그 박리성 및 스패터 발생량이 적고, X선 투과 시험에서 결함이 없고, 용착 금속의 인장 강도 및 흡수 에너지가 양호하고, 도장 박리·팽창 면적률은 모두 50％ 미만, 또한 도장 흠집부 부식 깊이는, 모두 0.5mm 미만이고, 극히 만족한 결과였다.
또한, Ni, Ti 및 B의 1종 또는 2종 이상을 포함한 와이어 기호 A9, A11 및 A12는, 용착 금속의 -40℃의 흡수 에너지가 60J 이상이었다. 또한, Cu를 포함한 와이어 기호 A6, A7, A8, A9, A17 및 A18은, 용접부의 내식성 평가 시험에 있어서의 도막 박리·팽창 면적률이 20％ 미만 또한 도막 흠집부의 평균 부식 깊이가 0.25mm 미만이었다. 와이어 기호 A8, A10 및 A11은, Al 및 Al 산화물을 Al 환산값으로 적량 포함하고 있으므로, 입향상진 및 상향의 비드 형상이 특히 양호하였다. 와이어 기호 A8 및 A13은, Bi를 적량 포함하고 있으므로, 우수한 슬래그 박리성을 나타내었다.
이에 비해, 비교예 중, 와이어 기호 B1은, TiO2 환산값이 작으므로, 입향상진 및 상향의 필렛 용접에서 메탈 드립핑이 발생하여 평활한 비드가 얻어지지 않았다. 또한, 와이어 기호 B1은 Mn양이 적으므로, 용착 금속의 인장 강도가 낮고, 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또한, 와이어 기호 B1은 B양이 많으므로 크레이터 균열이 발생하였다.
와이어 기호 B2는, TiO2 환산값이 크기 때문에, 수평 필렛 용접에서 비드 형상이 불량이 되고, X선 투과 시험에서, 슬래그 혼입이 발생하였다. 또한 와이어 기호 B2는, C양이 적으므로, 용착 금속의 인장 강도 및 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 기호 B3은, SiO2 환산값이 작으므로, 수평 필렛 용접에서 비드 형상이 불량하였다. 또한 와이어 기호 B3은, Mn양이 많으므로, 용착 금속의 인장 강도가 높고, 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 기호 B4는, SiO2 환산값이 크므로, 입향상진 및 상향의 필렛 용접에서 메탈 드립핑이 발생하여 평활한 비드가 얻어지지 않았다. 또한 와이어 기호 B4는, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또한 와이어 기호 B4는, Sn양이 적으므로, 용착 금속의 도막 박리·팽창 면적률이 크고, 도막 흠집부의 평균 부식 깊이도 깊었다.
와이어 기호 B5는, ZrO2 환산값이 작으므로, 평가한 모든 자세의 필렛 용접에 있어서 비드 형상이 불량하였다. 또한 와이어 기호 B5는, Si양이 적으므로 용착 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 기호 B6은, ZrO2 환산값이 크므로, 평가한 모든 자세의 필렛 용접에 있어서 비드 형상이 불량하였다. 또한 와이어 기호 B6은, Mg양이 적으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 기호 B7은, Si양이 많으므로, 용착 금속의 인장 강도가 높고, 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또한 와이어 기호 B7은, Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계가 작으므로, 수평 필렛 용접에서 비드 형상이 불량하고, 스패터 발생량이 많았다.
와이어 기호 B8은, Mg양이 많으므로, 평가한 모든 자세의 필렛 용접에 있어서 비드 형상이 불량하고, 스패터 발생량이 많았다. 또한 와이어 기호 B8은, Sn양이 많으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 기호 B9는, Na2O 환산값과 K2O 환산값의 합계가 크므로, 평가한 모든 자세의 필렛 용접에 있어서 비드 형상이 불량하였다. 또한 와이어 기호 B9는, Bi 및 Bi 산화물의 Bi 환산값의 합계가 크므로, 크레이터 균열이 발생하였다.
와이어 기호 B10은, F 환산값이 크므로, 평가한 모든 자세의 필렛 용접에 있어서 비드 형상이 불량하였다. 또한 와이어 기호 B10은, Cu양이 많으므로, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 기호 B11은, F 환산값이 작으므로, 수평 필렛 용접에서 비드 형상이 불량하였다. 또한 와이어 기호 B11은, Mo양이 많으므로, 용착 금속의 인장 강도가 높고, 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또한 와이어 번호 B11은, 지수 X가 부족했기(즉 Sn+Sb>Mo+W를 만족시키지 않았기) 때문에, 도막 밀착성이 불량하였다.
와이어 기호 B12는, C양이 적으므로, 용착 금속의 인장 강도 및 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또한 와이어 기호 B12는, Al 및 Al2O3의 Al 환산값의 합계가 크므로, 수평 필렛 용접에서 비드 형상이 불량이 되고, X선 투과 시험에서, 슬래그 혼입이 발생하였다.
와이어 기호 B13은, SiO2 환산값이 작으므로, 수평 필렛 용접에서 비드 형상이 불량하였다. 또한 와이어 기호 B13은, Ni양이 많으므로, 크레이터 균열이 발생하였다.
와이어 기호 B14는, Sn양이 적으므로, 용착 금속의 도막 박리·팽창 면적률이 크고, 도막 흠집부의 평균 부식 깊이도 깊었다. 또한 와이어 기호 B14는, Ti양이 많으므로, 스패터가 많고, 슬래그 박리성이 불량하였다. 또한 와이어 기호 B14는, 용착 금속의 흡수 에너지가 낮은 값이었다.
와이어 기호 B15는, C양이 많으므로, 용착 금속의 인장 강도가 높고, 흡수 에너지가 낮은 값이었다. 또한 와이어 기호 B15는, 크레이터 균열이 발생하였다.
1: 모재(강재)
2: 용착 금속
3: 부식 시험편의 채취 위치
4: 크로스 컷
5: 부식 시험편
10: 플럭스 내포 와이어
11: 강제 외피
12: 플럭스
13: 강판
14: 이음매
15: 용접부

Claims (8)

  1. 강제 외피의 내부에 플럭스가 충전된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법이며,
    강판을 원통형으로 성형하면서, 상기 강판의 내부에 플럭스를 충전하는 공정과,
    상기 강판의 양단을 접합하여 강관으로 하는 공정과,
    상기 강관에 압연 및 어닐링을 실시하여, 상기 플럭스 내포 와이어를 얻는 공정을 구비하고,
    상기 플럭스 내포 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 내포 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로,
    C: 0.03 내지 0.12％,
    Si: 0.20 내지 0.85％,
    Mn: 1.50 내지 3.20％,
    P: 0.020％ 이하,
    S: 0.020％ 이하,
    Cu: 0 내지 0.70％,
    Sn: 0.05 내지 0.40％,
    Mg: 0.05 내지 0.70％,
    Ti 산화물: TiO2 환산값으로 4.60 내지 7.00％,
    Si 산화물: SiO2 환산값으로 0.20 내지 0.90％,
    Zr 산화물: ZrO2 환산값으로 0.10 내지 0.70％,
    Ni: 0 내지 3.00％,
    Ti: 0 내지 0.50％,
    B: 0 내지 0.010％,
    Mo: 0 내지 0.40％,
    W: 0 내지 0.200％,
    Cr: 0 내지 0.500％,
    Nb: 0 내지 0.300％,
    V: 0 내지 0.300％,
    N: 0 내지 0.008％,
    Ca: 0 내지 0.0050％,
    REM: 0 내지 0.0050％,
    Sb: 0 내지 0.005％,
    Fe 산화물: FeO 환산값으로 0 내지 2.50％,
    Al 및 Al 산화물의 합계: Al 환산값으로 합계 0 내지 0.60％,
    Bi 및 Bi 산화물의 합계: Bi 환산값으로 합계 0 내지 0.035％,
    Na 화합물 및 K 화합물: Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 합계로 0.05 내지 0.40％,
    불소 화합물: F 환산값으로 0.02 내지 0.25％,
    잔부: Fe 및 불순물이고,
    Sn 함유량, Sb 함유량, W 함유량 및 Mo 함유량이 이하의 식 (1)을 만족시키는
    것을 특징으로 하는 플럭스 내포 와이어의 제조 방법.
    Sn+Sb>Mo+W: 식 1
    단, 상기 식 (1)에 있어서의 원소 기호는, 각 원소 기호에 관한 원소의 함유량을, 상기 플럭스 내포 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로 나타내는 것이다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플럭스 내포 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 내포 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로,
    W: 0 내지 0.010％,
    Mo: 0 내지 0.04％
    인 것을 특징으로 하는 플럭스 내포 와이어의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플럭스 내포 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 내포 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로,
    Cu: 0.05 내지 0.70％,
    인 것을 특징으로 하는 플럭스 내포 와이어의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플럭스 내포 와이어의 화학 조성이, 상기 플럭스 내포 와이어의 상기 전체 질량에 대한 질량％로, 적어도 하기의 어느 하나를 만족시키는 것을 특징으로 하는 플럭스 내포 와이어의 제조 방법.
    Ni: 0.10 내지 3.00％
    Ti: 0.03 내지 0.50％
    B: 0.002 내지 0.010％
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접합이 코오킹인 것을 특징으로 하는 플럭스 내포 와이어의 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 접합이 용접인 것을 특징으로 하는 플럭스 내포 와이어의 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에 의해 제조되는 플럭스 내포 와이어.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 내포 와이어의 제조 방법에 의해 제조되는 플럭스 내포 와이어를 사용하여 용접하는 공정을 구비하는 용접 이음의 제조 방법.
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