KR20200119330A - 서브머지드 아크 용접용 플럭스 - Google Patents

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무네노부 사토
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은, 소성형으로서, 고전류를 사용하는 고속 용접 시에서의 슬래그 박리성, 비드 형상 및 비드 외관이 우수한 서브머지드 아크 용접용 플럭스의 제공을 목적으로 한다. 본 발명의 서브머지드 아크 용접용 플럭스는, CaF2, MgO, Na2O 및 K2O의 합계, MnO, FeO, SiO2, Al2O3, 및 TiO2의 함유량이 소정의 범위 내이며, 추가로 65≤(MgO+SiO2+Al2O3+TiO2)≤75, 및 0.5≤(Al2O3/TiO2)≤2.0의 관계를 만족시킨다.

Description

서브머지드 아크 용접용 플럭스
본 발명은 서브머지드 아크 용접용 플럭스에 관한 것이고, 상세하게는, 고속 용접에 이용되는 소성형의 서브머지드 아크 용접용 플럭스에 관한 것이다.
서브머지드 아크 용접은, 석유나 천연 가스 등을 수송하는 파이프라인용의 조관 용접 등에 이용되는 용접 방법이며, 서브머지드 아크 용접에 이용되는 플럭스는, 그 형태로부터 용융형과 소성형으로 대별된다. 용융형 플럭스는 여러 가지 원료를 전기로 등에서 용해하고, 분쇄하는 것에 의해 제조되는 데 반해, 소성형 플럭스는 여러 가지 원료를 규산 나트륨 등의 바인더에 의해 결합, 조립(造粒)한 후, 소성하는 것에 의해 제조된다.
소성형의 플럭스는, 그 소성 온도에 따라 저온 소성형 플럭스(예를 들어 소성 온도 400℃ 이상 600℃ 미만)와, 고온 소성형 플럭스(예를 들어 소성 온도 600℃ 이상 1200℃ 이하)로 나눠진다.
이와 같은 서브머지드 아크 용접용 플럭스로서, 특허문헌 1에는 용접 결함이 없는 건전한 용접 금속을 형성시키고, 또한 슬래그 박리성이 양호하고 아름다운 비드 외관을 얻기 위해서, 질량%로, MnO를 35∼45% 및 SiO2를 35∼45% 포함하는 서브머지드 아크 용접용 용융형 플럭스에 있어서, MnO2: 0.1∼1.0%, CaF2: 1∼9%, CaO: 0.1∼8%, MgO: 0.5∼7%, Al2O3: 0.5∼6%를 함유하고, FeO가 7% 이하이며, 그 외는 알칼리 금속 산화물 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 용융형 플럭스가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 용접 전원이 교류식 및 직류식의 어느 것이어도, 용접 작업성이 양호하고, 또한 플럭스의 흡습량 및 용접 금속 중의 확산성 수소량을 저감시키기 위해서, Al2O3: 15∼35질량%, SiO2: 10∼30질량%, MgO: 10∼25질량%, F의 CaF2 환산치: 10∼25질량%, Mn의 MnO 환산치: 3∼20질량%, Na의 Na2O 환산치, K의 K2O 환산치 및 Li의 Li2O 환산치 중 적어도 하나 이상의 합계: 0.5∼6.5질량%, Fe의 FeO 환산치: 0.5∼8질량%, CaO: 6질량% 이하, 수용성 SiO2: 1.0질량% 이하, 수용성 Na2O: 1.0질량% 이하, 수용성 K2O: 0.8질량% 이하를 함유하고, 상기 Al2O3 함유량을 [Al2O3], 상기 MgO 함유량을 [MgO], 상기 Mn의 MnO 환산치로의 함유량을 [MnO]로 했을 때, 하기 수식(I)을 만족시키는 것을 특징으로 하는 서브머지드 아크 용접용 플럭스가 개시되어 있다.
0.20≤[MgO]/([Al2O3]+[MnO])≤0.80 ···(I)
일본 특허 제4783708호 공보 일본 특허공개 2016-140888호 공보
그렇지만 특허문헌 1의 플럭스는 용융형의 플럭스이며, 생산하기 위해서는 대대적인 설비가 필요해지므로, 비용 저감이나 제품의 보급의 장벽이 된다. 또한, MnO 및 SiO2를 각각 35∼45% 포함시킴으로써 고속 용접의 작업성을 향상시키고 있지만, SiO2를 많이 포함하는 것에 의해 플럭스의 염기도가 저하되어, 용접 금속의 저온 인성이 열화된다.
또한, 특허문헌 2의 플럭스는, 고전류를 사용하는 고속 용접의 경우에는 비드 형상이 볼록형이 되어 슬래그 박리성 등의 용접 작업성이 저하되므로, 용접의 고속화가 곤란해진다.
그래서 본 발명은, 소성형의 플럭스로서, 고전류를 사용하는 고속 용접 시에서의 슬래그 박리성, 비드 형상 및 비드 외관이 우수한 서브머지드 아크 용접용 플럭스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 플럭스의 성분 조성을 특정의 것으로 한정함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스의 일 태양은, 고속 용접에 이용되는 소성형의 서브머지드 아크 용접용 플럭스로서, 질량 분율로의 함유량이 CaF2: 10.0∼20.0%, MgO: 8.0∼15.0%, Na2O 및 K2O의 합계: 2.1∼3.5%, MnO: 1.5∼5.0%, FeO: 0.5∼5.0%, SiO2: 10.0∼20.0%, Al2O3: 13.0∼28.0%, 및 TiO2: 13.0∼28.0%를 만족시키고, 추가로 65≤(MgO+SiO2+Al2O3+TiO2)≤75, 및 0.5≤(Al2O3/TiO2)≤2.0의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스의 일 태양은, 질량 분율로의 함유량이 추가로 CaO: 0.2∼3.0%, ZrO2: 5% 이하(0%를 포함한다), 및 B2O3: 0.03∼0.15% 중 적어도 1 이상을 만족시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스의 일 태양은, 추가로 700∼1200℃에서 소성된 고온 소성형 플럭스인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 용접 속도가 1전극 용접으로 60cm/분 정도, 2전극 용접으로 200cm/분 정도의 고속 서브머지드 아크 용접이어도, 슬래그 박리성이 양호하고, 비드 형상 및 외관도 우수한 용접부를 얻을 수 있다. 또한, 내기공결함성도 우수하고, 저온 인성의 열화도 적은 용접부를 얻는 것도 가능해진다.
도 1은, 실시예 및 비교예의 용접 시에 있어서의 전극 배치를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 상세히 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한 본 명세서에 있어서, 수치 범위를 나타내는 「∼」란, 그 전후에 기재된 수치를 하한치 및 상한치로서 포함하는 의미로 사용된다.
＜서브머지드 아크 용접용 플럭스＞
본 실시형태에 따른 서브머지드 아크 용접용 플럭스(이하, 간단히 「플럭스」라고 칭하는 경우가 있다.)는 고속 용접에 이용되는 소성형의 플럭스로서, 질량 분율로의 함유량이 CaF2: 10.0∼20.0%, MgO: 8.0∼15.0%, Na2O 및 K2O의 합계: 2.1∼3.5%, MnO: 1.5∼5.0%, FeO: 0.5∼5.0%, SiO2: 10.0∼20.0%, Al2O3: 13.0∼28.0%, 및 TiO2: 13.0∼28.0%를 만족시키고, 추가로 65≤(MgO+SiO2+Al2O3+TiO2)≤75, 및 0.5≤(Al2O3/TiO2)≤2.0의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 실시형태에 따른 플럭스는, 질량 분율로의 함유량이 추가로 CaO: 0.2∼3.0%, ZrO2: 5% 이하(0%를 포함한다), 및 B2O3: 0.03∼0.15% 중 적어도 1 이상을 만족시켜도 되고, 또한 700∼1200℃에서 소성된 고온 소성형 플럭스여도 된다.
여기에서, 본 실시형태에 있어서 고속 용접이란, 1전극 또는 2전극의 경우는 600mm/min. 이상, 3전극 또는 4전극의 경우는, 1000mm/min. 이상의 속도로 행하는 용접이다.
(성분 조성)
이하에 본 실시형태의 플럭스에 있어서의 각 성분의 함유량(질량 분율)에 대해 설명한다. 한편, 본 실시형태의 플럭스에 있어서의 각 성분의 함유량은, 특별히 예고가 없는 한, JIS Z 3352:2010에 규정되는 방법으로 정량한 값을, 산화물 또는 불화물로 환산한 환산치이다. 또한, 각 성분의 함유량은, 플럭스 전체에 대한 함유량이다.
CaF2(불화물의 CaF2 환산치): 10.0∼20.0%
불화물은 용융 슬래그의 전기 전도성이나 유동성을 높이는 효과가 있어, 용융 슬래그의 고온 점성에 영향을 주는 성분의 하나이다. 이 작용은, 후술하는 CaO와 마찬가지로, 그 함유량에 비례한다. CaF2가 지나치게 적으면, 슬래그가 곧바로 응고되어, 가스의 배출을 저해하거나 슬래그 소부(燒付)가 발생하거나 한다. 그 때문에, 슬래그 박리성을 양호하게 하여, 슬래그 소부의 발생을 방지하기 위해서, CaF2의 함유량은, 불화물의 CaF2 환산치로 10.0% 이상이며, 15.0% 이상이 바람직하다. 또한, 비드의 파목(波目)이 거칠어져 비드 외관이 열화되는 것을 막아, 비드 형상을 양호하게 하기 위해서, CaF2의 함유량은 20.0% 이하이며, 19.0% 이하가 바람직하다.
한편, CaF2(불화물의 CaF2 환산치)의 함유량은, JIS Z 3352:2010에 규정되는 방법(예를 들어 JIS K 1468-2:1999 등)으로 분석하여 얻은 플럭스의 전체 F량을, CaF2로 환산한 값이다. 또한, 본 실시형태의 플럭스에 있어서의 불화물 성분은, 주로 CaF2이며, 그 외에 AlF3이나 MgF2 등이 포함되는 경우가 있지만, CaF2(불화물의 CaF2 환산치)가 전술한 범위 내이면, 전술한 불화물의 효과에는 영향을 주지 않는다.
MgO(Mg 및 Mg 산화물의 MgO 환산치): 8.0∼15.0%
MgO는, 슬래그 박리성의 향상에 크게 기여하는 성분이며, 용접 전원의 방식에 상관 없이, 양호한 슬래그 박리성을 확보하여, 슬래그 소부를 막기 위해서 필수인 성분이다. 그 때문에, MgO의 함유량은, Mg 및 Mg 산화물의 MgO 환산치로 8.0% 이상이며, 10.0% 이상이 보다 바람직하다. 또한, 비드 형상이 볼록이 되는 것을 막아, 양호한 슬래그 박리성을 유지하기 위해서, MgO의 함유량은 15.0% 이하이며, 14.0% 이하가 바람직하다.
한편, 여기에서 말하는 MgO의 함유량은, JIS Z 3352:2010에 규정되는 방법(예를 들어 JIS M 8222:1997 등)으로 분석하여 얻은 플럭스의 전체 Mg량을, MgO로 환산한 값이다.
Na2O 및 K2O의 합계(Na 및 Na 산화물의 Na2O 환산치, 및, K 및 K 산화물의 K2O 환산치의 합계): 2.1∼3.5%
알칼리 금속인 Na 및 K는, 주로 용접 시의 아크 안정성과 플럭스의 흡습 특성에 영향을 주는 성분이며, 주로, Na2O 및 K2O 등의 산화물의 형태로 첨가된다. 양호한 아크 안정성을 얻기 위해서, Na2O 및 K2O의 합계의 함유량은, Na 및 Na 산화물의 Na2O 환산치, 및 K 및 K 산화물의 K2O 환산치의 합계로 2.1% 이상이며, 2.5% 이상이 바람직하다. 또한, 양호한 내흡습성을 얻기 위해서, Na2O 및 K2O의 합계의 함유량은 3.5% 이하이며, 3.0% 이하가 바람직하다.
한편, 본 실시형태의 플럭스는, Na 및 K 중 적어도 한쪽을 함유하면 된다.
한편, 여기에서 말하는 Na2O 및 K2O의 합계의 함유량은, JIS Z 3352:2010에 규정되는 방법(예를 들어 JIS M 8852:1998 등)으로 분석하여 얻은 플럭스의 전체 Na량 및 전체 K량을, 각각 Na2O 및 K2O로 환산한 값이다. 또한, 본 실시형태의 플럭스에 있어서의 Na 성분 및 K 성분은, 주로 Na2O 및 K2O이지만, 그 외에 NaAlSi3O8이나 KAlSi3O8 등이 포함되는 경우가 있다. 또한, 여기에서의 Na 및 K는, 광석 원료 및 물유리에서 유래하는 것이다.
MnO(Mn과 Mn 산화물의 MnO 환산치): 1.5∼5.0%
Mn은, 용융 슬래그의 점성 및 응고 온도에 영향을 줌과 함께, 내포크마크성 개선에 유효한 성분이며, 주로, MnO, MnO2 및 Mn2O3 등의 산화물의 형태로 첨가된다. 각종 형태 중에서도, 특히 일산화 망간(MnO)의 형태로 첨가되면, 전술한 효과가 발휘된다. 또한, 양호한 저온 인성을 실현하고, 기공 결함의 발생을 막기 위해서, MnO의 함유량은, Mn와 Mn 산화물의 MnO 환산치로 1.5% 이상이며, 2.0% 이상이 바람직하다. 한편, 용융 금속 중의 산소량의 증가에 수반하는 기계적 성질의 열화를 막고, 슬래그 소부의 발생을 억제하며, 또한 양호한 비드 형상 및 슬래그 박리성을 얻기 위해서, MnO의 함유량은 5.0% 이하이며, 3.0% 이하가 바람직하고, 2.5% 이하가 보다 바람직하다.
한편, 여기에서 말하는 MnO 함유량은, JIS Z 3352:2010에 규정되는 방법(예를 들어 JIS M 8232:2005 등)으로 분석하여 얻은 플럭스의 전체 Mn량을, MnO로 환산한 값이다.
FeO(Fe와 Fe 산화물의 FeO 환산치): 0.5∼5.0%
Fe는, 탈산 현상을 촉진하여, 내포크마크성을 높이는 효과가 있고, 주로, Fe-Si 등의 금속분의 형태로 첨가된다. 전술한 효과는, 그 존재량에 비례하므로, 특히 용접 전원이 직류식인 경우에 충분한 효과를 얻기 위해서, FeO의 함유량은, Fe와 Fe 산화물의 FeO 환산치로 0.5% 이상이며, 내포크마크성의 관점에서, 1.0% 이상이 바람직하고, 1.5% 이상이 보다 바람직하고, 2.5% 이상이 더 바람직하다. 한편, 슬래그의 응고 온도에 영향을 주어, 비드 외관, 비드 형상 및 슬래그 박리가 열화되는 것을 막기 위해서, FeO의 함유량은 5.0% 이하이며, 4.5% 이하가 바람직하다.
한편, 여기에서 말하는 FeO의 함유량은, JIS Z 3352:2010에 규정되는 방법(예를 들어 JIS M 8202:2000 등)으로 분석하여 얻은 플럭스의 전체 Fe량을, FeO로 환산한 값이며, 금속분으로서 첨가되는 Fe 이외에, FeO, Fe2O3 및 Fe3O4 등이 포함되는 경우가 있다.
SiO2: 10.0∼20.0%
SiO2는, 용융 슬래그에 적당한 점성을 주는 것에 의해, 주로 비드 외관 및 비드 형상을 양호하게 하는 효과가 있다. 용융 슬래그의 점성 저하에 의한 비드 외관 및 비드 형상의 열화를 억제하기 위해서, SiO2의 함유량은 10.0% 이상이며, 17.0% 이상이 바람직하다. 한편, 과잉인 SiO2는 비드 형상이나 슬래그 박리성 및 인성의 열화를 야기하므로, SiO2의 함유량은 20.0% 이하이며, 19.0% 이하가 바람직하다.
한편, 여기에서 말하는 SiO2 함유량은, JIS Z 3352:2010에 규정되는 방법(예를 들어 JIS M 8214:1995 등)으로 분석하여 얻은 플럭스의 전체 Si량을, SiO2로 환산한 값이다.
Al2O3(Al 및 Al 산화물의 Al2O3 환산치): 13.0∼28.0%
Al2O3은, 용융 슬래그의 박리성이나 저온 인성에 기여하는 성분이며, 용접 시의 비드 형상을 양호하게 하는 효과가 있다. 양호한 비드 형상이나 파목을 실현하기 위해서, Al2O3의 함유량은, Al 및 Al 산화물의 Al2O3 환산치로 13.0% 이상이며, 20.0% 이상이 보다 바람직하다. 한편, 용융 슬래그의 융점이 지나치게 상승하여, 비드단의 슬래그 박리성이 열화되는 것을 막기 위해서, Al2O3의 함유량은 28.0% 이하이며, 27.0% 이하가 보다 바람직하다.
한편, 여기에서 말하는 Al2O3의 함유량은, JIS Z 3352:2010에 규정되는 방법(예를 들어 JIS M 8220:1995 등)으로 분석하여 얻은 플럭스의 전체 Al량을, Al2O3으로 환산한 값이다.
TiO2(Ti 및 Ti 산화물의 TiO2 환산치): 13.0∼28.0%
TiO2는, 용융 슬래그의 박리성이나 저온 인성에 기여하는 성분이며, 용접 시의 비드 형상을 양호하게 하는 효과가 있다. 양호한 비드 형상이나 파목을 실현하고, 저온 인성의 열화를 억제하기 위해서, TiO2의 함유량은, Ti 및 Ti 산화물의 TiO2 환산치로 13.0% 이상이며, 15.0% 이상이 바람직하다. 한편, 용융 슬래그의 융점이 지나치게 상승하여, 비드단의 슬래그 박리성이 열화되는 것을 막기 위해서, TiO2의 함유량은 28.0% 이하이며, 24.0% 이하가 보다 바람직하다.
한편, 여기에서 말하는 TiO2의 함유량은, JIS Z 3352:2010에 규정되는 방법(예를 들어 JIS M 8219:2012 등)으로 분석하여 얻은 플럭스의 전체 Ti량을, TiO2로 환산한 값이다.
상기에서 나타낸 성분 중, MgO, SiO2, Al2O3및 TiO2의 합계의 함유량(MgO+SiO2+Al2O3+TiO2)은, 양호한 슬래그 박리성을 얻기 위해서 65% 이상이며, 67% 이상이 바람직하다. 한편, MgO+SiO2+Al2O3+TiO2는, 비드 형상의 열화를 억제하기 위해서 75% 이하이며, 73% 이하가 바람직하다.
또한, Al2O3의 함유량과 TiO2의 함유량의 비(Al2O3/TiO2)는, 비드 형상이나 파목의 열화를 막기 위해서, 0.5 이상이며, 1.0 이상이 바람직하다. 한편, Al2O3/TiO2는, 슬래그 박리성의 열화나 슬래그 소부의 발생을 막기 위해서, 2.0 이하이며, 1.5 이하가 바람직하다.
본 실시형태의 플럭스는, 전술한 성분에 더하여, 질량 분율로의 함유량이 추가로 CaO: 0.2∼3.0%, ZrO2: 5% 이하(0%를 포함한다), 및 B2O3: 0.03∼0.15% 중 적어도 1 이상을 만족시키는 것이 바람직하다.
CaO: 0.2∼3.0%
본 실시형태의 플럭스는, 전술한 성분에 더하여, CaO를 함유하고 있어도 된다.
CaO는, 슬래그의 염기도를 높여 용접 금속의 청정도를 높임과 함께, 용융 슬래그의 유동성에도 영향을 주는 성분이며, 그 존재량에 비례하여, 전술한 효과가 발휘된다. 용융 슬래그의 유동성을 작게 하여, 비드의 외관 및 형상을 보다 향상시키기 위해서, CaO의 함유량은 3.0% 이하가 바람직하다. 한편, CaO의 함유량의 하한치는, 특별히 한정되지 않지만, 용접 금속의 청정도 향상의 관점에서, 0.2% 이상인 것이 바람직하다.
한편, 본 실시형태의 플럭스에는, Ca 성분으로서 CaO 이외에, 전술한 CaF2가 포함된다. 이 때문에, 여기에서 말하는 CaO의 함유량은, JIS Z 3352:2010에 규정되는 방법으로 분석하여 얻은 전체 Ca량 및 전체 F량으로부터 구해지는 환산치이다. 따라서, CaF2량이 다량인 경우는, JIS Z 3352:2010에 준거하면, CaO가 0이 되는 경우도 존재한다.
ZrO2: 5.0% 이하(0%를 포함한다)
ZrO2는, 용융 슬래그의 점성 및 응고 온도에 영향을 줌과 함께, 고속도의 용접으로 아크 안정성, 양호한 비드 형상 및 비드 외관, 양호한 슬래그 박리성을 얻기 위해서는 극히 중요한 성분이다. 본 실시형태의 플럭스는 ZrO2를 포함하지 않아도 되지만, 함유하는 경우, 그 함유량은 0.4질량% 이상이 바람직하다. 슬래그 박리성이나 비드 형상의 열화를 막기 위해서는, ZrO2의 함유량은 5.0% 이하가 바람직하고, 1.0% 이하가 보다 바람직하다. 여기에서, ZrO2의 함유량은, 플럭스에 포함되는 전체 Zr을 ZrO2 환산한 것이고, 예를 들어 JIS R 2216:2005에 준거하여 분석된다.
B2O3: 0.03∼0.15%
본 실시형태의 플럭스는, 전술한 성분에 더하여, 산화 붕소, 붕사 등을 원료로 하는 B2O3을 함유하고 있어도 된다. B2O3은 용융 금속의 인성 향상에 유효한 성분이며, 용융 금속의 저온 인성의 저하를 막기 위해서, 그 함유량은 0.03% 이상이 바람직하다. 한편, 과잉인 B2O3은, 용융 금속을 경화시켜 고온 균열을 야기하여, 인성을 저하시킬 우려가 있으므로, B2O3의 함유량은 0.15% 이하가 바람직하다.
또한, 본 실시형태의 플럭스는, 전술한 성분 조성을 만족시키는 것에 더하여, 700∼1200℃에서 소성된 고온 소성형 플럭스인 것이, 플럭스 내의 수분을 감소시켜, 내기공결함성을 향상시키기 위해서 바람직하다. 소성 온도는 800℃ 이상이 보다 바람직하다.
한편, 당해 고온 소성형 플럭스임은, 플럭스 중의 수용성 SiO2의 함유량에 의해 판단할 수도 있다. 일반적으로, 800℃ 이상에서 소성된 플럭스의 수용성 SiO2의 함유량은 1.0% 미만이다.
수용성 SiO2는, 주로 물유리 등의 결합제에서 유래하고, 그 양을 저감하려면, 결합제가 비수용성으로 변화하는 온도 이상에서 플럭스를 소결하는 것이 유효하다. 구체적으로는, 소성 온도를 700℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 800℃ 이상이 보다 바람직하다. 수용성 SiO2의 함유량은, 주로 소성 온도를 조정함으로써 제어할 수 있다.
플럭스 중의 수용성 SiO2의 함유량은, 이하의 방법에 의해 측정할 수 있다. 먼저, 플럭스를 진동 밀로 입경 300μm 이하로 분쇄하고, 거기로부터 측정용 시료를 약 0.2g 채취한다(스텝 1). 다음에, 석영제 삼각 플라스크에, 전술한 측정용 시료와 증류수 100ml를 넣고, 자비(煮沸)하에서 4시간, 가용성 성분을 추출한다(스텝 2). 그 후, 추출액을 12시간 이상 방치한 후, 추출액 중의 침전물 및 부유물 등을 제거하고, 흡광 광도법으로 Si를 정량한다(스텝 3).
한편, 여기에서 말하는 수용성 SiO2의 함유량이란, 전술한 방법으로 분석하여 얻은 플럭스의 전체 Si량을 SiO2로 환산한 값이며, 전술한 전체 SiO2와는 구별하여, 그 함유량을 특정하는 것이다.
플럭스에 포함되는 상기 이외의 성분은, Ba, Li, P 및 S 등의 불가피적 불순물이다. 이들 불가피적 불순물 중, Ba 및 Li 등의 함유량은 각각 1.0% 이하로 규제하는 것이 바람직하고, 특히 용접 품질에 영향을 주는 P 및 S의 함유량은 각각 0.05% 이하로 규제하는 것이 바람직하다. 또한, Ba, Li, P 및 S 등의 함유량은, 합계로 3% 이하인 것이 바람직하다.
(제조 방법)
본 실시형태의 플럭스를 제조하는 경우는, 예를 들어, 전술한 조성이 되도록 원료분(粉)을 배합하고, 결합제와 함께 혼련한 후, 조립하고, 소성한다. 그 때, 결합제(바인더)로서는, 예를 들어, 규산 나트륨 등을 사용할 수 있다. 또한, 조립법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 전동식 조립기나 압출식 조립기 등을 이용하는 방법이 바람직하다.
조립 후의 소성은, 로터리 킬른, 정치식 배치로 및 벨트식 소성로 등으로 행할 수 있다. 그 때의 소성 온도는, 전술한 바와 같이 결합제를 비수용성으로 변화시키기 위해서, 700℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 800℃ 이상이 보다 바람직하다. 상한은 특별히 제한되지 않지만, 통상 1200℃ 이하이다.
이상 상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 플럭스는, 각 성분의 함유량이 특정의 범위로 규정됨과 함께, 특정의 관계식을 만족시키기 때문에, 고속 용접 시에 양호한 슬래그 박리성, 비드 형상, 및 비드 외관을 얻는 것이 가능하다. 또한, 내기공결함성도 우수하고, 저온 인성의 열화도 적은 용접부를 얻는 것도 가능하다.
박판 고속 서브머지드 아크 용접이나 스파이럴 용접은, 1전극 또는 2전극으로 용접하는 경우가 많고, 조관용의 용접은 2전극∼4전극으로 용접된다. 또한, 용접이 고속으로 됨에 따라, 비드 외관이나 슬래그 박리성의 열화, 블로 홀 등의 기공 결함은 발생하기 쉬워지고, 고전류에서의 고속 서브머지드 아크 용접에 있어서는, 용접 금속의 기계적 성질, 특히 인성이 열화되기 쉬워진다. 이에 반하여, 본 실시형태에 따른 플럭스는 1전극 용접의 경우에는 60cm/분, 2전극 용접의 경우에는 200cm/분 정도의 속도의 고속 서브머지드 아크 용접을 행해도, 상기 효과를 얻을 수 있다.
(용접 조건)
본 실시형태에 따른 플럭스를 이용한 1전극 용접의 조건으로서, 예를 들어 이하의 조건을 예시할 수 있지만, 본 발명은 하기 조건에 전혀 한정되는 것은 아니다. 한편, 1st는 강판의 표면측의 용접, 2nd는 강판의 이면측의 용접을 의미한다.
극성: DCEP,
용접 전류: 400∼700A(1st), 600∼850A(2nd),
아크 전압: 26∼34V(1st), 28∼36V(2nd),
용접 속도: 60∼150cm/분(1st, 2nd),
강종: 연강∼고장력강(590MPa),
판 두께: 9∼20mm,
돌출 길이: 15∼45mm.
본 실시형태에 따른 플럭스를 이용한 2전극 용접의 조건으로서, 예를 들어 이하의 조건을 예시할 수 있지만, 본 발명은 하기 조건에 전혀 한정되는 것은 아니다.
용접 전류/아크 전압: 800∼1200A/26∼34V(1st, L극(DC)), 450∼850A/30∼38V(1st, T극(AC)), 1000∼1500A/26∼34V(2nd, L극), 450∼850A/30∼38V(2nd, T극),
용접 속도: 100∼400cm/분(1st, 2nd),
전극 배치: L극과 T극이 이루는 각이 10∼45°, 하방 경사 0∼6°,
강종: 연강∼고장력강(590MPa).
실시예
이하에 실시예를 들어 본 실시형태를 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.
화학 조성이 질량% 표시로 C: 0.10∼0.20%, Si: 0.01∼0.10%, Mn: 1.70∼2.20%, P: 0.03% 이하, S: 0.03% 이하인 와이어를 사용하여, 도 1에 나타내는 전극 배치에서, 하기의 용접 조건에 의해, 표 1 및 2에 나타내는 플럭스를 이용한 고속 서브머지드 아크 용접을 행했다.
극성: DCEP,
용접 전류: 550A(1st), 750A(2nd),
아크 전압: 30V(1st), 32V(2nd),
용접 속도: 60cm/분(1st, 2nd),
입열량: 16.5kJ/cm(1st), 24.0kJ/cm(2nd),
강종: 연강∼고장력강(590MPa),
판 두께: 12mm,
돌출 길이: 30mm.
＜평가 방법＞
얻어진 용접부에 대해, 비드 외관, 비드 형상, 슬래그 박리성, 내기공결함성, 및 저온 인성의 평가를 행했다. 결과를 표 3 및 4에 나타내지만, 이들 평가 결과 중 모두가 ○인 것을 합격으로 했다.
(비드 외관)
비드 외관의 평가는 주로 비드의 파목이나 광택에 관한 평가이며, 용접부를 육안 관찰하는 것에 의해 행했다. 그 결과, 비드의 파목에 흐트러짐이 없고 비드에 금속 광택이 있던 것을 ○, 비드 파목이 사행(蛇行)하고 있던 것을 △, 비드단이 고르지 않은 것을 ×로 했다.
(비드 형상)
비드 형상의 평가는, 주로 비드의 요철이나 모재로의 친숙성에 관한 평가이며, 용접부를 육안 관찰하는 것에 의해 행했다. 그 결과, 비드 형상에 있어서의 덧붙임의 높이가 4mm 미만이었던 것을 ○, 4mm 이상이었던 것을 ×로 했다.
(슬래그 박리성)
슬래그 박리성은, 슬래그 제거의 용이성이나 소부의 유무에 의해 평가했다. 구체적으로는, 슬래그가 자연 박리되고, 소부가 없었던 것을 ○, 일부가 자연 박리되지 않고, 소부가 발생한 것을 △, 전면에서 자연 박리되지 않고, 소부가 발생한 것을 ×로 했다.
(내기공결함성)
내기공결함성은 포크마크 발생률로 평가했다. 포크마크의 발생이 없었던 것을 ○, 단위 용접 길이(20cm)당 1 또는 2개의 포크마크가 발생한 것을 △, 단위 용접 길이(20cm)당 3개 이상의 포크마크가 발생한 것을 ×로 했다.
(저온 인성)
저온 인성은, 전용착(全溶着) 금속을 제작하여 실측했다. JIS Z 3118:2007에 준거한 시험 조건의 샤르피 충격 시험에 의해 -20℃에서의 충격치의 측정을 행했다. 당해 충격치가 47J 이상인 것을 ○, 27J 이상 47J 미만인 것을 △, 27J 미만인 것을 ×로 했다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
이상의 결과로부터, 본 실시형태에 따른 플럭스를 이용한 고속 서브머지드 아크 용접은, 비드 외관, 비드 형상, 슬래그 박리성, 내기공결함성, 및 저온 인성의 어느 것에 있어서도 양호한 결과가 얻어졌다.
한편, MgO가 과잉이면 비드 형상, 슬래그 박리성, 내기공결함성이 저하되고, 과소이면 슬래그 박리성이 열화되었다. SiO2가 과잉이면 비드 형상이 열화되고, 과소이면 비드 외관, 슬래그 박리성, 기공 결함이 열화되었다. Al2O3이 과잉이면 비드 외관과 슬래그 박리성이 열화되고, 과소이면 비드 외관, 비드 형상, 내기공결함성, 및 저온 인성이 열화되었다. TiO2가 과잉이면 비드 외관과 슬래그 박리성이 열화되고, 과소이면 비드 외관, 비드 형상, 슬래그 박리성, 내기공결함성, 및 저온 인성의 모두가 열화되었다. (MgO+SiO2+Al2O3+TiO2)의 합계의 함유량이 과잉이면 비드 형상, 슬래그 박리성 및 저온 인성이 열화되고, 과소이면 비드 외관, 슬래그 박리성, 내기공결함성, 및 저온 인성이 열화되었다. Al2O3의 함유량과 TiO2의 함유량의 비(Al2O3/TiO2)가 2.0 초과이면 슬래그 박리성이 열화되고, 0.5 미만이면 비드 외관, 슬래그 박리성, 내기공결함성, 및 저온 인성이 열화되었다.
또한, FeO가 과잉이면 비드 형상, 슬래그 박리성, 내기공결함성, 및 저온 인성이 열화되고, 과소이면 비드 형상, 슬래그 박리성, 및 저온 인성이 열화되었다. MnO가 과잉이면 비드 형상, 슬래그 박리성, 및 저온 인성이 열화되고, 과소이면 슬래그 박리성, 내기공결함성, 및 저온 인성이 열화되었다. CaF2가 과잉이면 비드 외관 및 내기공결함성이 열화되고, 과소이면 슬래그 박리성 및 저온 인성이 열화되었다. Na2O 및 K2O의 합계의 함유량이 과잉이면 비드 외관이 열화되고, 과소이면 비드 형상이 열화되었다.
본 발명을 특정의 태양을 참조하여 상세히 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 떠나지 않고 다양한 변경 및 수정이 가능함은, 당업자에게 있어 분명하다. 한편, 본 출원은, 2018년 3월 29일부로 출원된 일본 특허출원(특원 2018-64990)에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다. 또한, 여기에 인용되는 모든 참조는 전체로서 원용된다.

Claims (3)

  1. 고속 용접에 이용되는 소성형의 서브머지드 아크 용접용 플럭스로서,
    질량 분율로의 함유량이
    CaF2: 10.0∼20.0%,
    MgO: 8.0∼15.0%,
    Na2O 및 K2O의 합계: 2.1∼3.5%,
    MnO: 1.5∼5.0%,
    FeO: 0.5∼5.0%,
    SiO2: 10.0∼20.0%,
    Al2O3: 13.0∼28.0%, 및
    TiO2: 13.0∼28.0%를 만족시키고,
    추가로 65≤(MgO+SiO2+Al2O3+TiO2)≤75, 및
    0.5≤(Al2O3/TiO2)≤2.0의 관계를 만족시키는 서브머지드 아크 용접용 플럭스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    질량 분율로의 함유량이 추가로
    CaO: 0.2∼3.0%,
    ZrO2: 5.0% 이하(0%를 포함한다), 및
    B2O3: 0.03∼0.15% 중 적어도 1 이상을 만족시키는 서브머지드 아크 용접용 플럭스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    700∼1200℃에서 소성된 고온 소성형 플럭스인 서브머지드 아크 용접용 플럭스.
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