KR20210031511A

KR20210031511A - 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법 및 수직 방향 협개선 용접 조인트

Info

Publication number: KR20210031511A
Application number: KR1020217004968A
Authority: KR
Inventors: 료 아라오; 쇼헤이 고즈키; 케이지 우에다; 나오야 하야카와
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2021-03-19
Also published as: JPWO2020054717A1; WO2020054717A1; CN112512739A; KR102425296B1; JP6881616B2

Abstract

후육(厚肉) 고강도 강재를 이용한, 용접부 인성이 우수한 수직 방향 협개선(narrow-groove) 용접 조인트의 제조 방법을 제공한다. 2매의 강재를, 개선 각도(groove angle)가 20° 이하의 협개선을 통하여 맞대고, 위빙(weaving)을 이용하는 수직 방향 가스 실드 아크 용접에 의해 접합할 때에, 당해 수직 방향 가스 실드 아크 용접에 있어서의, 수직 방향 용접의 상진(上進) 속도 v(㎜/min)와 상기 위빙의 1주기에 필요로 하는 시간(s)의 역수 f(s^－1)를, v/60/f≤9.0을 만족하는 범위로 조정한다.

Description

수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법 및 수직 방향 협개선 용접 조인트

본 발명은, 선박이나 건축·토목 등의 분야에 있어서의 각종 강 구조물에서 이용되는 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 판두께가 40㎜ 이상인 후육(厚肉)의 고강도 강재끼리를 수직 방향 협개선(narrow-groove) 가스 실드 아크 용접법으로 접합한, 수직 방향 협개선 용접 조인트에 있어서의 용접부 인성을 향상하는, 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법 그리고 수직 방향 협개선 용접 조인트에 관한 것이다.

최근, 선박이나 건축·토목 등의 강 구조물은 점점 대형화하고, 사용되는 강재도 고강도화나 후육화가 적극적으로 진행되고 있다. 이들 강 구조물은, 통상, 용접 접합에 의해 소망하는 형상으로 마무리되고 있다. 그 때문에, 이 용접에 의한 강 구조물(이하, 용접 강 구조물이라고도 함)의 안전성을 확보하는 관점에서, 사용되는 강재에는, 모재의 강도나 인성이 우수한 것에 더하여, 용접부의 강도나 인성도 우수한 것이 요청되고 있다.

또한, 용접 강 구조물의 대형화나 사용하는 강재의 후육화에 수반하여, 강 구조물의 제작 과정에 있어서의 용접, 특히 맞대기 용접에 있어서의 용착량이 증대하고, 나아가서는 용접 시공 시간이 길어져, 시공 비용의 증대를 초래하고 있다는 문제가 있다. 이러한 문제에 대하여, 예를 들면, 판두께에 대하여 좁은 간극의 개선을 아크 용접법에 의해 용접하는, 협개선 가스 실드 아크 용접의 적용이 고려된다. 이 협개선 가스 실드 아크 용접은, 통상의 가스 실드 아크 용접과 비교하여 용착량이 적어져, 용접 시공의 고능률화나 에너지 절약화를 달성할 수 있고, 나아가서는 시공 비용의 저감이 기대된다.

또한, 용접 강 구조물의 제작 시에 있어서는, 수직 방향 용접을 필요로 하는 경우가 있다. 수직 방향의 용접으로서는, 통상, 일렉트로 슬래그 용접이 적용되고 있다. 그러나, 일렉트로 슬래그 용접은, 1패스 대입열(大入熱) 용접이 기본이다. 그 때문에, 판두께가 40㎜를 초과하는 바와 같은 강재를 용접하는 경우에는, 용접 입열이 과다로 되는 결과, 용접부 인성이 저하하는 것이 우려되고 있다. 이러한 점에서, 수직 방향 용접에, 상기한 협개선 가스 실드 아크 용접을 적용한, 고품질이고 또한 고능률적인 용접 방법을 실현하는 것이 요망되고 있다.

이러한 요망에 대하여, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 양측 용접 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 1에 제안된 양측 용접 방법은, 양면 U형 개선 조인트를 TIG 용접하는 양측 용접 방법으로서, 양면 U형 개선 조인트의 판두께 중앙부 또는 그의 근방에 형성되어 있는, 표측의 개선 저부를 최초층 이파(裏波) 용접하고, 최초층 용접 부분을 포함하는 개선 저부로부터 용접 전 개선 깊이 또는 2등분 판두께의 1/5 이상 2/5 이하의 범위인 적층 비드 높이에 도달하거나, 용접 전 개선 깊이의 4/5 이하 3/5 이상의 범위인 잔존 개선 깊이에 도달하거나, 혹은 개선 숄더폭 수축량의 상한값이 2㎜에 접근할 때까지 표측 적층 용접하고, 그 후에 이측(裏側)의 U형 개선 조인트의 개선 저부에서 개선 상부의 최종층까지 이측 적층 용접하고, 그 후에 표측의 나머지 개선 부분에서 개선 상부의 최종층까지 표측 적층 용접한다. 이 용접 방법에서는, 이너트 가스를 이용함으로써 슬래그나 스퍼터의 발생을 억제하고, 적층 결함을 막을 수 있어, 저변형이고 고품질인 양측 적층 용접부를 얻을 수 있다고 되어 있다.

특허문헌 2에는, 협개선 용접 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 2에 제안되어 있는 협개선 용접 방법에서는, 용접 방향으로 연재하는 개선에 삽입된 칩으로부터 돌출하는, 와이어의 선단에 아크를 형성하고, 와이어의 선단이 용접 진행 방향과 반대측에 원호 형상 궤적을 그리도록 반복하는, 오실레이트를 행함과 함께, 오실레이트의 반전 시 정지 시간 및 속도를 제어하여 협개선을 가스 실드 용접한다. 이 때, 협개선의 폭방향 중심 위치를 기점으로 하여, 한쪽의 개선 단부 근방까지 용접 진행 방향으로 오실레이트를 행하는 정진 제1 공정과, 한쪽의 개선 단부 근방에서 소정 시간만큼 오실레이트를 정지하는 진행 제1 공정과, 한쪽의 개선 단부 근방을 기점으로 하여, 협개선의 폭방향 중심 위치까지 용접 진행 방향과 역방향으로 오실레이트를 행하는 역진 제1 공정과, 협개선의 폭방향 중심 위치를 기점으로 하여 다른 한쪽의 개선 단부 근방까지 용접 진행 방향으로 오실레이트하는 정진 제2 공정과, 다른 한쪽의 개선 단부 근방에서 소정 시간만큼 오실레이트를 정지하는 진행 제2 공정과, 다른 한쪽의 개선 단부 근방을 기점으로 하여, 협개선의 폭방향 중심 위치까지 용접 진행 방향과 역방향으로 오실레이트를 행하는 역진 제2 공정에 의해, 1사이클의 용접 공정이 형성된다. 그리고, 오실레이트의 속도는, 연직 방향 하향의 오실레이트 속도가 연직 상향의 오실레이트 속도보다 증속되어 있다. 이에 따라, 스퍼터나 융합 불량을 방지 또는 억제할 수 있다고 되어 있다.

특허문헌 3에는, 수직 방향 용접 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 3에 제안된 수직 방향 용접 방법은, 개선벽을 좌우에 위치시킨 수직 방향 자세의 모재에 대하여 용접 토치를 위빙(weaving)시키면서 아크 용접을 행함에 있어서, 아크 용접의 용접 방향에서 본 운봉(運棒) 패턴이, 좌우의 개선벽을 각각 따른 제1 패턴 부분과, 이들 제1 패턴 부분의 루트측과 개구측을 연결하는 제2 패턴 부분에서 8자형 형상으로 되어 있는 수직 방향 용접 방법이다. 이에 따라, 비드의 편육(偏肉), 용입 불량이나, 언더 컷이나 비드 외관 불량 등을 방지할 수 있다고 되어 있다.

특허문헌 4에는, 수직 방향 일렉트로 가스 용접 장치가 제안되어 있다. 특허문헌 4에 제안된 수직 방향 일렉트로 가스 용접 장치는, 개선 내에 선단이 침입하는 제1 전극, 개선 내의, 제1 전극의 선단보다도 강판의 판두께 방향 x에서 개선 개구측에 가까운 위치로 침입하는 제2 전극, 개선을 따라 상승하는 대차(臺車), 및 대차에 지지되어, 제1 및 제2 전극을 판두께 방향 x에서 요동 구동하는 진동 수단을 구비하고, 실질상 수직으로 세워진 강판의 상하 방향 z로 연장되는 개선에 플럭스 함유 와이어 전극을 공급하면서, 상방향으로 용접한다. 이에 따라, 용접 작업 능률이 향상되고, 극후재(極厚材)의 1패스 용접을 가능하게 한다고 되어 있다.

특허문헌 5에는, 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법이 제안되어 있다. 특허문헌 5에 제안된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법은, 개선 각도를 20° 이하, 개선 갭을 20㎜ 이하로 하고, 판두께가 40㎜ 이상인 2매의 후강재를, 위빙을 이용하는 1층 용접 또는 다층 용접에 의해 접합하는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법이다. 그 때, 용접 와이어로서, REM을 0.015∼0.100질량％ 함유하고, 또한 Se 및 Te 중으로부터 선택한 1종 또는 2종을 합계로 0.005∼0.100질량％ 함유하는 용접 와이어를 이용하여, 최초층 용접 시에, 용접 토치의 각도를 수평 방향에 대하여 10° 이상 75° 이하, 용접 입열을 500kJ/㎝ 이하로 함과 함께, 판두께 방향으로의 위빙 깊이를 15㎜ 이상 50㎜ 이하로 하고, 또한 최초층 용접에 있어서의 용접 비드폭을 W로 한 경우에, 판두께 방향 및 용접선에 직각인 방향으로의 위빙 최대폭을 (W－6)㎜ 이상 W㎜ 이하로 하고, 용접 토치의 위빙을 행한다. 이에 따라, 용접 비드 형상의 안정화와 용접 결함의 발생을 방지하면서, 고품질이며, 고인성의 용접 조인트를 얻을 수 있고, 또한 통상의 가스 실드 아크 용접에 비해, 스퍼터의 발생이 적고, 용접 결함이 특히 적어 용접의 고능률화를 달성할 수 있고, 용접 시공 비용의 대폭적인 저감이 가능하게 된다고 되어 있다.

일본공개특허공보 2009-61483호 일본공개특허공보 2010-115700호 일본공개특허공보 2001-205436호 일본공개특허공보 평10-118771호 일본특허공보 제6119948호

특허문헌 1에 제안된 용접 방법으로 이용하는 TIG 용접은, 비소모 전극 방식으로서, 소모 전극인 강 와이어를 이용하는 MAG 용접이나 CO₂ 용접과 비교하여, 용접법 그 자체의 능률이 크게 뒤떨어진다. 그 때문에, TIG 용접을 사용하는 특허문헌 1에 제안된 양측 용접 방법에서는, 용접 능률의 현저한 증가는 기대할 수 없다.

특허문헌 2에 제안된 용접 방법에서는, 용접 토치의 위빙 방향이, 개선 깊이 방향이 아니고, 강판 표면 방향이기 때문에, 용융 금속이 흘러내리기 전에 용접 토치를 위빙시킬 필요가 있고, 용접 전류를 150A 정도의 저전류로 하고, 1패스당의 용착량(≒입열량)을 억제할 필요가 생긴다. 그 때문에, 이 용접 방법을 후육 강재의 용접에 적용하는 경우에는, 소량 다패스의 적층 용접이 되어, 용입 불량 등의 적층 결함이 많아지는 것 외에, 용접 능률이 크게 저하된다는 문제가 있다.

특허문헌 3에 제안된 수직 방향 용접 방법에서는, 면 각도(개선 각도)는 26.3∼52°로 넓은 편이기는 하지만, 여기에서의 용접 토치의 위빙은 개선 깊이 방향에 대해서도 행해지기 때문에, 1패스당의 용착량을 비교적 많이 취하는 것이 가능하다. 그러나, 개선 깊이 방향의 위빙량이 적고, 또한 용접 금속 및 용접 와이어 조성이 고려되어 있지 않기 때문에, 1패스당의 용착량(≒입열량)을 억제할 필요가 생기고, 1패스당의 용접 깊이는 10㎜ 정도로 얕아진다. 그 때문에, 이 방법을 후육 강재의 용접에 적용하는 경우에는, 역시 소량 다패스의 적층 용접이 되어, 용입 불량 등의 적층 결함이 많아지는 것 외에, 용접 능률이 저하된다는 문제가 있다.

특허문헌 4에 제안된 일렉트로 가스 아크 용접 장치의 사용에 의해, 판두께: 70㎜ 정도까지의 후강재의 접합이 가능하게 되기는 하지만, 입열량이 360kJ/㎝ 정도로 대폭으로 증가한다. 그 때문에, 피용접재(후강판)로의 열 영향이 커지고, 강도, 인성 등의 용접 조인트 특성의 저하가 현저해진다. 또한, 이 2전극의 일렉트로 가스 아크 용접 장치에서는, 개선에 있어서, 이면측에는 세라믹의 뒷받침을, 표면(용접기측)에는 수냉식의 구리판 받침의 가압 기구를 형성하는 것이 불가결하여, 용융 금속의 흘러내림의 걱정이 없는 반면, 용접 장치가 복잡해진다. 또한, 이 2전극의 일렉트로 가스 아크 용접 장치에서는, 1패스 용접이 기본이고, 다패스의 적층 용접으로서 저(低)입열화를 도모하는 것은 곤란하다.

특허문헌 5에 제안된 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 방법은, 위빙을 수반하는 용접이기 때문에, 합금 원소를 많이 함유하는 후육 고강도 강재의 용접 조인트에서는, 반복 열 영향을 받은 부위에서 인성이 현저하게 저하하는 경우가 있었다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고, 용접부 인성이 우수한 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법 및 용접부 인성이 우수한 수직 방향 협개선 용접 조인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 여기에서 말하는 「후육」이란 판두께(두께)가 40㎜ 이상인 경우를 말하고, 「고강도」란 항복 강도가 440㎫ 이상인 경우를 말한다. 또한, 「강재」란, 강판, 형강, 조강, 봉강 등을 포함하는 것으로 한다. 또한, 「협개선」이란, 개선 각도가 20° 이하인 경우를 말한다. 또한, 이 협개선에는, 피용접재가 되는 강재 간의 최소 개선폭(이하, 개선 갭이라고도 함)이, 강재 판두께(두께)의 50％ 이하이고 또한 20㎜ 이하인 경우가 적합하다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 우선, 판두께(두께)가 40㎜ 이상 또한 항복 강도가 440㎫ 이상인 후육 고강도 강재에 대해서, 상기한 용접 강 구조물에 적합한 기계적 특성을 확보하는 데에 필요한, 강의 성분 조성을 검토했다. 그 결과, 상기한 후육 고강도 강재를, 열간 압연과 냉각을 조합한 상용의 제조 방법에 의해, 안정적으로 제조하기 위해서는, 어느 정도의 합금 원소의 첨가는 필요 불가결하고, 강재의 성분 조성으로서, C: 0.03질량％ 이상으로 한 후에,

C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Cu＋Ni)/15

(여기에서, C, Mn, Cr, Mo, V, Cu, Ni: 각 원소의 함유량(질량％)이고, 함유되지 않는 원소의 함유량은 0으로 함)

로 정의되는 퀀칭성 지표가, 다음식 (1)

0.40≤C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Cu＋Ni)/15≤0.50 …(1)

을 만족하는 범위로 성분 조정할 필요가 있는 것을 인식했다.

또한, 후육 고강도 강재끼리를 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접으로 접합하여 용접 조인트를 제조함에 있어서, 위빙을 수반하는 수직 방향 용접을 적용하는 것으로 하고, 위빙을 수반하는 용접의 열 영향에 의한 용접부의 인성 저하에 대해서, 예의 조사했다. 그 결과, 상기한 바와 같은 합금 원소를 다량으로 첨가한 후육 고강도 강재에, 위빙을 수반하는 용접을 적용하여 용접 조인트를 제작한 경우, 반복 용접 열 영향을 받는 영역, 특히, 한 번, 1100℃ 이상의 고온에 노출된 부위(영역)가 재차, Ac₁ 변태점∼Ac₃ 변태점의 온도 영역(2상 영역)으로 재가열되는 영역에서는, 현저하게 취화한 조직이 되는 것을 인식했다. 이는, 조대화한 결정립 및 그의 입계에 경질층이 생성되는 것에 의한다고 생각된다.

그래서, 상기의 용접에 있어서, 한 번, 1100℃ 이상의 고온에 노출된 부위(영역)가 재차, Ac₁ 변태점∼Ac₃ 변태점의 온도 영역(2상 영역)으로 재가열되는 것을 회피하는 방책에 대해서, 예의 검토했다. 그 결과, 위빙을 수반하는 용접 조건을 적정 범위로 조정하는 것에 생각이 미쳤다. 즉, 수직 방향 상진(上進) 용접 속도 v(㎜/min)와 위빙의 1주기에 필요로 하는 시간의 역수 f(s^－1)가, 다음식 (2)

2v/60/f≤9.0　……(2)

를 만족하도록, 위빙을 수반하는 용접 조건을 조정하면, 용접부 인성의 현저한 저하는 확인되지 않은 것을 발견했다. 상기한 식 (2)를 만족하도록, 위빙을 수반하는 수직 방향 용접을 적용하면, 한 번, 1100℃ 이상의 고온에 노출된 영역이, 위빙의 1주기 후에, 재차, Ac₁ 변태점∼Ac₃ 변태점의 온도 영역(2상 영역)으로 재가열되는 일은 없다. 따라서, 용접 조인트부 인성의 현저한 저하를 막을 수 있다. 또한, 상기한 식 (2)는, 용접 입열량에 의존하지 않고, 성립한다.

본 발명은, 상기한 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 2매의 강재를, 개선 각도가 20° 이하의 협개선을 통하여 맞대고, 위빙을 이용하는 수직 방향 가스 실드 아크 용접에 의해 접합하는 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법으로서,

상기 강재를, 질량％로,

C: 0.03∼0.15％,

Si: 0.01∼0.10％,

Mn: 1.0∼2.5％,

P: 0.02％ 이하 및

S: 0.01％ 이하

를 포함하고, 또한, 하기식 (1)을 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 성분 조성을 갖고, 항복 강도가 440㎫ 이상인 강재로 하고,

상기 수직 방향 가스 실드 아크 용접에 있어서의, 수직 방향 용접의 상진 속도 v(㎜/min)와 상기 위빙의 1주기에 필요로 하는 시간(s)의 역수 f(s^－1)를, 하기식 (2)를 만족하는 범위로 조정하는 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법.

　　　　　　　　　　　　　　기

0.40≤C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Cu＋Ni)/15≤0.50 ……(1)

여기에서, C, Mn, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni는 각 원소의 함유량(질량％)이고, 함유되지 않는 원소의 함유량은 0으로 한다.

2v/60/f≤9.0　　　　……(2)

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 위빙은, 용접선 방향에서 본 용접 토치의 위빙 패턴이 ㄷ자형인 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로,

Al: 0.005∼0.100％,

Cu: 0.01∼1.00％,

Ni: 0.01∼1.00％,

Nb: 0.003∼0.030％,

Ti: 0.003∼0.030％,

N: 0.0020∼0.0100％ 및

Ca: 0.0003∼0.0030％

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법.

(4) 상기 (1), (2) 또는 (3)에 있어서, 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로,

Cr: 0.01∼0.50％,

Mo: 0.01∼0.50％,

V: 0.001∼0.100％,

B: 0.0003∼0.0030％,

Mg: 0.005∼0.0100％,

Zr: 0.0010∼0.0200％ 및

REM: 0.0005∼0.0100％

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법에 의해 제조된 수직 방향 협개선 용접 조인트.

(6) 2매의 강재를, 개선 각도가 20° 이하의 협개선을 통하여 접합된 수직 방향 협개선 용접 조인트로서,

상기 강재는, 질량％로,

C: 0.03∼0.15％,

Si: 0.01∼0.10％,

Mn: 1.0∼2.5％,

P: 0.02％ 이하 및

S: 0.01％ 이하

를 포함하고, 또한, 하기식 (1)을 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 성분 조성을 갖고, 항복 강도가 440㎫ 이상이고,

샤르피 충격 시험의 시험 온도: －20℃에 있어서의 흡수 에너지 E_－20(J)이 80J 이상인, 용접 본드부를 갖는 수직 방향 협개선 용접 조인트.

　　　　　　　　　　　　　　기

0.40≤C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Cu＋Ni)/15≤0.50 ……(1)

(7) 상기 (6)에 있어서, 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로,

Al: 0.005∼0.100％,

Cu: 0.01∼1.00％,

Ni: 0.01∼1.00％,

Nb: 0.003∼0.030％,

Ti: 0.003∼0.030％,

N: 0.0020∼0.0100％ 및

Ca: 0.0003∼0.0030％

중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 수직 방향 협개선 용접 조인트.

(8) 상기 (6) 또는 (7)에 있어서, 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로,

Cr: 0.01∼0.50％,

Mo: 0.01∼0.50％,

V: 0.001∼0.100％,

B: 0.0003∼0.0030％,

Mg: 0.005∼0.0100％,

Zr: 0.0010∼0.0200％ 및

REM: 0.0005∼0.0100％

본 발명에 의하면, 판두께가 40㎜ 이상이고 또한 항복 강도가 440㎫ 이상인 후육 고강도 강재라도, 용접 열 영향부의 인성이 우수한, 고품질인 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 조인트를 고능률로 제작하는 것이 가능해져, 용접 강 구조물의 용접 시공 비용을 대폭으로 저감할 수 있고, 산업상 현격한 효과를 가져온다.

도 1은 개선 형상의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 2는 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 조인트의 용접 접합의 요령을 개략적으로 나타내는 설명도이다.
도 3은 위빙 패턴을 나타내는 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명의 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 조인트의 제조 방법에서는, 피용접재로서, 예를 들면 판두께 40㎜ 이상의 후육이고, 또한 항복 강도 440㎫ 이상의 후육 고강도 강재를 사용한다. 또한, 일반의 압연 강재에서는, 강재의 판두께는 100㎜를 상한으로 하는 것이 일반적이다. 그 때문에, 강재의 판두께는 100㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.

우선, 사용하는 후육 고강도 강재의 성분 조성(강재 조성)에 대해서 설명한다. 이하, 강재의 성분 조성에 있어서의 질량％는, 간단히 ％로 기재한다.

C: 0.03∼0.15％

C는, 강의 강도를 높이는 작용을 갖는 원소이고, 소망하는 고강도를 확보하기 위해, 본 발명에서는, 0.03％ 이상을 함유시킨다. 한편, 0.15％를 초과하여 함유하면, 용접부 근방에서, 섬 형상 마르텐사이트가 생성되기 쉬워져, 용접부의 인성 저하를 초래한다. 이 때문에, C는 0.03∼0.15％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.05∼0.10％이다.

Si: 0.01∼0.10％

Si는, 강을 용제할 때의 탈산제로서 작용하는 원소이고, 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.01％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.10％를 초과하여 함유하면, 용접부 근방에서 섬 형상 마르텐사이트가 생성되어, 용접부의 인성 저하를 초래하게 된다. 이 때문에, Si는 0.01∼0.10％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는 0.02∼0.08％이다.

Mn: 1.0∼2.5％

Mn은, 강의 강도를 높이는 작용을 갖는 원소이고, 본 발명에서는, 소망하는 모재 강도를 확보하기 위해, 1.0％ 이상 함유시킨다. 한편, 2.5％를 초과하여 함유하면, 용접부 근방의 인성이 현저하게 저하한다. 이 때문에, Mn은 1.0∼2.5％의 범위로 한정했다. 또한, 바람직하게는, 1.2∼2.2％이다.

P: 0.02％ 이하

P는, 용접부 근방에서의 섬 형상 마르텐사이트의 생성을 촉진하고, 과도의 함유는 용접부의 인성을 크게 저하시킨다. 이 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 0.02％ 이하이면 허용할 수 있다. 이 때문에, 본 발명에서는, P는 0.02％ 이하로 한정했다. 또한, 바람직하게는, 0.016％ 이하이다.

S: 0.01％ 이하

S는, 주로 황화물계 개재물로서 강 중에 존재하고, 과도하게 함유하면 강재의 인성 저하를 초래한다. 이 때문에, S는 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 0.01％ 이하이면 허용할 수 있다. 또한, 바람직하게는 0.005％ 이하이다.

본 발명에서는, 상기한 성분을 상기한 함유량으로, 또한 퀀칭성 지표(＝C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Cu＋Ni)/15)가, 다음식 (1)을 만족하는 범위로 조정한 성분 조성으로 한다.

0.40≤C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Cu＋Ni)/15≤0.50　　　……(1)

(단, C, Mn, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni는 각 원소의 함유량(질량％))

또한, 위 식 (1)에 기재된 원소를 함유하지 않는 경우에는, 당해 원소의 함유량을 0으로 하여 (1)식을 산출하는 것으로 한다.

본 발명에서는, 소정의 성분 조성을 갖는 용강을 용제하여, 연속 주조법으로 강 소재(슬래브)로 하고, 당해 슬래브에, 재가열, 열간 압연, 냉각을 실시하고, 소정 치수의 후육 고강도 강재로 한다. 또한, 제조 비용을 저감한다는 관점에서, 본 발명에서는, 열처리 등을 가능한 한 실시하는 일 없이, 후육 고강도 강재를 제조한다. 이 때문에, 상기의 퀀칭성 지표 Ceq(＝C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Cu＋Ni)/15)를 소정의 범위 내로 조정한 강재의 성분 조성으로 하는 것으로 했다.

본 발명에서는, 상기 퀀칭성 지표 Ceq가 0.40∼0.50의 범위 내가 되도록, 후육 고강도 강재의 각 성분의 함유량을 조정한다. 즉, 퀀칭성 지표가 0.40 미만에서는, 퀀칭성이 부족하여, 소망하는 강재 강도를 확보할 수 없다. 한편, 퀀칭성 지표가 0.50을 초과하면, 퀀칭성이 과도로 지나치게 증가하여, 용접부 인성이 저하하고, 소망하는 용접부 인성을 확보할 수 없게 된다. 이 때문에, 본 발명에서는, 위 식 (1)을 만족하도록, 성분 조성을 조정하는 것으로 했다. 또한, 바람직하게는 퀀칭성 지표 Ceq가 0.42∼0.48이다.

상기한 성분 조성이 기본이지만, 본 발명에서는, 상기한 기본의 성분 조성에 더하여 추가로, Al: 0.005∼0.100％, Cu: 0.01∼1.00％, Ni: 0.01∼1.00％, Nb: 0.003∼0.030％, Ti: 0.003∼0.030％, N: 0.0020∼0.0100％ 및 Ca: 0.0003∼0.0030％ 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 각 원소의 적합 첨가량 그리고 첨가 이유는, 다음과 같다.

Al: 0.005∼0.100％

Al은, 강의 탈산제로서 작용하는 원소이고, 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.005％ 이상의 함유로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.100％를 초과하여 함유하면, 모재 인성뿐만 아니라, 용접 금속 인성도 저하시킨다. 이 때문에, Al은 0.005∼0.100％의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.010∼0.080％이다.

Cu: 0.01∼1.00％

Cu는, 퀀칭성을 향상시켜, 소망하는 고강도(모재 강도) 확보에 유효하게 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상의 함유로 하는 것이 바람직하다. 한편, 1.00％를 초과하여 함유하면, 상기한 효과가 포화한다. 이 때문에, Cu는 0.01∼1.00％의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.020∼0.080％이다.

Ni: 0.01∼1.00％

Ni는, 강재 강도(모재 강도)를 높임과 함께, 인성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상의 함유로 하는 것이 바람직하다. 한편, 1.00％를 초과하여 함유해도, 효과가 포화한다. 이 때문에, Ni는 0.01∼1.00％의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.01％ 초과 1.00％ 이하이다. 더욱 바람직하게는, 0.20∼0.80％이다.

Nb: 0.003∼0.030％

Nb는, 강재 강도의 향상에 기여하는 유용한 원소이고, 소망하는 강재 강도(모재 강도)를 확보하기 위해서는, 0.003％ 이상의 함유로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.030％를 초과하여 함유하면, 용접부의 인성이 저하한다. 이 때문에, Nb는 0.003∼0.030％의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.008∼0.025％이다.

Ti: 0.003∼0.030％

Ti는, 강재 강도의 향상에 유효하게 기여함과 함께, 응고 시에 질화물(TiN)으로서 석출되고, 오스테나이트립의 조대화를 억제하고, 강재의 인성 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.003％ 이상의 함유로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.030％를 초과하여 함유하면, 석출된 TiN이 조대화하고, 오히려 상기한 효과가 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 이 때문에, Ti는, 0.003∼0.030％의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.008∼0.0025％이다.

N: 0.0020∼0.0100％

N은, TiN의 형성을 통하여 오스테나이트의 입성장을 억제하고, 인성의 향상에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해, 0.0020％ 이상의 함유로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.0100％를 초과하는 함유는, 용접 시의 열로, TiN이 용해하고, 고용 N량이 증대하여 인성을 저하시킬 우려가 있다. 이 때문에, N은 0.0020∼0.0100％의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.0030∼0.0090％이고, 더욱 바람직하게는 0.0035∼0.0085％이다.

Ca: 0.0003∼0.0030％,

Ca는, 황화물계 개재물의 형태 제어에 기여하는 원소이고, 이러한 효과를 통하여 강재의 인성 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.0003％ 이상의 함유로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.0030％를 초과하는 함유는, 청정도의 저하를 초래하고, 인성이 열화할 우려가 있다. 이러한 점에서, Ca는 0.0003∼0.0030％의 범위에서 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.0005∼0.0025％이다.

추가로, 필요에 따라서, Cr: 0.01∼0.50％, Mo: 0.01∼0.50％, V: 0.001∼0.100％, B: 0.0003∼0.0030％, Mg: 0.005∼0.0100％, Zr: 0.0010∼0.0200％ 및 REM: 0.0005∼0.0100％ 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유해도 좋다.

Cr: 0.01∼0.50％, Mo: 0.01∼0.50％, V: 0.001∼0.100％ 및 B: 0.0003∼0.0030％

Cr, Mo, V 및 B는, 모두, 강재의 강도 증가에 기여하는 원소이고, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종 이상 함유할 수 있다.

이러한 효과를 얻기 위해서는, Cr은 0.01％ 이상, Mo는 0.01％ 이상, V는 0.001％ 이상, B는 0.0003％ 이상의 함유로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cr이 0.50％, Mo가 0.50％, V가 0.001％, B가 0.0030％를 각각 초과하여 다량으로 함유하면, 인성에 악영향을 미칠 우려가 있다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Cr: 0.01∼0.50％, Mo: 0.01∼0.50％, V: 0.001∼0.100％, B: 0.0003∼0.0030％의 범위로 하는 것이 바람직하다.

Mg: 0.005∼0.0100％, Zr: 0.0010∼0.0200％ 및 REM: 0.0005∼0.0100％

Mg, Zr 및 REM은, 산화물로서 분산하고, 모재 및 용접부의 인성을 개선하는 작용을 갖는 원소이다. 또한, Mg, Zr 및 REM은, 황화물계 개재물의 형태 제어를 통하여, 인성 향상에 기여하는 유용한 원소이고, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이러한 효과를 발현시키려면, Mg는 0.005％ 이상, Zr은 0.0010％ 이상, REM은 0.0005％ 이상의 함유로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mg 및 REM은 0.0100％를 초과하고, Zr은 0.0200％를 초과하여 함유해도, 그 효과는 포화할 뿐이다. 이 때문에, Mg 및 REM을 함유하는 경우는 각각 0.0100％ 이하, Zr을 함유하는 경우는 0.0200％ 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 불가피적 불순물로서는, O(산소): 0.0080％ 이하를 허용할 수 있다.

다음으로, 본 발명에서 사용하는 후육 고강도 강재의 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명에서 사용하는 강재는, 예를 들면, 전로(轉爐)나 전기로 등의 상용의 용제로에서 용강을 용제하고, 바람직하게는 추가로 RH 탈가스 등의 상용의 2차 정련로에서 2차 정련하고, 상기한 적정한 조성 범위로 조정한 용강을, 연속 주조 공정 또는 조괴-분괴 공정을 거쳐 슬래브 등의 강 소재로 한다. 이어서, 당해 강 소재를 재가열하고, 열간 압연을 실시하여 소망하는 치수 형상의 강재로 한 후, 방랭하는 공정, 열간 압연 후에 가속 냉각 처리를 실시하는 공정, 직접 퀀칭 처리를 실시한 후 템퍼링 처리를 실시하는 공정, 재가열 퀀칭 처리를 실시한 후 템퍼링 처리를 실시하는 공정, 혹은 재가열 노멀라이징 처리를 실시한 후 템퍼링 처리를 실시하는 공정 등을 거쳐, 판두께 40㎜ 이상 또한 항복 강도가 440㎫ 이상인 후육 고강도 강재로 하는 것이 바람직하다. 특히, 가속 냉각 처리 등의 조건이나 템퍼링 처리의 조건을 변경하여, 판두께 40㎜ 이상에서 항복 강도가 440㎫ 이상이 되도록 조정하는 것이 보다 바람직하다.

이어서, 상기한 후육 고강도 강재의 2매를, 피용접재로서, 2매의 후육 고강도 강재를, 개선 각도 θ가 20° 이하 및 개선 갭 G가 20㎜ 이하의 협개선을 통하여, 맞댄다. 그리고, 이들 후육 고강도 강재끼리를, 위빙을 이용하는 수직 방향 가스 실드 아크 용접법에 의해 접합하고, 1층 또는 다층의 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 조인트를 제조한다.

여기에서, 개선 형상은, V형 개선(I형 개선 및 ㄴ형 개선을 포함함) 및 Y형 개선의 어느 것으로 하는 것도 가능하다. 또한, Y형 개선에서는, 다수단의 Y형 개선으로 하는 것도 가능하다. 대표적인 개선 형상을 도 1에 나타낸다. 도 1에 있어서, 부호 1은 강재 및 동(同) 2는 개선면이고, 도 1(a)는 V형 개선, 도 1(b)는 Y형 개선의 예이다.

이하, V형 개선을 예로, 본 발명에 대해서 설명한다. 또한, Y형 개선을 이용한 경우라도 마찬가지이다.

개선 각도 θ: 20° 이하

강재의 개선 각도 θ가 작을수록, 융합 불량 등의 결함을 일으키기 쉽지만, 고능률 용접이 가능해진다. 그래서, 본 발명에서는, 고능률 용접을 지향하여, 개선 각도를 20° 이하로 한정했다. V형 개선에서는 개선 각도가 0°인, I형 개선이, 가장 효율적인 용접이 가능해지지만, 시공 안정성의 관점에서는, 2∼10°로 하는 것이 바람직하다.

개선 갭 G: 강재 판두께의 50％ 이하 또한 20㎜ 이하

개선 갭 G가 강재 판두께의 50％를 초과하거나, 혹은 20㎜를 초과하여 커지면, 용융 금속이 흘러내리기 쉬워져, 용접 시공이 어려워진다. 그 때문에, 용접 전류를 낮게 억제하는 등의 대책이 필요해지지만, 용접 전류를 낮게 억제하면, 슬래그 등의 권입 등의 용접 결함이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 개선 갭은 강재 판두께의 50％ 이하 또한 20㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 시공 능률의 관점에서, 보다 바람직하게는 0㎜ 이상 15㎜ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 피용접재인 강재(1, 1)를, 위빙을 이용하는 수직 방향(상진)의 가스 실드 아크 용접법으로 1층 또는 다중 용접하여, 접합한다. 도 2에, V형 개선을 이용하여 가스 실드 아크 용접법으로 용접 접합할 때의, 요령을 개략적으로 나타낸다. 여기에서, 도 2에 있어서, 부호 3은 뒷받침재, 동 4는 용접 토치, 동 5는 용접 와이어(소모 전극 와이어)이다. 적용하는 가스 실드 아크 용접법에서는, 실드 가스로 실드하면서, 소모 전극 와이어와 피용접재(강재)와의 사이에 아크를 발생시켜, 전극 와이어와 피용접재(강재)를 용융시키는, 상용의 가스 실드 아크 용접법의 어느 것도, 적용할 수 있다. 또한, 가스 실드 아크 용접법으로 사용하는 전극 와이어로서는, 피용접재인 강재의 강도에 대응한, 예를 들면, JIS 규격으로 규정되어 있는 바와 같은, 인장 강도 60킬로급(HT-60급) 강재를 위한 솔리드 와이어로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용하는 수직 방향(상진) 가스 실드 아크 용접에서는, 용접 조건에 대해서, 특별히 한정할 필요가 없다. 그러나, 평균 용접 전류가 지나치게 낮으면, 융합 불량이나 슬래그 권입 등이 일어나기 쉬워진다. 한편, 평균 용접 전류가 과잉으로 지나치게 높으면, 용융 금속의 흘러내림이나, 흄, 스퍼터 등의 발생이 현저해진다. 이 때문에, 평균 용접 전류는, 250A 이상 400A 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 용접 전압은, 용접 전류와 함께 상승하지만, 용접 전압은 25V 이상 40V 이하, 용접 속도(상진)는 1∼15㎝/min으로 하면 좋다. 또한, 사용하는 실드 가스는, 탄산 가스, 또는 탄산 가스와 아르곤 가스와의 혼합 가스 등, 상용의 실드 가스를 모두 적용할 수 있어, 특별히 한정할 필요는 없다.

또한, 본 발명에서 사용하는 수직 방향(상진)의 가스 실드 아크 용접법에서는, 위빙을 이용하는 수직 방향 용접으로 한다. 용접 토치의 위빙 패턴은, 특별히 한정되지 않지만, 용융 금속의 흘러 떨어짐, 용접 결함의 발생을 억제한다는 관점에서, 예를 들면 도 3(a)에 나타내는 바와 같은, 용접선 방향에서 본 용접 토치의 위빙 패턴은 ㄷ자형 것이 바람직하다. ㄷ자형의 위빙 패턴이면, 개선면(2)을 따라 평행하게 용접 토치(4)를 이동시킬 수 있고, 용융 금속의 흘러 떨어짐, 용접 결함의 발생을 억제할 수 있다. 또한, ㄷ자형 이외의 위빙 패턴으로서는, 예를 들면, 도 3(b)∼(d)에 나타내는 바와 같은, V자형, 사다리꼴, 삼각형으로 해도 좋다. 위빙 시의 개선 최심점(最深点)(예를 들면, 도 3(a)에 있어서의 B점, C점)은, 강재 이면(1a)으로부터의 거리에서 통상, 0∼10㎜ 정도이다.

또한, 본 발명에서 사용하는 수직 방향 협개선 용접에서는, 도 3에 나타내는, 판두께 방향의 위빙 깊이 L이나, 판두께 방향 및 용접선에 수직인 방향으로의 위빙폭 W를 한정할 필요는 없지만, 소망하는 접합 깊이에 따라서, 위빙 깊이 L이나, 위빙폭 W를 적절히 조정하는 등, 소망하는 접합 깊이에 대응한 위빙을 행하여 용접하는 것이 바람직하다.

여기에서, 판두께 방향의 위빙 깊이 L로서는, 15∼50㎜로 하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 판두께 방향의 위빙 깊이가 15㎜ 미만에서는, 소망하는 접합 깊이를 얻는 것이 곤란해질 우려가 있다. 한편, 판두께 방향의 위빙 깊이가 50㎜를 초과하면, 소망하는 접합 깊이를 얻는 것이 곤란해질 뿐만 아니라, 용접 입열량이 과다해져, 용접 금속이나 강재의 열 영향부에 있어서 소망하는 기계적 특성을 확보하는 것이 곤란해질 우려가 있다. 또한, 위빙 깊이 L은, 1층 용접인 경우에는 20∼40㎜, 다층 용접인 경우에는, 25∼40㎜로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 위빙 시의 정지 시간(위빙 패턴에 있어서의 A점, B점 등 각 점에 있어서의 정지 시간)은, 0∼0.5초 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 위빙폭 W는, 용접을 행하는 판두께 위치에 있어서의 개선 간의 거리에 맞춰 용융 불량의 발생을 방지할 수 있도록 적절히 조정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 위빙을 수반하는 수직 방향 가스 실드 아크 용접을, 수직 방향 용접의 상진 속도 v(㎜/min)와, 위빙의 1주기에 필요로 하는 시간(s)의 역수 f(s^－1)를, 다음식 (2)

2v/60/f≤9.0　　　　……(2)

를 만족하는 범위로 조정하여, 수직 방향 가스 실드 아크 용접 조인트를 제조한다.

여기에서, 위빙의 1주기란, 개선의 단면 내에 있어서, 용접 토치가 행하는 왕복 운동의 최소 단위에 필요로 하는 시간의 1/2이다. 구체적으로는, 도 3(a)에 있어서 「A→B→C→D→C→B→A」에 필요로 하는 시간의 1/2이고, 마찬가지로, 도 3(b)에 있어서 「A→B→C→B→A」에 필요로 하는 시간의 1/2, 도 3(c)에 있어서 「A→B→C→D→A」에 필요로 하는 시간의 1/2, 도 3(d)에 있어서 「A→B→C→A」에 필요로 하는 시간의 1/2이다.

통상, 위빙을 수반하는 용접에서는, 동일 개소에서 복수회의 재가열에 노출되는 경우가 빈발하고, 특히, 한 번, 1100℃ 이상으로 가열된 영역이, Ac₁ 변태점 이상 Ac₃ 변태점 이하의 온도역(2상 온도 영역)으로 재가열되면, 용접 열 영향부의 현저한 인성 저하를 일으킨다. 이는, 1100℃ 이상으로 가열되어 오스테나이트 결정립이 조대화한 영역이, 2상 온도 영역으로 재가열되면, 입계에 역변태 오스테나이트가 생성되고, 거기에 C(탄소)가 농축되어, 인성 저하의 요인인 경질상(相)이 생성되기 때문이라고 생각되고 있다.

본 발명에서는, 위빙을 수반하는 수직 방향 상진 용접의 상진 속도 v와 위빙의 1주기당의 소요 시간의 역수 f를, 상기한 (2)식을 만족하도록 조정한다. 이에 따라, 한 번, 1100℃ 이상으로 가열된 영역이, Ac₁ 변태점 이상 Ac₃ 변태점 이하의 온도역(2상 온도 영역)으로 재가열되는 것을 방지할 수 있고, 수직 방향 협개선 가스 실드 아크 용접 조인트에 있어서의 용접 열 영향부, 특히, 용접 본드부의 현저한 인성 열화를 방지할 수 있다.

또한, 2v/60/f의 하한에 대해서는 특별히 한정할 필요는 없지만, 용접 시공 효율의 관점에서는, 값이 큰 것이 바람직하다.

이상의 제조 방법에 따라 얻어지는 수직 방향 협개선 용접 조인트는, 샤르피 충격 시험의 시험 온도: －20℃에 있어서의 흡수 에너지 E_－20(J)이 80J 이상인, 용접 본드부를 갖는, 용접부 인성이 우수한 조인트가 된다. 여기에서, 「용접 본드부」란, 조인트의 용접부에 있어서의 샤르피 충격 시험의 노치 바닥에 차지하는 용접 금속과 열 영향부와의 비율이 1:1이 되는 위치를 가리킨다. 이 용접 본드부는, 용접부에 있어서 가장 인성이 낮은 부분이 되는 점에서, 용접 본드부의 －20℃에 있어서의 흡수 에너지 E_－20(J)이 80J 이상이면, 가장 인성이 낮은 본드부의 인성은 확보되고, 따라서 용접 본드부의 다른 용접 부분의 인성도 보장된다.

실시예

이하, 실시예에 기초하여, 추가로 본 발명에 대해서 설명한다.

표 1에 나타내는 성분 조성의 용강을, 고주파 용해로를 이용하여 용제하고, 주형으로 주조하여 강괴(150㎏)로 했다. 얻어진 각 강괴를 가열하고, 열간 압연에 의해, 강편(두께: 200㎜ 이하)으로 했다. 얻어진 강편을, 가열로에 장입하고, 가열 온도: 1150℃에서 2시간 보존유지(保持)한 후, 마무리 압연 온도: 700∼900℃로 하는 열간 압연을 실시하여, 후강판(판두께: 40∼100㎜)으로 했다. 이어서, 판두께 1/2 위치에 있어서의 냉각 속도로 3℃/s 이상이 되는 가속 냉각을, 판두께 1/2 위치에 있어서의 온도로 350℃가 되는 온도(냉각 정지 온도)까지 실시하고, 그 후, 방랭하여, 제품판(모재)으로 했다.

얻어진 제품판(모재)에 대해서, 판두께 1/4 위치로부터 시험편 길이 방향이 압연 방향과 수직 방향이 되도록, JIS 4호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하고, 강재의 인장 특성(항복 강도 YS, 인장 강도 TS)을 측정했다. 또한, 판두께 1/4 위치로부터 시험편 길이 방향이 압연 방향과 평행이 되도록, V노치 시험편을 채취하고, JIS Z 2242-2005의 규정에 준거하여, 시험 온도: －40℃에서 샤르피 충격 시험을 실시하고, 모재의 흡수 에너지 vE_－40(J)을 구했다. 얻어진 결과를 표 2에 나타낸다.

또한, 얻어진 제품판(모재)으로부터, 각 2매의 피용접재를 채취하여, 표 3에 나타내는 협개선 형상이 되도록 맞대고, 표 3에 나타내는 용접 조건으로, 위빙을 수반하는 수직 방향(상진) 가스 실드 용접을 행하고, 수직 방향 협개선 용접 조인트를 제작했다. 또한, 수직 방향 가스 실드 용접에서는, 용접 와이어로서, 인장 강도 60킬로급 강재를 위한 1.2㎜φ의 솔리드 와이어(KC-500)를 이용했다. 또한, 실드 가스로서는 탄산 가스로 했다. 또한, 피용접재의 개선 가공은 가스 절단을 이용하여 행하고, 연삭 등의 개선면의 가공은 행하지 않았다.

제작한 용접 조인트의 표면하 2㎜ 위치로부터, 노치 위치가 용접 본드부가 되도록, V노치 시험편을 채취했다. 또한, 여기에서 말하는 「용접 본드부」란, 시험편의 노치 바닥에 차지하는 용접 금속과 열 영향부의 비율이 1:1이 되는 위치를 가리킨다. 그리고, 시험 온도: －20℃에서, 샤르피 충격 시험을 실시하여, 흡수 에너지 vE_－20(J)을 구했다. 또한, 시험은 각 3개로 하고, 얻어진 흡수 에너지값의 평균을 당해 용접 조인트의 용접 본드부의 흡수 에너지값(J)으로 하고, 용접 본드부 인성을 비교했다.

얻어진 결과를 표 4에 나타낸다.

본 발명예는 모두, 모재의 항복 강도가 440㎫ 이상이고, 또한 시험 온도: －20℃에 있어서의 용접 본드부의 흡수 에너지 vE_－20(J)이 80J을 초과하는 높은 흡수 에너지값을 나타내고, 용접 본드부 인성이 우수한 수직 방향 협개선 가스 실드 용접 조인트로 되어 있다. 한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예에서는, 시험 온도: －20℃에 있어서의 용접 본드부의 흡수 에너지 vE_－20(J)이 80J 미만으로 용접부 인성이 저하되거나, 혹은 모재의 항복 강도가 440㎫ 미만으로 구조물로서의 강도가 부족하다.

1 : 강재(피용접재)
2 : 개선면
3 : 뒷받침재
4 : 용접 토치
5 : 용접 와이어

Claims

2매의 강재를, 개선 각도(groove angle)가 20° 이하의 협개선(narrow-groove)을 통하여 맞대고, 위빙(weaving)을 이용하는 수직 방향 가스 실드 아크 용접에 의해 접합하는 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법으로서,
상기 강재를, 질량％로,
C: 0.03∼0.15％,
Si: 0.01∼0.10％,
Mn: 1.0∼2.5％,
P: 0.02％ 이하 및
S: 0.01％ 이하
를 포함하고, 또한, 하기식 (1)을 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 성분 조성을 갖고, 항복 강도가 440㎫ 이상인 강재로 하고,
상기 수직 방향 가스 실드 아크 용접에 있어서의, 수직 방향 용접의 상진(上進) 속도 v(㎜/min)와 상기 위빙의 1주기에 필요로 하는 시간(s)의 역수 f(s^－1)를, 하기식 (2)를 만족하는 범위로 조정하는 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법.
　　　　　　　　　　　　　　기
0.40≤(C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Cu＋Ni)/15)≤0.50 ……(1)
여기에서, C, Mn, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni는 각 원소의 함유량(질량％)이고, 함유되지 않는 원소의 함유량은 0으로 한다.
2v/60/f≤9.0　　　　……(2)
제1항에 있어서,
상기 위빙은, 용접선 방향에서 본 용접 토치의 위빙 패턴이 ㄷ자형인 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로,
Al: 0.005∼0.100％,
Cu: 0.01∼1.00％,
Ni: 0.01∼1.00％,
Nb: 0.003∼0.030％,
Ti: 0.003∼0.030％,
N: 0.0020∼0.0100％ 및
Ca: 0.0003∼0.0030％
중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법.
제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로,
Cr: 0.01∼0.50％,
Mo: 0.01∼0.50％,
V: 0.001∼0.100％,
B: 0.0003∼0.0030％,
Mg: 0.005∼0.0100％,
Zr: 0.0010∼0.0200％ 및
REM: 0.0005∼0.0100％
중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 수직 방향 협개선 용접 조인트의 제조 방법에 의해 제조된 수직 방향 협개선 용접 조인트.
2매의 강재를, 개선 각도가 20° 이하의 협개선을 통하여 접합된 수직 방향 협개선 용접 조인트로서,
상기 강재는, 질량％로,
C: 0.03∼0.15％,
Si: 0.01∼0.10％,
Mn: 1.0∼2.5％,
P: 0.02％ 이하 및
S: 0.01％ 이하
를 포함하고, 또한, 하기식 (1)을 만족하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물인 성분 조성을 갖고, 항복 강도가 440㎫ 이상이고,
샤르피 충격 시험의 시험 온도: －20℃에 있어서의 흡수 에너지 E_－20(J)이 80J 이상인, 용접 본드부를 갖는 수직 방향 협개선 용접 조인트.
　　　　　　　　　　　　　　기
0.40≤(C＋Mn/6＋(Cr＋Mo＋V)/5＋(Cu＋Ni)/15)≤0.50 ……(1)
여기에서, C, Mn, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni는 각 원소의 함유량(질량％)이고, 함유되지 않는 원소의 함유량은 0으로 한다.
제6항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로,
Al: 0.005∼0.100％,
Cu: 0.01∼1.00％,
Ni: 0.01∼1.00％,
Nb: 0.003∼0.030％,
Ti: 0.003∼0.030％,
N: 0.0020∼0.0100％ 및
Ca: 0.0003∼0.0030％
중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 수직 방향 협개선 용접 조인트.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로,
Cr: 0.01∼0.50％,
Mo: 0.01∼0.50％,
V: 0.001∼0.100％,
B: 0.0003∼0.0030％,
Mg: 0.005∼0.0100％,
Zr: 0.0010∼0.0200％ 및
REM: 0.0005∼0.0100％
중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 수직 방향 협개선 용접 조인트.