KR20210033519A

KR20210033519A - 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어

Info

Publication number: KR20210033519A
Application number: KR1020217005269A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 다카다; 다이치 이즈미; 료 아라오; 쇼헤이 고즈키; 게이지 우에다; 나오야 하야카와; 겐 야마시타; 펑 한
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤; 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2018-08-23
Filing date: 2019-04-01
Publication date: 2021-03-26
Also published as: EP3838474A4; CN112566750A; KR102511652B1; US20210323101A1; EP3838474A1; WO2020039643A1; SG11202101711UA; PH12021550373A1

Abstract

본원 발명은, 용접시에는 흄 발생량이 적고, 고 Mn 강재용의 용접 재료로서 바람직한, 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어를 제공한다. 본원 발명의 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어는, 질량％ 로, C : 0.2 ∼ 0.8 ％, Si : 0.15 ∼ 0.90 ％, Mn : 17.0 ∼ 28.0 ％, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.03 ％ 이하, Ni : 0.01 ∼ 10.00 ％, Cr : 0.4 ∼ 4.0 ％, Mo : 0.01 ∼ 3.50 ％, B : 0.0010 ％ 미만, N : 0.12 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다. 또한, 필요에 따라, V, Ti 및 Nb 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상, Cu, Al, Ca 및 REM 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유해도 된다.

Description

가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어

본 발명은, 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어에 관한 것이고, 특히, 극저온 환경하에서 사용되는 고 (高) Mn 강재 용접용 솔리드 와이어에 관한 것이다.

최근, 환경에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 액화 천연 가스 (이하, LNG라고도 한다) 는, 황을 함유하지 않기 때문에, 황화 산화물 등의 대기 오염 물질을 발생시키지 않는 클린한 연료로 일컬어져, 그 수요가 증가하고 있다. LNG 의 수송 또는 보관을 위해서, LNG 를 수송 또는 저장하는 용기 (탱크) 는, LNG 의 액화 온도인 -162 ℃ 이하의 온도에서, 우수한 극저온 충격 인성 (靭性) 을 유지할 것이 요구되고 있다.

그러나, 우수한 극저온 충격 인성을 유지하는 것의 필요성으로부터, 용기 (탱크) 등의 재료용으로서, 종래, 알루미늄 합금, 9 ％ Ni 강, 오스테나이트계 스테인리스강 등이 사용되어 왔다.

그러나, 알루미늄 합금은, 인장 강도가 낮기 때문에, 구조물의 판 두께를 크게 설계할 필요가 있고, 또 용접성이 나쁘다는 문제가 있다. 또, 9 ％ Ni 강은, 용접 재료로서 고가의 Ni 기 재료를 사용하는 것이 필요하므로, 경제적으로 불리해진다. 또, 오스테나이트계 스테인리스강은, 고가이고, 모재 강도도 낮다는 문제가 있다.

이와 같은 문제로부터, LNG 를 수송 또는 저장하는 용기 (탱크) 용의 재료로서, 최근에는, 질량％ 로, Mn 을 10 ∼ 35 ％ 정도 함유하는 고 Mn 함유 강의 적용이 검토되고 있다. 고 Mn 강은, 극저온에 있어서도, 오스테나이트상이고, 취성 파괴가 발생하지 않으며, 또 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여, 높은 강도를 갖는다는 특징이 있다. 그래서, 이와 같은 고 Mn 함유 강재를 안정적으로 용접할 수 있는 용접 재료의 개발이 요망되고 있었다.

이와 같은 요망에 대해, 예를 들어 특허문헌 1 에는,「극저온 충격 인성이 우수한 고강도 용접 이음매부 및 이것을 위한 플럭스 코어드 아크 용접용 와이어」가 제안되어 있다. 특허문헌 1 에 기재된 플럭스 코어드 아크 용접용 와이어는, 중량％ 로, C : 0.15 ∼ 0.8 ％, Si : 0.2 ∼ 1.2 ％, Mn : 15 ∼ 34 ％, Cr : 6 ％ 이하, Mo : 1.5 ∼ 4 ％, S : 0.02 ％ 이하, P : 0.02 ％ 이하, B : 0.01 ％ 이하, Ti : 0.09 ∼ 0.5 ％, N : 0.001 ∼ 0.3 ％, TiO₂ : 4 ∼ 15 ％, SiO₂, ZrO₂및 Al₂O₃ 중에서 선택된 1 종 이상의 합계 : 0.01 ∼ 9 ％, K, Na 및 Li 중에서 선택된 1 종 이상의 합계 : 0.5 ∼ 1.7 ％, F 와 Ca 중 1 종 이상 : 0.2 ∼ 1.5 ％, 잔부 Fe 및 그 밖의 불가피적 불순물을 함유하는 조성을 갖는 와이어이다. 특허문헌 1 에 기재된 플럭스 코어드 아크 용접용 와이어를 사용하여 용접하면, 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지가 28 J 이상인 우수한 저온 인성, 및 상온 인장 강도가 400 ㎫ 이상인 고강도를 갖는 용접 이음매부가 효과적으로 얻어지고, 또, 와이어 조성을 Mo : 1.5 ％ 이상으로 조정하고 있어, 우수한 내고온 균열성을 갖는 용접 이음매부를 확보할 수 있다고 되어 있다.

일본 공표특허공보 2017-502842호

그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 용접시에 흄의 발생량이 많아져, 용접자가 흄량이 많은 환경하에 노출된다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제를 해결하여, 용접시에는 흄 발생량이 적고, 또한 극저온 환경하에서 사용되는 고 Mn 강재용의 용접 재료로서 바람직한, 고강도와 우수한 극저온 인성을 겸비한 용접 이음매부를 제작할 수 있는, 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 여기서 말하는「용접시의 흄 발생량이 적다」란, JIS Z 3930-2013 에 준거하여, 실드 가스 조성 : 80 ％ Ar ＋ 20 ％ CO₂, 용접 전류 : 250 A 에서 가스 메탈 아크 용접을 실시했을 때의 흄 발생량이 1200 ㎎/min 이하인 경우를 말하는 것으로 한다.

또, 여기서 말하는「고강도」란, JIS Z 3111 의 규정에 준거하여 제작한 용착 금속의 상온 항복 강도 (0.2 ％ 내력) 가 400 ㎫ 이상인 경우를 말하고, 또,「우수한 극저온 인성」이란, JIS Z 3111 의 규정에 준거하여 제작한 용착 금속의, 시험 온도 : -196 ℃ 에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE_-196 이 28 J 이상인 경우를 말하는 것으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해서, 먼저, 가스 메탈 아크 용접시의 흄 발생량에 영향을 주는 요인에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 흄 발생량을 현저하게 저감시키기 위해서는, 용접 재료를, 플럭스 코어드 와이어가 아니라, 솔리드 와이어로 하는 것이 유효한 것에 생각이 미쳤다. 그러나, 플럭스 코어드 와이어보다 신선 (伸線) 가공시의 가공량이 큰 솔리드 와이어에서는, 특히 고 Mn 함유 조성인 경우에 신선 가공시에 균열이나 단선이 발생하기 쉽다는 문제가 있었다. 본 발명자들은, 이와 같은 문제에 대해, 강 중에서 형성되는 질화붕소 및 탄화물을 억제함으로써 신선 가공이 가능해지는 것을 지견하였다. 이와 같은 검토 결과로부터, 솔리드 와이어의 조성을, 하기의 범위로, 특히, C 를 0.2 ∼ 0.8 ％ 로, Si 를 0.15 ∼ 0.9 ％ 로 조정하고, 또한 Mn 을 17.0 ∼ 28.0 ％, Ni 를 0.01 ∼ 10.0 ％, Cr 을 0.4 ∼ 4.0 ％, Mo 를 0.01 ∼ 3.5 ％ 의 특정 범위로 조정하고, 또한 불순물인 B 를 0.0010 ％ 미만, 탄화물 형성 원소인 Ti, Nb, V 를 0.04 ％ 이하로 저감시킴으로써, 신선 가공시의 균열 등의 결함 발생이 없어 솔리드 와이어의 제조성이 우수하고, 또한 용접시에, 흄 발생량이 적으며, 게다가, 상온 항복 강도 (0.2 ％ 내력) 가 400 ㎫ 이상인 고강도이고, 시험 온도 : -196 ℃ 에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE_-196 이 28 J 이상이 되는, 고강도이고 극저온 충격 인성이 우수한 용접 이음매부를 제조할 수 있는 것을 신규로 지견하였다.

본 발명은, 이러한 지견에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것으로서, 본 발명의 요지는, 다음과 같다.

(1) 질량％ 로,

C : 0.2 ∼ 0.8 ％, Si : 0.15 ∼ 0.90 ％,

Mn : 17.0 ∼ 28.0 ％, P : 0.03 ％ 이하,

S : 0.03 ％ 이하, Ni : 0.01 ∼ 10.00 ％,

Cr : 0.4 ∼ 4.0 ％, Mo : 0.01 ∼ 3.50 ％,

B : 0.0010 ％ 미만, N : 0.12 ％ 이하

를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.

(2) 상기 (1) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, V : 0.04 ％ 이하, Ti : 0.04 ％ 이하, 및 Nb : 0.04 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.

(3) 상기 (1) 또는 (2) 에 있어서, 상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Cu : 1.0 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Ca : 0.01 ％ 이하 및 REM : 0.02 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.

본 발명에 의하면, 와이어 제조성이 우수하고, 가스 메탈 아크 용접시에 흄 발생량을 현저하게 억제할 수 있으며, 또한, 고 Mn 함유 강재의 용접 재료로서, 고강도이고 또한 극저온 인성이 우수한 용접 이음매부를 용이하게 제조할 수 있는, 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어를 제공할 수 있어, 산업상 각별한 효과를 발휘한다.

본 발명의 솔리드 와이어는, 고 Mn 함유 강재의 가스 메탈 아크 용접용으로서 바람직한, 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어이다. 본 발명 솔리드 와이어는, 고 Mn 함유 강재끼리를 흄 발생량을 적게 하여 용접할 수 있고, 또한, JIS Z 3111 에 준거하여 제작한 용착 금속이, 상온에 있어서의 0.2 ％ 내력에서 400 ㎫ 이상인 고강도이고, 시험 온도 : -196 ℃ 에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지가 28 J 이상인 극저온 인성이 우수한 용착 금속이 되어, 고강도이고 극저온 인성이 우수한 용접 이음매부를 제작할 수 있는 용접 재료이다.

본 발명 솔리드 와이어는, 기본 조성으로서, 질량％ 로, C : 0.2 ∼ 0.8 ％, Si : 0.15 ∼ 0.90 ％, Mn : 17.0 ∼ 28.0 ％, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.03 ％ 이하, Ni : 0.01 ∼ 10.00 ％, Cr : 0.4 ∼ 4.0 ％, Mo : 0.01 ∼ 3.50 ％, B : 0.0010 ％ 미만, N : 0.12 ％ 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는다.

먼저, 조성의 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 이하, 조성에 있어서의「질량％」는, 간단히「％」로 기재한다.

C : 0.2 ∼ 0.8 ％

C 는, 고용 강화에 의해, 용접 금속의 강도를 상승시키는 작용을 갖는 원소이고, 또, C 는, 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.2 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 그러나, 0.8 ％ 를 초과하여 함유하면, 탄화물이 석출되고, 극저온 인성이 저하되며, 또한, 용접시의 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, C 는 0.2 ∼ 0.8 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, 0.4 ∼ 0.6 ％ 이다.

Si : 0.15 ∼ 0.90 ％

Si 는, 탈산제로서 작용하고, Mn 의 수율을 높임과 함께, 용융 금속의 점성을 높여, 비드 형상을 안정적으로 유지하며, 스퍼터의 발생을 저감시키는 효과가 있다. 그러한 효과를 얻기 위해서는, 0.15 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 그러나, 0.90 ％ 를 초과하여 함유하면, 용접 금속의 극저온 인성을 저하시킨다. 또, Si 는, 응고시에 편석되고, 응고 셀 계면에 액상을 생성하여, 내고온 균열성을 저하시킨다. 그 때문에, Si 는 0.15 ∼ 0.90 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.2 ∼ 0.7 ％ 이다.

Mn : 17.0 ∼ 28.0 ％

Mn 은, 저렴하게, 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이고, 본 발명에서는 17.0 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. Mn 이 17.0 ％ 미만에서는, 용접 금속 중에 페라이트상이 생성되어, 극저온에서의 인성이 현저하게 저하된다. 한편, Mn 이 28.0 ％ 를 초과하면, 응고시에 과도한 Mn 편석이 발생하여, 고온 균열을 유발한다. 그 때문에, Mn 은 17.0 ∼ 28.0 ％ 의 범위로 제한하였다. 또한, 바람직하게는 18.0 ∼ 26.0 ％ 이다.

P : 0.03 ％ 이하

P 는, 결정립계에 편석되어, 고온 균열을 유발하는 원소이고, 본 발명에서는, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.03 ％ 이하이면, 허용할 수 있다. 그 때문에, P 는 0.03 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 과도한 저감은, 정련 비용의 고등 (高騰) 을 초래한다. 그 때문에, P 는 0.003 ％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.

S : 0.03 ％ 이하

S 는, 용접 금속 중에서는, 황화물계 개재물 MnS 로서 존재한다. MnS 는, 파괴의 발생 기점이 되기 때문에, 극저온 인성을 저하시킨다. 그 때문에, S 는 0.03 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 과도한 저감은, 정련 비용의 고등을 초래한다. 그 때문에, S 는 0.001 ％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.

Ni : 0.01 ∼ 10.00 ％

Ni 는, 오스테나이트립계를 강화하는 원소이고, 입계에 편석되어, 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 또, Ni 는, 오스테나이트상을 안정화시키는 효과도 있기 때문에, 더욱 함유량을 증가시키면, 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 그러나, Ni 는 고가의 원소로, 10.00 ％ 를 초과하는 함유는, 경제적으로 불리해진다. 그 때문에, Ni 는 0.01 ∼ 10.00 ％ 로 한정하였다.

Cr : 0.4 ∼ 4.0 ％

Cr 은, 극저온에서는 오스테나이트상을 안정화시키는 원소로서 작용하여, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 또, Cr 은, 용접 금속의 강도를 향상시키는 작용도 갖는다. 또, Cr 은, 용융 금속의 액상선을 높여, 고온 균열의 발생을 억제하는 데에 유효하게 작용한다. 또한, Cr 은, 용접 금속의 내식성을 높이는 데에도 유효하게 작용한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.4 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. Cr 이 0.4 ％ 미만에서는, 상기한 효과를 확보할 수 없다. 한편, 4.0 ％ 를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물이 생성되고, 극저온 인성의 저하를 초래한다. 게다가 또한, 탄화물의 생성에 의해, 와이어 신선시의 가공성이 저하된다. 그 때문에, Cr 은 0.4 ∼ 4.0 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, 0.8 ∼ 3.0 ％ 이다.

Mo : 0.01 ％ ∼ 3.50 ％

Mo 는, 오스테나이트립계를 강화하는 원소이고, 입계에 편석되어, 용접 금속의 강도를 향상시킨다. 이와 같은 효과는 0.01 ％ 이상의 함유에서 현저해진다. 또한, 0.01 ％ 를 초과하는 함유에서는, 고용 강화에 의해 용접 금속의 강도를 향상시키는 작용도 갖는다. 한편, 3.50 ％ 를 초과하여 함유하면, 탄화물로서 석출되고, 열간 가공성이 저하되며, 또, 와이어의 신선시에 균열을 유발시키는 등, 와이어의 제조성이 저하된다. 그 때문에, Mo 는 0.01 ∼ 3.50 ％ 의 범위로 한정하였다.

B : 0.0010 ％ 미만

불순물로서 강 중에 혼입된 B 는, 오스테나이트립계에 편석된다. B 가 0.0010 ％ 이상 혼입된 경우에는, 오스테나이트립계에서 질화붕소를 형성하여, 입계 강도를 저하시킨다. 이 입계 강도의 저하에 의해, 와이어의 신선 가공시에, 오스테나이트립계가 파괴 발생 기점이 되어 단선을 발생시켜, 신선 가공성을 저하시키고, 와이어의 제조성을 저하시킨다. 이 질화붕소의 형성은, B 를 0.0010 ％ 미만으로 제한함으로써 억제할 수 있기 때문에, B 는 0.0010 ％ 미만으로 제한하였다. 또한, 바람직하게는 0.0009 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0008 ％ 이하이다. 또한, 과도한 저감은, 정련 비용의 고등을 초래한다. 그 때문에, B 는 0.0001 ％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.

N : 0.12 ％ 이하

N 은, 불가피적으로 혼입되는 원소이지만, C 와 동일하게, 용접 금속의 강도 향상에 유효하게 기여함과 함께, 오스테나이트상을 안정화시켜, 극저온 인성을 안정적으로 향상시키는 원소이다. 이와 같은 효과는, 0.003 ％ 이상의 함유에서 현저해지기 때문에, 0.003 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.12 ％ 를 초과하여 함유하면, 질화물을 형성하고, 저온 인성이 저하된다. 그 때문에, N 은 0.12 ％ 이하로 한정하였다.

본 발명 솔리드 와이어는, 상기한 성분이 기본 성분이고, 본 발명에서는, 상기한 기본 조성에 더하여 추가로, 선택 성분으로서 필요에 따라, V : 0.04 ％ 이하, Ti : 0.04 ％ 이하, 및 Nb : 0.04 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상, 및/또는, Cu : 1.0 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Ca : 0.01 ％ 이하 및 REM : 0.02 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 선택하여 함유할 수 있다.

V : 0.04 ％ 이하, Ti : 0.04 ％ 이하, 및 Nb : 0.04 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

V, Ti, Nb 는 모두, 탄화물의 형성을 촉진시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 선택하여 1 종 또는 2 종 이상을 함유할 수 있다.

V : 0.04 ％ 이하

V 는, 탄화물 형성 원소이고, 미세한 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하지만, 그러나, 0.04 ％ 를 초과하여 함유하면, 탄화물이 조대화되고, 솔리드 와이어의 신선 가공시에 균열의 발생 기점이 되어, 신선 가공성을 저하시키고, 와이어의 제조성을 저하시킨다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, V 는 0.04 ％ 이하로 한정하였다.

Ti : 0.04 ％ 이하

또, Ti 는, 탄화물 형성 원소이고, 미세한 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여한다. 또, Ti 는, 용접 금속의 응고 셀 계면에 탄화물을 석출시켜, 고온 균열의 발생 억제에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Ti : 0.04 ％ 를 초과하여 함유하면, 탄화물이 조대화되고, 솔리드 와이어의 신선 가공시에 균열의 발생 기점이 되어, 신선 가공성을 저하시키고, 와이어의 제조성을 저하시킨다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Ti 는 0.04 ％ 이하로 한정하였다.

Nb : 0.04 ％ 이하

또, Nb 는, 탄화물 형성 원소이고, 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 또, Nb 는, 용접 금속의 응고 셀 계면에 탄화물을 석출시켜, 고온 균열의 발생 억제에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Nb 가 0.04 ％ 를 초과하면, 탄화물이 조대화되고, 솔리드 와이어의 신선 가공시에 균열의 발생 기점이 되어, 신선 가공성을 저하시키고, 와이어의 제조성을 저하시킨다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Nb 는 0.04 ％ 이하로 한정하였다.

Cu : 1.0 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Ca : 0.01 ％ 이하 및 REM : 0.02 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

Cu 는 오스테나이트 안정화에 기여하는 원소이고, Al 은 용접 작업성을 향상시키는 원소이며, Ca, REM 은 가공성 향상에 기여하는 원소로서, 필요에 따라 선택하여 1 종 또는 2 종 이상을 함유할 수 있다.

Cu : 1.0 ％ 이하

Cu 는, 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이고, 극저온에서도 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.01 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 1.0 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, 열간 연성이 저하되고, 와이어의 제조성이 저하된다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Cu 는 1.0 ％ 이하로 한정하였다.

Al : 0.1 ％ 이하

Al 은, 탈산제로서 작용하고, 용융 금속의 점성을 높여, 비드 형상을 안정적으로 유지하고, 스퍼터의 발생을 저감시키는 중요한 작용을 갖는다. 또, Al 은, 용융 금속의 액상선 온도를 높여, 용접 금속의 고온 균열 발생의 억제에 기여한다. 이와 같은 효과는, 0.005 ％ 이상의 함유에서 현저해지기 때문에, 0.005 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.1 ％ 를 초과하여 함유하면, 용융 금속의 점성이 지나치게 높아지고, 반대로, 스퍼터의 증가나, 비드가 퍼지지 않아 융합 불량 등의 결함이 증가한다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Al 은 0.1 ％ 이하의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.005 ∼ 0.06 ％ 이다.

Ca : 0.01 ％ 이하

Ca 는, 용융 금속 중에서 S 와 결합하여, 고융점의 황화물 CaS 를 형성한다. CaS 는, MnS 보다 고융점이기 때문에, 솔리드 와이어의 열간 가공시에 압연 방향으로 진전되지 않고 구형을 유지하여, 솔리드 와이어의 가공성 향상에 유리하게 작용한다. 이와 같은 효과는 0.001 ％ 이상의 함유에서 현저해진다. 한편, 0.01 ％ 를 초과하여 함유하면, 용접시에 아크에 흐트러짐이 발생하여, 안정적인 용접이 곤란해진다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Ca 는 0.01 ％ 이하로 한정하였다.

REM : 0.02 ％ 이하

REM 은, 강력한 탈산제이고, 용접 금속 중에서 REM 산화물의 형태로 존재한다. REM 산화물은 응고시의 핵 생성 사이트가 됨으로써, 결정립을 미세화하여, 용접 금속의 강도의 향상에 기여한다. 이와 같은 효과는 0.001 ％ 이상의 함유에서 현저해진다. 그러나, 0.02 ％ 를 초과하여 함유하면, 아크의 안정성이 저하된다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, REM 은 0.02 ％ 이하로 한정하였다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

다음으로, 본 발명 솔리드 와이어의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명 솔리드 와이어의 제조는, 상기한 조성을 갖는 용강 (溶鋼) 을 사용하는 것, 및 어닐링 온도를 900 ∼ 1200 ℃ 로 하는 것 이외에는, 특별히 그 제조 방법을 한정할 필요는 없고, 상용되는 용접용 솔리드 와이어의 제조 방법을 모두 적용할 수 있다. 즉, 상기한 조성을 갖는 용강을, 전기로, 진공 용해로 등의 상용되는 용제로 (溶製爐) 에서 용제하고, 소정 형상의 주형 등으로 주조하는 주조 공정과, 이어서, 얻어진 강괴를, 소정 온도로 가열하는 가열 공정과, 가열된 강괴에 열간 압연을 실시하여, 소정 형상의 강 소재 (봉상) 로 하는 열연 공정을 순차 실시하고, 이어서, 얻어진 강 소재 (봉상) 를 복수 회의 냉간 압연 (냉간 신선 가공) 과 필요에 따라 어닐링을 실시하여, 원하는 치수의 와이어로 하는 냉연 공정을 실시하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예에 기초하여, 추가로 본 발명에 대해 설명한다.

실시예

표 1 에 나타내는 조성의 용강을, 진공 용해로에서 용제하고, 주조하여 강괴 1000 ㎏ 으로 하였다. 얻어진 강괴를 1200 ℃ 로 가열한 후, 열간 압연과, 그 후의 냉간 압연에 의해, 1.2 ㎜φ 의 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어로 하였다. 또한, 와이어 제조시에는, 압연 하중 (신선 하중) 의 측정, 균열의 관찰, 와이어 단면의 관찰 등을 실시하여, 각 솔리드 와이어의 제조성을 평가하였다. 압연 하중 (신선 하중) 이 높아, 압연 (신선) 가공이 불가능한 것으로 판단된 경우나, 균열의 발생이 확인되는 경우나, 발생한 균열에서 기인하여, 그 이상 공정을 진행시킬 수 없게 되는 경우 등을「×」로 평가하였다. 그 이외에는,「○」로 평가하였다.

또, 표 2 에 나타내는 와이어 조성이 되도록, 금속 분말 및 플럭스의 성분을 조정한 플럭스 코어드 와이어를 제작하여, 비교예로 하였다. 또한, 외피로는, 질량％ 로 0.1 ％ C-0.2 ％ Si-0.5 ％ Mn-잔부 Fe 로 이루어지는 조성을 갖는 박 강판 (판 두께 0.5 ㎜) 을 사용하였다. 성분을 조정한 금속 분말 및 플럭스를 상기한 외피로 봉입하고, 직경 1.2 ㎜ 까지 신선하였다. 또한 표 2 에 나타내는 성분은, 외피, 금속 분말 및 플럭스의 합계값이다.

먼저, 표 1 및 표 2 에 나타내는 조성의, 얻어진 솔리드 와이어 또는 플럭스 코어드 와이어를 용접 재료로 하여, JIS Z 3390 의 규정에 준거하여, 용접 흄 포집 장치 내에서 가스 메탈 아크 용접하고, 발생된 흄을 여과재 (유리 섬유제) 로 포집하여, 흄 발생량 (㎎/min) 을 측정하였다. 그 때의 용접 조건은, 전류 : 250 A, 전압 : 34 V, 용접 속도 : 30 ㎝/min, 실드 가스 : 80 ％ Ar ＋ 20 ％ CO₂ (유량 : 20 ℓ/min) 로 하였다.

또, 이와는 별도로, JIS Z 3111 에 준거하여, 시험판으로서, 극저온용 고 Mn 강판 (판 두께 : 12 ㎜) 을 준비하여 맞대고, 45°V 개선 (開先) 을 형성하여, 얻어진 솔리드 와이어를 용접 재료로 하고, 가스 메탈 아크 용접을 실시하여, 그 개선 내에 용착 금속을 얻었다. 또한, 시험판으로서 사용한 강판은, 질량％ 로, 0.5 ％ C-0.4 ％ Si-25 ％ Mn-3 ％ Cr-잔부 Fe 로 이루어지는 조성을 갖는 극저온용 고 Mn 강판이다.

용접은, 표 1 및 표 2 에 나타내는 조성의 각 솔리드 와이어 (직경 1.2 ㎜) 또는 플럭스 코어드 와이어 (직경 1.2 ㎜) 를 사용하여, 예열 없음, 하향 자세로, 전류 : 180 ∼ 330 A (DCEP), 전압 : 24 ∼ 33 V, 용접 속도 : 30 ㎝/min 로, 패스 간 : 100 ∼ 150 ℃, 실드 가스 : 80 ％ Ar ＋ 20 ％ CO₂로 이루어지는 조건에서 실시하였다.

용접 후, 용접 금속을 광학 현미경으로 관찰하여, 용접 균열의 유무를 판정하였다. 용접 균열은, 고온 균열이고, 균열 발생이 확인되는 경우에는 내고온 균열성이 저하되어 있다고 하여「×」로 평가하였다. 균열 발생이 확인되지 않은 경우에는, 내고온 균열성이 우수하다고 하여「○」로 평가하였다.

비드 외관에 대해서는, 육안에 의해 관찰하여, 비드 외관의 판정을 실시하였다. 언더 컷이나 오버랩, 피트가 확인되는 경우에는 용접 비드 외관이 불량하다고 하여「×」로 평가하였다. 이것들이 확인되지 않은 경우에는, 비드 외관이 양호하다고 하여「○」로 평가하였다.

얻어진 용착 금속으로부터, JIS Z 3111 의 규정에 준거하여, 용착 금속의 인장 시험편 (평행부 직경 6 ㎜φ), 및 용착 금속의 샤르피 충격 시험편 (V 노치) 을 채취하고, 인장 시험, 충격 시험을 실시하였다.

인장 시험은, 실온에서, 각 3 개 실시하고, 얻어진 값 (0.2 ％ 내력) 의 평균값을 당해 솔리드 와이어를 사용한 용착 금속의 인장 특성으로 하였다. 또, 샤르피 충격 시험은, 각 3 개 실시하고, 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 흡수 에너지 vE_-196 를 구하고, 그 평균값을 당해 솔리드 와이어를 사용한 용착 금속의 극저온 충격 인성으로 하였다.

얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.

본 발명예는 모두, 와이어의 제조성이 우수하고, JIS Z 3930-2013 에 준거하여, 용접 전류 : 250 A 에서 가스 메탈 아크 용접을 실시했을 때의 흄 발생량이 1200 ㎎/min 이하로, 흄 발생량이 적은 용접 재료라고 할 수 있다.

또, 본 발명예는 모두, 용접시에 용접 균열 (고온 균열) 의 발생이 없어 내고온 균열성이 우수하고, 또한, 상온에 있어서의 항복 강도 (0.2 ％ 내력) 가 400 ㎫ 이상이고, 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE_-196 이 28 J 이상으로, 고강도와 우수한 극저온 인성을 겸비하는 용접 금속을 얻을 수 있는 용접 재료 (솔리드 와이어) 라고 할 수 있다.

한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예에서는, 흄 발생량이 1200 ㎎/min 을 초과하여 많거나, 와이어의 제조성이 열등하거나, 용접 균열 (고온 균열) 이 발생하여 내고온 균열성이 저하되어 있거나, 용접 비드에 결함이 있거나, 혹은, 상온에 있어서의 0.2 ％ 내력이 400 ㎫ 미만이거나, 흡수 에너지 vE_-196 이 28 J 미만이거나 하여, 원하는 용접시의 흄 발생량이 적고, 고강도와 우수한 극저온 인성을 겸비하는 용착 금속이 얻어지지 않았다.

와이어 No.14, No.15 (비교예) 는, C, Cr 량이 본 발명의 범위를 낮게 벗어나 있기 때문에, 용착 금속의 0.2 ％ 내력이 400 ㎫ 미만으로 원하는 고강도가 확보되어 있지 않다. 또, 와이어 No.16, No.17, No.18, No.19 (비교예) 는, Mn 또는 Ti, B, Cr 및 Nb 량이 본 발명의 범위를 높게 벗어나 있기 때문에, 신선 가공성이 저하되어, 원하는 와이어 직경까지 신선할 수 없었다. 또, 와이어 No.20 (비교예) 은, Mn 이 본 발명의 범위를 낮게 벗어나 있기 때문에, 오스테나이트상의 안정성이 낮고, 그 때문에, 흡수 에너지 vE_-196 이 28 J 미만으로 극저온 인성이 저하되어 있다. 또, No.21 (비교예) 은, Ni 량이 본 발명의 범위를 낮게 벗어나 있기 때문에, 흡수 에너지 vE_-196 이 28 J 미만으로 극저온 인성이 저하되어 있다. 또, 와이어 No.22, No.23, No.24 (비교예) 는, Si, P, C 량이 본 발명의 범위를 높게 벗어나 있기 때문에, 용접 균열이 발생하여, 내고온 균열성이 저하되어 있다. 또, 와이어 No.25 (비교예) 는, Si 량이 본 발명의 범위를 낮게 벗어나 있기 때문에, 또, 와이어 No.26 (비교예) 은, Al 량이 본 발명의 범위를 높게 벗어나 있기 때문에, 양호한 비드 형상이 얻어지지 않아, 피트 또는 오버랩이 발생하였다. 또, 비교예인 와이어 No.27, No.28, No.29, No.30 은 플럭스 코어드 와이어이기 때문에, 흄 발생량이 1200 ㎎/min 보다 많았다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.2 ∼ 0.8 ％, Si : 0.15 ∼ 0.90 ％,
Mn : 17.0 ∼ 28.0 ％, P : 0.03 ％ 이하,
S : 0.03 ％ 이하, Ni : 0.01 ∼ 10.00 ％,
Cr : 0.4 ∼ 4.0 ％, Mo : 0.01 ∼ 3.50 ％,
B : 0.0010 ％ 미만, N : 0.12 ％ 이하
를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, V : 0.04 ％ 이하, Ti : 0.04 ％ 이하, 및 Nb : 0.04 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, Cu : 1.0 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Ca : 0.01 ％ 이하 및 REM : 0.02 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.