KR20220064409A - 가스 실드 아크 용접용 와이어 - Google Patents

가스 실드 아크 용접용 와이어 Download PDF

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가즈야 이카이
히카루 기나시
야스유키 요코타
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

용접 시에 발생하는 스패터가 적고, 용접 후에 슬래그의 제거 등의 공정이 불필요하며 우수한 전착 도장성을 갖고, 비드 형상이 양호한 용접부를 얻는다. 가스 실드 아크 용접용 와이어는, 와이어 전체 질량당, C: 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하, Si: 0.05질량% 이상 0.55질량% 이하, Mn: 1.60질량% 이상 2.40질량% 이하, Ti: 0.05질량% 이상 0.25질량% 이하, Cu: 0.01질량% 이상 0.30질량% 이하, S: 0.001질량% 이상 0.020질량% 이하, N: 0.0045질량% 이상 0.0150질량% 이하를 함유하고, Al: 0.10질량% 이하, P: 0.025질량% 이하, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이며, 와이어 전체 질량당의 Si 함유량(질량%)을 [Si], 와이어 전체 질량당의 Ti 함유량(질량%)을 [Ti]로 했을 때, 0.1≤[Ti]/[Si]≤3.0이다.

Description

가스 실드 아크 용접용 와이어
본 발명은 가스 실드 아크 용접용 와이어에 관한 것이다.
근년, 환경 성능의 요구 수준이 높아짐으로 인해, 자동차 등의 연비 향상에 관한 기술 개발이 적극적으로 진행되고 있다. 자동차 등의 연비를 향상시키는 방법으로서는, 내연 기관의 효율화, 하이브리드화 및 전동화를 들 수 있다. 전동화는, 전지 탑재에 의해 차체의 중량이 더욱더 증가하는 경향이 있기 때문에, 경량화 기술의 개발도 동시에 진행되고 있다. 예를 들면, 종래의 강판보다도 고강도화한 박강판을 사용하는 것에 의해, 판 두께를 저감함으로써, 차량을 경량화하는 시도가 적극적으로 진행되고 있다.
언더보디 부품은, 노면으로부터의 수분이나 융설제에 포함되는 염해에 의해 부식 환경에 노출되기 때문에, 강판의 국소적인 감육(減肉)이 과제가 되고 있다. 이 때문에, 차량의 더한층의 경량화를 실현하기 위해서는, 박판화하더라도 충분한 강도, 내구성을 갖는 언더보디 부품이 필요하게 됨과 함께, 언더보디 부품의 부식을 방지할 수 있는 기술도 필요하게 되고 있다.
일반적으로, 부식 환경으로부터 언더보디 부품을 방호하는 방법으로서는, 아크 용접 후에 전착 도장하는 방법이 채용되고 있다. 그러나, 용접 후에 전착 도장을 실시한 경우, 용접 슬래그 위에 전착 도장막이 형성되지 않아, 도장 결함이 되고, 이 결함을 기점으로 하여 부식이 진행되는 문제가 발생하고 있다. 그래서, 전착 도장막의 막 두께를 두껍게 형성하는 방법에 의해, 용접 결함의 발생을 억제하고 있지만, 슬래그 위에 도막이 형성된 경우여도, 주행 시에 걸리는 힘에 의해, 슬래그부와 함께 도막이 박리되는 경우가 있어, 박리된 부분으로부터 부식이 진행된다는 과제도 있었다.
또한, 언더보디 부품 중에서도, 보다 노면에 가까운 부품이나, 더욱 박판화한 부품에 대해서는, 부식에 대한 대책으로서, 아연 도금 강판을 적용하여, 도막이 박리된 경우여도, 아연이 갖는 희생 방식 작용에 의해 내식성을 향상시키는 방법이 채용되고 있다. 그러나, 용접부에 있어서는, 아크 용접 시의 열에 의해 아연이 기화해 버리기 때문에, 용접 비드에 있어서 내식성을 향상시키는 효과를 충분히 기대할 수 없다. 그 때문에, 용접 슬래그 상의 도장 불량에 기인하는 부식이 발생하거나, 또는 도막이 형성된 경우여도, 주행 시의 슬래그 박리에 의해 부식이 발생해 버릴 우려가 있었다.
여기에서, 예를 들면 특허문헌 1에는, 용접 후에 전착 도장을 한 경우에, 슬래그가 덮고 있는 부분에 도막이 형성되지 않아, 부품의 내구성이 저하되는 것을 방지하기 위해서, C, Si, Mn의 함유량을 조정함과 함께, Zr, Ti 및 Al로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 합계의 함유량을 조정한 용접 와이어가 제안되어 있다. 상기 특허문헌 1에 있어서는, 용접 후의 용접부에 부착된 슬래그의 박리성이 양호하여, 해당 슬래그의 박리를 현저히 용이하게 행하는 것이 가능함이 개시되어 있다. 그리고, 근년에는, 고급차 등을 중심으로, 신뢰성 확보를 위해, 용접 후에 물리적으로 슬래그를 제거하는 방법이 사용되고 있다.
일본 특허공개 소62-124095호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 기재된 와이어를 사용한 경우, 슬래그 제거 공정을 추가하는 것에 의해, 제조 공정이 증가함과 함께 제조 비용이 증가한다는 과제가 있다. 또한, 아크 용접 시에 있어서는, 작업성 등을 고려하여 스패터의 발생이 적은 와이어가 요구되고 있다.
또, 랩 필릿 등의 용접 이음부는 형상 불연속 때문에 응력이 집중되기 쉬워, 부식 감육과 겹치면 피로 절손(折損)의 요인이 된다. 그래서, 비드 지단부는 용접 결함이 적은 비드이고 또한 매끄러울 필요도 있다.
본 발명은, 전술한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 용접 시에 발생하는 스패터가 적고, 용접 후에 슬래그의 제거 등의 공정이 불필요하며 우수한 전착 도장성을 갖고, 비드 형상이 양호한 용접부를 얻을 수 있는 가스 실드 아크 용접용 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구한 결과, 용접부에 얇은 슬래그를 균일하게 형성하는 것에 의해, 용접 후에 슬래그의 제거를 하는 일 없이, 우수한 전착 도장성이 얻어지는 것을 발견했다. 구체적으로는, 와이어 중의 Si 및 Ti의 함유량 등을 조정함과 함께, 각 성분의 밸런스를 적절히 제어함으로써, 용접 시의 스패터가 적고 비드 형상이 양호하며 또한 용접부에 있어서 높은 밀착성을 갖는 얇은 슬래그를 균일하게 형성할 수 있다. 그리고, 얇은 슬래그가 존재하는 것에 의해, 용접부 상에 있어서 전착 도장에 의해 형성된 도장막에 결함이 발생하는 것을 방지 가능해진다. 또한, 본 발명자들은, 와이어 중의 성분 중에서, 특히, N의 함유량을 제어하는 것에 의해 비드 형상을 양호하게 할 수 있는 것도 발견했다.
한편, 용접 후에 얇은 슬래그가 균일하게 형성되는 것에 의해, 전착 도장막이 전체에 균일하게 형성되는 메커니즘에 대해서는 명확하지는 않지만, 얇은 슬래그와 두꺼운 슬래그에서는 도전성이 상이하기 때문은 아닌가 추측된다. 또한, 막 두께가 큰 전착 도장막을 형성한 경우에, 슬래그째 도장막이 박리되는 원인에 대해서는, 불균일하고 박리성이 높은 슬래그 위에 도장막이 형성되는 것에 의해, 부품의 표면에 단차가 형성되어, 주행 시에 힘이 가해지기 쉬워지기 때문이라고 추측된다.
본 발명은 이들 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
본 발명의 가스 실드 아크 용접용 와이어는,
와이어 전체 질량당,
C: 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하,
Si: 0.05질량% 이상 0.55질량% 이하,
Mn: 1.60질량% 이상 2.40질량% 이하,
Ti: 0.05질량% 이상 0.25질량% 이하,
Cu: 0.01질량% 이상 0.30질량% 이하,
S: 0.001질량% 이상 0.020질량% 이하,
N: 0.0045질량% 이상 0.0150질량% 이하
를 함유하고,
Al: 0.10질량% 이하,
P: 0.025질량% 이하,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이며,
와이어 전체 질량당의 Si 함유량(질량%)을 [Si], 와이어 전체 질량당의 Ti 함유량(질량%)을 [Ti]로 했을 때,
0.1≤[Ti]/[Si]≤3.0
인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 와이어의 일 태양은, Si: 0.25질량% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 와이어의 일 태양은, Ti: 0.12질량% 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 와이어의 일 태양은, 추가로, Cr 및 Mo 중 적어도 한쪽을, Cr: 0.10질량% 이하, Mo: 0.10질량% 이하 함유하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 와이어의 일 태양은, 와이어 전체 질량당의 C 함유량(질량%)을 [C], 와이어 전체 질량당의 Al 함유량(질량%)을 [Al]로 했을 때, ([Si]+[Ti]/3)/([C]/2+2×[Al])≥3인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 용접 시에 발생하는 스패터가 적고, 용접 후에 슬래그의 제거 등의 공정이 불필요하며 우수한 전착 도장성을 갖고, 비드 형상이 양호한 용접부를 얻을 수 있는 가스 실드 아크 용접용 와이어를 제공할 수 있다.
도 1은 가스 실드 아크 용접 조건을 나타내는 사시도이다.
도 2는 가스 실드 아크 용접 조건을 나타내는 측면도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 임의로 변경하여 실시할 수 있다. 이하, 본 실시형태에 따른 가스 실드 아크 용접용 와이어에 함유되는 성분에 대하여, 그 첨가 이유 및 수치 한정 이유를 상세하게 설명한다. 이하의 설명에 있어서는, 와이어 중의 각 성분량은, 와이어 전체 질량에 대한 함유량으로 규정된다.
＜C: 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하＞
C는, 탈산 작용을 가짐과 함께, 용접 금속의 강도를 높이는 효과를 갖는 성분이다. 박판의 용접에 있어서는, 1패스 용접이 적용되기 때문에, 다층 용접의 경우와 같이 재열에 의해 강도가 저하될 우려가 없어, 모재와 동등 이상의 강도를 얻는 것이 가능하다.
와이어 중의 C 함유량이 0.01질량% 미만이면, 최저한 필요하게 되는 연강의 강도를 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, 와이어 중의 C 함유량은, 와이어 전체 질량당, 0.01질량% 이상으로 하고, 바람직하게는 0.02질량% 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.03질량% 이상으로 한다.
한편, 와이어 중의 C 함유량이 0.10질량%를 초과하면, 탈산 작용이 커져, 용적(溶滴)의 점성이 상승하기 때문에, 단락하기 쉬워짐으로써 스패터가 발생하기 쉬워진다. 또한, 산소와 결부되는 것에 의해, 아크 근방에서 CO가 발생하여, 폭발에 의한 스패터가 발생하기 쉬워지고, 퓸량이 증가하기 때문에, 용접 금속의 원하는 강도를 확보할 수 있는 범위에서, C 함유량은 적은 편이 바람직하다. 따라서, 와이어 중의 C 함유량은, 와이어 전체 질량당, 0.10질량% 이하로 하고, 바람직하게는 0.09질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.08질량% 이하로 한다.
＜Si: 0.05질량% 이상 0.55질량% 이하＞
Si는, 탈산 작용을 가짐과 함께, 용접 비드의 친밀성을 좋게 하는 효과를 갖는 성분이다. 와이어 중의 Si 함유량이 적절히 제어되어 있는 것에 의해, 용접 지단부의 형상을 매끄러운 비드 형상으로 할 수 있다.
또한, 와이어 중에 적량의 Si가 함유되면, 슬래그 중에 존재하는 Si상이 슬래그와 용접 금속의 밀착성을 높일 수 있고, 이에 의해, 방청성도 향상시킬 수 있다고 생각된다. 또한, 적량의 Si가 함유되어 있는 편이, 용접 시의 스패터는 저감된다. 따라서, 와이어 중의 Si 함유량은, 와이어 전체 질량당, 0.05질량% 이상으로 하지만, Si 함유량이 적으면 스패터가 발생하기 쉬워지기 때문에, 바람직하게는 0.10질량% 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.12질량% 이상, 더 바람직하게는 0.15질량% 이상으로 한다.
한편, 와이어 중의 Si 함유량이 0.55질량%를 초과하면, Si가 산소와 결부되는 것에 의해 형성된 슬래그가 응집하기 쉬워져, 슬래그의 두께가 증가하기 때문에, 슬래그의 표면에 전착 도장막이 형성되기 어려워져, 도장 결함이 발생한다. 따라서, 와이어 중의 Si 함유량은, 와이어 전체 질량당, 0.55질량% 이하로 하고, 바람직하게는 0.40질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.35질량% 이하, 더 바람직하게는 0.30질량% 이하, 특히 바람직하게는 0.25질량% 이하로 한다.
＜Mn: 1.60질량% 이상 2.40질량% 이하＞
Mn은, 용접 금속의 원하는 강도를 확보하는 데 있어서 중요한 성분이다. 본 실시형태에 따른 와이어에 있어서는, 용접 작업성 및 용접부의 방청성을 향상시키기 위해서, 와이어 중의 C 함유량 및 Si 함유량을 소정의 범위로 제한하고 있기 때문에, 용접 금속의 충분한 강도를 얻기 위해서는, Mn 함유량을 적절히 제어할 필요가 있다. 또한, SiO2와 비교하여 MnO 쪽이 높은 도전성을 갖기 때문에, 슬래그 중의 MnO 함유량이 많은 편이, 용접 후의 전착 도장에 있어서 슬래그 상에도 균일하게 도막이 형성되기 쉬워진다.
와이어 중의 Mn 함유량이 1.60질량% 미만이면, 용접 금속의 강도를 충분히 얻는 것이 곤란해짐과 함께, 슬래그 상의 도막 형성 효과를 충분히 얻을 수 없다. 따라서, 와이어 중의 Mn 함유량은, 와이어 전체 질량당, 1.60질량% 이상으로 하고, 바람직하게는 1.65질량% 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 1.70질량% 이상, 더 바람직하게는 1.80질량% 이상으로 한다.
한편, 와이어 중의 Mn 함유량이 2.40질량%를 초과하면, 과잉으로 탈산이 진행되어, 용융지의 산소량이 감소하기 때문에, 용적의 점성 및 표면 장력이 높아짐으로써, 비드 형상이 손상된다. 따라서, 와이어 중의 Mn 함유량은, 와이어 전체 질량당, 2.40질량% 이하로 하고, 바람직하게는 2.30질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 2.20질량% 이하, 더 바람직하게는 2.10질량% 이하로 한다.
＜Cu: 0.01질량% 이상 0.30질량% 이하＞
Cu는, 와이어의 방청성을 향상시키는 효과가 있고, Cu의 하한치는 0.01질량% 이상으로 한다. 와이어 중의 Cu 함유량은 바람직하게는, 와이어 전체 질량당, 0.05질량% 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.10질량% 이상으로 하고, 더 바람직하게는 0.15질량% 이상으로 한다. 한편, 0.30질량%를 초과하면, 필요하게 되는 내균열성을 얻을 수 없다. 따라서, 와이어 중의 Cu 함유량은, 바람직하게는 0.25질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.20질량% 이하로 한다.
＜Ti: 0.05질량% 이상 0.25질량% 이하＞
Ti는, 본 실시형태에 따른 와이어에 있어서 가장 중요한 원소 중 하나이고, 탈산 작용을 가짐과 함께, 슬래그의 물성을 변화시키는 작용을 갖는 성분이다. Ti의 영향에 관한 메커니즘은 반드시 명확하지는 않지만, 본 발명자들은, 와이어가 Ti를 적절한 양으로 함유하는 것에 의해, Si나 Mn, Ti로 이루어지는 복합 슬래그에 있어서, Ti가 주위를 덮는 형태의 복합 슬래그가 생성되는 경향을 발견했다. 그와 같은 슬래그는, 전착 도장성이 좋을 뿐만 아니라, 슬래그와 모재의 밀착성이 좋기 때문에, 부식이 진행되기 어렵다.
와이어 중의 Ti 함유량이 0.05질량% 미만이면, 원하는 슬래그 상태를 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, 와이어 중의 Ti 함유량은, 와이어 전체 질량당, 0.05질량% 이상으로 하고, 바람직하게는 0.12질량% 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.16질량% 이상으로 한다.
한편, 와이어 중의 Ti 함유량이 0.25질량%를 초과하면, 과잉으로 탈산이 진행되고, 슬래그 생성량이 지나치게 증가하여, 슬래그가 후육화됨과 함께, 탈산 작용이 지나치게 진행됨으로써 비드 형상이 악화된다. 따라서, 와이어 중의 Ti 함유량은, 와이어 전체 질량당, 0.25질량% 이하로 하고, 바람직하게는 0.23질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.21질량% 이하로 한다.
＜Al: 0.10질량% 이하(0질량%를 포함한다)＞
Al은, 탈산 작용을 가짐과 함께, 슬래그의 물성을 변화시키는 작용을 갖는 성분이다. Al은, 슬래그를 응집시키는 효과를 갖기 때문에, 슬래그의 밀착성을 저하시키는 원소이다. 따라서, 와이어 중의 Al 함유량은, 와이어 전체 질량당, 0.10질량% 이하로 하고, 바람직하게는 0.05질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.03질량% 이하로 한다. 한편, Al을 함유시키는 경우, 0.001질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
＜P: 0.025질량% 이하(0질량%를 포함한다)＞
P는, 용접 금속의 내균열성을 저하시키는 원소이고, 와이어 중의 P 함유량은 적을수록 바람직하다.
와이어 중의 P 함유량이 0.025질량%를 초과하면, 필요하게 되는 내균열성을 얻을 수 없다. 따라서, 와이어 중의 P 함유량은, 와이어 전체 질량당, 0.025질량% 이하로 하고, 바람직하게는 0.020질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.015질량% 이하, 더 바람직하게는 0.010질량% 이하로 한다.
＜S: 0.001질량% 이상 0.020질량% 이하＞
S는, 슬래그를 응집시키는 효과를 가짐과 함께, 용접 비드의 친밀성을 양호하게 하는 원소이다. 예를 들면, 슬래그량을 일정하게 한 상태에서, 와이어 중의 S 함유량을 변화시키면, S 함유량의 증가에 수반하여 슬래그가 응집하여 두께가 증가하기 때문에, 전착 도장성에 대해서는, S 함유량이 적을수록 바람직하다. 한편, 용접 비드의 친밀성에 대해서는, S 함유량이 많을수록 바람직하다.
와이어 중의 S 함유량이 0.001질량% 미만이면, 용접 비드의 친밀성이 불량해진다. 따라서, 와이어 중의 S 함유량은, 와이어 전체 질량당, 0.001질량% 이상으로 하고, 바람직하게는 0.003질량% 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 0.005질량% 이상으로 한다.
한편, 와이어 중의 S 함유량이 0.020질량%를 초과하면, 얇은 슬래그를 균일하게 용접 금속 상에 형성하는 것이 곤란해져, 전착 도장막이 형성되지 않거나 또는 슬래그째 박리될 우려가 있다. 따라서, 와이어 중의 S 함유량은, 와이어 전체 질량당, 0.020질량% 이하로 하고, 바람직하게는 0.015질량% 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.010질량% 이하로 한다.
＜N: 0.0045질량% 이상 0.0150질량% 이하＞
N은, 용접 금속의 강도 향상이나 표면 장력을 저하시켜 비드의 친밀성을 양호하게 하는 효과를 갖는 원소이다. 또한, N은, 용접 금속의 강도를 향상시킴과 함께 내피로성을 향상시킨다. 와이어 중의 N 함유량이 0.0045질량% 미만이면, 용접 금속의 강도가 저하됨과 함께 표면 장력이 지나치게 높아져, 비드 형상이 열화된다. 또한, 와이어 중의 N 함유량이 0.0150질량% 초과이면, 용융 금속의 표면 장력이 지나치게 낮아져, 스패터가 증가함과 함께 비드 형상이 열화되고, 나아가서는 슬래그 밀착성도 열화된다. 따라서, 와이어 중의 N 함유량은, 0.0045질량% 이상으로 하고, 바람직하게는 0.0047질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.0055질량% 이상이다. N 함유량은, 0.0065질량% 이상, 0.0075질량% 이상, 0.0085질량% 이상, 0.0095질량% 이상으로 할 수도 있다. 또한, 와이어 중의 N 함유량은, 0.0150질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.0130질량% 이하, 더 바람직하게는 0.0110질량% 이하로 한다.
＜O: 0.0010질량% 이상 0.0050질량% 이하＞
O는, 본 실시형태의 와이어에 있어서 필수의 성분은 아니지만, 슬래그의 생성량에 영향을 미침과 함께, 표면 장력을 저하시켜 비드의 친밀성을 양호하게 하는 효과를 갖는 원소이기 때문에, 0.0010질량% 이상 0.0050질량% 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 와이어 중의 O 함유량이 0.0010질량% 이상이면, 비드의 친밀성이 양호해진다. 또한, 와이어 중의 O 함유량이 0.0050질량% 이하이면, 용접 시의 슬래그량을 저감할 수 있다. 따라서, 와이어 중의 O 함유량은, 0.0010질량% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0015질량% 이상, 더 바람직하게는 0.0020질량% 이상, 특히 바람직하게는 0.0030질량% 이상으로 한다. 또한, 와이어 중의 O 함유량은, 0.0050질량% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0040질량% 이하로 한다.
＜Cr: 0.001질량% 이상 0.10질량% 이하, Mo: 0.001질량% 이상 0.10질량% 이하＞
Cr 및 Mo는, 본 실시형태의 와이어에 있어서 필수의 성분은 아니지만, 강도 향상을 목적으로 함유시킬 수 있다. Cr 및 Mo는, 어느 한쪽을, Cr: 0.001질량% 이상 0.10질량% 이하, Mo: 0.001질량% 이상 0.10질량% 이하의 범위로 함유시킬 수 있다. Cr 및 Mo는, 양쪽을 각각, Cr: 0.001질량% 이상 0.10질량% 이하, Mo: 0.001질량% 이상 0.10질량% 이하의 범위로 함유시킬 수도 있다.
＜잔부＞
본 실시형태에 따른 와이어의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로서는, 예를 들면, Zr, Ni, Co, Li, Sn, Sb, Bi, B 및 As 등을 들 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 와이어는, 예를 들면, Ni, Co, B, Sb 등을, Ni≤0.10질량%, Co≤0.10질량%, B≤0.01질량%, Sb≤0.01질량%의 범위로 함유해도 된다.
＜0.1≤[Ti]/[Si]≤3.0＞
와이어 중의 Si 함유량에 대한 Ti 함유량의 비를 적절히 제어하는 것에 의해, 슬래그의 분포 상태를 제어할 수 있다. 용접 중의 용융지의 슬래그 생성 거동을 확인하면, 미세한 슬래그가 다수 생성되어 있는 양상이 관찰되는 것으로부터, Si 함유량과 Ti 함유량의 비가 적절히 제어되어 있으면, 용접 금속 상에 얇은 슬래그가 퍼져 있는 것으로 추측된다.
와이어 전체 질량당의 Si 함유량(질량%)을 [Si], 와이어 전체 질량당의 Ti 함유량(질량%)을 [Ti]로 했을 때, Si 함유량이 Ti 함유량에 대해서 증가하여, 하기 식(1)에 의해 얻어지는 값이 0.1 미만이 되면, 슬래그가 응집하여 전착 도장막이 형성되지 않거나 또는 슬래그째 박리될 우려가 있다. 그 때문에, 슬래그를 박육화하기 위해서는, 하기 식(1)에 의해 얻어지는 값을 0.1 이상으로 할 필요가 있고, 바람직하게는 0.4 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 1.0 이상으로 한다.
한편, Ti 함유량이 Si 함유량에 대해서 증가하여, 하기 식(1)에 의해 얻어지는 값이 3.0을 초과하면, 슬래그 생성량이 지나치게 증가하여, 슬래그가 후육화됨과 함께, 비드 형상이 나빠진다. 따라서, 하기 식(1)에 의해 얻어지는 값은 3.0 이하로 할 필요가 있고, 바람직하게는 2.8 이하로 하고, 보다 바람직하게는 2.5 이하로 한다.
[Ti]/[Si]···식(1)
＜0.7≤(1000×[S]×[O])/([S]+0.3×[N]+0.5×[O])≤3.0＞
와이어 중의 S, N, O는, 표면 장력을 낮춰, 비드의 친밀성을 양호하게 하는 효과가 있다. 그러나, S는 슬래그를 응집시키고, O는 슬래그를 증가시키기 때문에, S나 O를 과잉으로 첨가하는 것은 전착 도장성을 열화시키는 경우가 있는 것을 알 수 있었다. 그래서 본 발명자들은, 예의 검토한 결과, S, N, O의 함유량을 변수로 하는 파라미터가 소정의 범위 내로 제어됨으로써, 전착 도장성을 양호하게 유지한 채, 비드의 친밀성을 보다 양호하게 할 수 있는 것을 발견했다. 와이어 전체 질량당의 S 함유량(질량%)을 [S], 와이어 전체 질량당의 O 함유량(질량%)을 [O], 와이어 전체 질량당의 N 함유량(질량%)을 [N]으로 했을 때, 하기 식(2)에 의해 얻어지는 값이 0.7 이상 3.0 이하인 경우, 전착 도장성 및 비드의 친밀성을 보다 한층 양호하게 할 수 있다. 하기 식(2)에 의해 얻어지는 값은, 보다 바람직하게는 1.0 이상이다. 또한, 하기 식(2)에 의해 얻어지는 값은, 보다 바람직하게는 2.5 이하이다.
(1000×[S]×[O])/([S]+0.3×[N]+0.5×[O])···식(2)
＜([Si]+[Ti]/3)/([C]/2+2×[Al])≥3＞
와이어 중의 Si 함유량 및 Ti 함유량에 대한 C 함유량 및 Al 함유량의 비를 적절히 제어하는 것에 의해, 용접 시에 발생하는 스패터량을 저감할 수 있다. 예를 들면, 펄스 용접 중의 용적 이행 거동을 확인하면, 점성이 지나치게 낮은 경우에 용적의 이탈이 잘되지 않고 단락하는 양상이나, 용융지 그 자체로부터 스패터가 발생하는 양상이 관찰되었다. Si 함유량 및 Ti 함유량에 대한 C 함유량 및 Al 함유량의 비가 적절히 제어되어 있으면, 과도한 점성의 저하를 억제함으로써, 용적이 이탈하기 쉬워져 스패터가 저감된다고 추측된다.
와이어 전체 질량당의 Si 함유량(질량%)을 [Si], 와이어 전체 질량당의 Ti 함유량(질량%)을 [Ti], C 함유량(질량%)을 [C], 와이어 전체 질량당의 Al 함유량(질량%)을 [Al]로 했을 때, 하기 식(3)에 의해 얻어지는 값이 3 이상이 되면, 용적 이탈이 양호해지고 단락 횟수가 적절히 유지되어, 보다 스패터가 적은 용접을 할 수 있다. 그 때문에, 하기 식(3)에 의해 얻어지는 값은 3 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7 이상으로 하고, 더 바람직하게는 10 이상으로 한다.
([Si]+[Ti]/3)/([C]/2+2×[Al])···식(3)
＜실드 가스: Ar-CO2 혼합 가스＞
본 실시형태에 따른 와이어를 이용하여 용접을 행하는 경우, 예를 들면 Ar-CO2 혼합 가스를 실드 가스로서 이용할 수 있다. Ar-CO2 혼합 가스를 이용하면, 실드 가스 중에 포함되는 산소량이 적기 때문에, 산화 생성되는 슬래그량이 감소한다. Ar-CO2 혼합 가스의 비율로서는, 예를 들면 80체적% Ar - 20체적% CO2 혼합 가스 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 와이어를 사용한 용접 자세는 특별히 한정되지 않는다. 또, 본 실시형태에 따른 와이어의 와이어경(직경)에 대해서도, 특별히 한정되는 것은 아니지만, AWS 또는 JIS 등의 용접 재료 규격에 규정된 직경의 와이어에 적용할 수 있다.
＜와이어의 제조＞
본 실시형태에 따른 와이어를 제조함에 있어서, 특별한 제조 조건은 필요하지 않고, 통상적 방법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 성분의 강을 용제하여, 주괴를 얻는다. 주괴는 필요에 따라서 열간 단조 등이 실시된 후, 열간 압연되고, 추가로 냉간 신선이 실시되어 소선(素線)으로 형성된다. 소선은, 필요에 따라서 500∼900℃ 정도의 온도에서 소둔되고, 산세된 후, 구리 도금이 실시되고, 추가로 필요에 따라서 마무리 신선이 실시되어, 목표 선경으로 된다. 그 후, 필요에 따라서 윤활제가 부여되어, 용접용 와이어가 제조된다.
실시예
이하, 발명예 및 비교예를 들어, 본 발명의 효과를 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
[와이어의 제조]
와이어의 화학 성분이, 표 1에 나타내는 여러 가지 함유량이 되도록, 와이어경이 1.2mm인 가스 실드 아크 용접용 와이어를 제작했다.
[가스 실드 아크 용접]
도 1은 본 발명예 및 비교예의 와이어를 이용한 가스 실드 아크 용접 조건을 나타내는 사시도이고, 도 2는 그 측면도이다. 길이가 150mm, 폭이 50mm, 두께가 2.9mm인 2매의 판상 강판(1, 2)을, 폭 방향으로 20mm 비켜 놓고 겹친 상태(루트 간격: 0mm)로 수평으로 배치하고, 하방의 강판(1)에 있어서의 상면과, 상방의 강판(2)에 있어서의 측면 사이에 형성된 필릿부에 대해서, 본 발명예 및 비교예의 각 가스 실드 아크 용접용 와이어를 사용하여, 하기 표 2에 나타내는 용접 조건에 의해, 수평 필릿 용접을 실시했다.
한편, 강판(1, 2)의 긴 방향에 있어서의 일단부로부터 15mm의 위치부터 용접을 개시하고, 화살표(A)의 방향으로 120mm의 거리로 용접을 진행시킨 후, 상기 용접 개시 위치와 반대 측인, 강판(1, 2)의 긴 방향에 있어서의 타단부로부터 15mm의 위치에서 용접을 종료하는 것에 의해, 용접 금속(3)을 형성했다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 용접 토치(4)의 각도는, 강판(1)의 수직 방향에 대해서 45°로 하고, 와이어(4a)의 겨냥 위치는 강판(2)의 폭 방향 단면으로부터 약 0.5mm 이간된 위치로 했다.
[와이어의 평가]
≪슬래그 밀착성≫
용접 후의 용접 금속 표면을 정으로 두드려, 슬래그가 떨어지는지 어떤지를 검사하는 것에 의해, 슬래그 밀착성을 평가했다. 슬래그 밀착성에 대해서는, 슬래그가 용접 금속 표면으로부터 떨어지지 않았던 것을 ○(양호)로 하고, 슬래그가 용이하게 벗겨져 떨어졌던 것을 ×(불량)로 했다.
≪방청성≫
용접 후에 얻어진 접합 부재의 표면에 있어서, 전착 도장에 의해 도막을 형성한 후, JIS K 5600-7-9(2006)에 준하여 사이클 부식 시험을 실시하여, 전착 도장성의 지표가 되는 방청성을 평가했다. 방청성에 대해서는, 사이클 부식 시험 30사이클 후에 용접 비드 상에 생성된 녹 면적률이 0∼20% 미만이었던 것을 ○(양호)로 하고, 녹 면적률이 20% 이상이었던 것을 ×(불량)로 했다. 한편, 일부의 시험편에 대해서는 이 사이클 부식 시험을 실시하지 않고, 용접 금속 상에 얇은 슬래그가 퍼져 있어 전착 도장성이 양호해지는 경우를 ○(양호)로 하고, 용접 금속 상에 슬래그가 응집하여 전착 도장성이 열화되는 경우를 ×(불량)로 평가했다.
≪비드 형상≫
제작한 필릿 용접부의 단면을 수지에 매립하고, 하판 측의 용접 지단부의 관찰을 행했다. 배율은 50배로 관찰을 행하여, 특히 매끄러운 형상인 경우를 「A」, 매끄러운 형상인 경우를 「B」, 친밀성이 나빠 형상 불량이 된 경우를 「C」로 판단했다.
≪강도≫
각 와이어에 대하여 용착 금속을 작성하여, 인장 하중을 측정하는 것에 의해 인장 강도(kgf/mm2)를 산출했다. 전용착 금속의 인장 시험은, JIS Z 3111:2015에 준거하여, 시험판 중앙부로부터 인장 시험편 A0호를 채취하여 실시했다.
≪저스패터≫
펄스 용접 시의 관능 평가에 의해, 스패터가 특히 적었던 것을 「A」, 스패터가 적었던 것을 「B」, 스패터가 약간 적었던 것을 「C」, 단락이 많고 스패터가 많았던 것을 「D」(불량)로 했다.
사용한 각 와이어의 화학 성분 및 각 시험의 평가 결과를, 하기 표 1에 함께 나타낸다. 한편, 와이어의 화학 성분에 있어서의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이며, 와이어 중의 각 성분량은, 와이어 전체 질량에 대한 함유량(질량%)으로 나타나 있다. 표 1에 있어서, 식(1)은 [Ti]/[Si]를 나타내고, 식(2)는 (1000×[S]×[O])/([S]+0.3×[N]+0.5×[O])를 나타내며, 식(3)은 ([Si]+[Ti]/3)/([C]/2+2×[Al])을 나타낸다. 또한, 표 1에 있어서, Cr과 Mo의 난에 있어서의 「-」은, 0.01질량% 미만인 것을 의미한다. 또, 평가 결과란에 있어서, 「-」은 그 평가를 실시하고 있지 않는 것을 의미한다.
Figure pct00001
Figure pct00002
상기 표 1에 나타내는 바와 같이, 발명예인 와이어 No. 1∼11은, 와이어의 성분 및 식(1)에 의해 얻어지는 값이 본 발명의 범위 내이기 때문에, 용접 시의 스패터가 적어 양호했다. 그리고, 이들 발명예는, 슬래그 밀착성이 양호하여, 슬래그를 제거하는 일 없이 양호한 상태로 전착 도장막을 형성할 수 있고, 이에 의해, 우수한 방청성을 얻을 수 있었다.
한편, 비교예인 와이어 No. 12는, 와이어 중의 N 함유량이 본 발명 범위의 하한 미만이기 때문에, 비드 형상이 불량해지고, 또한 낮은 강도를 나타냈다.
비교예인 와이어 No. 13 및 16은, 와이어 중의 N 함유량이 본 발명 범위의 하한 미만이기 때문에, 비드 형상이 불량해지고, 또한 강도를 측정한 와이어 No. 16에 대해서는, 낮은 강도를 나타냈다.
비교예인 와이어 No. 14는, 와이어 중의 Si 함유량이 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있음과 함께, N 함유량이 본 발명 범위의 하한 미만이므로, 낮은 슬래그 밀착성을 나타내고, 이에 의해, 방청성이 불량해졌다.
비교예인 와이어 No. 15는, 와이어 중의 Ti 함유량, N 함유량 및 식(1)의 값이 모두 본 발명 범위의 하한 미만이기 때문에, 방청성이 불량했다.
비교예인 와이어 No. 17은, 와이어 중의 Si 함유량 및 N 함유량이 본 발명 범위의 하한 미만이기 때문에, 스패터 발생량이 많고, 또한 비드 형상이 불량해졌다.
비교예인 와이어 No. 18은, 와이어 중의 N 함유량이 본 발명 범위의 하한 미만임과 함께, 식(1)의 값이 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있기 때문에, 슬래그가 후육화되어, 방청성이 불량해짐과 함께, 비드 형상이 불량해지고, 또한 낮은 강도를 나타냈다.
비교예인 와이어 No. 19는, 와이어 중의 Mn 함유량, Ti 함유량 및 식(1)의 값이 본 발명 범위의 하한 미만이기 때문에, 방청성이 불량해지고, 또한 낮은 강도를 나타냈다.
비교예인 와이어 No. 20은, 와이어 중의 Si 함유량이 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있음과 함께, Mn 함유량 및 N 함유량이 본 발명 범위의 하한 미만이기 때문에, 낮은 슬래그 밀착성을 나타냄과 함께, 방청성이 불량해지고, 또한 낮은 강도를 나타냈다.
비교예인 와이어 No. 21은, 와이어 중의 Mn 함유량, Ti 함유량 및 식(1)의 값이 본 발명 범위의 하한 미만이기 때문에, 낮은 슬래그 밀착성을 나타내고, 방청성이 불량해졌다.
비교예인 와이어 No. 22 및 23은, 와이어 중의 N 함유량이 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있기 때문에, 비드 형상이 불량해짐과 함께, 낮은 슬래그 밀착성을 나타냈다.
이상 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 가스 실드 아크 용접용 와이어에 의하면, 용접 시의 스패터의 발생이 적고, 용접 후에 슬래그의 제거 등의 공정이 불필요하며, 우수한 전착 도장성을 갖고, 비드 형상이 양호한 용접부를 얻을 수 있다.
한편, 본 출원은, 2019년 11월 7일 출원된 일본 특허출원(특원 2019-202161) 및 2019년 12월 27일 출원된 일본 특허출원(특원 2019-238958)에 기초하는 것이고, 그 내용은 본 출원 중에 참조로서 원용된다.
1, 2 강판
3 용접 금속
4 용접 토치
4a 와이어

Claims (5)

  1. 와이어 전체 질량당,
    C: 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하,
    Si: 0.05질량% 이상 0.55질량% 이하,
    Mn: 1.60질량% 이상 2.40질량% 이하,
    Ti: 0.05질량% 이상 0.25질량% 이하,
    Cu: 0.01질량% 이상 0.30질량% 이하,
    S: 0.001질량% 이상 0.020질량% 이하,
    N: 0.0045질량% 이상 0.0150질량% 이하
    를 함유하고,
    Al: 0.10질량% 이하,
    P: 0.025질량% 이하,
    잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이며,
    와이어 전체 질량당의 Si 함유량(질량%)을 [Si], 와이어 전체 질량당의 Ti 함유량(질량%)을 [Ti]로 했을 때,
    0.1≤[Ti]/[Si]≤3.0
    인 것을 특징으로 하는, 가스 실드 아크 용접용 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 Si: 0.25질량% 이하인 것을 특징으로 하는, 가스 실드 아크 용접용 와이어.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 Ti: 0.12질량% 이상인 것을 특징으로 하는, 가스 실드 아크 용접용 와이어.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    추가로, Cr 및 Mo 중 적어도 한쪽을, 와이어 전체 질량당, Cr: 0.10질량% 이하, Mo: 0.10질량% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 와이어.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당의 C 함유량(질량%)을 [C], 와이어 전체 질량당의 Al 함유량(질량%)을 [Al]로 했을 때,
    ([Si]+[Ti]/3)/([C]/2+2×[Al])≥3인 것을 특징으로 하는, 가스 실드 아크 용접용 와이어.
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