KR20230070296A - 용접 이음매 및 그 제조 방법 - Google Patents

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아츠시 다카다
펑 한
마사미치 스즈키
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은, 고강도이고, 내고온 균열성과 저온 인성도 우수한 용접 이음매를 제공한다. 본 발명에서는, 6.5 ∼ 10.0 질량％ Ni 를 포함하는 고 Ni 강판끼리를, 용접에 의해 용접 금속부를 형성하고 접합하여 용접 이음매로 한다. 상기 용접 금속부를, 극저온역에 있어서도 오스테나이트 조직이 되도록 Mn 을 13.0 ∼ 25.0 ％ 포함하고, 고온 균열의 발생을 억제하기 위해서 Cr 을 3.8 ％ 이하로 한정하고, 또한, Ni : 1.0 ∼ 12.0 ％, Mo : 0.1 ∼ 5.0 ％, N : 0.080 ％ 이하, O : 0.100 ％ 이하 포함하는 용접 금속부 조성으로 한 후에, 강판의 항복 강도 BYS 와 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 WPS 가 다음 식 [WPS] ≤ [BYS] - 100 ㎫ …… (1), 및, 강판의 인장 강도 BTS 와 용접 금속부의 인장 강도 WTS 가 다음식 [WTS] ≤ [BTS] ＋ 100 ㎫ …… (2) 를 만족하도록 용접 금속부 강도를 조정한다. 이로써, 용접 금속부 및 용접 본드부가 모두, 우수한 저온 인성을 유지할 수 있다.

Description

용접 이음매 및 그 제조 방법
본 발명은, 예를 들어, 액화 가스 저장용 탱크 등의, 극저온 환경하에서 사용되는 용접 구조물과 관련된 것으로, 특히 Ni 를 6.5 ∼ 10.0 질량％ 함유하는 고 Ni 강판을 사용한 용접 이음매의, 강도 및 극저온 인성의 향상에 관한 것이다.
액화 천연 가스 (LNG), 액체 질소, 액체 산소 등의 저장 탱크에는, 9 ％ Ni 강이 사용되는 경우가 많다. 9 ％ Ni 강의 용접에서는, 용접 재료로서, Ni 를 50 ％ 이상 함유시킨 Ni 기 합금을 적용하는 것이 일반적이다. 이것은, 용접 재료로서, 9 ％ Ni 강에 유사한 성분 (공금계) 으로 이루어지는 용접 재료 (공금계 용접 재료) 를 사용하여 용접한 경우에는, 용접 이음매부에 있어서, 용접인 채로 9 ％ Ni 강 모재와 동등한, -196 ℃ 의 극저온에 있어서의 저온 인성 (극저온 인성) 을 확보할 수 없기 때문이다.
이것에 대해, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 「9 ％ Ni 강 용접용 플럭스 함유 와이어」가 제안되어 있다. 특허문헌 1 에 기재된 와이어는, Ni 기 합금 외피에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 함유 와이어이고, 와이어 전체 질량에 대한 질량％ 로, Ni 기 합금 외피와 플럭스의 합계로, Mn : 2.0 ∼ 4.5 ％, Ni : 53 ∼ 65 ％, Cr : 13 ∼ 19 ％, Mo : 5 ∼ 14 ％, Nb : 0.5 ∼ 3.0 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.5 ％, Ti : 0.4 ∼ 1.0 ％ 를 함유하고, C : 0.02 ％ 이하, Si : 0.2 ％ 이하이고, 또한, 와이어 전체 질량에 대한 질량％ 로, 플럭스 중에, Ti 산화물 : TiO2 환산값의 합계로 3.0 ∼ 7.0 ％, Si 산화물 : SiO2 환산값의 합계로 0.5 ∼ 2.0 ％, Zr 산화물 : ZrO2 환산값의 합계로 1.0 ∼ 2.0 ％, Al 산화물 : Al2O3 환산값의 합계로 0.01 ∼ 0.1 ％, Na 산화물 및 K 산화물 : Na2O 환산값 및 K2O 환산값의 1 종 또는 2 종 이상의 합계로 0.1 ∼ 0.8 ％, CaO : 0.1 ∼ 0.8 ％, 불소 화합물 : F 환산값의 합계로 0.1 ∼ 1.0 ％, 산화물 및 불소 화합물로 이루어지는 슬래그 형성제의 합계 : 6 ∼ 12 ％ 를 함유하도록, 플럭스 함유 와이어 중의 성분을 조정하는 것으로 하고 있다. 이 와이어를 사용하여 9 ％ Ni 강 용접 이음매를 제조하면, 고강도이고 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지고, 내균열성 및 블로우홀 등의 내결함성이 우수하고, 또한, 전체 자세에서의 용접 작업성이 우수한 등, 고능률이고 고품질인 용접 금속이 얻어지는 것으로 하고 있다.
또, 특허문헌 2 에는, 「저온용 강용 용접 재료」가 기재되어 있다. 특허문헌 2 에 기재된 용접 재료는, Ni 량을 삭감하고, Mn 으로 오스테나이트를 안정화시킨 용접 재료로, 심선 중 또는 심선 및 일부 그 피복 용재 중에, 심선 중량비로, C : 0.05 ∼ 0.5 ％, Si : 0.15 ∼ 0.75 ％, Mn : 20 ∼ 50 ％, Cr : 4 ∼ 17 ％, N : 0.005 ∼ 0.5 ％ 를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 용접 재료이다. 또한, 상기한 조성에 더하여 추가로, W 그리고 Ta 를 각각 4 ％ 까지, 또는 Ni 그리고 Mo 를 각각 10 ％ 까지 함유해도 되는 것으로 하고 있다. 이로써, 용접 금속의 인장 특성 및 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 충격 인성이, 인코넬계 합금과 비교하여 손색이 없는 특성을 갖는 것으로 하고 있다.
또, 특허문헌 3 에는, 「플럭스 코어드 아크 용접용 와이어」가 기재되어 있다. 특허문헌 3 에 기재된 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, ZrO2 및 Al2O3 중에서 선택된 1 종 이상의 합계 : 0.01 ∼ 9 ％, K, Na 및 Li 중에서 선택된 1 종 또는 2 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 포함하는 것을 특징으로 하고 있다. 특허문헌 3 에 기재된 와이어를 사용하여, 극저온용 고 Mn 강재를 용접 모재로 하여 용접하면, 고온 균열이 방지되고, 또한 상온 항복 강도가 고강도이고 우수한 극저온 인성을 갖는 용접 이음매부를 얻을 수 있는 것으로 하고 있다.
또, 특허문헌 4 에는, 「가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어」가 기재되어 있다. 특허문헌 4 에 기재된 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 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 와이어이다. 특허문헌 4 에 기재된 솔리드 와이어를 사용하여, 질량％ 로, 0.5 ％ C - 0.4 ％ Si - 25 ％ Mn - 3 ％ Cr - 잔부 Fe 로 이루어지는 조성의 강판끼리를 맞대고, 가스 메탈 아크 용접을 실시하면, 상온 항복 강도가 400 ㎫ 이상인 고강도와, 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 흡수 에너지 vE-196 이 28 J 이상인 우수한 극저온 인성을 갖는 용착 금속이 얻어지는 것으로 하고 있다.
일본 공개특허공보 2018-144045호 일본 공개특허공보 소49-052737호 일본 공표특허공보 2017-502842호 일본 특허공보 제6621572호
그러나, 특허문헌 1 에 기재된 용접 재료는, Ni 를 50 ％ 이상 함유하는 Ni 기 합금계 용접 재료이고, 고가라는 문제가 있다. 또, 본 발명자들의 검토에 의하면, 특허문헌 2 에 기재된 고 Mn 강계 용접 재료로, 9 ％ Ni 강의 용접 이음매를 제조하면, 고온 균열이 발생한다는 문제가 있고, 또, 특허문헌 3 및 4 에 기재된 고 Mn 강계 와이어를 9 ％ Ni 강의 용접에 적용하면, 모재부와 용접 금속부의 경계부 (이하, 용접 본드부 (용융 경계부) 라고 칭한다) 에서, 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE-196 이, 반드시, 27 J 를 확보할 수 없다는 문제가 있는 것을 알아냈다.
본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제를 해결하고, Ni 를 질량％ 로 6.5 ∼ 10.0 ％ 함유하는 고 Ni 강판끼리를 용접 접합하여 이루어지는 용접 이음매로서, 용접 금속부가, 내고온 균열성이 우수하고, 고강도이고 우수한 저온 인성을 갖고, 또한 용접 본드부의 저온 인성도 우수한, 용접 이음매를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 여기서 말하는 용접 금속부의 「고강도」란, 상온 항복 강도 (0.2 ％ 내력) WYS 가 400 ㎫ 이상이고, 또한 상온 인장 강도 WTS 가 660 ㎫ 이상인 경우를 말하는 것으로 한다. 또, 여기서 말하는 용접 금속부, 용접 본드부의 「저온 인성이 우수하다」는 것은, 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE-196 이 27 J 이상인 경우를 말하는 것으로 한다.
본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 먼저, 용접 금속 조성이 13 질량％ 이상인 Mn 을 포함하고, 극저온에 있어서도 오스테나이트 조직이 되는 용접 금속으로 한 후에, 추가로 용접 금속의 고온 균열에 미치는 각종 요인에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, Mn 을 13 질량％ 이상 함유시켜 오스테나이트 조직으로 한 용접 금속의 고온 균열을 억제하기 위해서는, Cr 을 4.0 질량％ 이하로 제한하는 것이 유효한 것을 지견하였다. 또한, 용접 금속에 있어서 4.0 질량％ 를 초과하여 Cr 을 함유하면, 오스테나이트 입계에 탄화물 (Cr23C6) 이 석출되어 그 입계가 취화되기 때문에, 용접시에 도입되는 열 변형으로 개구되어, 고온 균열이 발생하는 것을 알아냈다.
또, 용접 금속이 극저온에 있어서도 오스테나이트 조직인 경우의, 용접 본드부의 저온 특성에 영향을 미치는 각종 요인에 대해 예의 검토를 거듭하였다. 그리고, 극저온에서 시험한 각종 샤르피 충격 시험편에 대해, 파괴의 전파 경로를 관찰하였다. 그 결과, 흡수 에너지 vE-196 이 27 J 이상이 되는 저온 인성이 우수한 용접 본드부에서는, 파괴가 용접 금속을 전파하고 있는 것에 반하여, 흡수 에너지 vE-196 이 27 J 미만이 되는 저온 인성이 저하된 용접 본드부에서는, 파괴가 용접 열 영향부를 전파하고 있는 것을 지견하였다. 이것은, 고 Mn 강의 모재부에서는, 열처리 (??칭 템퍼링 처리) 에 의해 마이크로 조직의 제조가 실시되어 있고, 이 열처리에 의해 극저온 인성이 확보되어 있지만, 용접 열 영향부에서는, 마이크로 조직이 조대화 (粗大化) 되기 때문에, 극저온 인성이 저하되고, 한편, Mn 을 13 질량％ 이상 함유하고 조직이 오스테나이트 조직인 용접 금속부에서는, 우수한 저온 인성을 유지한 채인 것에서 기인한다.
상기 지견을 기초로, 더욱 검토를 거듭한 결과, 파괴가 용접 이음매의 용접 열 영향부가 아니라 용접 금속부를 전파하는, 우수한 저온 인성을 갖는 용접 본드부를 얻기 위해서는, 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 WPS 와 강판 (모재부) 의 항복 강도 BYS 가 다음 (1) 식
[WPS] ≤ [BYS] - 100 ㎫ …… (1)
(여기서, WPS : 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 (㎫), BYS : 강판 (모재부) 의 항복 강도 (㎫))
를 만족하고, 또한 용접 금속부의 인장 강도 WTS 와 강판 (모재부) 의 인장 강도 BTS 가 다음 (2) 식
[WTS] ≤ [BTS] ＋ 100 ㎫ …… (2)
(여기서, WTS : 용접 금속의 인장 강도 (㎫), BTS : 강판 (모재부) 의 인장 강도 (㎫)) 를 만족하도록, 용접 입열을 0.5 ∼ 6.0 kJ/㎜ 로 하고, 용접 금속의 강도를 조정하는 것이 유효한 것을 지견하였다.
본 발명은, 상기한 지견에 기초하여, 더욱 검토를 더하여 완성된 것이다. 본 발명의 요지는, 다음과 같다.
[1] 강판끼리가 용접 금속부를 개재하여 용접 접합된 용접 이음매로서,
상기 강판을, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％, Si : 0.05 ∼ 0.50 ％,
Mn : 0.10 ∼ 1.80 ％, P : 0.030 ％ 이하,
S : 0.030 ％ 이하, Ni : 6.5 ∼ 10.0 ％,
N : 0.010 ％ 이하, O : 0.010 ％ 이하
를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판 조성을 갖는 강판으로 하고,
상기 용접 금속부가, 질량％ 로,
C : 0.10 ∼ 0.80 ％, Si : 0.10 ∼ 1.00 ％,
Mn : 13.0 ∼ 25.0 ％, P : 0.030 ％ 이하,
S : 0.030 ％ 이하, Ni : 1.0 ∼ 12.0 ％,
Cr : 0.4 ∼ 3.8 ％, Mo : 0.1 ∼ 5.0 ％,
N : 0.080 ％ 이하, O : 0.100 ％ 이하
를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용접 금속부 조성과, 0.2 ％ 내력 WPS : 400 ㎫ 이상, 또한 인장 강도 WTS : 660 ㎫ 이상의 인장 특성을 갖고, 또한
상기 강판의 항복 강도 BYS 와 상기 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 WPS 가 다음 (1) 식
[WPS] ≤ [BYS] - 100 ㎫ …… (1)
여기서, WPS : 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 (㎫), BYS : 강판의 항복 강도 (㎫)
를, 또, 상기 강판의 인장 강도 BTS 와 상기 용접 금속부의 인장 강도 WTS 가 다음 (2) 식
[WTS] ≤ [BTS] ＋ 100 ㎫ …… (2)
여기서, WTS : 용접 금속부의 인장 강도 (㎫), BTS : 강판의 인장 강도 (㎫)
를 만족하는 것을 특징으로 하는 용접 이음매.
[2] 상기 용접 금속부 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 다음의 (i) 및 (ii) 에서 선택되는 1 종 이상 : (i) V : 1.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하 및 W : 1.0 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 및 (ii) Cu : 2.0 ％ 이하, Al : 1.0 ％ 이하, Ca : 0.010 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 을 함유하는 용접 금속부 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 [1] 에 기재된 용접 이음매.
[3] 상기 강판 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 다음의 (iii) 및 (iv) 에서 선택되는 1 종 이상 : (iii) Cu : 0.5 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Cr : 1.0 ％ 이하, Mo : 1.0 ％ 이하, V : 0.2 ％ 이하, Nb : 0.2 ％ 이하 및 Ti : 0.2 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 및 (iv) B : 0.005 ％ 이하, Ca : 0.005 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 을 함유하는 강판 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2] 에 기재된 용접 이음매.
[4] 강판끼리를 솔리드 와이어를 사용한 가스 메탈 아크 용접하고, 용접 금속부를 형성하여 용접 이음매로 하는 용접 이음매의 제조 방법으로서,
상기 강판을, 질량％ 로,
C : 0.02 ∼ 0.20 ％, Si : 0.05 ∼ 0.50 ％,
Mn : 0.10 ∼ 1.80 ％, P : 0.030 ％ 이하,
S : 0.030 ％ 이하, Ni : 6.5 ∼ 10.0 ％,
N : 0.010 ％ 이하, O : 0.010 ％ 이하
를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판 조성을 갖는 강판으로 하고,
상기 솔리드 와이어를, 질량％ 로,
C : 0.15 ∼ 1.00 ％, Si : 0.15 ∼ 1.10 ％,
Mn : 17.0 ∼ 30.0 ％, P : 0.030 ％ 이하,
S : 0.030 ％ 이하, Ni : 0.2 ∼ 13.0 ％,
Cr : 0.4 ∼ 3.8 ％, Mo : 0.1 ∼ 5.0 ％,
N : 0.060 ％ 이하, O : 0.020 ％ 이하
를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 와이어 조성을 갖는 와이어로 하고,
상기 용접 금속부가, 질량％ 로,
C : 0.10 ∼ 0.80 ％, Si : 0.10 ∼ 1.00 ％,
Mn : 13.0 ∼ 25.0 ％, P : 0.030 ％ 이하,
S : 0.030 ％ 이하, Ni : 1.0 ∼ 12.0 ％,
Cr : 0.4 ∼ 3.8 ％, Mo : 0.1 ∼ 5.0 ％,
N : 0.080 ％ 이하, O : 0.100 ％ 이하
를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용접 금속부 조성과, 0.2 ％ 내력 WPS : 400 ㎫ 이상, 또한 인장 강도 WTS : 660 ㎫ 이상의 인장 특성을 갖고, 또한 상기 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 WPS 가, 상기 강판의 항복 강도 BYS 와의 관계에서 다음 (1) 식
[WPS] ≤ [BYS] - 100 ㎫ …… (1)
(여기서, WPS : 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 (㎫), BYS : 강판의 항복 강도 (㎫))
을, 또한, 상기 용접 금속부의 인장 강도 WTS 가, 상기 강판의 인장 강도 BTS 와의 관계에서 다음 (2) 식
[WTS] ≤ [BTS] ＋ 100 ㎫ …… (2)
(여기서, WTS : 용접 금속부의 인장 강도 (㎫), BTS : 강판의 인장 강도 (㎫))
를, 각각 만족하도록, 상기 가스 메탈 아크 용접의 용접 조건을, 1 패스 용접 입열이 0.5 ∼ 6.0 kJ/㎜ 가 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 저온 인성이 우수한 용접 이음매의 제조 방법.
[5] 상기 와이어 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 다음의 (v) 및 (vi) 에서 선택되는 1 종 이상 : (v) V : 1.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하 및 W : 1.0 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 및 (vi) Cu : 2.0 ％ 이하, Al : 1.0 ％ 이하, Ca : 0.010 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 을 함유하는 와이어 조성으로 하고, 또한, 상기 용접 금속부 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 다음의 (i) 및 (ii) 에서 선택되는 1 종 이상 : (i) V : 1.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하 및 W : 1.0 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 및 (ii) Cu : 2.0 ％ 이하, Al : 1.0 ％ 이하, Ca : 0.010 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 을 함유하는 용접 금속부 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 [4] 에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.
[6] 상기 강판 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 다음의 (iii) 및 (iv) 에서 선택되는 1 종 이상 : (iii) Cu : 0.5 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Cr : 1.0 ％ 이하, Mo : 1.0 ％ 이하, V : 0.2 ％ 이하, Nb : 0.2 ％ 이하 및 Ti : 0.2 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 및 (iv) B : 0.005 ％ 이하, Ca : 0.005 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 을 함유하는 강판 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 [4] 또는 [5] 에 기재된 용접 이음매의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 고가의 Ni 기 용접 재료를 사용하지 않고, 고온 균열의 발생도 없고, 고강도와 우수한 저온 인성을 갖는 용접 이음매를 용이하게 제조할 수 있어, 산업상 각별한 효과를 발휘한다.
또, 본 발명에 의하면, 고강도와 우수한 저온 인성을 갖는 용접 이음매를 제공할 수 있다.
[용접 이음매]
본 발명의 용접 이음매는, 질량％ 로, C : 0.02 ∼ 0.20 ％, Si : 0.05 ∼ 0.50 ％, Mn : 0.10 ∼ 1.80 ％, Ni : 6.5 ∼ 10.0 ％ 를 기본 조성으로 하는 고 Ni 강판끼리를 용접 금속부를 개재하여 용접 접합하여 이루어지는 용접 이음매이다. 용접 접합되는 고 Ni 강판은 2 장 또는 그 이상의 복수 장으로 할 수 있다. 또한, 이하, 조성에 있어서의 질량％ 는, 간단히 ％ 로 기재한다.
＜고 Ni 강판＞
모재 (피용접재) 로서 사용하는 고 Ni 강판은, 질량％ 로, C : 0.02 ∼ 0.20 ％, Si : 0.05 ∼ 0.50 ％, Mn : 0.10 ∼ 1.80 ％, P : 0.030 ％, S : 0.030 ％ 이하, Ni : 6.5 ∼ 10.0 ％, N : 0.010 ％ 이하, O : 0.010 ％ 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판 조성을 갖는다. 또한, 필요에 따라, 상기한 성분 이외에 선택 원소로서 합금 원소를 첨가해도 된다. 선택 원소로는, 강도, 인성의 향상을 기대할 수 있는, Cu : 0.5 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Cr : 1.0 ％ 이하, Mo : 1.0 ％ 이하, V : 0.2 ％ 이하, Nb : 0.2 ％ 이하 및 Ti : 0.2 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상, 및/또는, 인성의 향상을 기대할 수 있는, B : 0.005 ％ 이하, Ca : 0.005 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 예시할 수 있다.
＜용접 금속부＞
그리고, 본 발명의 용접 이음매에 있어서의 용접 금속부는, 질량％ 로, C : 0.10 ∼ 0.80 ％, Si : 0.10 ∼ 1.00 ％, Mn : 13.0 ∼ 25.0 ％, P : 0.030 ％ 이하, S : 0.030 ％ 이하, Ni : 1.0 ∼ 12.0 ％, Cr : 0.4 ∼ 3.8 ％, Mo : 0.1 ∼ 5.0 ％, N : 0.080 ％ 이하, O : 0.100 ％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성 (용접 금속부 조성) 을 갖는다.
먼저, 용접 금속부의 조성의 한정 이유에 대해 설명한다.
C : 0.10 ∼ 0.80 ％
C 는, 오스테나이트를 안정화시키는 원소이고, 또, 고용 강화에 의해, 용접 금속의 강도를 상승시키는 작용을 갖는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.10 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 그러나, 0.80 ％ 를 초과하여 함유하면, 용접시의 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, C 는 0.10 ∼ 0.80 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, 0.15 ％ 이상이다. 또 바람직하게는 0.60 ％ 이하이다.
Si : 0.10 ∼ 1.00 ％
Si 는, 탄화물의 석출을 억제함으로써, C 를 오스테나이트에 고용시켜, 오스테나이트를 안정화시킨다. 그러한 효과를 얻기 위해서는, 0.10 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 그러나, 1.00 ％ 를 초과하여 함유하면, Si 는, 응고시에 편석되고, 응고 셀 계면에 액상을 생성하여, 내고온 균열성을 저하시킨다. 그 때문에, Si 는 0.10 ∼ 1.00 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.20 ％ 이상이다. 또 바람직하게는 0.90 ％ 이하이다.
Mn : 13.0 ∼ 25.0 ％
Mn 은, 저렴하게, 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이고, 본 발명에서는 13.0 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. Mn 이 13.0 ％ 미만에서는, 오스테나이트의 안정도가 부족하기 때문에, 용접 금속 중에 경질의 마텐자이트상이 생성되어, 인성이 저하된다. 한편, Mn 이 25.0 ％ 를 초과하면, 응고시에 과도한 Mn 편석이 발생하여, 고온 균열을 유발한다. 그 때문에, Mn 은 13.0 ∼ 25.0 ％ 의 범위로 제한하였다. 또한, 바람직하게는 15.0 ％ 이상이다. 또 바람직하게는 22.0 ％ 이하이다.
P : 0.030 ％ 이하
P 는, 결정입계에 편석되어, 고온 균열을 유발하는 원소이고, 본 발명에서는, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.030 ％ 이하이면, 허용할 수 있다. 그 때문에, P 는 0.030 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 과도한 저감은, 정련 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, P 는 0.002 ％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.
S : 0.030 ％ 이하
S 는, 결정입계에 편석되어, 고온 균열을 유발하는 원소이고, 본 발명에서는, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.030 ％ 이하이면, 허용할 수 있다. 그 때문에, S 는 0.030 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 과도한 저감은, 정련 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, S 는 0.001 ％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.
Ni : 1.0 ∼ 12.0 ％
Ni 는, 오스테나이트 입계를 강화하는 원소이고, 입계의 취화를 억제함으로써, 고온 균열의 발생을 억제한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 1.0 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 또, Ni 는, 오스테나이트상을 안정화시키는 효과도 있다. 그러나, Ni 는 고가의 원소로, 12.0 ％ 를 초과하는 함유는, 경제적으로 불리해진다. 그 때문에, Ni 는 1.0 ∼ 12.0 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 2.0 ％ 이상이다. 또 바람직하게는 11.0 ％ 이하이다.
Cr : 0.4 ∼ 3.8 ％
Cr 은, 극저온에서는 오스테나이트상을 안정화시키는 원소로서 작용하여, 용접 금속의 저온 인성 (극저온 인성) 을 향상시킨다. 또, Cr 은, 용접 금속의 강도를 향상시키는 작용도 갖는다. 또, Cr 은, 고액 공존 온도 범위를 작게 하여, 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, 3.8 ％ 를 초과하여 함유하면, 입계에 Cr 탄화물을 석출시키기 위해서 입계가 취화되고, 이것이 용접시에 도입되는 열 변형으로 개구되어, 고온 균열이 발생한다. 그 때문에, Cr 은 0.4 ∼ 3.8 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는, 0.6 ％ 이상이다. 또 바람직하게는 3.5 ％ 이하이다.
Mo : 0.1 ∼ 5.0 ％
Mo 는, 오스테나이트 입계를 강화하는 원소이고, 입계의 취화를 억제함으로써, 고온 균열의 발생을 억제한다. 또한, Mo 는 용접 금속을 경화시킴으로써 내마모성을 향상시키는 작용도 갖는다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.1 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 5.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 입내가 지나치게 경화되고, 상대적으로 입계가 약해져, 고온 균열이 발생한다. 그 때문에, Mo 는 0.1 ∼ 5.0 ％ 의 범위로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.5 ％ 이상이다. 또 바람직하게는 4.0 ％ 이하이다.
O : 0.100 ％ 이하
O (산소) 는, 불가피적으로 혼입되는 원소이지만, 용접 금속 중에서, Al 계 산화물이나, Si 계 산화물을 형성하고, 응고 조직의 조대화 억제에 기여한다. 이와 같은 효과는, 0.003 ％ 이상의 함유로 현저해지기 때문에, 0.003 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하지만, 0.100 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, 산화물의 조대화가 현저해진다. 그 때문에, O (산소) 는 0.100 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 바람직하게는 0.003 ％ 이상이다. 또 바람직하게는 0.060 ％ 이하이다.
N : 0.080 ％ 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 함유로 현저해지기 때문에, 0.003 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 0.080 ％ 를 초과하여 함유하면, 질화물을 형성시켜, 저온 인성이 저하된다. 그 때문에, N 은 0.080 ％ 이하로 한정하였다. 또한, 보다 바람직하게는 0.004 ％ 이상이다. 또 바람직하게는 0.060 ％ 이하이다.
상기한 성분이, 본 발명 용접 이음매의 용접 금속부에 있어서의 기본의 성분이지만, 본 발명에서는, 상기한 기본의 성분에 더하여 추가로, 임의의 선택 성분으로서 필요에 따라, V : 1.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하 및 W : 1.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상, 및/또는, Cu : 2.0 ％ 이하, Al : 1.0 ％ 이하, Ca : 0.010 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유할 수 있다.
V : 1.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하 및 W : 1.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상
V, Ti, Nb 및 W 는 모두, 탄화물 형성 원소로, 오스테나이트 입내에 미세한 탄화물을 석출시켜 용접 금속의 강도 증가에 기여하는 원소이고, 필요에 따라 선택하여 1 종 또는 2 종 이상 함유할 수 있다.
V 는, 탄화물 형성 원소로, 오스테나이트 입내에 미세한 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, V 는 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 과잉의 탄화물이 파괴의 발생 기점이 되기 때문에, 저온 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, V 는 1.0 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.600 ％ 이하이다.
또, Ti 도 V 와 동일하게, 탄화물 형성 원소로, 미세한 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ti 는 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 과잉의 탄화물이 파괴의 발생 기점이 되기 때문에, 저온 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Ti 는 1.0 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.600 ％ 이하이다.
또, Nb 도 V, Ti 와 동일하게, 탄화물 형성 원소로, 미세한 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Nb 는 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 과잉의 탄화물이 파괴의 발생 기점이 되기 때문에, 저온 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Nb 는 1.0 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.600 ％ 이하이다.
또, W 도 V, Ti, Nb 와 동일하게, 탄화물 형성 원소로, 미세한 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, W 는 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 과잉의 탄화물이 파괴의 발생 기점이 되기 때문에, 저온 인성이 저하된다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, W 는 1.0 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.600 ％ 이하이다.
Cu : 2.0 ％ 이하, Al : 1.0 ％ 이하, Ca : 0.010 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상
Cu 는 오스테나이트 안정화에 기여하는 원소이고, Al 은 탈산제로서 작용하는 원소이며, 또, Ca, REM 은 고온 균열의 억제에 기여하는 원소로, 필요에 따라 선택하여 함유할 수 있다.
Cu : 2.0 ％ 이하
Cu 는, 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이고, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.01 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 2.0 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, 오스테나이트 입계에서 저융점의 액상이 생성되기 때문에, 고온 균열이 발생한다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Cu 는 2.0 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 1.6 ％ 이하이다.
Al : 1.0 ％ 이하
Al 은, 탈산제로서 작용하고, 용융 금속의 점성을 높여, 비드 형상을 안정적으로 유지하여, 스퍼터의 발생을 저감시키는 중요한 작용을 갖는다. 또, Al 은, 고액 공존 온도 범위를 작게 하여, 용접 금속의 고온 균열 발생의 억제에 기여한다. 이와 같은 효과는, 0.001 ％ 이상의 함유로 현저해지기 때문에, 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 용융 금속의 점성이 지나치게 높아져, 반대로, 스퍼터의 증가나, 비드가 퍼지지 않아 융합 불량 등의 결함이 증가한다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Al 은 1.0 ％ 이하의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.8 ％ 이하이다.
Ca : 0.010 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종
Ca, REM 은 모두, 고온 균열의 억제에 기여하는 원소이다. Ca 는, 용융 금속 중에서 S 와 결합하여, 고융점의 황화물 CaS 를 형성함으로써, 고온 균열을 억제한다. 이와 같은 효과는 0.001 ％ 이상의 함유로 현저해진다. 한편, 0.010 ％ 를 초과하여 함유하면, 용접시에 아크에 흐트러짐이 발생하여, 안정적인 용접이 곤란해진다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Ca 는 0.010 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.008 ％ 이하이다.
REM 은, 강력한 탈산제이고, 용접 금속 중에서 REM 산화물의 형태로 존재한다. REM 산화물은 응고시의 핵 생성 사이트가 됨으로써, 용접 금속의 응고 형태를 변화시켜, 고온 균열의 억제에 기여한다. 이와 같은 효과는 0.001 ％ 이상의 함유로 현저해진다. 그러나, 0.020 ％ 를 초과하여 함유하면, 아크의 안정성이 저하된다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, REM 은 0.020 ％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 또한, 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.016 ％ 이하이다.
상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 불가피적 불순물로는, Bi, Sn, Sb 등을 예시할 수 있고, 합계로 0.2 ％ 이하이면 허용할 수 있다.
상기한 조성의 용접 금속부는, 0.2 ％ 내력 WPS : 400 ㎫ 이상, 인장 강도 WTS : 660 ㎫ 이상의 인장 특성을 갖는 고강도이고, 또한 우수한 저온 인성을 갖는 용접 금속부이다.
상기한 용접 금속부 조성의 범위 내이고 또한, 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 WPS 가 강판의 항복 강도 BYS 와의 관계에서 다음 (1) 식
[WPS] ≤ [BYS] - 100 ㎫ …… (1)
을, 또한, 용접 금속의 인장 강도 WTS 가 강판의 인장 강도 BTS 와의 관계에서 다음 (2) 식
[WTS] ≤ [BTS] ＋ 100 ㎫ …… (2)
를, 만족하도록, 용접 조건을 조정한다. 구체적으로는, 1 패스의 용접 입열이 0.5 ∼ 6.0 kJ/㎜ 가 되도록, 용접 조건을 조정한다.
또한, 상기한 (1) 및 (2) 식을 모두 만족하는 용접 금속부이면, 용접 본드부에 있어서의 파괴의 진행은 용접 금속부측이 되어, 높은 흡수 에너지를 나타내고, 저온 인성 (극저온 인성) 이 우수한 용접 본드부가 된다.
[용접 이음매의 제조 방법]
다음으로, 본 발명의 용접 이음매의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.
먼저, 피용접재로서, 원하는 판두께를 갖고, 상기한 강판 조성을 갖는 고 Ni 강판을 2 장 또는 그 이상의 복수 장, 준비한다. 그리고, 준비한 강판끼리가 소정의 개선 (開先) 형상을 형성하도록, 개선 가공을 실시한다. 형성하는 개선 형상에 대해서는, 특별히 한정할 필요는 없지만, 용접 구조물로서 통상적인 レ 개선, V 개선 등을 예시할 수 있다.
이어서, 개선 가공된 강판끼리를 맞댄, 용접 재료 (솔리드 와이어) 를 사용하여 용접을 실시하고, 다층 용접 금속부의 형성을 통하여 용접 접합하여, 용접 이음매를 제조한다.
＜용접법＞
사용하는 용접법은, 원하는 특성을 갖는 용접 금속부 (다층) 를 형성할 수 있으면 되고, 특별히 한정할 필요는 없지만, 원하는 강도, 우수한 저온 인성을 갖는 용접 금속부 및 본드부를 형성하기 위해서는, 1 패스 입열량 : 0.5 ∼ 6.0 kJ/㎜ 의 다층성 가스 메탈 아크 용접이 바람직하다. 또, 사용하는 용접 재료로는, 상기한 용접 금속부를 형성할 수 있는 용접 재료이면 되고, 특별히 한정할 필요는 없다.
＜용접 재료＞
또, 사용하는 용접 재료 (솔리드 와이어) 의 바람직한 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명에서 사용하는 솔리드 와이어에서는, 상용되는 용접용 솔리드 와이어의 제조 방법을 모두 적용할 수 있다.
사용하는 솔리드 와이어는, 상기한 용접 금속부를 형성할 수 있도록, C : 0.15 ∼ 1.00 ％, Si : 0.15 ∼ 1.10 ％, Mn : 17.0 ∼ 30.0 ％, P : 0.030 ％ 이하, S : 0.030 ％ 이하, Ni : 0.2 ∼ 13.0 ％, Cr : 0.4 ∼ 3.8 ％, Mo : 0.1 ∼ 5.0 ％, N : 0.060 ％ 이하, O : 0.020 ％ 이하를 기본의 원소로서 포함하고, 혹은 추가로, V : 1.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하 및 W : 1.0 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상, 및/또는, Cu : 2.0 ％ 이하, Al : 1.0 ％ 이하, Ca : 0.010 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 임의의 합금 원소로서 함유해도 되고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 와이어 조성을 갖는 와이어로 하는 것이 바람직하다.
상기한 와이어 조성을 갖는 용강을, 전기로, 진공 용해로 등의 상용의 용제 방법으로 용제하고, 소정 형상의 주형 등으로 주조하여 강괴 등의 강 소재를 얻는 주조 공정과, 이어서, 얻어진 강괴 등의 강 소재를, 소정의 온도로 가열하는 가열 공정과, 가열된 강 소재에, 열간 압연을 실시하여, 소정 형상의 봉상체를 얻는 열연 공정을 순차 실시한다. 이어서 얻어진 봉상체를 복수회의 냉간 압연 (냉간 신선 가공) 과 필요에 따라 어닐링을 실시하여, 원하는 치수의 와이어를 얻는 냉연 공정을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 어닐링은, 어닐링 온도 : 1000 ∼ 1200 ℃ 에서 실시하는 것이 바람직하다.
이하, 실시예에 기초하여, 추가로 본 발명에 대해 설명한다.
실시예
먼저, 시험판으로서, 표 1 에 나타내는 강판 조성을 갖는, 판두께 : 30 ㎜ 의 고 Ni 강판을 준비하였다. 또한, 강판의 판두께 중앙부 위치로부터 채취한 JIS Z 2241 에 규정되는 10 호 시험편을 사용하여, 상온에서 인장 시험을 실시하였다. 얻어진 강판의 인장 특성 (항복 강도 BYS, 인장 강도 BTS) 을 표 1 에 병기하였다.
다음으로, 용접 재료 (솔리드 와이어) 를 제조하였다.
표 2 에 나타내는 조성 (와이어 조성) 의 용강을, 진공 용해로에서 용제하고, 주조하여 강괴 (100 kgf) 를 얻었다. 얻어진 강괴를 1200 ℃ 로 가열한 후, 열간 압연을 실시하여 봉상의 강 소재를 얻었다. 이어서, 얻어진 봉상의 강 소재에 추가로, 어닐링을 사이에 두고 복수회의 냉간 압연 (냉간 신선) 을 실시하여, 1.2 ㎜φ 의 용접용 솔리드 와이어를 얻었다.
이어서, 준비한 시험판 (고 Ni 강판 : 판두께 30 ㎜ × 폭 150 ㎜ × 길이 400 ㎜) 에, レ 개선 (개선 각도 : 45°) 이 형성될 수 있도록, 개선 가공을 실시하였다. 그리고, 그 개선 내에, 얻어진 용접용 솔리드 와이어를 용접 재료로 하고, 실드 가스 중에서, 가스 메탈 아크 용접을 실시하고, 다층성의 용접 금속부를 형성하여, 용접 이음매를 얻었다. 또한, 용접 조건은, 하방향 자세로, 전류 : 150 ∼ 450 A (DCEP), 전압 : 20 ∼ 40 V, 용접 속도 : 15 ∼ 60 ㎝/min 으로, 패스간 온도 : 100 ∼ 200 ℃, 실드 가스 : 80 ％ Ar - 20 ％ CO2 로 이루어지는 조건으로 하였다. 또한, 용접 금속의 강도 조정을 위해서, 본 발명예에서는 1 패스의 용접 입열을 0.5 ∼ 6.0 kJ/㎜ 의 범위로 조정하였다 (표 3 참조). 용접시의 기온은 18 ℃, 습도는 40 ％ 였다.
얻어진 용접 이음매의 용접 금속부의 판두께 및 폭 중앙 위치의 φ 10 ㎜ 의 범위로부터, 분석용 시험편을 채취하고, 화학 분석에 의해, 용접 금속부의 화학 성분을 분석하였다. 얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.
이어서, 얻어진 용접 이음매의 용접 금속부 및 용접 열 영향부에 대해, 광학 현미경 (배율 : 100 배) 을 사용하여 관찰하고, 용접 균열 (고온 균열) 의 유무를 조사하였다. 용접 금속부에서 균열이 확인되는 경우에는 용접 균열 「유」로 평가하고, 균열이 확인되지 않은 경우에는, 용접 균열 「무」로 평가하였다.
또, 얻어진 용접 이음매의 용접 금속부의 판두께 및 폭 중앙 위치로부터, JIS Z 2241 의 규정에 준거하여, 14A 호 인장 시험편 (평행부 직경 12.5 ㎜φ) 을 채취하고, 상온에서 인장 시험을 실시하여, 용접 금속부의 강도 (0.2 ％ 내력 WPS, 인장 강도 WTS) 를 구하였다. 또한, 인장 시험은 각 3 개 실시하여, 그 평균값을 당해 용접 금속부의 강도로 하였다.
또한, 얻어진 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 WPS, 인장 강도 WTS 와, 표 1 에 나타내는 강판의 항복 강도 BYS, 인장 강도 BTS 를 사용하여, (1) 식 및 (2) 식의 우변값, 좌변값을 각각 산출하고, (1) 식, (2) 식을 만족하는 경우를 「○」, (1) 식, (2) 식을 만족하지 않는 경우를 「×」로 평가하였다.
또, 얻어진 용접 이음매로부터 샤르피 충격 시험편 (V 노치 : 10 ㎜ 두께) 을 채취하고, JIS Z 2242 의 규정에 준거하여 시험 온도 : -196 ℃ 에서 샤르피 충격 시험을 실시하여, 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 흡수 에너지 E-196 (J) 를 구하였다. 시험편은 용접 금속부 측정용과 용접 본드부 측정용을 각 3 개로 하고, 그 각 평균값을 당해 용접 이음매의 용접 금속부와 용접 본드부의 각 흡수 에너지 E-196 으로 하였다. 또한, 양 샤르피 충격 시험편은, 그 시험편 두께의 중심 위치가 강판 표면으로부터, 판두께 방향으로 7 ㎜ 의 위치가 되도록, 채취하였다. 그리고, 용접 금속부 측정용 및 용접 본드부 측정용의 샤르피 충격 시험편의 노치 위치가, 각각, 용접 금속부 폭 방향 중앙 위치 및 용접 본드부가 되도록 채취하였다.
또, 시험 후의 샤르피 충격 시험편 중, 노치 위치가 용접 본드부의 시험편에 대해, 샤르피 충격 시험편의 두께 중앙 위치를 절단한 후, 절단면을 2 ％ 나이탈로 부식시키고, 그 절단면을 광학 현미경 (배율 : 50 배) 으로, 노치로부터 발생한 균열이, 용접 금속부, 열 영향부 (HAZ) 중 어느 쪽을 전파하고 있는지를 관찰하여, 노치로부터의 파괴 전파 경로를 조사하였다.
얻어진 결과를 표 4 에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
본 발명예에서는 모두, 용접 균열 (고온 균열) 의 발생은 확인되지 않았다. 또, 본 발명예에서는, 얻어진 용접 금속부는 모두, 상온에 있어서의 항복 강도 (0.2 ％ 내력) 가 400 ㎫ 이상, 인장 강도가 660 ㎫ 이상으로 고강도이고, 또한 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE-196 이 27 J 이상으로, 우수한 저온 인성을 갖고 있다. 또, 용접 본드부도, 흡수 에너지 vE-196 이 27 J 이상으로 우수한 저온 인성을 갖고 있다. 따라서, 얻어진 용접 이음매는, 고강도이고 저온 인성이 우수한 용접 이음매라고 할 수 있다.
한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예에서는, 용접 균열이 발생하고 있거나, 혹은, 용접 금속부의 강도가 부족하고 있거나, 혹은 용접 금속부의 저온 인성이 저하되어 있거나, 또는, 용접 본드부의 저온 인성이 저하되어 있거나 하여, 원하는 용접 이음매가 얻어지고 있지 않다.
또한, 용접 금속부의 0.2 ％ 내력이 (1) 식, 및/또는, 용접 금속부의 인장 강도가 (2) 식을 만족하지 않는 비교예에서는, 균열의 전파 경로 (균열 진전 위치) 가 열 영향부 (HAZ 부) 가 되어, 저온 인성이 저하되어 있다. 용접 금속부의 0.2 ％ 내력이 (1) 식, 및, 용접 금속부의 인장 강도가 (2) 식을 만족하는 경우에는, 균열의 전파 경로가 용접 금속부로 되어 있다.

Claims (6)

  1. 강판끼리가 용접 금속부를 개재하여 용접 접합된 용접 이음매로서,
    상기 강판을, 질량％ 로,
    C : 0.02 ∼ 0.20 ％, Si : 0.05 ∼ 0.50 ％,
    Mn : 0.10 ∼ 1.80 ％, P : 0.030 ％ 이하,
    S : 0.030 ％ 이하, Ni : 6.5 ∼ 10.0 ％,
    N : 0.010 ％ 이하, O : 0.010 ％ 이하
    를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판 조성을 갖는 강판으로 하고,
    상기 용접 금속부가, 질량％ 로,
    C : 0.10 ∼ 0.80 ％, Si : 0.10 ∼ 1.00 ％,
    Mn : 13.0 ∼ 25.0 ％, P : 0.030 ％ 이하,
    S : 0.030 ％ 이하, Ni : 1.0 ∼ 12.0 ％,
    Cr : 0.4 ∼ 3.8 ％, Mo : 0.1 ∼ 5.0 ％,
    N : 0.080 ％ 이하, O : 0.100 ％ 이하
    를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용접 금속부 조성과, 0.2 ％ 내력 WPS : 400 ㎫ 이상, 또한 인장 강도 WTS : 660 ㎫ 이상의 인장 특성을 갖고, 또한
    상기 강판의 항복 강도 BYS 와 상기 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 WPS 가 하기 (1) 식을, 또, 상기 강판의 인장 강도 BTS 와 상기 용접 금속부의 인장 강도 WTS 가 하기 (2) 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 용접 이음매.
    [WPS] ≤ [BYS] - 100 ㎫ …… (1)
    [WTS] ≤ [BTS] ＋ 100 ㎫ …… (2)
    여기서, WPS : 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 (㎫), WTS : 용접 금속부의 인장 강도 (㎫),
    BYS : 강판의 항복 강도 (㎫), BTS : 강판의 인장 강도 (㎫)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접 금속부 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 다음의 (i) 및 (ii) 에서 선택되는 1 종 이상 : (i) V : 1.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하 및 W : 1.0 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 및 (ii) Cu : 2.0 ％ 이하, Al : 1.0 ％ 이하, Ca : 0.010 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 을 함유하는 용접 금속부 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 용접 이음매.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강판 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 다음의 (iii) 및 (iv) 에서 선택되는 1 종 이상 : (iii) Cu : 0.5 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Cr : 1.0 ％ 이하, Mo : 1.0 ％ 이하, V : 0.2 ％ 이하, Nb : 0.2 ％ 이하 및 Ti : 0.2 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 및 (iv) B : 0.005 ％ 이하, Ca : 0.005 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 을 함유하는 강판 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 용접 이음매.
  4. 강판끼리를 솔리드 와이어를 사용한 가스 메탈 아크 용접하고, 용접 금속부를 형성하여 용접 이음매로 하는 용접 이음매의 제조 방법으로서,
    상기 강판을, 질량％ 로,
    C : 0.02 ∼ 0.20 ％, Si : 0.05 ∼ 0.50 ％,
    Mn : 0.10 ∼ 1.80 ％, P : 0.030 ％ 이하,
    S : 0.030 ％ 이하, Ni : 6.5 ∼ 10.0 ％,
    N : 0.010 ％ 이하, O : 0.010 ％ 이하
    를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강판 조성을 갖는 강판으로 하고,
    상기 솔리드 와이어를, 질량％ 로,
    C : 0.15 ∼ 1.00 ％, Si : 0.15 ∼ 1.10 ％,
    Mn : 17.0 ∼ 30.0 ％, P : 0.030 ％ 이하,
    S : 0.030 ％ 이하, Ni : 0.2 ∼ 13.0 ％,
    Cr : 0.4 ∼ 3.8 ％, Mo : 0.1 ∼ 5.0 ％,
    N : 0.060 ％ 이하, O : 0.020 ％ 이하
    를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 와이어 조성을 갖는 와이어로 하고,
    상기 용접 금속부가, 질량％ 로,
    C : 0.10 ∼ 0.80 ％, Si : 0.10 ∼ 1.00 ％,
    Mn : 13.0 ∼ 25.0 ％, P : 0.030 ％ 이하,
    S : 0.030 ％ 이하, Ni : 1.0 ∼ 12.0 ％,
    Cr : 0.4 ∼ 3.8 ％, Mo : 0.1 ∼ 5.0 ％,
    N : 0.080 ％ 이하, O : 0.100 ％ 이하
    를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 용접 금속부 조성과, 0.2 ％ 내력 WPS : 400 ㎫ 이상, 또한 인장 강도 WTS : 660 ㎫ 이상의 인장 특성을 갖고, 또한 상기 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 WPS 가, 상기 강판의 항복 강도 BYS 와의 관계에서 하기 (1) 식을, 또한 상기 용접 금속부의 인장 강도 WTS 가, 상기 강판의 인장 강도 BTS 와의 관계에서 하기 (2) 식을, 각각 만족하도록, 상기 가스 메탈 아크 용접의 용접 조건을, 1 패스 용접 입열이 0.5 ∼ 6.0 kJ/㎜ 가 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 저온 인성이 우수한 용접 이음매의 제조 방법.
    [WPS] ≤ [BYS] - 100 ㎫ …… (1)
    [WTS] ≤ [BTS] ＋ 100 ㎫ …… (2)
    여기서, WPS : 용접 금속부의 0.2 ％ 내력 (㎫), WTS : 용접 금속부의 인장 강도 (㎫),
    BYS : 강판의 항복 강도 (㎫), BTS : 강판의 인장 강도 (㎫)
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 와이어 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 다음의 (v) 및 (vi) 에서 선택되는 1 종 이상 : (v) V : 1.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하 및 W : 1.0 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 및 (vi) Cu : 2.0 ％ 이하, Al : 1.0 ％ 이하, Ca : 0.010 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 을 함유하는 와이어 조성으로 하고, 또한, 상기 용접 금속부 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 다음의 (i) 및 (ii) 에서 선택되는 1 종 이상 : (i) V : 1.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하 및 W : 1.0 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 및 (ii) Cu : 2.0 ％ 이하, Al : 1.0 ％ 이하, Ca : 0.010 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 을 함유하는 용접 금속부 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 용접 이음매의 제조 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 강판 조성에 더하여 추가로, 질량％ 로, 다음의 (iii) 및 (iv) 에서 선택되는 1 종 이상 : (iii) Cu : 0.5 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, Cr : 1.0 ％ 이하, Mo : 1.0 ％ 이하, V : 0.2 ％ 이하, Nb : 0.2 ％ 이하 및 Ti : 0.2 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 및 (iv) B : 0.005 ％ 이하, Ca : 0.005 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중 1 종 또는 2 종 이상 ; 을 함유하는 강판 조성으로 하는 것을 특징으로 하는 용접 이음매의 제조 방법.
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