KR20230098876A - 플럭스 코어드 와이어 - Google Patents
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Abstract
가스 실드 아크 용접 시에 있어서의 용접 작업성이 양호하고, 인장 강도 및 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있는, 플럭스 코어드 와이어를 제공한다. 외피에 플럭스가 충전되어 있는 가스 실드 아크 용접용의 플럭스 코어드 와이어는, 각 화학 성분을 적절히 제어함과 함께, 하기 수식(I)에 의해 산출되는 θ가 10.0 이상 30.0 이하이다. θ=4.1×α-3.2×γ-32.3 ···(I) 단, 와이어 전체 질량에 대한 Si, Cr, Mo, Ti, C, N, Mn, Cu, Ni의 함유량을, 각각, 질량%로 [Si], [Cr], [Mo], [Ti], [C], [N], [Mn], [Cu], [Ni]로 했을 때, α=0.02×[Si]+[Cr]+1.20×[Mo]+0.3×[Ti]+0.30, γ=24×[C]+28×[N]+0.25×[Mn]+0.5×[Cu]+1.10×[Ni]로 한다.
Description
본 발명은, 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
일반적으로, 가스는 수송·보관의 효율을 올리기 위해, 저온에서 액화하여 탱크에 저장되기 때문에, 저장 탱크의 구조 부재에는 저장하는 가스의 액화 온도역에 있어서의 저온 인성이 요구된다.
액화 에틸렌 가스용의 저장 탱크 등의 구조 부재로서는, 인장 강도 및 저온 인성이 양호한 5% Ni 강판이 사용되고 있다. 5% Ni 강판의 용접 재료에는, Ni기 합금 용접 재료가 사용되는 경우가 많지만, Ni기 합금보다도 저비용인 스테인리스강의 용접 재료도 사용되고 있다.
여기에서, 특허문헌 1에는, 5% Ni 강판용의 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 이 플럭스 코어드 와이어는, 완전 오스테나이트 조직이 되도록 용접 금속의 성분의 조정을 행하는 것에 의해, 저온 인성의 향상을 도모하고 있다.
한편, 액화 천연 가스용의 저장 탱크에 있어서는, 액화 에틸렌 가스용의 탱크보다도 더 낮은 온도역에서의 인성 특성이 요구되기 때문에, 5% Ni 강판보다도 저온 인성이 우수하고, 또한 고강도인 9% Ni 강판이 사용되고 있다.
5% Ni 강판과 마찬가지로, 9% Ni 강판에 있어서도, 용접 재료에는 Ni기 합금 용접 재료가 사용되는 것이 일반적이지만, 스테인리스강 용접 재료를 적용할 수 있으면 저비용화가 가능하다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 스테인리스강 플럭스 코어드 와이어는, 9% Ni 강판용으로서는 강도가 부족한 경우가 있기 때문에, 사용할 수 없다. 또한, 고온균열의 발생을 방지하기 위해서는 완전 오스테나이트 조직이 아니라, 어느 정도의 페라이트상을 포함하는 것이 바람직하다. 또, 플럭스 코어드 와이어에 있어서는, 아크 용접 시에 있어서, 양호한 용접 작업성도 요구되고 있다.
본 발명은, 전술한 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 가스 실드 아크 용접 시에 있어서의 용접 작업성이 양호하고, 인장 강도 및 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있는, 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 플럭스 코어드 와이어 중의 성분을 소정의 범위로 규정하는 것에 의해, 용접 금속 중의 오스테나이트상과 페라이트상의 비율을 제어하고, 응고 형태를 페라이트 단상 응고인 F 모드로 한 데다가, 미세한 위드만스테텐 오스테나이트를 석출시킴으로써, 인장 강도와 저온 인성을 향상시킬 수 있는 것을 발견했다. 본 발명은, 이들 지견에 기초하여 이루어진 것이다.
본 발명의 상기 목적은, 플럭스 코어드 와이어에 관련되는 하기 [1]의 구성에 의해 달성된다.
[1] 외피에 플럭스가 충전되어 있는 가스 실드 아크 용접용의 플럭스 코어드 와이어로서,
와이어 전체 질량에 대해서,
Fe: 40질량% 이상 70질량% 이하,
Cr: 15.0질량% 이상 25.0질량% 이하,
Ni: 5.0질량% 이상 11.0질량% 이하,
Si: 0.5질량% 이상 3.0질량% 이하,
Mn: 0.5질량% 이상 5.0질량% 이하,
Na 및 K의 총량: 0.05질량% 이상 1.0질량% 이하,
TiO2: 3.0질량% 이상 9.0질량% 이하,
ZrO2: 1.0질량% 초과 4.0질량% 이하,
Al2O3: 0.3질량% 이상 2.0질량% 이하를 함유하고,
C: 0.015질량% 미만,
Ti: 1.0질량% 이하,
Mo: 2.0질량% 이하,
Cu: 0.5질량% 이하,
Al: 0.9질량% 이하,
N: 0.040질량% 이하,
F: 0.30질량% 이하임과 함께,
하기 수식(I)에 의해 산출되는 θ가 10.0 이상 30.0 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
θ=4.1×α-3.2×γ-32.3 ···(I)
단, 와이어 전체 질량에 대한 Si 함유량을 질량%로 [Si], 와이어 전체 질량에 대한 Cr 함유량을 질량%로 [Cr], 와이어 전체 질량에 대한 Mo 함유량을 질량%로 [Mo], 와이어 전체 질량에 대한 Ti 함유량을 질량%로 [Ti], 와이어 전체 질량에 대한 C 함유량을 질량%로 [C], 와이어 전체 질량에 대한 N 함유량을 질량%로 [N], 와이어 전체 질량에 대한 Mn 함유량을 질량%로 [Mn], 와이어 전체 질량에 대한 Cu 함유량을 질량%로 [Cu], 와이어 전체 질량에 대한 Ni 함유량을 질량%로 [Ni]로 했을 때,
α=0.02×[Si]+[Cr]+1.20×[Mo]+0.3×[Ti]+0.30
γ=24×[C]+28×[N]+0.25×[Mn]+0.5×[Cu]+1.10×[Ni]로 한다.
또한, 플럭스 코어드 와이어에 관련되는 일 실시태양은,
와이어 전체 질량에 대해서,
Bi: 0.001질량% 이상 0.10질량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 가스 실드 아크 용접 시에 있어서의 용접 작업성이 양호하고, 인장 강도 및 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있는, 플럭스 코어드 와이어를 제공할 수 있다.
도 1은, 발명예 및 비교예의 인장 강도와 θ의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 임의로 변경하여 실시할 수 있다.
[플럭스 코어드 와이어]
본 실시형태에 따른 플럭스 코어드 와이어(이하, 간단히 「와이어」라고도 한다.)는, 강제(鋼製)의 외피에 플럭스가 충전되어 있다.
본 실시형태에 있어서, 와이어의 외경은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 0.9mm 이상 1.6mm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 플럭스 충전율은, 와이어 중의 각 원소의 함유량이 본 발명의 범위 내이면, 임의의 값으로 설정할 수 있지만, 와이어 제조 시의 신선성 및 와이어 송급성의 관점에서, 예를 들면, 와이어 전체 질량에 대해서 10질량% 이상 20질량% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 와이어는, 외피에 이음매를 갖는 경우, 이음매를 갖지 않는 경우 등, 그 이음매의 형태나 단면의 형상에 제한은 없다. 본 실시형태에 따른 와이어는, 예를 들면, 100체적% CO2 가스를 실드 가스로 하여, 가스 실드 아크 용접에 이용할 수 있다.
이하, 본 실시형태에 따른 가스 실드 아크 용접용의 플럭스 코어드 와이어에 함유되는 성분에 대하여, 그 첨가 이유 및 수치 한정 이유를 상세히 설명한다.
<Fe: 40질량% 이상 70질량% 이하>
Fe는, 본 실시형태에 따른 와이어의 주성분이다. 와이어 전체 질량에 대한 Fe 함유량은, 40질량% 이상으로 하고, 45질량% 이상인 것이 바람직하고, 50질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 와이어 전체 질량에 대한 Fe 함유량은, 70질량% 이하로 하고, 67.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 65질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
<Cr: 15.0질량% 이상 25.0질량% 이하>
Cr은, 용접 금속의 페라이트양을 결정하는 중요한 구성 성분임과 함께, 용접 금속의 내산화성과 페라이트의 안정성, 열사이클에 의한 취화 거동의 억제에 중요한 원소이다.
와이어 전체 질량에 대한 Cr 함유량이 15.0질량% 미만이면, 고(高)페라이트 조직의 용접 금속을 얻는 데 불충분해진다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Cr 함유량은, 15.0질량% 이상으로 하고, 15.5질량% 이상인 것이 바람직하고, 16.0질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 Cr 함유량이 25.0질량%를 초과하면, 용접 시의 다중 열사이클에 의한 취화 경향이 현저해진다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Cr 함유량은, 25.0질량% 이하로 하고, 24.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 24.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
<Ni: 5.0질량% 이상 11.0질량% 이하>
Ni는, Cr과 마찬가지로, 용접 금속의 페라이트양을 결정하는 중요한 구성 셩분임과 함께, 용접 금속의 내산화성과 오스테나이트의 안정성, 열사이클에 의한 취화 거동의 억제에 중요한 원소이다.
와이어 전체 질량에 대한 Ni 함유량이 5.0질량% 미만이면, 고오스테나이트 조직의 용접 금속을 얻는 데 불충분해진다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Ni 함유량은, 5.0질량% 이상으로 하고, 5.5질량% 이상인 것이 바람직하고, 6.0질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 Ni 함유량이 11.0질량%를 초과하면, 본 발명에서 필요하다고 생각되는 페라이트양을 확보하는 것이 곤란해진다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Ni 함유량은, 11.0질량% 이하로 하고, 10.8질량% 이하인 것이 바람직하고, 10.6질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
<Si: 0.5질량% 이상 3.0질량% 이하>
Si는, 용접 금속의 탈산제로서 중요한 원소임과 함께, 용접 비드의 친밀성을 좋게 하는 효과를 갖는 성분이다.
와이어 전체 질량에 대한 Si 함유량이 0.5질량% 미만이면, 탈산 부족을 야기하여, 블로홀 등의 기공 결함의 발생 원인이 되거나, 용접 금속의 인성이 저하되는 원인이 되거나 한다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Si 함유량은, 0.5질량% 이상으로 하고, 0.6질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.8질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, Si는, 페라이트 안정화 원소이지만, 와이어 중에 과다하게 첨가되면, 동일 페라이트양이어도 인성이 저하된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Si 함유량은, 3.0질량% 이하로 하고, 2.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 2.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 실시형태에 있어서, Si 함유량이란, 와이어 중에 함유되는 Si 단체(單體), Si 화합물 및 Si 합금에서 유래하는 전체 Si의 함유량을 나타낸다.
<Mn: 0.5질량% 이상 5.0질량% 이하>
Mn은, 용접 금속의 탈산제로서 중요한 원소이다.
와이어 전체 질량에 대한 Mn 함유량이 0.5질량% 미만이면, 탈산 부족을 야기하여, 블로홀 등의 기공 결함이 발생하는 원인이 되거나, 용접 금속의 인성이 저하되는 원인이 되거나 한다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Mn 함유량은, 0.5질량% 이상으로 하고, 1.0질량% 이상인 것이 바람직하고, 1.5질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 Mn 함유량이 5.0질량%를 초과하면, 슬래그 박리성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Mn 함유량은, 5.0질량% 이하로 하고, 4.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 3.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
<Na 및 K의 총량: 0.05질량% 이상 1.0질량% 이하>
Na 및 K는, 아크를 안정화시키는 효과를 갖는 성분이고, 적정한 양으로 와이어 중에 첨가하는 것에 의해, 양호한 비드 형상을 얻을 수 있다.
와이어 전체 질량에 대한 Na 및 K의 총량이 0.05질량% 미만이면, 양호한 비드 형상을 얻을 수 없다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Na 및 K의 총량은, 0.05질량% 이상으로 하고, 0.10질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.50질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 Na 및 K의 총량이 1.0질량%를 초과하면, 저온 인성이 저하된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Na 및 K의 총량은, 1.0질량% 이하로 하고, 0.9질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.8질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, Na 및 K의 양쪽이 와이어 중에 함유되어 있어도, 어느 한쪽만이 와이어 중에 함유되어 있어도 되고, 그 총량이 0.05질량% 이상 1.0질량% 이하이면 된다.
<TiO2: 3.0질량% 이상 9.0질량% 이하>
TiO2는, 슬래그 형성제로서 와이어 중에 첨가되어, 피포성(被包性)이 좋은 슬래그를 형성하는 효과를 갖는 성분이다.
와이어 전체 질량에 대한 TiO2 함유량이, 3.0질량% 미만이면, 슬래그의 피포성이 열화된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 TiO2 함유량은, 3.0질량% 이상으로 하고, 5.0질량% 이상인 것이 바람직하고, 7.0질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 TiO2 함유량이, 9.0질량%를 초과하면, 슬래그 생성량이 과잉이 되어, 용접부에 슬래그 권입이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 TiO2 함유량은, 9.0질량% 이하로 하고, 8.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 8.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 실시형태에 있어서는, TiO2 함유량은, Ti 화합물의 TiO2 환산치이다.
<ZrO2: 1.0질량% 초과 4.0질량% 이하>
ZrO2는, 고융점 산화물로서, 슬래그의 점성 및 융점을 조정하는 성분이고, 슬래그의 응고 온도를 높게 하여, 용접 시의 비드 형상을 양호하게 하는 효과를 갖는다.
와이어 전체 질량에 대한 ZrO2 함유량이 1.0질량% 이하이면, 비드 형상이 불량이 된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 ZrO2 함유량은, 1.0질량% 초과로 하고, 1.3질량% 이상인 것이 바람직하고, 1.6질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 ZrO2 함유량이 4.0질량%를 초과하면, 용융 슬래그의 융점이 과대해져 비드 외관 및 비드 형상이 악화될 우려가 있다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 ZrO2 함유량은, 4.0질량% 이하로 하고, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 2.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 실시형태에 있어서는, ZrO2 함유량은 Zr 단체, Zr 합금 및 Zr 화합물에 포함되는 모든 Zr의 ZrO2 환산치로서 규정되어 있다.
<Al2O3: 0.3질량% 이상 2.0질량% 이하>
Al2O3은, 용융 슬래그의 점성을 높이고, 유동성을 개량하여, 비드 외관 및 비드 형상을 양호하게 하는 효과를 갖는 성분이다.
와이어 전체 질량에 대한 Al2O3 함유량이 0.3질량% 미만이면, 비드 외관 및 비드 형상을 양호하게 유지할 수 없고, 특히, 입향 용접의 작업성이 열화된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Al2O3 함유량은, 0.3질량% 이상으로 하고, 0.6질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.9질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 Al2O3 함유량이 2.0질량%를 초과하면, 용융 슬래그의 점성이 지나치게 높아져, 비드 형상이 불량이 된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Al2O3 함유량은, 2.0질량% 이하로 하고, 1.5질량% 이하인 것이 바람직하고, 1.0질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 실시형태에 있어서는, Al2O3 함유량은, Al 화합물의 Al2O3 환산치이다.
<C: 0.015질량% 미만>
와이어 중에 C를 함유시키는 것에 의해, 용접 금속 중의 탄소량이 증가하여, 저온 인성이 저하되기 때문에, 와이어 전체 질량에 대한 C 함유량은, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다.
와이어 전체 질량에 대한 C 함유량이 0.015질량% 이상이면, 용접 금속의 저온 인성이 저하됨과 함께, 용접 시에 발생하는 스패터양이 증가한다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 C 함유량은, 0.015질량% 미만으로 하고, 0.012질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.009질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
<Ti: 1.0질량% 이하>
Ti는, 본 실시형태의 와이어에 있어서의 필수 성분은 아니지만, 탈산 작용을 갖는 원소이기 때문에, 임의 성분으로서 와이어 중에 Ti를 함유시킬 수 있다.
와이어 전체 질량에 대한 Ti 함유량이 1.0질량%를 초과하면, 강(强)탈산제로서의 효과로 인해, 용접 금속 중의 탄소가 증가하여, 용접 금속의 인성이 저하된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Ti 함유량은, 1.0질량% 이하로 하고, 0.8질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.6질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 Ti 함유량의 하한치는 특별히 한정되지 않고, 0질량%여도 되지만, 0.001질량% 이상이어도 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서, Ti 함유량은, Ti 단체 및 Ti 합금에 포함되는 Ti의 총량이다.
<Mo: 2.0질량% 이하>
Mo는, 본 실시형태의 와이어에 있어서의 필수 성분은 아니지만, 용접 금속의 강도를 향상시키는 것을 목적으로, 임의 성분으로서 와이어 중에 Mo를 함유시킬 수 있다.
와이어 전체 질량에 대한 Mo 함유량이 2.0질량%를 초과하면, 저온 인성이 저하된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Mo 함유량은, 2.0질량% 이하로 하고, 1.8질량% 이하인 것이 바람직하고, 1.6질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 Mo 함유량의 하한치는 특별히 한정되지 않고, 0질량%여도 되지만, 0.001질량% 이상이어도 된다.
<Cu: 0.5질량% 이하>
Cu는, 본 실시형태의 와이어에 있어서의 필수 성분은 아니지만, 오스테나이트 조직을 안정화시키는 것을 목적으로, 임의 성분으로서 와이어 중에 Cu를 함유시킬 수 있다.
와이어 전체 질량에 대한 Cu 함유량이 0.5질량%를 초과하면, 저온 인성이 저하된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Cu 함유량은, 0.5질량% 이하로 하고, 0.3질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.1질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 Cu 함유량의 하한치는 특별히 한정되지 않고, 0질량%여도 되지만, 0.001질량% 이상이어도 된다.
<Al: 0.9질량% 이하>
Al은, 본 실시형태의 와이어에 있어서의 필수 성분은 아니지만, 탈산 작용을 갖는 원소이기 때문에, 임의 성분으로서 와이어 중에 Al을 함유시킬 수 있다.
와이어 전체 질량에 대한 Al 함유량이 0.9질량%를 초과하면, 페라이트의 응고 조직이 기둥상 결정으로부터 등축 결정으로 변화하고, 그 후 생성되는 오스테나이트의 형상이 위드만스테텐상으로부터 입상으로 변화하기 때문에, 인성이 저하됨과 함께, 슬래그 박리성이 악화된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Al 함유량은, 0.9질량% 이하로 하고, 0.6질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.2질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 Al 함유량의 하한치는 특별히 한정되지 않고, 0질량%여도 되지만, 0.001질량% 이상이어도 된다.
한편, 본 실시형태에 있어서, Al 함유량은, Al 단체 및 Al 합금에 포함되는 Al의 총량이다.
<N: 0.040질량% 이하>
N은, 본 실시형태의 와이어에 있어서의 필수 성분은 아니지만, 용접 금속의 강도 향상이나 표면 장력을 저하시켜 비드의 친밀성을 양호하게 하는 효과를 갖는 원소이기 때문에, 임의 성분으로서 와이어 중에 N을 함유시킬 수 있다.
와이어 전체 질량에 대한 N 함유량이 0.040질량%를 초과하면, 용융 금속의 표면 장력이 지나치게 낮아져, 스패터가 증가함과 함께 비드 형상이 열화되고, 슬래그 박리성도 열화된다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 N 함유량은, 0.040질량% 이하로 하고, 0.030질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.020질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 N 함유량의 하한치는 특별히 한정되지 않고, 0질량%여도 되지만, 0.001질량% 이상이어도 된다.
<F: 0.30질량% 이하>
F는, 본 실시형태의 와이어에 있어서의 필수 성분은 아니지만, 용융 슬래그의 점성을 높이고, 유동성을 개량하여, 비드 외관 및 비드 형상을 양호하게 하는 효과를 갖는 원소이기 때문에, 임의 성분으로서 와이어 중에 F를 함유시킬 수 있다.
와이어 전체 질량에 대한 F 함유량이 0.30질량%를 초과하면, 기공 결함이 증가할 우려가 있다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 F 함유량은, 0.30질량% 이하로 하고, 0.25질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.20질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 F 함유량의 하한치는 특별히 한정되지 않고, 0질량%여도 되지만, 0.001질량% 이상이어도 된다.
<수식(I)에 의해 산출되는 θ: 10.0 이상 30.0 이하>
본 실시형태에 있어서는, 상기 각 원소의 함유량을 적절히 제어함과 함께, 와이어 중에 함유되는 각 합금 원소량에 기초하여, 하기 수식(I)에 의해 산출되는 θ를 제어하는 것에 의해, 용접 금속을 소정의 페라이트양으로 유지하여, 원하는 강도 및 인성을 얻을 수 있다.
수식(I)에 의해 산출되는 θ가 10.0 미만이면, 페라이트양이 부족하여 용접 금속의 강도가 불충분해진다. 따라서, θ는 10.0 이상으로 하고, 12.0 이상인 것이 바람직하고, 24.0 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 수식(I)에 의해 산출되는 θ가 30.0을 초과하면, 페라이트양이 과잉이 되어 저온 인성이 저하되어, 원하는 샤르피 충격값을 얻을 수 없다. 따라서, θ는 30.0 이하로 하고, 29.0 이하인 것이 바람직하다.
θ=4.1×α-3.2×γ-32.3 ···(I)
단, 와이어 전체 질량에 대한 Si 함유량을 질량%로 [Si], 와이어 전체 질량에 대한 Cr 함유량을 질량%로 [Cr], 와이어 전체 질량에 대한 Mo 함유량을 질량%로 [Mo], 와이어 전체 질량에 대한 Ti 함유량을 질량%로 [Ti], 와이어 전체 질량에 대한 C 함유량을 질량%로 [C], 와이어 전체 질량에 대한 N 함유량을 질량%로 [N], 와이어 전체 질량에 대한 Mn 함유량을 질량%로 [Mn], 와이어 전체 질량에 대한 Cu 함유량을 질량%로 [Cu], 와이어 전체 질량에 대한 Ni 함유량을 질량%로 [Ni]로 했을 때,
α=0.02×[Si]+[Cr]+1.20×[Mo]+0.3×[Ti]+0.30
γ=24×[C]+28×[N]+0.25×[Mn]+0.5×[Cu]+1.10×[Ni]로 한다.
<Bi: 0.001질량% 이상 0.10질량% 이하>
본 실시형태에 따른 와이어는, 추가로 Bi를 함유하고 있어도 된다.
Bi는, 슬래그 박리성을 향상시키는 효과를 갖는 성분이지만, 와이어 중에 과잉으로 함유시키면, Bi가 용접 금속의 최종 응고역에 편석하여, 용접 금속의 내고온균열성이 열화된다.
와이어 중에 Bi를 함유시키는 경우에, 와이어 전체 질량에 대한 Bi 함유량이 0.001질량% 이상이면, 슬래그 박리성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Bi 함유량은, 0.001질량% 이상인 것이 바람직하고, 0.01질량% 이상인 것이 보다 바람직하다.
한편, 와이어 전체 질량에 대한 Bi 함유량이 0.10질량% 이하이면, 용접 금속의 내고온균열성의 열화를 억제할 수 있다. 따라서, 와이어 전체 질량에 대한 Bi 함유량은, 0.10질량% 이하인 것이 바람직하고, 0.08질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.
한편, 본 실시형태에 있어서, Bi 함유량이란, Bi 단체, Bi 합금, Bi 화합물에 포함되는 합계의 Bi량이다.
<잔부>
본 실시형태에 따른 와이어는, 상기 이외의 성분의 잔부로서, 불가피적 불순물이 2.0질량% 이하의 범위로 포함된다. 또한, 와이어의 잔부에는, Co, V, W 등이, 각각 1.0질량% 이하의 범위로 포함되어도 된다.
본 실시형태에 따른 와이어는, Fe, Cr, Ni, Si, Mn, Na 및 K, TiO2, ZrO2, Al2O3, C, Ti, Mo, Cu, Al, N, F를 합계로, 90질량% 이상 포함하는 것이 바람직하고, 93질량% 이상 포함하는 것이 보다 바람직하고, 95질량% 이상 포함하는 것이 더 바람직하며, 98질량% 이상 포함하는 것이 특히 바람직하다.
실시예
이하, 본 실시형태에 따른 발명예 및 비교예를 들어, 본 발명의 효과를 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
와이어의 화학 성분이 여러 가지 함유량이 되도록 조제하여, 직경이 1.20mm인 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 제작했다.
<기계적 특성의 평가>
제작한 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 하기 표 1에 나타내는 기계적 특성의 평가 시험용 용접 조건에 의해, 가스 실드 아크 용접을 실시했다. 한편, 본 실시예에 있어서는, JIS Z 3111에 규정된 기호 1.3의 시험판을 이용하여, 그 개선면에, 사용하는 와이어를 이용하여 2층의 버터링을 실시한 후, 가스 실드 아크 용접을 실시하여, 용착 금속 시험체를 제작했다. 용착 금속의 기계적 특성은, JIS Z 3111:2005에 규정되는 「용착 금속의 인장 및 충격 시험 방법」에 준거해서, 용착 금속 시험체로부터, A0호 인장 시험편을 채취하여, 인장 시험에 의해 인장 강도를 평가함과 함께, V 노치 시험편을 채취하여, -196℃에 있어서의 샤르피 충격 시험에 의해 저온 인성을 평가했다.
기계적 특성의 평가 기준으로서는, 인장 강도가 640MPa 이상임과 함께, -196℃에 있어서의 샤르피 충격값이 25J 이상이었던 것을 ○(양호)로 하고, 이들 중, 인장 강도가 670MPa 이상이었던 것을 ◎(우량)로 했다. 또한, 인장 강도가 640MPa 미만이거나, 또는 -196℃에 있어서의 샤르피 충격값이 25J 미만이었던 것을 ×(불량)로 했다.
[용접 작업성의 평가]
추가로, 용접 작업성을 평가하기 위해, 상기 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 하기 표 1에 나타내는 용접 작업성의 평가 시험용 용접 조건에 의해, 가스 실드 아크 용접을 실시했다. 한편, 본 실시예에 있어서는, 수평 필릿 용접 및 입향 상진 필릿 용접의 2종류의 용접 자세로 했다.
<비드 형상의 평가>
AWS A5.22 15.2.2에 준거해서, 비드 형상을 평가했다.
비드 형상의 평가 기준으로서는, 상기 AWS 규격의 판단 기준을 만족시킨 것을 ○(양호)로 하고, 상기 판단 기준을 만족시키지 않고, 비드가 볼록 형상이 된 것을 ×(불량)로 했다.
<슬래그 박리성의 평가>
용접 후의 이음에 대해서, 해머로 경도(輕度)의 충격을 주고, 슬래그의 박리를 확인하는 것에 의해 슬래그 박리성을 평가했다.
슬래그 박리성의 평가 기준으로서는, 슬래그가 자연 박리되거나, 또는 경도의 충격에 의해 슬래그가 박리된 것을 ○(양호)로 하고, 슬래그가 비드의 표면에 소부(燒付)되어, 박리되지 않은 것을 ×(불량)로 했다.
제작한 와이어의 성분 조성 및 특정 성분에 기초하는 산출값을 하기 표 2 및 3에 나타내고, 평가 결과를 하기 표 4에 나타낸다.
한편, 표 2에 있어서, 「Na+K」는, 와이어 중의 Na 함유량과 K 함유량의 총량을 나타낸다. 또한, 표 3에 있어서의 「특정 성분에 기초하는 산출값」의 난에 있어서,
α=0.02×[Si]+[Cr]+1.20×[Mo]+0.3×[Ti]+0.30
γ=24×[C]+28×[N]+0.25×[Mn]+0.5×[Cu]+1.10×[Ni]로 하고, θ는 하기 수식(I)에 의해 산출되는 값으로 한다.
θ=4.1×α-3.2×γ-32.3 ···(I)
단, 상기 식 중, [Si]는, 와이어 전체 질량에 대한 Si 함유량을 질량%로 나타낸 값이고, [Cr]은, 와이어 전체 질량에 대한 Cr 함유량을 질량%로 나타낸 값이고, [Mo]는 와이어 전체 질량에 대한 Mo 함유량을 질량%로 나타낸 값이고, [Ti]는, 와이어 전체 질량에 대한 Ti 함유량을 질량%로 나타낸 값이고, [C]는, 와이어 전체 질량에 대한 C 함유량을 질량%로 나타낸 값이고, [N]은, 와이어 전체 질량에 대한 N 함유량을 질량%로 나타낸 값이고, [Mn]은 와이어 전체 질량에 대한 Mn 함유량을 질량%로 나타낸 값이고, [Cu]는, 와이어 전체 질량에 대한 Cu 함유량을 질량%로 나타낸 값이며, [Ni]는, 와이어 전체 질량에 대한 Ni 함유량을 질량%로 나타낸 값이다.
상기 표 2∼4에 나타내는 바와 같이, 발명예인 와이어 No. 1∼11은, 와이어의 성분 및 식(1)에 의해 얻어지는 θ가 본 발명의 범위 내이기 때문에, 기계적 특성 및 용접 작업성이 우수한 것이 되었다.
한편, 비교예인 와이어 No. 12는, 각 성분의 함유량은 본 발명의 범위 내이지만, 수식(I)에 의해 산출되는 θ가 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있기 때문에, 저온 인성이 저하되었다.
비교예인 와이어 No. 13은, 와이어 중의 Cr, Ni 및 C의 함유량이 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있음과 함께, θ가 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있기 때문에, 저온 인성이 현저히 저하되었다.
비교예인 와이어 No. 14∼16은, 와이어 중의 Al2O3 함유량이 본 발명 범위의 하한 미만이기 때문에, 입향 상진 필릿 용접에 있어서의 비드 형상 및 슬래그 박리성이 불량이 되고, 수평 필릿 용접에 있어서의 슬래그 박리성도 불량이 되었다. 또한, 와이어 No. 16은, 저온 인성도 저하되었다.
비교예인 와이어 No. 17∼20은, 와이어 중의 Al 함유량이 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있기 때문에, 입향 상진 필릿 용접에 있어서의 비드 형상 및 슬래그 박리성이 불량이 되고, 수평 필릿 용접에 있어서의 슬래그 박리성도 불량이 되었다. 또한, 이들 와이어는, 저온 인성도 저하되었다.
비교예인 와이어 No. 21은, 와이어 중의 Mo 함유량이 본 발명 범위의 상한을 초과하고 있기 때문에, 저온 인성이 저하되었다.
도 1은, 세로축을 인장 강도(MPa)로 하고, 가로축을 θ로 한 경우의, 발명예 및 비교예의 와이어의 인장 강도와 θ의 관계를 나타내는 그래프이다. 한편, 도 1 중에 나타내는 파선은, 각 점을 선형 근사한 근사 직선이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 수식(I)에 의해 산출되는 θ의 값이 작아짐에 따라, 인장 강도가 저하되고 있는 것이 나타났다.
이상 상세히 기술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 의하면, 비드 형상 및 슬래그 박리성이 양호하고, 인장 강도와 저온 인성의 균형이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있었다.
이상, 도면을 참조하면서 각종 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예로 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자이면, 특허청구범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다. 또한, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 상기 실시형태에 있어서의 각 구성 요소를 임의로 조합해도 된다.
한편, 본 출원은, 2020년 12월 18일 출원된 일본 특허출원(특원 2020-210799)에 기초하는 것으로, 그 내용은 본 출원 중에 참조로서 원용된다.
Claims (2)
- 외피에 플럭스가 충전되어 있는 가스 실드 아크 용접용의 플럭스 코어드 와이어로서,
와이어 전체 질량에 대해서,
Fe: 40질량% 이상 70질량% 이하,
Cr: 15.0질량% 이상 25.0질량% 이하,
Ni: 5.0질량% 이상 11.0질량% 이하,
Si: 0.5질량% 이상 3.0질량% 이하,
Mn: 0.5질량% 이상 5.0질량% 이하,
Na 및 K의 총량: 0.05질량% 이상 1.0질량% 이하,
TiO2: 3.0질량% 이상 9.0질량% 이하,
ZrO2: 1.0질량% 초과 4.0질량% 이하,
Al2O3: 0.3질량% 이상 2.0질량% 이하를 함유하고,
C: 0.015질량% 미만,
Ti: 1.0질량% 이하,
Mo: 2.0질량% 이하,
Cu: 0.5질량% 이하,
Al: 0.9질량% 이하,
N: 0.040질량% 이하,
F: 0.30질량% 이하임과 함께,
하기 수식(I)에 의해 산출되는 θ가 10.0 이상 30.0 이하인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
θ=4.1×α-3.2×γ-32.3 ···(I)
단, 와이어 전체 질량에 대한 Si 함유량을 질량%로 [Si], 와이어 전체 질량에 대한 Cr 함유량을 질량%로 [Cr], 와이어 전체 질량에 대한 Mo 함유량을 질량%로 [Mo], 와이어 전체 질량에 대한 Ti 함유량을 질량%로 [Ti], 와이어 전체 질량에 대한 C 함유량을 질량%로 [C], 와이어 전체 질량에 대한 N 함유량을 질량%로 [N], 와이어 전체 질량에 대한 Mn 함유량을 질량%로 [Mn], 와이어 전체 질량에 대한 Cu 함유량을 질량%로 [Cu], 와이어 전체 질량에 대한 Ni 함유량을 질량%로 [Ni]로 했을 때,
α=0.02×[Si]+[Cr]+1.20×[Mo]+0.3×[Ti]+0.30
γ=24×[C]+28×[N]+0.25×[Mn]+0.5×[Cu]+1.10×[Ni]로 한다. - 제 1 항에 있어서,
추가로,
와이어 전체 질량에 대해서,
Bi: 0.001질량% 이상 0.10질량% 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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