KR20230162714A - 플럭스 코어드 와이어 및 용접 조인트의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
강제 외피와 내부에 충전된 플럭스를 구비하고, C: 0.02 내지 0.8％, Si: 0.2 내지 0.8％, Mn: 15 내지 30％, Ni: 1 내지 10％, N: 0.05 내지 1％, 기타 임의 원소를 소정량 포함하고, 잔부: Fe 및 불순물이며, Ti 산화물의 합계, Si 산화물의 합계, Zr 산화물의 합계, Al 산화물의 합계, K2SiF6, K2ZrF6, NaF, Na3AlF6, CaF2 및 MgF2의 불화물의 합계, Na 산화물, NaF 및 Na3AlF6의 Na 함유 화합물의 합계, 그리고, K 산화물, K2SiF6 및 K2ZrF6의 K 함유 화합물의 합계가 소정량인 플럭스 코어드 와이어.
Description
본 개시는 플럭스 코어드 와이어 및 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 지구 온난화의 문제로 인한 이산화탄소 배출량 규제 강화에 의해, 석유 및 석탄 등에 비하여 이산화탄소의 배출이 없는 수소 연료, 그리고 이산화탄소의 배출이 적은 천연가스의 수요가 높아지고 있으며, 그에 수반하여 액체 수소 탱크 및 LNG 탱크 건조의 수요도 세계적으로 높아지고 있다. 액체 수소 탱크 및 LNG 탱크에 사용되는 강재에는, -196℃의 극저온도에서의 인성 확보의 요구로부터, 6 내지 9％ Ni를 포함하는 Ni계 저온용 강이 사용되고 있다.
그리고, 이들 Ni계 저온용 강의 용접에는, 우수한 저온 인성의 용접 금속이 얻어지는 오스테나이트계의 플럭스 코어드 와이어가 사용되고 있다. 이 플럭스 코어드 와이어는, 주로, Ni 함유량이 70％로 설계되어 있다.
예를 들어, Ni 함유량 70％의 플럭스 코어드 와이어로서, 특허문헌 1에는, 「Ni 함유량이 35 내지 70％이고, 플럭스 중에 와이어 전체 질량에 대하여 TiO2, SiO2 및 ZrO2를 총량으로 4.0질량％ 이상 포함하고, 또한 Mn 산화물을 MnO2 환산으로 0.6 내지 1.2질량％ 포함하고, 또한 TiO2, SiO2, ZrO2 및 MnO2(환산량)의 함유량을 질량％로, 각각, [TiO2], [SiO2], [ZrO2] 및 [MnO2]라 했을 때, [TiO2]/[ZrO2]가 2.3 내지 3.3, [SiO2]/[ZrO2]가 0.9 내지 1.5, 및 ([TiO2]+[SiO2]+[ZrO2])/[MnO2]가 5 내지 13인, Ni기 합금을 외피로 하는 플럭스 코어드 와이어」가 개시되어 있다.
또한, 특허문헌 2에는, 「중량％로, C: 0.15 내지 0.8％, Si: 0.2 내지 1.2％, Mn: 15 내지 34％, Cr: 6％ 이하, Mo: 1.5 내지 4％, S: 0.02％ 이하, P: 0.02％ 이하, B: 0.01％ 이하, Ti: 0.09 내지 0.5％, N: 0.001 내지 0.3％, TiO2: 4 내지 15％, SiO2, ZrO2 및 Al2O3 중에서 선택된 1종 이상의 합계: 0.01 내지 9％, K, Na 및 Li 중에서 선택된 1종 이상의 합계: 0.5 내지 1.7％, F와 Ca 중 1종 이상: 0.2 내지 1.5％, 잔부 Fe 및 기타의 불가피 불순물을 포함하는 플럭스 코어드 아크 용접용 와이어」가 개시되어 있다.
그러나, 용융 금속의 저온 인성을 확보하기 위한, Ni 함유량이 70％로 설계된 와이어는, 매우 고가여서, 저렴한 것이 요구되고 있다.
고가의 Ni는, 오스테나이트 안정화 원소로서 알려져 있지만, 저렴한 Mn도 마찬가지의 효과가 있다. 그 때문에, Ni 함유량을 저감시키고, Mn 함유량을 높이면, 저렴하고, 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어진다. 단, Ni를 단순히 Mn으로 치환하여 Mn양을 높인 것만으로는, 과잉의 Mn에 의해 반대로 저온 인성이 저하된다.
그래서, 본 발명의 과제는, 저렴하고, 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 플럭스 코어드 와이어 및 당해 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 조인트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단은 다음의 양태를 포함한다.
<1> 강제 외피와 상기 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스를 구비하는 용접용의 플럭스 코어드 와이어이며,
상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량％로, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 금속 성분이,
C: 0.020 내지 0.800％,
Si: 0.20 내지 0.80％,
Mn: 15.0 내지 30.0％,
P: 0 내지 0.050％,
S: 0 내지 0.050％,
Cu: 0 내지 10.0％,
Ni: 1.0 내지 10.0％,
Cr: 0 내지 2.0％,
Mo: 0 내지 10.0％,
Nb: 0 내지 5.0％,
V: 0 내지 5.0％,
W: 0 내지 10.0％,
Mg: 0 내지 1.00％,
Al: 0 내지 3.0％,
Ca: 0 내지 0.100％,
Ti: 0 내지 3.000％,
B: 0 내지 0.1000％,
REM: 0 내지 0.100％,
Bi: 0 내지 0.050％,
N: 0.050 내지 1.000％,
O: 0 내지 0.020％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물이며,
상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량％로, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 산화물 및 불화물은,
Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 3.00 내지 8.00％이고,
Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 0.10 내지 1.00％이고,
Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계가 0 내지 0.80％이고,
Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계가 0 내지 0.80％이고,
K2SiF6, K2ZrF6, NaF, Na3AlF6, CaF2 및 MgF2 중 어느 1종 이상의 특정 불화물을 함유하고 그 합계가 0.10 내지 2.00％이고,
Na 산화물, NaF 및 Na3AlF6 중 어느 1종 이상의 Na 함유 화합물을 함유하고 그 합계(단 Na 산화물은 Na2O 환산값)가 0.01 내지 2.00％이고,
K 산화물, K2SiF6 및 K2ZrF6 중 어느 1종 이상의 K 함유 화합물을 함유하고 그 합계(단 K 산화물은 K2O 환산값)가 0.01 내지 2.00％인 플럭스 코어드 와이어.
<2>
상기 금속 성분에 있어서의 상기 Mg, Al 및 Ca의 합계 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량％로, 0.01％ 이상인 <1>에 기재된 플럭스 코어드 와이어.
<3>
상기 금속 성분에 있어서의 상기 Si의 함유량이, Si: 0.25 내지 0.80％인 <1> 또는 <2>에 기재된 플럭스 코어드 와이어.
<4>
상기 금속 성분에 있어서의 상기 Mn 함유량과 상기 Ni 함유량의 질량비(Mn/Ni)가 1.20 이상인 <1> 내지 <3> 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어.
<5> 하기 식 A에 의해 산출되는 X값이 0.10 내지 160.00인 <1> 내지 <4> 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어.
X=(8×CaF2+5×MgF2+5×NaF+5×K2SiF6+5×K2ZrF6+Na3AlF6)/(SiO2+Al2O3+ZrO2+0.5×MgO+CaO+0.5×Na2O+0.5×K2O+MnO2+FeO)
… 식 A
식 A 중, CaF2, MgF2, NaF, K2SiF6, K2ZrF6 및 Na3AlF6은, 각 화학식으로 나타내어지는 화합물의, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％에 의한 함유량이다. 또한, SiO2는 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계를 나타내고, Al2O3은 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계를 나타내고, ZrO2는 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계를 나타내고, MgO는 Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계를 나타내고, CaO는 Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계를 나타내고, Na2O는 Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계를 나타내고, K2O는 K 산화물의 K2O 환산값의 합계를 나타내고, MnO2는 Mn 산화물의 MnO2 환산값의 합계를 나타내고, FeO는 Fe 산화물의 FeO 환산값의 합계를 나타낸다.
또한, 식 A에 있어서의 상기 SiO2 환산값, 상기 Al2O3 환산값, 상기 ZrO2 환산값, 상기 MgO 환산값, 상기 CaO 환산값, 상기 Na2O 환산값, 상기 K2O 환산값, 상기 MnO2 환산값 및 상기 FeO 환산값은 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸다.
<6> Mg 산화물 및 MgF2 중 어느 1종 이상의 Mg 함유 화합물을 함유하고 그 합계(단 Mg 산화물은 MgO 환산값)가 0.01 내지 2.00％인 <1> 내지 <5> 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어.
<7> 상기 강제 외피는 이음매에 용접부를 갖지 않는 <1> 내지 <6> 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어.
<8> 상기 강제 외피는 이음매에 용접부를 갖는 <1> 내지 <6> 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어.
<9> 표면에 폴리테트라플루오로에틸렌유 및 퍼플루오로폴리에테르유 중 한쪽 또는 양쪽이 도포되어 있는 <1> 내지 <8> 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어.
<10> <1> 내지 <9> 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 강재를 용접하는 공정을 구비하는 용접 조인트의 제조 방법.
본 개시에 의하면, 저렴하고, 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 플럭스 코어드 와이어 및 당해 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 조인트의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 있어서 2매의 강판에 대하여 필렛 용접을 했을 때의 비드의 지단 형상의 상태를 나타낸 단면도이다.
본 개시의 일례인 실시 형태에 대하여 설명한다.
또한, 본 명세서 중에 있어서, 「내지」를 사용하여 표현되는 수치 범위는, 「내지」의 전후에 기재되는 수치에 「초과」 및 「미만」이 붙어 있지 않은 경우에는, 이들 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다. 또한, 「내지」의 전후에 기재되는 수치에 「초과」 또는 「미만」이 붙어 있는 경우의 수치 범위는, 이들 수치를 하한값 또는 상한값으로서 포함하지 않는 범위를 의미한다.
본 명세서 중에 단계적으로 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 어떤 단계적인 수치 범위의 상한값은, 다른 단계적인 기재의 수치 범위의 상한값으로 치환해도 되고, 또한 실시예에 나타내어져 있는 값으로 치환해도 된다. 또한, 어떤 단계적인 수치 범위의 하한값은, 다른 단계적인 기재의 수치 범위의 하한값으로 치환해도 되고, 또한 실시예에 나타내어져 있는 값으로 치환해도 된다.
또한, 함유량에 대하여, 「％」는 「질량％」를 의미한다.
함유량(％)으로서 「0 내지」는, 그 성분은 임의 성분이며, 함유하지 않아도 되는 것을 의미한다.
<플럭스 코어드 와이어>
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어(이하, 단순히 「와이어」라고 칭하는 경우가 있음)는, 강제 외피(이하, 단순히 「외피」라고도 칭하는 경우가 있음)와, 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스를 구비한다.
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어는, 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 금속 성분이 소정의 조성이며, 또한 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 산화물 및 불화물로서, Ti 산화물, Si 산화물, 불화물, Na 함유 화합물, K 함유 화합물을 소정량으로 포함하고, Zr 산화물, Al 산화물을 포함하지 않거나 또는 소정량으로 포함한다.
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어는, 상기 구성에 의해, 저렴하고, 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 와이어가 된다.
그리고, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어는, 다음의 지견에 의해 발견되었다.
발명자들은, Ni 함유량을 저감시키고, Mn 함유량을 높여도, 용접 금속의 저온 인성이 향상되는 와이어를 얻는 기술에 대하여 검토하였다. 그 결과, 다음의 지견을 얻었다.
고가의 Ni는, 오스테나이트 안정화 원소로서 알려져 있지만, 저렴한 Mn도 마찬가지의 효과가 있고, Mn 함유량을 높이면, Ni 함유량을 저감시킬 수 있어 저렴한 와이어가 되고, 또한 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어진다. 단, Ni를 단순히 Mn으로 치환하여 Mn양을 높인 것만으로는, 과잉의 Mn에 의해, 용접 금속 중의 산소량이 증가하여, 반대로 저온 인성이 저하된다. 이는, Mn이 산소와 용이하게 결합하여, 용접 금속 중에 산화물을 형성하기 때문이다.
이에 반해, Mn 함유량을 높임과 함께, 강탈산 또한 수소 저감을 실현하는 성분인, NaF, MgF 등의 특정 불화물을 함유시킴으로써, 용접 금속 중의 산소량을 저감시킬 수 있어, 저온 인성을 확보할 수 있다.
이상의 지견으로부터, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어는, 저렴하고, 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 와이어가 되는 것을 알아냈다.
이하, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어를 구성하는 요건(임의 요건도 포함하는 요건)의 한정 이유에 대하여 구체적으로 설명한다.
[플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 금속 성분]
이하, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 금속 성분에 대하여 설명한다.
또한, 플럭스 코어드 와이어의 금속 성분의 설명에 있어서, 「％」는, 특별히 설명이 없는 한, 「플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％」를 의미한다.
플럭스 코어드 와이어의 금속 성분은, 강제 외피에 포함되어도 되고, 플럭스에 포함되어도 된다.
또한, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어가 강제 외피의 외표면에 도금층을 갖는 경우에는, 도금층에 포함되어도 된다.
여기서, 플럭스 코어드 와이어의 「화학 조성에 있어서의 금속 성분」이란, 플럭스 코어드 와이어에 포함되는 성분 중, 산화물, 불화물, 질화물 및 금속 탄산염을 제외한 성분을 의미한다. 또한, 강제 외피 중에 존재하는 산화물, 불화물, 질화물 및 금속 탄산염에 대해서는, 함유되지 않거나 또는 함유량이 극히 미량이기 때문에, 측정 시에 제거는 하지 않는다. 즉, 상기의 「산화물, 불화물, 질화물 및 금속 탄산염을 제외한 성분」이란, 플럭스 중에 포함되는 산화물, 불화물, 질화물 및 금속 탄산염을 제외한 것을 의미한다.
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 금속 성분은,
C: 0.020 내지 0.800％,
Si: 0.20 내지 0.80％,
Mn: 15.0 내지 30.0％,
P: 0 내지 0.050％,
S: 0 내지 0.050％,
Cu: 0 내지 10.0％,
Ni: 1.0 내지 10.0％,
Cr: 0 내지 2.0％,
Mo: 0 내지 10.0％,
Nb: 0 내지 5.0％,
V: 0 내지 5.0％,
W: 0 내지 10.0％,
Mg: 0 내지 1.00％,
Al: 0 내지 3.0％,
Ca: 0 내지 0.100％,
Ti: 0 내지 3.000％,
B: 0 내지 0.1000％,
REM: 0 내지 0.100％,
Bi: 0 내지 0.050％,
N: 0.050 내지 1.000％,
O: 0 내지 0.020％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물이다.
즉, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 상기 성분은, 산화물, 불화물, 질화물 및 금속 탄산염 이외에 포함되는 성분의 함유량이다.
(C: 0.020 내지 0.800％)
C는, 용접 금속의 강도를 향상시키는 원소이며, 용접 금속의 강도를 확보하기 위한 원소이다.
한편, 와이어의 C 함유량이 과잉이면, 용접 금속의 강도 상승에 의한, 인성을 열화시키는 영향이 매우 커서, 용접 금속의 저온 인성이 현저하게 저하된다.
따라서, 와이어의 C 함유량은, 0.020 내지 0.800％로 한다.
와이어의 C 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.050％, 0.100％, 또는 0.200％이다.
와이어의 C 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.750％, 0.700％, 0％, 0.650％, 0.600％, 0.550％, 0.500％, 0.450％, 0.400％, 또는 0.350％이다.
(Si: 0.20 내지 0.80％)
Si는, 용접 금속의 청정도를 향상시키고, 블로홀 등의 용접 결함의 발생을 억제한다.
한편, 와이어의 Si 함유량이 과잉이면, Ni강, Ni기 합금강의 용접에 있어서는, 용접 금속 중에서 마이크로 편석하기 쉬워, 편석부에서 현저한 취화가 발생한다.
따라서, 와이어의 Si 함유량은, 0.20 내지 0.80％로 한다.
와이어의 Si 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.25％, 0.30％, 또는 0.35％이다.
와이어의 Si 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.75％, 0.70％, 또는 0.65％이다.
(Mn: 15.0 내지 30.0％)
Mn은, 오스테나이트 안정화 원소이다. 와이어의 Mn 함유량이 너무 낮으면, 용접 금속의 오스테나이트화가 진행되기 어려워져, 저온 인성이 열화된다.
또한, Mn은, 탈산제로서 기능하여 용접 금속의 청정도를 향상시키는 원소이다. 또한, Mn은, MnS를 형성함으로써, 용접 금속 중의 S를 무해화하여, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키는 원소이다. 게다가, Mn은 고온 균열을 방지하는 효과도 갖는다.
한편, 와이어의 Mn 함유량이 과잉이면, Ni강, Ni기 합금강의 용접에 있어서는, 용접 금속 중에서 마이크로 편석하기 쉬워, 편석부에서 현저한 취화가 발생한다. 또한, 과잉의 Mn에 의해 용접 금속 중의 산소량이 증가하여, 반대로 저온 인성이 저하된다.
따라서, 와이어의 Mn 함유량은, 15.0 내지 30.0％로 한다.
와이어의 Mn 함유량의 하한은, 바람직하게는 17.0％, 18.0％, 19.0％, 또는 20.0％이다.
와이어의 Mn 함유량의 상한은, 바람직하게는 28.0％, 25.0％, 22.0％, 또는 20.0％이다.
(P: 0 내지 0.050％)
P는, 불순물 원소이며, 용접 금속의 인성을 저하시키므로, 와이어의 P 함유량은 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 와이어의 P 함유량의 하한은, 0％로 한다. 단, 탈P 비용의 저감의 관점에서, 와이어의 P 함유량은, 0.003％ 이상이 좋다.
한편, 와이어의 P 함유량이 0.050％ 이하이면 P의 인성에 대한 악영향을 허용할 수 있는 범위 내가 된다. 용접 금속의 인성의 저하를 효과적으로 억제하기 위해, 와이어의 P 함유량은, 0.040％ 이하, 0.030％ 이하, 0.020％ 이하, 0.015％ 이하, 또는 0.010％ 이하가 바람직하다.
(S: 0 내지 0.050％)
S는, 불순물 원소이며, 용접 금속의 인성을 저하시키므로, 와이어의 S 함유량은 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 와이어의 S 함유량의 하한은, 0％로 한다. 단, 탈S 비용의 저감의 관점에서, 와이어의 S 함유량은, 0.003％ 이상이 좋다.
한편, 와이어의 S 함유량이 0.050％ 이하이면 S의 인성에 대한 악영향을 허용할 수 있는 범위 내가 된다. 용접 금속의 인성의 저하를 효과적으로 억제하기 위해, 와이어의 S 함유량은, 0.040％ 이하, 0.030％ 이하, 0.020％ 이하, 0.015％ 이하, 또는 0.010％ 이하가 바람직하다.
(Cu: 0 내지 10.0％)
Cu는, 석출 강화 원소이며, 용접 금속의 강도 향상을 위해, 와이어에 함유시켜도 된다. 또한, Cu는, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성 향상을 위해, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 Cu 함유량이 과잉이면, 상기의 효과가 포화된다.
따라서, 와이어의 Cu 함유량은, 0 내지 10.0％로 한다.
와이어의 Cu 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.1％, 0.3％, 0.5％, 0.7％, 또는 1.0％이다.
와이어의 Cu 함유량의 상한은, 바람직하게는 9.5％, 9.0％, 또는 8.0％이다.
(Ni: 1.0 내지 10.0％)
Ni는, 오스테나이트 안정화 원소이다. 와이어의 Ni 함유량이 너무 낮으면, 용접 금속의 오스테나이트화가 진행되기 어려워져, 저온 인성이 열화된다. 또한, 용접 금속의 저온 인성을 확보하기 위해, 강제 외피의 Ni 함유량을 과도하게 증가시킬 필요가 생긴다.
한편, 와이어의 Ni 함유량을 증가시키면, 와이어의 비용이 높아진다.
따라서, 와이어의 Ni 함유량은, 1.0 내지 10.0％로 한다.
와이어의 Ni 함유량의 하한은, 바람직하게는 1.5％, 2.0％, 또는 2.5％이다.
와이어의 Ni 함유량의 상한은, 바람직하게는 9.5％, 9.0％, 또는 8.5％이다.
(Cr: 0 내지 2.0％)
Cr은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성 향상을 위해, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 Cr 함유량이 과잉이면, 용융 금속에 있어서의 저융점 화합물의 양이 증대되고, 또한 용융 금속의 고액 공존 온도 범위가 넓어지므로, 고온 균열을 일으키기 쉬워진다.
따라서, 와이어의 Cr 함유량은, 0 내지 2.0％로 한다.
와이어의 Cr 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.1％, 0.2％, 또는 0.3％이다.
와이어의 Cr 함유량의 상한은, 바람직하게는 1.9％, 1.8％, 또는 1.7％이다.
(Mo: 0 내지 10.0％)
Mo는, 고용 강화 원소, 또한 석출 강화 원소이며, 용접 금속의 강도 향상을 위해, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 Mo 함유량이 과잉이면, 용접 금속의 강도가 과잉이 되어, 저온 인성이 저하된다.
따라서, 와이어의 Mo 함유량은, 0 내지 10.0％로 한다.
와이어의 Mo 함유량의 하한은, 바람직하게는 2.0％, 2.5％, 3.0％, 또는 3.5％이다.
와이어의 Mo 함유량의 상한은, 바람직하게는 9.8％, 9.5％, 9.0％, 또는 8.0％이다.
(Nb: 0 내지 5.0％)
Nb는, 용접 금속 중에서 탄화물을 형성하여, 용접 금속의 강도를 상승시키는 원소이기 때문에, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 Nb 함유량이 과잉이면, 용접 금속의 고온 균열이 발생할 우려가 있다.
따라서, 와이어의 Nb 함유량은, 0 내지 5.0％로 한다.
와이어의 Nb 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.5％, 1.0％, 또는 1.5％이다.
와이어의 Nb 함유량의 상한은, 바람직하게는 4.5％, 4.0％, 또는 3.5％이다.
(V: 0 내지 5.0％)
V는, 용접 금속 중에서 탄질화물을 형성하여, 용접 금속의 강도를 상승시키는 원소이기 때문에, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 V 함유량이 과잉이면, 용접 금속의 고온 균열이 발생할 가능성이 있다.
따라서, 와이어의 V 함유량은, 0 내지 5.0％로 한다.
와이어의 V 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.5％, 1.0％, 또는 1.5％이다.
와이어의 V 함유량의 상한은, 바람직하게는 4.5％, 4.0％, 또는 3.5％이다.
(W: 0 내지 10.0％)
W는, 고용 강화 원소이며, 용접 금속의 강도 향상을 위해, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 W 함유량이 과잉이면, 용접 금속의 강도가 과잉이 되어, 인성 저하가 발생할 가능성이 있다.
따라서, 와이어의 W 함유량은, 0 내지 10.0％로 한다.
와이어의 W 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.5％, 1.0％, 또는 2.0％이다.
와이어의 W 함유량의 상한은, 바람직하게는 9.0％, 8.0％, 7.0％, 또는 6.0％이다.
(Mg: 0 내지 1.00％)
Mg는, 탈산 원소이며, 용접 금속의 산소를 저감시켜, 용접 금속의 인성의 개선에 효과가 있기 때문에, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 Mg 함유량이 과잉이면, 아크가 불안정화되어, 스패터 및 블로홀이 증가하여, 용접 작업성을 열화시킨다.
따라서, 와이어의 Mg 함유량은, 0 내지 1.00％로 한다.
와이어의 Mg 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.02％, 0.05％, 0.10％, 또는 0.20％이다.
와이어의 Mg 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.90％, 0.80％, 또는 0.70％이다.
(Al: 0 내지 3.0％)
Al은, 탈산 원소이며, 블로홀 등의 용접 결함의 발생의 억제 및 용접 금속의 청정도 향상 등에 효과가 있기 때문에, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 Al 함유량이 과잉이면, Al이 용접 금속 중에서 질화물 또는 산화물을 형성하여, 용접 금속의 저온 인성을 저하시킬 가능성이 있다.
따라서, 와이어의 Al 함유량은, 0 내지 3.0％로 한다.
와이어의 Al 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.05％, 0.1％, 0.5％, 또는 1.0％이다.
와이어의 Al 함유량의 상한은, 바람직하게는 2.5％, 2.0％, 또는 1.5％이다.
(Ca: 0 내지 0.100％)
Ca는, 용접 금속 중에서 황화물의 구조를 변화시키고, 또한 용접 금속 중에서의 황화물 및 산화물의 사이즈를 미세화시키는 작용을 가지므로, 용접 금속의 연성 및 인성 향상에 유효하다. 그 때문에, Ca를 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 Ca 함유량이 과잉이면, 황화물 및 산화물의 조대화가 발생하여, 용접 금속의 저온 인성의 열화를 초래할 가능성이 있다. 또한, 용접 비드 형상의 열화 및 아크의 불안정화에 의한 용접성의 열화의 가능성도 있다.
따라서, 와이어의 Ca 함유량은, 0 내지 0.100％로 한다.
와이어의 Ca 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.010％, 0.020％, 또는 0.030％이다.
와이어의 Ca 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.095％, 0.090％, 또는 0.085％이다.
(Mg, Al 및 Ca의 합계 함유량: 0.01％ 이상)
Mg, Al 및 Ca는, 아크 안정성에 유효하기 때문에, 와이어에 함유시키는 것이 바람직하다.
따라서, 와이어의 Mg, Al 및 Ca의 합계 함유량은, 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
와이어의 Mg, Al 및 Ca의 합계 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.03％, 0.10％, 또는 0.30％이다.
또한, 와이어에 있어서의 Mg, Al 및 Ca의 합계 함유량이란, 강제 외피 및 플럭스에 포함되는 금속 Mg, 금속 Al 및 금속 Ca를 가리킨다. 아크 안정성의 관점에서는, 플럭스에 포함되는 금속 Mg, 금속 Al, 금속 Ca의 합계 함유량을, 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 플럭스의 Mg, Al 및 Ca의 합계 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.10％, 0.30％, 또는 0.50％이다.
(Ti: 0 내지 3.000％)
Ti는, 탈산 원소이며, 블로홀 등의 용접 결함의 발생의 억제 및 청정도 향상 등에 효과가 있기 때문에, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 Ti 함유량이 과잉이면, 용접 금속에 탄화물이 생성되어, 용접 금속의 인성을 열화시킬 가능성이 있다.
따라서, 와이어의 Ti 함유량은, 0 내지 3.000％로 한다.
와이어의 Ti 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.020％, 0.050％, 또는 0.100％이다.
와이어의 Ti 함유량의 상한은, 바람직하게는 2.500％, 2.000％, 또는 1.500％이다.
(B: 0 내지 0.1000％)
B는, 용접 금속의 ??칭성을 향상시켜, 용접 금속의 인장 강도를 한층 더 높이는 효과가 있기 때문에, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 B 함유량이 과잉이면, 용접 금속 중의 B도 과잉이 되어, 조대한 BN 또는 Fe23(C, B)6 등의 B 화합물을 형성하여, 용접 금속의 저온 인성을 열화시킬 가능성이 있다.
따라서, 와이어의 B 함유량은, 0 내지 0.1000％로 한다.
와이어의 B 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0010％, 0.0020％, 또는 0.0030％이다.
와이어의 B 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.0900％, 0.0700％, 또는 0.0500％이다.
(REM: 0 내지 0.100％)
REM은, 아크를 안정화시키는 원소이므로, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 REM 함유량이 과잉이면, 스패터가 심해져, 용접 작업성이 열악해질 가능성이 있다.
따라서, 와이어의 REM 함유량은, 0 내지 0.100％로 한다.
와이어의 REM 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.001％, 0.002％, 또는 0.005％이다.
와이어의 REM 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.090％, 0.080％, 또는 0.070％이다.
또한 「REM」이란, Sc, Y 및 란타노이드를 포함하는 합계 17 원소를 가리키고, 상기 「REM 함유량」이란, 이들 17 원소의 합계 함유량을 의미한다. 란타노이드를 REM으로서 사용하는 경우, 공업적으로는, REM은 미슈메탈의 형태로 함유된다.
(Bi: 0 내지 0.050％)
Bi는, 슬래그의 박리성을 개선하는 원소이기 때문에, 와이어에 함유시켜도 된다.
한편, 와이어의 Bi 함유량이 과잉이면, 용접 금속에 응고 균열이 발생할 가능성이 있다.
따라서, 와이어의 Bi 함유량은, 0 내지 0.050％로 한다.
와이어의 Bi 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.005％, 0.010％, 또는 0.020％이다.
와이어의 Bi 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.048％, 0.045％, 0.040％, 또는 0.035％이다.
(N: 0.050 내지 1.000％)
N은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 또한 침입형 고용 강화 원소이기도 하다. 또한, N은, 용접 금속의 강도 상승에 의한, 용접 금속의 인성에 대한 악영향도, C와 비교하여 적은 원소이다.
와이어의 N 함유량이 적으면, 용접 금속의 오스테나이트화가 진행되기 어려워져, 용접 금속의 저온 인성이 열화된다. 또한, 용접 금속의 강도도 부족하다.
한편, 와이어의 N 함유량이 과잉이면, 블로의 발생이 증대되어, 용접 결함의 원인이 된다.
따라서, 와이어의 N 함유량은, 0.050 내지 1.000％로 한다.
와이어의 N 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.070％, 0.100％, 또는 0.150％이다.
와이어의 N 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.950％, 0.900％, 또는 0.850％이다.
(O: 0 내지 0.020％)
O는, 불순물로서 와이어의 금속 성분 중에 함유되는 경우가 있다. 그러나, O의 함유량이 과잉이 되면, 용접 금속에 있어서의 인성 및 연성의 열화를 초래하기 때문에, 와이어의 O 함유량의 상한은, 0.020％ 이하로 한다.
와이어의 O 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.015％, 0.010％, 또는 0.005％이다.
한편, O의 함유량의 저감에 의한 제조 비용의 상승을 억제하는 관점에서, 와이어의 O 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0005％, 0.001％, 또는 0.002％이다.
또한, 여기서 말하는 O 함유량이란 와이어의 금속 성분 중에 함유되는 산소의 양을 가리키고, 예를 들어 합금 분의 산화 피막 등으로서 포함되는 산소의 양을 의미한다. 따라서, 와이어 중에 산화물로서 포함되는 산소는 제외한다.
(잔부: Fe 및 불순물)
와이어의 금속 성분에 있어서의 기타의 잔부 성분은, Fe와 불순물이다.
잔부의 Fe는, 예를 들어 강제 외피에 포함되는 Fe 및 플럭스 중에 함유된 합금 분 중의 Fe(예를 들어 철분) 등이다.
또한, 불순물이란, 와이어를 공업적으로 제조할 때, 원료에서 유래하거나, 또는 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 와이어에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
(Mn 함유량과 Ni 함유량의 질량비(Mn/Ni))
Mn 및 Ni는, 각각, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성을 향상시킨다. 한편, Ni는 고가의 금속이며, Mn은 흄의 발생량 증대의 원인이 되는 원소이다.
그 때문에, 와이어의 비용을 억제하면서, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키는 관점에서, 와이어에 있어서의 Mn 함유량과 Ni 함유량의 질량비(Mn/Ni)는 1.20 이상이 바람직하다.
와이어에 있어서의 Mn 함유량과 Ni 함유량의 질량비(Mn/Ni)의 하한은, 보다 바람직하게는, 1.50, 또는 1.80이다.
와이어에 있어서의 Mn 함유량과 Ni 함유량의 질량비(Mn/Ni)의 상한은, 바람직하게는 28.0, 또는 25.0이다.
[플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 산화물 및 불화물 등]
이어서, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 산화물 및 불화물 등에 대하여 설명한다.
또한, 플럭스 코어드 와이어의 산화물 및 불화물 등의 설명에 있어서, 「％」는, 특별히 설명이 없는 한, 「플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％」를 의미한다.
또한, 강제 외피 중에 존재하는 산화물, 불화물, 질화물 및 금속 탄산염에 대해서는, 함유되지 않거나 또는 함유량이 극히 미량이다. 그 때문에, 본 명세서에 있어서, 산화물, 불화물, 질화물 및 금속 탄산염의 함유량이라고 하는 경우에는, 플럭스 중에 포함되는 산화물, 불화물, 질화물 및 금속 탄산염의 함유량을 의미한다.
(Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계: 질량％로 3.00 내지 8.00％)
Ti 산화물은, 용접 금속의 산소량을 증가시켜, 저온 인성을 열화시킨다.
한편, Ti 산화물은, 슬래그 성분이며, 비드 전체를 균일하게 슬래그로 피포시키는 작용을 갖는다. 또한, Ti 산화물은, 아크의 지속을 안정시켜, 스패터 발생량을 저감시키는 효과를 갖는다. 그 때문에, Ti 산화물을 함유시키면, 용접 작업성(특히 입향 용접성)이 향상된다.
Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 3.00％ 미만이면, 슬래그 생성량이 부족하여 비드를 균일하게 피포할 수 없으므로, 슬래그가 비드 표면에 눌어붙음으로써 비드 외관이 불량해진다. 또한, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 3.00％ 미만이면, 아크를 안정시키는 효과가 없어져, 스패터 발생량도 증가한다. 또한, 용접 작업성(특히 입향 용접성)을 확보할 수 없다.
한편, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 8.00％를 초과하면, 용접 금속의 산소량이 증가하여, 저온 인성을 확보할 수 없다. 또한, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 8.00％를 초과하면, 아크가 안정됨으로써 스패터 발생량은 감소하지만, 슬래그의 점성이 높아짐으로써, 슬래그가 두꺼워져, 비드의 지단부가 불록해진 형상이 된다. 또한, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 8.00％를 초과하면, 피트가 발생하기 쉬워진다. 또한, 슬래그 혼입이 발생한다.
따라서, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계는, 3.00 내지 8.00％로 한다.
Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계의 하한은, 바람직하게는 3.50％, 4.00％, 또는 4.50％이다.
Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계의 상한은, 바람직하게는 7.50％, 7.00％, 또는 6.50％이다.
또한, Ti 산화물은, 주로, 플럭스 중의, 루틸, 산화티탄, 티탄 슬래그, 일루미나이트, 티탄산 소다, 티탄산 칼리 등으로서 존재할 수 있다. 이 때문에, 주로, 플럭스의 Ti 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기 범위의 Ti 산화물의 함유량으로 할 수 있다.
여기서, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계란, 와이어 중에 포함되어 있는 모든 Ti 산화물(예를 들어, TiO, TiO2, Ti2O3, Ti3O5 등이 있고, 루틸, 산화티탄, 티탄 슬래그, 일루미나이트, 티탄산 소다, 티탄산 칼리 등으로서 첨가 됨.)을 TiO2로 환산한 경우의, TiO2의 와이어 전체 질량에 대한 질량％이다.
그리고, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계는, 형광 X선 분석 장치 및 X선 회절(XRD) 장치를 사용하여, 와이어에 산화물로서 존재하는 Ti의 질량을 분석함으로써 구한다. 또한, 형광 X선 분석에 의해 플럭스 중에 함유되는 성분을 분석한 후에, X선 회절(XRD)에서 함유되는 성분의 분자 구조를 해석함으로써, 와이어에 산화물로서 존재하는 Ti의 양과 금속 성분으로서 포함되는 Ti의 양을 나누어서 구할 수 있다.
구체적으로는, 먼저 와이어로부터 플럭스를 채취하고, 이 플럭스를 상기의 방법에 의해 분석한다. 예를 들어, 분석에 의해 TiO2, Ti2O3, Ti3O5가 검출된 경우이면, 각 Ti 산화물의 질량％를 [TiO2], [Ti2O3], [Ti3O5]로 나타내고, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계를 [환산 TiO2]로 나타내면, 이하의 식 C1에 의해 계산된다.
[환산 TiO2]=(0.60×[TiO2]+0.67×[Ti2O3]+0.64×[Ti3O5])×1.67
… 식 C1
식 C1에 있어서의 계수(0.60, 0.67, 0.64)는 각 산화물 중에 포함되는 Ti양을 산출하기 위한 계수이며, 말미의 승수(1.67)는 와이어에 산화물로서 존재하는 Ti의 총량으로부터 TiO2 환산값을 산출하기 위한 승수이다.
여기서, 계수를 구하는 방법에 대하여 설명한다. MxOy(예; TiO2, Ti2O3, Ti3O5)의 산화물이 검출되었다고 하면, MxOy에 관한 계수는 하기 식 C2로 계산한다.
[M 원소의 원자량]×x/([M 원소의 원자량]×x+[산소의 원자량]×y)
… 식 C2
식 C1에 있어서의 0.60, 0.67, 0.64가, 상기 식 C2로 구해지는 계수에 상당한다.
또한, 환산값을 산출하기 위한 승수를 구하는 방법에 대하여 설명한다. MaOb(예; TiO2)로 환산하기 위한 승수는 하기 식 C3으로 계산한다.
([M 원소의 원자량]×a+[산소의 원자량]×b)/([M 원소의 원자량]×a)
… 식 C3
식 C1에 있어서의 1.67이, 상기 식 C3으로 구해지는 승수에 상당한다.
또한 산화물은, 2종의 금속 원소와 결합한 화합물인 경우도 생각할 수 있다. 그 경우의 계수를 구하는 방법은, MxOyM2 z(예; TiO3·Fe, 즉 M=Ti, M2=Fe, x=1, y=3, z=1의 산화물)가 검출되었다고 하면, 하기 식 C4로 계산한다.
[M 원소의 원자량]×x/([M 원소의 원자량]×x+[산소의 원자량]×y+[M2 원소의 원자량]×z)
… 식 C4
또한, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계, Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계, Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계, K 산화물의 K2O 환산값의 합계, Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계, Mn 산화물의 MnO2 환산값의 합계 및 Fe 산화물의 FeO 환산값의 합계도, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와 마찬가지의 계산에 의해 얻어진다. 즉, 형광 X선 분석 장치 및 X선 회절(XRD) 장치에 의해 채취한 플럭스를 분석하고, 검출된 각종 산화물에 따라, 상기 식 C2, 식 C3, 식 C4에 입각하여 계수 및 승수를 산출하고, 상기 식 C1과 마찬가지로 하여 계산한다.
분석에 의해 검출되는 대표적인 산화물을, 이하에 열거한다.
Si 산화물; SiO, SiO2, Si2O3, Si2O4
Zr 산화물; ZrO2
Al 산화물; AlO, Al2O3, Al3O5
Mg 산화물; MgO, MgO2, Mg2O
Na 산화물; Na2O, Na2O2
K 산화물; K2O, KO2
Ca 산화물; CaO, CaO2
Mn 산화물; MnO, Mn2O, MnO2
Fe 산화물; FeO, Fe2O4, FeO3
또한, Ti 산화물 등의 각종 조성의 분석 시에, 강제 외피와 플럭스를 나누는 방법은, 이하와 같다. 펜치 등을 사용하여 플럭스 코어드 와이어의 강제 외피를 벌려, 내부의 플럭스를 채취한다. 또한, 강제 외피는 플럭스와의 접촉부인 외피의 내면을 와이어 브러시 및 초음파 세정 등을 사용하여 부착되어 있는 플럭스를 제거한다. 이에 의해, 강제 외피와 플럭스를 분리한다.
(Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계: 질량％로 0.10 내지 1.00％)
Si 산화물은, 용접 금속의 산소량을 증가시켜, 저온 인성을 열화시킨다.
한편, Si 산화물은, 슬래그 성분이며, 용융 슬래그의 점성을 높이고, 슬래그 박리성을 개선하는 작용을 갖는다.
Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 0.10％ 미만이면, 슬래그 피포 상태가 나빠 슬래그 박리성이 불량해지고, 비드 형상 및 비드 외관도 불량해진다. 또한, 용접 작업성(특히 입향 용접성)을 확보할 수 없다.
한편, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 1.00％를 초과하면, 용접 금속의 산소량이 증가하여, 저온 인성을 확보할 수 없다. 또한, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 1.00％를 초과하면, 스패터 발생량이 많아진다. 또한, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 1.00％를 초과하면, 피트 및 가스 홈 등이 발생하기 쉬워진다. 또한, 슬래그 혼입이 발생한다.
따라서, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계는, 0.10 내지 1.00％로 한다.
Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 하한은, 바람직하게는 0.15％, 0.20％, 또는 0.25％이다.
Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 상한은, 바람직하게는 0.95％, 0.90％, 또는 0.85％이다.
또한, Si 산화물은, 주로, 플럭스 중의 규사, 지르콘 샌드, 장석, 규산 소다, 규산 칼리 등으로서 존재할 수 있다. 이 때문에, 주로, 플럭스의 Si 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기 Si 산화물의 함유량의 범위로 할 수 있다.
(Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계: 질량％로 0 내지 0.80％)
Zr 산화물은, 용접 금속의 산소량을 증가시켜, 저온 인성을 열화시킨다. 그 때문에, 저온 인성의 관점에서는 Zr 산화물은 포함하지 않는 것이 바람직하고, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계의 하한은 0％로 한다.
단, Zr 산화물은, 슬래그 성분이며, 수평 필렛 용접으로 슬래그 피포성을 높여서 비드 형상을 평활하게 하는 작용을 가지므로, 이러한 관점에서 함유시켜도 된다.
한편, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계가 0.80％를 초과하면, 비드 형상이 볼록 형상으로 되기 쉽다. 또한, 슬래그 혼입이 발생한다.
따라서, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계는, 0 내지 0.80％로 한다.
Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계의 상한은, 바람직하게는 0.60％, 0.40％, 0.20％, 또는 0.10％이다.
또한, Zr 산화물은, 주로, 플럭스 중의 지르콘 샌드, 산화지르코늄 등으로서 존재할 수 있는 것이며, 또한 Ti 산화물에 미량 함유되는 경우도 있다. 이 때문에, 주로, 플럭스의 Zr 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기 Zr 산화물의 함유량의 범위로 할 수 있다.
(Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계: 질량％로 0 내지 0.80％)
Al 산화물은, 산소원이 되므로, Al 산화물을 첨가하면, 용접 금속 중의 산소량이 증가하여, 인성 열화의 요인이 된다. 그 때문에, 저온 인성의 관점에서는 Al 산화물은 포함하지 않는 것이 바람직하고, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계의 하한은 0％로 한다.
단, Al 산화물은, 용융 슬래그를 구성한 경우, 슬래그 피포성을 양호하게 함으로써, 필렛 비드의 상각측의 언더컷을 방지하는 작용을 가지므로, 이러한 관점에서 함유시켜도 된다.
한편, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계가 0.80％를 초과하면, 필렛 비드의 하각측의 비드 지단부가 불록해진 비드 형상이 된다. 또한, 슬래그 혼입이 발생한다.
따라서, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계는, 0 내지 0.80％로 한다.
Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계의 상한은, 바람직하게는 0.70％, 0.60％, 0.40％, 0.20％, 또는 0.10％이다.
또한, Al 산화물은, 주로 플럭스 중의 알루미나, 장석 등의 성분으로서 존재하는 경우가 많다. 이 때문에, 주로, 플럭스의 Al 산화물의 함유량을 제어함으로써, 상기 Al 산화물의 함유량의 범위로 할 수 있다.
(특정 불화물의 합계: 질량％로 0.10 내지 2.00％)
K2SiF6, K2ZrF6, NaF, Na3AlF6, CaF2 및 MgF2(본 명세서에서는, 이들 불화물을 「특정 불화물」이라고 칭함)는 용접 금속의 산소량을 저감시키는 효과가 있다.
특정 불화물의 합계가 0.10％ 미만이면, 용접 금속의 산소량이 높아져, Mn 함유량이 많은 본 개시에 관한 와이어에 있어서 저온 인성을 확보할 수 없다.
한편, 특정 불화물의 합계가 2.00％ 초과이면, 용접 흄이 다량으로 발생하고, 용접 결함이 발생한다.
따라서, 특정 불화물 중 어느 1종 이상의 불화물을 함유하고, 그 합계를 0.10 내지 2.00％로 한다.
특정 불화물의 합계의 하한은, 바람직하게는 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
특정 불화물의 합계의 상한은, 바람직하게는 1.90％, 1.80％, 또는 1.70％이다.
(Na 함유 화합물의 합계: 질량％로 0.01 내지 2.00％)
Na 산화물, NaF 및 Na3AlF6(이하, 이들 Na 함유 화합물을 「특정 Na 함유 화합물」이라고 칭하는 경우가 있음)은 용접 시에 분해된 Na가 탈산제로서 작용하여, 용접 금속의 산소량을 저감시킨다. 그에 의해, 용융 금속의 저온 인성이 향상된다.
특정 Na 함유 화합물의 합계가 0.01％ 미만이면, 용접 금속의 산소량의 저감 작용이 작아, 저온 인성을 확보할 수 없다.
한편, 특정 Na 함유 화합물의 합계가 2.00％ 초과이면, 용접 슬래그의 응고 온도가 저온화되어, 용접 작업성(특히 입향 용접성)이 열화된다.
따라서, 특정 Na 함유 화합물 중 어느 1종 이상의 Na 함유 화합물을 함유하고, 그 합계를 0.01 내지 2.00％로 한다.
특정 Na 함유 화합물의 합계의 하한은, 바람직하게는 0.05％, 0.15％, 0.20％, 또는 0.30％이다.
특정 Na 함유 화합물의 합계의 상한은, 바람직하게는 1.90％, 1.80％, 1.70％, 또는 1.50％이다.
또한, Na 산화물의 함유량에 대해서는, Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계를 의미한다.
(K 함유 화합물의 합계: 질량％로 0.01 내지 2.00％)
K 산화물, K2SiF6 및 K2ZrF6(이하, 이들 K 함유 화합물을 「특정 K 함유 화합물」이라고 칭하는 경우가 있음)은 용접 시에 분해된 K가 탈산제로서 작용하여, 용접 금속의 산소량을 저감시킨다. 그에 의해, 용융 금속의 저온 인성이 향상된다.
특정 K 함유 화합물의 합계가 0.01％ 미만이면, 용접 금속의 산소량의 저감 작용이 작아, 저온 인성을 확보할 수 없다.
한편, 특정 K 함유 화합물의 합계가 2.00％ 초과이면, 용접 슬래그의 응고 온도가 저온화되어, 용접 작업성(특히 입향 용접성)이 열화된다.
따라서, 특정 K 함유 화합물 중 어느 1종 이상의 K 함유 화합물을 함유하고, 그 합계를 0.01 내지 2.00％로 한다.
특정 K 함유 화합물의 합계의 하한은, 바람직하게는 0.05％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
특정 K 함유 화합물의 합계의 상한은, 바람직하게는 1.95％, 1.90％, 1.80％, 또는 1.50％이다.
또한, K 산화물의 함유량에 대해서는, K 산화물의 K2O 환산값의 합계를 의미한다.
(Mg 함유 화합물의 합계: 질량％로 0.01 내지 2.00％)
본 실시 형태에 관한 플럭스 코어드 와이어는, 특정 Na 함유 화합물 및 특정 K 함유 화합물에 더하여, Mg 산화물 및 MgF2 중 어느 1종 이상의 Mg 함유 화합물을 함유해도 된다.
Mg 산화물 및 MgF2(이하, 이들 Mg 함유 화합물을 「특정 Mg 함유 화합물」이라고 칭하는 경우가 있음)는 용접 시에 분해된 Mg가 탈산제로서 작용하여, 용접 금속의 산소량을 저감시킨다. 그에 의해, 용융 금속의 저온 인성이 향상된다.
와이어에 특정 Mg 함유 화합물을 포함하면(바람직하게는 특정 Mg 함유 화합물의 합계가 0.01％ 이상이면), 용접 금속의 산소량의 저감 작용이 커져, 더욱 저온 인성이 향상된다.
한편, 특정 Mg 함유 화합물의 합계가 2.00％ 이하이면, 용접 슬래그의 응고 온도가 고온화되어, 더욱 용접 작업성(특히 입향 용접성)이 향상된다.
따라서, 특정 Mg 함유 화합물 중 어느 1종 이상의 Mg 함유 화합물의 함유량은, 그 합계를 0 내지 2.00％로 하는 것이 바람직하고, Mg 함유 화합물을 함유하는 경우에는, 그 합계를 0.01 내지 2.00％로 하는 것이 바람직하다.
특정 Mg 함유 화합물의 합계의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.05％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
특정 Mg 함유 화합물의 합계의 상한은, 보다 바람직하게는, 1.90％, 1.80％, 또는 1.70％이다.
또한, Mg 산화물의 함유량에 대해서는, Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계를 의미한다.
(특정 Na 함유 화합물 및 특정 K 함유 화합물을 와이어에 함유시키는 다른 의의)
특정 Na 함유 화합물의 함유량 및 특정 K 함유 화합물의 함유량을 각각 0.01％ 미만으로 하고, 탈산제로서 기능하는 Ca를 포함하는 CaF2를 증가시켜도, 스패터가 증가하여, 용접 작업성이 열화된다. 또한, 탈산제로서 기능하는 금속 Mg를 증가시켜도, 금속 Mg는 용접 금속의 확산성 수소량을 증가시켜, 내저온 균열성이 열화된다.
그 때문에, 용접 작업성(특히 입향 용접성)이 우수함과 함께, 저온 인성 및 내저온 균열성이 우수한 용접 금속을 얻기 위해서는, 와이어에, 특정 Na 함유 화합물 및 특정 K 함유 화합물을 각각 상기 범위로 포함시킬 필요가 있다.
마찬가지의 관점에서, 와이어에, 특정 Mg 함유 화합물을 상기 범위로 포함시키는 것도 바람직하다.
또한, 특정 Na 함유 화합물, 특정 K 함유 화합물 및 특정 Mg 함유 화합물의 함유량은, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％에 의한 함유량이다.
(식 A에 의해 산출되는 X값)
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 하기 식 A에 의해 산출되는 X값은 0.10 내지 160.00인 것이 바람직하다.
X=(8×CaF2+5×MgF2+5×NaF+5×K2SiF6+5×K2ZrF6+Na3AlF6)/(SiO2+Al2O3+ZrO2+0.5×MgO+CaO+0.5×Na2O+0.5×K2O+MnO2+FeO)
… 식 A
식 A 중, CaF2, MgF2, NaF, K2SiF6, K2ZrF6 및 Na3AlF6은, 각 화학식으로 나타내어지는 화합물의, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％에 의한 함유량이다. 또한, SiO2는 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계를 나타내고, Al2O3은 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계를 나타내고, ZrO2는 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계를 나타내고, MgO는 Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계를 나타내고, CaO는 Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계를 나타내고, Na2O는 Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계를 나타내고, K2O는 K 산화물의 K2O 환산값의 합계를 나타내고, MnO2는 Mn 산화물의 MnO2 환산값의 합계를 나타내고, FeO는 Fe 산화물의 FeO 환산값의 합계를 나타낸다. 또한, 식 A에 있어서의 상기 SiO2 환산값, 상기 Al2O3 환산값, 상기 ZrO2 환산값, 상기 MgO 환산값, 상기 CaO 환산값, 상기 Na2O 환산값, 상기 K2O 환산값, 상기 MnO2 환산값 및 상기 FeO 환산값은 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸다.
식 A에 있어서, 분자는, 용접 시에 분해되어, 탈산제로서 기능하고, 용접 금속의 산소량을 저감시키는 성분(Ca, Mg, Na, K, Si)과, 용접 금속의 확산성 수소량을 저감시키는 불소를 포함하는 화합물량의 지표이다.
한편, 분모는, 용접 금속의 산소량을 증가시키는 산소(O)를 포함하는 화합물량의 지표이다.
즉, X값이 0.10 이상이면, 용접 금속의 산소량을 증가시키는 산소(O)를 포함하는 화합물량이 적고, 용접 금속의 산소량 저감 작용이 커져, 더욱 저온 인성이 향상된다.
한편, X값이 160.00 이하이면, 불화물량이 너무 많지 않아, 슬래그 혼입이 발생하기 어려워져, 건전한 조인트를 제작하기 쉬워진다.
따라서, 식 A에 의해 산출되는 X값은 0.10 내지 160.00으로 하는 것이 바람직하다.
X값의 하한은, 보다 바람직하게는, 1.00, 5.00, 또는 10.00이다.
X값의 상한은, 보다 바람직하게는, 130.00, 100.00, 70.00, 50.00, 또는 20.00이다.
-기타 산화물의 합계 함유량: 0 내지 10.00％-
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어에 있어서, Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물 및 Al 산화물 이외의 산화물로서, Fe 산화물, Mg 산화물, Na 산화물, K 산화물, Mn 산화물 및 Ca 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 산화물을 포함하는 경우, 그 합계 함유량은, 10.00％ 이하인 것이 바람직하다. Fe 산화물, Mg 산화물, Na 산화물, K 산화물, Mn 산화물 및 Ca 산화물로 이루어지는 군에 포함되는 산화물을 단순히 「기타 산화물」이라고 약기하는 경우가 있다. 또한 기타 산화물에 있어서의 각각의 산화물의 함유량의 합계값을, 단순히 「기타 산화물의 합계 함유량」이라고 약기하는 경우가 있다.
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어가, 상기 기타 산화물 중 1종 또는 2종 이상의 산화물을 포함하는 경우, 상기 기타 산화물의 합계 함유량은, Fe 산화물의 FeO 환산값, Mg 산화물의 MgO 환산값, Na 산화물의 Na2O 환산값, K 산화물의 K2O 환산값, Mn 산화물의 MnO2 환산값 및 Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계로서 구한다.
또한, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 기타 산화물은 필수 성분이 아니므로, 플럭스 코어드 와이어에 있어서의, 기타 산화물의 합계 함유량의 하한값은 0％이다.
한편, 기타 산화물은, 용접 비드 형상을 양호하게 유지하는 효과와, 입향 용접성을 향상시키는 효과를 갖는다. 또한, Mg 산화물 및 Fe 산화물 등은, 아크를 안정시키는 효과도 갖는다. 그러한 효과를 얻기 위해서는, 기타 산화물의 합계 함유량을 0％ 초과로 해도 된다. 이들 효과를 더욱 발휘시키기 위해, 기타 산화물의 합계 함유량의 하한을, 0.05％, 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％로 해도 된다. 한편, 기타 산화물의 합계 함유량이 10.00％ 이하이면, 슬래그 혼입의 발생이 억제되어, 건전한 조인트를 용이하게 제작할 수 있다. 그 때문에, 기타 산화물의 합계 함유량의 상한값은 10.00％로 하는 것이 바람직하고, 9.00％, 8.00％, 7.00％, 6.00％, 3.00％, 2.00％, 1.00％, 0.50％ 또는 0.30％로 해도 된다.
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어에 있어서의, 기타 산화물의 함유량은, 산화물의 종류별로 한정할 필요는 없다.
또한, 기타 산화물에 있어서의 각각의 산화물의 함유량 및 기타 산화물의 합계 함유량은, 전술한 Ti 산화물의 함유량과 마찬가지로 형광 X선 분석 및 X선 회절(XRD)에 의해 측정한다.
(질화물, 금속 탄산염)
질화물(특히 플럭스 중의 질화물)은 용접 금속 중의 확산성 수소량을 감소시켜, 용접 금속의 내저온 균열성을 현저하게 향상시키는 작용을 갖는다. 이 이유는 명확하지는 않지만, 질화물 중의 N이 용접 중에 수소(H)와 결합하여 암모니아(NH3)가 되고, 이 NH3이 용접 금속 밖으로 방출되는 것이 이유 중 하나인 것으로 추측된다.
그 때문에, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어는, 질화물을 포함해도 된다.
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어에는 질화물로서, 예를 들어 AlN, BN, Ca3N2, CeN, CrN, Cu3N, Fe4N, Fe3N, Fe2N, Mg3N, Mo2N, NbN, Si3N4, TiN, VN, ZrN, Mn2N 및 Mn4N으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함해도 된다.
금속 탄산염은, 아크에 의해 전리되어, CO2 가스를 발생시킨다. CO2 가스는, 용접 분위기 중의 수소 분압을 낮추어, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 저감시킨다.
그 때문에, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어는, 플럭스 중에 금속 탄산염을 포함해도 된다.
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어에는 금속 탄산염으로서, 예를 들어 MgCO3, Na2CO3, LiCO3, CaCO3, K2CO3, BaCO3, FeCO3, MnCO3 및 SrCO3으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함해도 된다.
단, 금속 탄산염의 종류 및 조성은 한정되지 않는다.
또한, 질화물 및 금속 탄산염의 함유량은, 전술한 Ti 산화물의 함유량과 마찬가지로 형광 X선 분석 및 X선 회절(XRD)에 의해 측정한다.
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 표면에 도포된 윤활제를 더 구비해도 된다. 와이어 표면에 도포된 윤활제는, 용접 시의 와이어의 송급성을 향상시키는 효과를 갖는다. 용접 와이어용의 윤활제로서는, 다양한 종류의 것(예를 들어 팜유 등의 식물유)을 사용할 수 있지만, 용접 금속의 저온 균열을 억제하기 위해서는, H를 함유하지 않는 폴리테트라플루오로에틸렌유(PTFE유) 및 퍼플루오로폴리에테르유(PFPE유) 중 한쪽 또는 양쪽을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 표면에 형성된 도금을 더 구비해도 된다. 이 경우, 윤활제는 도금의 표면에 도포된다.
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어에 포함되는 수소량은 특별히 한정되지 않지만, 용접 금속의 확산성 수소량을 저감시키기 위해서는, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대하여 12ppm 이하인 것이 바람직하다. 플럭스 코어드 와이어 중의 수소량은, 플럭스 코어드 와이어의 보관 동안에, 플럭스 코어드 와이어 내에 수분이 침입함으로써 증대할 우려가 있다. 따라서, 와이어 제조부터 와이어 사용까지의 기간이 긴 경우에는, 후술하는 수단에 의해 수분의 침입을 방지하는 것이 바람직하다.
(와이어 형상)
다음으로, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어의 형상(와이어 구조)에 대하여 설명한다.
통상, 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피의 이음매가 용접되어 있으므로 슬릿상의 간극이 없는 형상(심리스 형상)을 갖는 와이어(강제 외피의 이음매에 용접부를 갖지 않는 와이어)와, 강제 외피의 이음매가 용접되어 있지 않으므로 슬릿상의 간극을 포함하는 형상(심 형상)을 갖는 와이어(강제 외피의 이음매에 용접부를 갖는 와이어) 중 어느 것으로 구별된다.
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어에서는, 어느 형상도 채용할 수 있다. 그러나, 용접 금속의 저온 균열의 발생을 억제하기 위해서는, 강제 외피에 슬릿상의 간극이 없는 것이 바람직하다. 용접 시에 용접부에 침입하는 H(수소)는 용접 금속 및 피용접재 중에 확산되고, 응력 집중부에 집적되어 저온 균열의 발생 원인이 된다. H의 공급원은 다양하지만, 용접부의 청정도 및 가스 실드의 조건이 엄밀하게 관리된 상태에서 용접이 행해지는 경우, 와이어 중에 포함되는 수분(H2O)이 주된 H의 공급원이 되고, 이 수분의 양이, 용접 조인트의 확산성 수소량에 강하게 영향을 미친다.
강제 외피가 심을 갖는 경우, 대기 중의 수분이 심을 통해 플럭스 중에 침입하기 쉽다. 이 때문에, 강제 외피의 심을 제거함으로써, 와이어 제조 후부터 와이어 사용까지의 동안에, 대기 중의 수분이 강제 외피를 통해 플럭스 중에 침입하는 것을 억제하는 것이 바람직하다. 강제 외피가 심을 갖고, 또한 와이어 제조부터 와이어 사용까지의 기간이 긴 경우에는, 수분 등의 H의 공급원이 침입하는 것을 방지하기 위해, 플럭스 코어드 와이어 전체를 진공 포장하거나, 건조된 상태로 유지될 수 있는 용기 내에서 플럭스 코어드 와이어를 보존하는 것이 바람직하다.
(와이어 직경)
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어의 직경은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 φ1.0 내지 φ2.0mm이다. 또한, 일반적인 플럭스 코어드 와이어의 직경은 φ1.2 내지 φ1.6mm이다.
(충전율)
본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어의 충전율은, 상술된 조건이 충족되는 한, 특별히 한정되지 않는다. 일반적인 플럭스 코어드 와이어의 충전율에 비추어, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어의 충전율의 하한값을, 예를 들어 8％, 10％, 또는 12％로 해도 된다. 또한, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어의 충전율의 상한값을, 예를 들어 28％, 25％, 22％, 20％, 또는 17％로 해도 된다.
또한, 충전율을 산출할 때에는, 강제 외피와 플럭스의 질량을 따로따로 측정한다.
<플럭스 코어드 와이어의 제조 방법>
다음으로, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에 대하여 설명한다.
또한, 이하에 설명하는 제조 방법은 일례이며, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어를 제조하는 방법은, 이하의 방법에 한정되는 것은 아니다.
(심리스 형상을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 경우)
심리스 형상을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은, 플럭스를 조제하는 공정과, 강대를 길이 방향으로 보내면서, 성형 롤을 사용하여 성형하여 U자형의 오픈 관을 얻는 공정과, 오픈 관의 개구부를 통해 오픈 관 내에 플럭스를 공급하는 공정과, 오픈 관의 개구부의 마주 대하는 에지부(주위 방향 양단부)를 맞대기 용접하여 심리스 관을 얻는 공정과, 심리스 관을 신선하여 소정의 선 직경을 갖는 플럭스 코어드 와이어를 얻는 공정과, 신선하는 공정의 도중 또는 완료 후에 플럭스 코어드 와이어를 어닐링하는 공정을 구비한다.
플럭스는, 플럭스 코어드 와이어의 각 성분이 상술된 소정의 범위 내가 되도록 조제된다. 또한, 강제 외피의 재료인 강대의 폭 및 두께, 그리고 플럭스의 충전량 등에 의해 결정되는 플럭스의 충전율도, 플럭스 코어드 와이어의 각 성분량에 영향을 미친다는 점에 유의할 필요가 있다.
맞대기 용접은, 전봉 용접, 레이저 용접, 또는 TIG 용접 등에 의해 행해진다.
또한, 신선 공정의 도중 또는 신선 공정의 완료 후에, 플럭스 코어드 와이어 중의 수분을 제거하기 위해, 플럭스 코어드 와이어는 어닐링된다. 플럭스 코어드 와이어의 H 함유량을 12ppm 이하로 하기 위해서는, 어닐링 온도는, 650℃ 이상으로 하고, 어닐링 시간은, 4시간 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 플럭스의 변질을 방지하기 위해, 어닐링 온도는 900℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
맞대기 심 용접된, 슬릿상의 간극이 없는 플럭스 코어드 와이어의 단면은, 연마하여, 에칭하면, 용접흔이 관찰되지만, 에칭하지 않으면 용접흔은 관찰되지 않는다. 그 때문에, 상기와 같이 심리스라고 칭하는 경우가 있다. 예를 들어, 용접 학회편 「신판 용접·접합 기술 입문」(2008년) 산보 출판, p. 111에는, 맞대기 심 용접된, 슬릿상의 간극이 없는 플럭스 코어드 와이어는, 심리스 타입의 와이어라고 기재되어 있다. 플럭스 코어드 와이어의 강제 외피의 간극을 경납땜해도, 슬릿상의 간극이 없는 플럭스 코어드 와이어가 얻어진다.
(슬릿상의 간극을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 경우)
슬릿상의 간극을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은, 오픈 관의 주위 방향의 양단부를 맞대기 용접하여 심리스 관을 얻는 공정 대신에 오픈 관을 성형하여 오픈 관의 단부를 맞대어서 슬릿상의 간극이 있는 관을 얻는 공정을 갖는 점 이외는, 심리스 형상을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법과 동일하다. 슬릿상의 간극을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법은, 맞대어진 오픈 관의 단부를 코킹하는 공정을 더 구비해도 된다.
슬릿상의 간극을 갖는 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법에서는, 슬릿상의 간극이 있는 관을 신선한다.
<용접 조인트의 제조 방법>
다음으로, 본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법(용접 방법)에 대하여 설명한다.
본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법은, 상술된 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 강재를 용접하는 공정을 구비한다.
본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법에 있어서, 용접 방식은, 가스 실드 아크 용접이 적합하다.
본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법에 있어서, 용접 조인트의 모재가 되는 강재(피용접재)의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 PCM(용접 균열 감수성 조성)이 0.24％ 이상인 저온 균열 감수성이 높은 강재, 특히 인장 강도가 590MPa 이상 1700MPa 이하이고, 판 두께 20mm 이상의 고강도 강판을 적합하게 사용할 수 있다.
본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법에서는, 1패스 내지 최종 패스 중 어느 하나 이상에 있어서, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 강재를 용접하는 공정을 구비하는 것이 좋다. 용접이 1패스뿐인 경우, 그 1패스에 있어서 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어가 사용된다.
플럭스 코어드 와이어의 극성은, 용접 금속의 확산성 수소량 및 스패터 발생량에 미치는 영향을 무시할 수 있을 정도로 작으므로, 플러스 및 마이너스 중 어느 것이어도 되지만, 플러스인 것이 바람직하다.
본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법에 있어서, 가스 실드 아크 용접을 행하는 경우, 사용되는 실드 가스의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법에 있어서의 실드 가스로서, 일반적으로 다용되고 있는 100체적%의 탄산 가스, 및 Ar과 3 내지 30체적% CO2의 혼합 가스 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 본 개시에 관한 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 시의 실드 가스는 5체적% 이하의 O2 가스를 포함하고 있어도 된다. 이들 가스는 염가이므로, 이들 가스를 사용한 용접은 산업 이용상 유리하다.
본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법에 있어서의 용접 자세는 특별히 한정되지 않는다. 본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법은, 용접 자세가 하향 자세, 횡향 자세, 입향 자세 및 상향 자세 중 어느 것이어도 된다.
본 개시에 관한 용접 조인트의 제조 방법에 의해 얻어지는 용접 조인트는, 모재가 되는 강재와, 용접 금속 및 용접 열 영향부로 구성되는 용접부를 구비한다. 얻어지는 용접 금속의 인장 강도는, 예를 들어 590 내지 1200MPa의 고강도인 것이 바람직하다.
실시예
다음으로, 본 개시예 및 비교예에 의해, 본 개시의 실시 가능성 및 효과에 대하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기 실시예는 본 개시를 한정하는 것은 아니며, 전·후술하는 취지에 일관하여 설계 변경하는 것은 어느 것이나 본 개시의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
(플럭스 코어드 와이어의 제조)
본 개시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어는, 이하에 설명하는 방법에 의해 제조하였다.
먼저, 강대를 길이 방향으로 보내면서, 성형 롤을 사용하여 성형하여 U형의 오픈 관을 얻었다. 이 오픈 관의 개구부를 통해 오픈 관 내에 플럭스를 공급하고, 오픈 관의 개구부의 마주 대하는 에지부를 맞대기 용접하여 심리스 관을 얻었다.
이 심리스 관을 신선하여, 슬릿상의 간극이 없는 플럭스 코어드 와이어를 얻었다. 단, 일부의 시료는, 심 용접을 하지 않는 슬릿상의 간극이 있는 관으로 하고, 그것을 신선하였다.
이와 같이 하여, 최종의 와이어 직경이 φ1.2mm인 플럭스 코어드 와이어를 시제품 제작하였다.
또한, 이들 플럭스 코어드 와이어의 신선 작업의 도중에, 플럭스 코어드 와이어를 650 내지 950℃의 온도 범위 내에서 4시간 이상 어닐링하였다. 시제품 제작 후, 와이어 표면에는 윤활제를 도포하였다. 이들 플럭스 코어드 와이어의 구성을 표 1-A 내지 표 1-F에 나타낸다.
표 1-A 내지 표 1-F에 나타낸, 와이어의 금속 성분의 함유량, 산화물의 함유량, 불화물(특정 불화물)의 함유량, Na 함유 화합물의 함유량, K 함유 화합물의 함유량 및 철분의 함유량의 단위는, 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량％이다. 표 중에 있어서 「플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량％」는, 「질량％」라고 약기하고, 「와이어의 화학 조성에 있어서의 금속 성분」은, 「화학 성분」이라고 약기하였다.
[표 1-A]
[표 1-B]
[표 1-C]
[표 1-D]
[표 1-E]
[표 1-F]
표 1-A 내지 표 1-F에 나타낸 플럭스 코어드 와이어의 잔부(즉, 표에 나타낸 각 성분 이외의 성분)는 철 및 불순물이다.
표에 나타낸 플럭스 코어드 와이어 중, 「와이어 구조」 란에서 「심리스」라고 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 심리스 형상을 갖고, 「슬릿상 간극 있음」이라고 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 슬릿상의 간극을 갖는 와이어이다. 「비고」 란에서 특별히 언급이 없는 한, 윤활제로서 팜유가 도포된 와이어이며, 「PTFE유」라고 기재된 와이어는, PTFE유가 도포된 와이어이다.
표 1-A 내지 표 1-F에 나타낸 플럭스 코어드 와이어에 포함되는 각 원소는, 강제 외피 또는 금속 분의 형태이다.
또한, 표 1-A 내지 표 1-F에 있어서는, 본 개시에서 규정되는 범위로부터 벗어나는 수치에 밑줄을 치고 있다.
또한, 표 1-A 내지 표 1-F에 있어서, 화학 성분이나 화합물 등의 함유량에 관한 표 중의 공란은, 그 화학 성분이나 화합물 등이 의도적으로 함유되어 있지 않은 것을 의미한다. 이들 화학 성분이나 화합물 등이 불가피하게 혼입되거나 생성 되는 경우도 있다.
[평가]
본 개시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 입향 상진 용접으로, 가스 실드 아크 용접함으로써 평가를 행하였다. 구체적으로는, 이하에 설명하는 방법에 의해 평가 되었다.
용접하는 강판으로서 판 두께가 50mm인 인장 강도 780MPa급 강을 사용하고, 평가 시의 용접 가스의 종류는, Ar-20체적% CO2 가스로 하였다. 또한, 평가 시에, 용접 전류는 모두 직류로 하고, 와이어의 극성은 모두 플러스로 하였다.
또한, 평가할 때의 용접 조건은, 표 2에 기재된 조건으로 하였다.
[표 2]
(용접 금속의 산소량의 평가)
본 개시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 가스 실드 아크 용접함으로써 얻어지는 용접 금속의 산소량을 평가하였다.
용접 금속의 산소량의 측정은, 판 두께 중앙부 또한 용접 금속의 폭 중앙부의 개소로부터 용접 조인트의 길이 방향으로 용접 금속의 산소 측정용의 분석 시료의 핀을 잘라내어, 불활성 가스 용해 적외선 흡수법에 의해 측정하였다.
산소량이 380ppm 이하를 A, 380ppm 초과 450ppm 이하를 B, 450ppm 초과를 C로 하였다.
(저온 인성의 평가)
본 개시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 강판을 가스 실드 아크 용접하고, 용접 금속의 판 두께 방향 중심으로부터 충격 시험편(노치 깊이 2mm의 V 노치 시험편)을 3개 채취하였다.
3개의 충격 시험편에 대하여, -196℃에서 JIS Z2242:2005에 준거한 샤르피 충격 시험을 실시하였다.
그리고, 3개의 충격 시험편의, -196℃에서의 샤르피 흡수 에너지 평균값이 34J 이상인 경우를 「합격」이라고 하고, 34J 미만인 경우를 「불합격」이라고 하였다.
(아크 안정성(비드 성형성))
본 개시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 필렛 용접하고, 프랭크 각으로부터 비드 성형성을 평가하였다. 또한, 도 1은 강판(상판)(6)을 강판(하판)(7)에 대하여 T자형으로(즉 직각으로) 접촉시킨 상태에서, 필렛 용접을 했을 때의 용접 금속(8)에 있어서의 비드 형상의 상태를 나타낸 도면이다. 도 1에 프랭크 각(5)의 정의를 나타낸다. 본 명세서에 있어서는, 도 1에 나타내는 바와 같이 강판(상판)(6)과 용접 금속(8)의 비드 지단이 이루는 각도를 프랭크 각(5a)으로 하고, 또한 강판(하판)(7)과 용접 금속(8)의 비드 지단이 이루는 각도를 프랭크 각(5b)으로 정의한다. 그리고, 프랭크 각(5a)과 프랭크 각(5b)의 합계가 200도 이상인 경우를 「A」, 이 각도가 200도 미만인 경우를 「B」라고 판정하였다.
(종합 판정)
용접 금속의 산소량의 평가가 「A」 또는 「B」이며, 또한 저온 인성의 평가가 「합격」인 경우를 「합격」이라고 하고, 용접 금속의 산소량의 평가가 「C」, 저온 인성의 평가가 「불합격」 중 적어도 한쪽을 충족시키는 경우를 「불합격」이라고 판정하였다.
또한, 용접 후의 용접 금속에 있어서의 강판(모재)의 성분의 영향에 관해서는, 모재 성분에 의한 희석률이 매우 낮기 때문에, 평가 시험에 있어서의 모재의 영향은 매우 낮다고 할 수 있다
[표 3]
본 개시예의 플럭스 코어드 와이어는, 용접 금속의 산소량이 적고, 얻어지는 용접 금속은 저온 인성이 우수한 것을 알 수 있다.
한편, 비교예는, 본 개시에서 규정하는 요건 중 어느 것을 충족시키지 않았으므로, 1개 이상의 평가 항목에 있어서 불합격이 되었다.
또한, 일본 출원 2021-162397의 개시는 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원 및 기술 규격이 참조에 의해 포함되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일 정도로, 본 명세서 중에 참조에 의해 포함된다.
5a, 5b: 프랭크 각
6: 강판(상판)
7: 강판(하판)
8: 용접 금속
6: 강판(상판)
7: 강판(하판)
8: 용접 금속
Claims (10)
- 강제 외피와 상기 강제 외피의 내부에 충전된 플럭스를 구비하는 용접용의 플럭스 코어드 와이어이며,
상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량％로, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 금속 성분이,
C: 0.020 내지 0.800％,
Si: 0.20 내지 0.80％,
Mn: 15.0 내지 30.0％,
P: 0 내지 0.050％,
S: 0 내지 0.050％,
Cu: 0 내지 10.0％,
Ni: 1.0 내지 10.0％,
Cr: 0 내지 2.0％,
Mo: 0 내지 10.0％,
Nb: 0 내지 5.0％,
V: 0 내지 5.0％,
W: 0 내지 10.0％,
Mg: 0 내지 1.00％,
Al: 0 내지 3.0％,
Ca: 0 내지 0.100％,
Ti: 0 내지 3.000％,
B: 0 내지 0.1000％,
REM: 0 내지 0.100％,
Bi: 0 내지 0.050％,
N: 0.050 내지 1.000％,
O: 0 내지 0.020％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물이며,
상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량％로, 상기 플럭스 코어드 와이어의 화학 조성에 있어서의 산화물 및 불화물은,
Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 3.00 내지 8.00％이고,
Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 0.10 내지 1.00％이고,
Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계가 0 내지 0.80％이고,
Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계가 0 내지 0.80％이고,
K2SiF6, K2ZrF6, NaF, Na3AlF6, CaF2 및 MgF2 중 어느 1종 이상의 특정 불화물을 함유하고 그 합계가 0.10 내지 2.00％이고,
Na 산화물, NaF 및 Na3AlF6 중 어느 1종 이상의 Na 함유 화합물을 함유하고 그 합계(단 Na 산화물은 Na2O 환산값)가 0.01 내지 2.00％이고,
K 산화물, K2SiF6 및 K2ZrF6 중 어느 1종 이상의 K 함유 화합물을 함유하고 그 합계(단 K 산화물은 K2O 환산값)가 0.01 내지 2.00％인 플럭스 코어드 와이어. - 제1항에 있어서,
상기 금속 성분에 있어서의 상기 Mg, Al 및 Ca의 합계 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량％로, 0.01％ 이상인 플럭스 코어드 와이어. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 금속 성분에 있어서의 상기 Si의 함유량이, Si: 0.25 내지 0.80％인 플럭스 코어드 와이어. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 성분에 있어서의 상기 Mn 함유량과 상기 Ni 함유량의 질량비(Mn/Ni)가 1.20 이상인 플럭스 코어드 와이어. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
하기 식 A에 의해 산출되는 X값이 0.10 내지 160.00인 플럭스 코어드 와이어.
X=(8×CaF2+5×MgF2+5×NaF+5×K2SiF6+5×K2ZrF6+Na3AlF6)/(SiO2+Al2O3+ZrO2+0.5×MgO+CaO+0.5×Na2O+0.5×K2O+MnO2+FeO) … 식 A
식 A 중, CaF2, MgF2, NaF, K2SiF6, K2ZrF6 및 Na3AlF6은, 각 화학식으로 나타내어지는 화합물의, 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％에 의한 함유량이다. 또한, SiO2는 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계를 나타내고, Al2O3은 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계를 나타내고, ZrO2는 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계를 나타내고, MgO는 Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계를 나타내고, CaO는 Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계를 나타내고, Na2O는 Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계를 나타내고, K2O는 K 산화물의 K2O 환산값의 합계를 나타내고, MnO2는 Mn 산화물의 MnO2 환산값의 합계를 나타내고, FeO는 Fe 산화물의 FeO 환산값의 합계를 나타낸다.
또한, 식 A에 있어서의 상기 SiO2 환산값, 상기 Al2O3 환산값, 상기 ZrO2 환산값, 상기 MgO 환산값, 상기 CaO 환산값, 상기 Na2O 환산값, 상기 K2O 환산값, 상기 MnO2 환산값 및 상기 FeO 환산값은 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 질량％로 나타낸다. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
Mg 산화물 및 MgF2 중 어느 1종 이상의 Mg 함유 화합물을 함유하고 그 합계(단 Mg 산화물은 MgO 환산값)가 0.01 내지 2.00％인 플럭스 코어드 와이어. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강제 외피는 이음매에 용접부를 갖지 않는 플럭스 코어드 와이어. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강제 외피는 이음매에 용접부를 갖는 플럭스 코어드 와이어. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
표면에 폴리테트라플루오로에틸렌유 및 퍼플루오로폴리에테르유 중 한쪽 또는 양쪽이 도포되어 있는 플럭스 코어드 와이어. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어를 사용하여 강재를 용접하는 공정을 구비하는 용접 조인트의 제조 방법.
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