KR20240026304A

KR20240026304A - 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어 및 그것을 사용한 서브머지드 아크 용접 방법

Info

Publication number: KR20240026304A
Application number: KR1020247005136A
Authority: KR
Inventors: 아키요시 안도; 아츠시 다카다; 가즈후미 와타나베; 다카토시 오카베
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2022-07-28
Publication date: 2024-02-27
Also published as: US20240351147A1; WO2023026763A1; JP7235185B1; EP4353404A1; CN117858781A; JPWO2023026763A1

Abstract

용접시에는 퓸 발생량이 적고, 또한 극저온 환경하에서 사용되는 고 Mn 함유 강재용 용접 재료로서 바람직한, 고강도와 우수한 극저온 인성을 겸비한 용접 금속을 형성할 수 있는 서브머지드 아크 용접용 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다. 특정 성분을 함유하는 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어.

Description

서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어 및 그것을 사용한 서브머지드 아크 용접 방법

본 발명은, 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어에 관한 것이고, 특히, 극저온 환경하에서 사용되는 고(高) Mn 함유 강재의 서브머지드 아크 용접에 바람직한 메탈 코어드 와이어 및 그것을 사용한 서브머지드 아크 용접 방법에 관한 것이다.

최근, 환경에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 액화 천연 가스 (이하, 「LNG」라고도 한다.) 는, 황을 포함하지 않기 때문에, 황화물, 산화물 등의 대기오염 물질을 발생시키지 않는 깨끗한 연료라고 일컬어져, 그 수요가 증가하고 있다. LNG 의 수송 또는 보관을 위해, LNG 를 수송 또는 저장하는 용기 (탱크) 는, LNG 의 액화 온도인 -162 ℃ 이하의 온도에서, 우수한 극저온 충격 인성을 유지할 것이 요구되고 있다. 그래서, 우수한 극저온 충격 인성을 유지하는 것의 필요성에서, 용기 등의 재료용으로서, 종래, 알루미늄 합금, 9 ％ Ni 강, 오스테나이트계 스테인리스강 등이 사용되어 왔다.

그러나, 알루미늄 합금은, 인장 강도가 낮기 때문에, 구조물로서 사용할 때에는, 판두께를 크게 설계할 필요가 있고, 또 용접 작업성이 낮다는 문제가 있다. 또, 9 ％ Ni 강은, 용접 재료로서 고가의 Ni 기 재료를 사용하는 것이 필요하기 때문에, 경제적으로 불리해진다. 또, 오스테나이트계 스테인리스강은 고가이고, 모재 강도도 낮다는 문제가 있다.

이와 같은 문제 때문에, LNG 를 수송 또는 저장하는 용기용 재료로서, 최근에는, Mn 을 10 ∼ 35 질량％ 의 범위에서 함유하는 고 Mn 함유 강재 (이하, 「고 Mn 강」이라고도 한다.) 의 적용이 검토되고 있다. 고 Mn 강은, 극저온에 있어서도, 금속 조직이 오스테나이트상으로, 취성 파괴가 발생하지 않고, 또 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여, 높은 강도를 갖는다는 특징이 있다. 그래서, 이와 같은 고 Mn 강을 안정적으로 용접할 수 있는 용접 재료의 개발이 요망되고 있었다.

이와 같은 요망에 대해, 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 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 이상의 합계 : 0.5 ∼ 1.7 ％, F 와 Ca 중 1 종 이상 : 0.2 ∼ 1.5 ％, 잔부 Fe 및 그 밖의 불가피 불순물을 포함하는 조성을 갖는 플럭스 코어드 아크 용접용 와이어가 개시되어 있다. 여기에 개시된 플럭스 코어드 아크 용접용 와이어를 사용하여 용접하면, 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지가 28 J 이상인 우수한 저온 인성 및 상온 인장 강도가 400 ㎫ 이상인 고강도를 갖는 용접 조인트부가 효과적으로 얻어지고, 또, 와이어 조성을 Mo : 1.5 ％ 이상으로 조정하고 있어, 우수한 내고온 균열성을 갖는 용접 조인트부를 확보할 수 있다고 되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 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 기본 조성을 갖고, 필요에 따라, V, Ti 및 Nb 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상, 추가로, Cu, Al, Ca 및 REM 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어가 개시되어 있다. 여기에 개시된 가스 메탈 아크 용접용 솔리드 와이어를 사용하여 용접하면, 퓸 발생량이 적고, 게다가, 상온 항복 강도 (0.2 ％ 내력) 가 400 ㎫ 이상인 고강도이고, 시험 온도 : -196 ℃ 에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 (vE_-196) 가 28 J 이상이 되는 고강도이고 극저온 충격 인성이 우수한 용접 조인트부를 제조할 수 있다고 되어 있다.

일본 특허공보 제6240778호 일본 특허공보 제6621572호

그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 용접시에 퓸의 발생량이 많다는 문제가 있었다.

또, 특허문헌 2 에 기재된 기술에서는, 고능률의 용접 시공을 하기 위해 용접 입열량을 높이면, 결정립이 조대화됨으로써 강도가 저하되고, 특히 항복 강도가 400 ㎫ 이상을 만족시키지 않는다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제를 해결하고, 용접시에는 퓸 발생량이 적고, 또한 극저온 환경하에서 사용되는 고 Mn 함유 강재용 용접 재료로서 바람직한, 고강도와 우수한 극저온 인성을 겸비한 용접 금속을 형성할 수 있는 서브머지드 아크 용접용 와이어를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 여기에서 말하는 「용접시의 퓸 발생량이 적다」란, JIS Z 3930-2013에 준거하여, 용접을 실시했을 때의 퓸 발생량이 400 ㎎/min 이하인 경우를 말한다. 또, 「고강도」란, JIS Z 3111 의 규정에 준거하여 제조한 용접 금속의 상온 항복 강도 (0.2 ％ 내력) 가 400 ㎫ 이상인 경우를 말하고, 또한, 「우수한 극저온 인성」이란, JIS Z 3111 의 규정에 준거하여 제조한 용접 금속의, 시험 온도 : -196 ℃ 에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 (vE_-196) 가 28 J 이상인 경우를 말한다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 먼저, 용접시의 퓸 발생량에 영향을 미치는 요인에 대하여, 예의 검토하였다. 그 결과, 고전류를 사용한 고능률 용접에 있어서도, 퓸 발생량을 효과적으로 저감시키기 위해서는, 용접 방법으로서 서브머지드 아크 용접 (SAW) 이 유효한 것을 알아냈다.

그러나, 고 Mn 강의 종래의 용접 재료를 사용하여 서브머지드 아크 용접과 같은 대입열 용접을 적용하면, 용접 금속의 결정립이 조대화되어, 0.2 ％ 내력의 저하를 초래한다는 문제가 있었다.

본 발명자들은, 이와 같은 문제에 대해, 용접 재료에 Mo 를 3.5 ％ 이상 함유함으로써 결정립이 조대화되어도 규정하는 0.2 ％ 내력을 만족시킬 수 있는 것을 지견하였다. 또한, Mo 를 3.5 ％ 이상 함유하면, 솔리드 와이어에서는 신선성이 현저히 저하되어 버려 제조가 곤란하기 때문에, 제조가 용이한 메탈 코어드 와이어를 사용하는 것이 유효한 것을 지견하였다.

본 발명은, 이러한 지견에 기초하고, 추가로 검토하여 완성된 것으로, 본 발명의 요지는, 다음과 같다.

[1] 질량％ 로,

C : 0.20 ∼ 0.80 ％,

Si : 0.15 ∼ 0.90 ％,

Mn : 17.0 ∼ 28.0 ％,

P : 0.030 ％ 이하,

S : 0.030 ％ 이하,

Ni : 0.01 ∼ 10.00 ％,

Cr : 0.4 ∼ 4.0 ％,

Mo : 3.50 ∼ 10.00 ％,

B : 0.0010 ％ 이하,

N : 0.200 ％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어.

[2] 상기 [1] 에 있어서, 상기 조성에 더하여, 추가로, 질량％ 로,

V : 0.040 ％ 이하,

Ti : 0.040 ％ 이하 및

Nb : 0.040 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어.

[3] 상기 [1] 또는 [2] 에 있어서, 상기 조성에 더하여, 추가로, 질량％ 로,

Cu : 1.00 ％ 이하,

Al : 0.100 ％ 이하 및

REM : 0.020 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어.

[4] 상기 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어를 사용하고,

용접의 대상이 되는 강재가, 질량％ 로,

C : 0.20 ∼ 0.80 ％,

Si : 0.15 ∼ 0.90 ％,

Mn : 15.0 ∼ 30.0 ％,

P : 0.030 ％ 이하,

S : 0.030 ％ 이하,

Ni : 3.00 ％ 이하,

Cr : 1.0 ∼ 8.0 ％ 를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,

-196 ℃ 에 있어서의 흡수 에너지가 28 J 이상, 0.2 ％ 내력이 400 ㎫ 이상을 갖는 고 Mn 강인 서브머지드 아크 용접 방법.

[5] 상기 [4] 에 있어서, 상기 강재가, 상기 조성에 더하여, 추가로, 질량％ 로,

V : 2.0 ％ 이하,

Ti : 1.0 ％ 이하,

Nb : 1.0 ％ 이하,

Al : 0.100 ％ 이하,

N : 0.120 ％ 이하,

O : 0.0050 ％ 이하,

B : 0.0020 ％ 이하 및

REM : 0.020 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 서브머지드 아크 용접 방법.

[6] 상기 [4] 또는 [5] 에 있어서, 서브머지드 아크 용접시에 있어서의 퓸 발생량이, 400 ㎎/min 이하인 서브머지드 아크 용접 방법.

본 발명에 의하면, 고 Mn 함유 강재의 용접 재료로, 와이어 제조성이 우수하고, 퓸 발생이 적은 서브머지드 아크 용접에 적용 가능하고, 대입열의 용접에 제공해도 고강도이고 또한 극저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어지는 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어를 제공할 수 있어, 산업상 각별한 효과를 나타낸다.

이하, 본 발명에 관련된 실시형태에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명은, 고 Mn 함유 강재의 서브머지드 아크 용접 방법이다. 먼저, 서브머지드 아크 용접 (이하, 「SAW」라고도 한다.) 에 대하여 설명한다.

[서브머지드 아크 용접]

SAW 는, 모재 상에 미리 살포한 분립상의 플럭스 중에 전극 와이어를 연속적으로 공급하고, 이 전극 와이어의 선단과 모재 사이에서 아크를 발생시켜 용접을 연속적으로 실시하는 용접법이다. 이 SAW 는, 대전류를 적용하여 와이어의 용착 속도를 높임으로써, 능률적으로 용접할 수 있다는 이점을 가지고 있다.

와이어로는, 솔리드 와이어 또는 와이어의 내부에 와이어용 플럭스를 내포한 플럭스 코어드 와이어 등이 사용되지만, 본 발명에 있어서는, 메탈 코어드 와이어를 사용한다.

본 발명에 관련된 서브머지드 아크 용접의 예로는, 강재를 맞대어, 45°V 홈을 형성하고, 준비한 와이어 (직경 3.2 ㎜φ) 를 사용하여, 플럭스를 살포한 후, 예열 없이, 하향 자세로, 전류 : 350 ∼ 650 A (AC), 전압 : 28 ∼ 36 V, 용접 속도 : 20 ∼ 80 ㎝/min, 용접 입열량 : 0.7 ∼ 8.0 kJ/㎜ 로, 패스 간 온도 : 100 ∼ 150 ℃ 의 조건에서 실시한다.

상기의 서브머지드 아크 용접 조건에 의해, 모재가 되는 고 Mn 강을 맞대고, 후술하는 본 발명에 관련된 메탈 코어드 와이어 및 용접용 플럭스를 사용하여 용접 조인트부를 형성하는 용접 금속을 제조하는 것이다.

[메탈 코어드 와이어의 기본 조성]

본 발명의 메탈 코어드 와이어의 기본 조성의 한정 이유에 대하여 설명한다. 또한, 이하, 조성에 있어서의 「％」는, 「질량％」인 것을 의미한다.

[C : 0.20 ∼ 0.80 ％]

C 는, 고용 강화에 의해, 용접 금속의 강도를 상승시키는 작용을 갖는 원소이며, 또, C 는, 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.20 ％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. 그 때문에, C 함유량은 0.20 ％ 이상으로 한다. C 함유량은 바람직하게는 0.30 ％ 이상으로 한다. C 함유량은 보다 바람직하게는 0.40 ％ 이상이다. C 함유량은 더욱 바람직하게는 0.45 ％ 이상이다. 그러나, 0.80 ％ 를 초과하여 함유하면, 탄화물이 석출되어, 극저온 인성이 저하되고, 또한, 용접시의 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, C 함유량은, 0.80 ％ 이하로 한다. 또한, C 함유량은 바람직하게는 0.70 ％ 이하이다. C 함유량은 보다 바람직하게는 0.60 ％ 이하이다. C 함유량은 더욱 바람직하게는 0.55 ％ 이하이다.

[Si : 0.15 ∼ 0.90 ％]

Si 는, 탈산제로서 작용하여, Mn 의 수율을 높임과 함께, 용융 금속의 점성을 높여, 비드 형상을 안정적으로 유지하고, 스퍼터의 발생을 저감시키는 효과가 있다. 그러한 효과를 얻기 위해서는, 0.15 ％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. 그 때문에, Si 함유량은 0.15 ％ 이상으로 한다. Si 함유량은 바람직하게는 0.20 ％ 이상이다. Si 함유량은 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이상이다. Si 함유량은 더욱 바람직하게는 0.30 ％ 초과이다. 그러나, 0.90 ％ 를 초과하여 함유하면, 용접 금속의 극저온 인성을 저하시킨다. 또, Si 는, 응고시에 편석되고, 응고셀 계면에 액상을 생성하여, 내고온 균열성을 저하시킨다. 그 때문에, Si 함유량은, 0.90 ％ 이하로 한다. 또한, Si 함유량은 바람직하게는 0.80 ％ 이하이다. Si 함유량은 보다 바람직하게는 0.70 ％ 이하이다. Si 함유량은 더욱 바람직하게는, 0.60 ％ 이하이다.

[Mn : 17.0 ∼ 28.0 ％]

Mn 은, 저렴하게, 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이며, 본 발명에서는 17.0 ％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. Mn 이 17.0 ％ 미만에서는, 용접 금속 중에 페라이트상이 생성되어, 극저온에서의 인성이 현저히 저하된다. 그 때문에, Mn 함유량은 17.0 ％ 이상으로 한다. Mn 함유량은 바람직하게는 18.0 ％ 이상이다. Mn 함유량은 보다 바람직하게는 20.0 ％ 이상이다. Mn 함유량은 더욱 바람직하게는 21.0 ％ 이상이다. 한편, Mn 이 28.0 ％ 를 초과하면, 응고시에 과도한 Mn 편석이 발생하여, 고온 균열을 유발한다. 그 때문에, Mn 은, 28.0 ％ 이하로 한다. 또한, Mn 함유량은 바람직하게는 26.0 ％ 이하이다. Mn 함유량은 보다 바람직하게는, 24.0 ％ 이하이다.

[P : 0.030 ％ 이하]

P 는, 결정립계에 편석되어, 고온 균열을 유발하는 원소이며, 본 발명에서는, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.030 ％ 이하라면 허용할 수 있다. 그 때문에, P 함유량은, 0.030 ％ 이하로 한다. P 함유량은 보다 바람직하게는 0.020 ％ 이하이다. 또한, 과도한 저감은, 정련 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, P 함유량은, 0.003 ％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.

[S : 0.030 ％ 이하]

S 는, 결정립계에 편석되고, 저융점의 화합물을 만듦으로써 고온 균열을 일으키기 쉽게 한다. 본 발명에서는, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.030 ％ 이하라면 허용할 수 있다. 그 때문에, S 함유량은, 0.030 ％ 이하로 한다. S 함유량은 바람직하게는 0.020 ％ 이하이다. 또한, 과도한 저감은, 정련 비용의 상승을 초래한다. 그 때문에, S 는, 0.001 ％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.

[Ni : 0.01 ∼ 10.00 ％]

Ni 는, 오스테나이트립계를 강화시키는 원소이며, 입계에 편석되어, 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ni 는 0.01 ％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. Ni 함유량은 바람직하게는 1.00 ％ 이상이다. Ni 함유량은 보다 바람직하게는 1.50 ％ 이상이다. Ni 함유량은 더욱 바람직하게는 1.80 ％ 이상이다. 또, Ni 는, 오스테나이트상을 안정화시키는 효과도 있기 때문에, 더 함유량을 증가시키면, 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 그러나, Ni 는, 고가의 원소로, 10.00 ％ 를 초과하여 함유하는 것은, 경제적으로 불리해진다. 그 때문에, Ni 함유량은, 10.00 ％ 이하로 한다. 또한, Ni 함유량은 바람직하게는 8.00 ％ 이하이다. Ni 함유량은 보다 바람직하게는 4.00 ％ 이하이다. Ni 함유량은 더욱 바람직하게는, 2.50 ％ 이하이다.

[Cr : 0.4 ∼ 4.0 ％]

Cr 은, 극저온에서는 오스테나이트상을 안정화시키는 원소로서 기능하고, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 또, Cr 은, 용접 금속의 강도를 향상시키는 작용도 갖는다. 또, Cr 은, 용융 금속의 액상선을 높여, 고온 균열의 발생을 억제하는 데에 유효하게 작용한다. 또한, Cr 은, 용접 금속의 내식성을 높이는 데에도 유효하게 작용한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Cr 은 0.4 ％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. Cr 이 0.4 ％ 미만에서는, 상기의 효과를 확보할 수 없다. 그 때문에, Cr 함유량은 0.4 ％ 이상으로 한다. Cr 함유량은 바람직하게는 0.5 ％ 이상으로 한다. Cr 함유량은 보다 바람직하게는 0.8 ％ 이상으로 한다. Cr 함유량은 더욱 바람직하게는 1.0 ％ 이상으로 한다. 한편, 4.0 ％ 를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물이 생성되어, 극저온 인성의 저하를 초래한다. 또한, 탄화물의 생성으로 인하여, 와이어 신선시의 가공성이 저하된다. 그 때문에, Cr 은, 4.0 ％ 이하로 한다. 또한, Cr 함유량은 바람직하게는 3.5 ％ 이하이다. Cr 함유량은 보다 바람직하게는 3.0 ％ 이하이다. Cr 함유량은 더욱 바람직하게는, 2.0 ％ 이하이다.

[Mo : 3.50 ∼ 10.00 ％]

Mo 는, 오스테나이트립계를 강화시키는 원소이며, 입계에 편석되어, 용접 금속의 강도를 향상시킨다. 이와 같은 효과는 3.50 ％ 이상 함유함으로써 현저해진다. 또한 Mo 는 3.50 ％ 를 초과하여 함유하면, 고용 강화에 의해, 0.2 ％ 내력에 대해서도 향상시킨다. 그 때문에, Mo 함유량은 3.50 ％ 이상으로 한다. Mo 함유량은 바람직하게는 4.00 ％ 이상이다. 또, 5.00 ％ 를 초과하여 함유하면 탄화물을 석출하여, 0.2 ％ 내력의 향상에 더욱 기여하기 때문에, Mo 함유량은 더욱 바람직하게는 5.00 ％ 이상이다. Mo 함유량은 가장 바람직하게는 6.00 ％ 이상이다. 한편, 10.00 ％ 를 초과하여 함유하면, 과잉의 탄화물을 석출하여, 극저온 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, Mo 는, 10.00 ％ 이하로 한다. 또한, Mo 함유량은 바람직하게는 9.00 ％ 이하이다. Mo 함유량은 보다 바람직하게는 8.00 ％ 이하이다. Mo 함유량은 더욱 바람직하게는, 7.00 ％ 이하이다.

[B : 0.0010 ％ 이하]

B 는, 용착 금속의 입계에 편석됨으로써 입계 강화하여, 인성이나 내력을 향상시키는 효과가 있다. 이와 같은 효과는, 0.0005 ％ 이상 함유함으로써 현저해지기 때문에, B 는 0.0005 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 과잉으로 함유하면, 입계에 B 탄질화물을 석출하여 인성 열화를 일으키는 경우가 있다. 그 때문에, B 함유량은, 0.0010 ％ 이하로 한다.

[N : 0.200 ％ 이하]

N 은, 불가피적으로 혼입되는 원소이지만, C 와 마찬가지로, 용접 금속의 강도 향상에 유효하게 기여함과 함께, 오스테나이트상을 안정화하여, 극저온 인성을 안정적으로 향상시키는 원소이다. 이와 같은 효과는, 0.010 ％ 이상 함유함으로써 현저해지기 때문에, N 은 0.010 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. N 함유량은 보다 바람직하게는 0.050 ％ 이상이다. N 함유량은 더욱 바람직하게는 0.100 ％ 이상이다. 그러나, 0.200 ％ 를 초과하여 함유하면, 질화물을 형성하여, 저온 인성이 저하된다. 그 때문에, N 함유량은, 0.200 ％ 이하로 한다. N 함유량은 바람직하게는, 0.150 ％ 이하이다.

[메탈 코어드 와이어의 임의적 선택 조성]

본 발명의 메탈 코어드 와이어는, 상기 서술한 조성이 기본 조성이며, 본 발명에서는, 이 기본 조성에 더하여 추가로, 임의적 선택 조성으로서, 필요에 따라, V : 0.040 ％ 이하, Ti : 0.040 ％ 이하 및 Nb : 0.040 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상, 추가로 필요에 따라, Cu : 1.00 ％ 이하, Al : 0.100 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 선택하여 함유할 수 있다.

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

[V : 0.040 ％ 이하]

V 는, 탄화물 형성 원소이며, 미세한 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그 때문에, V 를 함유하는 경우에는 V 함유량은 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. V 함유량은 보다 바람직하게는 0.005 ％ 이상이다. 그러나, 0.040 ％ 를 초과하여 함유하면, 탄화물이 조대화되어, 극저온 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, V 는, 0.040 ％ 이하로 한다. V 함유량은 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다.

[Ti : 0.040 ％ 이하]

Ti 도, 마찬가지로 탄화물 형성 원소이며, 미세한 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여한다. 또, Ti 는, 용접 금속의 응고셀 계면에 탄화물을 석출시켜, 고온 균열의 발생 억제에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그 때문에, Ti 를 함유하는 경우에는 Ti 함유량은 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ti 함유량은 보다 바람직하게는 0.005 ％ 이상이다. 그러나, 0.040 ％ 를 초과하여 함유하면, V 와 마찬가지로 탄화물이 조대화되어, 극저온 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Ti 함유량은, 0.040 ％ 이하로 한다. Ti 함유량은 바람직하게는 0.020 ％ 이하이다. Ti 함유량은 보다 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다.

[Nb : 0.040 ％ 이하]

Nb 도, 마찬가지로 탄화물 형성 원소이며, 미세한 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여한다. 또, Nb 는, 용접 금속의 응고셀 계면에 탄화물을 석출시켜, 고온 균열의 발생 억제에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Nb 는 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그 때문에 Nb 를 함유하는 경우에는, Nb 함유량은 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Nb 함유량은 보다 바람직하게는 0.005 ％ 이상이다. 그러나, 0.040 ％ 를 초과하여 함유하면, V, Ti 와 마찬가지로 탄화물이 조대화되어, 극저온 인성의 저하를 초래한다. 그 때문에, Nb 를 함유하는 경우에는, Nb 는, 0.040 ％ 이하로 한다. Nb 함유량은 0.030 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

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

[Cu : 1.00 ％ 이하]

Cu 는, 오스테나이트상을 안정화시키는 원소이며, 극저온에서도 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.01 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그 때문에, Cu 를 함유하는 경우에는, Cu 함유량은 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 1.00 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, 열간 연성이 저하된다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Cu 는, 1.00 ％ 이하로 한다. Cu 함유량은 바람직하게는, 0.60 ％ 이하이다. Cu 함유량은 보다 바람직하게는 0.50 ％ 이하이다.

[Al : 0.100 ％ 이하]

Al 은, 탈산제로서 작용하고, 용융 금속의 점성을 높여, 비드 형상을 안정적으로 유지하고, 스퍼터의 발생을 저감시키는 중요한 작용을 갖는다. 또, Al 은, 용융 금속의 액상선 온도를 높여, 용접 금속의 고온 균열 발생의 억제에 기여한다. 이와 같은 효과는, 0.005 ％ 이상 함유함으로써 현저해지기 때문에, Al 을 0.005 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. Al 함유량은 보다 바람직하게는 0.010 ％ 이상이다. Al 함유량은 더욱 바람직하게는 0.020 ％ 이상이다. 그러나, 0.100 ％ 를 초과하여 함유하면, 용융 금속의 점성이 지나치게 높아져, 반대로, 스퍼터의 증가나, 비드가 퍼지지 않아 융합 불량 등의 결함이 증가한다. 그 때문에, Al 을 함유하는 경우에는, Al 함유량은, 0.100 ％ 이하로 한다. Al 함유량은 바람직하게는, 0.060 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.050 ％ 이하이다.

[REM : 0.020 ％ 이하]

REM 은, Sc, Y, La, Ce 등의 희토류 원소를 말한다. 강력한 탈산제이며, 용접 금속 중에서 REM 산화물의 형태로 존재한다. REM 산화물은, 응고시의 핵생성 사이트가 됨으로써, 결정립을 미세화하고, 용접 금속의 강도의 향상에 기여한다. 이와 같은 효과는 0.001 ％ 이상 함유함으로써 현저해진다. 그 때문에, REM 을 함유하는 것이라면, REM 함유량은 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. REM 함유량은 보다 바람직하게는 0.005 ％ 이상이다. 그러나, 0.020 ％ 를 초과하여 함유하면, 아크의 안정성이 저하된다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, REM 은, 0.020 ％ 이하로 한다. REM 함유량은 바람직하게는, 0.015 ％ 이하이다.

[잔부 조성]

상기한 조성 이외의 잔부 조성은, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 불가피적 불순물로는, 예를 들어, O (산소), Sn, Sb, As, Pb, Bi 등을 들 수 있다. 와이어 중의 O (산소) 량은, 0.15 ％ 이하로 하고, Sn, Sb, As 량은, 각각 0.005 ％ 이하로 하고, Pb, Bi 량은, 각각 0.0001 ％ 이하로 해 두는 것이 바람직하다. 또, 전술한 기본 조성 및 임의적 선택 조성을 만족시키는 한, 이들 이외의 불가피적 불순물 원소를 함유하는 것을 방해하는 것은 아니며, 그와 같은 실시양태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[와이어의 제조 방법]

계속해서, 본 발명의 SAW 용 메탈 코어드 와이어의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 메탈 코어드 와이어의 제조는, 상용 (常用) 하는 메탈 코어드 와이어의 제조 방법을 모두 적용할 수 있다. 예를 들어, 0.1 ％ C-0.2 ％ Si-0.5 ％ Mn-잔부 Fe 로 이루어지는 조성을 갖는 박강판 (판두께 0.5 ㎜) 을 강제 외피 소재로 하여, 폭 방향으로 냉간 굽힘 가공을 실시하여, U 자 형상으로 한다. 그리고, 얻어진 강제 외피에, 목표로 하는 와이어 조성이 되도록, 성분 조정한 금속 분말 (및 플럭스 분말) 을 봉입하고, 냉간으로 신선 가공하여, 메탈 코어드 와이어 (직경 : 3.2 ∼ 4.0 ㎜) 로 하는 것이 바람직하다.

상기의 금속 분말의 성분 조성은, 강제 외피 소재의 성분 조성에 대해, 메탈 코어드 와이어로서의 합계 조성으로 하기 위해 보충하는 금속 성분을 갖는 금속 분말 또는 합금 분말을 조정함으로써 얻어진다.

[용접용 플럭스]

용접용 플럭스로는, 통상적으로 공지된 용융 플럭스 또는 본드 플럭스 모두 사용할 수 있다. 예를 들어, 본드 플럭스의 화학 성분의 예로는, SiO₂ : 10 ∼ 60 ％, CaO : 10 ∼ 60 ％, MgO : 20 ∼ 70 ％, Al₂O₃ : 10 ∼ 60 ％, CaF₂ : 5 ∼ 30 ％, CaCO₃ : 2 ∼ 20 ％ 등을 함유하는 플럭스를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 용접용 플럭스는 이것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본드 플럭스의 경우, 용접 전에 건조 (200 ∼ 300 ℃) 시키는 것이 바람직하다.

[용접 금속의 제조 방법]

상기 서술한 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어를 사용하여, 서브머지드 아크 용접법에 의해 모재가 되는 강재를 용접한 용접 금속의 제조 방법에 대하여 설명한다.

전술한 조성 성분을 갖는 메탈 코어드 와이어를 사용하여, 후술하는 강재를 맞대어, 전술한 용접용 플럭스를 살포한 후, 그 와이어를 사용하여, 후술하는 용접 조건에서 용접을 실시하여 용접 금속을 제조할 수 있다.

또한, 용접하는 강재끼리가 소정 홈 형상을 형성하도록, 홈 가공을 실시한다. 형성하는 홈 형상은, 특별히 한정할 필요는 없고, 용접 강구조물용으로서 통상의 V 홈, レ 홈, X 홈, K 홈 등을 예시할 수 있다.

[강재]

모재가 되는 강재는, 고 Mn 함유 강재이다. 고 Mn 함유 강재의 제조 방법으로는, 통상적인 방법의 제강 공정 및 주조 공정을 거쳐 얻은 강 소재를, 가열 조건이나 압하율 등을 조정하여 열간 압연한 후, 냉각시켜 강재 (강판) 를 얻는 방법 등이 있다. 압연 후의 강판의 판두께는, 예를 들어, 6 ∼ 100 ㎜ 이다.

고 Mn 함유 강재란, 극저온용의 고강도 강재로서, Mn 함유량이 15.0 ∼ 30.0 ％ 인 것이 바람직하다. 구체적으로는, C : 0.20 ∼ 0.80 ％, Si : 0.15 ∼ 0.90 ％, Mn : 15.0 ∼ 30.0 ％, P : 0.030 ％ 이하, S : 0.030 ％ 이하, Ni : 3.00 ％ 이하, Cr : 1.0 ∼ 8.0 ％ 를 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 기본 조성으로 하는 강재로서, 이 기본 조성에 더하여 추가로, 임의적 선택 성분으로서 필요에 따라, V : 2.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하, Al : 0.100 ％ 이하, N : 0.120 ％ 이하, O (산소) : 0.0050 ％ 이하, B : 0.0020 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 선택하여 함유할 수 있다.

[강재의 기본 조성]

본 발명의 용접의 대상이 되는 고 Mn 용 강재의 기본 조성에 대하여 설명한다.

[C : 0.20 ∼ 0.80 ％]

C 는, 오스테나이트상을 안정화시키는 작용을 갖는, 저렴하고, 중요한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, C 는 0.20 ％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. 그 때문에, C 함유량은 0.20 ％ 이상으로 한다. C 함유량은 바람직하게는 0.40 ％ 이상이다. 한편, 0.80 ％ 를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물이 과도하게 생성되어, 극저온 충격 인성이 저하된다. 이 때문에, C 함유량은, 0.80 ％ 이하로 한다. C 함유량은 바람직하게는, 0.60 ％ 이하이다.

[Si : 0.15 ∼ 0.90 ％]

Si 는, 탈산제로서 작용함과 함께, 강 중에 고용되어 고용 강화에 의해 강재의 고강도화에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.15 ％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. 그 때문에, Si 함유량은 0.15 ％ 이상으로 한다. Si 함유량은 바람직하게는 0.30 ％ 이상이다. 한편, 0.90 ％ 를 초과하여 함유하면, 용접 작업성이 저하된다. 이 때문에, Si 함유량은, 0.90 ％ 이하로 한다. Si 함유량은 바람직하게는, 0.60 ％ 이하이다.

[Mn : 15.0 ∼ 30.0 ％]

Mn 은, 오스테나이트상을 안정화시키는 작용을 갖는, 비교적 저렴한 원소이며, 본 발명에서는, 고강도와 우수한 극저온 인성을 양립시키기 위해 중요한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 15.0 ％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. 그 때문에, Mn 함유량은 15.0 ％ 이상으로 한다. Mn 함유량은 바람직하게는 20.0 ％ 이상이다. 한편, 30.0 ％ 를 초과하여 함유해도, 극저온 인성을 향상시키는 효과가 포화되어, 함유량에 걸맞는 효과를 기대할 수 없게 되어, 경제적으로 불리해진다. 또, 30.0 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, 용접 작업성, 절단성의 저하를 초래함과 함께, 편석을 조장하여, 응력 부식 균열의 발생을 조장한다. 이 때문에, Mn 함유량은, 30.0 ％ 이하로 한다. Mn 함유량은 보다 바람직하게는, 26.0 ％ 이하이다.

[P : 0.030 ％ 이하]

P 는, 불순물로서, 입계에 편석되어, 응력 부식 균열의 발생 기점이 되는 원소이며, 본 발명에서는, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.030 ％ 이하라면 허용할 수 있다. 이 때문에, P 함유량은, 0.030 ％ 이하로 한다. P 함유량은 바람직하게는, 0.028 ％ 이하이다. 더욱 바람직하게는, 0.024 ％ 이하이다. 한편, P 를 0.002 ％ 미만으로 극단적으로 저감시키려면, 장시간의 정련을 필요로 하여, 정련 비용이 상승한다. 이 때문에, 경제적인 관점에서는, P 는, 0.002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

[S : 0.030 ％ 이하]

S 는, 강 중에서는 황화물계 개재물로서 존재하며, 강재, 용접 금속의 연성, 극저온 인성을 저하시킨다. 이 때문에, S 는, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.030 ％ 이하라면 허용할 수 있다. 이 때문에, S 함유량은 0.030 ％ 이하로 한다. S 함유량은 바람직하게는, 0.010 ％ 이하이다. 한편, S 를 0.0005 ％ 미만으로 극단적으로 저감시키려면, 장시간의 정련을 필요로 하여, 정련 비용이 상승한다. 이 때문에, 경제성의 관점에서, S 는, 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

[Ni : 3.00 ％ 이하]

Ni 는, 오스테나이트립계를 강화시키는 원소이며, 입계에 편석되어, 극저온 충격 인성을 향상시키는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.01 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 또, Ni 는, 오스테나이트상을 안정화시키는 효과도 있기 때문에, 더 함유량을 증가시키면, 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 향상시킨다. 그 때문에, Ni 함유량은 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ni 함유량은 보다 바람직하게는 1.00 ％ 이상이다. 그러나, Ni 는, 고가의 원소로, 3.00 ％ 를 초과하여 함유하는 것은, 경제적으로 불리해진다. 이 때문에, Ni 는, 3.00 ％ 이하로 한다.

[Cr : 1.0 ∼ 8.0 ％]

Cr 은, 오스테나이트상을 안정화시켜, 극저온 인성의 향상 및 강재 강도의 향상에 유효하게 기여하는 원소이다. 또, 미세 결정역을 형성시키기 위해 효과적인 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Cr 을 1.0 ％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. 그 때문에, Cr 함유량은 1.0 ％ 이상으로 한다. Cr 함유량은 바람직하게는 3.5 ％ 이상이다. 한편, 8.0 ％ 를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물이 생성되어, 극저온 인성 및 내응력 부식 균열성이 저하된다. 이 때문에, Cr 은, 8.0 ％ 이하로 한다. Cr 함유량은 바람직하게는 6.5 ％ 이하이다.

[강재의 임의적 선택 조성]

상기한 성분이 강재의 기본 조성이지만, 이 기본 조성에 더하여 추가로 임의적 선택 조성으로서, V : 2.0 ％ 이하, Ti : 1.0 ％ 이하, Nb : 1.0 ％ 이하, Al : 0.100 ％ 이하, N : 0.120 ％ 이하, O (산소) : 0.0050 ％ 이하, B : 0.0020 ％ 이하 및 REM : 0.020 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종을 함유하는 강재 조성으로 해도 된다.

[V : 2.0 ％ 이하]

V 는, 오스테나이트상의 안정화에 기여함과 함께, 강재의 강도 향상, 극저온 인성의 향상에도 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, V 를 함유하는 경우에는 V 를 0.001 ％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. V 함유량은 보다 바람직하게는 0.003 ％ 이상이다. 한편, V 를 2.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 조대한 탄질화물이 증가하고, 파괴의 기점이 되어, 극저온 충격 인성이 저하된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, V 는, 2.0 ％ 이하로 한다. V 함유량은 바람직하게는, 1.7 ％ 이하이다. V 함유량은 보다 바람직하게는, 1.5 ％ 이하이다.

[Ti : 1.0 ％ 이하]

Ti 는, V 와 동일한 효과를 갖지만, 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 탄화물이 조대화되어, 파괴의 발생 기점이 될 뿐만 아니라, 결정립의 조대화도 억제되어, 극저온 인성이 저하되기 때문에, 함유하는 경우에는, Ti 를 1.0 ％ 이하 함유한다. Ti 함유량은 바람직하게는, 0.5 ％ 이하이다. Ti 함유량은 보다 바람직하게는, 0.3 ％ 이하이다. 하한은 특별히 한정되는 것은 아니며, 0 ％ 여도 된다.

[Nb : 1.0 ％ 이하]

Nb 도, V 와 동일한 효과를 갖지만, 1.0 ％ 를 초과하여 함유하면, 탄화물이 조대화되어, 파괴의 발생 기점이 될 뿐만 아니라, 결정립의 조대화도 억제되어, 극저온 인성이 저하되기 때문에, 함유하는 경우에는, 1.0 ％ 이하 함유한다. Nb 함유량은 바람직하게는, 0.5 ％ 이하이다. Nb 함유량은 보다 바람직하게는, 0.3 ％ 이하이다. 하한은 특별히 한정되는 것은 아니며, 0 ％ 여도 된다.

[Al : 0.100 ％ 이하]

Al 은, 탈산제로서 작용하고, 강재의 용강 탈산 프로세스에 있어서, 가장 범용적으로 사용되는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Al 을 함유하는 경우에는 0.001 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하다. Al 함유량은 보다 바람직하게는 0.020 ％ 이상이다. Al 함유량은 더욱 바람직하게는 0.030 ％ 이상이다. 한편, 0.100 ％ 를 초과하여 함유하면, 용접시에 Al 이 용접 금속부에 혼입되어, 용접 금속의 인성을 저하시킨다. 이 때문에, Al 을 함유하는 경우에는, Al 은, 0.100 ％ 이하로 한다. Al 함유량은 보다 바람직하게는, 0.060 ％ 이하이다. Al 함유량은 더욱 바람직하게는 0.040 ％ 이하이다.

[N : 0.120 ％ 이하]

N 은, 오스테나이트상을 안정화시키는 작용을 갖는 원소이며, 극저온 인성의 향상에 유효하게 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, N 을 함유하는 경우에는 N 은, 0.005 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하다. N 함유량은 보다 바람직하게는 0.006 ％ 이상이다. N 함유량은 더욱 바람직하게는 0.020 ％ 이상이다. 한편, 0.120 ％ 를 초과하여 함유하면, 질화물 또는 탄질화물이 조대화되어, 극저온 인성이 저하된다. 이 때문에, N 을 함유하는 경우에는, N 함유량은, 0.120 ％ 이하로 한다. N 함유량은 바람직하게는 0.040 ％ 이하이다.

[O (산소) : 0.0050 ％ 이하]

O (산소) 는, 강 중에서는 산화물계 개재물로서 존재하며, 강재의 극저온 인성을 저하시킨다. 이 때문에, O (산소) 는 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.0050 ％ 이하라면 허용할 수 있다. 이 때문에, O (산소) 를 함유하는 경우에는, O (산소) 는, 0.0050 ％ 이하의 범위로 한다. O 함유량은 바람직하게는, 0.0045 ％ 이하이다. 한편, O (산소) 를 0.0005 ％ 미만으로 극단적으로 저감시키려면, 장시간의 정련을 필요로 하여, 정련 비용이 상승한다. 이 때문에, 경제성의 관점에서, O (산소) 를 함유하는 경우에는, O (산소) 는, 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. O 함유량은 보다 바람직하게는, 0.0010 ％ 이상이다.

[B : 0.0020 ％ 이하]

B 는, 입계에 편석되어, 강재의 인성 향상에 기여하는 작용을 갖는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, B 를 함유하는 경우에는, B 는, 0.0001 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 한편, B 를 0.0020 ％ 를 초과하여 함유하면, 조대한 질화물이나 탄화물이 증가하여, 인성이 저하된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, B 함유량은, 0.0020 ％ 이하로 한다. B 함유량은 바람직하게는, 0.0015 ％ 이하이다. B 함유량은 보다 바람직하게는, 0.0010 ％ 이하이다.

[REM : 0.020 ％ 이하]

REM 은, 개재물의 형태 제어를 통해, 강재의 인성 향상, 나아가서는 연성, 내황화물 응력 부식 균열성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. REM 은, 상기한 효과를 얻기 위해서는, REM 을 함유하는 경우에는, 0.0010 ％ 이상을 함유하는 것이 바람직하다. REM 함유량은 보다 바람직하게는 0.0015 ％ 이상이다. REM 함유량은 더욱 바람직하게는 0.005 ％ 이상이다. 한편, 0.020 ％ 를 초과하여 함유하면, 비금속 개재물량이 증가하여, 인성, 나아가서는 연성, 내황화물 응력 균열성이 저하된다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, REM 은, 0.020 ％ 이하로 한다.

[잔부 조성]

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 이 불가피적 불순물로는, Ca, Mg, Cu, Mo 등을 예시할 수 있으며, 합계로 0.05 ％ 이하라면 허용할 수 있다.

[퓸 발생량]

본 발명의 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어를 사용하여, 극저온용 고 Mn 강재를 용접함으로써, 퓸 발생량은 현격히 적어진다. 전술한 JIS Z 3930-2013 에 준거하여 용접을 실시했을 때의 퓸 발생량이, 「발생량이 적다」고 평가되는 1200 ㎎/min 이하인 경우에 비해, 본 발명에 있어서의 퓸 발생량은, 400 ㎎/min 이하로 더 억제되는 것을 알 수 있었다.

실시예

〔용접 조건〕

이하, 실시예에 근거하여, 추가로 본 발명에 대하여 설명한다. 단, 하기의 실시예는, 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것에 불과하여, 본 발명의 권리 범위를 한정하는 것은 아니다.

강제 외피와 그 강제 외피에 금속 분말을 내포한 메탈 코어드 와이어를 제작하였다. 질량％ 로, 0.1 ％ C-0.2 ％ Si-0.5 ％ Mn-잔부 Fe 로 이루어지는 조성을 갖는 박강판 (판두께 0.5 ㎜) 을 강제 외피 소재로 하여, 폭 방향으로 냉간 굽힘 가공을 실시하여, U 자 형상으로 하였다. 그리고, 얻어진 강제 외피에, 표 1 에 나타내는 와이어 조성이 되도록, 성분 조정한 금속 분말 (및 플럭스 분말) 을 봉입하고, 냉간으로 신선 가공하여, 용접용 메탈 코어드 와이어 (직경 : 3.2 ㎜) 로 하였다. 또한, 표 1 에 나타내는 조성은, 강제 외피 및 금속 분말의 합계치이다.

이어서, 시험용 강재로서, 극저온용 고 Mn 함유 강재 (판두께 : 20 ㎜) 를 맞대어, 45°V 홈을 형성하고, 얻어진 메탈 코어드 와이어를 용접 재료로 하여, 서브머지드 아크 용접을 실시하여, 상기한 홈 내에 용접 금속을 얻었다. 또한, 시험용 강재로서 사용한 극저온용 고 Mn 함유 강재는, 질량％ 로, 0.5 ％ C-0.4 ％ Si-25 ％ Mn-0.02 ％ P-0.01 ％ S-3 ％ Cr-2 ％ Ni-0.040 ％ N-0.002 ％ O-0.0002 ％ B-잔부 Fe (강재 a), 또는 0.5 ％ C-0.4 ％ Si-25 ％ Mn-0.02 ％ P-0.01 ％ S-3 ％ Cr-2 ％ Ni-0.003 ％ V-0.001 ％ Ti-0.001 ％ Nb-0.03 ％ Al-0.040 ％ N-0.002 ％ O-0.0001 ％ B-잔부 Fe (강재 b) 로 이루어지는 조성을 갖는 강재이며, 용접시, 질량％ 로 38 ％ SiO₂-11 ％ MnO-8 ％ TiO₂-16 ％ Al₂O₃-27 ％ MgO 로 이루어지는 조성을 갖는 (본드 타입) 플럭스를 이용하였다.

서브머지드 아크 용접은, 표 1 에 나타내는 조성의 각 메탈 코어드 와이어 (직경 3.2 ㎜) 를 사용하여, 예열 없이, 하향 자세로, 전류 : 450 ∼ 650 A (AC), 전압 : 28 ∼ 36 V, 용접 속도 : 20 ㎝/min 이고, 패스 간 온도 : 100 ∼ 150 ℃ 로 하여 실시하였다.

〔퓸 발생량〕

JIS Z 3930 의 규정에 준거하여, 용접 퓸 포집 장치 내에서, 서브머지드 아크 용접하고, 발생한 퓸을 여과재 (유리 섬유제) 로 포집하여, 퓸 발생량 (㎎/min) 을 측정하였다.

〔내고온 균열성〕

내고온 균열성에 대해서는, JIS Z 3104 에 준거한 용접부의 X 선 투과 시험에 의해, 용접부에 균열이 확인되지 않은 것을 「○」로 평가하고, 균열이 확인된 것을 「×」로 평가하였다.

〔용접 금속의 기계적 특성〕

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

인장 시험은, 실온에서, 각 3 개 실시하고, 얻어진 값 (0.2 ％ 내력) 의 평균치를 당해 와이어를 사용한 용접 금속의 인장 특성으로 하였다.

또, 샤르피 충격 시험은, 각 3 개 실시하고, 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 흡수 에너지 (vE_-196) 를 구하고, 그 평균치를 당해 와이어를 사용한 용접 금속의 극저온 충격 인성으로 하였다. 또한, 샤르피 충격 시험편의 V 노치 위치는, 판두께 1/2 t 의 용접 금속 중앙으로 하였다.

얻어진 결과를 표 2 에 나타낸다.

본 발명예로서 기재된 조인트는, 모두 퓸 발생량은 매우 적어, 400 ㎎/min 이하였다.

조인트 No.1 내지 No.10, No.19 내지 No.21 의 본 발명예는, 모두 대입열의 용접에 있어서도, 상온에 있어서의 항복 강도 (0.2 ％ 내력) 가 400 ㎫ 이상이고, 시험 온도 : -196 ℃ 에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 (vE_-196) 가, 28 J 이상으로, 고강도와 우수한 극저온 인성을 겸비하는 용접 금속을 얻을 수 있는 용접 재료였다.

한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예에서는, 용접 균열 (고온 균열) 이 발생하여 내고온 균열성이 저하되어 있거나, 혹은 상온에 있어서의 0.2 ％ 내력이 400 ㎫ 미만이거나, 흡수 에너지 (vE_-196) 가 28 J 미만이거나 하여, 원하는 용접시의 퓸 발생량이 적어, 고강도와 우수한 극저온 인성을 겸비하는 용접 금속이 얻어지지 않았다.

조인트 No.11, No.12, No.13, No.14 (비교예) 는, C, Cr, Mo 량이 본 발명의 범위를 낮게 벗어나 있기 때문에, 용접 금속의 0.2 ％ 내력이 400 ㎫ 미만으로 원하는 고강도를 확보하지 못했다. 또, 와이어 No.15 (비교예) 는, Mn 이 본 발명의 범위를 낮게 벗어나 있기 때문에, 오스테나이트상의 안정성이 낮고, 그 때문에, 흡수 에너지 (vE_-196) 가 28 J 미만으로, 극저온 인성이 저하되어 있다. 또, 조인트 No.16, No.17, No.18 (비교예) 은, Si, P, C, S 량이 본 발명의 범위를 높게 벗어나 있기 때문에, 용접 균열이 발생하고, 내고온 균열성이 저하되어 있다. 조인트 No.22 (비교예) 는 Mo 량이 본 발명의 범위를 높게 벗어나, 흡수 에너지 (vE_-196) 가 28 J 미만으로, 극저온 인성이 저하되어 있다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.20 ∼ 0.80 ％,
Si : 0.15 ∼ 0.90 ％,
Mn : 17.0 ∼ 28.0 ％,
P : 0.030 ％ 이하,
S : 0.030 ％ 이하,
Ni : 0.01 ∼ 10.00 ％,
Cr : 0.4 ∼ 4.0 ％,
Mo : 3.50 ∼ 10.00 ％,
B : 0.0010 ％ 이하,
N : 0.200 ％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖는 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어.
제 1 항에 있어서,
상기 조성에 더하여, 추가로, 질량％ 로,
V : 0.040 ％ 이하,
Ti : 0.040 ％ 이하 및
Nb : 0.040 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 조성에 더하여, 추가로, 질량％ 로,
Cu : 1.00 ％ 이하,
Al : 0.100 ％ 이하 및
REM : 0.020 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 서브머지드 아크 용접용 메탈 코어드 와이어를 사용하고,
용접의 대상이 되는 강재가, 질량％ 로,
C : 0.20 ∼ 0.80 ％,
Si : 0.15 ∼ 0.90 ％,
Mn : 15.0 ∼ 30.0 ％,
P : 0.030 ％ 이하,
S : 0.030 ％ 이하,
Ni : 3.00 ％ 이하,
Cr : 1.0 ∼ 8.0 ％ 를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,
-196 ℃ 에 있어서의 흡수 에너지가 28 J 이상, 0.2 ％ 내력이 400 ㎫ 이상을 갖는 고 Mn 강인 서브머지드 아크 용접 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 강재가, 상기 조성에 더하여, 추가로, 질량％ 로,
V : 2.0 ％ 이하,
Ti : 1.0 ％ 이하,
Nb : 1.0 ％ 이하,
Al : 0.100 ％ 이하,
N : 0.120 ％ 이하,
O : 0.0050 ％ 이하,
B : 0.0020 ％ 이하 및
REM : 0.020 ％ 이하 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 서브머지드 아크 용접 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
서브머지드 아크 용접시에 있어서의 퓸 발생량이, 400 ㎎/min 이하인 서브머지드 아크 용접 방법.