KR20240046707A - 피복 아크 용접봉 및 용접 조인트의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
강제의 심선과 심선을 피복하는 플럭스를 구비하고, 심선의 화학 성분이 C: 0 내지 0.650％, Si: 0.03 내지 0.50％, Mn: 2.1 내지 30.0％, P: 0 내지 0.050％, S: 0 내지 0.050％, Cu: 0 내지 5.0％, Ni: 1.0 내지 30.0％, Cr: 0 내지 10.0％, Mo: 0 내지 10.0％, Nb: 0 내지 1.00％, V: 0 내지 1.00％, Co: 0 내지 1.00％, Pb: 0 내지 1.00％, Sn: 0 내지 1.00％, Al: 0 내지 0.10％, Ti: 0 내지 0.10％, B: 0 내지 0.1000％, N: 0 내지 0.5000％, 잔부: Fe 및 불순물이며, (Mn+Ni)가 5.0％ 이상이며, (Mn+Ni+Cr)이 15.0％ 이상이며, 심선에 있어서의 fcc 비율이 70％ 이상인 피복 아크 용접봉.
Description
본 개시는, 피복 아크 용접봉 및 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 지구 온난화의 문제에 의한 이산화탄소 배출량 규제 강화에 의해, 석유 및 석탄 등에 비하여 이산화탄소의 배출이 없는 수소 연료, 그리고 이산화탄소의 배출이 적은 천연 가스 등의 수요가 높아지고 있다. 그것에 수반하여, 선박이나 지상 등에서 사용하는 액체 수소 탱크, 액체 탄산 가스 탱크 및 LNG 탱크 등의 건조의 수요도 세계적으로 높아지고 있다. 액체 수소 탱크, 액체 탄산 가스 탱크 및 LNG 탱크 등에 사용되는 강재에는, -196℃의 극저 온도에서의 인성 확보 요구로 인해, 6 내지 9％ Ni를 포함하는 Ni계 저온용 강이 사용되고 있다.
그리고, 이들 Ni계 저온용 강의 용접에는, 우수한 저온 인성의 용접 금속이 얻어지는 오스테나이트계의 피복 아크 용접봉이 사용되고 있다. 이 피복 아크 용접봉은, 주로, Ni 함유량이 70％로 설계되어 있다.
예를 들어, Ni 함유량 70％의 용접 재료로서, 특허문헌 1에는, 「Ni 함유량이 35 내지 70％이며, 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％ 포함하며, 또한 TiO2, SiO2, ZrO2 및 MnO2(환산량)의 함유량을 질량％로, 각각, [TiO2], [SiO2], [ZrO2] 및 [MnO2]로 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 심선(芯線)으로 하는 플럭스 함유 와이어」가 개시되어 있다.
그러나, 용접 금속의 저온 인성을 확보하기 위한, Ni 함유량이 70％로 설계된 용접 재료는 매우 고가여서 저렴한 것이 요구되고 있다.
고가의 Ni는, 오스테나이트 안정화 원소로서 알려져 있지만, 저렴한 Mn도 마찬가지의 효과가 있다. 그 때문에, Ni 함유량을 저감하고 Mn 함유량을 높이면, 저렴하고 저온 인성이 우수한 용접 금속이 얻어진다. 단, Mn을 높이는 것만으로는 흄이 다량으로 발생한다. 흄이 많아지면 용접 금속이나 아크 상태의 시인성이 악화되어 용접 결함을 발생시키는 요인이 된다.
이에, 본 발명의 과제는, 저렴하고 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있음과 함께, 흄의 발생량을 저감시킬 수 있는 피복 아크 용접봉 및 당해 피복 아크 용접봉을 사용한 용접 조인트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
과제의 해결 수단은, 다음의 양태를 포함한다.
<1> 강제의 심선과 상기 심선을 피복하는 플럭스를 구비하는 피복 아크 용접봉이며, 상기 심선의 전체 질량에 대한 질량％로, 상기 심선의 화학 성분이,
C: 0 내지 0.650％,
Si: 0.03 내지 0.50％,
Mn: 2.1 내지 30.0％,
P: 0 내지 0.050％,
S: 0 내지 0.050％,
Cu: 0 내지 5.0％,
Ni: 1.0 내지 30.0％,
Cr: 0 내지 10.0％,
Mo: 0 내지 10.0％,
Nb: 0 내지 1.00％,
V: 0 내지 1.00％,
Co: 0 내지 1.00％,
Pb: 0 내지 1.00％,
Sn: 0 내지 1.00％,
Al: 0 내지 0.10％,
Ti: 0 내지 0.10％,
B: 0 내지 0.1000％,
N: 0 내지 0.5000％,
O : 0 내지 0.0050％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물이며,
또한 상기 Mn 함유량 및 상기 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)가 5.0％ 이상이며,
상기 Mn 함유량, 상기 Ni 함유량 및 상기 Cr 함유량의 합계(Mn+Ni+Cr)가 15.0％ 이상이며,
상기 심선에 있어서의 자기 유도법에 의해 구해지는 fcc 비율이 70％ 이상인 피복 아크 용접봉.
<2> 상기 Mn 함유량과 상기 Ni 함유량의 질량비(Ni/Mn)가 0.10 이상인, <1>에 기재된 피복 아크 용접봉.
<3> 상기 질량비(Ni/Mn)가 1.00 이상인, <2>에 기재된 피복 아크 용접봉.
<4> 상기 Ti의 함유량이 Ti: 0.003 내지 0.10％인, <1> 내지 <3> 중 어느 한 항에 기재된 피복 아크 용접봉.
<5> 상기 플럭스의 전체 질량에 대한 질량％로, 상기 플럭스의 화학 성분이,
Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계: 0 내지 25.00％,
Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계: 0 내지 25.00％,
Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계: 0 내지 25.00％,
Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
K 산화물의 K2O 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
CaF2: 0 내지 30.00％,
CaCO3: 0 내지 60.00％,
BaCO3: 0 내지 15.00％,
MgCO3: 0 내지 15.00％, 및
Li2CO3: 0 내지 15.00％를 포함하고,
상기 플럭스의 전체 질량에 대한 질량％로, 상기 플럭스의 화학 성분에 있어서의 금속 성분이,
C: 0.020 내지 5.000％,
Si: 0 내지 5.00％,
Mn: 0 내지 30.00％,
P: 0 내지 0.050％,
S: 0 내지 0.050％,
Cu: 0 내지 20.0％,
Ni: 0 내지 20.0％,
Cr: 0 내지 20.0％,
Mo: 0 내지 10.0％,
Nb: 0 내지 5.00％,
V: 0 내지 5.0％,
Co: 0 내지 1.00％,
Pb: 0 내지 1.00％,
Sn: 0 내지 1.00％,
W: 0 내지 20.0％,
Mg: 0 내지 5.00％,
Al: 0 내지 5.0％,
Ca: 0 내지 5.00％,
Ti: 0 내지 5.000％,
B: 0 내지 5.0000％,
REM: 0 내지 5.00％,
Bi: 0 내지 5.000％,
N: 0 내지 5.0000％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물이며, 또한
상기 CaCO3, 상기 BaCO3, 상기 MgCO3 및 상기 Li2CO3의 함유량의 합계가 5.00％ 이상인, <1> 내지 <4> 중 어느 한 항에 기재된 피복 아크 용접봉.
<6> 상기 플럭스에 있어서의 상기 Mn 함유량 및 상기 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)가 1.00％ 이상인, <5>에 기재된 피복 아크 용접봉.
<7> 상기 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와, 상기 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계와, 상기 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계와, 상기 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계와, 상기 Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계와, 상기 Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계와, 상기 Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계와, 상기 K 산화물의 K2O 환산값의 합계와, 상기 CaF2 함유량과, 상기 CaCO3 함유량과, 상기 BaCO3 함유량과, 상기 MgCO3 함유량과, 상기 Li2CO3 함유량의 합 X가 94.98％ 이하인, <5> 또는 <6>에 기재된 피복 아크 용접봉.
<8> 상기 플럭스의 평균 두께가 5.0㎜ 이하인, <1> 내지 <7> 중 어느 한 항에 기재된 피복 아크 용접봉.
<9> <1> 내지 <8> 중 어느 한 항에 기재된 피복 아크 용접봉을 사용하여, 강재를 용접하는 공정을 구비하는 용접 조인트의 제조 방법.
본 개시에 의하면, 저렴하고 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있음과 함께, 흄의 발생량을 저감시킬 수 있는 피복 아크 용접봉, 및 당해 피복 아크 용접봉을 사용한 용접 조인트의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 개시의 일례인 실시 형태에 대하여 설명한다.
또한, 본 명세서 내에 있어서, 「내지」를 사용하여 표시되는 수치 범위는, 「내지」의 전후에 기재되는 수치에 「초과」 및 「미만」이 기재되어 있지 않은 경우에는, 이들 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다. 또한, 「내지」의 전후에 기재되는 수치에 「초과」또는 「미만」이 기재되어 있는 경우의 수치 범위는, 이들 수치를 하한값 또는 상한값으로서 포함하지 않는 범위를 의미한다.
본 명세서 내에 단계적으로 기재되어 있는 수치 범위에 있어서, 어떤 단계적인 수치 범위의 상한값은, 다른 단계적인 기재된 수치 범위의 상한값으로 치환해도 되고, 또한 실시예에 개시되어 있는 값으로 치환해도 된다. 또한, 어떤 단계적인 수치 범위의 하한값은, 다른 단계적인 기재된 수치 범위의 하한값으로 치환해도 되고, 또한 실시예에 개시되어 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.
<피복 아크 용접봉>
본 개시에 따른 피복 아크 용접봉(이하, 단순히 「용접봉」이라고 칭하는 경우가 있음)은, 강제의 심선과, 심선을 피복하는 플럭스를 구비한다. 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉은, 심선의 화학 성분이 소정의 조성이다.
본 개시에 따른 피복 아크 용접봉은, 상기 구성에 의해, 저렴하고 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있음과 함께, 흄의 발생량을 저감시킬 수 있는 용접봉이 된다.
그리고, 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉은, 다음의 지견에 의해 알아내었다.
발명자들은, Ni 함유량을 저감하고, Mn 함유량을 높여도, 용접 금속의 저온 인성이 향상되고, 또한 흄의 발생량을 저감시킬 수 있는 용접봉을 얻는 기술에 대하여 검토하였다. 그 결과, 다음의 지견을 얻었다.
흄은, 용융 풀로부터 발생한 금속 증기가 아크력에 의해 공기 중으로 방출되고, 이것이 고화된 것이다. 이 아크력을 제어하면, 흄의 발생량을 저감시킬 수 있다. 아크력은 용접 조건뿐만 아니라, 심선의 성분에 따라 달라진다. 구체적으로는, 심선에 포함되는, 오스테나이트 안정화 원소로서 기능하는 Ni 및 Mn의 함유량을 제어함으로써, 용접봉 전체에서의 Ni 함유량을 저감하고, Mn 함유량을 높여도 아크력이 완화되어 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있음과 함께, 흄의 발생량도 저감시킬 수 있다.
이상의 지견으로부터, 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉은, 저렴하고 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있음과 함께, 흄의 발생량을 저감시킬 수 있는 용접봉이 된다는 것을 알아내었다.
또한, 플럭스 중의, 금속 탄산염, 산화물, 그리고 Mn 및 Ni에 대해서도, 발명자들이 검토한 결과, 이들 양을 제어함으로써, 또한 저온 인성이 향상된다는 것을 알아내었다.
이상의 지견으로부터, 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉은, 산화물, 그리고 Mn 및 Ni를 소정량으로 포함하는 것이 바람직하고, 이것에 의해 저렴하고 저온 인성에 의해 우수한 용접 금속을 얻을 수 있음과 함께, 흄의 발생량을 저감시킬 수 있는 용접봉이 된다는 것을 알아내었다.
이하, 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉을 구성하는 요건(임의 요건도 포함하는 요건)의 한정 이유에 대하여 구체적으로 설명한다.
(심선의 화학 성분)
이하, 심선의 화학 성분에 대하여 상세히 설명한다.
또한, 심선의 화학 성분의 설명에 있어서,「％」는 특별히 설명이 없는 한, 「심선의 화학 성분의 전체 질량에 대한 질량％」를 의미한다.
심선의 화학 성분은,
C: 0 내지 0.650％,
Si: 0.03 내지 0.50％,
Mn: 2.1 내지 30.0％,
P: 0 내지 0.050％,
S: 0 내지 0.050％,
Cu: 0 내지 5.0％,
Ni: 1.0 내지 30.0％,
Cr: 0 내지 10.0％,
Mo: 0 내지 10.0％,
Nb: 0 내지 1.00％,
V: 0 내지 1.00％,
Co: 0 내지 1.00％,
Pb: 0 내지 1.00％,
Sn: 0 내지 1.00％,
Al: 0 내지 0.10％,
Ti: 0 내지 0.10％,
B: 0 내지 0.1000％,
N: 0 내지 0.5000％,
O : 0 내지 0.0050％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물이며,
또한 Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)가 5.0％ 이상이며,
Mn 함유량, Ni 함유량 및 Cr 함유량의 합계(Mn+Ni+Cr)가 15.0％ 이상이며,
상기 심선에 있어서의 자기 유도법에 의해 구해지는 fcc 비율이 70％ 이상이다.
(C: 0 내지 0.650％)
C는, 스패터를 발생시키는 원소이다. 스패터 저감에는, 심선의 C 함유량은 낮으면 낮을수록 유리하다. 또한, C는, 침입형 고용 강화 원소이기도 하다. 심선의 C 함유량이 과잉이면, 심선이 단단해져 심선 가공이 곤란해진다. 또한, 스패터도 증대한다.
따라서, 심선의 C 함유량은 0 내지 0.650％로 한다.
단, 심선의 C 함유량을 0％로 하기 위해서는 탈C 비용이 올라간다. 또한, 용접봉의 C 함유량이 부족하고, 용접 금속의 강도가 부족할 우려가 있다. 그 때문에, 심선의 C 함유량이 낮으면, 플럭스의 C 함유량을 증가시키지 않으면 안된다. 따라서, 심선의 C 함유량의 하한은 0.003％, 0.005％, 또는 0.008％로 해도 된다.
심선의 C 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.600％, 0.500％, 0.400％, 0.300％, 0.200％, 0.200％ 미만, 0.190％, 0.180％, 0.150％, 또는 0.120％이다.
(Si: 0.03 내지 0.50％)
Si는, 탈산 원소이다. 심선의 Si 함유량이 너무 낮으면, 심선의 P 함유량이 증가한다.
한편, Si는, 오스테나이트상에 대한 고용도가 낮고, Si를 다량으로 함유할수록 고온에서 금속간 화합물, δ페라이트 등의 취화상이 생성되어 고온연성이 열화된다.
따라서, 심선의 Si 함유량은 0.03 내지 0.50％로 한다.
심선의 Si 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.04％, 0.05％, 또는 0.08％이다.
심선의 Si 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.50％ 미만, 0.48％, 0.45％, 0.40％, 0.35％, 0.30％, 또는 0.20％이다.
(Mn: 2.1 내지 30.0％)
Mn은, 흄의 발생량 증대의 원인이 되는 원소이다. 흄의 발생량의 저감에는, 심선의 Mn 함유량은, 낮으면 낮을수록 유리하다. 또한, Mn을 과잉으로 첨가하면 적층 결함 에너지가 저하되어 인성이 열화된다.
한편, Mn은, 오스테나이트 안정화 원소이다. 심선의 Mn 함유량이 너무 낮으면, 용접봉 전체의 Mn 함유량이 부족하여 용접 금속의 오스테나이트화가 진행되기 어려워져 저온 인성이 열화된다. 또한, 용접 금속의 저온 인성을 확보하기 위해 플럭스의 Mn 함유량을 과도하게 늘릴 필요가 생긴다.
따라서, 심선의 Mn 함유량은 2.1 내지 30.0％로 한다.
심선의 Mn 함유량의 하한은, 바람직하게는 3.0％, 5.0％, 5.0％ 초과, 5.2％, 6.0％ 초과, 6.2％, 7.0％, 7.0％ 초과, 7.2％, 10.0％ 초과, 또는 10.2％이다.
심선의 Mn 함유량의 상한은, 바람직하게는 25.0％, 20.0％, 19.0％, 18.0％, 15.0％, 또는 12.0％이다.
(P: 0 내지 0.050％)
P는, 불순물 원소이며, 용접 금속의 인성을 저하시키므로, 심선의 P 함유량은 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 심선의 P 함유량의 하한은 0％로 한다. 단, 탈P 비용의 저감의 관점에서, 심선의 P 함유량은 0.003％ 이상이 좋다.
한편, 심선의 P 함유량이 0.050％ 이하이면 P의 인성에 대한 악영향을 허용할 수 있는 범위 내가 된다.
따라서, 심선의 P 함유량은 0 내지 0.050％로 한다.
용접 금속의 인성의 저하를 효과적으로 억제하기 위해서, 심선의 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, 심선의 S 함유량은 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 심선의 S 함유량의 하한은 0％로 한다. 단, 탈S 비용의 저감의 관점에서, 심선의 S 함유량은 0.003％ 이상이 좋다.
한편, 심선의 S 함유량이 0.050％ 이하이면 S의 인성에 대한 악영향을 허용할 수 있는 범위 내가 된다.
따라서, 심선의 S 함유량은 0 내지 0.050％로 한다.
용접 금속의 인성의 저하를 효과적으로 억제하기 위해서, 심선의 S 함유량은 0.040％ 이하, 0.030％ 이하, 0.020％ 이하, 0.015％ 이하, 또는 0.010％ 이하가 바람직하다.
(Cu: 0 내지 5.0％)
Cu는, 석출 강화 원소이며, 용접 금속의 강도 향상을 위해 심선에 함유시켜도 된다. 한편, 심선의 Cu 함유량이 과잉이면, 상기 효과가 포화된다. 또한, 심선의 Cu 함유량이 과잉이면, 심선이 단단해져 심선 가공이 곤란해진다.
따라서, 심선의 Cu 함유량은 0 내지 5.0％로 한다.
심선의 Cu 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.3％, 0.5％, 또는 0.7％이다.
심선의 Cu 함유량의 상한은, 바람직하게는 4.5％, 4.0％, 또는 3.5％이다.
(Ni: 1.0 내지 30.0％)
Ni는, 오스테나이트 안정화 원소이다. 심선의 Ni 함유량이 너무 낮으면, 용접봉 전체의 Ni 함유량이 부족하고, 용접 금속의 오스테나이트화가 진행되기 어려워져 저온 인성이 열화된다. 또한, 용접 금속의 저온 인성을 확보하기 위해서, 플럭스의 Ni 함유량을 과도하게 늘릴 필요가 생긴다.
한편, 심선의 Ni 함유량을 늘리면, 용접봉의 비용이 올라간다.
따라서, 심선의 Ni 함유량은 1.0 내지 30.0％로 한다.
심선의 Ni 함유량의 하한은, 바람직하게는 2.0％, 3.0％, 5.0％, 6.0％ 초과, 6.2％, 7.0％, 8.0％ 초과, 또는 8.2％이다.
심선의 Ni 함유량의 상한은, 바람직하게는 28.0％, 26.0％, 24.0％, 22.0％, 20.0％, 19.0％, 18.0％, 15.0％, 또는 12.0％이다.
(Cr: 0 내지 10.0％)
Cr은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성 향상을 위해 심선에 함유시켜도 된다.
한편, 심선의 Cr 함유량이 과잉이면, 심선에 마르텐사이트 조직이 형성되어 심선 가공이 곤란해진다. 또한, 심선의 Cr 함유량이 과잉이면, 용융 금속에서의 저융점 화합물의 양이 증대되고, 또한 용융 금속의 고액 공존 온도 범위가 넓어지므로, 고온 균열을 일으키기 쉬워진다.
따라서, 심선의 Cr 함유량은 0 내지 10.0％로 한다.
심선의 Cr 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01％, 0.02％, 1.0％, 2.0％, 또는 3.0％이다.
심선의 Cr 함유량의 상한은, 바람직하게는 9.0％, 8.0％, 8.0％ 미만, 7.8％, 7.0％, 6.0％ 미만, 또는 5.8％이다.
(Mo: 0 내지 10.0％)
Mo는, 석출 강화 원소이며, 용접 금속의 강도 향상을 위해 심선에 함유시켜도 된다. 한편, 심선의 Mo 함유량이 과잉이면, 심선이 단단해져 심선 가공이 곤란해진다. 또한, 심선의 Mo 함유량이 과잉이면, 용접 금속의 강도가 과잉으로 되어 저온 인성이 저하된다.
따라서, 심선의 Mo 함유량은 0 내지 10.0％로 한다.
심선의 Mo 함유량의 하한은, 바람직하게는 1.0％, 2.0％, 또는 3.0％이다.
심선의 Mo 함유량의 상한은, 바람직하게는 9.0％, 8.0％, 또는 7.0％이다.
(Nb: 0 내지 1.00％)
Nb는, 용접 금속 중에서 탄화물을 형성하고, 용접 금속의 강도를 상승시키는 원소이기 때문에, 심선에 함유시켜도 된다.
한편, 심선의 Nb 함유량이 과잉이면, 심선이 단단해져 심선 가공이 곤란해진다. 또한, 심선의 Nb 함유량이 과잉이면, 용접 금속의 고온 균열이 발생할 우려가 있다.
따라서, 심선의 Nb 함유량은 0 내지 1.00％로 한다.
심선의 Nb 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01％, 0.05％, 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％이다.
심선의 Nb 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.95％, 0.90％, 0.85％, 또는 0.80％이다.
(V: 0 내지 1.00％)
V는, 용접 금속 중에서 탄질화물을 형성하고, 용접 금속의 강도를 상승시키는 원소이기 때문에, 심선에 함유시켜도 된다.
한편, 심선의 V 함유량이 과잉이면, 심선이 단단해져 심선 가공이 곤란해진다. 또한, 심선의 V 함유량이 과잉이면, 용접 금속의 고온 균열이 발생할 가능성이 있다.
따라서, 심선의 V 함유량은 0 내지 1.00％로 한다.
심선의 V 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01％, 0.05％, 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％이다.
심선의 V 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.95％, 0.90％, 0.85％, 또는 0.80％이다.
(Co: 0 내지 1.00％)
Co는, 고용 강화에 의해, 용접 금속의 강도를 상승시키는 원소이기 때문에, 심선에 함유시켜도 된다.
한편, 심선의 Co 함유량이 과잉이면, 심선이 단단해져 심선 가공이 곤란해진다. 또한, 심선의 Co 함유량이 과잉이면, 용접 금속의 연성이 저하되어 인성을 확보할 수 없다.
따라서, 심선의 Co 함유량은 0 내지 1.00％로 한다.
심선의 Co 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01％, 0.05％, 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％이다.
심선의 Co 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.95％, 0.90％, 0.85％, 또는 0.80％이다.
(Pb: 0 내지 1.00％)
Pb는, 모재인 강재와 용접 금속 사이의 지단 성형성을 향상시켜 용접 금속의 절삭성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 심선에 함유시켜도 된다.
한편, 심선의 Pb 함유량이 과잉이면, 아크 상태가 열화되어 스패터를 증대시킨다.
따라서, 심선의 Pb 함유량은 0 내지 1.00％로 한다.
심선의 Pb 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01％, 0.05％, 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％이다.
심선의 Pb 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.95％, 0.90％, 0.85％, 또는 0.80％이다.
(Sn: 0 내지 1.00％)
Sn은, 용접 금속의 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 심선에 함유시켜도 된다.
한편, 심선의 Sn 함유량이 과잉이면, 용접 금속에서의 균열 발생의 우려가 있다.
따라서, 심선의 Sn 함유량은 0 내지 1.00％로 한다.
심선의 Sn 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01％, 0.05％, 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％이다.
심선의 Sn 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.95％, 0.90％, 0.85％, 또는 0.80％이다.
(Al: 0 내지 0.10％)
Al은, 탈산 원소이며, 용접 결함 억제 및 용접 금속의 청정도 향상을 위해 심선에 함유시켜도 된다.
한편, 심선의 Al 함유량이 과잉이면, 심선 중에 조대 개재물이 생성되어 심선 가공이 곤란해진다. 또한, 심선의 Al 함유량이 과잉이면, Al이 용접 금속 중에서 질화물 또는 산화물을 형성하여 용접 금속의 저온 인성이 저하될 가능성이 있다.
따라서, 심선의 Al 함유량은 0 내지 0.10％로 한다.
심선의 Al 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.01％, 0.02％, 또는 0.03％이다.
심선의 Al 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.09％, 0.08％, 또는 0.07％이다.
(Ti: 0 내지 0.10％)
Ti는, 탈산 원소이며, 용접 결함 억제 및 용접 금속의 청정도 향상을 위해 심선에 함유시켜도 된다.
한편, 심선의 Ti 함유량이 과잉이면, 심선 중에 조대 개재물이 생성되어 심선 가공이 곤란해진다. 또한, 심선의 Ti 함유량이 과잉이면, 용접 금속에 탄화물이 생성되어 용접 금속의 인성을 열화시킬 가능성이 있다.
따라서, 심선의 Ti 함유량은 0 내지 0.10％로 한다.
심선의 Ti 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.003％, 0.01％, 0.02％, 또는 0.03％이다.
심선의 Ti 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.09％, 0.08％, 또는 0.07％이다.
(B: 0 내지 0.1000％)
B는, 오스테나이트 안정화 원소이며, 침입형 고용 강화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성 및 강도의 향상을 위해 심선에 함유시켜도 된다.
한편, 심선의 B 함유량이 과잉이면, 심선이 단단해져 심선 가공이 곤란해진다. 또한, 심선의 B 함유량이 과잉이면, M23(C, B)6이 석출되어 인성 열화의 원인이 된다.
따라서, 심선의 B 함유량은 0 내지 0.1000％로 한다.
심선의 B 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0005％, 0.0010％, 또는 0.0020％이다.
심선의 B 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.0800％, 0.0500％, 또는 0.0100％이다.
(N: 0 내지 0.5000％)
N은, 오스테나이트 안정화 원소이자 침입형 고용 강화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성 및 강도의 향상을 위해 심선에 함유시켜도 된다.
한편, 심선의 N 함유량이 과잉이면, 심선이 단단해져 심선 가공이 곤란해진다. 또한, 심선의 N 함유량이 과잉이면, 블로의 발생이 증대되어 용접 결함의 원인이 된다.
따라서, 심선의 N 함유량은 0 내지 0.5000％로 한다.
심선의 N 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0010％, 0.0100％, 또는 0.0500％이다.
심선의 N 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.4500％, 0.4000％, 또는 0.3500％이다.
(O : 0 내지 0.0050％)
O는, 불순물로서 심선 중에 함유되는 경우가 있다. 그러나, O의 함유량이 과잉이 되면, 용접 금속에서의 인성 및 연성의 열화를 초래하기 때문에, 심선의 O 함유량의 상한은 0.0050％ 이하로 한다.
심선의 O 함유량의 상한은, 바람직하게는 0.0040％, 또는 0.0030％이다.
한편, O의 함유량의 저감에 의한 제조 비용의 상승을 억제한다는 관점에서, 심선의 O 함유량의 하한은, 바람직하게는 0.0003％, 또는 0.0005％이다.
(잔부: Fe 및 불순물)
심선의 화학 성분에 있어서의 기타 잔부 성분은, Fe 및 불순물이다.
불순물이란, 심선을 공업적으로 제조할 때에, 광석 혹은 스크랩 등과 같은 원료, 또는 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 용접봉의 특성에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
(Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni))
Mn 및 Ni는, 각각, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성을 향상시킨다. 한편, Ni는 고가의 금속이기 때문에, 용접봉의 비용을 억제하면서, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키기 위해서는, 심선에 있어서의 Mn 함유량 및 Ni 함유량이 각각 상기 범위를 충족하면서, Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)를 5.0％ 이상으로 한다.
심선에 있어서의 Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)는, 바람직하게는 7.0％ 이상, 10.0％ 이상, 또는 15.0％ 이상이다.
또한, Mn은 흄의 발생량 증대의 원인이 되는 원소이다. 또한, Mn을 과잉으로 첨가하면 적층 결함 에너지가 저하되어 인성이 열화된다. 그 때문에, 용접봉의 비용을 억제하고, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키면서, 흄의 발생량을 저감시킨다는 관점에서, 심선에 있어서의 Mn 함유량 및 Ni 함유량이 각각 상기 범위를 충족하면서, Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)는, 37.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
심선에 있어서의 Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)는, 보다 바람직하게는, 35.0％ 이하, 32.0％ 이하, 또는 30.0％ 이하이다.
(Mn 함유량, Ni 함유량 및 Cr 함유량의 합계(Mn+Ni+Cr))
Mn, Ni 및 Cr은, 각각, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성을 향상시킨다. 한편, Ni는 고가의 금속이기 때문에, 용접봉의 비용을 억제하면서, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키기 위해서는, 심선에 있어서의 Mn 함유량, Ni 함유량 및 Cr 함유량이 각각 상기 범위를 충족하면서, Mn 함유량, Ni 함유량 및 Cr 함유량의 합계(Mn+Ni+Cr)를 15.0％ 이상으로 한다.
심선에 있어서의 Mn 함유량, Ni 함유량 및 Cr 함유량의 합계(Mn+Ni+Cr)은, 바람직하게는 17.0％ 이상, 19.0％ 이상, 20.0％ 이상, 22.0％ 이상, 24.0％ 이상, 26.0％ 이상, 28.0％ 이상, 또는 30.0％ 이상이다.
Mn은 흄의 발생량 증대의 원인이 되는 원소이다. 또한, Mn을 과잉으로 첨가하면 적층 결함 에너지가 저하되어 인성이 열화된다. Cr은 마르텐사이트 조직을 형성시키는 원소이며, 심선의 가공성에 영향을 미친다. 또한, Cr은 용융 금속에서의 저융점 화합물의 양을 증대시키는 원인이 된다. 그 때문에, 용접봉의 비용을 억제하여 용접 금속의 저온 인성을 향상시키면서, 흄의 발생량을 저감시키고, 심선 가공성을 높이고, 또한 용융 금속에서의 저융점 화합물의 발생량을 저감시킨다는 관점에서, 심선에 있어서의 Mn 함유량, Ni 함유량 및 Cr 함유량이 각각 상기 범위를 충족하면서, Mn 함유량, Ni 함유량 및 Cr 함유량의 합계(Mn+Ni+Cr)는, 47.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
심선에 있어서의 Mn 함유량, Ni 함유량 및 Cr 함유량의 합계(Mn+Ni+Cr)는, 보다 바람직하게는, 45.0％ 이하, 42.0％ 이하, 또는 40.0％ 이하이다.
(Mn 함유량과 Ni 함유량의 질량비(Ni/Mn))
Mn 및 Ni는, 각각, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성을 향상시킨다. 한편, Ni는 고가의 금속이며, Mn은 흄의 발생량 증대의 원인이 되는 원소이다. 또한, Mn을 과잉으로 첨가하면 적층 결함 에너지가 저하되어 인성이 열화된다. 또한, Ni는 적층 결함 에너지를 높임으로써, 인성을 향상시킨다.
그 때문에, 용접봉의 비용을 억제하면서, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키고, 또한 흄의 발생량을 저감시킨다는 관점에서, 심선에 있어서의 Mn 함유량과 Ni 함유량의 질량비(Ni/Mn)를 0.10 이상으로 하는 것이 바람직하다.
심선에 있어서의 Mn 함유량과 Ni 함유량의 질량비(Ni/Mn)의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.20, 0.30, 0.50, 0.70, 1.00, 1.10, 또는 1.20이다.
심선에 있어서의 Mn 함유량과 Ni 함유량의 질량비(Ni/Mn)의 상한은, 바람직하게는 10.00, 8.00, 또는 5.00이다.
(자기 유도법에 의해 구해지는 fcc 비율)
용접 금속에서의 저온 인성을 높이기 위해서는, 심선의 조직에 있어서의 오스테나이트의 비율을 높이는 것이 바람직하다. 그 때문에, 심선에 있어서의 fcc 비율을, 70％ 이상으로 한다. fcc 비율은, 바람직하게는 80％ 이상, 또는 90％ 이상이며, 100％이여도 된다. 또한, 조직의 잔부는 bcc이다.
심선의 조직에 있어서의 fcc 비율은, 다음의 방법으로 구할 수 있다.
심선으로부터 샘플을 채취하고, 샘플 표면에 있어서, FERITSCOPE(등록상표) FMP30((주)피셔·인스트루먼츠 제조)을 사용하고, 당해 측정기의 프로브에 (주)피셔·인스트루먼츠 제조 프로브(FGAB 1.3-Fe)를 사용하여, 자기 유도법에 의해 bcc 비율(％)을 측정하고, 측정된 bcc 비율의 산술 평균값을 구한다. 얻어진 bcc 비율의 평균값을 이용하여, 이하의 식에 의해, 심선의 조직에 있어서의 fcc 비율(％)을 구한다.
fcc 비율=100-bcc 비율
(플럭스의 화학 성분)
이하, 본 개시에 따른 플럭스의 바람직한 화학 성분에 대하여 설명한다.
또한, 플럭스의 화학 성분의 설명에 있어서,「％」는, 특별히 설명이 없는 한, 「플럭스의 전체 질량에 대한 질량％」를 의미한다.
본 개시에 따른 플럭스의 화학 성분은,
Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계: 0 내지 25.00％,
Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계: 0 내지 25.00％,
Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계: 0 내지 25.00％,
Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
K 산화물의 K2O 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
CaF2: 0 내지 30.00％,
CaCO3: 0 내지 60.00％,
BaCO3: 0 내지 15.00％,
MgCO3: 0 내지 15.00％, 및
Li2CO3: 0 내지 15.00％를 포함하는 것이 바람직하다.
(Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계: 0 내지 25.00％)
Ti 산화물은, 슬래그 성분이며, 비드 전체를 균일하게 슬래그로 피포시키는 작용을 갖는다. 또한, Ti 산화물은, 아크의 지속을 안정시켜서 스패터 발생량을 저감시키는 효과를 갖고, 용접 작업성(특히 입향 용접성)이 향상된다. 그 때문에, Ti 산화물을 포함시켜도 된다.
단, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 합이 5.00％ 이상인 것이 바람직하고, 즉 Ti 산화물과 Si 산화물의 어느 한쪽만을 포함하고 있어도 된다. 따라서, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계의 하한은 0％여도 된다.
한편, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 25.00％ 이하임으로써, 용접 금속의 산소량을 억제할 수 있어, 저온 인성을 확보할 수 있다. 또한, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 25.00％ 이하임으로써, 슬래그의 점성 고조를 억제할 수 있기 때문에, 슬래그가 너무 두꺼워지지 않고, 비드의 지단부가 부풀은 형상으로 되는 것을 억제할 수 있다. 또한, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계가 25.00％ 이하임으로써, 피트의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 슬래그 말려 들어감의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스에 있어서의 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계는 0 내지 25.00％로 하는 것이 바람직하다.
Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계의 하한은, 보다 바람직하게는, 1.00％, 2.00％, 3.00％, 또는 5.00％이다.
Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계의 상한은, 보다 바람직하게는, 23.00％, 20.00％, 18.00％, 15.00％, 13.00％, 또는 10.00％이다.
또한, Ti 산화물은, 주로, 플럭스 중의, 루틸, 산화티타늄, 티타늄 슬래그, 일루미나이트, 티타늄산 소다, 티타늄산 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, 플럭스 중에 포함되어 있는 모든 Ti 산화물(예를 들어, TiO, TiO2, Ti2O3, Ti3O5 등이 있고, 루틸, 산화티타늄, 티타늄 슬래그, 일루미나이트, 티타늄산 소다, 티타늄산 칼리 등으로서 첨가됨)을 TiO2로 환산한 경우의, TiO2의 용접봉 전체 질량에 대한 질량％이다.
그리고, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계는, 형광 X선 분석 장치 및 X선 회절(XRD) 장치를 사용하여, 플럭스에 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, 플럭스에 산화물로서 존재하는 Ti의 양과 금속 성분으로서 포함되는 Ti의 양을 나누어 구할 수 있다.
구체적으로는, 우선 용접봉으로부터 플럭스를 채취하고, 그것을 상기 방법에 의해 분석한다. 예를 들어, 분석에 의해 TiO2, Ti2O3, Ti3O5가 검출된 경우이면, 각Ti 산화물의 질량％를 [TiO2], [Ti2O3], [Ti3O5]로 나타내고, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계를 [환산 TiO2]로 나타내면, 이하의 식 1에 의해 계산된다.
[환산 TiO2]=(0.60×[TiO2]+0.67×[Ti2O3]+0.64×[Ti3O5])×1.67 …식 1
식 1에 있어서의 계수(0.60, 0.67, 0.64)는, 각 산화물 중에 포함되는 Ti양을 산출하기 위한 계수이며, 말미의 승수(1.67)는, 플럭스에 산화물로서 존재하는 Ti의 총량으로부터 TiO2 환산값을 산출하기 위한 승수이다.
여기서, 계수의 구하는 방법에 대하여 설명한다. MxOy(예; TiO2, Ti2O3, Ti3O5)의 산화물이 검출되었다고 하면, MxOy에 걸리는 계수는 하기 식 2로 계산한다.
[M 원소의 원자량]×x/([M 원소의 원자량]×x+[산소의 원자량]×y) …식 2
식 1에 있어서의 0.60, 0.67, 0.64가, 상기 식 2로 구해지는 계수에 상당한다.
또한, 환산값을 산출하기 위한 승수를 구하는 방법에 대하여 설명한다. MaOb(예; TiO2)로 환산하기 위한 승수는 하기 식 3으로 계산한다.
([M 원소의 원자량]×a+[산소의 원자량]×b)/([M 원소의 원자량]×a) …식 3
식 1에 있어서의 1.67이, 상기 식 3으로 구해지는 승수에 상당한다.
또한 산화물은, 2종의 금속 원소와 결합한 화합물인 경우도 생각된다. 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 4로 계산한다.
[M 원소의 원자량]×x/([M 원소의 원자량]×x+[산소의 원자량]×y+[M2 원소의 원자량]×z) …식 4
또한, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계, Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계, Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계, Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계, K 산화물의 K2O 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 따라서, 상기 식 2, 식 3, 식 4에 입각해서 계수 및 승수를 산출하고, 상기 식 1과 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
Ca 산화물; CaO, CaO2
Na 산화물; Na2O, Na2O2
K 산화물; K2O, KO2
Mn 산화물; MnO, Mn2O, MnO2
Fe 산화물; FeO, Fe2O4, FeO3
(Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계: 0 내지 25.00％)
Si 산화물은, 슬래그 성분이며, 용융 슬래그의 점성을 높여 슬래그 박리성을 개선하는 작용을 가지므로, 이러한 관점에서 Si 산화물을 함유시켜도 된다.
단, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 합이 5.00％ 이상인 것이 바람직하고, 즉 Ti 산화물과 Si 산화물 중 어느 한쪽만을 포함하고 있어도 된다. 따라서, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 하한은 0％여도 된다.
또한, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 0.10％ 이상임으로써, 슬래그 피포 상태가 보다 양호하게 되어 슬래그 박리성이 높아지고, 비드 형상 및 비드 외관을 보다 양호하게 할 수 있다. 또한, 용접 작업성(특히 입향 용접성)을 확보할 수 있다.
한편, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 25.00％ 이하임으로써, 용접 금속의 산소량을 억제할 수 있어 저온 인성을 확보할 수 있다. 또한, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 25.00％ 이하임으로써, 스패터 발생량을 억제할 수 있다. 또한, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계가 25.00％ 이하임으로써, 피트 및 가스 홈 등의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 슬래그 말려 들어감의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스에 있어서의 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계는 0 내지 25.00％로 하는 것이 바람직하다.
Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.05％, 0.10％, 0.15％, 0.20％, 또는 0.25％이다.
Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 상한은, 보다 바람직하게는, 23.00％, 20.00％, 18.00％, 15.00％, 13.00％, 또는 10.00％이다.
또한, Si 산화물은, 주로, 플럭스 중의 규사, 지르콘 샌드, 장석, 규산 소다, 규산 칼리 등으로서 존재할 수 있다.
(Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 합이 5.0％ 이상)
Ti 산화물 및 Si 산화물은, 슬래그 성분이며, 슬래그의 피포 상태를 양호하게 한다는 관점 및 용접 작업성의 관점에서, 적어도 한쪽을 함유시키는 것이 바람직하다. 특히, 플럭스에 있어서의 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 합을, 5.0％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
플럭스에 있어서의 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 합의 하한은, 보다 바람직하게는, 7.0％, 또는 10.0％이다.
플럭스에 있어서의 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계의 합의 상한은, 바람직하게는 50.0％, 45.0％, 40.0％, 35.0％, 또는 30.0％이다.
(Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계: 0 내지 5.00％)
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 높여 비드 형상을 평활하게 하는 작용을 가지므로, 이러한 관점에서 함유시켜도 된다.
한편, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계가 5.00％ 이하임으로써, 비드 형상이 볼록형이 되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 슬래그 말려 들어감의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스에 있어서의 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계는 0 내지 5.00％로 하는 것이 바람직하다.
Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.50％, 4.00％, 3.50％, 또는 3.00％이다.
또한, Zr 산화물은, 주로, 플럭스 중의 지르콘 샌드, 산화지르코늄 등으로서 존재할 수 있는 것이며 또한 Ti 산화물에 미량 함유되는 경우도 있다.
(Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계: 0 내지 5.00％)
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 5.00％ 이하임으로써, 필렛 비드의 하각측의 비드 지단부가 부풀은 비드 형상으로 되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 슬래그 말려 들어감의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스에 있어서의 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계는 0 내지 5.00％로 하는 것이 바람직하다.
Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.50％, 4.00％, 3.50％, 또는 3.00％이다.
또한, Al 산화물은, 주로 플럭스 중의 알루미나, 장석 등의 성분으로서 존재하는 경우가 많다.
(Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계: 0 내지 5.00％)
Mg 산화물은, 용접 시에 분해한 Mg가 탈산제로서 작용하고, 용접 금속의 산소량을 저감한다. 그것에 의해 용접 금속의 저온 인성이 향상되므로, 함유시켜도 된다. Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계가 0.10％ 이상임으로써, 용접 금속의 산소량 저감 작용이 커지고, 저온 인성이 더욱 향상된다.
한편, Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계가 5.00％ 이하임으로써, 용접 슬래그의 응고 온도의 저온화를 억제할 수 있어 용접 작업성(특히 입향 용접성)을 향상시킬 수 있다.
따라서, 플럭스에 있어서의 Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계는 0 내지 5.00％로 하는 것이 바람직하다.
Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.50％, 4.00％, 3.50％, 또는 3.00％이다.
(Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계: 0 내지 25.00％)
Ca 산화물은, 슬래그 형상을 정돈하고, 용접 후의 슬래그 박리를 용이하게 하며, 아크를 안정하게 하므로, 함유시켜도 된다.
한편, Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계가 25.00％ 이하임으로써, Ca 산화물에 포함되는 산소가 용융지에 들어가기 때문에 용접 금속에서의 산소량의 증가를 억제할 수 있고, 용접 금속의 인성의 저하를 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스에 있어서의 Ca 산화물의 CaO2 환산값의 합계는 0 내지 25.00％로 하는 것이 바람직하다.
Ca 산화물의 CaO2 환산값의 합계의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
Ca 산화물의 CaO2 환산값의 합계의 상한은, 보다 바람직하게는, 23.00％, 20.00％, 18.00％, 15.00％, 13.00％, 또는 10.00％이다.
(Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계: 0 내지 5.00％)
Na 산화물은, 용접 시에 분해한 Na가 탈산제로서 작용하고, 용접 금속의 산소량을 저감한다. 그것에 의해 용접 금속의 저온 인성이 향상되므로, 함유시켜도 된다. Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계가 0.10％ 이상임으로써, 용접 금속의 산소량 저감 작용이 커지고, 저온 인성이 더욱 향상된다.
한편, Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계가 5.00％ 이하임으로써, 용접 슬래그의 응고 온도의 저온화를 억제할 수 있어 용접 작업성(특히 입향 용접성)을 향상시킬 수 있다.
따라서, 플럭스에 있어서의 Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계는 0 내지 5.00％로 하는 것이 바람직하다.
Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.50％, 4.00％, 3.50％, 또는 3.00％이다.
(K 산화물의 K2O 환산값의 합계: 0 내지 5.00％)
K 산화물은, 용접 시에 분해한 K가 탈산제로서 작용하고, 용접 금속의 산소량을 저감한다. 그것에 의해 용접 금속의 저온 인성이 향상되므로, 함유시켜도 된다. K 산화물의 K2O 환산값의 합계가 0.10％ 이상임으로써, 용접 금속의 산소량 저감 작용이 커지고, 저온 인성이 더욱 향상된다.
한편, K 산화물의 K2O 환산값의 합계가 5.00％ 이하임으로써, 용접 슬래그의 응고 온도의 저온화를 억제할 수 있어 용접 작업성(특히 입향 용접성)을 향상시킬 수 있다.
따라서, 플럭스에 있어서의 K 산화물의 K2O 환산값의 합계는 0 내지 5.00％로 하는 것이 바람직하다.
K 산화물의 K2O 환산값의 합계의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
K 산화물의 K2O 환산값의 합계의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.50％, 4.00％, 3.50％, 또는 3.00％이다.
(기타 산화물)
본 개시에 따른 플럭스에는, 기타 산화물로서, 예를 들어 Fe 산화물 및 Mn 산화물 등의 산화물을 포함해도 된다.
또한, Fe 산화물의 함유량이란 Fe 산화물의 FeO 환산값의 합계를 의미하고, Mn 산화물의 함유량이란 Mn 산화물의 MnO 환산값의 합계를 의미한다.
(CaF2: 0 내지 30.00％)
CaF2는, 용접 금속의 산소량을 저감하는 효과가 있어 함유시켜도 된다. CaF2의 함유량이 0.10％ 이상임으로써, 용접 금속의 산소량 저감 작용이 커지고, 저온 인성이 더욱 향상된다.
한편, CaF2의 함유량이 30.00％ 이하임으로써, 흄의 발생을 저감할 수 있고, 용접 결함의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스에 있어서의 CaF2 함유량은 0 내지 30.00％로 하는 것이 바람직하다.
CaF2 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
CaF2 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 28.00％, 25.00％, 23.00％, 20.00％, 18.00％, 또는 15.00％이다.
(기타 불화물)
본 개시에 따른 플럭스에는, 기타 불화물로서, 예를 들어 K2SiF6, K2ZrF6, NaF, Na3AlF6 및 MgF2 등의 불화물을 포함해도 된다.
또한, CaF2 및 기타 불화물의 함유량은, 전술한 Ti 산화물의 함유량과 마찬가지로 형광 X선 분석 및 X선 회절(XRD)에 의해 측정한다.
(CaCO3: 0 내지 60.00％)
(BaCO3: 0 내지 15.00％)
(MgCO3: 0 내지 15.00％)
(Li2CO3: 0 내지 15.00％)
금속 탄산염은, 아크에 의해 전리하고, CO2 가스를 발생시킨다. CO2 가스는, 용접 분위기 중의 수소 분압을 낮추고, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 저감시킨다. 그 때문에, 본 개시에 따른 플럭스는, 금속 탄산염으로서 CaCO3, BaCO3, MgCO3 및 Li2CO3으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함해도 된다.
한편, 금속 탄산염의 함유량을 저감함으로써, 스패터의 발생량을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스에 있어서의 CaCO3 함유량은 0 내지 60.00％로 하는 것이 바람직하다.
CaCO3 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
CaCO3 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 55.00％, 50.00％, 45.00％, 40.00％, 35.00％, 또는 30.00％이다.
또한, 플럭스에 있어서의 BaCO3 함유량은 0 내지 15.00％로 하는 것이 바람직하다.
BaCO3 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
BaCO3 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 14.00％, 12.00％, 10.00％, 8.00％, 7.00％, 또는 5.00％이다.
또한, 플럭스에 있어서의 MgCO3 함유량은 0 내지 15.00％로 하는 것이 바람직하다.
MgCO3 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
MgCO3 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 14.00％, 12.00％, 10.00％, 8.00％, 7.00％, 또는 5.00％이다.
또한, 플럭스에 있어서의 Li2CO3 함유량은 0 내지 15.00％로 하는 것이 바람직하다.
Li2CO3 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.40％이다.
Li2CO3 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 14.00％, 12.00％, 10.00％, 8.00％, 7.00％, 또는 5.00％이다.
(CaCO3, BaCO3, MgCO3 및 Li2CO3의 함유량의 합계가 5.00％ 이상)
CaCO3, BaCO3, MgCO3 및 Li2CO3은, 실드 가스의 발생원이며, 양호한 기계 특성을 확보한다는 관점에서, 어느 1종 이상을 함유시키는 것이 바람직하다. 특히, 플럭스에 있어서의 CaCO3, BaCO3, MgCO3 및 Li2CO3의 함유량의 합계를, 5.00％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 플럭스에 있어서의 CaCO3, BaCO3, MgCO3 및 Li2CO3의 함유량의 합계의 하한은, 보다 바람직하게는, 7.00％, 또는 10.00％이다.
플럭스에 있어서의 CaCO3, BaCO3, MgCO3 및 Li2CO3의 함유량의 합계의 상한은, 바람직하게는 90.00％, 80.00％, 70.00％, 65.00％, 또는 60.00％이다.
(기타 금속 탄산염)
본 개시에 따른 플럭스에는, 기타 금속 탄산염으로서, 예를 들어 Na2CO3, K2CO3, FeCO3, MnCO3 및 SrCO3 등의 금속 탄산염을 포함해도 된다.
또한, CaCO3, BaCO3, MgCO3, Li2CO3 및 기타 금속 탄산염의 함유량은, 전술한 Ti 산화물의 함유량과 마찬가지로 형광 X선 분석 및 X선 회절(XRD)에 의해 측정한다.
(Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Al 산화물, Mg 산화물, Ca 산화물, Na 산화물, K 산화물, CaF2, CaCO3, BaCO3, MgCO3 및 Li2CO3의 합 X)
본 개시에 따른 플럭스의 화학 성분은, 피복 아크 용접봉의 전체 질량에 대한 질량％로, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계와, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계와, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계와, Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계와, Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계와, Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계와, K 산화물의 K2O 환산값의 합계와, CaF2 함유량과, CaCO3 함유량과, BaCO3 함유량과, MgCO3 함유량과, Li2CO3 함유량의 합 X(이하 단순히 「특정 첨가제의 합 X」라고 칭함)가 94.98％ 이하인 것이 바람직하다.
특정 첨가제의 합 X를 94.98％ 이하로 함으로써, 슬래그 말려 들어감을 방지할 수 있다.
특정 첨가제의 합 X는, 보다 바람직하게는, 90.00％ 이하, 85.00％ 이하, 80.00％ 이하, 75.00％ 이하, 또는 70.00％이다.
(질화물)
본 개시에 따른 플럭스는, 질화물을 더 포함해도 된다.
질화물은, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 감소시켜 용접 금속의 내저온 균열성을 현저하게 향상시키는 작용을 갖는다. 이 이유는 분명하지 않지만, 질화물 중의 N이 용접 중에 수소(H)와 결합하여 암모니아(NH3)가 되고, 이 NH3이 용접 금속 밖으로 방출되는 것이 이유의 하나일 것으로 추측된다.
본 개시에 따른 플럭스에는 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.
또한, 질화물의 함유량은, 전술한 Ti 산화물의 함유량과 마찬가지로 형광 X선 분석 및 X선 회절(XRD)에 의해 측정한다.
(플럭스 함유 와이어의 화학 성분에 있어서의 금속 성분)
이어서, 본 개시에 따른 플럭스의 바람직한 화학 성분에 있어서의 금속 성분에 대하여 설명한다.
또한, 플럭스의 금속 성분의 설명에 있어서,「％」는, 특별히 설명이 없는 한, 「플럭스의 전체 질량에 대한 질량％」를 의미한다.
여기서, 플럭스의 「화학 성분에 있어서의 금속 성분」이란, 플럭스에 포함되는 성분 중, 산화물, 불화물, 질화물 및 금속 탄산염을 제외한 성분을 의미한다.
본 개시에 따른 플럭스는, 피복 아크 용접봉의 전체 질량에 대한 질량％로, 플럭스의 화학 성분에 있어서의 금속 성분이,
C: 0.020 내지 5.000％,
Si: 0 내지 5.00％,
Mn: 0 내지 30.00％,
P: 0 내지 0.050％,
S: 0 내지 0.050％,
Cu: 0 내지 20.0％,
Ni: 0 내지 20.0％,
Cr: 0 내지 20.0％,
Mo: 0 내지 10.0％,
Nb: 0 내지 5.00％,
V: 0 내지 5.0％,
Co: 0 내지 1.00％,
Pb: 0 내지 1.00％,
Sn: 0 내지 1.00％,
W: 0 내지 20.0％,
Mg: 0 내지 5.00％,
Al: 0 내지 5.0％,
Ca: 0 내지 5.00％,
Ti: 0 내지 5.000％,
B: 0 내지 5.0000％,
REM: 0 내지 5.00％,
Bi: 0 내지 5.000％,
N: 0 내지 5.0000％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물인 것이 바람직하다.
즉, 본 개시에 따른 플럭스에 있어서, 상기 성분은, 산화물, 불화물, 질화물 및 금속 탄산염 이외에 포함되는 성분의 함유량이다.
또한, 플럭스에 있어서의 Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)가 1.00％ 이상인 것이 바람직하다.
(C: 0.020 내지 5.000％)
C는, 용접 금속의 강도를 향상시키는 원소이며, 용접 금속의 강도를 확보하기 위한 원소이다.
한편, 플럭스의 C 함유량을 저감함으로써, 용접 금속의 강도 상승에 의한, 인성을 열화시키는 영향을 억제할 수 있어 용접 금속의 저온 인성을 확보할 수 있다.
따라서, 플럭스의 C 함유량은 0.020 내지 5.000％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 C 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.050％, 0.100％, 또는 0.200％이다.
플럭스의 C 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.500％, 4.000％, 3.500％, 또는 3.000이다.
(Si: 0 내지 5.00％)
Si는, 용접 금속의 청정도를 향상하고, 블로홀 등의 용접 결함의 발생을 억제하기 위해 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Si 함유량을 저감함으로써, Ni 강, Ni기 합금강의 용접에 있어서는, 용접 금속 중에서의 마이크로 편석을 억제할 수 있고, 편석부에서의 취화를 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Si 함유량은 0 내지 5.00％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Si 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.20％, 0.25％, 0.30％, 또는 0.35％이다.
플럭스의 Si 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.50％, 4.00％, 3.50％, 또는 3.00％이다.
(Mn: 0 내지 30.00％)
Mn은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 오스테나이트화를 진행시킬 수 있어 저온 인성을 확보할 수 있다. 또한, 용접 금속의 저온 인성을 확보하기 위해서, 심선에 첨가하는 Mn 함유량을 과도하게 증가시키지 않아도 된다.
또한, Mn은, 탈산제로서 기능하여 용접 금속의 청정도를 향상시키는 원소이다. 또한, Mn은, MnS를 형성함으로써, 용접 금속 중의 S를 무해화하고, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키는 원소이다. 게다가, Mn은 고온 균열을 방지하는 효과도 갖는다. 그 때문에, Mn을 플럭스에 함유시켜도 된다.
단, Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)가 1.00％ 이상인 것이 바람직하고, 즉 플럭스는 Mn과 Ni 중 어느 한쪽만을 포함하고 있어도 된다. 따라서, Mn 함유량의 하한은 0％여도 된다.
한편, 플럭스의 Mn 함유량을 저감함으로써, Ni 강, Ni기 합금강의 용접에 있어서는, 용접 금속 중에서의 마이크로 편석을 억제할 수 있어 편석부에서의 취화를 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Mn 함유량은 0 내지 30.00％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Mn 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.50％, 1.00％, 2.00％, 5.00％, 7.00％, 또는 9.00％이다.
플럭스의 Mn 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 28.00％, 25.00％, 22.00％, 또는 20.00％이다.
(P: 0 내지 0.050％)
P는, 불순물 원소이며, 용접 금속의 인성을 저하시키므로, 플럭스의 P 함유량은 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 플럭스의 P 함유량의 하한은 0％로 한다. 단, 탈P 비용의 저감의 관점에서, P 함유량은 0.003％ 이상이 좋다.
한편, 플럭스의 P 함유량이 0.050％ 이하이면 P의 인성에 대한 악영향을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 P 함유량은 0 내지 0.050％로 하는 것이 바람직하다.
용접 금속의 인성의 저하를 효과적으로 억제하기 위해서, 플럭스의 P 함유량은 0.040％ 이하, 0.030％ 이하, 0.020％ 이하, 0.015％ 이하, 또는 0.010％ 이하가 보다 바람직하다.
(S: 0 내지 0.050％)
S는, 불순물 원소이며, 용접 금속의 인성을 저하시키므로, 플럭스의 S 함유량은 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, 플럭스의 S 함유량의 하한은 0％로 한다. 단, 탈S 비용의 저감의 관점에서, 플럭스의 S 함유량은 0.003％ 이상이 좋다.
한편, 플럭스의 S 함유량이 0.050％ 이하이면 S의 인성에 대한 악영향을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 S 함유량은 0 내지 0.050％로 하는 것이 바람직하다.
용접 금속의 인성의 저하를 효과적으로 억제하기 위해서, 플럭스의 S 함유량은 0.040％ 이하, 0.030％ 이하, 0.020％ 이하, 0.015％ 이하, 또는 0.010％ 이하가 보다 바람직하다.
(Cu: 0 내지 20.0％)
Cu는, 석출 강화 원소이며, 용접 금속의 강도 향상을 위해 플럭스에 함유시켜도 된다. 또한, Cu는, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성 향상을 위해 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Cu 함유량이 과잉이면, 상기 효과가 포화된다.
따라서, 플럭스의 Cu 함유량은 0 내지 20.0％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Cu 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.5％, 0.7％, 또는 1.0％이다.
플럭스의 Cu 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 19.0％, 18.0％, 17.0％, 또는 15.0％이다.
(Ni: 0 내지 20.0)
Ni는, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 오스테나이트화를 진행시킬 수 있어, 저온 인성을 확보할 수 있다. 또한, 용접 금속의 저온 인성을 확보하기 위해서, 심선에 첨가하는 Ni 함유량을 과도하게 증가시키지 않아도 된다. 그 때문에, Ni를 플럭스에 함유시켜도 된다.
단, Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)가 1.00％ 이상인 것이 바람직하고, 즉 플럭스는 Mn과 Ni 중 어느 한쪽만을 포함하고 있어도 된다. 따라서, Ni 함유량의 하한은 0％여도 된다.
한편, 플럭스의 Ni 함유량을 저감함으로써, 플럭스의 비용을 저감시킬 수 있다.
따라서, 플럭스의 Ni 함유량은 0 내지 20.0％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Ni 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.1％, 0.5％, 1.0％, 2.0％, 3.0％, 5.0％, 7.0％, 10.0％, 또는 12.0％이다.
플럭스의 Ni 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 19.0％, 18.0％, 17.0％, 또는 15.0％이다.
(Cr: 0 내지 20.0％)
Cr은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 오스테나이트화를 진행시킬 수 있어 저온 인성을 확보할 수 있다. 또한, 용접 금속의 저온 인성을 확보하기 위해서, 심선에 첨가하는 Ni 함유량을 과도하게 증가시키지 않아도 된다. 그 때문에, Cr을 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Cr 함유량을 저감함으로써, 용융 금속에서의 저융점 화합물의 양을 저감시킬 수 있고, 또한 용융 금속의 고액 공존 온도 범위가 좁아지므로, 고온 균열의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Cr 함유량은 0 내지 20.0％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Cr 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.1％, 0.5％, 1.0％, 2.0％, 2.5％, 3.0％, 또는 3.5％이다.
플럭스의 Cr 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 19.0％, 18.0％, 17.0％, 또는 15.0％이다.
(Mo: 0 내지 10.0％)
Mo는, 고용 강화 원소, 또한 석출 강화 원소이며, 용접 금속의 강도 향상을 위해 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Mo 함유량을 저감함으로써, 용접 금속의 강도가 과잉이 되는 것을 억제할 수 있어 저온 인성을 확보할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Mo 함유량은 0 내지 10.0％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Mo 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.1％, 0.5％, 1.0％, 2.0％, 2.5％, 3.0％, 또는 3.5％이다.
플럭스의 Mo 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 9.8％, 9.5％, 9.0％, 8.5％, 또는 8.0％이다.
(Nb: 0 내지 5.00％)
Nb는, 용접 금속 중에서 탄화물을 형성하고, 용접 금속의 강도를 상승시키는 원소이기 때문에, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Nb 함유량을 저감함으로써, 용접 금속의 고온 균열 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Nb 함유량은 0 내지 5.00％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Nb 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.10％, 0.50％, 1.00％, 또는 1.50％이다.
플럭스의 Nb 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.50％, 4.00％, 또는 3.50％이다.
(V: 0 내지 5.0％)
V는, 용접 금속 중에서 탄질화물을 형성하고, 용접 금속의 강도를 상승시키는 원소이기 때문에, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 V 함유량을 저감함으로써, 용접 금속의 고온 균열 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 V 함유량은 0 내지 5.0％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 V 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.1％, 0.5％, 1.0％, 또는 1.5％이다.
플럭스의 V 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.5％, 4.0％, 또는 3.5％이다.
(Co: 0 내지 1.00％)
Co는, 고용 강화에 의해, 용접 금속의 강도를 상승시키는 원소이기 때문에, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Co 함유량을 저감함으로써, 용접 금속의 연성 저하를 억제할 수 있고, 인성을 확보할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Co 함유량은 0 내지 1.00％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Co 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.01％, 0.05％, 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％이다.
플럭스의 Co 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 0.90％, 0.80％, 0.70％, 0.60％, 또는 0.30％이다.
(Pb: 0 내지 1.00％)
Pb는, 용접 금속의 절삭성을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Pb 함유량을 저감함으로써, 아크 상태를 양호하게 유지 스패터의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Pb 함유량은 0 내지 1.00％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Pb 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.01％, 0.05％, 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％이다.
플럭스의 Pb 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 0.90％, 0.80％, 0.70％, 0.60％, 또는 0.30％이다.
(Sn: 0 내지 1.00％)
Sn은, 용접 금속의 내식성을 향상시키는 원소이기 때문에, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Sn 함유량을 저감함으로써, 용접 금속에서의 균열 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Sn 함유량은 0 내지 1.00％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Sn 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.01％, 0.05％, 0.10％, 0.15％, 또는 0.20％이다.
플럭스의 Sn 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 0.90％, 0.80％, 0.70％, 0.60％, 또는 0.30％이다.
(W: 0 내지 20.0％)
W는, 고용 강화 원소이며, 용접 금속의 강도 향상을 위해 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 W 함유량을 저감함으로써, 용접 금속의 강도가 과잉이 되는 것을 억제할 수 있어 인성을 확보할 수 있다.
따라서, 플럭스의 W 함유량은 0 내지 20.0％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 W 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.1％, 0.5％, 1.0％, 또는 2.0％이다.
플럭스의 W 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 19.0％, 180％, 17.0％, 또는 15.0％이다.
(Mg: 0 내지 5.00％)
Mg는, 탈산 원소이며, 용접 금속의 산소를 저감하고, 용접 금속의 인성 개선에 효과가 있기 때문에, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Mg 함유량을 저감함으로써, 아크가 안정되고, 스패터 및 블로홀을 저감할 수 있어 용접 작업성을 확보할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Mg 함유량은 0 내지 5.00％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Mg 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.02％, 0.05％, 0.10％, 0.20％, 또는 0.50％이다.
플럭스의 Mg 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.50％, 4.00％, 또는 3.50％이다.
(Al: 0 내지 5.0％)
Al은, 탈산 원소이며, 블로홀 등의 용접 결함의 발생의 억제 및 용접 금속의 청정도 향상 등에 효과가 있기 때문에, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Al 함유량을 저감함으로써, Al이 용접 금속 중에서 질화물 또는 산화물을 형성하는 것을 저감시킬 수 있어 용접 금속의 저온 인성을 확보할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Al 함유량은 0 내지 5.0％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Al 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.01％, 0.02％, 0.05％, 0.1％, 0.2％, 또는 0.5％이다.
플럭스의 Al 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.5％, 4.0％, 또는 3.5％이다.
(Ca: 0 내지 5.00％)
Ca는, 용접 금속 중에서 황화물의 구조를 변화시키고, 또한 용접 금속 중에서의 황화물 및 산화물의 사이즈를 미세화하는 작용을 가지므로, 용접 금속의 연성 및 인성 향상에 유효하다. 그 때문에, Ca를 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Ca 함유량을 저감함으로써, 황화물 및 산화물의 조대화를 억제할 수 있어 용접 금속의 저온 인성을 확보할 수 있다. 또한, 용접 비드 형상의 열화의 억제 및 아크의 안정화에 의해 용접성을 확보할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Ca 함유량은 0 내지 5.00％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Ca 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.01％, 0.02％, 0.03％, 0.05％, 0.10％, 0.20％, 0.30％, 또는 0.50％이다.
플럭스의 Ca 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.50％, 4.00％, 또는 3.50％이다.
(Ti: 0 내지 5.000％)
Ti는, 탈산 원소이며, 블로홀 등의 용접 결함의 발생의 억제 및 청정도 향상 등에 효과가 있기 때문에, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Ti 함유량을 저감함으로써, 용접 금속에서의 탄화물의 생성을 억제할 수 있어 용접 금속의 인성을 확보할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Ti 함유량은 0 내지 5.000％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Ti 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.020％, 0.050％, 0.100％, 0.200％, 0.300％, 또는 0.500％이다.
플럭스의 Ti 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.500％, 4.000％, 또는 3.500％이다.
(B: 0 내지 5.0000％)
B는, 용접 금속의 결정립계를 강화시켜, 용접 금속의 인장 강도를 한층 높이는 효과가 있기 때문에, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 B 함유량을 저감함으로써, 용접 금속 중의 B의 양도 저감할 수 있고, 조대한 BN 또는 Fe23(C, B)6 등의 B 화합물의 형성이 억제되어 용접 금속의 저온 인성을 확보할 수 있다.
따라서, 플럭스의 B 함유량은 0 내지 5.0000％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 B 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.0010％, 0.0050％, 0.0100％, 0.0500％, 0.1000％, 0.2000％, 또는 0.5000％이다.
플럭스의 B 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.5000％, 4.0000％, 또는 3.5000％이다.
(REM: 0 내지 5.00％)
REM은, 아크를 안정화시키는 원소이므로, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 REM 함유량을 저감함으로써, 스패터의 발생을 저감할 수 있어 용접 작업성을 확보할 수 있다.
따라서, 플럭스의 REM 함유량은 0 내지 5.00％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 REM 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.001％, 0.005％, 0.01％, 0.05％, 0.10％, 0.20％, 또는 0.50％이다.
플럭스의 REM 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.50％, 4.00％, 또는 3.50％이다.
또한 「REM」이란, Sc, Y 및 란타노이드로 이루어지는 합계 17원소를 가리키고, 상기 「REM 함유량」이란, 이들 17원소의 합계 함유량을 의미한다. 란타노이드를 REM으로서 사용하는 경우, 공업적으로는, REM은 미슈 메탈의 형태로 함유된다.
(Bi: 0 내지 5.000％)
Bi는, 슬래그의 박리성을 개선하는 원소이기 때문에, 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 Bi 함유량을 저감함으로써, 용접 금속에서의 응고 균열의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 Bi 함유량은 0 내지 5.000％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 Bi 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.005％, 0.010％, 0.050％, 0.100％, 0.200％, 또는 0.500％이다.
플럭스의 Bi 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.500％, 4.000％, 또는 3.500％이다.
(N: 0 내지 5.0000％)
N은, 오스테나이트 안정화 원소이며, 또한 침입형 고용 강화 원소이기도 하다. 또한, N은, 용접 금속의 강도 상승에 의한, 용접 금속의 인성에 대한 악영향도, C에 비교해서 적은 원소이다. 그 때문에, N을 플럭스에 함유시켜도 된다.
한편, 플럭스의 N 함유량을 저감함으로써, 블로의 발생을 저감할 수 있어 용접 결함의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 플럭스의 N 함유량은 0 내지 5.0000％로 하는 것이 바람직하다.
플럭스의 N 함유량의 하한은, 보다 바람직하게는, 0.0050％, 0.0070％, 0.0100％, 0.0150％, 0.0200％, 0.0300％, 0.0500％, 0.0700％, 0.1000％, 또는 0.1500％이다.
플럭스의 N 함유량의 상한은, 보다 바람직하게는, 4.5000％, 4.0000％, 또는 3.5000％이다.
(잔부: Fe 및 불순물)
플럭스의 화학 성분에 있어서의 기타 잔부 성분은, Fe와 불순물이다.
또한, 불순물이란, 플럭스를 공업적으로 제조할 때에, 원료에서 유래하고, 또는 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 플럭스에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
(Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)가 1.00％ 이상)
Mn 및 Ni는, 각각, 오스테나이트 안정화 원소이며, 용접 금속의 저온 인성을 향상시킨다. 한편, Ni는 고가의 금속이기 때문에, 용접봉의 비용을 억제하면서, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키기 위해서는, 플럭스에 있어서의 Mn 함유량 및 Ni 함유량이 각각 상기 범위를 충족하면서, Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)를 1.00％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
플럭스에 있어서의 Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)는, 바람직하게는 2.00％ 이상, 3.00％ 이상, 또는 5.00％ 이상이다.
또한, Mn은 흄의 발생량 증대의 원인이 되는 원소이다. 또한, Mn을 과잉으로 첨가하면 적층 결함 에너지가 저하되어 인성이 열화된다. 그 때문에, 용접봉의 비용을 억제하고, 용접 금속의 저온 인성을 향상시키면서, 흄의 발생량을 저감시킨다는 관점에서, 플럭스에 있어서의 Mn 함유량 및 Ni 함유량이 각각 상기 범위를 충족하면서, Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)는 50.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
플럭스에 있어서의 Mn 함유량 및 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)는, 보다 바람직하게는, 45.00％ 이하, 40.00％ 이하, 35.00％ 이하, 32.00％ 이하, 30.00％ 이하, 또는 25.00％ 이하이다.
본 개시에 따른 피복 아크 용접봉은, 심선 표면에 형성된 도금을 더 구비해도 된다.
본 개시에 따른 피복 아크 용접봉에 포함되는 수소량은 특별히 한정되지는 않지만, 용접 금속의 확산성 수소량을 저감하기 위해서는, 피복 아크 용접봉의 전체 질량에 대하여 12ppm 이하인 것이 바람직하다. 피복 아크 용접봉 중의 수소량은, 피복 아크 용접봉의 보관 사이에, 피복 아크 용접봉 내에 수분이 침입되기 때문에 증대될 우려가 있다. 따라서, 용접봉 제조에서 용접봉 사용까지의 기간이 긴 경우에는, 수분 등의 H의 공급원이 침입하는 것을 방지하기 위해서, 피복 아크 용접봉 전체를 진공 포장하거나, 건조시킨 상태에서 보유 지지할 수 있는 용기 내에서 피복 아크 용접봉을 보존하는 것이 바람직하다.
(용접봉 직경)
본 개시에 따른 피복 아크 용접봉의 직경은 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 Φ3.2 내지 Φ6.0㎜이다. 또한, 일반적인 피복 아크 용접봉의 직경은 Φ2.6 내지 Φ7.0㎜이다.
(두께)
본 개시에 따른 피복 아크 용접봉에 있어서의 플럭스의 평균 두께는, 특별히 한정되지는 않는다. 일반적인 피복 아크 용접봉에 있어서의 플럭스의 두께를 감안하여, 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉에 있어서의 플럭스의 평균 두께의 상한값을, 예를 들어 5.0㎜, 4.0㎜, 또는 3.0㎜로 해도 된다. 또한, 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉에 있어서의 플럭스의 평균 두께의 하한값을, 예를 들어 0.2㎜, 0.5㎜, 0.8㎜, 또는 1.0㎜로 해도 된다.
또한, 플럭스의 평균 두께는, 임의의 5군데에 대하여 피복 아크 용접봉의 외경을 측정하고, 그 외경으로부터 심선의 직경을 뺀 값의 1/2의 값을 산출하고, 그 산술 평균값을 평균 두께로 하였다.
식으로 나타내면, 플럭스 두께=((피복 아크 용접봉의 외경 직경)-(심선의 직경))/2가 된다.
<피복 아크 용접봉의 제조 방법>
다음으로, 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉의 제조 방법에 대하여 설명한다.
또한, 이하에 설명하는 제조 방법은 일례이며, 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉을 제조하는 방법은, 이하의 방법으로 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 따른 피복 아크 용접봉은, 예를 들어 심선을 준비하는 공정과, 심선에 플럭스를 도포하는 공정과, 심선 및 플럭스를 소성하는 공정을 거쳐서 제조할 수 있다.
심선을 준비하는 공정에서는, 예를 들어 상술된 화학 성분을 갖는 강을 용해하고, 그 후, 필요하면 단조 가공을 한다. 그 후, 압연 가공을 거쳐, 이 강을 막대 형상으로 가공한다. 이 막대 형상의 강을 신선함으로써, 심선이 얻어진다. 또한, 적절히 열처리를 행해도 된다.
이어서, 이 심선에 플럭스를 도포한 후, 심선 및 플럭스를 소성한다. 소성의 조건으로서는, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들어 소성 온도 150 내지 450℃ 정도이고, 소성 시간 0.1 내지 3시간 정도로 해도 된다. 또한, 플럭스에는, 고착제(예를 들어 규산 칼리 및 규산 소다의 수용액)를 첨가해도 된다.
<용접 조인트의 제조 방법>
다음으로, 본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법(용접 방법)에 대하여 설명한다.
본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법은, 상술된 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉을 사용하여, 강재를 용접하는 공정을 구비한다.
본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법으로 제조된 용접 조인트는, 고강도 및 고인성을 갖는다. 또한, 본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법으로 제조된 용접 조인트를 갖는 용접 구조물도, 용접 조인트에 있어서 고강도 및 고인성을 갖는다.
본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법에 있어서, 용접 방식은, 가스 실드 아크 용접이 적합하다.
본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법에 있어서, 용접 조인트의 모재가 되는 강재(피용접재)의 종류는 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 판 두께 20㎜이상인 6％ 내지 9％의 Ni를 포함하는 Ni계 저온용 강판을 적합하게 사용할 수 있다.
본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법에서는, 1 패스로부터 최종 패스의 어느 하나 이상에 있어서, 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉을 사용하여 강재를 용접하는 공정을 구비하는 것이 좋다. 용접이 1 패스만인 경우, 그 1 패스에 있어서 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉이 사용된다.
피복 아크 용접봉의 극성은, 스패터 발생량에 미치는 영향을 무시할 수 있을 정도로 작으므로, 교류 및 직류 중 어느 것이어도 되지만, 교류인 것이 바람직하다. 또한, 직류의 경우는 막대 플러스인 것이 바람직하다.
본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법에 있어서의 용접 자세는 특별히 한정되지는 않는다. 본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법은, 용접 자세가 하향 자세, 횡향 자세, 입향 자세 및 상향 자세 중 어느 것이어도, 양호한 용접 작업성 (특히 입향 용접성)을 발휘할 수 있다.
본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법에 의해 얻어지는 용접 조인트는, 모재가 되는 강재와, 용접 금속 및 용접 열 영향부로 구성되는 용접부를 구비한다. 본 개시에 따른 용접 조인트는, 본 개시에 따른 피복 아크 용접봉을 사용하여 제조되므로, 양호한 비드 형상을 갖는 용접 금속을 구비한다. 그 때문에, 본 개시에 따른 용접 조인트의 제조 방법으로 제조된 용접 조인트를 갖는 용접 구조물도, 양호한 비드 형상을 갖는 용접 금속을 구비한다. 얻어지는 용접 금속의 인장 강도는, 예를 들어 590 내지 1200MPa의 고강도로 하는 것이 바람직하다.
실시예
다음으로, 본 개시예 및 비교예에 의해, 본 개시의 실시 가능성 및 효과에 대하여 더욱 상세히 설명하지만, 하기 실시예는 본 개시를 한정하는 것이 아니라, 전·후술하는 취지에 입각하여 설계 변경하는 것은 모두 본 개시의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
(피복 아크 용접봉의 제조)
본 개시예 및 비교예의 피복 아크 용접봉은, 이하에 설명하는 방법에 의해 제조하였다.
우선, 표 1-A, 표 1-B에 나타낸 화학 성분을 갖는 심선에 대하여 표 2-A, 표 2-B, 표 2-C 및 표 2-D에 나타낸 화학 성분을 갖는 플럭스를 도포하고, 300 내지 500℃의 온도 범위 내에서 1 내지 3시간의 범위에서 소성함으로써, 피복 아크 용접봉을 시작(試作)하였다. 얻어진 피복 아크 용접봉의 최종 용접봉 직경은 Φ6.0㎜, 플럭스의 평균 두께는 1.0㎜였다. 이들 피복 아크 용접봉의 구성을 표 1-A, 표 1-B, 표 2-A, 표 2-B, 표 2-C 및 표 2-D에 나타낸다.
표 1-A, 표 1-B, 표 2-A, 표 2-B, 표 2-C 및 표 2-D에 나타낸 심선의 화학 성분의 함유량의 단위는, 심선 전체 질량에 대한 질량％이다. 또한, 플럭스의 화학 성분의 함유량, 산화물의 함유량, 불화물의 함유량, 금속 탄산염의 함유량 및 철분의 함유량 단위는, 플럭스의 전체 질량에 대한 질량％이다. 표 중에서 「심선 전체 질량에 대한 질량％」 및 「플럭스 전체 질량에 대한 질량％」는, 모두 「질량％」로 약기하고, 「플럭스의 화학 성분에 있어서의 금속 성분」은, 「플럭스의 화학 성분」으로 약기하였다.
또한, 표 2-C에 나타낸, 「TiO2」는 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계를, 「SiO2」는 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계를, 「ZrO2」는 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계를, 「Al2O3」은 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계를, 「MgO」는 Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계를, 「CaO」는 Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계를, 「Na2O」는 Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계를, 「K2O」는 K 산화물의 K2O 환산값의 합계를 나타낸다.
표 2-D에 나타낸 「합 X」는, Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와, Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계와, Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계와, Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계와, Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계와, Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계와, Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계와, K 산화물의 K2O 환산값의 합계와, CaF2 함유량과, CaCO3 함유량과, BaCO3 함유량과, MgCO3 함유량과, Li2CO3 함유량의 합을 나타낸다.
[표 1-A]
[표 1-B]
[표 2-A]
[표 2-B]
[표 2-C]
[표 2-D]
표 1-A, 표 1-B에 나타낸 심선의 잔부(즉, 표에 나타낸 각 성분 이외의 성분), 및 표 2-A, 표 2-B, 표 2-C 및 표 2-D에 나타낸 피복 아크 용접봉의 잔부(즉, 표에 나타낸 각 성분 이외의 성분)는, 철 및 불순물이다.
또한, 표 1-A, 표 1-B에 있어서는, 본 개시에서 규정되는 범위로부터 벗어난 수치에 밑줄을 그었다.
또한, 표 1-A, 표 1-B, 표 2-A, 표 2-B, 표 2-C 및 표 2-D에 있어서, 화학 성분이나 화합물 등의 함유량에 관한 표 중의 공란은, 그 화학 성분이나 화합물 등의 함유량이 유효 자릿수 미만임을 의미한다. 이들 화학 성분이나 화합물 등이 유효 자릿수 미만의 함유량으로 불가피하게 혼입되거나 생성되기도 한다.
[평가]
본 개시예 및 비교예의 피복 아크 용접봉을 사용하여, 입향 상진 용접으로, 가스 실드 아크 용접함으로써 평가를 행하였다. 구체적으로는, 이하에 설명하는 방법에 의해 평가되었다.
용접하는 강판으로서 판 두께가 50㎜인 9％ Ni 강(JIS G 3127:2013 SL9N590에 준한 강판)을 사용하였다. 또한, 평가 시에, 용접 전류는 모두 교류로 하였다.
또한, 평가할 때의 용접 조건은, 표 3에 기재된 조건으로 하였다.
[표 3]
(흄량의 평가)
본 개시예 및 비교예의 피복 아크 용접봉을 사용하여 가스 실드 아크 용접할 때의 흄량을 평가하였다.
용접에 의해 발생하는 흄량의 측정은, JIS Z3930:2013(아크 용접의 흄 발생량 측정 방법)에 준거한 하이 볼륨 에어 샘플러에 의한 전량 포집 방법에 의해 실시하였다. 흄량이 1000㎎/min 이하가 되는 피복 아크 용접봉을, 흄량에 관하여 「합격」으로 하고 흄량이 1000㎎/min 초과가 되는 경우를 「불합격」으로 하였다.
(저온 인성의 평가)
본 개시예 및 비교예의 피복 아크 용접봉을 사용하여, 강판을 가스 실드 아크 용접하고, 용착 금속의 판 두께 방향 중심으로부터 충격 시험편(노치 깊이 2㎜의 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 「우수」로 하고, 27J 이상 34J 미만인 경우를 「합격」으로 하고, 27J 미만인 경우를 「불합격」으로 하였다.
(종합 평가)
흄량의 평가 및 저온 인성의 평가가, 모두 「우수」 또는 「합격」인 경우를 「합격」으로 하고, 둘 중 하나가 「불합격」인 경우를 「불합격」으로 평가하였다.
[표 4]
본 개시예의 피복 아크 용접봉은, 흄량이 적고, 얻어지는 용접 금속 저온 인성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
한편, 비교예는, 본 개시에서 규정하는 요건 중 어느 것을 충족하지 않았기 때문에, 하나 이상의 평가 항목에서 불합격으로 되었다.
Claims (9)
- 강제의 심선과 상기 심선을 피복하는 플럭스를 구비하는 피복 아크 용접봉이며, 상기 심선의 전체 질량에 대한 질량％로, 상기 심선의 화학 성분이,
C: 0 내지 0.650％,
Si: 0.03 내지 0.50％,
Mn: 2.1 내지 30.0％,
P: 0 내지 0.050％,
S: 0 내지 0.050％,
Cu: 0 내지 5.0％,
Ni: 1.0 내지 30.0％,
Cr: 0 내지 10.0％,
Mo: 0 내지 10.0％,
Nb: 0 내지 1.00％,
V: 0 내지 1.00％,
Co: 0 내지 1.00％,
Pb: 0 내지 1.00％,
Sn: 0 내지 1.00％,
Al: 0 내지 0.10％,
Ti: 0 내지 0.10％,
B: 0 내지 0.1000％,
N: 0 내지 0.5000％,
O : 0 내지 0 내지 0.0050％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물이며,
또한 상기 Mn 함유량 및 상기 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)가 5.0％ 이상이며,
상기 Mn 함유량, 상기 Ni 함유량 및 상기 Cr 함유량의 합계(Mn+Ni+Cr)가 15.0％ 이상이며,
상기 심선에 있어서의 자기 유도법에 의해 구해지는 fcc 비율이 70％ 이상인, 피복 아크 용접봉. - 제1항에 있어서,
상기 Mn 함유량과 상기 Ni 함유량의 질량비(Ni/Mn)가 0.10 이상인, 피복 아크 용접봉. - 제2항에 있어서,
상기 질량비(Ni/Mn)가 1.00 이상인, 피복 아크 용접봉. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Ti의 함유량이 Ti: 0.003 내지 0.10％인, 피복 아크 용접봉. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플럭스의 전체 질량에 대한 질량％로, 상기 플럭스의 화학 성분이,
Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계: 0 내지 25.00％,
Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계: 0 내지 25.00％,
Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계: 0 내지 25.00％,
Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
K 산화물의 K2O 환산값의 합계: 0 내지 5.00％,
CaF2: 0 내지 30.00％,
CaCO3: 0 내지 60.00％,
BaCO3: 0 내지 15.00％,
MgCO3: 0 내지 15.00％, 및
Li2CO3: 0 내지 15.00％를 포함하고,
상기 플럭스의 전체 질량에 대한 질량％로, 상기 플럭스의 화학 성분에 있어서의 금속 성분이,
C: 0.020 내지 5.000％,
Si: 0 내지 5.00％,
Mn: 0 내지 30.00％,
P: 0 내지 0.050％,
S: 0 내지 0.050％,
Cu: 0 내지 20.0％,
Ni: 0 내지 20.0％,
Cr: 0 내지 20.0％,
Mo: 0 내지 10.0％,
Nb: 0 내지 5.00％,
V: 0 내지 5.0％,
Co: 0 내지 1.00％,
Pb: 0 내지 1.00％,
Sn: 0 내지 1.00％,
W: 0 내지 20.0％,
Mg: 0 내지 5.00％,
Al: 0 내지 5.0％,
Ca: 0 내지 5.00％,
Ti: 0 내지 5.000％,
B: 0 내지 5.0000％,
REM: 0 내지 5.00％,
Bi: 0 내지 5.000％,
N: 0 내지 5.0000％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물이며, 또한
상기 CaCO3, 상기 BaCO3, 상기 MgCO3 및 상기 Li2CO3의 함유량의 합계가 5.00％ 이상인, 피복 아크 용접봉. - 제5항에 있어서,
상기 플럭스에 있어서의 상기 Mn 함유량 및 상기 Ni 함유량의 합계(Mn+Ni)가 1.00％ 이상인, 피복 아크 용접봉. - 제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 Ti 산화물의 TiO2 환산값의 합계와, 상기 Si 산화물의 SiO2 환산값의 합계와, 상기 Zr 산화물의 ZrO2 환산값의 합계와, 상기 Al 산화물의 Al2O3 환산값의 합계와, 상기 Mg 산화물의 MgO 환산값의 합계와, 상기 Ca 산화물의 CaO 환산값의 합계와, 상기 Na 산화물의 Na2O 환산값의 합계와, 상기 K 산화물의 K2O 환산값의 합계와, 상기 CaF2 함유량과, 상기 CaCO3 함유량과, 상기 BaCO3 함유량과, 상기 MgCO3 함유량과, 상기 Li2CO3 함유량의 합 X가 94.98％ 이하인, 피복 아크 용접봉. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플럭스의 평균 두께가 5.0㎜ 이하인, 피복 아크 용접봉. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 피복 아크 용접봉을 사용하여, 강재를 용접하는 공정을 구비하는, 용접 조인트의 제조 방법.
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