KR101600174B1

KR101600174B1 - 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어

Info

Publication number: KR101600174B1
Application number: KR1020140035986A
Authority: KR
Inventors: 나오히데 후루카와; 게이토 이시자키
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2014-03-27
Publication date: 2016-03-04
Also published as: JP2014193472A; CN104070298B; KR20140118901A; JP6029513B2; CN104070298A

Abstract

[과제] 스패터 발생량을 저감하고, 아크의 안정성, 및 용접 금속의 기계적 성질을 손상시키지 않고서, 용접 비드 늘어짐을 억제하며, 또한 슬래그 혼입과 같은 용접 결함을 억제할 수 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어를 제공한다.
[해결수단] 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어에 있어서, 와이어 전체 질량당, TiO₂, Ti, C, Mn, Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계, Si 화합물 및 Si 산화물의 Si 환산치와 금속 Si의 합계, B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계, 0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])(단, [Zr]은 Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계), [B]/[Mn](단, [B]는 B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계)를 규정한 것을 특징으로 한다.

Description

가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어{FLUX CORED WIRE FOR GAS SHIELDED ARC WELDING}

본 발명은, 주로 조선이나 교량 등의 강 구조물의 용접에 사용되는 플럭스 내장 와이어, 특히 횡향(橫向) 용접에 적합한 고능률인 플럭스 내장 와이어에 관한 것이다.

종래부터, 용접 작업을 고능률로 행하기 위해서, 플럭스 내장 와이어를 이용한 가스 실드 아크 용접이 다양한 분야에서 행해지고 있다. 예컨대, 필릿 용접을 능률 좋게 실시할 수 있는 플럭스 내장 와이어 중, 특히 프라이머 도포 강판의 고속 용접 시에 양호한 용접 작업성을 얻을 수 있음과 더불어, 우수한 내기공성(耐氣孔性)을 얻을 수 있는 가스 실드 용접용 플럭스 내장 와이어가 개시되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).

조선이나 교량과 같은 분야에서는 제조 기간 동안의 발청을 방지할 목적으로, 용접 모재로 하는 강재의 표면에 일차 방청 도료가 도포되어 있는 경우가 많다. 특허문헌 1은 이 일차 방청제 도포 강판을 이용하여 용접할 때에, 도료를 박리하지 않고서, 필릿 용접에 있어서 고능률이면서 양호한 내기공성을 갖는 플럭스 내장 와이어를 제공하는 것이다.

일본 특허공개 2000-42787호 공보

현재 상황에서, 횡향 용접용 와이어로서는 티타니아계 전자세용(全姿勢用) 플럭스 내장 와이어(이하, 적절히 전자세용 FCW라 함)가 널리 적용되고 있다. 전자세용 FCW를 이용하여 횡향 용접을 행하는 경우, (1) 작업 능률 향상을 목적으로 용접 전류를 증가시키고, 용접 속도를 저하시키면, 용접 비드 늘어짐(sagging)이 일어나 비드 외관 및 형상을 손상시키거나, (2) 슬래그량이 많기 때문에 좁은 개선(開先) 내에서의 슬래그 박리성이 매우 나빠, 완전히 박리되지 않은 슬래그가 용접 금속 중에 혼입되어, 용접 결함을 유발한다는 과제가 있었다.

여기서, 특허문헌 1의 플럭스 내장 와이어에서 규정하는 성분계의 슬래그가 티타니아계의 슬래그보다도 융점이 높기 때문에, 횡향 용접에 있어서의 과제(비드 늘어짐, 슬래그 박리 곤란 등)를 해결할 수 있는 것이라고도 생각된다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 성분계만으로는, 횡향 용접에 있어서는, 슬래그 혼입(slag inclusion)에 기인하는 융합 불량이나, 용접 금속의 기계 성능의 개선에 여지가 있었다.

또한, 종래의 플럭스 내장 와이어에 있어서는, 고융점을 나타내는 슬래그 형성제를 적극 첨가한 경우에, 용적 이행(移行)이 흐트러져 스패터 발생량이 증가하는 경향과 용접 금속의 기계적 성질이 열화되는 경향이 보인다.

그 때문에, 플럭스 내장 와이어에 요구되는, 스패터 발생량의 저감이나 아크의 안정성 등의 용접 작업성을 손상시키지 않고, 또한, 용접 금속의 기계적 성질을 손상시키지 않고서, 용접 비드 늘어짐을 억제하며, 또한 슬래그 혼입과 같은 용접 결함을 억제할 수 있는 플럭스 내장 와이어의 개발이 요망되고 있다.

본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 스패터 발생량을 저감하고, 아크의 안정성, 및 용접 금속의 기계적 성질을 손상시키지 않고서, 용접 비드 늘어짐을 억제하며, 또한 슬래그 혼입과 같은 용접 결함을 억제할 수 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 예의 검토한 결과, 이하의 사항을 발견했다.

플럭스 내장 와이어에 있어서는, 슬래그의 성분계를 TiO₂계가 아니라 ZrO₂계로 함으로써 슬래그의 융점이 높아진다. 플럭스 내장 와이어는, 슬래그의 융점을 높이는 것에 의해, 용접 입열을 과대하게 한 경우에도 용융 금속이 굳어지는 과정에서 일어나는 용접 비드 늘어짐을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 박리성을 향상시킬 수 있다. 더욱이 슬래그량을 증가시켜 용접 비드 늘어짐을 억제하고 있었던 종래 와이어와 비교하여, 슬래그량을 저감하는 것이 가능해져, 슬래그 혼입과 같은 용접 결함을 매우 적게 할 수 있다.

그러나, 고융점 타입의 슬래그의 성분계는, 아크의 안정성이 나빠 스패터 발생량의 증가 및 기계적 성질의 열화를 초래하고 있었다. 티타니아계 플럭스 내장 와이어는 아크의 안정성이 우수하고 스패터 발생량이 적어 양호한 용접 작업성이 얻어진다. 그것은 슬래그의 주성분이 되는 TiO₂가 아크를 안정화시키는 기능이 있기 때문이다.

본 발명의 골자인 고융점 타입의 슬래그의 성분계에 아크를 안정시킬 목적으로 TiO₂만을 첨가하면, 슬래그의 주성분이 되는 ZrO₂와의 융점 차이 때문에 용접 후의 슬래그 포피(包被)가 불균일해져, 특히 횡향 용접에 있어서는 슬래그 혼입을 유발하여, 과제를 해결하는 데에는 이르지 않았다.

그래서, 본 발명에서 규정하는 성분 중, TiO₂와, Ti 및 ZrO₂의 균형을 조정함으로써 쌍방의 장점을 살린 플럭스 내장 와이어를 개발할 수 있었다.

본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어(이하, 적절히 플럭스 내장 와이어 또는 간단히 와이어라 함)는, 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어에 있어서,

와이어 전체 질량당,

TiO₂: 0.2∼0.9질량%,

Ti: 0.005∼0.040질량%,

C: 0.01∼0.05질량%,

Mn: 1.5∼4.0질량%,

Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계: 0.5∼2.0질량%,

Si 화합물 및 Si 산화물의 Si 환산치와 금속 Si의 합계: 0.5∼2.0질량%,

B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계: 0.002∼0.010질량%,

0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr]): 0.005∼0.040(단, [Zr]은 Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계),

[B]/[Mn]: 0.001∼0.005(단, [B]는 B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계)

인 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 플럭스 내장 와이어는, 슬래그의 성분계를 티타니아계의 슬래그보다도 고융점의 슬래그가 되는 ZrO₂계로 함으로써, 고전류 시(또는 저용접 속도 시)에 있어서의 용접 비드 늘어짐이 억제되고, 또한 슬래그 혼입과 같은 용접 결함이 끝없이 제로에 가까워진다. 또한, 플럭스 내장 와이어는, 소정의 성분을 소정량 함유함으로써, 아크의 안정, 퓸이나 스패터 발생의 억제, 기계적 성질의 향상, 비드 표면의 광택이 얻어지는 등의 작용을 발휘한다.

본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어는, 추가로, 와이어 전체 질량당, F 화합물의 F 환산치와 Na 화합물 및 Na 산화물의 Na 환산치와 K 화합물 및 K 산화물의 K 환산치의 합계가 0.70질량% 이하인 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 플럭스 내장 와이어는, F, Na, K를 소정량 함유함으로써, 스패터 발생량을 증가시키지 않고서, 아크가 더욱 안정된다.

본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어는, 추가로, 와이어 전체 질량당, Nb 및 V 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 합계가 0.040질량% 이하인 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 용접 이음[繼手]의 용접 금속에 있어서 기계 성능이 열화되는 일이 없다.

본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어는, 상기 Mn이 2.0∼3.0질량%인 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 플럭스 내장 와이어는, Mn에 의한 탈산제로서의 작용이 보다 향상된다.

본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어는, 플럭스의 충전율이 10∼30질량%인 것이 바람직하다.

이러한 구성에 의하면, 플럭스 내장 와이어는, 플럭스의 작용이 보다 발휘되기 쉬워진다.

본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어는, 횡향 용접에 이용하는 것이 바람직하다.

플럭스 내장 와이어는, 횡향 용접에 있어서, 스패터 발생량의 저감, 아크의 안정성, 및 용접 금속의 기계적 성질을 손상시키지 않고서, 용접 비드 늘어짐을 억제하고, 또한 슬래그 혼입과 같은 용접 결함을 억제할 수 있다.

본 발명의 플럭스 내장 와이어는, 특히 횡향 용접용으로서 적합한 것이지만, 횡향 용접에 한정되지 않고, 수평 필릿 용접이나, 하향 용접 등에 이용할 수도 있다.

본 발명에 따른 플럭스 내장 와이어에 의하면, 용접 비드 늘어짐을 억제하고, 또한 슬래그 혼입과 같은 용접 결함을 억제할 수 있다. 또한, 스패터 발생량을 저감할 수 있고, 또한 아크의 안정성을 손상시키는 일이 없다. 게다가, 용접 금속의 기계적 성질을 손상시키는 일이 없고, 또한 용접 금속의 내균열성이 향상된다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.

≪플럭스 내장 와이어≫

본 발명의 플럭스 내장 와이어는, 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지는 것이다. 그리고, 와이어 전체 질량당, TiO₂, Ti, C, Mn, 「Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계」, 「Si 화합물 및 Si 산화물의 Si 환산치와 금속 Si의 합계」, 「B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계」, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」(단, [Zr]은 Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계), 「[B]/[Mn]」(단, [B]는 B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계)를 규정한 것이다.

플럭스 내장 와이어는, 추가로, 와이어 전체 질량당, F 화합물의 F 환산치와 Na 화합물 및 Na 산화물의 Na 환산치와 K 화합물 및 K 산화물의 K 환산치의 합계를 소정량 함유해도 좋다.

또한, 플럭스 내장 와이어는, 추가로, 와이어 전체 질량당, Nb 및 V 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 합계를 소정량 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

여기서, Ti, Mn, B, Nb, V는 금속으로서의 것이다. 즉, 예컨대 Ti이면 금속 Ti이며, 「금속 Ti」란, 「순금속 Ti」 및 「합금 Ti」 중 1종 이상을 의미한다. 다른 원소도 마찬가지이다. 즉, 금속으로서의 것이란, 산화물, 화합물이 아니라는 것을 의미한다.

또한, 「산화물」이란, 「단일 산화물」 및 「복합 산화물」 중 1종 이상을 의미한다. 「단일 산화물」이란, 예컨대, Zr이면 Zr 단독의 산화물(ZrO₂)을 말하고, 「복합 산화물」이란, 이들 단일 산화물이 복수 종류 집합한 것으로, 예컨대, Zr, Si, B와 같은 복수의 금속 성분을 포함하는 산화물과의 쌍방을 말한다. 한편,「화합물」에 대해서도 마찬가지이다.

또한, 「Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치」란, 「Zr 화합물」 및 「Zr 산화물」의 합계를 「금속 Zr」로 환산한 값이다. 다른 원소에 대해서도 마찬가지이다.

또, [Ti], [TiO₂], [Mn]은, 각각 용접 금속 중의 Ti, TiO₂, B, Mn의 함유량(질량%)을 나타낸다. 또한, [Zr]은 「Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계」를 나타내고, [B]는 「B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계」를 나타낸다.

이하, 와이어의 성분 한정 이유에 대하여 설명한다.

<TiO₂: 0.2∼0.9질량%>

TiO₂는 아크를 안정시킴과 더불어, 퓸 및 스패터의 발생을 저감할 수 있다. TiO₂량이 0.2질량% 미만이면, 아크 안정화의 효과가 얻어지지 않고, 퓸 발생량 및 스패터 발생량이 증가한다. 한편, 0.9질량%를 초과하면, 슬래그의 응고 온도가 낮아져 슬래그 포피에 불균일이 생겨, 박리성의 열화, 슬래그 혼입과 같은 용접 결함이 일어나기 쉬워진다. 따라서, TiO₂량은 0.2∼0.9질량%로 한다. TiO₂량은, 슬래그 포피를 보다 균일하게 하는 관점에서, 0.7질량% 이하인 것이 바람직하다.

<Ti: 0.005∼0.040질량%>

Ti는 아크를 안정되게 하는 기능이 있고, 그 대부분이 용접 금속 중에 머무르기 때문에, 슬래그 포피를 불균일하게 하지 않고, 용적 이행을 원활하게 한다. Ti량이 0.005질량% 미만이면, 아크 안정의 효과가 명확하지 않다. 한편, 0.040질량%를 초과하면, 일부의 산화된 Ti가 TiO₂로서 슬래그로 이행하여, 슬래그 포피가 불균일해진다. 따라서, Ti량은 0.005∼0.040질량%로 한다. Ti량은, 슬래그 포피를 보다 균일하게 하는 관점에서, 0.015질량% 이하인 것이 바람직하다.

<C: 0.01∼0.05질량%>

C는, 산화되어 CO, CO₂ 가스를 발생시킴으로써 용적의 폭발을 수반한다. C량을 0.05질량% 이하로 함으로써 스패터의 비산이나 퓸 발생량을 억제하는 목적이 있다. 또한 C는 양호한 기계 성능을 얻기 위해서 필요한 원소이며 하한을 0.01질량%로 한다. 따라서, C량은 0.01∼0.05질량%로 한다.

<Mn: 1.5∼4.0질량%>

Mn은 탈산제로서 용접 금속 중의 산소를 슬래그로서 제거하여 기계적 성질을 향상시키는 기능이 있다. Mn량이 1.5질량% 미만이면 그 기능이 작다. 한편, 4.0질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 고강도화되어 인성을 저하시킨다. 따라서, Mn량은 1.5∼4.0질량%로 한다. Mn량은, 기계적 성질을 보다 향상시키는 관점에서, 2.0질량% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 인성을 향상시키는 관점에서, 3.0질량% 이하인 것이 바람직하다.

ZrO₂는 고융점 슬래그의 주성분이 되기 때문에 첨가가 필수적이다. 용접 비드 늘어짐을 억제할 정도의 효과를 얻기 위해서는, 와이어에 첨가하는 Zr량, 즉, Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계(Zr 합계량)를 0.5질량% 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, 용접 금속 중의 Zr은 기계적 성질을 열화시키기 때문에, 상한치를 2.0질량%로 한다. 또한, Zr은, 금속 또는 합금의 형태로 첨가되면, 탈산 작용에 의해 용접 금속 중의 산소와 반응하여 ZrO₂를 형성하여, ZrO₂와 마찬가지의 효과를 발휘한다. Zr 산화물, Zr 화합물에 대해서도 ZrO₂와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 따라서, Zr 합계량은 0.5∼2.0질량%로 한다. Zr 합계량은, 용접 비드 늘어짐을 보다 억제하는 관점에서, 1.0질량% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 기계적 성질을 향상시키는 관점에서, 1.5질량% 이하인 것이 바람직하다.

SiO₂는, ZrO₂와 마찬가지로 본 발명에 있어서의 플럭스의 주성분이며, 슬래그형성제로서 작용하기 때문에 첨가가 필수적이다. SiO₂는 광택 있는 비드 외관을 얻는 데 유효한 성분이다. Si량, 즉, Si 화합물 및 Si 산화물의 Si 환산치와 금속 Si의 합계(Si 합계량)가 0.5질량% 미만이면 비드 표면의 광택이 얻어지지 않는다. 한편, 2.0질량%를 초과하면 슬래그 포피에 불균일이 생긴다. 또한, Si는, 금속 또는 합금의 형태로 첨가되면, 탈산 작용에 의해 용접 금속 중의 산소와 반응하여 SiO₂를 형성하여, SiO₂와 마찬가지의 효과를 발휘한다. Si산화물, Si 화합물에 대해서도 SiO₂와 마찬가지의 효과를 발휘한다. 따라서, Si 합계량은 0.5∼2.0질량%로 한다. Si 합계량은, 비드 표면의 광택을 얻는 효과를 보다 발휘시키는 관점에서, 0.7질량% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 슬래그 포피를 보다 균일하게 하는 관점에서, 1.0질량% 이하인 것이 바람직하다.

B는 용접 금속의 응고 과정에서 핵이 되어 조직을 미세화하는 기능이 있다. B량, 즉, B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계(B 합계량)가 0.002질량% 미만이면, 기계적 성질의 향상이 얻어지지 않는다. 한편, 0.010질량%를 초과하면, 내고온균열성의 열화 등 기계적 성질 이외의 여러 성능이 열화되는 경향이 있다. 따라서, B 합계량은 0.002∼0.010질량%로 한다. B 합계량은, 기계적 성질 이외의 여러 성능을 향상시키는 관점에서, 0.008질량% 이하인 것이 바람직하다. 한편, B는 산화물 형태 및 화합물 형태여도 마찬가지의 효과를 발휘한다.

<「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])(단, [Zr]은 Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계)」: 0.005∼0.040>

TiO₂와 ZrO₂는 융점의 차가 커서, 용접 후의 비드 늘어짐, 슬래그 박리성을 크게 좌우한다. Ti는 아크 안정화를 위해 첨가는 필수적이지만, 과잉 첨가는 Ti가 산화되어 ZrO₂와의 균형을 해쳐, 슬래그 포피가 불균일해진다. 한편, Zr 산화물, Zr 화합물에 대해서도 ZrO₂와 마찬가지이다. 따라서, [TiO₂], [Zr] 및 [Ti]의 함유량의 관계를 상기와 같이 규정했다. 상기의 관계의 값이 0.005 미만이면, 아크의 안정성이 얻어지지 않을 뿐만 아니라, 용접 비드가 늘어지는 기미로 된다. 한편, 0.040을 초과하면, 슬래그 포피가 불균일해져, 슬래그 혼입과 같은 융합 불량을 일으키기 쉬워질 뿐만 아니라, 슬래그가 일찍 굳어지는 것에 의해 용접 비드 표면에 요철이 생긴다. 따라서, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」은 0.005∼0.040으로 한다. 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」은, 아크의 안정성을 보다 향상시키는 관점에서, 또한 용접 비드 형상을 보다 양호하게 하는 관점에서, 0.008 이상인 것이 바람직하다. 또한, 슬래그 포피를 보다 균일하게 하는 관점에서, 또한 용접 비드 형상을 보다 양호하게 하는 관점에서, 0.020 이하인 것이 바람직하다.

<「[B]/[Mn](단, [B]는 B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계)」: 0.001∼0.005>

횡향 이음의 용접 입열량(0.9∼1.5kJ/mm)으로 양호한 기계 성능을 얻기 위해서는, 용접 금속 중의 B량과 탈산제가 되는 Mn량의 관계가 중요하다. 「[B]/[Mn]」, 즉, B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계(B 합계량)와, Mn과의 관계의 값이 0.001 미만이면 B의 핵 생성에 의한 조직의 미세화가 충분하지 않다. 한편, 0.005를 초과하면 Mn에 의한 탈산 효과가 얻어지지 않는다. 따라서, 「[B]/[Mn]」은 0.001∼0.005로 한다. 「[B]/[Mn]」은, 탈산 효과를 보다 발휘시키는 관점에서, 0.003 이하인 것이 바람직하다.

F, Na, K는 아크 안정제로서 첨가되는 성분이다. 이들의 합계량이 0.70질량%를 초과하면 스패터 발생량이 증가하는 경향이 있다. 따라서, 이들을 함유하는 경우에는, F, Na, K의 합계량은 0.70질량% 이하로 한다. F, Na, K의 합계량은, 스패터 발생량을 보다 저감시키는 관점에서, 0.20질량% 이하인 것이 바람직하다. 한편, 하한치에 대해서는 특별히 규정되는 것은 아니고, 0질량%여도 좋지만, 첨가하는 경우는 그 효과를 얻기 위해, 0.10질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Nb 및 V는 용접 금속 중에서 NbC, VC를 형성하여 용접 금속의 기계 성능을 열화시킨다. 그 때문에, 용접 이음의 용접 금속에 있어서 양호한 기계 성능을 얻기 위해서는 상한을 설정할 필요가 있다. Nb 및 V 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 합계(Nb와 V의 합계량)가 0.040질량%를 초과하면 용접 금속의 기계 성능이 열화된다. 따라서, 이들을 함유하는 경우에는, Nb와 V의 합계량은 0.040질량% 이하로 한다. 한편, Nb, V는 불가피하게 혼입되기 때문에 특별히 하한치는 설정하지 않는다. Nb와 V의 합계량은, 기계 성능을 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 0.004질량% 이하이다.

<플럭스의 충전율: 10∼30질량%>

플럭스 충전율(와이어 전체 질량에 대한 플럭스의 질량)은 특별히 규정되는 것은 아니지만, 플럭스 내장 와이어의 생산 시의 안정성의 관점에서 10∼30질량%인 것이 바람직하다.

<잔부: Fe 및 불가피적 불순물>

플럭스 내장 와이어 전체로서의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. Fe량은 80∼95질량%로 할 수 있다.

<Fe: 80∼95질량%>

Fe는 용착 금속량을 증가시키는 효과를 가져, 용접 시공 효율을 상승시킨다. 또한, 다른 플럭스 원료와 혼합되어, 플럭스의 유동성을 양호하게 하고, 플럭스 충전율의 변동을 억제한다. Fe가 80질량% 미만이면 상기의 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 상한에 대해서는 전술한 여러 가지 플럭스 성분을 첨가할 수 있는 양이면 되고, 예컨대 95질량%로 할 수 있다. 따라서 Fe량은 80∼95질량%로 할 수 있다. 한편, Fe원으로서는, 강제 외피 이외에 플럭스에서는 철분 및 Fe계 합금 등이 있다.

그리고, 상기한 와이어 성분 외에, 와이어 성분으로서 플럭스 중에, Ca, Li 등을 탈산 등의 미(微)조정제로서, 또한 Cu, Co, N을 용접 금속의 추가적인 경화제로서, 소량 함유시킬 수도 있다. 이들 원소는, 본 발명의 목적에는 영향을 미치지 않는다. 또한, 플럭스 중에는 상기 원소 이외의 알칼리 금속 화합물을 미량으로 포함한다.

또한, 불가피적 불순물로서, 상기한 Nb, V 외에, 예컨대, Ni, Mo, Cr 등을 각각 Ni: 0.1질량% 미만, Mo: 0.01질량% 미만, Cr: 0.30질량% 미만을 함유해도 좋다. 단, 이들 성분, 수치에 한정되는 것은 아니다.

<기타>

플럭스 내장 와이어의 제조방법으로서는, 띠강의 길이 방향으로 플럭스를 살포하고 나서 감싸 들어가도록 원형 단면으로 성형하여 신선하는 방법이나, 태경(太徑)의 강관에 플럭스를 충전하여 신선하는 방법이 있다. 그러나 어느 쪽의 방법이어도 본 발명에는 영향을 주지 않기 때문에, 어느 쪽의 방법으로 제조해도 좋다. 또한 심(seam)이 있는 것과 없는 것이 있지만, 이것도 어떤 것이라도 좋다. 외피의 성분에 대해서는 하등 규정할 필요는 없지만, 비용면과 신선성의 면에서 연강 또는 저합금강의 재질을 이용하는 것이 일반적이다. 또한, 표면에 구리 도금을 실시하는 경우도 있지만, 도금의 유무는 상관없다.

실시예

이하, 본 발명의 효과를 설명하기 위해서, 본 발명의 범위에 드는 실시예와, 본 발명의 범위로부터 벗어나는 비교예를 비교하여 설명한다.

표 1, 2에 나타내는 와이어 성분을 갖는 플럭스 내장 와이어를 이용하여, 표 3에 나타내는 조건에서 용접을 실시했다. 또한, 후프 성분(외피 성분)의 일례를 표 4에 나타내고 표 1, 2의 와이어 성분에 있어서, 본 발명의 범위를 만족시키지 않는 것에 대해서는 수치에 밑줄을 그어 나타낸다.

한편, 플럭스 내장 와이어에 함유되는 각 성분의 양은, C는 연소-적외선 흡수법으로, Ti, Si, Zr, Mn, B, Nb, V는 ICP 발광 분광 분석 방법으로, Na 및 K는 원자 흡광 분석 방법으로, F는 중화 적정법으로 각각 측정했다.

그리고, 이하의 평가를 행했다.

<융합 불량(슬래그 혼입)>

융합 불량에 대해서는, X선 투과 시험(JISZ3104에 준거)에 의해 용접 금속 내부의 융합 불량(슬래그 혼입)을 조사하는 것에 의해 평가했다.

융합 불량 발생수(개/500mmL(길이))가 0개인 것을 합격, 1개 이상인 것을 불합격으로 했다.

<비드 외관>

비드 외관에 대해서는, 관능으로 평가했다.

비드 늘어짐이 없고, 비드의 겹침 눈이 양호한 것을 「○」, 용접 후의 비드 형상이 늘어지는 기미인 것을 「△」, 비드 늘어짐이 현저하여 횡향 용접을 행할 수 없는 것을 「×」로 했다.

<용접 작업성(아크 안정성 및 스패터 발생량)>

용접 작업성에 대해서는, 용접 시에 관능(官能)으로 평가했다.

용적 이행이 원활하고 스패터 발생량이 적은 것을 「○」, 아크가 약간 불안정하고 스패터 발생량도 많은 것을 「△」, 아크가 불안정하고 스패터 발생량이 많은(상품으로서 실용성이 없는) 것을 「×」로 했다.

<기계적 성질>

기계적 성질에 대해서는, JIS Z 3111에 준거하여 용착 금속으로부터 시험편을 제작하고, 인장 시험, 충격 시험을 실시하는 것에 의해 평가했다. 구체적으로는, 인장 강도, 0℃ 흡수 에너지(인성)를 측정했다.

인장 시험편은 타입 IA0호, 충격 시험편은 V 노치 시험편이다.

판정 기준은, 인장 강도 540MPa 이상 640MPa 이하 및 충격치 80J 이상으로 특별히 양호한 것을 「◎」, 인장 강도 540MPa 이상 640MPa 이하 및 충격치 47J 이상인 것을 「○」, 인장 강도 540MPa 이상 640MPa 이하 또는 충격치 47J 이상인 것을 「△」, 상기 범위(「△)」의 범위)를 함께 만족시키지 않는 것을 「×」로 했다.

<내균열성>

내균열성에 대해서는, 유압식 C형 고속 지그에 의한 버트(butt) 용접 균열 시험을 실시(JIS 3155에 준거)하는 것에 의해 평가했다. 구체적으로는, 이하의 용접 조건에서 용접했을 때에 있어서의 균열 발생률로 평가했다.

(용접 조건)

[공시 강판] JIS G3106 SM400B, 25mm^t(두께)×(150+150)mm^w(폭)×500mm^L(길이)

[개선 형상] 40° V 개선, 루트 갭 4mm

[이당재(裏當材)] 세라믹 타입

[용접 방법] 반자동 용접

[용접 자세] 하향

[전류-전압] 240A-28V

균열 발생률 = 균열 합계 길이/(용접 길이-크레이터 길이)×100

균열 발생률이 10% 이하인 것을 합격, 10%를 초과하는 것을 불합격으로 했다.

(종합 평가)

융합 불량 발생수가 0이고, 비드 외관, 용접 작업성이 「○」, 균열 발생률이 10% 이하인 것으로, 특히 기계적 성질이 우수한 것을 「◎」로 했다.

융합 불량 발생수가 0이고, 비드 외관, 용접 작업성이 「○」, 균열 발생률이 10% 이하인 것을 「○」로 했다.

상기 이외 중 균열 발생률이 10% 이하인 것을 「△」로 하고, 10% 이상인 것을 「×」로 했다.

이들의 결과를 표 5에 나타낸다.

표 5에 나타낸 바와 같이, No. 6∼22는, 본 발명의 범위를 만족시키기 때문에, 각 평가에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 한편, No. 20 및 No. 21에 대해서는 「F+Na+K」을 첨가하고 있지 않아, 그 밖의 실시예와 비교하여 용접 작업성이 약간 뒤떨어지지만, 문제 없는 성능이 얻어졌다.

한편, No. 1∼5, 23∼31은, 본 발명의 범위를 만족시키지 않기 때문에, 양호한 결과가 얻어지지 않았다.

No. 1은, TiO₂, Mn, B 합계치가 상한치를 초과하고, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Si 합계치가 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질, 내균열성이 뒤떨어졌다.

No. 2는, TiO₂, Mn, B 합계치가 상한치를 초과하고, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Zr 합계치, Si 합계치가 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질, 내균열성이 뒤떨어졌다.

No. 3은, TiO₂, Mn이 상한치를 초과하고, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Si 합계치, B 합계치, 「[B]/[Mn]」이 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질이 뒤떨어졌다.

No. 4는, TiO₂, Ti, Zr 합계치, B 합계치, 「[B]/[Mn]」,「F, Na, K의 합계치」가 상한치를 초과하고, C, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Mn, Si 합계치가 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질, 내균열성이 뒤떨어졌다.

No. 5는, TiO₂, Zr 합계치, B 합계치, 「[B]/[Mn]」,「F, Na, K의 합계치」가 상한치를 초과하고, C, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Mn, Si 합계치가 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질, 내균열성이 뒤떨어졌다.

No. 23은, TiO₂, Ti, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Si 합계치, 「[B]/[Mn]」이 상한치를 초과하고, C, Mn이 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 기계적 성질이 뒤떨어졌다.

No. 24는, TiO₂, Ti, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Si 합계치, 「F, Na, K의 합계치」가 상한치를 초과하고, Mn이 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질이 뒤떨어졌다.

No. 25는, TiO₂, Ti, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Si 합계치, 「F, Na, K의 합계치」가 상한치를 초과하고, Mn, B 합계치가 하한 미만이기 때문에, 「융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질이 뒤떨어졌다.

No. 26은, TiO₂, Ti, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Si 합계치가 상한치를 초과하고, Mn, B 합계치가 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 기계적 성질이 뒤떨어졌다.

No. 27은, Ti, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Zr 합계치, Si 합계치가 상한치를 초과하고, TiO₂, Mn이 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질이 뒤떨어졌다.

No. 28은, Ti, C, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Zr 합계치, Si 합계치, B 합계치, 「[B]/[Mn]」이 상한치를 초과하고, TiO₂, Mn이 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질, 내균열성이 뒤떨어졌다.

No. 29는, Ti, C, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」,「Nb, V의 합계치」, Zr 합계치, Si 합계치, B 합계치, 「[B]/[Mn]」이 상한치를 초과하고, TiO₂, Mn이 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질, 내균열성이 뒤떨어졌다.

No. 30은, Ti, C, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」,「Nb, V의 합계치」, Zr 합계치, Si 합계치, B 합계치, 「[B]/[Mn]」이 상한치를 초과하고, TiO₂, Mn이 하한 미만이기 때문에, 융합 불량이 되고, 또한 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질, 내균열성이 뒤떨어졌다.

No. 31은, Ti, 「0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr])」, Mn, B 합계치, 「[B]/[Mn]」가 하한 미만이기 때문에, 비드 외관, 용접 작업성, 기계적 성질이 뒤떨어졌다.

한편, No. 31의 샘플은, 특허문헌 1에 기재된 종래의 플럭스 내장 와이어를 상정한 것이다. 본 실시예에서 나타낸 바와 같이, 이 종래의 플럭스 내장 와이어는, 상기 평가에 있어서 일정한 수준을 만족시키지 않는 것이다. 따라서, 본 실시예에 의해, 본 발명에 따른 용접 금속이 종래의 플럭스 내장 와이어와 비교하여 우수하다는 것이 객관적으로 분명해졌다.

이상, 본 발명에 대하여 실시형태 및 실시예를 나타내어 상세히 설명했지만, 본 발명의 취지는 상기한 내용에 한정되지 않으며, 그 권리 범위는 특허청구범위의 기재에 근거하여 넓게 해석되어야 한다. 한편, 본 발명의 내용은, 상기한 기재에 근거하여 넓게 개변·변경하는 것이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

Claims

강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어에 있어서,
와이어 전체 질량당,
TiO₂: 0.2∼0.9질량%,
Ti: 0.005∼0.040질량%,
C: 0.01∼0.05질량%,
Mn: 1.5∼4.0질량%,
Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계: 0.5∼2.0질량%,
Si 화합물 및 Si 산화물의 Si 환산치와 금속 Si의 합계: 0.5∼2.0질량%,
B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계: 0.002∼0.010질량%,
0.74·[Ti]/([TiO₂]·[Zr]): 0.005∼0.040(단, [Zr]은 Zr 화합물 및 Zr 산화물의 Zr 환산치와 금속 Zr의 합계),
[B]/[Mn]: 0.001∼0.005(단, [B]는 B 화합물 및 B 산화물의 B 환산치와 금속 B의 합계),
잔부: Fe 및 불가피적 불순물
인 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어.
제 1 항에 있어서,
추가로, 이하의 (a)∼(c)군 중 적어도 1군을 갖는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어:
(a) 와이어 전체 질량당, F 화합물의 F 환산치와 Na 화합물 및 Na 산화물의 Na 환산치와 K 화합물 및 K 산화물의 K 환산치의 합계가 0.70질량% 이하,
(b) 와이어 전체 질량당, Nb 및 V 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 합계가 0.040질량% 이하,
(c) 상기 Mn이 2.0∼3.0질량%.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
플럭스의 충전율이 10∼30질량%인 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
횡향(橫向) 용접에 이용하는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 내장 와이어.