KR102011608B1 - 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

강제 외피 내에 플럭스가 충전된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어로서, 와이어 전체 질량당, BaF2, C, Si, Mn, Al, Mg, Ni, Zr, Fe, Li를 소정량 함유하고, BaF2의 함유량/(Al의 함유량+Zr의 함유량)의 값이 2.1 이상 20.0 이하이다.

Description

가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어
본 발명은 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 입향 자세를 비롯한 전자세 용접에 적합하게 이용할 수 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
해양 구조물 분야나 라인 파이프 분야에 있어서는, 에너지 자원 개발을 진행시키는 해역의 대수심화, 북극해 등의 극한 해역으로의 자원 탐사·채굴역의 확대 및 설비의 대형화가 진행되고 있다. 이와 같은 기술 동향을 배경으로 하여, 해양 구조물이나 라인 파이프의 설계에서는, 고강도화 및 고인성화가 진행되어, 용접 이음에 대한 요구 성능도 보다 엄격한 것이 되고 있다.
한편, 용접 재료에 대해서는, 고능률화의 관점에서, 전자세 용접용의 플럭스 코어드 와이어가 요구되고 있다. 또한, 얻어지는 용접 금속에 대한 높은 파괴 인성의 요구도 있다.
그러나, 종래의 전자세 용접용의 플럭스 코어드 와이어는, 얻어지는 용접 금속 중의 산소량이 높기 때문에, 이것을 이용하여 가스 실드 아크 용접한 경우, 용접 이음부의 저온 인성을 확보하는 것이 어려웠다.
그래서, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 전자세에서 고능률적인 용접이 가능하고, 또한 인성이 우수한 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다.
일본 특허공개 소62-166098호 공보
그러나, 특허문헌 1에 개시되어 있는 기술은, 용접 금속의 강도의 레벨이 높지 않아(특허문헌 1의 표 2), 현재 해양 구조물 분야나 라인 파이프 분야의 구조재에 요구되고 있는 성능을 충분히 만족시킨다고는 말하기 어렵다. 또한, 특허문헌 1에서는, 충격 성능(인성)의 평가의 온도가 높아(특허문헌 1의 표 2), 특허문헌 1에 개시되어 있는 기술에 의해 얻어진 용접 금속이 저온 인성이 우수하다고도 판단할 수 없다.
게다가, 플럭스 코어드 와이어는, 용접 작업성이 요구될 뿐 아니라, 0.2% 내력, 내고온균열성이 우수함과 더불어 확산성 수소량이 적은 용접 금속이 얻어지는 것도 필요하다.
그래서, 본 발명은, 입향 자세를 비롯한 전자세 용접에서의 용접 작업성이 우수하고, 더욱이 저온 인성, 0.2% 내력, 인장 강도, 내고온균열성이 우수함과 더불어 확산성 수소량이 적은 용접 금속이 얻어지는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 다음의 기술 수단을 강구하고 있다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어로서, 와이어 전체 질량당, BaF2: 2.0질량% 이상 11.1질량% 이하, C: 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하, Si: 0.10질량% 이상 1.50질량% 이하, Mn: 0.70질량% 이상 3.50질량% 이하, Al: 0.45질량% 이상 2.00질량% 미만, Mg: 0.10질량% 이상 2.00질량% 이하, Ni: 0.50질량% 이상 12.00질량% 이하, Zr: 0.01질량% 이상 1.00질량% 이하, Fe: 70.0질량% 이상 90.0질량% 이하, Li: 0.01질량% 이상 1.00질량% 이하를 함유하고, 상기 BaF2의 함유량/(상기 Al의 함유량+상기 Zr의 함유량)의 값이 2.1 이상 20.0 이하이다.
이 플럭스 코어드 와이어에 의하면, 소정 성분의 함유량이 소정 범위임과 더불어, BaF2의 함유량/(Al의 함유량+Zr의 함유량)의 값이 소정 범위이기 때문에, 입향 자세를 비롯한 전자세 용접에서의 용접 작업성이 우수하고, 더욱이 용접 금속의 저온 인성, 0.2% 내력, 인장 강도 및 내고온균열성이 우수함과 더불어, 확산성 수소량이 적은 용접 금속을 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 상기 와이어 전체 질량당, CaF2: 2.0질량% 이하를 함유해도 된다.
이 플럭스 코어드 와이어에 의하면, CaF2의 함유량이 소정값 이하이기 때문에, 용접 작업성의 향상이라는 효과를 확실한 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 상기 와이어 전체 질량당, 금속 산화물: 0.29질량% 이하를 함유해도 된다.
이 플럭스 코어드 와이어에 의하면, 금속 산화물의 함유량이 소정값 이하이기 때문에, 용접 금속의 우수한 저온 인성을 확실한 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 상기 와이어 전체 질량당, 금속 탄산염: 10.0질량% 이하를 함유해도 된다.
이 플럭스 코어드 와이어에 의하면, 금속 탄산염의 함유량이 소정값 이하이기 때문에, 용접 금속의 우수한 저온 인성을 확실한 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 상기 와이어 전체 질량당, Cr: 1.00질량% 이하 및 Mo: 1.00질량% 이하 중 적어도 한쪽을 함유해도 된다.
이 플럭스 코어드 와이어에 의하면, Cr, Mo의 함유량이 소정값 이하이기 때문에, 용접 금속의 우수한 강도를 확실한 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 상기 와이어 전체 질량당, NaF: 1.00질량% 이하를 함유해도 된다.
이 플럭스 코어드 와이어에 의하면, NaF의 함유량이 소정값 이하이기 때문에, 용접 작업성의 향상이라는 효과를 확실한 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 상기 와이어 전체 질량당, Ca: 1.00질량% 이하를 함유해도 된다.
이 플럭스 코어드 와이어에 의하면, Ca의 함유량이 소정값 이하이기 때문에, 용접 작업성의 향상이라는 효과를 확실한 것으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 상기 와이어 전체 질량당, Ce와 La: 합계 0.300질량% 이하를 함유해도 된다.
이 플럭스 코어드 와이어에 의하면, Ce와 La의 합계의 함유량이 소정값 이하이기 때문에, 용접 금속의 우수한 저온 인성을 확실한 것으로 할 수 있다.
본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 입향 자세를 비롯한 전자세 용접에서의 용접 작업성이 우수하고, 더욱이 저온 인성, 0.2% 내력, 인장 강도, 내고온균열성이 우수함과 더불어 확산성 수소량이 적은 용접 금속을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
본 실시형태에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어(이하, 적절히 「와이어」 또는 「플럭스 코어드 와이어」라고 한다)는 가스 실드 아크 용접에 사용하는 와이어이고, 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 것이다.
상세하게는, 본 실시형태에 따른 와이어는 통 형상을 나타내는 강제 외피와 그 강제 외피의 내측에 충전되는 플럭스로 이루어진다. 한편, 와이어는 강제 외피에 이음매가 없는 심리스 타입, 강제 외피에 이음매가 있는 심 타입 중 어느 형태여도 된다. 또한, 와이어는 표면(강제 외피의 외측)에 도금 등이 실시되어 있어도 되고, 실시되어 있지 않아도 된다.
한편, 본 실시형태에 따른 와이어의 와이어경(직경)은 특별히 한정되지 않지만, 1.2∼2.4mm이면 된다. 또한, 와이어의 플럭스 충전율도 특별히 한정되지 않지만, 와이어의 신선성 및 용접 시의 작업성(송급성 등)의 관점에서, 와이어 전체 질량의 12∼25질량%이면 된다.
그리고, 본 실시형태에 따른 와이어는 와이어 전체 질량(=강제 외피 질량+플럭스 질량)에 대한 각 성분의 함유량과, 소정의 성분의 함유량의 비율을 특정하고 있다.
이하, 본 실시형태에 따른 와이어의 각 성분의 함유량을 특정한 이유에 대하여 설명한다.
[BaF2: 2.0질량% 이상 11.1질량% 이하]
BaF2는 강력한 탈산제로서의 효과를 발휘함과 더불어, 전자세 용접에서의 용접 작업성을 우수한 것으로 하는 조재제(造滓劑)로서의 효과를 발휘한다. 단, BaF2의 함유량이 2.0질량% 미만이면, 입향 자세에서의 용접에 있어서 비드 형상이 유지되지 않게 됨과 더불어, 용접 금속 중의 산소량의 상승에 의해 인성이 열화된다. 한편, BaF2의 함유량이 11.1질량%를 초과하면, 흡습하는 것에 의해, 용접 금속의 확산성 수소량이 상승해 버린다.
따라서, BaF2의 함유량은, 와이어 전체 질량당 2.0질량% 이상 11.1질량% 이하이다.
한편, BaF2의 함유량은, 상기 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 5.1질량% 이상, 보다 바람직하게는 6.0질량% 이상이다. 또한, BaF2의 함유량은, 확산성 수소량의 상승을 억제하는 관점에서, 바람직하게는 10.0질량% 이하, 보다 바람직하게는 9.0질량% 이하이다.
[C: 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하]
C는 용접 금속의 강도를 향상시키는 효과를 발휘한다. 단, C의 함유량이 0.01질량% 미만이면, 용접 금속의 내력이나 인장 강도가 불충분해진다. 한편, C의 함유량이 0.10질량%를 초과하면, 용접 금속에 마텐자이트가 섬 형상으로 생성되어, 인성이 열화된다. 게다가, 용접 금속의 강도가 과잉해져, 균열이 발생하기 쉬워진다.
따라서, C의 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하이다.
한편, C의 함유량은, 인성의 열화를 억제하는 관점 및 균열 발생의 억제의 관점에서, 바람직하게는 0.08질량% 이하이다.
[Si: 0.10질량% 이상 1.50질량% 이하]
Si는 용접 금속의 탈산을 촉진하는 효과를 발휘한다. 단, Si의 함유량이 0.10질량% 미만이면, 탈산 효과가 소실되어, 용접 금속에 블로홀이 발생한다. 한편, Si의 함유량이 1.50질량%를 초과하면, 용접 금속의 점성이 높아져, 모재에 대한 친밀성이 나빠진다. 게다가, 용접 금속 중에 산화물계 개재물이 형성되어, 인성이 열화된다.
따라서, Si의 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.10질량% 이상 1.50질량% 이하이다.
한편, Si의 함유량은, 용접 작업성의 저하를 억제(모재에 대한 친밀성이 나빠지는 것을 억제)하는 관점에서, 바람직하게는 1.20질량% 이하이다.
[Mn: 0.70질량% 이상 3.50질량% 이하]
Mn은 용접 금속의 탈산을 촉진함과 더불어, 용접 금속의 인성을 높이는 효과를 발휘한다. 단, Mn의 함유량이 0.70질량% 미만이면, 탈산 효과가 부족하여, 용접 금속에 블로홀이 발생함과 더불어, 인성이 열화된다. 한편, Mn의 함유량이 3.50질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 과잉해져, 균열이 발생하기 쉬워짐과 더불어, 인성이 열화된다.
따라서, Mn의 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.70질량% 이상 3.50질량% 이하이다.
한편, Mn의 함유량은, 균열의 발생을 억제하는 관점 및 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 2.50질량% 이하이다.
[Al: 0.45질량% 이상 2.00질량% 미만]
Al은 탈산제로서의 효과를 발휘함과 더불어, 슬래그의 주성분인 용융 BaF2의 점도를 조정하여, 입향 자세에서의 용접에 있어서의 비드 형상을 가다듬는 효과를 발휘한다. 단, Al의 함유량이 0.45질량% 미만이면, 용융 슬래그의 점도가 저하되어, 입향 자세에서의 용접에 있어서 용접 금속의 처짐이 발생한다. 게다가, 응고 슬래그 내의 Al2O3상이 감소하는 것에 의해 슬래그가 부서지기 쉬워져, 슬래그 박리성이 악화된다. 한편, Al의 함유량이 2.00질량% 이상이 되면, 용접 금속 중에 조대한 산화물계 개재물이 형성되어, 인성이 열화된다.
따라서, Al의 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.45질량% 이상 2.00질량% 미만이다.
한편, Al의 함유량은, 용접 작업성의 저하를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.70질량% 이상이다. 또한, Al의 함유량은, 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 1.80질량% 이하이다.
[Mg: 0.10질량% 이상 2.00질량% 이하]
Mg는 용접 금속의 탈산을 촉진하는 효과를 발휘한다. 단, Mg의 함유량이 0.10질량% 미만이면, 탈산 효과가 부족하여, 용접 금속에 블로홀이 발생함과 더불어, 인성이 열화된다. 한편, Mg의 함유량이 2.00질량%를 초과하면, 용융 슬래그의 응고 온도가 내려가, 입향 자세에서의 용접에 있어서 용접 작업성이 저하된다.
따라서, Mg의 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.10질량% 이상 2.00질량% 이하이다.
한편, Mg의 함유량은, 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.50질량% 이상이다. 또한, Mg의 함유량은, 용접 작업성의 저하를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 1.70질량% 이하이다.
[Ni: 0.50질량% 이상 12.00질량% 이하]
Ni는 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과를 발휘한다. 단, Ni의 함유량이 0.50질량% 미만이면, 용접 금속의 인성이 불충분해진다. 한편, Ni의 함유량이 12.00질량%를 초과하면, 용접 금속의 고온균열의 발생 가능성이 높아진다.
따라서, Ni의 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.50질량% 이상 12.00질량% 이하이다.
한편, Ni의 함유량은, 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 1.00질량% 이상이고, 보다 바람직하게는 2.00질량% 이상이다. 또한, Ni의 함유량은, 고온균열의 발생을 억제하는 관점에서, 바람직하게는 9.00질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 5.00질량% 이하이다.
[Zr: 0.01질량% 이상 1.00질량% 이하]
Zr은 탈산제로서의 효과를 발휘함과 더불어, 슬래그의 주성분인 용융 BaF2의 점도를 조정하여, 입향 자세에서의 용접에 있어서의 비드 형상을 가다듬는 효과를 발휘한다. 단, Zr의 함유량이 0.01질량% 미만이면, 용융 슬래그의 점도가 저하되어, 입향 자세에서의 용접에 있어서 용접 금속의 처짐이 발생한다. 한편, Zr의 함유량이 1.00질량%를 초과하면, 용접 금속 중에 용융되어, 고용 강화에 의해 용융 금속의 내력, 인장 강도를 현저하게 상승시킨다. 그 결과, 용접 금속의 인성을 열화시킨다.
따라서, Zr의 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.01질량% 이상 1.00질량% 이하이다.
한편, Zr의 함유량은, 용접 작업성의 저하를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.05질량% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.10질량% 이상이다. 또한, Zr의 함유량은, 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.90질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.80질량% 이하이다.
[Fe: 70.0질량% 이상 90.0질량% 이하]
Fe는 와이어의 주요 성분이다. 그리고, Fe의 함유량이 70.0질량% 미만이면, 용착량이 부족하다. 한편, Fe의 함유량이 90.0질량%를 초과하면, 슬래그 상대량이 부족하여, 탈산 부족에 의한 인성의 열화와 입향 자세에서의 용접 시에 비드 형상이 볼록 형상이 된다.
따라서, Fe의 함유량은, 와이어 전체 질량당 70.0질량% 이상 90.0질량% 이하이다.
[Li: 0.01질량% 이상 1.00질량% 이하]
Li는 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과를 발휘한다. 단, Li의 함유량이 0.01질량% 미만이면, Al, Zr의 용접 금속 중에의 과잉 잔류를 초래하여, 용접 금속의 내력, 인장 강도를 현저하게 상승시킨다. 그 결과, 용접 금속의 인성을 열화시킨다. 한편, Li의 함유량이 1.00질량%를 초과하면, 아크가 불안정해져, 융합 불량을 발생시킨다.
따라서, Li의 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.01질량% 이상 1.00질량% 이하이다.
한편, Li의 함유량은, 융합 불량의 발생을 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.80질량% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.50질량% 이하이다.
[BaF2의 함유량/(Al의 함유량+Zr의 함유량): 2.1 이상 20.0 이하]
본 실시형태에 따른 와이어는, Al과 Zr의 합계의 함유량에 대한 BaF2의 함유량의 비율(=BaF2의 함유량/(Al의 함유량+Zr의 함유량)의 값)을 소정의 범위로 하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기한 대로, BaF2는 강력한 탈산제로서의 효과를 발휘함과 더불어, 전자세 용접에서의 용접 작업성을 우수한 것으로 하는 조재제로서의 효과를 발휘하고, Al과 Zr도, 탈산제로서의 효과를 발휘함과 더불어, 슬래그의 주성분인 용융 BaF2의 점도를 조정하여, 입향 자세에서의 용접에 있어서의 비드 형상을 가다듬는 효과를 발휘한다.
그리고, 이들의 함유량의 비율을 소정의 범위로 하는 것에 의해, 입향 자세에서의 용접에 있어서, 비드 형상을 바람직한 상태로 갖추는 효과를 발휘한다. 단, 이 비율이 2.1 미만이면, 용융 슬래그의 체적이 적어, 입향 자세에서의 용접에 있어서 비드 형상을 확보할 수 없게 된다. 또한, 용접 금속의 산소량이 상승하여, 인성이 열화된다. 한편, 이 비율이 20.0을 초과하면, 슬래그의 주성분인 용융 BaF2의 점도가 저하되어, 입향 자세에서의 용접에 있어서 비드 형상이 볼록 형상이 된다. 게다가, 슬래그의 체적이 과잉해져, 슬래그 권입을 발생시킨다.
따라서, BaF2의 함유량/(Al의 함유량+Zr의 함유량)의 값은 2.1 이상 20.0 이하이다.
한편, 이 비율은, 인성의 열화를 방지하는 관점에서, 바람직하게는 6.0 이상이고, 보다 바람직하게는 7.0 이상이다. 또한, 이 비율은, 용접 작업성의 저하를 억제하는 관점에서, 바람직하게는 15.0 이하이고, 보다 바람직하게는 10.0 이하이다.
지금까지, 본 실시형태에 따른 와이어의 필수 성분에 대하여 설명했지만, 이하에서는, 와이어에의 함유를 억제해야 할 성분, 더한층의 효과를 얻고 싶은 경우에 와이어에 함유시켜도 되는 임의 성분, 및 불가피적 불순물에 대하여 설명한다.
[CaF2: 2.0질량% 이하]
CaF2는 와이어에의 함유를 억제해야 할 성분이고, CaF2의 함유량은 낮은 편이 바람직하다(0질량%여도 된다). 그리고, CaF2의 함유량이 2.0질량%를 초과하면, 용융 슬래그의 점도를 저하시켜, 입향 자세에서의 용접이 곤란해진다.
따라서, CaF2가 와이어에 함유되는 경우, CaF2의 함유량은, 와이어 전체 질량당 2.0질량% 이하이다.
[금속 산화물: 0.29질량% 이하]
금속 산화물은 와이어에의 함유를 억제해야 할 성분이고, 금속 산화물의 함유량은 낮은 편이 바람직하다(0질량%여도 된다). 그리고, 금속 산화물의 함유량이 0.29질량%를 초과하면, 이 금속 산화물이 용융 금속 내에 잔류·분산되어, 용접 금속의 저온 인성이 열화된다.
따라서, 금속 산화물이 와이어에 함유되는 경우, 금속 산화물의 함유량은, 와이어 전체 질량당 0.29질량% 이하이다.
한편, 금속 산화물이란, 상세하게는 Al2O3, Fe2O3, SiO2, TiO2 중 1종 이상이고, 금속 산화물의 함유량이란, 열거한 각 성분의 합계의 함유량이다.
[금속 탄산염: 10.0질량% 이하]
금속 탄산염은 와이어에의 함유를 억제해야 할 성분이고, 금속 탄산염의 함유량은 낮은 편이 바람직하다(0질량%여도 된다). 그리고, 금속 탄산염의 함유량이 10.0질량%를 초과하면, 용접 금속 내의 산소량의 상승을 초래하여, 저온 인성이 열화된다. 게다가, 과잉한 가스가 발생하는 것에 의해, 아크의 안정성이 저하되어, 융합 불량의 발생의 원인이 된다.
따라서, 금속 탄산염이 와이어에 함유되는 경우, 금속 탄산염의 함유량은, 와이어 전체 질량당 10.0질량% 이하이다.
한편, 금속 탄산염이란, 상세하게는 CaCO3, BaCO3 중 1종 이상이고, 금속 탄산염의 함유량이란, 열거한 각 성분의 합계의 함유량이다.
[Cr: 1.00질량% 이하, Mo: 1.00질량% 이하]
Cr, Mo는 어느 것도 필수의 성분은 아니지만, 적어도 한쪽이 와이어에 함유되는 것에 의해, 용접 금속의 인장 강도를 향상시키는 효과를 발휘한다. 단, Cr의 함유량이 1.00질량%를 초과하는 경우 또는 Mo의 함유량이 1.00질량%를 초과하는 경우는, 용접 금속의 강도가 과잉해져, 균열 발생의 가능성이 높아진다. 게다가, 용접 금속의 인성이 열화된다.
따라서, Cr, Mo가 와이어에 함유되는 경우, Cr: 1.00질량% 이하 및 Mo: 1.00질량% 이하 중 적어도 한쪽을 함유하면 된다.
한편, Cr, Mo의 함유량은, 인장 강도가 과잉해지는 것을 억제하는 관점, 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 각각, 0.30질량% 이하가 바람직하다. 또한, Cr, Mo의 함유량은, 상기 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 각각, 바람직하게는 0.01질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이다.
[NaF: 1.00질량% 이하]
NaF는 필수의 성분은 아니지만, 와이어에 함유시키는 것에 의해, 용접 작업성을 향상시키는 효과를 발휘한다. 단, NaF의 함유량이 1.00질량%를 초과하면, 흡습하는 것에 의해, 용접 금속의 확산성 수소량이 상승한다.
따라서, NaF가 와이어에 함유되는 경우, NaF의 함유량은 1.00질량% 이하이다.
한편, NaF의 함유량은, 상기 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 0.01질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이다.
[Ca: 1.00질량% 이하]
Ca는 필수의 성분은 아니지만, 와이어에 함유시키는 것에 의해, 용접 작업성을 향상시키는 효과를 발휘한다. 단, Ca의 함유량이 1.00질량%를 초과하면, 산화 Ca로서 용융 슬래그에 가해져, 슬래그의 점성을 낮추어, 입향 자세에서의 용접에 있어서 용융 금속의 처짐이 발생한다.
따라서, Ca가 와이어에 함유되는 경우, Ca의 함유량은 1.00질량% 이하이다.
한편, Ca의 함유량은, 상기 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 0.01질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이다.
[Ce와 La: 합계 0.300질량% 이하]
Ce, La는 어느 것도 필수의 성분은 아니지만, 와이어에 함유시키는 것에 의해, 인성을 향상시키는 효과를 발휘한다. 단, Ce와 La의 합계의 함유량이 0.300질량%를 초과하면, 이들 성분이 산화하는 것에 의해 수분 흡착을 초래하여, 용접 금속의 확산성 수소량이 상승하기 때문에, 저온 인성이 저하된다.
따라서, Ce, La가 와이어에 함유되는 경우, Ce와 La의 합계의 함유량은 0.300질량% 이하이다.
한편, Ce와 La의 합계의 함유량은, 확산성 수소량의 상승을 억제하는 관점에서, 0.100질량% 이하가 바람직하다. 또한, Ce와 La의 합계의 함유량은, 상기 효과를 보다 향상시키는 관점에서, 바람직하게는 0.010질량% 이상이다.
[잔부: 불가피적 불순물]
본 실시형태에 따른 와이어의 성분 조성에 있어서의 잔부는 불가피적 불순물이다. 그리고, 불가피적 불순물로서, P, S, Nb, V, Sb, Bi, B 등이 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 함유되어 있어도 된다. 상세하게는, P: 0.030질량% 이하, S: 0.030질량% 이하, Nb: 0.30질량% 이하, V: 0.30질량% 이하, Sb: 0.030질량% 이하, Bi: 0.0050질량% 이하, B: 0.0050질량% 이하이다.
또한, 잔부에는, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위이면, Ti, Cu, Nb, V, Bi, B 등의 합금제 및 그의 화합물, 및 아크 안정제나 슬래그 형성제를 포함시켜도 된다. 한편, 상기한 금속 산화물, 금속 탄산염 이외의 각 성분이 산화물이나 질화물로서 첨가된 경우에는, 본 실시형태에 따른 와이어의 잔부에는, O는 물론, N도 포함된다.
한편, 불가피적 불순물로서 예시한 P, S, Nb, V, Sb, Bi, B 등에 대해서는, 상기한 소정의 함유량을 초과하지 않으면, 불가피적 불순물로서 함유되는 경우뿐만 아니라, 적극적으로 첨가되는 경우여도, 본 발명의 효과를 방해하지 않는다.
또한, 상기한 상한치만 규정하고 있는 CaF2, 금속 산화물, 금속 탄산염, Cr, Mo, NaF, Ca, Ce, La에 대해서는, 적극적으로 첨가해도 되지만, 불가피적 불순물로서 포함되어 있어도 된다.
한편, 본 실시형태에 따른 와이어의 성분을 설명했지만, Al의 함유량에 대해서는, Al2O3에서 유래하는 Al은 포함되지 않고, Fe의 함유량에 대해서는, Fe2O3에서 유래하는 Fe는 포함되지 않고, Si의 함유량에 대해서는, SiO2에서 유래하는 Si는 포함되지 않고, C의 함유량에 대해서는, 금속 탄산염에서 유래하는 C는 포함되지 않고, Ca의 함유량에 대해서는, CaCO3, CaF2에서 유래하는 Ca는 포함되지 않는다.
다음으로, 본 실시형태에 따른 와이어의 제조 방법을 설명한다.
[와이어의 제조 방법]
본 실시형태에 따른 와이어의 제조 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 이하에 나타내는 방법으로 제조할 수 있다.
우선, 강제 외피를 구성하는 강대를 준비하고, 이 강대를 길이 방향으로 보내면서 성형 롤에 의해 성형하여, U자 형상의 오픈관으로 한다. 다음으로, 소정의 화학 조성이 되도록, 각 성분을 배합한 플럭스를 강제 외피에 충전하고, 그 후, 단면이 원형이 되도록 가공한다. 그 후, 냉간 가공에 의해 신선하여, 예를 들면 1.2∼2.4mm의 와이어경의 플럭스 코어드 와이어로 한다. 한편, 냉간 가공 도중에 소둔을 실시해도 된다. 또한, 제조의 과정에서 성형한 강제 외피의 조인트를 용접한 이음매가 없는 와이어와, 상기 조인트를 용접하지 않고 극간인 그대로 남기는 와이어 중 어느 구조도 채용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명의 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 실시예에 있어서는, 상기한 제조 방법에 준하여, 성분 조성이 하기 표 1에 나타내는 범위에 있는 탄소강에 의해 형성한 관 형상의 외피에 플럭스를 충전하여, 실시예 및 비교예의 플럭스 코어드 와이어(직경 1.6mm)를 제작했다. 한편, 하기 표 1에 나타내는 외피 성분의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 그때, 플럭스의 충전율은, 와이어 전체 질량당, 17.0∼22.0질량%의 범위가 되도록 했다.
Figure 112018003029513-pct00001
하기 표 2∼4에 실시예 및 비교예의 와이어 전체의 성분 조성을 나타낸다. 한편, 하기 표 2∼4에 나타내는 와이어 성분의 잔부는 불가피적 불순물이다.
또한, 표 2∼4의 「BaF2/(Al+Zr)」은 「BaF2의 함유량/(Al의 함유량+Zr의 함유량)」을 의미한다. 그리고, 표 2∼4의 「Ce or La」는 「Ce와 La의 합계의 함유량」을 의미한다.
또한, 표 2∼4에 있어서, 본 발명의 범위를 만족시키지 않는 것에 대해서는, 수치에 밑줄을 그어 나타낸다.
Figure 112018003029513-pct00002
Figure 112018003029513-pct00003
Figure 112018003029513-pct00004
다음으로, 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 하기 표 5에 나타내는 모재에 대해서, 가스 실드 아크 용접을 행했다. 한편, 하기 표 5에 나타내는 모재 조성의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.
Figure 112018003029513-pct00005
또한, 용접 조건은 이하대로이다.
·실드 가스: 100체적% CO2, 25리터/분
·와이어경: φ1.6mm
·개선 형상: 20°
·루트 간격: 16mm
·용접 전류: 260A
·아크 전압: 26V
·용접 자세: 하향
·용접 속도: 250mm/분
·용접 입열: 1.8kJ/mm
·용접장: 400mm
·예열 온도: 100∼110℃
·패스간 온도: 140∼160℃
·극성: 직류봉 마이너스(DCEN)
그리고, 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어를 사용한 가스 실드 아크 용접에 의해 얻어진 용접 금속에 대하여, 이하에 나타내는 방법으로, 기계적 성질(저온 인성, 0.2% 내력, 인장 강도), 확산성 수소량, 내고온균열성, 융합 불량 및 블로홀의 발생을 평가했다.
<기계적 성질>
용접 금속의 기계적 성질은 JIS Z 3111: 2005에 규정되는 「용착 금속의 인장 및 충격 시험 방법」에 준거한 인장 시험 및 충격 시험에 의해 평가했다. 그 결과, 저온 인성에 대해서는, -80℃의 충격값(CVN-80)이 100J 이상이었던 것을 합격으로 했다. 또한, 0.2% 내력(0.2%PS)은 690MPa 이상이었던 것을 합격으로 했다. 또, 인장 강도(TS)는 770MPa 이상 930MPa 이하의 범위였던 것을 합격으로 했다.
<확산성 수소량>
용접 금속의 확산성 수소량의 평가는 JIS Z 3118: 2007에 준거한 방법에 의해 행했다.
그 결과, 확산성 수소량([H]d)이 8.0mL/100g 이하인 것을 합격으로 했다.
<내고온균열성, 융합 불량, 블로홀>
내고온균열성, 융합 불량의 평가는 JIS Z 3104: 1995에 규정되는 「강 용접 이음의 방사선 투과 시험 방법」에 기초하여 행했다.
용접 종료 후, X선 투과 시험으로, 용접부(용접장: 400mm, 단, 크레이터부는 제외한다)에 있어서의 융합 불량, 고온균열, 블로홀의 발생을 확인하고, 이들 발생 부분의 총길이를 측정했다. 그리고, (융합 불량, 고온균열, 블로홀의 발생 부분의 총길이)/용접부 길이×100에 의해 산출한 값이 0%인 경우를 ○, 0% 초과 5% 이하인 경우를 △, 5%를 초과하는 경우를 ×로 하고, ×인 경우를 용접의 실시가 불가라고 평가했다. 그리고, ○와 △인 것은 합격으로 했다. 한편, 용접 자체가 불가였던 것을 「-」로 했다.
또한, 실시예 및 비교예의 각 플럭스 코어드 와이어에 대하여, 이하에 나타내는 방법으로, 용접 작업성을 평가했다.
<용접 작업성>
용접 작업성은, 상기 표 5에 나타내는 모재에 대해서, 자동 용접 장치를 이용해 입향 상진 필릿 용접을 행하여, 모재와 비드간의 친밀성, 비드의 단면 형상에 의해 평가했다. 그 결과, 입향 상진 용접이 가능하고 또한 용접 후의 비드 표면이 매끄러운 경우를 ○, 입향 상진 용접이 가능하지만 용접 후의 비드 표면에 요철이 발생한 경우를 △, 슬래그 또는 용융 금속이 처져 떨어져서 용접을 할 수 없었던 경우 또는 용착량 부족에 의해 비드 표면이 크게 오목 형상을 나타낸 경우를 ×로 했다. 그리고, ○, △인 것을 합격으로 했다.
게다가, 슬래그 박리성에 대해서도 평가했다.
슬래그 박리성에 대해서는, 슬래그와 모재의 경계 부분(용접장: 400mm)을 에어칩퍼(후지쿠키제 FCH-20, 공기압: 0.5MPa)로 1회 타돌(打突)하고, 타돌한 부분의 길이에 대해서 70% 이상의 길이의 슬래그가 박리된 경우를 ○, 50% 이상 70% 미만의 길이의 슬래그가 박리된 경우를 △, 50% 미만의 길이의 슬래그가 박리된 경우를 ×로 하고, ×인 경우를 용접의 실시가 불가라고 평가했다. 그리고, ○와 △인 것은 합격으로 했다.
한편, 용접 작업성의 평가를 행했을 때의 상세한 용접 조건은 이하대로이다.
·모재: 표 5에 나타낸 모재
·용접 전류: 220A
·아크 전압: 24V
·용접 속도: 110mm/분
·돌출 길이: 20mm
·위빙 폭: 5mm
·자동 용접 장치: 고베제강소제, PICOMAX-2Z
이상의 결과를 하기 표 6∼8에 나타낸다. 한편, 표 6∼8에 있어서, 평가 기준을 만족시키지 않는 것은 수치에 밑줄을 그어 나타낸다.
Figure 112018003029513-pct00006
Figure 112018003029513-pct00007
Figure 112018003029513-pct00008
표 6, 7에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 발명 특정 사항을 만족하는 No. 1∼51은 모든 평가 항목에 있어서 양호했다.
한편, 표 8에 나타내는 바와 같이, No. 52∼81은 본 발명의 발명 특정 사항을 만족하지 않기 때문에, 어느 평가 항목에 있어서 불량이라는 결과가 되었다. 상세하게는, 이하대로이다.
No. 52는 BaF2의 함유량이 하한치 미만임과 더불어, 비율(=BaF2의 함유량/(Al의 함유량+Zr의 함유량)의 값)이 하한치 미만이었기 때문에, 인성이 열화됨과 더불어, 입향 상진 필릿 용접을 할 수 없었다.
No. 53은 BaF2의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 확산성 수소량이 많았다.
No. 54는 C의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 내력 및 인장 강도의 값이 낮았다.
No. 55는 C의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 강도가 과잉해지고, 인성이 열화되었다.
No. 56은 Si의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 블로홀이 발생했다.
No. 57은 Si의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 비드 형상이 나빠 용접 작업성이 뒤떨어짐과 더불어, 인성이 열화되었다.
No. 58은 Mn의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 블로홀이 발생하고, 인성이 열화되었다.
No. 59는 Mn의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 강도가 과잉해지고, 인성이 열화되었다.
No. 60은 Al의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 비드 형상이 나빠 용접 작업성이 뒤떨어짐과 더불어, 슬래그 박리성도 열화되었다.
No. 61은 Al의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 비드 형상이 약간 볼록 형상이 됨과 더불어, 인성이 열화되었다.
No. 62는 Mg의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 인성이 열화됨과 더불어, 블로홀이 발생했다.
No. 63은 Mg의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 입향 상진 필릿 용접에 있어서 용접 금속이 처져 용접을 할 수 없었다.
No. 64는 Ni의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 인성이 열화되었다.
No. 65는 Ni의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 고온균열이 발생했다.
No. 66은 Zr의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 입향 상진 필릿 용접에 있어서 용접 금속이 처져 용접을 할 수 없었다.
No. 67은 Zr의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 비드 형상이 약간 볼록 형상이 됨과 더불어, 강도가 과잉해지고, 인성이 열화되었다.
No. 68은 Fe의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 용착량이 부족하여, 비드 형상이 오목 형상이 되었다.
No. 69는 Fe의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인성이 열화됨과 더불어, 입향 상진 필릿 용접을 할 수 없었다.
No. 70은 Li의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 강도가 과잉해지고, 인성이 열화되었다.
No. 71은 Li의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 융합 불량이 되었다.
No. 72는 비율(=BaF2의 함유량/(Al의 함유량+Zr의 함유량)의 값)이 하한치 미만이었기 때문에, 비드 형상이 나빠 용접 작업성이 뒤떨어짐과 더불어, 인성이 열화되었다.
No. 73은 비율(=BaF2의 함유량/(Al의 함유량+Zr의 함유량)의 값)이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 슬래그 권입이 발생하는 것에 의해 융합 불량이 발생함과 더불어, 비드 형상이 볼록 형상이 되었다.
No. 74는 CaF2의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 입향 상진 필릿 용접을 할 수 없었다.
No. 75는 금속 산화물의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인성이 열화되었다.
No. 76은 금속 탄산염의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인성이 열화됨과 더불어, 융합 불량이 되었다.
No. 77은 Cr의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 강도가 과잉해지고, 인성이 열화되었다.
No. 78은 Mo의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 강도가 과잉해지고, 인성이 열화되었다.
No. 79는 NaF의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 확산성 수소량이 많아졌다.
No. 80은 Ca의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 입향 상진 필릿 용접이 곤란해졌다.
No. 81은 Ce와 La의 합계의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 확산성 수소량이 많았다.
이상, 본 발명에 대하여 실시형태 및 실시예를 나타내어 상세하게 설명했지만, 본 발명의 취지는 상기한 내용으로 한정됨이 없이, 그 권리 범위는 특허청구범위의 기재에 기초하여 넓게 해석해야 한다. 한편, 본 발명의 내용은 상기한 기재에 기초하여 넓게 개변·변경 등을 하는 것이 가능함은 말할 것도 없다.
본 출원은 2015년 7월 17일 출원된 일본 특허출원(특원 2015-143365)에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.
본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 특히 해양 구조물 분야나 라인 파이프 분야에 있어서의 구조물의 용접에 유용하다.

Claims (2)

  1. 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어로서,
    와이어 전체 질량당,
    BaF2: 2.0질량% 이상 11.1질량% 이하
    C: 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하
    Si: 0.10질량% 이상 1.50질량% 이하
    Mn: 0.70질량% 이상 3.50질량% 이하
    Al: 0.45질량% 이상 2.00질량% 미만
    Mg: 0.10질량% 이상 2.00질량% 이하
    Ni: 0.50질량% 이상 12.00질량% 이하
    Zr: 0.01질량% 이상 1.00질량% 이하
    Fe: 70.0질량% 이상 90.0질량% 이하
    Li: 0.01질량% 이상 1.00질량% 이하
    를 함유하고,
    상기 BaF2의 함유량/(상기 Al의 함유량+상기 Zr의 함유량)의 값이 2.1 이상 20.0 이하이고,
    상기 와이어 전체 질량당, CaF2: 2.0질량% 이하, 금속 산화물: 0.29질량% 이하, 금속 탄산염: 10.0질량% 이하, Cr: 1.00질량% 이하, Mo: 1.00질량% 이하, NaF: 1.00질량% 이하, Ca: 1.00질량% 이하, Ce와 La: 합계 0.300질량% 이하인 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  2. 삭제
KR1020187000855A 2015-07-17 2016-06-14 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 KR102011608B1 (ko)

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