KR102133172B1 - 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 및 용접 금속 - Google Patents

가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 및 용접 금속 Download PDF

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마사키 시마모토
히데노리 나코
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슈지 사사쿠라
마사후미 야마카미
게이토 이시자키
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명은, 와이어 전체 질량당, C: 0.03∼0.12질량%, Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로의 Si: 0.20∼0.70질량%, Mn: 1.0∼4.0질량%, Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로의 Ti: 2.4∼4.5질량%, Al: 0.005∼0.050질량%, Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로의 Li: 0.01∼0.10질량%, Ni: 0.30∼3.50질량% 및 B: 0.0008∼0.012질량% 중 적어도 하나, 및 Fe: 80질량% 이상을 함유하고, Li/Si≥0.05를 만족하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.

Description

가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 및 용접 금속
본 발명은, 양호한 저온 인성을 갖는 용접 금속을 얻을 수 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어, 및 그 용접 금속에 관한 것이다.
근년, 에너지 개발은 보다 한랭의 지역 및 해역으로 전개되고 있고, 이들 한랭 지역 및 한랭 해역의 구조물에는, 저온용 강이 사용되기에 이르고 있다. 그러나, 이들 한랭 지역 및 한랭 해역의 구조물에는, 종래의 저온 인성 요구에 더하여, 구조물의 가동 지역 및 해역에 있어서의 기상 조건을 가미한 구조물 설계가 실시되게 되고 있어, 보다 고인성의 강재가 요구되고 있다. 더욱이, 용접의 고능률화 및 탈기능화를 목적으로 하여, 이 종류의 저온용 강의 용접에 플럭스 코어드 와이어의 적용의 요구가 높아지고 있다.
이와 같은 배경 아래, 특허문헌 1에는, 용접 금속의 화학 성분 및 고용 Ti량을 제어하는 것에 의해, 저온에 있어서의 인성을 향상시킨 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 기술은 구γ립 내에 있어서의 어시큘러 페라이트의 생성에 주목한 것이다.
또한, 특허문헌 2에는, 인장 강도가 680N/mm2급 이상인 고장력강용의 가스 실 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 기술은, 와이어 전체 중량에 대해, C, Si, Mn, P, S, Ni, Cr 및 Mo의 함유량의 적정 범위를 규정하고, Ta 첨가량을 규제하는 것에 의해, 소입열부터 대입열까지의 넓은 사용 범위에 있어서 모재 강도에 상당한 강도 및 양호한 인성을 확보하고, 추가로 작업 능률 향상을 위해, 플럭스 중의 금속분(粉)의 중량 비율을 규정한 것이다.
일본 특허공개 2000-263283호 공보 일본 특허공개 평3-294093호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는, 구γ립 내에 있어서의 어시큘러 페라이트의 생성을 억제하는 것에 의해 인성을 향상시키고 있지만, 개재물에의 응력 집중을 완화하는 관점이나, 용접 금속의 취성 파면율을 저감하는 관점에 대해서는 전혀 주목되어 있지 않다. 이 때문에, 저온용 강을 용접하였을 때의 용접 금속의 인성은 충분한 것은 아니었다.
또한, 특허문헌 2에서는, 개재물에의 응력 집중을 완화하는 관점이나, 용접 금속의 취성 파면율을 저감하는 관점에 대해서는 전혀 주목되어 있지 않다. 이 때문에, 저온용 강을 용접하였을 때의 용접 금속의 인성은 충분한 것은 아니었다.
본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로서, 저온용 강을 가스 실드 아크 용접하여 구조물을 조립할 때에, 양호한 저온 인성을 갖는 용접 금속을 얻을 수 있는 플럭스 코어드 와이어, 및 그 용접 금속을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 바와 같이, 특허문헌 1∼2에서는, 취성 파면율에 대하여 검토되어 있지 않다. 여기에서, 취성 파면율은, 샤르피 충격 시험에 있어서 하중이 가해졌을 때에 생기는 취성 파괴의 비율을 나타낸 것이다. 취성 파괴가 발생한 부위에서는, 파괴에 이르기까지 강재에 흡수되는 에너지가 현저하게 작아져, 용이하게 파괴가 진행하게 되기 때문에, 특히, 저온에서의 파괴를 억제하기 위해서는, 범용의 샤르피 충격 시험에 있어서 저온에서의 흡수 에너지를 개선할 뿐만 아니라, 취성 파면의 출현을 억제하는 것이, 극히 중요한 요건이라고 생각된다.
또한, 전술과 같이, 에너지 개발은 보다 한랭의 지역 및 해역으로 전개되고 있고, 이들 한랭 지역 및 한랭 해역의 구조물로서는 저온 인성의 개선이 요구되고 있지만, 특히, 저온에서 사용하는 구조물로서는, 취성 파괴를 수반하는 불안정 파괴를 회피하여, 저온 환경하에서 사용되는 구조물의 안전성을 보다 한층 높이는 것이 중요하다. 여기에서, 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 가스 실드 아크 용접에 의해 형성된 저합금강 용접 금속에는, 다량의 산소가 함유되고, 그 대부분은 용접 금속 중에서 산화물계 개재물로서 존재한다. 용접 금속이 파괴될 때, 산화물계 개재물의 주위에 응력 집중이 일어나는데, 특히 저온의 환경에서는 산화물계 개재물 주위에의 응력 집중에 의해 취성 파괴가 촉진된다고 생각된다. 그 때문에, 저온에서 사용하는 구조물의 안전성을 보다 한층 높이기 위해서는, 취성 파괴를 회피할 필요가 있어, 산화물계 개재물에의 응력 집중을 완화하는 것이 중요해진다고 생각된다.
상기 고찰에 기초하여, 본 발명자들은, 산화물계 개재물에의 응력 집중을 완화하는 수법을 검토한 결과, 산화물계 개재물에 존재하는 유리상을 저감하는 것이 유효함을 새롭게 지견하였다. 산화물계 개재물은, 유리상 외, 다양한 결정상으로 이루어지는 복합상이다. 여기에서, 유리상은 용접 금속의 모상에 비해 영률이 낮고, 모상에 비해 영률이 낮은 유리상에는 응력 집중하기 쉽기 때문에, 산화물계 개재물에 유리상이 많이 존재하는 경우는 취성 파괴가 일어나기 쉬워진다.
그래서, 본 발명자들은, 취성 파괴를 억제하기 위해, 산화물계 개재물 중의 유리상을 저감하기 위한 수단을 검토하였다. 또한, 유리상은 SiO2를 주체로 하고 있는 것에 주목하여, 용접 금속의 산화물계 개재물 중의 SiO2를 저감하는 것에 대하여 더 검토하였다.
나아가, 유리상의 저감에 있어서는, Li 첨가를 행함으로써, 산화물계 개재물의 결정화를 촉진함과 함께, 결정화로 생성되는 결정 구조를 입방정계로 제어하는 것을 착상하였다. 여기에서, 본 발명자들의 지견에 의하면, 입방정계의 결정 구조는 우수한 대칭성을 나타내고, 철의 페라이트상과 우수한 결정 정합성을 갖기 때문에, 어시큘러 페라이트의 변태 핵으로서 기능하여, 용접 금속 조직이 매우 미세해져, 취성 파면율의 저감 효과가 얻어진다. 또한, 산화물계 개재물을 입방정계의 결정 구조로 제어하기 위해, 와이어 중에 포함되는 Li 첨가량과, 유리상이 되는 SiO2 형성 원소인 Si 첨가량의 비율(Li/Si)을 제어하는 것으로 하였다. 그리고, 이들 지견에 기초하면, 용접 금속의 샤르피 충격 시험에 있어서의 저온에서의 흡수 에너지에 더하여, 저온에서의 취성 파면율을 개선할 수 있음을 발견하였다(이상, 제 1 지견이라고도 한다).
또한, 본 발명자들은, 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 가스 실드 아크 용접에 의해 형성되는 용접 금속에 있어서, 저온 인성, 특히 취성 파면율을 저감하는 수단을 검토하여, 취성 파괴의 기점이 되는 개재물을 무해화함으로써, 취성 파면율이 개선됨을 발견하였다. 즉, 개재물이 파괴 기점이 되는 것은, 강재와 변형능(영률)이 상이하기 때문이고, 이에 의해, 개재물 주위의 매트릭스에 응력 집중이 일어나, 취성 파괴가 조장된다. 그래서, 개재물의 영률을 강재의 영률에 가깝게 함으로써, 응력 집중이 저감되어, 취성 파괴가 억제됨을 발견하였다.
구체적으로는, 강탈산 원소인 Ca를 와이어에 첨가하여, 용접 중에 Si를 환원시킴으로써, 매트릭스에 비해 영률이 낮은 유리상 개재물(Si계)을 저감시켰다. 게다가, 저온 인성 개선에 유효한, 개재물을 기점으로 하여 생성되는 미세 어시큘러 페라이트(AF) 조직의 증가책을 검토하여, 개재물 조성을 적절히 제어함과 함께, 경합하는 입계 베이나이트를 억제하도록 성분을 조정함(Ni 및 B의 필수 첨가)으로써, 저온 인성을 개선하기에 족한 AF 조직을 얻었다.
또한, Li를 첨가한 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 제작한 용접 금속 중의 개재물 주위 매트릭스에는, Mn 농도가 낮은, 이른바 Mn 결핍층이 형성되어, AF 생성이 촉진됨을 밝힘과 함께, 용접 금속 중의 Mn 함유량을 소정의 값 이상으로 함으로써, AF 촉진 효과가 향상됨을 발견하였다. 게다가, 개재물 중의 유리상과 매트릭스의 계면에, 매트릭스와 양호한 격자 정합성을 갖는 층상의 Ti 풍부상이 생성되고, 이것이 AF 생성 핵으로서 유효하게 기능함을 발견하였다.
그리고, 이들 Mn 결핍층이나 Ti 풍부상의 작용을 활용함으로써, 일반적으로 조직이 조대해지기 쉬운 원질부에 있어서도, 현저하게 미세한 AF 조직이 얻어짐을 발견하였다(이상, 제 2 지견이라고도 한다).
즉, 상기 제 1 지견에 기초하는 실시형태(이하, 제 1 실시형태라고도 한다)는, 와이어 전체 질량당,
C: 0.03∼0.12질량%,
Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로의 Si: 0.20∼0.70질량%,
Mn: 1.0∼4.0질량%,
Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로의 Ti: 2.4∼4.5질량%,
Al: 0.005∼0.050질량%,
Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로의 Li: 0.01∼0.10질량%,
Ni: 0.30∼3.50질량% 및 B: 0.0008∼0.012질량% 중 적어도 하나, 및
Fe: 80질량% 이상을 함유하고,
Li/Si≥0.05를 만족하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, ZrO2: 0.02∼0.50질량%, 및 Al2O3: 0.02∼0.80질량%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유해도 된다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, Cu: 0.40질량% 이하, Cr: 1.0질량% 이하, Mo: 0.35질량% 이하, Nb: 0.030질량% 이하, 및 V: 0.050질량% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유해도 된다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, Na 및 K의 합계: 1.0질량% 이하, 및 Ca: 1.0질량% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유해도 된다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, Mg: 1.0질량% 이하를 추가로 함유해도 된다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, F: 1.0질량% 이하를 추가로 함유해도 된다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어의 바람직한 일 태양은, Ni: 0.80∼3.50질량%, 및 B: 0.0008∼0.012질량%의 양방을 함유하는 것이다.
또한, 본 실시형태는,
C: 0.04∼0.12질량%,
Si: 0.10∼0.50질량%,
Mn: 0.80∼3.00질량%,
Ti: 0.030∼0.100질량%,
Al: 0.002∼0.010질량%,
O: 0.030∼0.070질량%,
N: 0 초과∼0.01질량%, 및
Ni: 0.30∼3.50질량% 및 B: 0.0005∼0.0070질량% 중 적어도 하나를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 용접 금속으로서,
상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물이, 하기 요건(1) 및 (2)를 만족하는 용접 금속에도 관한 것이다.
(1) 상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성이, 질량%로, Al2O3+MnO+TiO2≥50%를 만족한다.
(2) 상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중에, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 함유하는 입자가 존재한다.
상기 용접 금속은, Cu: 0.40질량% 이하, Cr: 1.0질량% 이하, Mo: 0.35질량% 이하, Nb: 0.020질량% 이하, 및 V: 0.050질량% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유해도 된다.
또한, 상기 용접 금속의 바람직한 일 태양은,
Ni: 0.80∼3.50질량%, 및 B: 0.0005∼0.0070질량%의 양방을 함유하고,
하기 식으로 정의되는 어시큘러 페라이트 생성률이 15% 이상인
어시큘러 페라이트 생성률(%)=(어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100
용접 금속이다.
또한, 상기 제 2 지견에 기초하는 실시형태(이하, 제 2 실시형태라고도 한다)는, 와이어 전체 질량당,
C: 0.03∼0.12질량%,
Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로의 Si: 0.20∼0.36질량%,
Mn: 2.5∼3.3질량%,
Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로의 Ti: 2.4∼4.0질량%,
Ni: 1.00∼3.50질량%,
B: 0 초과∼0.012질량% 이하,
Ca: 0.03∼1.0질량%,
Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로의 Li: 0.01∼0.10질량%, 및
Fe: 80질량% 이상을 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.
상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, ZrO2: 0.02∼0.50질량%, 및 Al2O3: 0.02∼0.80질량%로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유해도 된다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, Al: 0.005∼0.050질량%, Cu: 0.40질량% 이하, Cr: 1.0질량% 이하, Mo: 0.35질량% 이하, Nb: 0.030질량% 이하, 및 V: 0.050질량% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유해도 된다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, Na 및 K의 합계: 1.0질량% 이하를 추가로 함유해도 된다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, Mg: 1.0질량% 이하를 추가로 함유해도 된다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, F: 1.0질량% 이하를 추가로 함유해도 된다.
또한, 본 실시형태는,
C: 0.04∼0.12질량%,
Si: 0.20∼0.32질량%,
Mn: 1.80∼2.30질량%,
Ti: 0.030∼0.090질량%,
Ni: 1.00∼3.50질량%,
B: 0 초과∼0.0070질량%,
Ca: 0.0003∼0.010질량%,
N: 0 초과∼0.01질량%, 및
O: 0.030∼0.070질량%를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 용접 금속으로서,
하기 식으로 정의되는 어시큘러 페라이트 생성률이 15% 이상인
어시큘러 페라이트 생성률(%)=(어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100
용접 금속에도 관한 것이다.
상기 용접 금속은, Al: 0.002∼0.010질량%, Cu: 0.40질량% 이하, Cr: 1.0질량% 이하, Mo: 0.35질량% 이하, Nb: 0.020질량% 이하, 및 V: 0.050질량% 이하로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유해도 된다.
본 발명에 의하면, 용접 금속으로서 종래 얻어지지 않았던 저온 인성을 얻을 수 있기 때문에, 저온 환경하에서 사용되는 구조물의 안전성을 보다 한층 높일 수 있다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 상세하게 설명한다. 한편, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
[제 1 실시형태]
<가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어>
본 실시형태의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어(이하, 간단히 「플럭스 코어드 와이어」 또는 「와이어」라고도 한다)는, 와이어 전체 질량당, C: 0.03∼0.12질량%, Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로의 Si: 0.20∼0.70질량%, Mn: 1.0∼4.0질량%, Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로의 Ti: 2.4∼4.5질량%, Al: 0.005∼0.050질량%, Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로의 Li: 0.01∼0.10질량%, Ni: 0.30∼3.50질량% 및 B: 0.0008∼0.012질량% 중 적어도 하나, 및 Fe: 80질량% 이상을 함유하고, Li/Si≥0.05를 만족하는 것이다.
이하에 있어서, 본 실시형태의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 함유되는 각 성분량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 한편, 이하에 있어서, 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 중의 각 성분량은 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 함유량이고, 즉, 와이어 전체 질량당의 함유량이다.
또한, 본 명세서에 있어서, 질량을 기준으로 하는 백분율(질량%)은 중량을 기준으로 하는 백분율(중량%)과 동일한 의미이다. 또한, 「∼」란 그 하한의 값 이상, 그 상한의 값 이하인 것을 의미한다.
(C: 0.03∼0.12질량%)
C는 용접 금속의 강도를 높이는 데 유효한 원소이다. 단, C가 과잉이면, 강도가 과대하게 상승하여 인성이 열화될 우려가 있다. 한편, C가 지나치게 적으면, 강도가 부족할 우려가 있음과 함께, 인성에 악영향을 미치는 조대한 입계 페라이트가 생성되게 된다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 C량은 0.12% 이하이고, 바람직하게는 0.09% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.08% 이하이다. 또한, 와이어 중의 C량은 0.03% 이상이고, 바람직하게는 0.04% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다.
(Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로의 Si: 0.20∼0.70질량%)
Si는 탈산제로서 작용하는 원소이다. 또한, 산화물계 개재물의 유리상의 제어에 중요하다. 단, Si가 과잉이면, 산화물계 개재물의 유리상이 증가하여 인성이 저하될 우려가 있다. 한편, Si가 지나치게 적으면, 탈산 부족에 의해 블로홀이 발생할 우려가 있다. 또한, 용접 작업성이 저하될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Si량은, Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로, 0.70% 이하이고, 바람직하게는 0.60% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.50% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Si량은, Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로, 0.20% 이상이고, 바람직하게는 0.25% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.30% 이상이다.
여기에서, Si원으로서는, SiO2, K2SiF6 등 외, 칼리 유리, 소다 유리 등도 예시된다.
(Mn: 1.0∼4.0질량%)
Mn은 탈산제로서 작용함과 함께, 강도 및 인성에 영향을 주는 원소이다. 단, Mn이 과잉이면, 강도가 과대가 됨과 함께, 담금질성이 과대가 되어 인성이 저하될 우려가 있다. 한편, Mn이 지나치게 적으면, 강도가 부족할 우려가 있음과 함께, 인성에 악영향을 미치는 조대한 입계 페라이트가 생성되게 된다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Mn량은 4.0% 이하이고, 바람직하게는 3.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 2.7% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Mn량은 1.0% 이상이고, 바람직하게는 2.3% 이상이고, 보다 바람직하게는 2.6% 이상이다.
(Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로의 Ti: 2.4∼4.5질량%)
Ti는 탈산제로서 작용하는 원소이다. 또한, 그 산화물계 개재물이 어시큘러 페라이트의 핵으로서 작용한다. 단, Ti가 과잉이면, 고용 Ti가 과다가 되어, 강도가 과대가 됨과 함께, 인성이 열화될 우려가 있다. 한편, Ti가 지나치게 적으면, 페라이트가 조대화되어 인성이 열화될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Ti량은, Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로, 4.5% 이하이고, 바람직하게는 3.6% 이하이고, 보다 바람직하게는 3.2% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Ti량은, Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로, 2.4% 이상이고, 바람직하게는 2.6% 이상이고, 보다 바람직하게는 2.8% 이상이다.
여기에서, Ti원으로서는, TiO2 등을 들 수 있다.
(Al: 0.005∼0.050질량%)
Al은 탈산제로서 작용하는 원소이다. 단, Al이 과잉이면, 어시큘러 페라이트의 핵 생성이 방해되어, 인성이 열화될 우려가 있다. 한편, Al이 지나치게 적으면, 탈산 부족에 의해 블로홀이 발생할 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Al량은 0.050% 이하이고, 바람직하게는 0.048% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.045% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Al량은 0.005% 이상이고, 바람직하게는 0.008% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.015% 이상이다.
(Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로의 Li: 0.01∼0.10질량%)
Li는 용접 금속 중의 산화물계 개재물의 결정 구조를 입방정계로 제어하는 작용을 하는 원소이다. 단, Li가 과잉이면, 와이어의 내흡습성이 열화되어, 내저온균열성 및 내기공성에 문제가 생길 우려가 있다. 한편, Li가 지나치게 적으면, 산화물계 개재물의 결정 구조가 입방정계로 제어될 수 없어, 인성이 저하될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Li량은, Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로, 0.10% 이하이고, 바람직하게는 0.08% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.06% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Li량은, Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로, 0.01% 이상이고, 바람직하게는 0.02% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.03% 이상이다.
(Ni: 0.30∼3.50질량% 및 B: 0.0008∼0.012질량% 중 적어도 하나)
Ni는 용접 금속의 인성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 또한, 어시큘러 페라이트와 경합하는 입계 베이나이트 조직의 형성을 늦춤으로써, 어시큘러 페라이트 생성을 촉진하는 작용도 갖는다. 단, Ni가 과잉이면, 고온 균열이 발생할 우려가 있다. 또한, 마텐자이트 생성량이 늘어나, 강도가 상승함으로써, 샤르피 충격 흡수 에너지가 저하될 우려가 있다. 한편, Ni가 지나치게 적으면, 인성이 열화될 우려가 있다.
마찬가지로, B는 용접 금속의 인성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이고, 인성에 악영향을 미치는 입계 페라이트를 억제함으로써, 저온에서의 취성 파면율 저감에 기여한다. 단, B가 과잉이면, 고온 균열이 발생할 우려가 있다. 한편, B가 지나치게 적으면, 인성이 열화될 우려가 있다.
본 실시형태의 와이어는 Ni 및 B 중 적어도 1종을 특정량 범위로 함유한다.
즉, Ni를 함유하는 경우, 상기의 관점에서, 와이어 중의 Ni량은 3.50% 이하이고, 바람직하게는 3.00% 이하이고, 보다 바람직하게는 2.50% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Ni량은 0.30% 이상이고, 바람직하게는 0.50% 이상이고, 더 바람직하게는 1.50% 이상이다.
또한, B를 함유하는 경우, 상기의 관점에서, 와이어 중의 B량은 0.012% 이하이고, 바람직하게는 0.010% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.007% 이하이다. 또한, 와이어 중의 B량은 0.0008% 이상이고, 바람직하게는 0.0010% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0015% 이상이다.
(Li/Si≥0.05)
Li/Si는 용접 금속의 산화물계 개재물 중의 입방정계의 결정 구조의 지표가 되는 파라미터이다.
여기에서, Li/Si가 지나치게 작으면, 입방정계의 결정 구조를 가지는 산화물계 개재물이 감소해서 유리상이 증가하여, 인성이 저하될 우려가 있다. 따라서, 본 실시형태의 와이어에서는, Li/Si를 0.05 이상, 바람직하게는 0.07 이상, 보다 바람직하게는 0.10 이상으로 한다.
(Fe 및 불가피적 불순물)
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.
잔부의 Fe는, 외피를 구성하는 Fe, 플럭스에 첨부되어 있는 철분(粉), 합금분의 Fe가 상당한다. 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는 Fe를 80질량% 이상 함유하고, 바람직하게는 82질량% 이상 함유하고, 더 바람직하게는 84질량% 이상 함유한다.
한편, Fe의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 다른 성분 조성과의 관계로부터, 예를 들어 96질량% 이하로 한다.
잔부의 불가피적 불순물로서는, P, S, Sn, Pb, Sb 등을 들 수 있다.
또한, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에는, 전술한 각 성분 외에, 본 발명의 효과가 저해되지 않는 범위에서, 전술한 원소 이외의 합금 원소, 슬래그 형성제 및 아크 안정제 등이 첨가되어 있어도 된다. 한편, 각 원소가 산화물이나 질화물로서 첨가된 경우는, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 잔부에는 O나 N도 포함된다.
또한, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, 전술한 각 성분에 더하여, 추가로, 하기의 적어도 1종의 성분을 소정량 함유시켜도 된다.
(Cu: 0.40질량% 이하)
Cu는 용접 금속의 강도 확보에 유효한 원소이다. 단, Cu가 과잉이 되면, 강도가 과대하게 상승하고, 인성이 열화될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어에 Cu를 함유시키는 경우, 와이어 중의 Cu량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.01% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이고, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 또한, 와이어 중의 Cu량은, 바람직하게는 0.40% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30% 이하이고, 더 바람직하게는 0.25% 이하이다.
(Cr: 1.0질량% 이하)
Cr은 용접 금속의 강도 확보에 유효한 원소이다. 단, Cr이 과잉이 되면, 강도가 과대하게 상승하고, 인성이 열화될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어에 Cr을 함유시키는 경우, 와이어 중의 Cr량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.01% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이고, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 또한, 와이어 중의 Cr량은, 바람직하게는 1.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.8% 이하이고, 더 바람직하게는 0.6% 이하이다.
(Mo: 0.35질량% 이하)
Mo는 용접 금속의 강도 확보에 유효한 원소이다. 단, Mo가 과잉이 되면, 강도가 과대가 되고, 인성이 열화될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어에 Mo를 함유시키는 경우, 와이어 중의 Mo량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.01% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이고, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 또한, 와이어 중의 Mo량은, 바람직하게는 0.35% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30% 이하이고, 더 바람직하게는 0.25% 이하이고, 보다 더 바람직하게는 0.20% 이하이다.
(Nb: 0.030질량% 이하)
Nb는 용접 금속의 강도 확보에 유효한 원소이다. 단, Nb가 과잉이 되면, 강도가 과대하게 상승하고, 인성이 열화될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어에 Nb를 함유시키는 경우, 와이어 중의 Nb량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.001% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.005% 이상이고, 더 바람직하게는 0.008% 이상이다. 또한, 와이어 중의 Nb량은, 바람직하게는 0.030% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020% 이하이고, 더 바람직하게는 0.015% 이하이다.
(V: 0.050질량% 이하)
V는 용접 금속의 강도 확보에 유효한 원소이다. 단, V가 과잉이 되면, 강도가 과대하게 상승하고, 인성이 열화될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어에 V를 함유시키는 경우, 와이어 중의 V량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.001% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.005% 이상이고, 더 바람직하게는 0.008% 이상이다. 또한, 와이어 중의 V량은, 바람직하게는 0.050% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020% 이하이고, 더 바람직하게는 0.015% 이하이다.
(Na 및 K의 합계: 1.0질량% 이하)
Na 및 K는 아크 안정성을 향상시켜, 스패터 발생량을 저감시키는 효과를 갖는 원소이다. 단, 이들 원소가 과잉이 되면, 와이어의 내흡습성이 열화되어, 내저온균열성 및 내기공성에 문제가 생길 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어에 Na 및 K 중 1종 이상을 함유시키는 경우, 와이어 중의 Na 및 K의 합계량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.010% 이상이고, 더 바람직하게는 0.020% 이상이다. 또한, 와이어 중의 Na 및 K의 합계량은, 바람직하게는 1.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.50% 이하이고, 더 바람직하게는 0.20% 이하이다.
(Ca: 1.0질량% 이하)
Ca는 아크 안정성을 향상시켜, 스패터를 감소시키는 효과를 갖는 원소이다. 단, Ca가 과잉이 되면, 스패터 발생량이 오히려 증가해 버린다.
이상의 관점에서, 와이어에 Ca를 함유시키는 경우, 와이어 중의 Ca량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.050% 이상이고, 더 바람직하게는 0.20% 이상이다. 또한, 와이어 중의 Ca량은, 바람직하게는 1.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.90% 이하이고, 더 바람직하게는 0.70% 이하이다.
(Mg: 1.0질량% 이하)
Mg는 아크 안정성을 향상시켜, 스패터를 감소시키는 효과를 갖는 원소이다. 단, Mg가 과잉이 되면, 스패터 발생량이 오히려 증가해 버린다.
이상의 관점에서, 와이어에 Mg를 함유시키는 경우, 와이어 중의 Mg량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.050% 이상이고, 더 바람직하게는 0.20% 이상이다. 또한, 와이어 중의 Mg량은, 바람직하게는 1.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.90% 이하이고, 더 바람직하게는 0.70% 이하이다.
한편, Mg와 Ca의 양방을 함유시키는 경우, Mg와 Ca의 합계량이 1.0% 이하인 것이 바람직하고, 0.90% 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.70% 이하인 것이 더 바람직하다. 또한, Mg와 Ca의 합계량은, 바람직하게는 0.005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.050% 이상이고, 더 바람직하게는 0.20% 이상이다.
(F: 1.0질량% 이하)
F는 아크의 취부(吹付)력(집중성)을 조정하기 위해, 및 용착 금속 중의 확산 수소량을 저감시키기 위해서, 와이어 중에 함유시켜도 된다. 단, F가 과잉이 되면, 퓸 및 스패터 발생량이 증가할 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어에 F를 함유시키는 경우, 와이어 중의 F량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.010% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.025% 이상이고, 더 바람직하게는 0.050% 이상이다. 또한, 와이어 중의 F량은, 바람직하게는 1.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.60% 이하이고, 더 바람직하게는 0.40% 이하이다.
(ZrO2: 0.02∼0.50질량%)
ZrO2는 비드의 평활성을 향상시키는 효과를 갖는 성분이다. 단, ZrO2가 과잉이 되면, 입향 자세에서의 비드 형상이 볼록화될 우려가 있다. 한편, ZrO2가 지나치게 적으면, 비드의 평활성이 열화될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어에 ZrO2를 함유시키는 경우, 와이어 중의 ZrO2량은, 바람직하게는 0.02% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다. 또한, 와이어 중의 ZrO2량은, 바람직하게는 0.50% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.45% 이하이다.
(Al2O3: 0.02∼0.80질량%)
Al2O3은 비드의 평활성을 향상시키는 효과를 갖는 성분이다. 단, Al2O3이 과잉이 되면, 비드 친밀성이 열화되고, 또한 스패터가 발생할 우려가 있다. 한편, Al2O3이 지나치게 적으면, 비드의 평활성이 열화될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어에 Al2O3을 함유시키는 경우, 와이어 중의 Al2O3량은, 바람직하게는 0.02% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다. 또한, 와이어 중의 Al2O3량은, 바람직하게는 0.80% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.60% 이하이다.
한편, Al2O3에는, 금속 Al은 포함되지 않는 것으로 한다.
또한, 상기 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어의 바람직한 일 태양은, Ni: 0.80∼3.50질량%, 및 B: 0.0008∼0.012질량%의 양방을 함유하는 것이다.
즉, 본 바람직한 일 태양에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어란,
와이어 전체 질량당,
C: 0.03∼0.12질량%,
Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로의 Si: 0.20∼0.70질량%,
Mn: 1.0∼4.0질량%,
Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로의 Ti: 2.4∼4.5질량%,
Al: 0.005∼0.050질량%,
Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로의 Li: 0.01∼0.10질량%,
Ni: 0.80∼3.50질량%,
B: 0.0008∼0.012질량%, 및
Fe: 80질량% 이상을 함유하고,
Li/Si≥0.05를 만족하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어이다.
본 태양의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 의하면, 전술한 이유에 의해, 용접 금속의 산화물계 개재물을 입방정계의 결정 구조로 제어할 수 있다. 게다가, 특정량의 Ni 및 특정량의 B의 양방을 함유함으로써, 인성에 악영향을 미치는 조대한 입계 페라이트의 생성을 억제하면서, 어시큘러 페라이트와 경합하는 입계 베이나이트를 억제하고, 저온 인성의 개선에 유효한, 개재물을 기점으로 하여 생성되는 미세 어시큘러 페라이트(AF) 조직을 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 용접 금속 조직의 전체 단면에 걸쳐서 저온 인성을 더 개선할 수 있다.
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, 전형적으로는 강제 외피에 플럭스를 충전한 것이다. 상세하게는, 본 실시형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 통 형상을 나타내는 스테인리스강 또는 연강제의 외피와 그 외피의 내부(내측)에 충전되는 플럭스로 이루어진다. 한편, 플럭스 코어드 와이어는, 외피에 이음매가 없는 심리스 타입, 외피에 이음매가 있는 심 타입의 어느 형태여도 된다. 또한, 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 표면(외피의 외측)에 도금 등이 실시되어 있어도 실시되어 있지 않아도 된다.
계속해서, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법의 일 실시형태에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어를 제조할 때는, 먼저, 강제 외피 내에 플럭스를 충전한다. 그때, 외피에는, 신선 가공성이 양호한 연강이나 저합금강을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 플럭스의 조성 및 충전율은, 와이어 전체의 조성이 전술한 범위가 되도록 외피의 조성이나 두께 등에 따라서 적절히 조정할 수 있다.
다음으로, 외피 내에 플럭스가 충전된 와이어를, 구멍 다이나 롤러 다이를 이용하여 신선하는 것에 의해 축경하여, 소정의 외경을 갖는 플럭스 코어드 와이어를 얻는다.
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 외경은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 와이어의 생산성의 관점에서, 바람직하게는 1.0∼2.0mm이고, 보다 바람직하게는 1.2∼1.6mm이다.
또한, 플럭스 충전율은, 와이어 중의 각 성분이 본 발명의 범위 내이면, 임의의 값으로 설정할 수 있지만, 와이어의 신선성 및 용접 시의 작업성(송급성 등)의 관점에서, 와이어 전체 질량의 10∼25질량%인 것이 바람직하고, 13∼16질량%인 것이 보다 바람직하다. 한편, 이 플럭스 충전율은, 외피 내에 충전되는 플럭스의 질량을, 와이어(외피+플럭스)의 전체 질량에 대한 비율로 규정한 것이다.
<용접 금속>
또한, 본 실시형태의 용접 금속(저합금강 용접 금속)은, C: 0.04∼0.12질량%, Si: 0.10∼0.50질량%, Mn: 0.80∼3.00질량%, Ti: 0.030∼0.100질량%, Al: 0.002∼0.010질량%, O: 0.030∼0.070질량%, N: 0 초과∼0.01질량%, 및 Ni: 0.30∼3.50질량% 및 B: 0.0005∼0.0070질량% 중 적어도 하나를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 용접 금속으로서, 상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물이, 하기 요건(1) 및 (2)를 만족하는 것이다.
(1) 상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성이, 질량%로, Al2O3+MnO+TiO2≥50%를 만족한다.
(2) 상기 산화물계 개재물의 입자 중에, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 함유하는 입자가 존재한다.
본 실시형태의 용접 금속은, 예를 들어 전술한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 실드 아크 용접에 의해 얻어지는, 저온 인성이 우수한 용접 금속이다.
이하에 있어서, 본 실시형태의 용접 금속에 함유되는 각 성분량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 한편, 용접 금속 중의 각 성분량은 용접 금속의 전체 질량에 대한 함유량이고, 즉, 용접 금속 전체 질량당의 함유량이다.
(C: 0.04∼0.12질량%)
용접 금속 중의 C량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 C량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 C량은 0.12% 이하이고, 바람직하게는 0.10% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.08% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 C량은 0.04% 이상이고, 바람직하게는 0.05% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.06% 이상이다.
(Si: 0.10∼0.50질량%)
용접 금속 중의 Si량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 C량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 Si량은 0.50% 이하이고, 바람직하게는 0.40% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.35% 이하이고, 더 바람직하게는 0.30% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 Si량은 0.10% 이상이고, 바람직하게는 0.15% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.20% 이상이다.
(Mn: 0.80∼3.00질량%)
용접 금속 중의 Mn량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Mn량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 Mn량은 3.00% 이하이고, 바람직하게는 2.50% 이하이고, 보다 바람직하게는 1.90% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 Mn량은 0.80% 이상이고, 바람직하게는 1.20% 이상이고, 보다 바람직하게는 1.50% 이상이다.
(Ti: 0.030∼0.100질량%)
용접 금속 중의 Ti량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Ti량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 Ti량은 0.100% 이하이고, 바람직하게는 0.080% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.070% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 Ti량은 0.030% 이상이고, 바람직하게는 0.040% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.050% 이상이다.
(Al: 0.002∼0.010질량%)
용접 금속 중의 Al량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Al량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 Al량은 0.010% 이하이고, 바람직하게는 0.008% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.006% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 Al량은 0.002% 이상이고, 바람직하게는 0.003% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.004% 이상이다.
(O: 0.030∼0.070질량%)
O는 용접 작업성을 확보하는 슬래그 형성에 기여하는 원소이다. O가 과잉이면, 산화물계 개재물이 증가하여, 인성이 열화될 우려가 있다. 또한, O가 지나치게 적으면, 용접 작업성이 현저하게 열화될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 용접 금속 중의 O량은 0.070% 이하이고, 바람직하게는 0.060% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.055% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 O량은 0.030% 이상이고, 바람직하게는 0.035% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.040% 이상이다.
(N: 0 초과∼0.01질량%)
N은 과잉으로 함유시키면 강도가 과대하게 상승하고, 인성이 열화될 우려가 있지만, 공업적으로는 0%로 억제하는 것은 곤란하다.
따라서, 용접 금속 중의 N량은 0 초과∼0.01%로 제어한다. N량은, 바람직하게는 0.007% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.006% 이하이다.
(Ni: 0.30∼3.50질량% 및 B: 0.0005∼0.0070질량% 중 적어도 하나)
용접 금속 중의 Ni량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Ni량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
또한, 용접 금속 중의 B량의 수치 한정 이유도 전술한 와이어 중의 B량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
본 실시형태의 용접 금속은 Ni 및 B 중 적어도 1종을 특정량 범위로 함유한다.
용접 금속에 Ni가 함유되는 경우, 용접 금속 중의 Ni량은 3.50% 이하이고, 바람직하게는 3.00% 이하이고, 보다 바람직하게는 2.70% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Ni량은 0.30% 이상이고, 바람직하게는 1.00% 이상이고, 보다 바람직하게는 2.00% 이상이다.
또한, 용접 금속에 B가 함유되는 경우, 용접 금속 중의 B량은 0.0070% 이하이고, 바람직하게는 0.0050% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0030% 이하이다. 또한, 와이어 중의 B량은 0.0005% 이상이고, 바람직하게는 0.0010% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0015% 이상이다.
(Fe 및 불가피적 불순물)
본 실시형태의 용접 금속의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.
잔부의 Fe는, 예를 들어 90질량% 이상이고, 바람직하게는 90.5질량% 이상이고, 더 바람직하게는 91질량% 이상이다.
한편, Fe의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 다른 성분 조성과의 관계로부터, 예를 들어 98.7질량% 이하로 한다.
잔부의 불가피적 불순물이란, 상기 성분 이외의 성분(P, S, Sn, Pb, Sb 등)이나, 후술하는 성분으로서 선택적으로 함유될 수 있는 성분(Nb, V, Cu 등) 등이 불가피적으로 포함되는 것도 해당하고, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 함유하는 것이 허용된다.
또한, 본 실시형태의 용접 금속에 있어서, 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물은 하기 요건(1) 및 (2)를 만족한다.
(1) 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성이, 질량%로, Al2O3+MnO+TiO2≥50%를 만족한다.
(2) 상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중에, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 함유하는 것이 존재한다.
(요건(1))
본 실시형태의 용접 금속에 있어서, 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성은, 질량%로, Al2O3+MnO+TiO2≥50%를 만족한다.
여기에서, Al2O3+MnO+TiO2는 산화물계 개재물의 조성을 나타내는 파라미터이고, 50% 미만에서는, 개재물을 기점으로 하는 미세 어시큘러 페라이트 조직이 감소하여, 저온 인성이 저하될 우려가 있다.
따라서, 본 실시형태의 용접 금속에서는, 산화물계 개재물의 평균 조성이, 질량%로, Al2O3+MnO+TiO2가 50% 이상, 바람직하게는 55% 이상, 보다 바람직하게는 65% 이상을 만족하도록 제어한다.
한편, 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성은 전자선 마이크로 프로브 X선 분석(Electron Probe X-ray Micro Analyzer: EPMA)법에 의해 측정할 수 있다. 또한, 해당 산화물계 개재물은, TiO2, MnO, Al2O3, SiO2를 함유하고, 잔부 성분은 불가피적 산화물과 불가피적 불화물이다. 불가피적 산화물이란, 용접 등으로 불가피적으로 포함되는 산화물이고, 예를 들면, ZrO2, Cr2O3, Li2O, Na2O, MgO, CaO, FeO, Fe3O4, Fe2O3을 들 수 있다. 또한, 불가피적 불화물로서는, CaF2를 들 수 있다. 불가피적 산화물이나 불가피적 불화물은, 상기 특성에 악영향을 미치지 않고, 원하는 특성이 얻어지는 한도에 있어서 포함되어도 된다. 상기 산화물계 개재물의 전체 질량에 대한 불가피적 산화물이나 불가피적 불화물의 합계 질량 백분율은, 대체로, 30% 미만인 것이 바람직하고, 20% 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, ZrO2, Cr2O3, Li2O, Na2O, CaO, MgO, FeO, Fe3O4, Fe2O3, CaF2는, 각각, 상기 산화물계 개재물의 전체 질량에 대한 질량 백분율이 10% 미만인 범위로 함유할 수 있다.
(요건(2))
또한, 본 실시형태의 용접 금속에 있어서는, 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중에, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 함유하는 입자가 존재하는 것이 필요하다. 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중에, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 함유하는 것이 존재하지 않으면, 인성이 저하된다.
여기에서, 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중에, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 함유하는 입자가 존재한다란, 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중의, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 내부에 포함하는 산화물계 개재물의 입자의 개수 비율이 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 10% 이상이고, 보다 바람직하게는 30% 이상이다. 또한, 당해 개수 비율의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니고, 100%, 즉 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 모든 입자가 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 내부에 포함하는 것이어도 된다. 한편, 당해 개수 비율의 산출 방법에 대해서는, 실시예의 난에 있어서 상술한다.
한편, 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물이 상기 요건(1)∼(2)를 만족하기 위해서는, 사용하는 와이어의 조성, 모재의 조성, 각종 용접 조건 등을 적절히 조정하면 된다.
또한, 본 실시형태의 용접 금속에는, 전술한 각 성분에 더하여, 추가로, 하기의 적어도 1종의 성분이 소정량 함유되어도 된다.
(Cu: 0.40질량% 이하)
용접 금속 중의 Cu량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Cu량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속에 Cu가 함유되는 경우, 용접 금속 중의 Cu량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.01% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이고, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 또한, 용접 금속 중의 Cu량은, 바람직하게는 0.40% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30% 이하이고, 더 바람직하게는 0.25% 이하이다.
(Cr: 1.0질량% 이하)
용접 금속 중의 Cr량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Cr량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속에 Cr이 함유되는 경우, 용접 금속 중의 Cr량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.01% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이고, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 또한, 용접 금속 중의 Cr량은, 바람직하게는 1.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.8% 이하이고, 더 바람직하게는 0.6% 이하이다.
(Mo: 0.35질량% 이하)
용접 금속 중의 Mo량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Mo량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속에 Mo가 함유되는 경우, 용접 금속 중의 Mo량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.01% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이고, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 또한, 용접 금속 중의 Mo량은, 바람직하게는 0.35% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30% 이하이고, 더 바람직하게는 0.25% 이하이고, 보다 더 바람직하게는 0.20% 이하이다.
(Nb: 0.020질량% 이하)
용접 금속 중의 Nb량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Nb량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속에 Nb가 함유되는 경우, 용접 금속 중의 Nb량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.001% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.005% 이상이고, 더 바람직하게는 0.008% 이상이다. 또한, 용접 금속 중의 Nb량은, 바람직하게는 0.020% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.015% 이하이고, 더 바람직하게는 0.012% 이하이다.
(V: 0.050질량% 이하)
용접 금속 중의 V량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 V량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속에 V가 함유되는 경우, 용접 금속 중의 V량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.001% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.005% 이상이고, 더 바람직하게는 0.008% 이상이다. 또한, 용접 금속 중의 V량은, 바람직하게는 0.050% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020% 이하이고, 더 바람직하게는 0.015% 이하이다.
또한, 상기 용접 금속의 바람직한 일 태양은,
Ni: 0.80∼3.50질량%, 및 B: 0.0005∼0.0070질량%의 양방을 함유하고,
하기 식으로 정의되는 어시큘러 페라이트 생성률이 15% 이상인 용접 금속이다.
어시큘러 페라이트 생성률(%)=(어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100
즉, 본 바람직한 일 태양에 따른 용접 금속이란,
C: 0.04∼0.12질량%,
Si: 0.10∼0.50질량%,
Mn: 0.80∼3.00질량%,
Ti: 0.030∼0.100질량%,
Al: 0.002∼0.010질량%,
O: 0.030∼0.070질량%,
N: 0 초과∼0.01질량%,
Ni: 0.80∼3.50질량%, 및
B: 0.0005∼0.0070질량%를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 용접 금속으로서,
상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물이, 하기 요건(1) 및 (2)를 만족하고,
(1) 상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성이, 질량%로, Al2O3+MnO+TiO2≥50%를 만족한다
(2) 상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중에, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 함유하는 입자가 존재한다
또한, 하기 식으로 정의되는 어시큘러 페라이트 생성률이 15% 이상인
어시큘러 페라이트 생성률(%)=(어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100
용접 금속이다.
본 태양의 용접 금속에 있어서는, 전술한 이유에 의해, 산화물계 개재물이 입방정계의 결정 구조로 제어된다. 게다가, 특정량의 Ni 및 특정량의 B의 양방이 함유되어 있음으로써, 인성에 악영향을 미치는 조대한 입계 페라이트의 생성이 억제되면서, 어시큘러 페라이트와 경합하는 입계 베이나이트가 억제되고, 저온 인성의 개선에 유효한, 개재물을 기점으로 하여 생성되는 미세 어시큘러 페라이트(AF) 조직이 증가한다. 이에 의해, 저온 인성이 더 개선된다.
여기에서, 어시큘러 페라이트(AF) 생성률(%)이란, (어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100으로 규정되는, 저온 인성의 개선에 기여하는 미세 어시큘러 페라이트(AF)의 생성능을 나타내는 파라미터이다.
이상의 관점에서, 본 태양의 용접 금속에 있어서의 어시큘러 페라이트 생성률은 15% 이상, 보다 바람직하게는 18% 이상, 더 바람직하게는 20% 이상이다.
한편, 본 태양에 있어서는, 응고 그대로의 조직부, 및 재열 조립역(再熱 粗粒域)의 양방에 있어서의 어시큘러 페라이트 생성률이 15% 이상인 것이 바람직하다.
한편, 어시큘러 페라이트 생성률은 이하와 같이 하여 측정할 수 있다.
우선, 용접 금속을 용접 방향에 수직인 면에서 절단하고, 나이탈(질산:에탄올=5:95) 부식액으로 에칭한다. 계속해서, 최종 패스 원질부의 165μm×219μm의 범위를 광학 현미경에 의해 400배로 4시야 촬영하고, 찍힌 개재물 입자 중, 원 상당 직경이 1.5μm 이상인 것을 선정한다. 그리고, 개재물 입자를 기점으로 방사상으로 신장한 조직을, 어시큘러 페라이트라고 정의하고, 하기 식에 기초하여 어시큘러 페라이트 생성률(%)을 측정한다.
어시큘러 페라이트 생성률(%)=(어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100
또한, 본 실시형태의 용착 금속은, JIS Z2202에 준거한 인장 시험에 의한 인장 강도가 490MPa 초과인 것이 바람직하고, 690MPa 초과인 것이 보다 바람직하고, 780MPa 초과인 것이 더 바람직하다.
[제 2 실시형태]
<가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어>
본 실시형태의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어(이하, 간단히 「플럭스 코어드 와이어」 또는 「와이어」라고도 한다)는, 와이어 전체 질량당, C: 0.03∼0.12질량%, Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로의 Si: 0.20∼0.36질량%, Mn: 2.5∼3.3질량%, Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로의 Ti: 2.4∼4.0질량%, Ni: 1.00∼3.50질량%, B: 0 초과∼0.012질량% 이하, Ca: 0.03∼1.0질량%, Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로의 Li: 0.01∼0.10질량%, 및 Fe: 80질량% 이상을 함유하는 것이다.
이하에 있어서, 본 실시형태의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 함유되는 각 성분량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 한편, 이하에 있어서, 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어 중의 각 성분량은 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어의 전체 질량에 대한 함유량이고, 즉, 와이어 전체 질량당의 함유량이다.
(C: 0.03∼0.12질량%)
C는 용접 금속의 강도를 높이는 데 유효한 원소이다. 단, C가 과잉이면, 강도가 과대하게 상승하여 인성이 열화될 우려가 있다. 한편, C가 지나치게 적으면, 강도가 부족할 우려가 있음과 함께, 인성에 악영향을 미치는 조대한 입계 페라이트가 생성되게 된다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 C량은 0.12% 이하이고, 바람직하게는 0.09% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.08% 이하이다. 또한, 와이어 중의 C량은 0.03% 이상이고, 바람직하게는 0.04% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다.
(Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로의 Si: 0.20∼0.36질량%)
Si는 용접 시의 작업성을 개선하는 원소이다. 단, Si가 과잉이면, 개재물의 영률이 매트릭스로부터 현격한 것이 되어, 개재물 기점의 취성 파괴가 발생하기 쉬워진다. 한편, Si가 지나치게 적으면, 용접 작업성, 혹은 인성이 저하될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Si량은, Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로, 0.36% 이하이고, 바람직하게는 0.34% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.32% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Si량은, Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로, 0.20% 이상이고, 바람직하게는 0.22% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.24% 이상이다.
여기에서, Si원으로서는, SiO2, K2SiF6 등 외, 칼리 유리, 소다 유리 등도 예시된다.
(Mn: 2.5∼3.3질량%)
Mn은 강도의 향상에 유효한 원소이지만, Mn이 과잉이면, 강도가 과대가 되어 인성이 저하될 우려가 있다. 한편, Mn이 지나치게 적으면, 인성에 악영향을 미치는 조대한 입계 페라이트가 생성되게 된다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Mn량은 3.3% 이하이고, 바람직하게는 3.2% 이하이고, 보다 바람직하게는 3.1% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Mn량은 2.5% 이상이고, 바람직하게는 2.6% 이상이고, 보다 바람직하게는 2.7% 이상이다.
(Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로의 Ti: 2.4∼4.0질량%)
Ti는 개재물을 구성하는 원소이다. 단, Ti가 과잉이면, 강도가 과대하게 상승하고, 인성이 열화될 우려가 있다. 한편, Ti가 지나치게 적으면, 개재물 기점의 어시큘러 페라이트의 생성이 저조해져, 저온 인성을 확보할 수 없게 될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Ti량은, Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로, 4.0% 이하이고, 바람직하게는 3.8% 이하이고, 보다 바람직하게는 3.5% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Ti량은, Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로, 2.4% 이상이고, 바람직하게는 2.5% 이상이고, 보다 바람직하게는 2.6% 이상이다.
여기에서, Ti원으로서는, TiO2 등을 들 수 있다.
(Ni: 1.00∼3.50질량%)
Ni는 취성 파괴의 억제에 필요한 원소이다. 또한, 어시큘러 페라이트(AF)와 경합하는 입계 베이나이트 조직의 형성을 늦춤으로써, AF의 생성을 촉진하는 작용도 갖는다. 단, Ni가 과잉이면, 마텐자이트 생성량이 늘어나, 강도가 상승함으로써, 샤르피 충격 흡수 에너지가 저하될 우려가 있다. 한편, Ni가 지나치게 적으면, 인성이 저하될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Ni량은 3.50% 이하이고, 바람직하게는 3.00% 이하이고, 보다 바람직하게는 2.70% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Ni량은 1.00% 이상이고, 바람직하게는 1.20% 이상이고, 더 바람직하게는 2.00% 이상이다.
(B: 0.012질량% 이하(0질량%를 포함하지 않는다))
B는 인성에 악영향을 미치는 입계 페라이트를 억제함으로써, 저온에서의 취성 파면율 저감에 기여하는 원소이다. 단, B가 과잉이면, 고온 균열이 발생할 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 B량은 0.012% 이하이고, 바람직하게는 0.010% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.007% 이하이다. 또한, 와이어 중의 B량은, 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.0008% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0010% 이상이다.
(Ca: 0.03∼1.0질량%)
Ca는 강탈산 원소이고, 용접 중에 Si를 환원시킴으로써, 매트릭스에 비해 영률이 낮은 유리상 개재물(Si계)을 저감하여, 인성 개선에 기여한다. 단, Ca가 과잉이면, 어시큘러 페라이트의 생성량이 저하되어, 인성이 열화될 우려가 있다. 한편, Ca가 지나치게 적으면, 유리상 개재물이 증가하여 인성이 저하될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Ca량은 0.03% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.04% 이상이고, 더 바람직하게는 0.05% 이상이다. 또한, 와이어 중의 Ca량은, 바람직하게는 1.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5% 이하이고, 더 바람직하게는 0.3% 이하이다.
(Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로의 Li: 0.01∼0.10질량%)
Li는 용접 금속 중의 산화물계 개재물의 주위 모상에, Mn 농도가 낮은, 이른바 Mn 결핍층을 형성함으로써, 어시큘러 페라이트 형성을 촉진하는 작용을 하는 원소이다. 단, Li가 과잉이면, 와이어의 내흡습성이 열화되어, 내저온균열성 및 내기공성에 문제가 생길 우려가 있다. 한편, Li가 지나치게 적으면, Mn 결핍층이 충분히 형성되지 않아, 인성이 저하될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 와이어 중의 Li량은, Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로, 0.10% 이하이고, 바람직하게는 0.08% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.06% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Li량은, Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로, 0.01% 이상이고, 바람직하게는 0.02% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.03% 이상이다.
(Fe 및 불가피적 불순물)
본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 또한, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어에는, 전술한 각 성분 외에, 본 발명의 효과가 저해되지 않는 범위에서, 전술한 원소 이외의 합금 원소, 슬래그 형성제 및 아크 안정제 등이 첨가되어 있어도 된다. 잔부에 대한 상세는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
또한, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어는, 전술한 각 성분에 더하여, 추가로, 하기의 적어도 1종의 성분을 소정량 함유시켜도 된다.
(Al: 0.005∼0.050질량%)
Al은 탈산제로서 작용하는 원소이다. 단, Al이 과잉이면, 개재물 기점의 어시큘러 페라이트의 생성이 저조해져, 저온 인성을 확보할 수 없게 될 우려가 있다. 한편, Al이 지나치게 적으면, 탈산 부족에 의해 블로홀이 발생할 우려가 있다.
이상의 관점에서, Al을 함유시키는 경우의 와이어 중의 Al량은 0.050% 이하이고, 바람직하게는 0.045% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.042% 이하이다. 또한, Al을 함유시키는 경우의 와이어 중의 Al량은 0.005% 이상이고, 바람직하게는 0.008% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.010% 이상이다.
(Cu: 0.40질량% 이하)
Cu는 와이어 중에 0.40% 이하까지 함유시켜도 된다. 한편, Cu의 첨가 이유 및 적합 범위는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
(Cr: 1.0질량% 이하)
Cr은 와이어 중에 1.0% 이하까지 함유시켜도 된다. 한편, Cr의 첨가 이유 및 적합 범위는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
(Nb: 0.030질량% 이하)
Nb는 와이어 중에 0.030% 이하까지 함유시켜도 된다. 한편, Nb의 첨가 이유 및 적합 범위는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
(V: 0.050질량% 이하)
V는 와이어 중에 0.050% 이하까지 함유시켜도 된다. 한편, V의 첨가 이유 및 적합 범위는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
(Na 및 K의 합계: 1.0질량% 이하)
Na 및 K는 와이어 중에 합계량으로 1.0% 이하까지 함유시켜도 된다. 한편, Na 및 K의 첨가 이유 및 적합 범위는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
(Mg: 1.0질량% 이하)
Mg는 와이어 중에 1.0% 이하까지 함유시켜도 된다. 한편, Mg의 첨가 이유 및 적합 범위는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
(F: 1.0질량% 이하)
F는 와이어 중에 1.0% 이하까지 함유시켜도 된다. 한편, F의 첨가 이유 및 적합 범위는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
(ZrO2: 0.02∼0.50질량%)
ZrO2는 와이어 중에 0.02∼0.50% 함유시켜도 된다. 한편, ZrO2의 첨가 이유 및 적합 범위는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
(Al2O3: 0.02∼0.80질량%)
Al2O3은 와이어 중에 0.02∼0.80% 함유시켜도 된다. 한편, Al2O3의 첨가 이유 및 적합 범위는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
또한, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 제조 방법, 외경, 플럭스 충전율 등도, 제 1 실시형태에 적용되는 것이 적절히 원용된다.
<용접 금속>
또한, 본 실시형태의 용접 금속(저합금강 용접 금속)은, C: 0.04∼0.12질량%, Si: 0.20∼0.32질량%, Mn: 1.80∼2.30질량%, Ti: 0.030∼0.090질량%, Ni: 1.00∼3.50질량%, B: 0 초과∼0.0070질량%, Ca: 0.0003∼0.010질량%, N: 0 초과∼0.01질량%, 및 O: 0.030∼0.070질량%를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 용접 금속으로서, 하기 식으로 정의되는 어시큘러 페라이트 생성률이 15% 이상인
어시큘러 페라이트 생성률(%)=(어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100
용접 금속이다.
본 실시형태의 용접 금속은, 예를 들어 전술한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 실드 아크 용접에 의해 얻어지는, 양호한 저온 인성과 높은 강도를 겸비하는 용접 금속이다.
이하에 있어서, 본 실시형태의 용접 금속에 함유되는 각 성분량의 수치 한정 이유에 대하여 설명한다. 한편, 용접 금속 중의 각 성분량은 용접 금속의 전체 질량에 대한 함유량이고, 즉, 용접 금속 전체 질량당의 함유량이다.
(C: 0.04∼0.12질량%)
용접 금속 중의 C량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 C량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 C량은 0.12% 이하이고, 바람직하게는 0.10% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.08% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 C량은 0.04% 이상이고, 바람직하게는 0.05% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.06% 이상이다.
(Si: 0.20∼0.32질량%)
용접 금속 중의 Si량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 C량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 Si량은 0.32% 이하이고, 바람직하게는 0.30% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.28% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 Si량은 0.20% 이상이고, 바람직하게는 0.22% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.23% 이상이다.
(Mn: 1.80∼2.30질량%)
용접 금속 중의 Mn량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Mn량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 Mn량은 2.30% 이하이고, 바람직하게는 2.25% 이하이고, 보다 바람직하게는 2.20% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 Mn량은 1.80% 이상이고, 바람직하게는 1.85% 이상이고, 보다 바람직하게는 1.90% 이상이다.
(Ti: 0.030∼0.090질량%)
용접 금속 중의 Ti량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Ti량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 Ti량은 0.090% 이하이고, 바람직하게는 0.080% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.070% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 Ti량은 0.030% 이상이고, 바람직하게는 0.040% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.060% 이상이다.
(Ca: 0.0003∼0.01질량%)
용접 금속 중의 Ca량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Ca량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 Ca량은 0.01% 이하이고, 바람직하게는 0.005% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.003% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 Ca량은 0.0003% 이상이고, 바람직하게는 0.0004% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0005% 이상이다.
(Ni: 1.00∼3.50질량%)
용접 금속 중의 Ni량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Ni량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 Ni량은 3.50% 이하이고, 바람직하게는 3.00% 이하이고, 보다 바람직하게는 2.70% 이하이다. 또한, 와이어 중의 Ni량은 1.00% 이상이고, 바람직하게는 1.20% 이상이고, 보다 바람직하게는 2.00% 이상이다.
(B: 0.0070질량% 이하(0질량%를 포함하지 않는다))
용접 금속 중의 B량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 B량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 B량은, 바람직하게는 0.0070% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하이고, 더 바람직하게는 0.0010% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 B량은, 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.0005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.0008% 이상이다.
(N: 0 초과∼0.01질량%)
N은 과잉으로 함유시키면 강도가 과대하게 상승하고, 인성이 열화될 우려가 있지만, 공업적으로는 0%로 억제하는 것은 곤란하다.
따라서, 용접 금속 중의 N량은 0 초과∼0.01%로 제어한다. N량은, 바람직하게는 0.007% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.006% 이하이다.
(O: 0.030∼0.070질량%)
O는 개재물을 구성하는 원소이다. O가 부족하면, 어시큘러 페라이트의 기점이 되는 개재물 수가 감소하여, 저온 인성이 열화될 우려가 있다. 한편, O가 과잉이면, 조대한 개재물이 증가하여, 저온에서의 충격 흡수 에너지가 저하될 우려가 있다.
이상의 관점에서, 용접 금속 중의 O량은 0.070% 이하이고, 바람직하게는 0.060% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.055% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 O량은 0.030% 이상이고, 바람직하게는 0.035% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.040% 이상이다.
(Fe 및 불가피적 불순물)
본 실시형태의 용접 금속의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 잔부의 Fe 및 불가피적 불순물에 대한 상세는 제 1 실시형태와 마찬가지이다.
또한, 본 실시형태의 용접 금속에 있어서, 어시큘러 페라이트 생성률은 15% 이상이다.
여기에서, 어시큘러 페라이트(AF) 생성률(%)이란, (어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100으로 규정되는, 저온 인성의 개선에 기여하는 미세 어시큘러 페라이트(AF)의 생성능을 나타내는 파라미터이다. 어시큘러 페라이트 생성률이 15% 미만이면, 개재물을 기점으로 하는 미세한 어시큘러 페라이트 조직이 감소하여, 저온 인성이 열화된다.
이상의 관점에서, 본 태양의 용접 금속에 있어서의 어시큘러 페라이트 생성률은 15% 이상, 보다 바람직하게는 18% 이상, 더 바람직하게는 20% 이상이다.
또한, 본 실시형태의 용접 금속에는, 전술한 각 성분에 더하여, 추가로, 하기의 적어도 1종의 성분이 소정량 함유되어도 된다.
(Al: 0.002∼0.010질량%)
용접 금속 중의 Al량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Al량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속 중의 Al량은 0.010% 이하이고, 바람직하게는 0.008% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.006% 이하이다. 또한, 용접 금속 중의 Al량은 0.002% 이상이고, 바람직하게는 0.003% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.004% 이상이다.
(Cu: 0.40질량% 이하)
용접 금속 중의 Cu량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Cu량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속에 Cu가 함유되는 경우, 용접 금속 중의 Cu량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.05% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.10% 이상이다. 또한, 용접 금속 중의 Cu량은, 바람직하게는 0.40% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30% 이하이고, 더 바람직하게는 0.25% 이하이다.
(Cr: 1.0질량% 이하)
용접 금속 중의 Cr량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Cr량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속에 Cr이 함유되는 경우, 용접 금속 중의 Cr량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.05% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.10% 이상이다. 또한, 용접 금속 중의 Cr량은, 바람직하게는 1.0% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.8% 이하이고, 더 바람직하게는 0.6% 이하이다.
(Mo: 0.35질량% 이하)
용접 금속 중의 Mo량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Mo량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속에 Mo가 함유되는 경우, 용접 금속 중의 Mo량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.01% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이상이고, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 또한, 용접 금속 중의 Mo량은, 바람직하게는 0.35% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30% 이하이고, 더 바람직하게는 0.25% 이하이고, 보다 더 바람직하게는 0.20% 이하이다.
(Nb: 0.020질량% 이하)
용접 금속 중의 Nb량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 Nb량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속에 Nb가 함유되는 경우, 용접 금속 중의 Nb량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.008% 이상이다. 또한, 용접 금속 중의 Nb량은, 바람직하게는 0.020% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.015% 이하이고, 더 바람직하게는 0.012% 이하이다.
(V: 0.050질량% 이하)
용접 금속 중의 V량의 수치 한정 이유는 전술한 와이어 중의 V량의 수치 한정 이유와 마찬가지이다.
이로부터, 용접 금속에 V가 함유되는 경우, 용접 금속 중의 V량은 0% 초과이면 되지만, 바람직하게는 0.005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.008% 이상이다. 또한, 용접 금속 중의 V량은, 바람직하게는 0.050% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020% 이하이고, 더 바람직하게는 0.015% 이하이다.
<용접 조건>
이하에 있어서, 전술한 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어를 이용하여 가스 실드 아크 용접할 때의, 바람직한 용접 조건에 대하여 설명한다.
(입열량)
입열량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 2.5kJ/mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 입열량이 2.5kJ/mm를 초과하면, 용접 시의 냉각 속도가 저하됨으로써 조대 조직이 형성되기 쉬워져, 인성이 저하되는 경향이 있다.
(실드 가스)
실드 가스로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 20체적% 이하의 CO2를 포함하고, 잔부는 Ar로 이루어지는 혼합 가스를 이용하는 것이 바람직하다. CO2량이 20체적%를 초과하면, 조대한 산화물이 형성되기 쉬워져, 인성이 저하되는 경향이 있다.
(예열-패스간 온도)
예열-패스간 온도는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 50∼200℃인 것이 바람직하다. 50℃를 하회하면, 용접 시의 균열이 발생하기 쉬워지는 경향이 있다. 또한, 200℃를 초과하면, 용접 시의 냉각 속도가 저하됨으로써 조대 조직이 형성되기 쉬워져, 인성이 저하되는 경향이 있다.
모재로서는, 본 발명의 효과가 얻어지는 한에 있어서, 특별히 한정되는 것은 아니고, 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어의 조성이나 용접 조건 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명의 효과에 대하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
이하의 예 1∼6, 8∼13 및 15∼56은 제 1 실시형태의 기술적 효과를 설명하기 위한 예이다.
(예 1∼6, 8∼13 및 15∼31)
와이어경: 1.2mm, 플럭스 충전율: 13.5%로, 하기 표 1에 나타내는 화학 성분 조성을 갖는 예 1∼31의 플럭스 코어드 와이어를 제작하였다. 한편, 각 플럭스 코어드 와이어의 잔부는 철 및 불가피적 불순물이다. 또한, 표 1 중, Si 환산량이란 Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량을 나타내고, Ti 환산량이란 Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량을 나타내고, Li 환산량이란 Li 합금 및 Li 화합물 중의 Ti 환산량을 나타낸다.
Figure 112019021031742-pct00001
판 두께 20mm의 SM490A 강판에 20° V자 개선을 실시하고, 각 예의 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 하기의 조건에서 가스 실드 아크 용접하였다.
실드 가스: 20% CO2-80% Ar 혼합 가스
극성: DCEP(직류 봉 플러스)
전류-전압-속도: 280A-29V-35cpm
입열: 1.4kJ/mm
예열 온도: 100℃-110℃
패스간 온도: 140℃-160℃
적층법: 7층 14패스
용접 자세: 하향
얻어진 각 예에 따른 용접 금속의 화학 성분 조성을 표 2에 나타낸다. 한편, 각 용접 금속의 잔부는 철 및 불가피적 불순물이다. 또한, 각 예에 따른 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성에 있어서의 Al2O3+MnO+TiO2에 대하여, 표 3에 나타낸다. 한편, 각 예에 따른 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성의 잔부는, SiO2, 불가피적 산화물 및 불가피적 불화물이다. 또한, 각 예에 따른 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성은, 용접 금속으로부터 잘라낸 마이크로 시료의 연마면을, 니혼전자데이텀사제의 전자선 마이크로 프로브 X선 분석 장치(Electron Probe X-ray Micro Analyzer: EPMA, 상품명 「JXA-8500F」)를 이용하여 관찰함으로써, 정량 분석되었다. 상세하게는 다음과 같다. 마이크로 시료의 연마면에서의 관찰 면적을 100mm2로 하여, 개재물의 중앙부의 조성이 특성 X선의 파장 분산 분광에 의해 정량 분석되었다. 분석 대상 원소는 Al, Si, Ti, Mg, Mn, Zr, Na, K, Cr, O(산소)로 하고, 기지 물질을 이용하여 각 원소의 X선 강도와 원소 농도의 관계를 미리 검량선으로서 구해 두고, 분석 대상으로 하는 상기 개재물로부터 얻어진 X선 강도와 상기 검량선으로부터, 각 개재물에 포함되는 원소량을 정량하고, 그 결과를 산술 평균함으로써, 개재물의 조성이 구해졌다. 이와 같이 하여 정량 분석된 개재물 중, 산소(O) 함량이 5질량% 이상인 개재물을 산화물계 개재물로 하였다. 이때, 하나의 산화물계 개재물로부터 복수의 원소가 관측된 경우에는, 그들 원소의 존재를 나타내는 X선 강도의 비로부터 각 원소의 단독 산화물로 환산하여 산화물의 조성이 산출되었다. 본 발명에서는, 상기 단독 산화물로서 질량 환산한 것을 평균하여, 산화물의 조성으로 하였다.
또한, 각 예에 따른 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중의, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물계 개재물의 입자의 개수 비율을, 이하와 같이 하여 측정하였다. 이들 결과를 표 3에 아울러 나타낸다.
(입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물계 개재물의 개수 비율의 측정 방법)
용접 금속을 종단면으로 절단하고, 그 중앙 부분으로부터 산화물계 개재물의 조성 측정용 시험편을 잘라내었다. 그 시험편의 연마면에 있어서의 관찰 면적 100mm2에 대해서, 우선, 전자선 마이크로 프로브 X선 분석 장치를 이용하여, 산화물계 개재물의 조성을 정량 분석하였다. 분석 방법으로서, 개재물의 중앙부의 조성을 정량 분석하였다. 그때, 분석 대상 원소는 Ca, Al, Si, Ti, Mg, Mn, Zr, Na, K, Cr, O(산소)로 하고, 기지 물질을 이용하여 각 원소의 X선 강도와 원소 농도의 관계를 미리 검량선으로서 구해 두고, 분석 대상으로 하는 상기 개재물로부터 얻어진 X선 강도와 상기 검량선으로부터, 개재물에 포함되는 원소량을 정량하고, 질량 환산한 것을 산화물계 개재물의 조성으로 하였다.
다음으로, 상기 수법으로, 산소(O) 함량이 5질량% 이상인 산화물계 개재물을 5개 선택하였다. 5개의 산화물계 개재물의 선정 기준은, 관찰 면적 100mm2 안에 존재하는 산화물계 개재물 중, 그 사이즈가 가장 큰 것부터 순번으로 선택되는 5개이다. 산화물계 개재물의 사이즈가 가장 큰 것을 선정한 이유는, 인성은, 산화물계 개재물의 치수가 클수록 악영향도가 크다고 생각되기 때문이다. 한편, 산화물계 개재물의 사이즈는, 상기 관찰면에 나타나 있는 산화물계 개재물의 「장경×단경」의 값으로 대소를 비교하였다. 한편, 선택된 5개의 산화물계 개재물은 모두 단경이 1μm 이상인 것이다.
다음으로, 대상의 산화물계 개재물을, FIB법(Focused Ion Beam, 집속 이온 빔 가공법)에 의해 산화물계 개재물이 TEM 관찰 가능한 두께까지 박편화하였다. 박편화에 이용한 장치는, 히타치제작소제의 집속 이온 빔 가공 관찰 장치 FB2000A이며, 가속 전압은 30kV이고, 이온원으로서 Ga를 이용하였다. 그리고, 박편화한 산화물계 개재물을 TEM 관찰하였다. TEM 관찰에 이용한 장치는 일본전자제의 전계 방출형 투과 전자 현미경 JEM-2010F이며, 가속 전압은 200kV, 촬영 배율은 10,000배, 종합 배율은 15,000배 혹은 30,000배의 조건이고, 산화물 중에 존재하는 각 상에 대해서 전자선 회절에 의한 동정 해석을 행하여, 입방정계의 결정 구조를 나타내는지 확인하였다.
이때, 대상의 산화물계 개재물이 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 포함하는 경우, 「입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물계 개재물」이라고 판단하고, 측정한 5개의 산화물계 개재물 중, 「입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물계 개재물」의 개수의 비율을 측정하였다.
Figure 112019021031742-pct00002
Figure 112019021031742-pct00003
얻어진 용접 금속에 대하여, 하기의 평가 시험에 의해 각종 성능(강도, 저온 인성)을 평가하였다. 이들 평가 결과를 표 4에 나타낸다.
(강도)
용접선에 평행으로, 용접 금속의 중앙부로부터 JIS Z2202에 준거한 인장 시험편을 채취하여 인장 시험을 행하고, 인장 강도로 해서 490MPa을 초과하는 것을 합격으로 하였다.
(저온 인성)
용접 금속의 판 두께 중앙부로부터, 용접선 방향에 수직으로 샤르피 충격 시험편(JIS Z3111 4호 V 노치 시험편)을 채취하여, JIS Z 2242의 요령으로, -40℃에서의 흡수 에너지 및 취성 파면율을 측정하였다. 3회의 측정의 평균치로서, -40℃에서의 흡수 에너지가 47J 이상이고 또한 취성 파면율이 20% 이하인 것을, 저온 인성이 우수하다고 평가하였다.
또한, 입향 자세에서의 비드 형상의 볼록화, 블로홀의 발생, 비드 친밀성의 열화, 스패터의 발생, 비드 평활성의 열화, 내기공성의 열화, 용접 작업성의 열화, 고온 균열의 발생 등이 생긴 것에 대해서는, 기타의 특성으로서 표 4에 아울러 나타낸다.
Figure 112019021031742-pct00004
예 1에서는, 와이어 중의 C량이 0.14%로 높고, 또한 용접 금속 중의 C량이 0.14%로 높았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다. 또한, 와이어 중의 ZrO2량이 0.55%로 높았기 때문에, 입향 자세에서의 비드 형상의 볼록화가 보였다.
예 2에서는, 와이어 중의 Si 환산량이 0.78%로 높고, Li/Si가 0.04로 낮고, 용접 금속 중의 Si량이 0.53%로 높았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 8에서는, 와이어 중의 Si 환산량이 0.15%로 낮고, 또한 용접 금속 중의 Si량이 0.08%로 낮았기 때문에, 블로홀이 발생하였다. 또한, 와이어 중의 Al2O3량이 0.87%로 높았기 때문에, 비드 친밀성이 열화되고, 스패터가 발생하였다.
예 9에서는, 와이어 중의 Mn량이 4.4%로 높고, 또한 용접 금속 중의 Mn량이 3.04질량%로 높았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다. 또한, 와이어 중의 Al2O3량이 0.01%로 낮았기 때문에, 비드 평활성이 열화되었다.
예 10에서는, 와이어 중의 Ti 환산량이 4.6%로 높고, 또한 용접 금속 중의 Ti량이 0.104%로 높았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 11에서는, 와이어 중의 Ti 환산량이 2.0%로 낮고, 또한 용접 금속 중의 Ti량이 0.027%로 낮았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고, 입향 자세에서의 비드 형상의 볼록화가 보이며, 내기공성이 열화되었다.
예 12에서는, 와이어 중의 Al량이 0.063%로 높고, 또한 용접 금속 중의 Al량이 0.012%로 높았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다. 또한, 와이어 중의 ZrO2량이 0.01%로 높았기 때문에, 비드 평활성이 열화되었다.
예 13에서는, 와이어 중의 Al량이 0.003%로 낮고, 또한 용접 금속 중의 Al량이 0.001%로 낮았기 때문에, 블로홀이 발생하고, 비드 평활성이 열화되었다.
예 15에서는, 와이어 중의 Li 환산량이 0.009%로 낮고, 또한 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중에, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 함유하는 것이 존재하고 있지 않았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 16에서는, 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중에, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 함유하는 것이 존재하고 있지 않았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 17에서는, 와이어 중의 Ni량이 3.6%로 높고, 또한 용접 금속 중의 Ni량이 3.62%로 높았기 때문에, 고온 균열이 발생하였다.
예 18에서는, 와이어 중의 Ni량이 0.1%로 낮고, 또한 용접 금속 중의 Ni량이 0.26%로 낮았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 20에서는, 와이어 중의 B량이 0.0140%로 높고, 또한 용접 금속 중의 B량이 0.0075%로 높았기 때문에, 고온 균열이 발생하였다.
예 21에서는, 와이어 중의 B량이 0.0006%로 낮고, 또한 용접 금속 중의 B량이 0.0003%로 낮았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
한편, 예 3∼6, 19 및 22∼31의 용접 금속은 저온 인성이 우수하고, 또한 기타의 특성도 양호하였다.
(예 32∼56)
또한, 와이어경: 1.2mm, 플럭스 충전율: 13.5%로, 하기 표 5에 나타내는 화학 성분 조성을 갖는 예 32∼56의 플럭스 코어드 와이어를 제작하였다. 또한, 표 5 중, Si 환산량이란 Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량을 나타내고, Ti 환산량이란 Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량을 나타내고, Li 환산량이란 Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량을 나타낸다.
Figure 112019021031742-pct00005
판 두께 20mm의 SM490A 강판에 20° V자 개선을 실시하고, 각 예의 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 하기의 조건에서 가스 실드 아크 용접하였다.
실드 가스: 20% CO2-80% Ar 혼합 가스
극성: DCEP(직류 봉 플러스)
전류-전압-속도: 280A-29V-35cpm
입열: 1.4kJ/mm
예열 온도: 100℃-110℃
패스간 온도: 140℃-160℃
적층법: 7층 14패스
용접 자세: 하향
얻어진 각 예에 따른 용접 금속의 화학 성분 조성을 표 6에 나타낸다. 한편, 각 용접 금속의 잔부는 철 및 불가피적 불순물이다. 또한, 각 예에 따른 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성에 있어서의 Al2O3+MnO+TiO2에 대하여, 표 6에 나타낸다. 한편, 각 예에 따른 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성의 잔부는, SiO2, 불가피적 산화물 및 불가피적 불화물이다.
또한, 용접 금속의 어시큘러 페라이트 생성률을, 이하와 같이 하여 측정하였다.
우선, 용접 금속을 용접 방향에 수직인 면에서 절단하고, 나이탈(질산:에탄올=5:95) 부식액으로 에칭하였다. 계속해서, 최종 패스 원질부의 165μm×219μm의 범위를 광학 현미경에 의해 400배로 4시야 촬영하고, 찍힌 개재물 입자 중, 원 상당 직경이 1.5μm 이상인 것을 선정하였다. 그리고, 개재물 입자를 기점으로 방사상으로 신장한 조직을, 어시큘러 페라이트라고 정의하고, 하기 식에 기초하여 어시큘러 페라이트 생성률(%)을 측정하였다.
어시큘러 페라이트 생성률(%)=(어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100
얻어진 용접 금속에 대하여, 하기의 평가 시험에 의해 저온 인성을 평가하였다.
즉, 용접 금속의 판 두께 중앙부로부터, 용접선 방향에 수직으로 샤르피 충격 시험편(JIS Z3111 4호 V 노치 시험편)을 채취하여, JIS Z 2242의 요령으로, -60℃에서의 흡수 에너지 및 취성 파면율을 측정하였다. 노치 위치는, 용접 금속의 단면 중앙부(패스 회합부)와, 보다 많은 재열 조립역을 포함하는 패스 중앙부의 2개소로 하였다. 이들 평가 결과를 표 6에 나타낸다. 한편, 표 6 중 「중앙부」란의 기재가, 용접 금속의 단면 중앙부(패스 회합부)에 노치를 마련한 시험편을 이용한 평가 결과이고, 「비켜 놓음」란의 기재가, 보다 많은 재열 조립역을 포함하는 패스 중앙부에 노치를 마련한 시험편을 이용한 평가 결과이다. 3회의 측정의 평균치로서, -60℃에서의 흡수 에너지가 60J 이상이고 또한 취성 파면율이 33% 이하인 것을, 저온 인성이 특히 우수하다고 평가하였다.
또한, 용접 작업성에 대한 평가 결과를 표 6에 아울러 나타낸다.
Figure 112019021031742-pct00006
Ni: 0.80∼3.50질량% 및 B: 0.0008∼0.012질량%의 양방을 함유하는 와이어를 이용하여 얻어진, Ni: 0.80∼3.50질량% 및 B: 0.0005∼0.0070질량%의 양방을 함유하고, 어시큘러 페라이트 생성률이 15% 이상인 예 32∼46의 용접 금속은, 3회의 측정의 평균치로서, -60℃에서의 흡수 에너지가 60J 이상이고 또한 취성 파면율이 33% 이하로, 저온 인성이 특히 우수하였다.
이하의 예 57∼79는 제 2 실시형태의 효과를 설명하기 위한 예이다.
(예 57∼79)
와이어경: 1.2mm, 플럭스 충전율: 13.5%로, 하기 표 7에 나타내는 화학 성분 조성을 갖는 예 57∼79의 플럭스 코어드 와이어를 제작하였다. 한편, 각 플럭스 코어드 와이어의 잔부는 철 및 불가피적 불순물이다. 또한, 표 7 중, Si 환산량이란 Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량을 나타내고, Ti 환산량이란 Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량을 나타내고, Li 환산량이란 Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량을 나타낸다.
Figure 112019021031742-pct00007
판 두께 20mm의 SM490A 강판에 20° V자 개선을 실시하고, 각 예의 플럭스 코어드 와이어를 이용하여, 하기의 조건에서 가스 실드 아크 용접하였다.
실드 가스: 20% CO2-80% Ar 혼합 가스
극성: DCEP(직류 봉 플러스)
전류-전압-속도: 280A-29V-35cpm
입열: 1.4kJ/mm
예열 온도: 100℃-110℃
패스간 온도: 140℃-160℃
적층법: 7층 14패스
용접 자세: 하향
얻어진 각 예에 따른 용접 금속의 화학 성분 조성을 표 8에 나타낸다. 한편, 각 용접 금속의 잔부는 철 및 불가피적 불순물이다.
또한, 용접 금속의 어시큘러 페라이트 생성률을, 이하와 같이 하여 측정하였다.
우선, 용접 금속을 용접 방향에 수직인 면에서 절단하고, 나이탈(질산:에탄올=5:95) 부식액으로 에칭하였다. 계속해서, 최종 패스 원질부의 165μm×219μm의 범위를 광학 현미경에 의해 400배로 4시야 촬영하고, 찍힌 개재물 입자 중, 원 상당 직경이 1.5μm 이상인 것을 선정하였다. 그리고, 개재물 입자를 기점으로 방사상으로 신장한 조직을, 어시큘러 페라이트라고 정의하고, 하기 식에 기초하여 어시큘러 페라이트 생성률(%)을 측정하였다.
어시큘러 페라이트 생성률(%)=(어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100
얻어진 용접 금속에 대하여, 하기의 평가 시험에 의해 저온 인성을 평가하였다. 이들 평가 결과를 표 8에 나타낸다.
즉, 용접 금속의 판 두께 중앙부로부터, 용접선 방향에 수직으로 샤르피 충격 시험편(JIS Z3111 4호 V 노치 시험편)을 채취하여, JIS Z 2242의 요령으로, -60℃에서의 흡수 에너지(vE-60), 취성 파면율, 및 -80℃에서의 흡수 에너지(vE-80)를 측정하였다. 이들 평가 결과를 표 8에 나타낸다. 3회의 측정의 평균치로서, -60℃에서의 흡수 에너지가 60J 이상, 취성 파면율이 33% 이하, 또한 -80℃에서의 흡수 에너지가 50J 이상인 것을, 저온 인성이 우수하다고 평가하였다.
Figure 112019021031742-pct00008
예 73에서는, 와이어 중의 Mn량이 2.4%로 낮고, 용접 금속 중의 Mn량이 1.78%로 낮았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 74에서는, 와이어 중의 Si량이 0.17%로 낮고, 용접 금속 중의 Si량이 0.19%로 낮았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 75에서는, 와이어 중의 Ti량이 2.2%로 낮고, 와이어 중의 Ni량이 0.8%로 낮고, 용접 금속 중의 Ti량이 0.028%로 낮고, 용접 금속 중의 Ni량이 0.95%로 낮고, 또한 용접 금속 중의 어시큘러 페라이트 생성률이 9%로 낮았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 76에서는, 와이어 중의 Ti량이 4.1%로 높고, 와이어 중의 Ca량이 0.025%로 낮고, 용접 금속 중의 Ti량이 0.095%로 높고, 용접 금속 중에 Ca가 검출되지 않고, 또한 용접 금속 중의 어시큘러 페라이트 생성률이 11%로 낮았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 77에서는, 와이어 중의 Si량이 0.37%로 높고, 또한 용접 금속 중의 Si량이 0.33%로 높았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 78에서는, 와이어 중의 Mn량이 3.4%로 높고, 또한 용접 금속 중의 Mn량이 2.32%로 높았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
예 79에서는, 와이어 중의 Li량이 0.005%로 낮고, 또한 용접 금속 중의 어시큘러 페라이트 생성률이 12%로 낮았기 때문에, 저온 인성이 뒤떨어지고 있었다.
한편, 예 57∼72의 용접 금속은 저온 인성이 우수하였다.
본 발명을 특정 태양을 참조하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것은 당업자에게 분명하다. 한편, 본 출원은 2016년 9월 6일자로 출원된 일본 특허출원(특원2016-174096)에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다. 또한, 여기에 인용되는 모든 참조는 전체로서 원용된다.

Claims (18)

  1. 와이어 전체 질량당,
    C: 0.03∼0.12질량%,
    Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로의 Si: 0.20∼0.70질량%,
    Mn: 1.0∼4.0질량%,
    Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로의 Ti: 2.4∼4.5질량%,
    Al: 0.005∼0.050질량%,
    Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로의 Li: 0.01∼0.10질량%,
    Ni: 0.30∼3.50질량% 및 B: 0.0008∼0.012질량% 중 적어도 하나, 및
    Fe: 80질량% 이상을 함유하고,
    Li/Si≥0.05를 만족하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    ZrO2: 0.02∼0.50질량%, 및
    Al2O3: 0.02∼0.80질량%
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  3. 제 1 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    Cu: 0.40질량% 이하,
    Cr: 1.0질량% 이하,
    Mo: 0.35질량% 이하,
    Nb: 0.030질량% 이하, 및
    V: 0.050질량% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  4. 제 1 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    Na 및 K의 합계: 1.0질량% 이하, 및
    Ca: 1.0질량% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  5. 제 1 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    Mg: 1.0질량% 이하
    를 추가로 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  6. 제 1 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    F: 1.0질량% 이하
    를 추가로 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Ni: 0.80∼3.50질량%, 및 B: 0.0008∼0.012질량%의 양방을 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  8. C: 0.04∼0.12질량%,
    Si: 0.10∼0.50질량%,
    Mn: 0.80∼3.00질량%,
    Ti: 0.030∼0.100질량%,
    Al: 0.002∼0.010질량%,
    O: 0.030∼0.070질량%,
    N: 0 초과∼0.01질량%, 및
    Ni: 0.30∼3.50질량% 및 B: 0.0005∼0.0070질량% 중 적어도 하나를 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 용접 금속으로서,
    상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물이, 하기 요건(1) 및 (2)를 만족하는 용접 금속.
    (1) 상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 평균 조성이, 질량%로, Al2O3+MnO+TiO2≥50%를 만족한다.
    (2) 상기 용접 금속 중에 포함되는 단경 1μm 이상의 산화물계 개재물의 입자 중에, 입방정계의 결정 구조를 갖는 산화물상을 함유하는 입자가 존재한다.
  9. 제 8 항에 있어서,
    Cu: 0.40질량% 이하,
    Cr: 1.0질량% 이하,
    Mo: 0.35질량% 이하,
    Nb: 0.020질량% 이하, 및
    V: 0.050질량% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유하는 용접 금속.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    Ni: 0.80∼3.50질량%, 및 B: 0.0005∼0.0070질량%의 양방을 함유하고,
    하기 식으로 정의되는 어시큘러 페라이트 생성률이 15% 이상인
    어시큘러 페라이트 생성률(%)=(어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100
    용접 금속.
  11. 와이어 전체 질량당,
    C: 0.03∼0.12질량%,
    Si 합금 및 Si 화합물 중의 Si 환산량으로의 Si: 0.20∼0.36질량%,
    Mn: 2.5∼3.3질량%,
    Ti 합금 및 Ti 화합물 중의 Ti 환산량으로의 Ti: 2.4∼4.0질량%,
    Ni: 1.00∼3.50질량%,
    B: 0 초과∼0.012질량% 이하,
    Ca: 0.03∼1.0질량%,
    Li 합금 및 Li 화합물 중의 Li 환산량으로의 Li: 0.01∼0.10질량%, 및
    Fe: 80질량% 이상을 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  12. 제 11 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    ZrO2: 0.02∼0.50질량%, 및
    Al2O3: 0.02∼0.80질량%
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  13. 제 11 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    Al: 0.005∼0.050질량%,
    Cu: 0.40질량% 이하,
    Cr: 1.0질량% 이하,
    Mo: 0.35질량% 이하,
    Nb: 0.030질량% 이하, 및
    V: 0.050질량% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  14. 제 11 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    Na 및 K의 합계: 1.0질량% 이하
    를 추가로 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  15. 제 11 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    Mg: 1.0질량% 이하
    를 추가로 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    와이어 전체 질량당,
    F: 1.0질량% 이하
    를 추가로 함유하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
  17. C: 0.04∼0.12질량%,
    Si: 0.20∼0.32질량%,
    Mn: 1.80∼2.30질량%,
    Ti: 0.030∼0.090질량%,
    Ni: 1.00∼3.50질량%,
    B: 0 초과∼0.0070질량%,
    Ca: 0.0003∼0.010질량%,
    N: 0 초과∼0.01질량%, 및
    O: 0.030∼0.070질량%를 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 용접 금속으로서,
    하기 식으로 정의되는 어시큘러 페라이트 생성률이 15% 이상인
    어시큘러 페라이트 생성률(%)=(어시큘러 페라이트의 기점으로서 작용한 개재물 수/전체 개재물 수)×100
    용접 금속.
  18. 제 17 항에 있어서,
    Al: 0.002∼0.010질량%,
    Cu: 0.40질량% 이하,
    Cr: 1.0질량% 이하,
    Mo: 0.35질량% 이하,
    Nb: 0.020질량% 이하, 및
    V: 0.050질량% 이하
    로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 추가로 함유하는 용접 금속.
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