KR20210136132A - Manufacturing method of high strength welded joint for cryogenic use - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 극저온용 용접강 구조물을 위한 용접 조인트의 제조 방법을 제공한다. 상기 제조 방법에서는, 소정의 강재 조성을 갖는 극저온용 고강도 고Mn 강재끼리를, 소정의 와이어 조성을 갖는 솔리드 와이어를 이용하여, 예를 들면, 바람직하게는 가스 메탈 아크 용접하여 다층 용접 금속부를 형성한다. 그 때, 제1층의 용접 금속에 있어서의 강재의 용입 비율(희석률)이 35∼60％의 범위가 되도록, 용접 조건을 조정한다. 사용하는 솔리드 와이어는, Mn 및 Cr의 함유량이, 사용하는 강재의 Mn 함유량 및 Cr 함유량보다 낮은 와이어 조성을 갖는 것으로 한다. 이에 따라, 고강도이고 또한 극저온 충격 인성이 우수한 용접 금속부를 갖는 용접 조인트를 용이하게 제조할 수 있다.The present invention provides a method for manufacturing a welded joint for a cryogenic welded steel structure. In the above manufacturing method, the high-strength high Mn steels for cryogenic use having a predetermined steel composition are preferably gas metal arc welded using a solid wire having a predetermined wire composition to form a multilayer welded metal part. In that case, welding conditions are adjusted so that the penetration ratio (dilution rate) of the steel materials in the weld metal of a 1st layer may become the range of 35 to 60%. The solid wire to be used shall have a wire composition in which content of Mn and Cr is lower than the Mn content and Cr content of the steel materials to be used. Accordingly, a weld joint having a weld metal portion having high strength and excellent cryogenic impact toughness can be easily manufactured.
Description
본 발명은, 예를 들면 액화 가스 저조용 탱크 등의, 극저온 환경에서 사용되는 고Mn 함유 강재제 용접강 구조물에 관련된 것으로, 특히 고강도이고 우수한 극저온 충격 인성을 갖는 용접 금속부를 형성하는 고강도 용접 조인트의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high-Mn-containing steel welded steel structure used in a cryogenic environment, such as a tank for storing liquefied gas, for example. It relates to a manufacturing method.
최근, 환경에 대한 규제가 엄격해지고 있다. 액화 천연 가스(이하, LNG라고도 함)는, 황을 포함하지 않기 때문에, 황화 산화물 등의 대기 오염 물질을 발생시키지 않는 클린한 연료라고 불리며, 그의 수요가 증가하고 있다. LNG의 수송 또는 보관을 위해, LNG를 수송 또는 저장하는 용기(탱크)는, LNG의 액화 온도인 ―162℃ 이하의 온도에서, 우수한 극저온 충격 인성을 유지(保持)하는 것이 요구되고 있다.In recent years, environmental regulations have become stricter. Since liquefied natural gas (hereinafter, also referred to as LNG) does not contain sulfur, it is called a clean fuel that does not generate air pollutants such as sulfurized oxides, and its demand is increasing. For transport or storage of LNG, a container (tank) for transporting or storing LNG is required to maintain excellent cryogenic impact toughness at a temperature of -162° C. or lower, which is the liquefaction temperature of LNG.
우수한 극저온 충격 인성을 유지하는 것의 필요성으로부터, 용기(탱크) 등의 재료용으로서, 종래부터, 알루미늄 합금, 9％ Ni강, 오스테나이트계 스테인리스강 등이, 이용되어 왔다. 그러나, 알루미늄 합금은, 인장 강도가 낮기 때문에, 구조물의 판두께를 크게 설계할 필요가 있고, 또한 용접성이 나쁘다는 문제가 있다. 또한, 9％ Ni강은, 용접 재료로서 고가인 Ni기 재료를 이용하는 것이 필요하기 때문에, 경제적으로 불리해진다. 또한, 오스테나이트계 스테인리스강은, 고가이고, 모재 강도도 낮다는 문제가 있다.From the necessity of maintaining the excellent cryogenic impact toughness, aluminum alloy, 9% Ni steel, austenitic stainless steel, etc. have been used conventionally for materials, such as a container (tank). However, since an aluminum alloy has a low tensile strength, it is necessary to design the plate|board thickness of a structure large, and there exists a problem that weldability is bad. In addition, 9% Ni steel is economically disadvantageous because it is necessary to use an expensive Ni-based material as a welding material. Moreover, austenitic stainless steel has a problem that it is expensive and base material strength is also low.
이러한 문제로부터, LNG를 수송 또는 저장하는 용기(탱크)용의 재료로서, 최근에는, 질량％로, Mn을 10∼35％ 정도 함유하는 고Mn 함유강(이하, 고Mn강이라고도 함)의 적용이 검토되고 있다. 고Mn 함유강은, 극저온에 있어서도, 오스테나이트상(相)이고, 취성 파괴가 발생하지 않고, 또한 오스테나이트계 스테인리스강과 비교하여, 높은 강도를 갖는다는 특징이 있다. 그래서, 이러한 재료(고Mn 함유 강재) 및 이러한 재료를 안정적으로 용접할 수 있는 용접 재료가 요망되고 있다.From this problem, as a material for a container (tank) for transporting or storing LNG, in recent years, high Mn-containing steel (hereinafter also referred to as high Mn steel) containing about 10 to 35% of Mn by mass% is applied. This is being reviewed. High Mn-containing steel is characterized in that it is in an austenitic phase even at a cryogenic temperature, does not cause brittle fracture, and has high strength compared to an austenitic stainless steel. Then, such a material (high Mn-containing steel material) and a welding material capable of stably welding such a material are desired.
이러한 요망에 대하여, 예를 들면, 특허문헌 1에는, 「극저온용 고Mn 강재」가 기재되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 「극저온용 고Mn 강재」는, 질량％로, C: 0.001∼0.80％, Mn: 15.0∼35.0％, S: 0.0001∼0.01％, Cr: 0.01∼10.0％, Ti: 0.001∼0.05％, N: 0.0001∼0.10％, O: 0.001∼0.010％를 함유하고, P: 0.02％ 이하로 제한하고, 추가로, Si: 0.001∼5.00％, Al: 0.001∼5.0％의 한쪽 또는 양쪽을 함유하고, 추가로, Mg: 0.01％ 이하, Ca: 0.01％ 이하, REM: 0.01％ 이하의 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.0002％ 이상 함유하고,With respect to such a request, "a high Mn steel material for cryogenic use" is described in patent document 1, for example. "Cryogenic high Mn steel material" described in Patent Document 1, in mass%, C: 0.001 to 0.80%, Mn: 15.0 to 35.0%, S: 0.0001 to 0.01%, Cr: 0.01 to 10.0%, Ti: 0.001 to 0.05%, N: 0.0001 to 0.10%, O: 0.001 to 0.010%, P: 0.02% or less, Si: 0.001 to 5.00%, Al: either or both of 0.001 to 5.0% In addition, Mg: 0.01% or less, Ca: 0.01% or less, REM: 0.01% or less, contains 0.0002% or more in total of 1 type or 2 or more types,
30C＋0.5Mn＋Ni＋0.8Cr＋1.2Si＋0.8Mo≥25…(식 1),30C+0.5Mn+Ni+0.8Cr+1.2Si+0.8Mo≥25... (Equation 1),
O/S≥1…(식 2)O/S≥1… (Equation 2)
을 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 오스테나이트의 체적률이 95％ 이상이고, 상기 오스테나이트의 결정 입경이 20∼200㎛이고, 상기 오스테나이트의 결정 입계에 있어서의 탄화물 피복률이 50％ 이하인 극저온용 고Mn 강재라고 하고 있다. 특허문헌 1에 기재된 고Mn 강재에서는, 결정 입계에 생성되는 탄화물이 파괴의 기점이나 균열의 전파의 경로가 되지 않도록, 오스테나이트 입경을 적절한 사이즈로 제어하고, 추가로 합금 원소의 첨가량이나 밸런스, 나아가서는 S량, O량을 적정하게 조정하고, Mg, Ca, REM을 첨가함으로써, 오스테나이트 입경을 적정하게 조정하고, 열 영향부의 결정 입경의 조대화의 억제도 가능하게 할 수 있다고 하고 있다.is satisfied, the balance consists of Fe and unavoidable impurities, the volume ratio of austenite is 95% or more, the crystal grain size of the austenite is 20 to 200 µm, and the carbide coverage at the grain boundaries of the austenite is It is said that this 50% or less high Mn steel material for cryogenic use. In the high-Mn steel material described in Patent Document 1, the austenite grain size is controlled to an appropriate size so that carbides generated at grain boundaries do not become the origin of fracture or the path of crack propagation, and the addition amount and balance of alloying elements, furthermore, states that by appropriately adjusting the amount of S and the amount of O and adding Mg, Ca, and REM, the austenite grain size can be appropriately adjusted, and suppression of coarsening of the grain size of the heat-affected zone can also be made possible.
또한, 특허문헌 2에는, 「저온용 후강판」이 기재되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 「저온용 후강판」은, 질량％로, C: 0.30∼0.65％, Si: 0.05∼0.30％, Mn: 20.00％ 초과 30.00％ 미만, Ni: 0.10％ 이상 3.00％ 미만, Cr: 3.00％ 이상 8.00％ 미만, Al: 0.005∼0.100％, N: 0.0050％ 이상 0.0500％ 미만을 함유하고, P: 0.0040％ 이하, S: 0.020％ 이하, O: 0050％ 이하로 제한하고, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지고, Mn 농화부의 Mn 농도 Mni과 Mn 희박부의 Mn 농도 Mn0으로부터 산출되는 Mn 편석비 XMn(XM＝Mni/Mn0)이 1.6 이하이고, 실온(25℃)에 있어서의 항복 응력이 400㎫ 이상, 인장 응력이 800㎫ 이상, 용접 열 영향부의 샤르피 충격 흡수 에너지(vE－196)가 70J 이상인 강재이다, 라고 하고 있다. 특허문헌 2에 기재된 기술에 의하면, 열간 압연인 채로, LNG를 수송 또는 저장하는 용기(탱크)용의 재료로서 제공할 수 있다고 하고 있다.In addition, Patent Document 2 describes a "thick steel plate for low temperature". "Thick steel sheet for low temperature" described in Patent Document 2, in mass%, C: 0.30 to 0.65%, Si: 0.05 to 0.30%, Mn: more than 20.00% and less than 30.00%, Ni: 0.10% or more and less than 3.00%, Cr : 3.00% or more and less than 8.00%, Al: 0.005-0.100%, N: 0.0050% or more and less than 0.0500%, P: 0.0040% or less, S: 0.020% or less, O: 0050% or less, the remainder Fe and impurities, and the Mn segregation ratio X Mn (X M = Mn i /Mn 0 ) calculated from the Mn concentration Mn i in the Mn-enriched portion and the Mn concentration Mn 0 in the Mn-lean portion is 1.6 or less, and at room temperature (25° C.) It is said that the yield stress is 400 MPa or more, the tensile stress is 800 MPa or more, and the Charpy impact absorption energy (vE −196 ) of the weld heat affected zone is 70 J or more. According to the technique of patent document 2, it is said that it can provide as a material for containers (tanks) which transport or store LNG with hot rolling.
또한, 특허문헌 3에는, 「극저온 충격 인성이 우수한 고강도 용접 조인트부 및 이를 위한 플럭스 코어드 아크 용접용 와이어」가 제안되어 있다. 특허문헌 3에 기재된 플럭스 코어드 아크 용접용 와이어는, 중량％로, C: 0.15∼0.8％, Si: 0.2∼1.2％, Mn: 15∼34％, Cr: 6％ 이하, Mo: 1.5∼4％, S: 0.02％ 이하, P: 0.02％ 이하, B: 0.01％ 이하, Ti: 0.09∼0.5％, N: 0.001∼0.3％, TiO2: 4∼15％, SiO2, ZrO2 및 Al2O3 중으로부터 선택된 1종 이상의 합계: 0.01∼9％, K, Na 및 Li 중으로부터 선택된 1종 이상의 합계: 0.5∼1.7％, F와 Ca 중 1종 이상: 0.2∼1.5％, 잔부 Fe 및 그 외의 불가피적 불순물을 포함하는 조성을 갖는 와이어이다. 특허문헌 3에 기재된 플럭스 코어드 아크 용접용 와이어를 이용하여 용접하면, 시험 온도: －196℃에 있어서의 샤르피 충격 시험 흡수 에너지가 28J 이상의 우수한 저온 인성 및 상온 인장 강도가 400㎫ 이상의 고강도를 갖는 용접 조인트부가 효과적으로 얻어지고, 또한, 와이어 조성을 Mo: 1.5％ 이상으로 조정하고 있어, 우수한 내고온 균열성을 갖는 용접 조인트부를 확보할 수 있다고 하고 있다.Further, Patent Document 3 proposes "a high-strength welded joint portion excellent in cryogenic impact toughness and a flux-cored arc welding wire therefor". The flux-cored arc welding wire described in Patent Document 3 is, by weight, C: 0.15 to 0.8%, Si: 0.2 to 1.2%, Mn: 15 to 34%, Cr: 6% or less, Mo: 1.5 to 4 %, S: 0.02% or less, P: 0.02% or less, B: 0.01% or less, Ti: 0.09 to 0.5%, N: 0.001 to 0.3%, TiO 2 : 4 to 15%, SiO 2 , ZrO 2 and Al 2 The sum of at least one selected from O 3 : 0.01 to 9%, the sum of at least one selected from K, Na and Li: 0.5 to 1.7%, at least one of F and Ca: 0.2 to 1.5%, the balance Fe and its It is a wire having a composition containing other unavoidable impurities. When welding is performed using the flux-cored arc welding wire described in Patent Document 3, the test temperature: Charpy impact test at -196°C The absorbed energy is 28 J or more, excellent low-temperature toughness, and the normal temperature tensile strength is 400 MPa or more. It is said that the joint part is obtained effectively, and the wire composition is adjusted to Mo: 1.5% or more, and the welded joint part which has the outstanding high-temperature cracking resistance is securable.
그러나, 상기한 특허문헌 1, 2에 기재된 고Mn 함유 강재와, 특허문헌 3에 기재된 용접 재료를 조합하여 용접 구조물을 제조해도, 용접 금속부에 있어서 강도 저하나 인성 저하가 발생하여, 용접강 구조물로서, 소망하는 극저온에 있어서의 재료 특성(고강도, 고인성)을 확보할 수 없다는 문제가 있었다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 고Mn 함유 강재 용접 금속부에 있어서는, 용접 시의 열 이력이나 강재의 용접 금속으로의 희석률(용입 정도)이나 응고 시의 편석 등에 의해, 원소의 재분배가 행해져, 조직이 크게 변화하기 때문에, 용접 금속부에 있어서 강도 저하나 인성 저하가 발생한다는 문제가 있는 것을 인식했다.However, even if a welded structure is manufactured by combining the high Mn-containing steel material described in Patent Documents 1 and 2 and the welding material described in Patent Document 3 above, a decrease in strength or a decrease in toughness occurs in the weld metal portion, and thus, a welded steel structure is produced. As such, there was a problem in that desired material properties (high strength, high toughness) at cryogenic temperatures could not be secured. According to the studies of the present inventors, in the high Mn-containing steel weld metal part, the elements are redistributed due to the heat history during welding, the dilution rate (penetration degree) of the steel to the weld metal, segregation at the time of solidification, etc. It was recognized that there existed a problem that the intensity|strength fall and a toughness fall generate|occur|produced in a weld metal part because this change greatly.
그래서, 본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제를 해결하여, 극저온용 용접강 구조물 전용으로서 적합한, 고강도와 우수한 극저온 충격 인성을 겸비하는 용접 금속부를 갖는, 고강도 용접 조인트의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a high-strength welded joint having a welded metal portion having both high strength and excellent cryogenic impact toughness, suitable for use exclusively for cryogenic welded steel structures by solving the problems of the prior art described above. do it with
또한, 여기에서 말하는 「고강도」란, 상온 항복 응력(0.2％ 내력)이 400㎫ 이상인 것을 말한다. 또한, 「우수한 극저온 충격 인성」이란, 시험 온도: －196℃에서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE－196가 28J 이상인 것을 말한다.In addition, "high strength" as used herein means that the normal temperature yield stress (0.2% yield stress) is 400 MPa or more. In addition, "excellent cryogenic impact toughness" means that the absorbed energy vE -196 of the Charpy impact test at the test temperature: -196°C is 28J or more.
본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 고Mn 함유 강재용 용접 재료를 이용하여 용접 조인트를 제작하고, 용접 금속부의 조직 형태와 강도, 극저온 충격 인성의 관계를 예의 검토했다. 그 결과, 특히, 용접 비드(1회 또는 2회 이상의 용접 패스에 의해 만들어지는 용접 금속의 층)를 2층 이상 겹쳐두고 가는 다층 용접의 경우에는, 용접 시의 열 이력에 의한 용접 금속의 조직 변화가 중요해지는 것을 인식했다. 용접 시에 강재, 용접 재료의 용접 금속으로의 용입 정도(희석률)에 의해, 용접 금속의 조직 변화가 생겨, 용접 금속부의 재료 특성(강도, 인성)이, 크게 변화하는 것을 인식했다. 특히, 다층 용접의 경우에는, 제1층째의 용접 금속으로의, 강재의 용입 정도(희석률)를 소정의 범위로 조정하는 것이, 소망하는 용접 금속 특성을 확보하기 위해 중요한 것을 발견했다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to achieve the said objective, the present inventors produced a weld joint using the welding material for high Mn containing steel materials, and earnestly examined the relationship between the structure form of a weld metal part, strength, and cryogenic impact toughness. As a result, in particular, in the case of multi-layer welding in which two or more layers of weld bead (a layer of weld metal made by one or two or more welding passes) are superimposed, a change in the structure of the weld metal due to heat history during welding was recognized to be important. It was recognized that a change in the structure of the weld metal occurred due to the degree of penetration (dilution rate) of the steel material and the welding material into the weld metal during welding, and the material properties (strength, toughness) of the weld metal part greatly changed. In particular, in the case of multilayer welding, it was found that it is important to adjust the degree of penetration (dilution rate) of the steel to the weld metal of the first layer to a predetermined range in order to secure desired weld metal properties.
즉, 강재의, 용접 금속으로의 용입 정도(희석률)가 높은 경우에는, 용접 금속 특성은 강재에 많이 포함되는 성분인 Mn, Cr의 영향을 크게 받게 된다. 한편, 강재의, 용접 금속으로의 용입 정도(희석률)가 낮은 경우에는, 용접 금속 특성은 와이어에 Mn 및 Cr 이외로 많이 포함되는 성분인 Ni, Mo의 영향을 크게 받게 된다. 이러한 성분의 상위(相違)는, 응고 과정에서 형성되는 응고 조직(덴드라이트 구조)에 큰 영향을 미치게 된다. 용접 금속으로의 강재의 용입 정도(희석률)가 높은 경우에는, 덴드라이트 구조는 조밀해져 용접 금속의 강도가 상승하지만, 용접 균열이 발생하기 쉬워진다. 한편, 용접 금속으로의 강재의 용입 정도(희석률)가 낮은 경우에는, 덴드라이트 구조는 드문드문해져 용접 금속의 강도가 저하하고, 인성이 향상하여, 용접 균열은 발생하기 어려워진다. 이는, 상기한 덴드라이트 구조의 차이에 의해, 덴드라이트에 있어서의 서브그레인, 전위, 석출물 등의 조직 형태가 상이했기 때문이라고 생각된다.That is, when the degree of penetration (dilution rate) of steel materials into the weld metal is high, the weld metal properties are greatly influenced by Mn and Cr, which are components contained in many steel materials. On the other hand, when the degree of penetration (dilution rate) of the steel material into the weld metal is low, the weld metal properties are greatly influenced by Ni and Mo, which are components that are contained in a wire in addition to Mn and Cr. The difference of these components has a great influence on the solidification structure (dendrite structure) formed in the solidification process. When the penetration degree (dilution rate) of the steel material into a weld metal is high, although a dendrite structure becomes dense and the intensity|strength of a weld metal rises, it becomes easy to generate|occur|produce a weld crack. On the other hand, when the penetration degree (dilution rate) of the steel material into a weld metal is low, a dendrite structure becomes sparse, the intensity|strength of a weld metal falls, toughness improves, and a weld crack becomes difficult to generate|occur|produce. This is considered to be because the structure|tissue form, such as a subgrain, a dislocation, a precipitate, etc. in a dendrite in a dendrite differed by the difference in the above-mentioned dendrite structure.
이러한 경향을 감안하여, 본 발명자들은, 소망하는 고강도로, 우수한 극저온 충격 인성을 갖는 다층 용접 금속부를 확보하기 위해, 제1층째의 용접 금속으로의 강재의 용입 정도(희석률)가 35∼60％가 되도록, 용접 조건을 조정하는 것이 중요해지는 것을 발견했다.In view of this tendency, the present inventors have found that the degree of penetration (dilution rate) of the steel material into the weld metal of the first layer is 35 to 60% in order to secure a multilayer weld metal part having a desired high strength and excellent cryogenic impact toughness. It has been found that it is important to adjust the welding conditions so that
본 발명은, 상기한 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지로 하는 바는, 다음과 같다.This invention is completed by adding examination further based on said recognition. That is, the gist of the present invention is as follows.
(1) 극저온용 고강도 고Mn 함유 강재끼리를 솔리드 와이어를 이용하여 가스 메탈 아크 용접하여, 다층 용접 금속부를 형성하는 극저온용 고강도 용접 조인트의 제조 방법으로서, 당해 극저온용 고강도 고Mn 함유 강재가, 질량％로, C: 0.10∼0.70％, Si: 0.05∼1.00％, Mn: 18∼30％, P: 0.030％ 이하, S: 0.0070％ 이하, Al: 0.01∼0.07％, Cr: 2.5∼7.0％, N: 0.0050∼0.0500％, O(산소): 0.0050％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강재 조성을 갖고, 당해 솔리드 와이어가, 질량％로, C: 0.2∼0.8％, Si: 0.15∼0.90％, Mn: 17.0∼28.0％, P: 0.03％ 이하, S: 0.03％ 이하, Ni: 0.01∼10.0％, Cr: 0.4∼4.0％, Mo: 0.02∼2.5％, Al: 0.1％ 이하, N: 0.12％ 이하, O(산소): 0.04％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 와이어 조성을 갖고, 또한 당해 솔리드 와이어의 Mn 및 Cr의 각 함유량이, 각각 당해 강재의 Mn 및 Cr의 각 함유량보다 낮고, 다음 (1)식(1) A method for manufacturing a high-strength high-strength welded joint for cryogenic use in which high-strength, high-Mn-containing steels for cryogenic use are gas metal arc welded using a solid wire to form a multilayer welded metal part, wherein the high-strength high-Mn-containing steel for cryogenic use is In %, C: 0.10 to 0.70%, Si: 0.05 to 1.00%, Mn: 18 to 30%, P: 0.030% or less, S: 0.0070% or less, Al: 0.01 to 0.07%, Cr: 2.5 to 7.0%, N: 0.0050 to 0.0500%, O (oxygen): 0.0050% or less, has a steel composition consisting of the remainder Fe and unavoidable impurities, the solid wire is, in mass%, C: 0.2 to 0.8%, Si: 0.15 -0.90%, Mn: 17.0-28.0%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, Ni: 0.01-10.0%, Cr: 0.4-4.0%, Mo: 0.02-2.5%, Al: 0.1% or less, N: 0.12% or less, O (oxygen): 0.04% or less, has a wire composition consisting of the remainder Fe and unavoidable impurities, and each content of Mn and Cr of the solid wire is Mn and Cr of the steel material, respectively lower than each content of, the following (1) formula
희석률(％)＝100×{(제1층의 용접 금속에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)－(당해 솔리드 와이어에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)}/{(당해 강재에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)－(당해 솔리드 와이어에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)} ……(1)Dilution rate (%) = 100 x {(Content of the component element contained in the weld metal of the first layer: mass %) - (Content of the component element contained in the solid wire: mass %)}/{(to the steel material Content of the component element contained: mass %)-(Content of the component element contained in the said solid wire: mass %)} ... … (One)
으로 정의되는 당해 다층 용접 금속부에 있어서의 제1층의 용접 금속으로의 당해 강재의 희석률이 35∼60％가 되도록, 상기 가스 메탈 아크 용접의 용접 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는 극저온용 고강도 용접 조인트의 제조 방법.High strength for cryogenic use, characterized in that the welding conditions of the gas metal arc welding are adjusted so that the dilution rate of the steel material to the weld metal of the first layer in the multilayer weld metal part defined as A method of manufacturing a welded joint.
(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 극저온용 고강도 고Mn 함유 강재가, 상기 강재 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Mo: 2.0％ 이하, V: 2.0％ 이하, W: 2.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, REM: 0.0010∼0.0200％, B: 0.0005∼0.0020％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는 극저온용 고강도 용접 조인트의 제조 방법.(2) In the above (1), the high-strength high Mn-containing steel for cryogenic use is, in addition to the steel composition, in mass%, Mo: 2.0% or less, V: 2.0% or less, W: 2.0% or less One or two or more selected from, and/or REM: 0.0010 to 0.0200%, B: A method for manufacturing a high strength welded joint for cryogenic use, characterized in that it contains one or two selected from among 0.0005 to 0.0020%.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 솔리드 와이어가, 상기 와이어 조성에 더하여 추가로, 질량％로, V: 1.0％ 이하, Ti: 1.0％ 이하 및 Nb: 1.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 극저온용 고강도 용접 조인트의 제조 방법.(3) The solid wire according to the above (1) or (2), in addition to the wire composition, in mass%, V: 1.0% or less, Ti: 1.0% or less, and Nb: 1.0% or less A method of manufacturing a high-strength welded joint for cryogenic use, characterized in that it contains one or more selected types.
본 발명에 의하면, 극저온 환경하에서 사용되는 용접강 구조물 전용으로서 적합한, 고강도이고 또한 극저온 충격 인성이 우수한 다층 용접 금속부를 갖는 용접 조인트를 용이하게 제조할 수 있어, 산업상 현격한 효과를 가져온다.According to the present invention, it is possible to easily manufacture a welded joint having a multilayer welded metal part having high strength and excellent cryogenic impact toughness, suitable for exclusive use of a welded steel structure used in a cryogenic environment, resulting in remarkable industrial effects.
(발명을 실시하기 위한 형태)(Form for implementing the invention)
본 발명은, 극저온용 고강도 고Mn 함유 강재끼리를, 솔리드 와이어를 이용한 용접에 의해 다층 용접 금속부를 형성하여 접합하고 용접 조인트로 하는, 극저온용 용접강 구조물을 위한 고강도 용접 조인트의 제조 방법이다.The present invention is a method for manufacturing a high-strength welded joint for a cryogenic welded steel structure in which high-strength, high-Mn-containing steels for cryogenic use are welded together to form a multilayer welded metal part by welding using a solid wire to form a welded joint.
우선, 사용하는 강재에 대해서, 설명한다. 또한, 「조성」에 있어서의 「질량％」는, 간단히 「％」라고 기재한다.First, the steel materials to be used are demonstrated. In addition, "mass %" in "composition" is simply described as "%".
본 발명에서 사용하는 강재는, 질량％로, C: 0.10∼0.70％, Si: 0.05∼1.00％, Mn: 18∼30％, P: 0.030％ 이하, S: 0.0070％ 이하, Al: 0.01∼0.07％, Cr: 2.5∼7.0％, N: 0.0050∼0.0500％, O(산소): 0.0050％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강재 조성을 갖는 극저온용 고강도 고Mn 함유 강재로 한다. 강재 조성의 한정 이유는, 다음과 같다.The steel material used in the present invention is, in mass%, C: 0.10 to 0.70%, Si: 0.05 to 1.00%, Mn: 18 to 30%, P: 0.030% or less, S: 0.0070% or less, Al: 0.01 to 0.07 %, Cr: 2.5 to 7.0%, N: 0.0050 to 0.05500%, O (oxygen): 0.0050% or less, and the remainder Fe and unavoidable impurities. The reason for limitation of the steel material composition is as follows.
C: 0.10∼0.70％C: 0.10 to 0.70%
C는, 오스테나이트상을 안정화시키는 작용을 갖는, 염가이고, 중요한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.10％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.70％를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물이 과도하게 생성되어, 극저온 충격 인성이 저하한다. 이 때문에, C는 0.10∼0.70％의 범위로 한정했다. 바람직하게는, 0.20∼0.60％이다.C is an inexpensive and important element having an action of stabilizing the austenite phase. In order to acquire such an effect, 0.10% or more of containing is required. On the other hand, when it contains more than 0.70%, Cr carbide is excessively generated, and the cryogenic impact toughness decreases. For this reason, C was limited to the range of 0.10 to 0.70%. Preferably, it is 0.20-0.60%.
Si: 0.05∼1.00％Si: 0.05 to 1.00%
Si는, 탈산제로서 작용함과 함께, 강 중에 고용되어 고용 강화에 의해 강재의 고강도화에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.05％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 1.00％를 초과하여 함유하면, 용접성이 저하한다. 이 때문에, Si는 0.05∼1.00％의 범위로 한정했다. 바람직하게는, 0.07∼0.50％이다.Si is an element that acts as a deoxidizer and is dissolved in steel and contributes to high strength of steel materials by solid solution strengthening. In order to acquire such an effect, 0.05% or more of containing is required. On the other hand, when it contains exceeding 1.00 %, weldability will fall. For this reason, Si was limited to the range of 0.05 to 1.00%. Preferably, it is 0.07 to 0.50%.
Mn: 18∼30％Mn: 18-30%
Mn은, 오스테나이트상을 안정화시키는 작용을 갖는, 비교적 염가인 원소이고, 본 발명에서는, 고강도와 우수한 극저온 인성을 양립하기 위해 중요한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 18％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 30％를 초과하여 함유해도, 극저온 인성을 향상시키는 효과가 포화하여, 함유량에 알맞는 효과를 기대할 수 없게 되어, 경제적으로 불리해진다. 또한, 30％를 초과하여 다량으로 함유하면, 용접성, 절단성의 저하를 초래함과 함께, 편석을 조장하여, 응력 부식 균열의 발생을 조장한다. 이 때문에, Mn은 18∼30％의 범위로 한정했다. 바람직하게는, 18∼28％이다.Mn is a relatively inexpensive element having an action of stabilizing the austenite phase, and in the present invention, it is an important element in order to achieve both high strength and excellent cryogenic toughness. In order to acquire such an effect, 18% or more of containing is required. On the other hand, even if it contains more than 30%, the effect of improving the cryogenic toughness is saturated, the effect suitable for the content cannot be expected, and it is economically disadvantageous. Moreover, when it contains in large amount exceeding 30 %, while bringing about the fall of weldability and cutting property, segregation will be encouraged and generation|occurrence|production of a stress corrosion cracking will be encouraged. For this reason, Mn was limited to the range of 18 to 30%. Preferably, it is 18-28 %.
P: 0.030％ 이하P: 0.030% or less
P는, 불순물로서, 입계에 편석하여, 응력 부식 균열의 발생 기점이 되는 원소이고, 본 발명에서는, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 0.030％ 이하이면 허용할 수 있다. 이 때문에, P는 0.030％ 이하로 한정했다. 바람직하게는, 0.028％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.024％ 이하이다. 한편, P를 0.002％ 미만으로 극단적으로 저감하려면, 장시간의 정련을 필요로 하여, 정련 비용이 급등한다. 이 때문에, 경제적인 관점에서는, P는 0.002％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.P, as an impurity, is an element that segregates at grain boundaries and becomes a starting point of stress corrosion cracking. For this reason, P was limited to 0.030% or less. Preferably, it is 0.028 % or less, More preferably, it is 0.024 % or less. On the other hand, in order to extremely reduce P to less than 0.002%, refining for a long time is required, and refining cost soars. For this reason, from an economical viewpoint, it is preferable to set P as 0.002 % or more.
S: 0.0070％ 이하S: 0.0070% or less
S는, 강 중에서는, 황화물계 개재물로서 존재하고, 강재, 용접 금속의 연성, 극저온 인성을 저하시킨다. 이 때문에, S는 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 0.0070％ 이하이면 허용할 수 있다. 바람직하게는 0.0050％ 이하이다. 한편, S를 0.0005％ 미만으로 극단적으로 저감하려면, 장시간의 정련을 필요로 하여, 정련 비용이 급등한다. 이 때문에, 경제성의 관점에서, S는 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.S exists as a sulfide inclusion in steel, and reduces the ductility and cryogenic toughness of steel materials and a weld metal. For this reason, although it is preferable to reduce S as much as possible, it is permissible if it is 0.0070 % or less. Preferably it is 0.0050 % or less. On the other hand, to extremely reduce S to less than 0.0005%, refining for a long time is required, and refining cost soars. For this reason, it is preferable to make S into 0.0005 % or more from a viewpoint of economical efficiency.
Al: 0.01∼0.07％Al: 0.01 to 0.07%
Al은, 탈산제로서 작용하여, 강재의 용강 탈산 프로세스에 있어서, 가장 범용적으로 사용되는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.07％를 초과하여 함유하면, 용접 시에 Al이 용접 금속부에 혼입되어, 용접 금속의 인성을 저하시킨다. 이 때문에, Al은 0.07％ 이하의 범위로 한정했다. 바람직하게는, 0.02∼0.06％이다.Al acts as a deoxidizer and is an element most commonly used in the molten steel deoxidation process of steel materials. In order to acquire such an effect, 0.01 % or more of containing is required. On the other hand, when it contains exceeding 0.07 %, Al will mix in a weld metal part at the time of welding, and the toughness of a weld metal will be reduced. For this reason, Al was limited to the range of 0.07% or less. Preferably, it is 0.02 to 0.06%.
Cr: 2.5∼7.0％Cr: 2.5 to 7.0%
Cr은, 오스테나이트상을 안정화시켜, 극저온 인성의 향상 및 강재 강도의 향상에 유효하게 기여하는 원소이다. 또한, 미세 결정역을 형성시키기 위해 효과적인 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Cr을 2.5％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 7.0％를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물이 생성되어, 극저온 인성 및 내응력 부식 균열성이 저하한다. 이 때문에, Cr은 2.5∼7.0％의 범위로 한정했다. 바람직하게는 3.5∼6.5％이다.Cr is an element that stabilizes the austenite phase and effectively contributes to the improvement of cryogenic toughness and the improvement of steel material strength. It is also an effective element for forming a microcrystalline region. In order to obtain such an effect, it is required to contain 2.5% or more of Cr. On the other hand, when it contains more than 7.0%, Cr carbide is produced|generated, and cryogenic toughness and stress corrosion cracking resistance fall. For this reason, Cr was limited to the range of 2.5 to 7.0%. Preferably it is 3.5-6.5 %.
N: 0.0050∼0.0500％N: 0.0050 to 0.0500%
N은, 오스테나이트상을 안정화하는 작용을 갖는 원소로서, 극저온 인성의 향상에 유효하게 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, N은 0.0050％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.0500％를 초과하여 함유하면, 질화물 또는 탄질화물이 조대화하여, 극저온 인성이 저하한다. 이 때문에, N은 0.0050∼0.0500％의 범위로 한정했다. 바람직하게는 0.0060∼0.0400％이다.N is an element having an action of stabilizing the austenite phase, and effectively contributes to the improvement of the cryogenic toughness. In order to obtain such an effect, N needs to contain 0.0050% or more. On the other hand, when it contains exceeding 0.0500 %, nitride or carbonitride will coarsen and cryogenic toughness will fall. For this reason, N was limited to the range of 0.0050 to 0.0500%. Preferably it is 0.0060 to 0.0400 %.
O(산소): 0.0050％ 이하O (oxygen): 0.0050% or less
O(산소)는, 강 중에서는 산화물계 개재물로서 존재하여, 강재의 극저온 인성을 저하시킨다. 이 때문에, O(산소)는 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 0.0050％ 이하이면 허용할 수 있다. 이 때문에, O(산소)는 0.0050％ 이하의 범위로 한정했다. 바람직하게는, 0.0045％ 이하이다. 한편, O(산소)를 0.0005％ 미만으로 극단적으로 저감하려면, 장시간의 정련을 필요로 하여, 정련 비용이 급등한다. 이 때문에, 경제성의 관점에서, O(산소)는 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.O (oxygen) exists as an oxide type inclusion in steel, and reduces the cryogenic toughness of a steel material. For this reason, although it is preferable to reduce O (oxygen) as much as possible, if it is 0.0050 % or less, it is permissible. For this reason, O (oxygen) was limited to the range of 0.0050% or less. Preferably, it is 0.0045% or less. On the other hand, to extremely reduce O (oxygen) to less than 0.0005%, refining for a long time is required, and refining cost soars. For this reason, from a viewpoint of economical efficiency, it is preferable to set O (oxygen) to 0.0005% or more.
상기한 성분이 기본의 강재 조성이지만, 이 기본의 강재 조성에 더하여 추가로 임의 성분으로서, Mo: 2.0％ 이하, V: 2.0％ 이하, W: 2.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, REM: 0.0010∼0.0200％, B: 0.0005∼0.0020％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하는 강재 조성으로 해도 좋다.Although the above-mentioned component is a basic steel material composition, in addition to this basic steel material composition, as an optional component, one or two or more selected from Mo: 2.0% or less, V: 2.0% or less, W: 2.0% or less, And/or it is good also as a steel material composition containing 1 type(s) or 2 types selected from REM: 0.0010-0.0200% and B: 0.0005-0.0020%.
Mo: 2.0％ 이하, V: 2.0％ 이하, W: 2.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상Mo: 2.0% or less, V: 2.0% or less, W: 2.0% or less 1 type or 2 or more types selected from
Mo, V, W는 모두, 오스테나이트상의 안정화에 기여함과 함께, 강재의 강도 향상, 극저온 인성의 향상에도 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 1종 또는 2종 이상 선택하여 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Mo, V, W를 각각 0.001％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, Mo, V, W가 각각 2.0％를 초과하여 함유되면, 조대한 탄질화물이 증가하여, 파괴의 기점이 되고, 극저온 충격 인성이 저하한다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Mo: 2.0％ 이하, V: 2.0％ 이하, W: 2.0％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Mo: 0.003∼1.7％, V: 0.003∼1.7％, W: 0.003∼1.7％이고, 더욱 바람직하게는 Mo: 1.5％ 이하, V: 1.5％ 이하, W: 1.5％ 이하이다.Mo, V, and W are all elements that contribute to the stabilization of the austenite phase and also to the improvement of the strength of steel materials and the improvement of the cryogenic toughness. In order to acquire such an effect, it is necessary to contain 0.001% or more of Mo, V, and W, respectively. On the other hand, when Mo, V, and W are contained in an amount exceeding 2.0%, respectively, coarse carbonitrides increase, it becomes a starting point of fracture, and the cryogenic impact toughness decreases. For this reason, when containing, it is preferable to limit to Mo: 2.0 % or less, V: 2.0 % or less, and W: 2.0 % or less. More preferably, they are Mo: 0.003 to 1.7%, V: 0.003 to 1.7%, W: 0.003 to 1.7%, More preferably, they are Mo: 1.5% or less, V: 1.5% or less, W: 1.5% or less.
REM: 0.0010∼0.0200％, B: 0.0005∼0.0020％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종REM: 0.0010 to 0.0200%, B: 0.0005 to 0.0020% one or two selected from
REM은, 개재물의 형태 제어를 통하여, 강재의 인성 향상, 나아가서는 연성, 내황화물 응력 부식 균열성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이고, 또한, B는, 입계에 편석하여, 강재의 인성 향상에 기여하는 작용을 갖는 원소로서, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종을 함유할 수 있다.REM is an element having an action of improving the toughness of steel materials, further improving ductility and sulfide stress corrosion cracking resistance through shape control of inclusions, and B segregates at grain boundaries, contributing to the improvement of toughness of steel materials As an element having the action to be used, one or two kinds can be selected as needed.
REM은, 상기한 효과를 얻기 위해서는, 0.0010％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.0200％를 초과하여 함유하면, 비금속 개재물량이 증가하여, 인성, 나아가서는 연성, 내황화물 응력 균열성이 저하한다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, REM은 0.0010∼0.0200％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0015∼0.0200％이다.REM needs to contain 0.0010% or more in order to obtain the above-described effect. On the other hand, when it contains exceeding 0.0200%, the amount of nonmetallic inclusions will increase, and toughness, furthermore, ductility, and sulfide stress cracking resistance will fall. For this reason, when containing, it is preferable to limit REM to 0.0010 to 0.0200% of range. More preferably, it is 0.0015 to 0.0200 %.
B는, 상기한 효과를 얻기 위해서는, 0.0005％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.0020％를 초과하여 함유하면, 조대한 질화물이나 탄화물이 증가하여, 인성이 저하한다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, B는 0.0005∼0.0020％의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.B needs to contain 0.0005% or more in order to acquire said effect. On the other hand, when it contains exceeding 0.0020 %, coarse nitride and carbide will increase and toughness will fall. For this reason, when containing, it is preferable to limit B to 0.0005 to 0.0020% of range.
상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 불가피적 불순물로서는, Ca, Mg, Ti, Nb, Cu를 예시할 수 있고, 합계로 0.05％ 이하이면 허용할 수 있다.The remainder other than the above components consists of Fe and unavoidable impurities. In addition, Ca, Mg, Ti, Nb, and Cu can be illustrated as an unavoidable impurity, and if it is 0.05 % or less in total, it is permissible.
본 발명에서는, 상기한 고Mn 함유 강재끼리를, 솔리드 와이어를 이용하여 용접하고 다층 용접 금속부를 형성하여 용접 조인트로 한다.In the present invention, the above-described high Mn-containing steels are welded to each other using a solid wire to form a multilayer welded metal portion to form a welded joint.
사용하는 솔리드 와이어는, C: 0.2∼0.8％, Si: 0.15∼0.90％, Mn: 17.0∼28.0％, P: 0.03％ 이하, S: 0.03％ 이하, Ni: 0.01∼10.0％, Cr: 0.4∼4.0％, Mo: 0.02∼2.5％, Al: 0.1％ 이하, N: 0.12％ 이하, O(산소): 0.04％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 와이어 조성을 갖는 솔리드 와이어로 한다. 와이어 조성의 한정 이유는, 다음과 같다.The solid wire used is C: 0.2 to 0.8%, Si: 0.15 to 0.90%, Mn: 17.0 to 28.0%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, Ni: 0.01 to 10.0%, Cr: 0.4 to A solid wire having a wire composition containing 4.0%, Mo: 0.02 to 2.5%, Al: 0.1% or less, N: 0.12% or less, O (oxygen): 0.04% or less, the balance being Fe and unavoidable impurities. The reasons for limiting the wire composition are as follows.
C: 0.2∼0.8％C: 0.2 to 0.8%
C는, 고용 강화에 의해, 용접 금속의 강도를 상승시키는 작용을 가짐과 함께, 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.2％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.8％를 초과하여 함유하면, 탄화물이 석출하여, 극저온 충격 인성이 저하하고, 또한, 용접 시의 고온 균열이 생기기 쉬워진다. 그 때문에, C는 0.2∼0.8％의 범위로 한정했다. 바람직하게는, 0.3∼0.7％이다.C is an element having an effect of increasing the strength of the weld metal by solid solution strengthening, and stabilizing the austenite phase and improving the cryogenic impact toughness of the weld metal. In order to acquire such an effect, 0.2% or more of containing is required. On the other hand, when the content exceeds 0.8%, carbides are precipitated, the cryogenic impact toughness decreases, and high-temperature cracking during welding tends to occur. Therefore, C was limited to a range of 0.2 to 0.8%. Preferably, it is 0.3-0.7%.
Si: 0.15∼0.90％Si: 0.15 to 0.90%
Si는, 탈산제로서 작용하여, Mn의 수율을 높임과 함께, 용융 금속의 점성을 높이는 작용을 갖고, 비드 형상을 안정적으로 유지하여, 스퍼터의 발생을 저감하는 효과를 갖는다. 그러한 효과를 얻기 위해서는, 0.15％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 0.90％를 초과하여 함유하면, 용접 금속의 극저온 충격 인성의 저하를 초래한다. 또한, Si는, 응고 시에 편석하여, 응고셀(solidified shell) 계면에 액상을 생성하여, 내고온 균열성을 저하시킨다. 그 때문에, Si는 0.15∼0.90％의 범위로 한정했다. 바람직하게는 0.20∼0.70％이다.Si acts as a deoxidizer, increases the yield of Mn, has an effect of increasing the viscosity of the molten metal, maintains the bead shape stably, and has the effect of reducing sputtering. In order to acquire such an effect, 0.15% or more of containing is required. On the other hand, when it contains exceeding 0.90 %, the fall of the cryogenic impact toughness of a weld metal will be caused. In addition, Si segregates during solidification to generate a liquid phase at the interface of a solidified shell, thereby lowering the high-temperature cracking resistance. Therefore, Si was limited to the range of 0.15 to 0.90%. Preferably it is 0.20 to 0.70 %.
Mn: 17.0∼28.0％Mn: 17.0 to 28.0%
Mn은, 염가로, 오스테나이트상을 안정화하는 원소로서, 본 발명에서는 17.0％ 이상의 함유를 필요로 한다. Mn이 17.0％ 미만에서는, 용접 금속 중에 페라이트상이 생성되어, 극저온 충격 인성의 현저한 저하를 초래한다. 한편, 28.0％를 초과하여 함유하면, 응고 시에 과도의 Mn 편석이 발생하여, 고온 균열을 유발한다. 그 때문에, Mn은 17.0∼28.0％의 범위로 제한했다. 바람직하게는 18.0∼23.0％이다.Mn is an element that is inexpensive and stabilizes the austenite phase, and in the present invention, it is required to contain 17.0% or more. If Mn is less than 17.0%, a ferrite phase is generated in the weld metal, resulting in a significant decrease in cryogenic impact toughness. On the other hand, when it contains exceeding 28.0 %, excessive Mn segregation will generate|occur|produce at the time of solidification, and high temperature cracking will be induced. Therefore, Mn was limited to the range of 17.0 to 28.0%. Preferably it is 18.0-23.0%.
P: 0.03％ 이하P: 0.03% or less
P는, 용접 금속 중에서는, 불순물로서, 결정 입계에 편석하여, 고온 균열을 유발하는 원소로서, 본 발명에서는, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 0.03％ 이하이면, 허용할 수 있다. 그 때문에, P는 0.03％ 이하로 한정했다. 한편, 과도의 저감은, 정련 비용의 급등을 초래한다. 그 때문에, P는 0.003％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.In the weld metal, as an impurity, P is an element that segregates at grain boundaries and induces high-temperature cracking. In the present invention, although it is preferable to reduce it as much as possible, it is acceptable if it is 0.03% or less. Therefore, P was limited to 0.03% or less. On the other hand, excessive reduction causes a sharp increase in the refining cost. Therefore, it is preferable to adjust P to 0.003 % or more.
S: 0.03％ 이하S: 0.03% or less
S는, 용접 금속 중에서는 황화물계 개재물 MnS로서 존재한다. MnS는, 파괴의 발생 기점이 되어, 극저온 충격 인성을 저하시키기 때문에, 본 발명에서는 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 0.03％ 이하이면, 허용할 수 있다. 그 때문에, S는 0.03％ 이하로 한정했다. 한편, 과도의 저감은, 정련 비용의 급등을 초래하기 때문에, S는 0.001％ 이상으로 조정하는 것이 바람직하다.S exists as a sulfide-type inclusion MnS in a weld metal. MnS serves as an origin of fracture and reduces cryogenic impact toughness. In the present invention, MnS is preferably reduced as much as possible, but if it is 0.03% or less, it is acceptable. Therefore, S was limited to 0.03% or less. On the other hand, since excessive reduction causes a sharp increase in refining cost, it is preferable to adjust S to 0.001% or more.
Ni: 0.01∼10.0％Ni: 0.01 to 10.0%
Ni는, 오스테나이트 입계를 강화함과 함께, 오스테나이트상을 안정화시켜, 용접 금속의 극저온 충격 인성의 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상의 함유를 필요로 한다. 그러나, Ni는 고가의 원소이고, 10.0％를 초과하는 함유는, 경제적으로 불리해진다. 그 때문에, Ni는 0.01∼10.0％의 범위로 한정했다. 바람직하게는, 0.02∼2.0％의 범위이다.Ni is an element contributing to the improvement of the cryogenic impact toughness of the weld metal by strengthening the austenite grain boundary and stabilizing the austenite phase. In order to acquire such an effect, 0.01 % or more of containing is required. However, Ni is an expensive element, and containing more than 10.0% becomes economically disadvantageous. Therefore, Ni was limited to 0.01 to 10.0% of the range. Preferably, it is in the range of 0.02-2.0%.
Cr: 0.4∼4.0％Cr: 0.4 to 4.0%
Cr은, 극저온에서는 오스테나이트상을 안정화시키는 원소로서 작용하여, 용접 금속의 극저온 충격 인성의 향상에 기여한다. 또한, Cr은, 용접 금속의 강도를 향상시키는 작용도 갖는다. 또한, Cr은, 용융 금속의 액상선 온도를 높여, 고온 균열의 발생을 억제하는 작용을 갖는다. 또한, Cr은, 용접 금속의 내식성을 높이는 데에도 유효하게 작용한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.4％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 4.0％를 초과하여 함유하면, Cr 탄화물이 생성되어, 극저온 충격 인성의 저하를 초래함과 함께, 추가로, 와이어 신선(伸線) 시의 가공성이 저하한다. 그 때문에, Cr은 0.4∼4.0％의 범위로 한정했다. 바람직하게는, 1.0∼3.0％이다.Cr acts as an element for stabilizing the austenite phase at cryogenic temperatures, and contributes to the improvement of the cryogenic impact toughness of the weld metal. Moreover, Cr also has the effect|action which improves the intensity|strength of a weld metal. Moreover, Cr has an effect|action which raises the liquidus temperature of a molten metal, and suppresses generation|occurrence|production of a high temperature crack. Moreover, Cr acts effectively also in improving the corrosion resistance of a weld metal. In order to obtain such an effect, it is required to contain 0.4% or more. On the other hand, when it contains in excess of 4.0%, Cr carbide is generated, which leads to a decrease in cryogenic impact toughness, and further decreases the workability at the time of wire drawing. Therefore, Cr was limited to the range of 0.4 to 4.0%. Preferably, it is 1.0-3.0%.
Mo: 0.02∼2.5％Mo: 0.02 to 2.5%
Mo는, 고용 강화에 의해 강도를 증가시키는 원소로서, 그러한 효과를 얻기 위해서는 0.02％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 2.5％를 초과하여 다량으로 함유하면, 탄화물이 석출하여, 열간 가공성이 저하하고, 와이어의 신선 가공 등, 와이어의 제조성이 저하한다. 그 때문에, Mo는 0.02∼2.5％의 범위로 한정했다. 바람직하게는, 0.05∼2.0％이다.Mo is an element which increases strength by solid solution strengthening, and in order to obtain such an effect, it is preferable to contain 0.02% or more. On the other hand, when it contains in a large amount exceeding 2.5 %, carbide|carbonized_material will precipitate, hot workability will fall, and manufacturability of a wire, such as wire drawing of a wire, will fall. Therefore, Mo was limited to 0.02 to 2.5% of the range. Preferably, it is 0.05 to 2.0%.
Al: 0.1％ 이하Al: 0.1% or less
Al은, 탈산제로서 작용함과 함께, 용융 금속의 점성을 높이고, 비드 형상을 안정적으로 유지하여, 스퍼터의 발생을 저감하는 중요한 작용을 갖는다. 또한, Al은, 용융 금속의 액상선 온도를 높여, 용접 금속의 고온 균열 발생의 억제에 기여한다. 이러한 효과는, 0.005％ 이상의 함유로 현저해지기 때문에, 0.005％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 0.1％를 초과하여 함유하면, 용융 금속의 점성이 지나치게 높아져, 오히려, 스퍼터의 증가나, 비드가 확대되지 않고 융합 불량 등의 결함이 증가한다. 그 때문에, Al은 0.1％ 이하의 범위로 한정했다. 바람직하게는 0.005∼0.04％이다.Al acts as a deoxidizer and has an important effect of increasing the viscosity of the molten metal, stably maintaining the bead shape, and reducing the occurrence of sputtering. Moreover, Al raises the liquidus temperature of a molten metal, and contributes to suppression of high-temperature cracking of a weld metal. Since such an effect becomes remarkable when containing 0.005% or more, it is preferable to contain 0.005% or more. On the other hand, when the content exceeds 0.1%, the viscosity of the molten metal becomes excessively high, and, on the contrary, an increase in sputtering or a bead does not expand, and defects such as poor fusion increase. Therefore, Al was limited to the range of 0.1 % or less. Preferably it is 0.005-0.04 %.
N: 0.12％ 이하N: 0.12% or less
N은, 불가피적으로 혼입하는 원소로서, 0.12％를 초과하여 함유하면, 질화물을 형성하여, 극저온 충격 인성이 저하한다. 그 때문에, N은 0.12％ 이하로 한정했다. 한편, N은, C와 마찬가지로, 용접 금속의 강도 향상에 유효하게 기여함과 함께, 오스테나이트상을 안정화하여, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 안정적으로 향상시키기 때문에, 일정량 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 이러한 효과는, 0.003％ 이상의 함유로 현저해지기 때문에, 0.003％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다.N is an element that is unavoidably mixed, and when it is contained in an amount exceeding 0.12%, nitride is formed and the cryogenic impact toughness decreases. Therefore, N was limited to 0.12% or less. On the other hand, N, similarly to C, effectively contributes to the improvement of the strength of the weld metal, stabilizes the austenite phase, and stably improves the cryogenic impact toughness of the weld metal, so it is preferable to contain it in a certain amount or more. Since such an effect becomes remarkable when containing 0.003% or more, it is preferable to make it contain 0.003% or more.
O(산소): 0.04％ 이하O (oxygen): 0.04% or less
O(산소)는, 불가피적으로 혼입되는 원소로서, 용접 금속 중에서, Al계 산화물이나 Si계 산화물을 형성하여, 응고 덴드라이드의 핵으로서 작용하거나, 응고 조직의 조대화를 억제하는 피닝으로서 기여하기 때문에, 일정량 이상 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 효과는, 0.005％ 이상의 함유로 현저해지기 때문에, 0.005％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 0.04％를 초과하는 다량의 함유는, 산화물이 조대화한다. 그 때문에, O(산소)는 0.04％ 이하의 범위로 한정했다. 바람직하게는 0.01∼0.03％이다.O (oxygen) is an element that is unavoidably mixed, and forms Al-based oxides or Si-based oxides in the weld metal, acting as nuclei of solidified dendrites, or contributing as pinning that suppresses coarsening of solidified structures Therefore, it is preferable to contain it in a fixed amount or more. Since such an effect becomes remarkable when containing 0.005% or more, it is preferable to make it contain 0.005% or more. On the other hand, in the presence of a large amount exceeding 0.04%, the oxide coarsens. Therefore, O (oxygen) was limited to the range of 0.04% or less. Preferably it is 0.01 to 0.03%.
상기한 성분이, 기본의 와이어 조성이지만, 이 기본의 와이어 조성에 더하여 추가로, V: 1.0％ 이하, Ti: 1.0％ 이하 및 Nb: 1.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 와이어 조성으로 해도 좋다.Although the above component is a basic wire composition, in addition to this basic wire composition, V: 1.0% or less, Ti: 1.0% or less, and Nb: 1.0% or less selected from the group consisting of one or two or more It is good also as a wire composition.
V, Ti, Nb는 모두, 탄화물 형성 원소로서, 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 강도 향상에 기여하는 원소이고, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다.V, Ti, and Nb are all carbide-forming elements, which are elements that precipitate carbides and contribute to the improvement of the strength of the weld metal, and may contain one or two or more types selected as necessary.
V는, 상기한 효과를 얻기 위해서는, 0.02％ 이상 함유하는 것이 바람직하지만, 1.0％를 초과하여 함유하면, 탄화물이 다량으로 석출하여 조대화하고, 파괴의 발생 기점이 되어, 용접 금속의 극저온 충격 인성을 저하시킨다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, V는 1.0％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다.In order to obtain the above-described effect, V is preferably contained in an amount of 0.02% or more, but when it is contained in an amount exceeding 1.0%, a large amount of carbides are precipitated and coarsened, and it becomes the origin of fracture, and the cryogenic impact toughness of the weld metal. lowers the Therefore, when containing, it is preferable to limit V to 1.0 % or less.
Ti는, 상기한 효과에 더하여 추가로, 용접 금속의 응고셀 계면에 탄화물을 석출시켜, 고온 균열의 발생 억제에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ti는 0.02％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 1.0％를 초과하여 함유하면, 탄화물이 조대화하여, 파괴의 발생 기점이 되기 때문에, 용접 금속의 극저온 충격 인성이 저하한다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Ti는 1.0％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다.In addition to the above effects, Ti precipitates carbides at the solidification cell interface of the weld metal and contributes to suppression of occurrence of high-temperature cracking. In order to acquire such an effect, it is preferable to contain 0.02% or more of Ti. On the other hand, when the content exceeds 1.0%, the carbide is coarsened and becomes an origin of fracture, so that the cryogenic impact toughness of the weld metal decreases. Therefore, when containing, it is preferable to limit Ti to 1.0 % or less.
Nb는, 상기한 효과에 더하여 추가로, 용접 금속의 응고셀 계면에 탄화물을 석출시켜, 용접 금속의 고온 균열의 발생 억제에 기여한다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 Nb는 0.02％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 1.0％를 초과하여 함유하면, 탄화물이 조대화하여, 파괴의 발생 기점이 되기 때문에, 용접 금속의 극저온 충격 인성이 저하한다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Nb는 1.0％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다.In addition to the above-described effects, Nb further precipitates carbides at the solidification cell interface of the weld metal, and contributes to suppression of occurrence of hot cracks in the weld metal. In order to acquire such an effect, it is preferable to contain 0.02% or more of Nb. On the other hand, when the content exceeds 1.0%, the carbide is coarsened and becomes an origin of fracture, so that the cryogenic impact toughness of the weld metal decreases. Therefore, when containing, it is preferable to limit Nb to 1.0 % or less.
상기한 성분 이외의 와이어의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.The remainder of the wire other than the above components consists of Fe and unavoidable impurities.
이어서, 본 발명 용접 조인트의 제조 방법에 대해서 설명한다.Next, the manufacturing method of the weld joint of this invention is demonstrated.
우선, 상기한 강재 조직을 갖는 극저온용 고강도 고Mn 함유 강재를 준비한다. 그리고, 준비한 강재끼리가 소정의 개선(開先) 형상을 형성하도록, 개선 가공을 행한다. 형성하는 개선 형상에 대해서는, 특별히 한정할 필요는 없고, 용접강 구조물용으로서 상용되고 있는 V형 개선, Y형 개선 등을 예시할 수 있다.First, a high-strength high-Mn-containing steel for cryogenic use having the above-described steel structure is prepared. Then, the prepared steel materials form a predetermined ridge shape. It is not necessary to specifically limit about the shape of the improvement to form, The V-type improvement, Y-type improvement, etc. which are commonly used as objects for welded steel structures can be illustrated.
이어서, 상기 개선 가공된 강재끼리를, 상기한 와이어 조성을 갖는 솔리드 와이어를 이용하여, 용접하여 다층 용접 금속을 형성하고, 용접 조인트로 한다.Next, the steel materials subjected to the improved processing are welded using a solid wire having the above-described wire composition to form a multilayer weld metal, and a weld joint is obtained.
사용하는 솔리드 와이어는, Mn 함유량 및 Cr 함유량이, 각각 사용하는 강재의 Mn 함유량 및 Cr 함유량보다 적은 와이어 조성을 갖는 것으로 한다. 사용하는 솔리드 와이어의 Mn 함유량 및/또는 Cr 함유량이, 사용하는 강재의 Mn 함유량 및/또는 Cr 함유량에 비해 많은 경우에는, 용접 금속 전체의 강도가 저하하고, 또한 국부적인 경도가 증가하여, 내용접 균열성이 저하한다. 그 때문에, 본 발명에서는, Mn 함유량 및 Cr 함유량이, 사용하는 강재의 Mn 함유량 및 Cr 함유량보다 적은 와이어 조성을 갖는 솔리드 와이어를 사용한다. 이에 따라, 형성되는 용접 금속이, 용이하게, 소망하는 고강도이고, 또한 우수한 극저온 충격 인성을 갖는 것이 된다.The solid wire to be used shall have a wire composition in which Mn content and Cr content are less than Mn content and Cr content of the steel materials used, respectively. When the Mn content and/or Cr content of the solid wire to be used is larger than the Mn content and/or Cr content of the steel material to be used, the strength of the entire weld metal decreases, and the local hardness increases, Crackability is reduced. Therefore, in this invention, the Mn content and Cr content use the solid wire which has a wire composition less than the Mn content and Cr content of the steel materials to be used. Thereby, the weld metal to be formed easily has a desired high strength and has excellent cryogenic impact toughness.
사용하는 용접법은, 소망하는 특성을 갖는 다층 용접 금속부를 형성할 수 있으면 좋고, 특별히 한정할 필요는 없지만, 상기한 강재와 상기한 용접 재료(솔리드 와이어)를 이용하여, 소망하는 고강도, 우수한 극저온 충격 인성을 갖는 용접 금속으로 하기 위해, 가스 메탈 아크 용접으로 하는 것이 바람직하다.The welding method to be used is as long as it can form a multilayer welded metal part having desired properties, and there is no need to be particularly limited, but using the above-described steel material and the above-mentioned welding material (solid wire), desired high strength and excellent cryogenic impact In order to set it as the weld metal which has toughness, it is preferable to set it as gas metal arc welding.
가스 메탈 아크 용접은, 「가스 실드 아크 용접」이라고도 칭해지고 있고, 일반적으로, 용접 재료(용가재)를 전극으로서 이용하는 「용극식(溶極式)」(소모 전극식)과 텅스텐 등의 비소모 전극을 이용하는 「비용극식」(비소모 전극식)으로 대별할 수 있다. 본 발명에서는, 특별히 한정되지 않지만, 소망하는 강도 및 극저온 충격 인성을 달성하는 관점에서, 상기 솔리드 와이어(용접 재료)를 전극으로서 이용하는 「용극식」(소모 전극식)으로 행하는 것이 바람직하다.Gas metal arc welding is also called "gas shield arc welding", and in general, a "melting electrode type" (consumable electrode type) using a welding material (filler material) as an electrode and a non-consumable electrode such as tungsten It can be roughly classified into a "non-electrode type" (non-consumable electrode type) using Although it does not specifically limit in this invention, From a viewpoint of achieving desired intensity|strength and cryogenic impact toughness, it is preferable to carry out by "melting electrode type" (consuming electrode type) using the said solid wire (welding material) as an electrode.
본 발명에서는, 다층 용접 금속부에 있어서의 제1층째에 있어서, 강재와 용접 부재의 혼합의 비율이 소정의 비율이 되도록 용접 조건을 조정한다.In this invention, welding conditions are adjusted so that the ratio of mixing of steel materials and a welding member may become a predetermined ratio in the 1st layer in a multilayer weld metal part.
통상, 다층 용접에서는, 용접 금속은, 강재 기인의 용접 금속(용탕)과 용접 재료 기인의 용접 금속(용탕)이 혼합되어 형성된다. 특히, 다층 용접 금속부의 제1층에서는, 용접 금속에 차지하는 강재 기인의 용접 금속(용탕)의 비율이 높아지고, 용접 금속의 특성을 고려하는 데에 있어서, 중요해진다. 이 때문에, 본 발명에서는, 제1층의 용접 금속에 있어서의 강재의 용입 정도(희석률)가 소정의 범위가 되도록 조정하여, 용접을 행하는 것으로 했다.Usually, in multilayer welding, the weld metal (molten metal) derived from a steel material and the weld metal (molten metal) derived from a welding material are mixed, and a weld metal is formed. In particular, in the 1st layer of a multilayer weld metal part, when the ratio of the weld metal (molten metal) originating in the steel material occupies for a weld metal becomes high, and considering the characteristic of a weld metal, it becomes important. For this reason, in this invention, it adjusted so that the penetration degree (dilution rate) of the steel materials in the weld metal of a 1st layer might become a predetermined range, and decided to perform welding.
본 발명에서는, 제1층의 용접 금속에 있어서의 강재의 희석률은, 다음 (1)식으로 정의되는 값을 이용하는 것으로 한다.In this invention, the dilution rate of the steel materials in the weld metal of a 1st layer shall use the value defined by following (1) Formula.
희석률(％)＝100×{(제1층의 용접 금속에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)－(솔리드 와이어에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)}/{(강재에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)－(솔리드 와이어에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)}……(1)Dilution rate (%) = 100 x {(Content of the component element contained in the weld metal of the first layer: mass %) - (Content of the component element contained in the solid wire: mass %)}/{ (contained in the steel material) Content of component element: mass %)-(Content of component element contained in solid wire: mass %)}... … (One)
여기에서 이용하는 「성분 원소」는, 강재, 용접 재료(솔리드 와이어)에 포함되는 대표적인 원소로 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 본 발명에서는, 강재 및 용접 재료 모두 함유되고, 게다가 함유량이 많은 Mn, Cr로 한다. 함유량이 많은 원소를 사용하면, 그만큼 측정 정밀도도 높아진다. 다층 용접 금속부의 제1층의 용접 금속, 용접되는 강재 및, 사용되는 용접 재료(솔리드 와이어)의 소정의 복수의 측정 위치에서, 이들 성분 원소 중 어느 1종에 대해서, 예를 들면, EPMA를 이용하여, 당해 성분 원소의 함유량을 측정하고, 그들의 평균값을 구하여, 상기 (1)식을 이용하여 희석률을 산출한다. 성분 원소의 함유량을 측정하는 분석 기기는, EPMA 이외에도, 형광 X선 분석이나, 화학 분석 등을 이용해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.It is preferable to set the "component element" used here as a typical element contained in steel materials and a welding material (solid wire). For example, in this invention, both a steel material and a welding material are contained, and it is set as Mn and Cr with much content. When an element with a large content is used, the measurement accuracy also increases that much. At a predetermined plurality of measurement positions of the weld metal of the first layer of the multilayer weld metal part, the steel to be welded, and the welding material (solid wire) used, for any one of these component elements, for example, EPMA is used. Then, content of the said component element is measured, those average values are calculated|required, and the dilution rate is computed using said (1) Formula. It cannot be overemphasized that the analysis apparatus which measures content of a component element may use fluorescent X-ray analysis, chemical analysis, etc. other than EPMA.
본 발명에서는, 다층 용접 금속부의 제1층의 용접 금속에 있어서의 강재의 희석률이, 35∼60％가 되도록, 용접 조건을 조정한다.In this invention, welding conditions are adjusted so that the dilution rate of the steel materials in the weld metal of the 1st layer of a multilayer weld metal part may be set to 35 to 60 %.
제1층 용접 금속으로의 강재의 희석률이 35％ 미만에서는, 용접 금속으로의 강재의 용입이 지나치게 적어, 용접 금속 중의 Mn, Cr 함유량이 감소하기 때문에, 응고 조직(덴드라이트)이 드문드문해지고, 내용접 균열성이나 극저온 충격 인성은 향상하지만, 용접 금속의 강도가 지나치게 저하한다. 한편, 강재의 희석률이 높아지면, Mn, Cr을 많이 포함하는 응고 조직(덴드라이트)이 되어, 덴드라이트가 조밀해지고, 용접 금속 강도가 증가하지만, 용접 균열이 발생하기 쉬워진다. 특히, 강재의 희석률이 60％를 초과하여 지나치게 높아지면, 용접 균열이 발생하거나, 극저온 충격 인성이 저하하는 등의 문제가 있다. 이 때문에, 용접 금속의 제1층에 있어서의 강재의 희석률은, 35∼60％의 범위로 한정했다.When the dilution rate of the steel material to the first layer weld metal is less than 35%, the penetration of the steel material into the weld metal is too small, and the Mn and Cr content in the weld metal decreases, so that the solidified structure (dendrite) becomes sparse. , the weld crack resistance and cryogenic impact toughness are improved, but the strength of the weld metal is too low. On the other hand, when the dilution rate of steel materials becomes high, it becomes a solidified structure (dendrite) containing many Mn and Cr, a dendrite becomes dense, and although weld metal strength increases, it becomes easy to generate|occur|produce a weld crack. In particular, when the dilution rate of the steel material exceeds 60% and becomes too high, there are problems such as welding cracking or a decrease in cryogenic impact toughness. For this reason, the dilution rate of the steel materials in the 1st layer of a weld metal was limited to the range of 35 to 60%.
통상, 다층 용접 금속부에서는, 제1층의 용접 금속에 있어서, 다른 층의 용접 금속에 비해 강재의 용입 정도(희석률)가 높아진다. 용접 금속층수의 증가에 수반하여, 각 층의 용접 금속에 있어서의 강재의 희석률은 감소하고, 제3층 이후의 층에서는, 용접 금속의 조성은 용접 재료(솔리드 와이어)와 거의 동일한 조성이 된다. 따라서, 강재의 용입이 많아지는 제1층의 용접 금속에 있어서, 용접 금속으로의 강재의 용입 정도(희석률)를 소정의 범위가 되도록 조정하면, 다층 용접 금속부의 용접 금속 전체의 특성을 소망하는 특성으로 조정하는 것이 용이해진다. 이러한 점에서, 본 발명에서는, 제1층의 용접 금속에 있어서, 용접 금속으로의 강재의 용입 정도(희석률)를 소정의 범위가 되도록 조정하는 것으로 했다.Usually, in a multilayer weld metal part, in the weld metal of a 1st layer, the penetration degree (dilution rate) of steel materials becomes high compared with the weld metal of another layer. With the increase in the number of weld metal layers, the dilution rate of the steel materials in the weld metal of each layer decreases, and in the layers after the third layer, the composition of the weld metal becomes substantially the same as that of the welding material (solid wire). . Therefore, in the weld metal of the first layer in which the penetration of the steel material increases, if the degree of penetration (dilution rate) of the steel material into the weld metal is adjusted to be within a predetermined range, the characteristics of the entire weld metal of the multilayer weld metal part are desired. It is easy to adjust to the characteristics. In this regard, in the present invention, in the weld metal of the first layer, the degree of penetration (dilution rate) of the steel to the weld metal is adjusted to be within a predetermined range.
제1층 용접 금속으로의 강재의 용입 정도(희석률)는, 강재의 판두께, 개선 형상, 용접 조건에 의해, 변화한다. 특히, 용접 조건 중, 용접 입열량의 영향이 커, 용접 입열량의 조정에 의해, 강재의 용입 정도(희석률)를 변화시키는 것이 가능하다. 따라서, 용접의 실시에 앞서 모의 시험을 행하여, 소망하는 희석률을 달성할 수 있는 용접 입열량을 검토해 두는 것이 바람직하다.The degree of penetration (dilution rate) of the steel materials into the first-layer weld metal changes depending on the sheet thickness of the steel materials, the shape of the improvement, and the welding conditions. In particular, the influence of the welding heat input is large among welding conditions, and it is possible to change the penetration degree (dilution rate) of steel materials by adjustment of the welding heat input amount. Therefore, it is preferable to conduct a simulation test before carrying out welding and to examine the amount of welding heat input which can achieve a desired dilution rate.
예를 들면, 미리, 실제로 용접하는 강재로, 실제로 사용하는 개선 형상에 가까운 모의 시험재를 제작하고, 실제로 사용하는 용접 재료를 이용하여, 용접 입열량을 변화시키고, 1패스의 시험 용접을 100㎜ 이상 실시하여, 제1층을 모방한 용접 금속을 얻는다. 얻어진 용접 금속의 중앙부에서 그의 조성을 EPMA 등으로 분석하여, 희석률을 산출함으로써, 소망하는 강재의 희석률을 달성할 수 있는 용접 조건(입열량)을 결정해 두는 것이 바람직하다. 또한, 판두께 12㎜ 이하의 강재에서는, 상기한 소망하는 강재의 희석률을 확보하기 위해서는, 입열: 2.5kJ/㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.For example, in advance, a simulated test material close to the improved shape to be actually used is produced with the steel material to be welded in advance, the welding heat input is changed using the welding material actually used, and the test welding in one pass is 100 mm. As mentioned above, the weld metal which imitated the 1st layer is obtained. It is preferable to determine the welding conditions (heat input amount) which can achieve the desired dilution rate of steel materials by analyzing the composition in the center part of the obtained weld metal by EPMA etc. and calculating a dilution rate. Moreover, in steel materials with a plate|board thickness of 12 mm or less, in order to ensure the above-mentioned desired dilution rate of steel materials, it is preferable to set it as heat input: 2.5 kJ/mm or less.
다음으로, 본 발명에서 사용하는 고Mn 함유 강재의 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다.Next, the preferable manufacturing method of the high Mn containing steel material used by this invention is demonstrated.
상기한 강재 조성을 갖는 용강을, 전로, 전기로 등, 상용의 용제 방법으로 용제하고, 연속 주조법 혹은 조괴-분괴 압연법 등의, 상용의 주조 방법에 의해, 소정 치수의 슬래브 등의 강 소재로 한다. 용제 시에 있어서는, 진공 탈가스로 등에 의한 2차 정련을 실시해도 좋은 것은 말할 필요도 없다. 얻어진 강 소재를, 추가로, 가열하고, 열간 압연 및 그 후의 냉각을 실시하여, 소정 치수의 강재를 얻는다. 그 때, 강 소재를 가열 온도: 1100∼1300℃의 범위의 온도에서 가열하고, 마무리 압연 종료 온도: 790∼980℃에서 열간 압연을 종료하고, 즉시 냉각 등을 실시함으로써, 극저온 충격 인성이 우수한 강재를 얻을 수 있다. 또한, 강재 특성의 조정을 위해, 추가로, 어닐링 처리 등의 열 처리를 행해도 좋은 것은 말할 필요도 없다.Molten steel having the above steel composition is melted by a commercial melting method such as a converter or electric furnace, and a commercial casting method such as a continuous casting method or an ingot-ingot rolling method is used to obtain a steel material such as a slab of a predetermined size . It goes without saying that secondary refining by a vacuum degassing furnace or the like may be performed at the time of solvent. The obtained steel raw material is further heated, hot rolling and subsequent cooling are performed, and steel materials of a predetermined dimension are obtained. At that time, the steel material is heated at a temperature in the range of a heating temperature: 1100 to 1300°C, and the hot rolling is completed at a finish rolling end temperature: 790 to 980°C, followed by immediate cooling, etc., so that the steel material excellent in cryogenic impact toughness can get In addition, it cannot be overemphasized that you may perform heat processing, such as an annealing process, further for adjustment of a steel material characteristic.
또한, 본 발명에서 사용하는 솔리드 와이어의 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다.Moreover, the preferable manufacturing method of the solid wire used by this invention is demonstrated.
본 발명에서 사용하는 솔리드 와이어에서는, 상용의 용접용 솔리드 와이어의 제조 방법을 모두 적용할 수 있다. 예를 들면, 상기한 와이어 조성을 갖는 용강을, 전기로, 진공 용해로 등, 상용의 용제 방법으로 용제하고, 소정 형상의 주형 등으로 주조하여 강괴를 얻는 주조 공정과, 얻어진 강괴를, 소정 온도로 가열하는 가열 공정과, 가열된 강괴에, 열간 압연을 실시하여, 소정 형상의 강 소재(봉 형상)로 하는 열연 공정을 순차로 행하고, 이어서, 얻어진 강 소재(봉 형상)를 복수회의 냉간 압연(냉간 신선 가공)과 필요에 따라서 어닐링을 실시하여, 소망 치수의 와이어로 하는 냉연 공정을 행하는 것이 바람직하다. 또한, 어닐링은, 어닐링 온도: 1000∼1200℃에서 균열하는 것이 바람직하다.For the solid wire used by this invention, all the manufacturing methods of the commercial solid wire for welding are applicable. For example, a casting process of melting molten steel having the above wire composition by a commercial melting method such as an electric furnace or a vacuum melting furnace, casting it with a mold of a predetermined shape, etc. to obtain a steel ingot, and heating the obtained steel ingot to a predetermined temperature a heating step, and a hot rolling step of subjecting the heated steel ingot to hot rolling to obtain a steel material (rod shape) of a predetermined shape, and then cold rolling the obtained steel material (rod shape) a plurality of times (cold rolling) wire drawing) and, if necessary, annealing to obtain a wire having a desired size is preferably performed. In addition, it is preferable that annealing cracks at an annealing temperature: 1000-1200 degreeC.
이하, 실시예에 기초하여, 추가로 본 발명에 대해서 설명한다.Hereinafter, based on an Example, this invention is further demonstrated.
실시예Example
진공 용해로에서 용강을 용제하고, 주형으로 주조한 후, 분괴 압연하여 표 1에 나타내는 조성(강재 조성)의 슬래브(두께: 150㎜)로 하여, 강 소재를 얻었다. 이어서, 얻어진 강 소재를, 가열로에 장입하여, 1250℃로 가열하고, 마무리 압연 종료 온도: 850℃로 하는 열간 압연을 실시한 후, 즉시, 수랭 처리를 실시하여, 판두께: 12㎜의 강판(고Mn 함유 강재)을 얻었다.Molten steel was melted in a vacuum melting furnace, cast into a mold, and then crush-rolled to obtain a slab (thickness: 150 mm) having the composition (steel material composition) shown in Table 1, to obtain a steel material. Next, the obtained steel raw material is charged into a heating furnace, heated to 1250°C, and hot-rolled to a finish rolling end temperature: 850°C, followed immediately by water cooling, a steel sheet having a plate thickness: 12 mm ( high Mn-containing steel) was obtained.
또한, 표 2에 나타내는 조성(와이어 조성)의 용강을, 진공 용해로에서 용제하고, 주조하여 강괴를 얻었다. 얻어진 강괴를, 가열로에서 1200℃로 가열하고, 열간 압연을 실시하여 봉 형상의 강 소재를 얻었다. 얻어진 봉 형상의 강 소재에 추가로, 어닐링을 사이에 두고 복수회의 냉간 압연을 실시하여, 용접용 솔리드 와이어(1.2㎜φ)를 얻었다.Moreover, the molten steel of the composition (wire composition) shown in Table 2 was melted and cast in a vacuum melting furnace, and the steel ingot was obtained. The obtained steel ingot was heated to 1200 degreeC in a heating furnace, it hot-rolled and obtained the rod-shaped steel raw material. In addition to the obtained rod-shaped steel raw material, cold rolling was performed several times through annealing, and the solid wire for welding (1.2 mm diameter) was obtained.
얻어진 강재(판두께 12㎜ 강판)를 이용하여, JIS Z 3111에 준거하여, V형 개선(개선 각도: 45°)을 형성했다. 그리고, 그 개선 내에, 얻어진 용접용 솔리드 와이어(1.2㎜φ)를 용접 재료로서 전극에 이용하여, 용극식(소모 전극식) 가스 메탈 아크 용접(가스 분위기: Ar＋20％CO2)을 행하고, 다층(4패스)의 용접 금속을 형성하여, 용접 조인트를 얻었다. 용접 조인트의 제조에 있어서는, 표 3에 나타내는 바와 같이, 강재(강판)와 용접 재료(솔리드 와이어)를 조합했다. 또한, 용접 입열은, 표 3에 나타내는 바와 같이 0.5kJ/㎜로부터 3.5kJ/㎜의 범위에서 변화시키고, 제1층의 용접 금속으로의 강재의 희석률을 변화시켰다.Based on JIS Z 3111, using the obtained steel materials (steel plate with a plate thickness of 12 mm), the V-shaped improvement (improvement angle: 45 degrees) was formed. And within the improvement, using the obtained solid wire for welding (1.2 mmφ) as a welding material for an electrode, a fusion electrode type (consumable electrode type) gas metal arc welding (gas atmosphere: Ar+20%CO 2 ) is performed, and a multilayer ( 4 passes) of the weld metal was formed, and a weld joint was obtained. In manufacture of a welded joint, as shown in Table 3, the steel materials (steel plate) and the welding material (solid wire) were combined. In addition, as shown in Table 3, welding heat input changed in the range of 0.5 kJ/mm to 3.5 kJ/mm, and changed the dilution rate of the steel materials to the weld metal of a 1st layer.
또한, 용접 금속의 제1층에 있어서의 강재(강판)의 희석률은, 예비적 시험을 실시하여 구했다. 구체적으로는, 미리, 실제로 용접하는 강재로, 실제로 사용하는 개선 형상을 형성하고, 실제로 사용하는 용접 재료를 이용하여, 실제의 용접 입열량으로, 1패스의 시험 용접을 100㎜ 이상 실시했다. 얻어진 용접 금속의 중앙부에서 그의 조성을 EPMA로 분석하고, 다음 (1)식In addition, the dilution rate of the steel materials (steel plate) in the 1st layer of a weld metal performed a preliminary test and calculated|required. Specifically, in advance, a triangular shape to be actually used was formed with the steel material to be actually welded, and 100 mm or more of one pass test welding was performed with the actual welding heat input using the welding material actually used. In the central part of the obtained weld metal, its composition was analyzed by EPMA, and the following (1) formula
희석률(％)＝100×{(용접 금속에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)－(솔리드 와이어에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)}/{(강재에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)－(솔리드 와이어에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)}……(1)Dilution rate (%) = 100 x {(Content of component element contained in weld metal: mass %) - (Content of component element contained in solid wire: mass %)}/{(Content of component element contained in steel materials) : mass %) - (content of component element contained in solid wire: mass %)}... … (One)
을 이용하여, 희석률을 산출했다. 여기에서, 성분 원소로서는, Mn을 이용했다. 구한 희석률을 표 3에 나타낸다.was used to calculate the dilution rate. Here, as a component element, Mn was used. Table 3 shows the calculated dilution rates.
얻어진 용접 조인트로부터, JIS Z 3111의 규정에 준거하여, 인장 시험편(평행부 지름 6㎜φ) 및, 샤르피 충격 시험편(V 노치: 노치 위치 용접 금속부)을 채취하여, 인장 시험, 샤르피 충격 시험을 실시하고, 용접 금속부의 강도, 극저온 충격 인성을 평가했다.From the obtained weld joint, in accordance with the regulations of JIS Z 3111, a tensile test piece (parallel diameter 6 mmφ) and a Charpy impact test piece (V-notch: notch position weld metal part) were taken, and a tensile test and a Charpy impact test were performed. It implemented and evaluated the intensity|strength of a weld metal part, and cryogenic impact toughness.
인장 시험은, 실온에서 각 3개의 시험편으로 실시하고, 얻어진 항복 응력 YS의 값(0.2％ 내력)의 평균값으로, 당해 용접 금속의 강도를 평가했다. 또한, 샤르피 충격 시험은, 시험 온도: －196℃에서 각 3개의 시험편으로 실시하여, 흡수 에너지 vE－196을 구하고, 그의 평균값으로, 당해 용접 금속의 극저온 충격 인성을 평가했다.The tensile test was performed with each three test pieces at room temperature, and the average value of the obtained yield stress YS value (0.2% yield strength) evaluated the intensity|strength of the said weld metal. In addition, the Charpy impact test was performed with each of three test pieces at a test temperature of -196°C, the absorbed energy vE -196 was obtained, and the average value thereof evaluated the cryogenic impact toughness of the weld metal.
또한, 용접 금속부에 대해서, 광학 현미경 및 실체 현미경(배율: 400배)을 이용하여 용접 균열(고온 균열)의 유무를 관찰하여, 내용접 균열(고온 균열)성을 평가했다.Moreover, the presence or absence of weld cracking (hot cracking) was observed about a weld metal part using an optical microscope and a stereo microscope (magnification: 400 times), and welding crack resistance (hot cracking) property was evaluated.
얻어진 결과를 표 3에 나타낸다.The obtained results are shown in Table 3.
본 발명예에서는 모두, 상온에 있어서의 항복 응력(0.2％ 내력)이 400㎫ 이상이고, 시험 온도: －196℃에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE－196이 28J 이상으로, 고강도와 우수한 극저온 충격 인성을 겸비하는 용접 금속을 갖는 고강도 용접 조인트가 얻어졌다.In all of the examples of the present invention, the yield stress (0.2% yield strength) at room temperature is 400 MPa or more, and the absorbed energy vE -196 of the Charpy impact test at -196 ° C. is 28 J or more, and high strength and excellent cryogenic temperature A high strength welded joint having a weld metal having both impact toughness was obtained.
한편, 본 발명의 범위를 벗어나는 비교예의 용접 조인트에서는, 상온에 있어서의 항복 응력(0.2％ 내력)이 400㎫ 미만이거나, 용접 균열이 발생하고 있거나, 시험 온도: －196℃에 있어서의 샤르피 충격 시험의 흡수 에너지 vE－196이 28J 미만이거나 하여, 고강도와 우수한 극저온 충격 인성을 겸비하여 내용접 균열성이 우수한 용접 금속이 얻어지지 않았다.On the other hand, in the weld joint of the comparative example outside the scope of the present invention, the yield stress (0.2% yield strength) at room temperature is less than 400 MPa, or weld cracks are occurring, or the test temperature: Charpy impact test at -196°C When the absorbed energy vE -196 of was less than 28 J, a weld metal having both high strength and excellent cryogenic impact toughness and excellent weld crack resistance could not be obtained.
그 중에서도, Mn 함유량 또는 Cr 함유량이 강재의 것보다 많은 용접 재료(솔리드 와이어)를 이용한 점만이 본 발명의 범위 외인 비교예의 용접 조인트(12 및 13)에서는, 용접 금속 강도가 저하함과 함께, 국부적인 경화부가 생기고, 용접 균열이 발생했다.Among them, in the welded joints 12 and 13 of Comparative Examples in which only a welding material (solid wire) having a higher Mn content or Cr content than that of steel is used is outside the scope of the present invention, the weld metal strength is lowered and localized Phosphorus hardened areas were formed, and weld cracks were generated.
Claims (3)
당해 극저온용 고강도 고Mn 함유 강재가, 질량％로,
C: 0.10∼0.70％,
Si: 0.05∼1.00％,
Mn: 18∼30％,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.0070％ 이하,
Al: 0.01∼0.07％,
Cr: 2.5∼7.0％,
N: 0.0050∼0.0500％ 및,
O(산소): 0.0050％ 이하
를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강재 조성을 갖고,
당해 솔리드 와이어가, 질량％로,
C: 0.2∼0.8％,
Si: 0.15∼0.90％,
Mn: 17.0∼28.0％,
P: 0.03％ 이하,
S: 0.03％ 이하,
Ni: 0.01∼10.0％,
Cr: 0.4∼4.0％,
Mo: 0.02∼2.5％,
Al: 0.1％ 이하,
N: 0.12％ 이하 및,
O(산소): 0.04％ 이하
를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 와이어 조성을 갖고, 또한 당해 솔리드 와이어의 Mn 및 Cr의 함유량이, 각각 당해 강재의 Mn 및 Cr의 함유량보다 적고,
하기 (1)식으로 정의되는 당해 다층 용접 금속부에 있어서의 제1층의 용접 금속으로의 당해 강재의 희석률이 35∼60％가 되도록, 상기 가스 메탈 아크 용접의 용접 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는 극저온용 고강도 용접 조인트의 제조 방법.
기
희석률(％)＝100×{(제1층의 용접 금속에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)－(당해 솔리드 와이어에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)}/{(당해 강재에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)－(당해 솔리드 와이어에 포함되는 성분 원소의 함유량:질량％)}……(1)A method of manufacturing a high-strength welded joint for cryogenic use in which high-strength, high-Mn-containing steels for cryogenic use are gas metal arc-welded using a solid wire to form a multi-layer welded metal part, the method comprising:
The high-strength high Mn-containing steel for cryogenic use is, in mass%,
C: 0.10 to 0.70%;
Si: 0.05 to 1.00%,
Mn: 18-30%;
P: 0.030% or less;
S: 0.0070% or less;
Al: 0.01 to 0.07%,
Cr: 2.5 to 7.0%,
N: 0.0050 to 0.0500% and,
O (oxygen): 0.0050% or less
It contains, and has a steel composition consisting of the remainder Fe and unavoidable impurities,
The solid wire is, by mass%,
C: 0.2 to 0.8%;
Si: 0.15 to 0.90%,
Mn: 17.0 to 28.0%;
P: 0.03% or less;
S: 0.03% or less;
Ni: 0.01 to 10.0%,
Cr: 0.4 to 4.0%,
Mo: 0.02 to 2.5%,
Al: 0.1% or less;
N: 0.12% or less and,
O (oxygen): 0.04% or less
has a wire composition consisting of the remainder Fe and unavoidable impurities, and the content of Mn and Cr of the solid wire is less than the content of Mn and Cr of the steel, respectively;
The welding conditions of the gas metal arc welding are adjusted so that the dilution rate of the steel material to the weld metal of the first layer in the multilayer weld metal portion defined by the following formula (1) is 35 to 60% A method for manufacturing a high-strength welded joint for cryogenic use.
energy
Dilution rate (%) = 100 x {(Content of the component element contained in the weld metal of the first layer: mass %) - (Content of the component element contained in the solid wire: mass %)}/{(to the steel material Content of the component element contained: mass %) - (Content of the component element contained in the said solid wire: mass %)}... … (One)
상기 극저온용 고강도 고Mn 함유 강재가, 상기 강재 조성에 더하여 추가로, 질량％로, Mo: 2.0％ 이하, V: 2.0％ 이하, W: 2.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, REM: 0.0010∼0.0200％ 및 B: 0.0005∼0.0020％ 중으로부터 선택되는 1종 또는 2종을 함유하는 것을 특징으로 하는 극저온용 고강도 용접 조인트의 제조 방법.According to claim 1,
The high-strength high Mn-containing steel for cryogenic use, in addition to the steel composition, in mass%, Mo: 2.0% or less, V: 2.0% or less, W: 2.0% or less, one or more selected from the group consisting of, and / or REM: 0.0010 to 0.0200% and B: 0.0005 to 0.0020% A method for manufacturing a high-strength welded joint for cryogenic use, comprising one or two selected from the group consisting of.
상기 솔리드 와이어가, 상기 와이어 조성에 더하여 추가로, 질량％로, V: 1.0％ 이하, Ti: 1.0％ 이하 및 Nb: 1.0％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 극저온용 고강도 용접 조인트의 제조 방법.3. The method of claim 1 or 2,
In addition to the wire composition, the solid wire further contains, by mass%, one or more selected from the group consisting of V: 1.0% or less, Ti: 1.0% or less, and Nb: 1.0% or less. A method for manufacturing high-strength welded joints for cryogenic use.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |