KR100331959B1

KR100331959B1 - 저수소계 플럭스 충전 와이어

Info

Publication number: KR100331959B1
Application number: KR1019990064392A
Authority: KR
Inventors: 김주석
Original assignee: 이봉주; 현대종합금속 주식회사
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2002-04-09
Also published as: KR20010061850A

Abstract

저수소계 플럭스 충전 와이어가 제공된다.

본 발명은 강재 외피내에 플럭스를 충전하여 구성된 플럭스 충전 와이어에 있어서, 상기 와이어에 대한 중량%로 상기 플럭스가, C:0.04~0.08%, CaF₂,BaF₂,MgF₂로 이루어진 금속불화물 그룹중 선택된 1종이상의 성분의 합: 2.0~4.0%, Mn+Si: 2.1~3.5%, CaCO₃와 BaCO₃로 이루어진 탄산 화합물중 1종이상의 성분의 합: 0.5~1.5%, K₂O+Na₂O+TiO₂:0.05~0.2%, 잔여 철 및 불가피한 불순물을 포함하고, (Mn+Si)/(1종이상의 탄산화합물의 합)으로 정의되는 값이 1.5~5.4로 제어되는 됨을 특징으로 하는 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

본 발명의 플럭스 충전 와이어는 슬래그 박리성 및 아크안정성을 향상시키며 용접금속의 확산성 수소량도 3cc/100g이하로 제어함에 유용하다.

Description

저수소계 플럭스 충전 와이어{Basic type flux cored wire}

본 발명은 저수소계 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 슬래그 박리성 및 아크안정성을 향상시키며 용접금속의 확산성 수소량도 3cc/100g이하로 제어할 수 있는 저수소계 플럭스 충전 와이에 관한 것이다.

일반적으로 저수소계 타입 플럭스 충전 와이어는 중,후판의 용접을 위해 사용되고 있는데, 통상 용접시 그 초층에 확산성 수소가스가 다량 발생하여 균열을 유발한다는 문제가 있었다.

또한, 종전의 산성계 플럭스 충전 와이어는 용접후 응력제거 열처리를 실시하면 과도하게 충격인성이 저하되는 현상이 발생하여 후열처리에 적합하지 않았으며, 탄산가스 용접시 과도한 스파터(spatter)의 발생과 슬래그 박리가 용이하지 않아 생산효율측면에서 문제가 많았다.

또한, 이러한 와이어는 통상 실리콘, 망간, 알루미늄, 마그네슘, 지르코늄등과 같은 강력한 탈산제를 과도하게 사용하여 내결함성은 확보하였으나 용접금속내 잔류하는 합금성분의 영향으로 건전한 용접부를 얻을 수 없는 문제가 있었으며,혼합가스를 사용할때 슬래그의 포피성이 불량하여 용접금속의 표면이 일정하지 못하여 그 외관이 불량하다는 문제도 아울러 가지고 있었다.

상기의 문제점들을 해결하기 위한 기술의 일예로 유럽특허 EP0563866 B1이 있다. 상기 특허출원에서는 스래그 형성제로서 불화물 과 탄산복합산화물; 아크 안정제로서 알칼리 금속; 탈산제등으로 구성된 플럭스 충전 와이어를 제시하여 확산성 수소량의 저감등을 꾀하고 있다.

그러나 상기 특허출원에 제시된 와이어는 어느정도 종래의 문제를 해결할 수 있었으나 여전히 용접시 확산성 수소량이 상대적으로 많아질 수 있어 용접금속의 균열발생의 우려가 있을 뿐만아니라 아크안정성에도 많은 문제가 있다. 또한, 슬라그 포피성도 불량하여 건전한 용접부를 신뢰성있게 얻음에는 현실적으로 많은 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 탈산제에 대하여 첨가되는 탄산화합물의 량을 최적화하고 아크안정제를 소정량 첨가하므로써 슬래그 박리성 및 아크안정성을 향상시키며 용접금속의 확산성 수소량도 3cc/100g이하로 제어할 수 있는 저수소계 플럭스 충전 와이어를 제공함을 그 목적으로 한다.

따라서, 본 발명은, 강재 외피내에 플럭스를 충전하여 구성된 플럭스 충전와이어에 있어서, 상기 와이어에 대한 중량%로 상기 플럭스는, C:0.04~0.08%, CaF₂,BaF₂,MgF₂로 이루어진 금속불화물 그룹중 선택된 1종이상의 성분의 합: 2.0~4.0%, Mn+Si: 2.1~3.5%, CaCO₃와 BaCO₃로 이루어진 탄산 화합물중 1종이상의 성분의 합: 0.5~1.5%, K₂O+Na₂O+TiO₂:0.05~0.2%, 잔여 철 및 불가피한 불순물을 포함하고, (Mn+Si)/(1종이상의 탄산화합물의 합)으로 정의되는 값이 1.5~5.4로 제어됨을 특징으로 하는 플럭스 충전 와이어를 제공한다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은 종래의 저수소계 플럭스 충전 와이어의 문제점인 용접시 슬래그 박리성 및 아크안정성을 해결하기 위하여 탈산제에 대하여 첨가되는 탄산화합물의 량을 최적화하고 아크안정제의 첨가량을 제어함을 그 특징으로 한다. 이하, 구체적인 성분제한사유를 들어 이를 구체적으로 설명한다.

먼저, 탄소(C)는 본 발명에서 중요한 제어원소는 아니나 그 함량이 너무 적으면 용접금속의 인장강도가 떨어지고, 과도하면 강도는 상승되나 충격인성이 저하될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 탄소의 함량을 와이에 대한 중량%로 0.04~0.08%로 제한한다.

CaF₂,BaF₂,MgF₂등과 같은 금속불화물은 용접금속의 확산성 수소가스량을 제어하고 건전한 용접부금속을 얻기 위하여 첨가된다. 본 발명에서는 이들 불화물중 선택된 1종이상의 성분의 합을 와이어에 대한 중량%로 2.0~4.0%내로 제한함이 바람직한데, 이는 그 첨가량이 2.0%미만이면 확산성 수소가스의 발생량이 많아져 균열발생의 우려가 커지고, 4.0%를 초과하면 슬래그 점성이 부족해서 원활한 용접외관을 얻을 수 없을뿐만 아니라 용접작업성이 나빠지기 때문이다.

Mn,Si는 강력한 탈산제로서 용접금속의 내결함성확보를 첨가되는데, 본 발명에서는 이들의 첨가량의 합을 와이어에 대한 중량%로 2.1~3.5%로 제한한다. 왜냐하면, 만일 그 첨가량이 2.1%미만이면 탈산이 충분하지 못하여 용접금속에 결함이 발생하여 건전한 용접부를 얻을 수 없으며, 3.5%를 초과하면 인장강도가 증가하고 연신율이 떨어져 충격인성이 열화되기 때문이다.

보다 바람직하게는, 첨가되는 Mn과 Si의 량을 1.5~2.3%, 0.6~1.2%로 각각 제한하는 것이다.

본 발명에서 CaCO₃,BaCO₃와 같은 탄산화합물은 CO₂에 의한 용접금속의 결함발생을 방지하고 슬래그 박리성 향상 및 스파터 발생량 감소를 위해 첨가하는데, 바람직하게는 이들중 1종이상의 성분의 합을 와이어에 대한 중량%로 0.5~1.5%로 제한하는 것이다. 왜냐하면, 만일 그 첨가량이 0.5%미만이면 슬래그의 점성이 떨어져 슬래그가 용접금속을 포피하지 못하여 외관이 불량해지고 슬래그의 유동이 심하게 발생하여 용접이 곤란하며, 1.5%를 초과하면 슬래그의 점성이 강해져서 용접금속 표면과 접착이 과도하게 되어 박리가 불량해지고 스파터발생이 많아지기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 상기와같은 탈산제 및 탄산화합물의 첨가하에서 (Mn+Si)/(탄산화합물의 합)으로 정의되는 값을 1.5~5.4로 제한함이 바람직하다.왜냐하면, 상기 값이 1.5미만이면 탈산이 부족하여 내결함성이 열화될 뿐만아니라 강도 및 충격인성이 나빠지고, 5.4를 초과하면 내결함성은 양호하나 용접성이 열화되며 과도한 강도상승으로 충격인성이 떨어지기 때문이다.

내결함성, 아크 안정성, 슬래그 박리성 및 스파터 발생량 저감을 위해 보다 바람직하게는, 상기 값을 2.0~4.0범위로 제한하는 것이다.

K₂O,Na₂O 및 TiO₂은 아크안정제로 스파터발생을 감소시키고 아크안정성을 확보하기 위해 첨가되는데, 본 발명에서는 이들의 첨가량의 합을 와이어에 대한 중량%로 0.05~0.2%로 제한한다. 왜냐하면, 만일 그 첨가량이 0.05%미만이면 그 첨가에 따른 효과를 얻을 수 없으며, 0.2%를 초과하면 아크 안정성을 저해하고 아울러 다량의 용접흄이 발생하여 용접성을 저하시킬 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명에서는 상기 아크 안정제에 추가하여 Li,Ba를 첨가함이 바람직한데, 이때 이들의 첨가량의 합을 상기 와이어에 대한 중량%로 0.02%이내로 제한함이 바람직하다.

한편, 상기와 같이 마련된 조성을 포함하는 본 발명의 플럭스의 량은 상기 와이어 전체중량에 대하여 10~30%내로 제한함이 바람직한데, 이는 그 량이 10%미만이면 용접시 슬래그 형성이 너무 적고, 30%를 초과하면 슬래그를 과다하게 형성하여 스파터 발생량이 많아져 생산성의 열화를 초래하기 때문이다.

상술한 바와같은 조성으로 마련된 본 발명의 플럭스 충전 와이어는 용접시 아크를 안정화시키고 슬라그 박리성도 우수할뿐만 아니라 용접금속내 확산성 수소가스량을 3cc/100g이하로 효과적으로 저감시킬 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예 1)

하기 표 과 같은 플럭스 조성을 각각 마련하였다. 그리고 상기 플럭스 조성들을 이용하여 선경 1.2mm의 용접봉을 제조한 연후, 이들 용접봉을 가스실드 아크용접법으로 두께 15mm의 SS400 용접모재의 용접에 사용하였다. 이때 구체적인 용접조건은 하기 표 2와 같다.

상기와 같은 용접이 있은 연후, 해당 용접봉별 용접성 및 용접금속의 내결함성을 평가하여 하기 표3에 나타내었으며, 아울러 이들 용접금속의 인장강도와 충격인성을 인장시험기와 샤르피 충격시험기를 통해 평가하여 그 결과를 하기 표 3에나타내었다. 여기에서 용접성은 육안비교관찰을 평가하였으며 내결함성은 인장시편의 파단면상의 결함의 정도비교를 통해 평가하였다.

구 분	Flux 조성(중량%)
구 분	C	금속불화물	탄산화합물	Si	Mn	(Mn+Si)/(탄산화합물)	K₂O+Na₂O+TiO₂	Fe	잔여
발명예	1	0.05	2.0	1.4	0.5	1.6	1.50	0.09	10.85	0.56
	2	0.08	3.8	0.7	0.8	2.3	4.46	0.15	9.00	0.23
	3	0.05	4.0	0.5	0.6	1.5	4.20	0.13	9.75	0.52
	4	0.06	2.3	0.5	0.9	1.8	5.40	0.07	11.11	0.32
	5	0.07	2.5	1.2	0.8	1.8	2.17	0.11	10.18	0.41
	6	0.06	3.5	1.1	0.9	2.2	2.82	0.10	8.78	0.42
	7	0.08	3.0	1.5	1.2	2.5	2.47	0.05	8.39	0.36
	8	0.04	3.5	0.8	0.8	2.1	3.63	0.15	9.13	0.52
비교예	1	0.15	4.5	2.2	1.5	2.0	1.59	0.07	6.40	0.33
	2	0.02	1.5	0.6	0.8	2.1	4.83	0.08	11.30	0.62
	3	0.03	2.5	2.5	0.9	2.1	1.20	0.12	8.63	0.25
	4	0.06	3.0	0.2	0.7	2.2	14.50	0.07	10.48	0.35
	5	0.10	3.2	1.1	0.8	2.1	2.64	0.01	9.38	0.41
	6	0.07	2.9	1.2	0.7	2.2	2.42	0.35	9.29	0.36
	7	0.06	2.5	0.5	1.2	2.2	6.80	0.10	10.28	0.22
	8

* 단, 금속불화물은 CaF₂,BaF₂,MgF₂로 이루어진 그룹중 선택된 1종이상의 성분의 합을 의미하며, 탄산화합물은 CaCO₃,BaCO₃중 1종이상의 성분의 합을 의미한다.

용접전류와 전압	사용 가스	사용가스 유량	용접 극성
270Amp. 30~32V	CO₂100%	20~25㎖/min	와이어-(정극성 DCDN)

구 분	용 접 성	내결함성	기계적성질
구 분	아크성	내결함성	비드외관	스파터성	박리성	인장강도	충격강도(-30℃)
발명예	1	○	○	○	○	○	○	○
	2	○	○	○	○	○	○	◎
	3	○	○	○	○	○	◎	○
	4	○	○	○	○	○	○	◎
	5	○	◎	○	◎	◎	◎	◎
	6	○	◎	○	◎	◎	◎	◎
	7	○	○	◎	◎	◎	◎	◎
	8	○	○	◎	◎	◎	◎	◎
비교예	1	△	×	○	×	×	○	×
	2	○	×	×	×	△	×	×
	3	△	△	×	×	△	×	△
	4	△	×	△	△	△	○	○
	5	×	△	△	×	△	○	△
	6	×	△	×	×	△	○	○
	7	○	○	△	△	△	○	○
	8	△	△	△	×	×	×	△

*단, 여기서 ◎는 매우 우수, ○는 양호, △는 보통, ×는 불량을 의미한다.

상기 표 3에서 알 수 있는 바와같이, 플럭스의 조성을 소정범위로 제어한 본 발명예(1~8)의 경우 모두 우수한 용접성과 내결함성을 보이며, 아울러 용접부 금속의 기계적물성도 우수함을 알 수 있다. 특히, (Mn+Si)/(탄산화합물의 합)으로 정의되는 값을 2.0~4.0범위내로 제어된 발명예(5~8)이 그렇지 않은 발명예(1~4)에 비하여 슬라그 박리성 및 용접금속의 내결함성측면에서 보다 우수하며, 더불어 용접금속의 기계적 성질도 개선됨을 알 수 있다.

한편, 비교예 1과 2는 금속불화물의 첨가량이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로써, 용접성뿐만 아니라 용접금속의 기계적 성질도 열화되었다. 또한, 탄산화합물의 첨가량이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 3과 4의 경우에도 전반적으로 용접성이 나쁨을 알 수 있다.

그리고 아크안정제의 첨가량이 본 발명의 벗어난 비교예 5와 6의 경우에도 전반적으로 용접성이 열화됨을 알 수 있다.

한편, 금속불화물, 탄산화합물 및 아크안정제의 첨가량이 본 발명의 범위에 있을 지라도 (Mn+Si)/(탄산화합물의 합)으로 정의되는 값이 본 발명의 범위를 벗어난 비교예 7과 8의 경우, 용접성 및 내균열성측면에서 우수한 결과치를 얻을 수 없음을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 탈산제에 대하여 첨가되는 탄산화합물의 량을 최적화하고 소정량의 아크안정제를 포함하는 플럭스조성을 제공하므로써 용접시 슬래그 박리성과 아크안정성을 향상시키며 용접금속의 확산성 수소량도 3cc/100g이하로 제어할 수 있는 저수소계 플럭스 충전 와이어의 제조에 그 유용한 효과가 있다.

Claims

강재 외피내에 플럭스를 충전하여 구성된 플럭스 충전 와이어에 있어서,

상기 와이어에 대한 중량%로 상기 플럭스가, C:0.04~0.08%, CaF₂,BaF₂,MgF₂로 이루어진 금속불화물 그룹중 선택된 1종이상의 성분의 합: 2.0~4.0%, Mn+Si: 2.1~3.5%, CaCO₃와 BaCO₃로 이루어진 탄산화합물중 1종이상의 성분의 합: 0.5~1.5%, K₂O+Na₂O+TiO₂:0.05~0.2%, 잔여 철 및 불가피한 불순물을 포함하고, (Mn+Si)/(1종이상의 탄산화합물의 합)으로 정의되는 값이 1.5~5.4로 제어됨을 특징으로 하는 플럭스 충전 와이어
제 1항에 있어서, (Mn+Si)/(1종이상의 탄산화합물의 합)으로 정의되는 값이 2.0~4.0으로 제어됨을 특징으로 하는 플럭스 충전 와이어
제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 플럭스는 상기 와이어에 대한 중량%로 Li,Ba를 를 0.02%이하로 추가로 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 플럭스 충전 와이어