KR100581027B1 - 마르텐사이트계 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마르텐사이트계 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

본 발명은 연강 외피에 플럭스가 충전된 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서, 와이어 전중량에 대한 중량%로, TiO₂: 2.5~8.5%, SiO₂: 1.0~2.5%, Al₂O ₃: 0.3~1.0%, 금속불화물: 0.1~1.0%, 아크안정제: 0.05~0.5%, Ni: 3.5~6.0%, Cr: 10.5~16.0%, Mo: 0.3~0.8%, 탈산제: 1.0~4.0%, Bi산화물: 0.01% 이하, V+Nb: 0.05% 이하, Si: 0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 성분인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수력발전용 수차와 같이 내마모성 및 내부식성이 동시에 요구되는 개소에서 높은 충격인성을 얻을 수 있으며, 용접작업성도 우수하여 생산성 향상에도 기여할 수 있는 마르텐사이트계 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공할 수 있다.

플럭스 충전 와이어, 스테인레스, 마르텐사이트, 충격인성, 용접

Description

마르텐사이트계 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어{Flux cored wire for martensitic stainless steel}

본 발명은 마르텐사이트계 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수력발전용 수차와 같이 가혹한 조건, 특히 높은 충격인성이 요구되는 개소의 용접 및 제철설비의 롤러 등과 같이 내마모성 및 내부식성이 동시에 요구되는 표면육성용접 등에 사용이 가능한 마르텐사이트계 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

일반적으로, 수력발전용 수차 등의 내마모성 및 내부식성이 동시에 요구되는 개소에는 13Cr 마르텐사이트 스테인레스강 보다는 충격인성이 우수한 저탄소, Ni함유 마르텐사이트계 스테인레스강이 이용된다.

수력발전용 수차와 같이 크기가 거대하여 용접작업시 작업물의 위치변경이 용이하지 않은 경우에는 용접사가 위치를 바꾸어가며 용접작업을 수행하여야 하기 때문에 전자세 용접이 가능한 용접재료의 이용이 필수적이다. 최근 대부분의 용접 현장에서는 높은 용착효율 및 생산성을 확보하기 위하여 플럭스 충전 와이어 및 솔리드 와이어가 이용되고 있다. 그러나, 수력발전용 수차와 같이 높은 충격인성이 요구되는 개소에는 연속용접이 불가능하여 생산성이 떨어지는 단점에도 불구하고 충격인성값이 우수하고 전자세 용접이 가능한 피복 아크 용접봉이 이용되고 있다. 그 이유는 플럭스 충전 와이어를 사용하는 경우 전자세 용접은 가능하지만 용착금속의 후열처리 후 충격인성값이 부족하고, 솔리드 와이어를 사용하는 경우 충격인성의 확보는 가능하지만 전자세 용접이 용이하지 않기 때문이었다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플럭스 조성을 최적화함과 아울러 일부 성분함량을 엄격하게 제한함에 의하여 용착금속 후열처리 후 충격인성을 확보할 수 있는 마르텐사이트계 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연강 외피에 플럭스가 충전된 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서,

와이어 전중량에 대한 중량%로, TiO₂: 2.5~8.5%, SiO₂: 1.0~2.5%, Al₂O ₃: 0.3~1.0%, 금속불화물: 0.1~1.0%, 아크안정제: 0.05~0.5%, Ni: 3.5~6.0%, Cr: 10.5~16.0%, Mo: 0.3~0.8%, 탈산제: 1.0~4.0%, Bi산화물: 0.01% 이하, V+Nb: 0.05% 이하, Si: 0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 성분인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

TiO₂: 2.5~8.5중량%(이하, 단지 '%'로 기재함)

상기 TiO₂는 주된 슬래그 형성제이며, 아크안정제로서도 역할을 한다. 또한, 슬래그 박리성 향상에도 유효할 뿐만 아니라 전자세 용접성 확보에 필수적인 성분이다. 상기 TiO₂의 함량이 와이어 전중량에 대한 중량%로 2.5% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 얻을 수 없고, 8.5%를 초과하면 슬래그가 과다하게 생성되고 용착금속에 비금속 개재물의 양이 증가하여 충격인성이 저하될 뿐만 아니라 비파괴시험시 결함이 증가될 우려가 있으므로, 그 함량을 2.5~8.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

SiO₂: 1.0~2.5%

상기 SiO₂는 슬래그 형성제로서, 슬래그를 균일하게 도포하는데 유효한 성분이다. 상기 SiO₂의 함량이 1.0% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 얻을 수 없고, 2.5%를 초과하면 슬래그의 유동성이 과다하여 비드외관이 불균일하게 되는 문제점이 있으므로, 그 함량을 1.0~2.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

Al₂O₃: 0.3~1.0%

상기 Al₂O₃는 용융슬래그의 융점에 영향을 미치지 않는 고융점 산화물로서, 전자세 용접이 가능하도록 하는 성분이다. 상기 Al₂O₃의 함량이 0.3% 미만이면 첨가에 따른 상기 효과를 얻을 수 없고, 1.0%를 초과하면 아크안정성이 저하되는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.3~1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

금속불화물: 0.1~1.0%

상기 금속불화물은 용접시 발생되는 피트(pit), 블로우홀(blow hole) 등의 용접결함을 억제시키기 위한 성분이며, NaF, Na₃AlF₆ 및 K₂SiF₆로부터 선택된 1종 이상을 첨가하는 것이 가능하다. 상기 금속불화물의 함량이 0.1% 미만이면 용접결함의 발생이 증가하고, 1.0%를 초과하면 스패터 발생량이 증가되는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.1~1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

아크안정제: 0.05~0.5%

상기 아크안정제는 아크를 안정시키는 성분으로, K₂O와 Na₂O로부터 선택된 1종 이상을 첨가하는 것이 가능하다. 상기 아크안정제의 함량이 0.05% 미만이면 아크를 안정시키는데 부족하고, 0.5%를 초과하면 아크의 집중이 약화되어 충분한 용입이 이루어지지 않는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.05~0.5%로 제한하는 것이 바람직하다.

Ni: 3.5~6.0%

상기 Ni은 고온에서 오스테나이트 영역을 안정화시켜 냉각시 마르텐사이트로 변태하여 용착금속에 적절한 경도값을 부여함으로써 내마모성을 향상시키는데 유효한 성분이다. 상기 Ni의 함량이 3.5% 미만이면 충분한 양의 마르텐사이트 조직이 형성되지 않아 원하는 경도값을 얻을 수 없고, 6.0%를 초과하면 용착금속내 과도한 양의 잔류 오스테나이트 조직이 형성되어 경도가 감소되는 문제점이 있으므로, 그 함량을 3.5~6.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

Cr: 10.5~16.0%

상기 Cr은 스테인레스강에 내부식성을 부여하는 원소이다. 상기 Cr의 함량이 10.5% 미만이면 내부식성이 약화되어 용착금속이 쉽게 산화되며, 16.0%를 초과하면 용착금속내에 과도한 양의 페라이트 조직이 형성되어 강도가 떨어지는 문제점이 있으므로, 그 함량을 10.5~16.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.3~0.8%

상기 Mo는 용착금속 내에서 고용경화를 일으키는데 유효한 성분이다. 상기 Mo의 함량이 0.3% 미만이면 충분한 고용경화 효과를 얻을 수 없고, 0.8%를 초과하면 과도한 고용경화에 의하여 용착금속의 연신율이 저하되는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.3~0.8%로 제한하는 것이 바람직하다.

탈산제: 1.0~4.0%

상기 탈산제는 용착금속 탈산을 위해 첨가되는 성분으로써, Mn, Al, Mg 및 Ti로부터 선택된 1종 이상을 첨가하는 것이 가능하다. 상기 탈산제의 함량이 1.0% 미만이면 탈산작용이 부족하여 용착금속에 비금속개재물의 함유량이 과다하여 충격인성이 저하될 수 있고, 4.0%를 초과하면 아크안정성이 저하되어 스패터 발생량이 과다해지는 문제점이 있으므로, 그 함량을 1.0~4.0%로 제한하는 것이 바람직하다.

Bi산화물: 0.01% 이하

상기 Bi산화물(Bi₂O₃ 등)은 스테인레스강 용접시, 슬래그와 용착금속의 계면에 저융점 산화물의 액막을 형성하여 슬래그를 용착금속에서 용이하게 분리시키기 위하여 널리 사용되는 성분이지만, 본 발명자가 연구를 통해 확인한 결과, Bi산화물의 함량이 0.01%를 초과하면 충격인성값이 급격히 저하되는 문제점이 있었다. 이러한 Bi산화물은 적극적으로 첨가하지 않더라도, 와이어에 충전되는 플럭스 원재료들 중에 불순물로 일부 함유되어 첨가되기 때문에, 와이어 중의 함량을 0.01% 이하로 제한할 필요가 있다.

V+Nb: 0.05% 이하

상기 V와 Nb는 경화원소로서 와이어 중에 불순물로써 일부 첨가되는데, 그 함량이 적정량을 초과하게되면 용착금속의 경도를 상승시켜 충격인성을 저하시킨다. 상기 V+Nb의 함량이 0.05%를 초과하면 후열처리시 확산에 의해 C와 결합하여 VC, NbC와 같은 취약한 카바이드를 형성하여 충격인성을 저하시키는 문제점이 있으므로, 그 함량을 0.05% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.

Si: 0.1% 이하

상기 Si은 일반적으로 탈산제로 많이 사용되나, 탈산에 사용되고 남은 잔여 Si이 용착금속에 일정량 이상 함유되면 인장강도를 상승시키게 되며, 인장강도가 상승되면 결국 용착금속의 연신율을 저하시켜 충격인성의 저하를 야기하게 된다. 그러므로, 본 발명에서는 탈산제로서 Si을 사용하는 것은 배제하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 Si은 금속외피에 불가피하게 포함되는 원소이므로, 그 함량을 0.1% 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 상기 Si의 함량이 0.1%를 초과하면 충격인성을 저하시키기 때문이다.

상기한 성분 이외에 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 성분으로 이루어지게 된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

[실시예]

하기 표 1과 같은 성분을 갖는 연강용 외피에 플럭스를 충전하여 하기 표 2와 같은 다양한 조성의 마르텐사이트계 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어를 선경 1.6mm로 제조하였다. 상기 제조된 와이어를 이용하여 표 3에 나타낸 용접조건으로 용접을 실시한 다음, 용접작업성 및 후열처리 후의 용착금속 충격인성을 평가하였으며, 그 결과는 표 4와 같다. 상기 후열처리(PWHT)조건은 표 3에 나타낸 바와 같으며, 용착금속 충격인성은 0℃에서 50J(Joule)이상일 경우 양호한 것으로 판단하였고, 용접작업성은 양호(O), 보통(△), 불량(×)으로 평가하였다.

상기 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예 (1~7)은 용접작업성과 충격인성이 모두 양호함을 알 수 있었다.

그러나, 본 발명의 범위를 만족하지 않는 비교예(1~10)의 경우 용접작업성과 충격인성 모두 만족할만하지 못한 것을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 수력발전용 수차와 같이 내마모성 및 내부식성이 동시에 요구되는 개소에서 높은 충격 인성을 얻을 수 있으며, 용접작업성도 우수하여 생산성 향상에도 기여할 수 있는 마르텐사이트계 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어가 제공될 수 있다.

Claims (1)

1. 연강 외피에 플럭스가 충전된 용접용 플럭스 충전 와이어에 있어서,

   와이어 전중량에 대한 중량%로, TiO₂: 2.5~8.5%, SiO₂: 1.0~2.5%, Al₂O₃: 0.3~1.0%, NaF, Na₃AlF₆ 및 K₂SiF₆로부터 선택된 1종 이상의 금속불화물: 0.1~1.0%, K₂O와 Na₂O로부터 선택된 1종 이상의 아크안정제: 0.05~0.5%, Ni: 3.5~6.0%, Cr: 10.5~16.0%, Mo: 0.3~0.8%, Mn, Al, Mg 및 Ti로부터 선택된 1종 이상의 탈산제: 1.0~4.0%, Bi산화물: 0.01% 이하, V+Nb: 0.05% 이하, Si: 0.1% 이하, 나머지 Fe 및 기타 불가피한 성분인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 스테인레스강 용접용 플럭스 충전 와이어.