KR101144577B1

KR101144577B1 - 플럭스 내장 와이어

Info

Publication number: KR101144577B1
Application number: KR1020100070709A
Authority: KR
Inventors: 마사끼 시마모또; 히또시 이시다; 고오이찌 사까모또; 슈우지 사사꾸라; 도모노리 가끼자끼
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2009-07-23
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-05-15
Also published as: KR20110010065A; CN101961823B; CN101961823A; JP2011025271A; JP5351641B2

Abstract

본 발명의 과제는, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 편면 맞댐 이음 용접의 초층 용접부에서 문제가 되는 내고온 균열성이 우수하고, 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 특성이 우수한 플럭스 내장 와이어를 제공하는 것이다.
연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 사용되고, 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 내장 와이어이며, 와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 10 내지 25질량％이고, 와이어 전체 질량에 대해, C:0.02 내지 0.10질량％, Si:0.05 내지 1.50질량％, Mn:1.7 내지 4.0질량％, Ti:0.05 내지 1.00질량％, TiO₂:5.0 내지 8.0질량％, Al:0.20 내지 1.50질량％, Al₂O₃:0.05 내지 1.0질량％, Mg:0.3 내지 2.0질량％, N:0.005 내지 0.035질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

플럭스 내장 와이어{FLUX CORED WIRE}

본 발명은, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 가스 실드 아크 용접에 사용되는 플럭스 내장 와이어에 관한 것이다.

종래부터, 강판의 용접, 특히 편면 맞댐 이음 용접에 있어서는, 초층 용접부(용접 금속)에 발생하는 고온 균열을 억제하는 것이 요망되고 있다. 이러한 고온 균열의 발생을 억제하는 방법으로서, 이하와 같은 기술이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허 문헌 1에서는, 내고온 균열성을 개선하는 방법으로서, 용접 속도를 낮추고, 용접 전류를 낮게 하는 등 용접 능률을 희생으로 한 용접 시공으로 하는 것이 제안되어 있다. 또한, 특허 문헌 1에서는, 내고온 균열성을 개선하는 방법으로서, 용접 금속 중의 B량을 저감시키는 것, 또는 용접용 와이어 중의 불순물 중의 S 함유량을 저감시키는 것도 제안되어 있다.

특허 문헌 2에서는, 내고온 균열성을 개선하는 방법으로서, 용접용 와이어에 CaO를 함유시켜, 용접 중에 발생하는 용융 슬래그 중에 CaO가 첨가되도록 하여, 이면 비드 형상의 요철을 없애는 것이 제안되어 있다. 또한, 특허 문헌 2에서는, 내고온 균열성을 개선하는 방법으로서, 와이어 성분으로서의 C량을 비교적 높게 하여, 이면 비드 형성을 안정화시키는 것도 제안되어 있다.

특허 문헌 3에서는, 내고온 균열성을 개선하는 방법으로서, 페라이트계 스테인리스 강의 용접부의 용접 금속의 결정 입경을 미세하게 하기 위해, 와이어 성분으로서 Al, Ti 및 N을 함유시켜, 용접 금속 중에 Al 및 Ti의 질화물을 존재시키는 것이 제안되어 있다.

일본 특허 출원 공개 소54-130452호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-289404호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-336990호 공보

그러나 특허 문헌 1의 개선 방법에서는, 최근 용접 능률을 향상시킨 용접 시공 조건의 적용이 확대되고 있는 것, 또한 와이어 성분의 불순물 원소로서의 S의 함유량의 저감에도 한계가 있으므로, 용접 금속에 발생하는 고온 균열을 억제할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한, 특허 문헌 1에서 제안된 와이어 성분으로서의 B의 함유량의 저감은, 내고온 균열성의 개선에는 효과가 있지만, 저온 인성의 저하를 초래한다고 하는 문제가 있다.

특허 문헌 2의 개선 방법에서는, 용융 슬래그에의 CaO의 첨가는, 용융 슬래그의 점성과 융점을 저감시키고, 유동성이 과잉이 되어, 입향 자세의 용접에 있어서 비드 흘러내림 등이 발생하여 작업성이 저하된다고 하는 문제가 있다. 또한, 고온 균열의 발생이 가장 문제가 되는 편면 맞댐 이음 용접의 초층 패스에서는, 모재 희석의 영향을 크게 받으므로, 특허 문헌 2에서 제안된 C량을 비교적 높게 한정한 와이어에 있어서는, 안정된 모재 희석이 얻어지지 않아, 안정된 내고온 균열성을 얻을 수 없다. 그 결과, 와이어가 사용할 수 있는 모재 선택 범위가 제한된다고 하는 문제가 있다.

특허 문헌 3의 개선 방법에서는, 와이어가 15 내지 25질량％의 Cr을 함유하므로, 페라이트계 스테인리스 강의 용접부에의 N의 용해도가 증가한다. 그로 인해, 용접부의 결정 입경을 미세하게 하기 위해, Al 및 Ti의 질화물을 활용하기 위해 N을 다량(0.04 내지 0.2질량％)으로 첨가해도 문제가 발생하지 않는다.

그러나 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판을 용접하는 경우, 용접부에의 N의 용해도가 작아, 다량의 N 첨가는 용접부의 용해도를 초과하므로, 블로우 홀 등의 결함을 발생시키기 쉽다고 하는 문제가 있다.

또한, TiO₂를 함유하는 와이어를 사용한 경우에는, 용접 금속 중에 다량(500 내지 700ppm)의 산소가 존재하여, Ti 질화물을 생성하기 위해 첨가한 Ti의 대부분은 산화물로서 소비된다. 그로 인해, Ti 질화물을 생성하기 위해 다량의 Ti를 첨가할 필요가 있지만, 그 경우에는 용접 금속 중에 Ti의 대부분이 용존하여, 용접 금속의 응고 온도를 낮추므로, 오히려 고온 균열이 발생하기 쉬워진다고 하는 문제가 있다. 또한, 인성(靭性) 등의 기계적 특성 등도 열화되는 동시에, 다량의 Ti 첨가는 경제성의 면에서도 바람직하지 않다고 하는 문제도 있다.

따라서, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 있어서, 용접부에 발생하는 고온 균열을 억제하는 수단으로서, Ti의 질화물을 활용하여 용접부의 결정립을 미세화하는 것은, 종래 곤란하였다.

따라서 본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 그 목적은, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 편면 맞댐 이음 용접의 초층 용접부에서 문제가 되는 내고온 균열성이 우수하고, 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 특성이 우수한 플럭스 내장 와이어를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어는, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 사용되고, 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 내장 와이어이며, 와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 10 내지 25질량％이고, 와이어 전체 질량에 대해 C:0.02 내지 0.10질량％, Si:0.05 내지 1.50질량％, Mn:1.7 내지 4.0질량％, Ti:0.05 내지 1.00질량％, TiO₂:5.0 내지 8.0질량％, Al:0.20 내지 1.50질량％, Al₂O₃:0.05 내지 1.0질량％, Mg:0.3 내지 2.0질량％, N:0.005 내지 0.035질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 소정량이며, 와이어 전체 질량에 대해 소정량의 C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, Mg 및 N을 함유함으로써, 용접부(용접 금속)에서의 고온 균열이 억제되는 동시에, 기계적 강도가 향상되고, 또한 용접 작업성이 향상된다. 특히, 소정량의 Ti, Al, Mg 및 N을 함유함으로써, 용접 금속 중에 생성되는 개재물의 조성을 핵 생성 촉진에 효과적인 TiN으로 제어할 수 있다. 그 결과, 용접부(용접 금속)의 응고 조직을 미세화할 수 있어, 고온 균열을 억제할 수 있다.

본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어에 따르면, 플럭스 충전율이 소정량이며, 소정량의 C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, Mg 및 N을 함유함으로써, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 편면 맞댐 이음 용접의 초층 용접부에서 문제가 되는 내고온 균열성이 우수하고, 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성 및 용접 금속의 기계적 특성이 우수한 것이 된다. 그 결과, 품질이 우수한 용접 제품을 제공할 수 있다.

도 1의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어의 구성을 도시하는 단면도.
도 2는 내고온 균열성의 평가에 사용하는 용접 모재의 개선 형상을 도시하는 단면도.

본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어는, 연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 사용된다. 또한, 본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어는, 가스 실드 아크 용접에 적절하게 사용되고, 편면 맞댐 이음 용접에 있어서 우수한 효과를 발휘하는 것으로, 특별히 용접 방법은 한정되지 않는다.

도 1의 (a) 내지 (d)에 도시하는 바와 같이, 플럭스 내장 와이어(이하, 와이어라 칭함)(1)는, 통 형상으로 형성된 강제 외피(2)와, 그 통 내에 충전된 플럭스(3)로 이루어진다. 또한, 와이어(1)는 도 1의 (a)에 도시하는 바와 같은 이음매가 없는 강제 외피(2)의 통 내에 플럭스(3)가 충전된 시임리스 타입, 도 1의 (b) 내지 (d)에 도시하는 바와 같은 이음매(4)가 있는 강제 외피(2)의 통 내에 플럭스(3)가 충전된 시임 타입의 어느 형태라도 좋다.

그리고 와이어(1)는, 플럭스 충전율이 소정량이며, 소정량의 C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, Mg 및 N을 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

이하에, 와이어 성분(플럭스 충전율 및 성분량)의 수치 범위를, 그 한정 이유와 함께 기재한다. 플럭스 충전율은, 강제 외피(2) 내에 충전되는 플럭스의 질량을, 와이어(1)[강제 외피(2)＋플럭스(3)]의 전체 질량에 대한 비율로 나타낸 것이다. 또한, 성분량은, 강제 외피(2)와 플럭스(3)에 있어서의 성분량의 총합으로 나타내고, 와이어(1)[강제 외피(2)＋플럭스(3)]에 포함되는 각 성분의 질량을, 와이어(1)의 전체 질량에 대한 비율로 나타낸 것이다. 또한, 와이어(1)를 구성하는 성분 중, C, Si, Mn, Ti, TiO₂, Al, Al₂O₃, Mg 및 N은, 강제 외피(2)로부터 첨가할지, 플럭스(3)로부터 첨가할지는 특별히 상관없으며, 강제 외피(2) 및 플럭스(3) 중 적어도 한쪽에 첨가되어 있으면 된다.

(플럭스 충전율:10 내지 25질량％)

플럭스 충전율이 10질량％ 미만에서는, 아크의 안정성이 악화되고, 스패터 발생량이 증가하는 동시에, 비드 외관 불량이 발생하여, 용접 작업성이 저하된다. 플럭스 충전율이 25질량％ 초과에서는, 와이어(1)의 단선 등이 발생하여, 생산성이 현저하게 열화된다.

(C:0.02 내지 0.10질량％, 바람직하게는 0.03 내지 0.08질량％)

C는, 용접부의 켄칭성을 확보하기 위해 첨가한다. C량이 0.02질량％ 미만인 경우, 켄칭성 부족에 의해 용접부의 강도ㆍ인성이 부족하다. 또한, 저C량에 의해 용접부에 고온 균열이 발생한다. C량이 0.10질량％를 초과하면, 용접부의 강도가 과다가 되어, 인성 부족으로 된다. 또한, 용접시의 스패터 발생량 또는 흄 발생량이 증가하여, 용접 작업성이 저하된다. 또한, 피용접재인 강재의 C량이 많은 경우, 용접부(용접 금속)의 C량이 많아진다. 그리고 C가 포정 반응(peritectic reaction)을 일으키는 영역이 되면, 용접부에 고온 균열이 발생하기 쉬워진다. 또한, C원으로서는, 예를 들어 Fe-Mn 등의 합금 분말, 철 분말 등을 사용한다.

(Si:0.05 내지 1.50질량％, 바람직하게는 0.10 내지 1.00질량％)

Si는, 용접부의 연성 확보, 비드 형상 유지를 위해 첨가한다. Si량이 0.05질량％ 미만에서는, 용접부의 연성(연신) 부족이 된다. 또한, 비드 형상이 악화되어, 특히 입향상진(立向上進) 용접에서 비드가 흘러내려, 용접 작업성이 저하된다. Si량이 1.50질량％를 초과하면, 용접부에 고온 균열이 발생한다. 또한, Si원으로서는, 예를 들어 Fe-Si, Fe-Si-Mn 등의 합금, K₂SiF₆ 등의 불화물, 지르콘샌드, 규사, 장석 등의 산화물을 사용한다.

(Mn:1.7 내지 4.0질량％, 바람직하게는 2.4 내지 3.7질량％)

Mn은, 용접부의 켄칭성 확보를 위해 첨가한다. Mn량이 1.7질량％ 미만에서는, 용접부의 켄칭성이 부족하여 인성이 저하된다. 또한, 불가피적 불순물로서 함유되는 S와 결합하여 얻어지는 MnS량도 적어지므로, MnS에 의한 고온 균열의 억제 작용이 작아져, 용접부에 고온 균열이 발생한다. Mn량이 4.0질량％를 초과하면, 용접부의 강도가 과다가 되어 인성 부족이 된다. 또한, 용접부에 저온 균열이 발생한다. 또한, Mn원으로서는, 예를 들어 Mn 금속 분말, Fe-Mn, Fe-Si-Mn 등의 합금을 사용한다.

(Ti:0.05 내지 1.00질량％, 바람직하게는 0.20 내지 1.00질량％)

Ti(금속 Ti)는, 용접부(용접 금속)의 내고온 균열성을 개선하기 위해 첨가한다. Ti(금속 Ti)는 용접시에 N과 결합하여, 용접 금속 중의 개재물을 핵 생성 촉진에 효과적인 TiN으로 제어할 수 있다. 그 결과, 용접 이음부(용접부)의 응고 조직이 미세해져, 용접부의 고온 균열 억제 작용이 개선된다. Ti량(금속 Ti)이 0.05질량％ 미만에서는, 상기 효과가 충분하지 않아 용접부에 고온 균열이 발생한다. Ti량(금속 Ti)이 1.00질량％를 초과하면, 용접 금속 재열부가 단단하고 깨지기 쉬운 베이나이트, 마르텐사이트로 되기 쉬워, 인성이 저하된다. 또한, 용접시의 스패터의 발생량이 많아져, 용접 작업성이 저하된다. 또한, 용접 금속 중의 Ti가 용존으로서 존재하고, 용접 금속의 응고 온도를 저하시켜 고온 균열이 발생한다. 또한, Ti원으로서는, 예를 들어 Fe-Ti 등의 합금 분말을 사용한다.

(TiO₂:5.0 내지 8.0질량％)

TiO₂(Ti 산화물)는, 모든 자세 용접에 있어서의 용접 작업성을 확보하기 위해 첨가한다. TiO₂량(Ti 산화물)이 5.0질량％ 미만에서는, 입향상진 용접에서 비드가 흘러내려, 용접 작업성이 저하된다. TiO₂량(Ti 산화물)이 8.0질량％를 초과하면, 용접시의 슬래그 박리성이 열화되어, 용접 작업성이 저하된다. 또한, 플럭스의 부피 비중이 작아져, 생산성이 열화된다. 또한, TiO₂원으로서는, 예를 들어 루틸 등을 사용한다.

(Al:0.20 내지 1.50질량％, 바람직하게는 0.20 내지 0.50질량％)

Al은 강탈산제로 용접 이음부(용접 금속) 중에 생성되는 개재물로부터, Al에 비해 탈산력이 약한 Ti로 이루어지는 Ti 산화물을 환원하여, 핵 생성 촉진에 효과적인 TiN을 생성시키는 효과가 있다. 그 결과, 용접 금속의 응고 조직이 미세화된다. 또한, 용접 금속의 산소량을 저하시켜, Mn의 수율도 안정된다. 이들 효과로부터, 용접부의 고온 균열 억제 작용이 개선되고 인성도 안정화된다. Al량이 0.20질량％ 미만에서는, 탈산이 충분하지 않아 용접부에 고온 균열이 발생한다. 또한, 인성도 저하된다. Al량이 1.50질량％를 초과하면, 용접부의 강도가 과다가 되어 인성 부족이 된다. 또한, 용접시의 스패터 발생량이 많아져, 용접 작업성이 저하된다. 또한, Al원으로서는, 예를 들어 Al 금속 분말, Fe-Al, Al-Mg 등의 합금 분말을 사용한다.

(Al₂O₃:0.05 내지 1.0질량％, 바람직하게는 0.05 내지 0.5질량％)

Al₂O₃은, 수평 필렛 자세에서의 비드 형상, 입향상진 자세에서의 비드의 흘러내림 방지를 위해 첨가한다. Al₂O₃량이 0.05질량％ 미만에서는, 수평 필렛 용접에서의 비드 형상(친화성)이 나쁘고, 또한 입향상진 용접에서 비드 흘러내림이 발생하여, 용접 작업성이 저하된다. Al₂O₃량이 1.0질량％를 초과하면, 용접시의 슬래그 박리성이 떨어져, 용접 작업성이 저하된다. 또한, Al₂O₃원으로서는, 예를 들어 알루미나나 장석 등의 복합 산화물을 사용한다.

(Mg:0.3 내지 2.0질량％, 바람직하게는 0.3 내지 1.0질량％)

Mg는 강탈산제로 용접 이음부(용접 금속) 중에 생성되는 개재물로부터, Mg에 비해 탈산력이 약한 Ti로 이루어지는 Ti 산화물을 환원하여, 핵 생성 촉진에 효과적인 TiN을 생성시키는 효과가 있다. 그 결과, 용접 금속의 응고 조직이 미세화된다. 또한, 용접 금속의 산소량을 저하시켜 Mn의 수율도 안정된다. 이들 효과로부터, 용접부의 고온 균열 억제 작용이 개선되고 인성도 안정화된다. Mg량이 0.3질량％ 미만에서는, 상기 효과가 충분하지 않아, 용접부(초층 용접부)에 고온 균열이 발생한다. 또한, 인성도 저하된다. Mg량이 2.0질량％를 초과하면, 용접부의 강도가 과다가 되어 인성 부족이 된다. 또한, 스패터 발생량이 많아진다. 또한, Mg원으로서는, 예를 들어 금속 Mg, Al-Mg, Fe-Si-Mg 등의 금속 분말, 합금 분말을 사용한다.

(N:0.005 내지 0.035질량％)

N은, 핵 생성 촉진에 효과적인 TiN을 생성시키기 위해서는 빠뜨릴 수 없는 것이다. 그리고 TiN의 생성에 의해, 용접 금속의 응고 조직이 미세화되어, 내고온 균열성이 개선된다. N량이 0.005질량％ 미만에서는, 상기 효과가 충분하지 않아 용접부(초층 용접부)에 고온 균열이 발생한다. N량이 0.035질량％를 초과하면, 용접 금속 중에 블로우 홀이 발생한다. 또한 용접부의 강도가 과다가 되어, 인성이 저하된다. 또한, N원으로서는, 예를 들어 N-Cr, Fe-N-Cr, N-Si, N-Mn, N-Ti 등의 금속 질화물을 사용한다.

(Fe)

잔량부의 Fe는, 강제 외피(2)를 구성하는 Fe 및/또는 플럭스(3)에 첨가되어 있는 철 분말, 합금 분말의 Fe이다.

(불가피적 불순물)

잔량부의 불가피적 불순물로서는, S, P, Ni, O, Zr 등을 들 수 있고, 본 발명의 효과를 방해하지 않는 범위에서 함유하는 것이 허용된다. S량, P량, Ni량, O량, Zr량은 각각, 0.050질량％ 이하가 바람직하고, 강제 외피(2)와 플럭스(3)에 있어서의 각 성분량의 총합이다.

또한, 본 발명에 관한 와이어(1)에서는, 와이어 제작시에 와이어 성분(성분량)이 상기 범위 내로 되도록, 강제 외피(2) 및 플럭스(3)의 각 성분(각 성분량)을 선택한다. 또한, 본 발명에 관한 와이어(1)는, 그 표면에 Cu 도금을 실시하는 것도 가능하고, 와이어 전체 질량에 대해 0.35질량％ 이하의 Cu를 함유해도 좋다.

또한, 본 발명에 관한 와이어(1)의 제조 방법은, 예를 들어 소정의 조성을 갖는 띠강(帶鋼)으로 통 형상의 강제 외피(2)를 형성하는 공정과, 그 강제 외피(2)의 내부에 소정의 조성을 갖는 플럭스(3)를 충전하는 공정과, 플럭스(3)가 충전된 강제 외피(2)를 소정의 외경까지 신선 가공하여 와이어(1)로 하는 공정과, 필요에 따라서 와이어(1)의 표면에 Cu 도금을 행하는 공정을 포함하는 것이다. 그러나 와이어(1)를 제조할 수 있으면, 상기 제조 방법에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

본 발명에 관한 플럭스 내장 와이어에 대해, 본 발명의 요건을 만족시키는 실시예와, 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예를 비교하여 구체적으로 설명한다.

강제 외피(강은, C:0.03질량％, Si:0.02질량％, Mn:0.25질량％, P:0.010질량％, S:0.008질량％를 함유하고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 사용)의 내측에 플럭스를 충전하여, 표 1, 표 2에 나타내는 와이어 성분으로 이루어지는 와이어 직경 1.2㎜의 도 1의 (b)에 도시하는 시임 타입의 플럭스 내장 와이어(실시예 : No. 1 내지 20, 비교예 : No.21 내지 40)를 제작하였다.

또한, 와이어 성분은 이하의 측정 방법으로 측정, 산출하였다.

C량은「연소 적외선 흡수법」에 의해, N량은「불활성 가스 융해 열전도도법」에 의해, Si량, Mn량, Mg량은「ICP 발광 분광 분석법」에 의해 측정하였다.

TiO₂량(TiO₂ 등으로서 존재하고, Fe-Ti 등은 포함하지 않음)은,「산 분해법」에 의해 측정된다. 산 분해법에 사용하는 용매는 왕수(王水)를 사용하여, 와이어 전량을 용해하였다. 이에 의해, 와이어(1)에 포함되는 Ti원(Fe-Ti 등)은 왕수에 용해되지만, TiO₂원(TiO₂ 등)은 왕수에 대해 불용이므로, 용해되고 남는다. 이 용액을, 필터(여과지는 5C의 눈의 미세도)를 사용하여 여과하고, 필터째 잔사를 니켈제 도가니로 옮겨, 가스 버너에 의해 가열하여 회화하였다. 계속해서, 알칼리 융제(수산화나트륨과 과산화나트륨의 혼합물)를 첨가하고, 다시 가스 버너에 의해 가열하여 잔사를 융해하였다. 다음에, 18질량％ 염산을 첨가하여 융해물을 용액화한 후, 메스플라스크로 옮기고, 순수를 더 첨가하여 메스업하여 분석액을 얻었다. 분석액 중의 Ti 농도를「ICP 발광 분광 분석법」에 의해 측정하였다. 이 Ti 농도를 TiO₂량으로 환산하여, TiO₂량을 산출하였다.

Ti량(Fe-Ti 등으로서 존재하고, TiO₂ 등은 포함하지 않음)은,「산 분해법」에 의해 와이어 전량을 왕수에 용해하여, 불용이었던 TiO₂원(TiO₂ 등)을 여과하고, 그 용액을 와이어(1)에 포함되는 Ti원(Fe-Ti 등)으로 할 수 있음으로써,「ICP 발광 분광 분석법」을 이용하여, Ti량(Fe-Ti 등)으로서 존재를 구하였다.

Al₂O₃량(알루미나나 장석 등의 복합 산화물로서 존재하고, Al 금속 분말 등의 합금 분말은 포함되지 않음)은,「산 분해법」에 의해 측정된다. 산 분해법에 사용하는 용매는 왕수를 사용하여, 와이어 전량을 용해하였다. 이에 의해, 와이어(1)에 포함되는 Al원(Al 금속 분말 등의 합금 분말)은 왕수에 용해되지만, Al₂O₃원(알루미나나 장석 등의 복합 산화물)은 왕수에 대해 불용이므로, 용해되고 남는다. 이 용액을, 필터(여과지는 5C의 눈의 미세도)를 사용하여 여과하고, 필터째 잔사를 니켈제 도가니로 옮겨, 가스 버너에 의해 가열하여 회화하였다. 계속해서, 알칼리 융제(수산화나트륨과 과산화나트륨의 혼합물)를 첨가하고, 다시 가스 버너에 의해 가열하여 잔사를 융해하였다. 다음에, 18질량％ 염산을 첨가하여 융해물을 용액화한 후, 메스플라스크로 옮기고, 순수를 더 첨가하여 메스업하여 분석액을 얻었다. 분석액 중의 Al 농도를「ICP 발광 분광 분석법」에 의해 측정하였다. 이 Al 농도를 Al₂O₃량으로 환산하여, Al₂O₃량을 산출하였다. Al량(Al 금속 분말 등의 합금 분말로서 존재하고, 알루미나나 장석 등의 복합 산화물은 포함되지 않음)은, 「산 분해법」에 의해 와이어 전량을 왕수에 용해하여, 불용이었던 Al₂O₃원(알루미나나 장석 등의 복합 산화물)을 여과하고, 그 용액을 와이어(1)에 포함되는 Al원(Al 금속 분말 등의 합금 분말)으로 할 수 있음으로써,「ICP 발광 분광 분석법」을 이용하여, Al량(Al 금속 분말 등의 합금 분말)으로서 존재를 구하였다.

제작된 플럭스 내장 와이어를 사용하여, 이하에 나타내는 방법으로, 내고온 균열성, 기계적 성질(인장 강도, 흡수 에너지), 용접 작업성에 대해 평가하였다. 그 평가 결과에 기초하여, 실시예 및 비교예의 플럭스 내장 와이어의 종합 평가를 행하였다.

(내고온 균열성)

JIS G3106 SM400B 강(C:0.12질량％, Si:0.2질량％, Mn:1.1질량％, P:0.008질량％, S:0.003질량％를 함유하고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물)으로 이루어지는 용접 모재를, 표 3에 나타내는 용접 조건으로 편면 용접(하향 맞댐 용접)하였다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 용접 모재(11)는 V 형상의 개선(開先)을 갖고, 이 V 형상의 개선의 이면에는 내화물(12) 및 알루미늄 테이프(13) 등으로 이루어지는 백킹재(backing material)가 배치되어 있다. 그리고 개선 각도를 35°로 하고, 세라믹제의 백킹재가 배치되어 있는 부분의 루트 간격을 4㎜로 하였다. 용접 종료 후, 초층 용접부(크레이터부를 제외함)에 대해, X선 투과 시험(JIS Z 3104)으로, 내부 균열의 유무를 확인하고, 균열 발생 부분의 토털 길이를 측정하여, 균열률을 산출하였다. 여기서, 균열률은, 균열률 W＝(균열 발생 부분의 토털 길이)/[초층 용접부 길이(크레이터부를 제외함)]×100에 의해 산출된다. 그 균열률로 내고온 균열성을 평가하였다. 평가 기준은, 균열률 0％일 때「우수함:○」, 균열 있음일 때「떨어짐:×」으로 하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

(기계적 성질)

JIS Z 3313에 준하여, 인장 강도, 인성의 평가 기준으로서의 0℃ 흡수 에너지에 대해 평가하였다. 인장 강도의 평가 기준은, 490㎫ 이상 640㎫ 이하일 때「우수함:○」, 490㎫ 미만 또는 640㎫ 초과일 때「떨어짐:×」으로 하였다. 0℃ 흡수 에너지의 평가 기준은, 60J 이상일 때「우수함:○」, 60J 미만일 때「떨어짐:×」으로 하였다. 또한, JIS Z 3313에 준하여, 연신율을 평가하는 경우에는, 그 평가 기준은, 22％ 이상일 때「우수함:○」, 22％ 미만일 때「떨어짐:×」으로 하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

(용접 작업성)

내고온 균열성과 동일한 용접 모재를 사용하여, 하향 필렛 용접, 수평 필렛 용접, 입향상진 필렛 용접, 입향하진(立向下進) 필렛 용접의 4종의 용접을 행하고, 작업성을 관능 평가하였다. 여기서, 하향 필렛 용접 시험, 수평 필렛 용접 시험 및 입향하진 용접 시험의 용접 조건은, 상기 내고온 균열성과 동일하게 하였다(표 3 참조). 입향상진 필렛 용접 시험의 용접 조건은, 용접 전류 200 내지 220A, 아크 전압 24 내지 27V로 하였다. 또한, 평가 기준은 스패터 발생, 흄 발생, 비드 흘러내림, 비드 외관 불량 등에 더하여, 저온 균열이나 블로우 홀, 생산 중의 단선 등의 용접 불량이 발생하지 않을 때「우수함:○」, 용접 불량이 발생하였을 때「떨어짐:×」으로 하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

(종합 평가)

종합 평가의 평가 기준은, 상기 평가 항목 중, 내고온 균열성이「○」 또한 기계적 성질 및 용접 작업성이「○」일 때「우수함:○」, 상기 평가 항목 중 적어도 하나가「×」일 때「떨어짐:×」으로 하였다. 그 결과를 표 4, 표 5에 나타낸다.

표 1, 표 4에 나타내는 바와 같이, 실시예(No.1 내지 20)는, 모든 와이어 성분이 본 발명의 범위를 만족시키므로, 내고온 균열성, 기계적 성질 및 용접 작업성 전부에 있어서 우수하고, 종합 평가에 있어서도 우수하였다.

표 2, 표 5에 나타내는 바와 같이, 비교예(No.21)는 C량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.22)는, C량이 상한값을 초과하므로, 기계적 성질 및 내고온 균열성 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.23)는, Si량이 하한값 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.24)는, Si량이 상한값을 초과하므로, 내고온 균열성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(No.25)는, Mn량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.26)는, Mn량이 상한값을 초과하므로, 기계적 성질 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.27)는, Ti량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.28)는, Ti량이 상한값을 초과하므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(No.29)는, TiO₂량이 하한값 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.30)는, TiO₂량이 상한값을 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.31)는, Al량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.32)는, Al량이 상한값을 초과하므로, 기계적 성질 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(No.33)는, Al₂O₃량이 하한값 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.34)는, Al₂O₃량이 상한값을 초과하므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.35)는, Mg량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성 및 기계적 성질이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.36)는, Mg량이 상한값을 초과하므로, 기계적 성질 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다.

비교예(No.37)는, N량이 하한값 미만이므로, 내고온 균열성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No,38)는, N량이 상한값을 초과하므로, 기계적 특성 및 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.39)는, 플럭스 충전율이 하한값 미만이므로, 용접 작업성이 떨어지고, 종합 평가도 떨어져 있었다. 비교예(No.40)는, 플럭스 충전율이 상한값을 초과하므로, 와이어 생산 중에 단선이 발생하여, 종합 평가로서는 떨어져 있었다.

이상의 결과로부터, 실시예(No.1 내지 20)는, 비교예(No.21 내지 40)와 비교하여, 플럭스 내장 와이어(1)로서 우수한 것이 확인되었다.

1 : 플럭스 내장 와이어(와이어)
2 : 강제 외피
3 : 플럭스
4 : 이음매
11 : 용접 모재
12 : 내화물
13 : 알루미늄 테이프

Claims

연강 또는 고장력강으로 이루어지는 강판의 용접에 사용되고, 강제 외피 내에 플럭스를 충전하여 이루어지는 플럭스 내장 와이어이며,
와이어 전체 질량에 대한 플럭스 충전율이 10 내지 25질량％이고,
와이어 전체 질량에 대해,
C:0.02 내지 0.10질량％,
Si:0.05 내지 1.50질량％,
Mn:1.7 내지 4.0질량％,
Ti:0.05 내지 1.00질량％,
TiO₂:5.0 내지 8.0질량％,
Al:0.20 내지 1.50질량％,
Al₂O₃:0.05 내지 1.0질량％,
Mg:0.3 내지 2.0질량％,
N:0.005 내지 0.035질량％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 플럭스 내장 와이어.