KR101568517B1

KR101568517B1 - 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어

Info

Publication number: KR101568517B1
Application number: KR1020130163193A
Authority: KR
Inventors: 정홍철; 이동렬; 김극
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2033-12-24
Also published as: KR20150074936A

Abstract

본 발명은 중장비, 건설기계, 건축, 교량, 라인파이프 등의 고강도 강재의 가스메탈 아크 용접(Gas-Metal Arc Weld, GMAW)시 사용되는 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어에 관한 것이다.

Description

가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어 {SOLID WIRE FOR GAS-METAL ARC WELDING}

최근, 초고층 빌딩의 건설 및 사회간접자본의 건설이 활발히 진행되고 있으며, 이를 위한 중장비 및 건설기계의 수요가 크게 증가하고 있는 실정이다.

한편, 중장비 및 건설기계 등에 적용되는 강재는 초고강도, 극후물화 및 충격인성이 높은 소재가 사용되고 있으며, 이러한 강재들은 건전하고 효율적인 용접을 필요로 하며, 특히 대형 용접구조물의 안정성 확보를 위해서는 용접부 충격인성 특성이 무엇보다 중요하다.

이와 같이, 용접부 충격인성의 확보를 위해서는 용접생산성의 향상이 우선되어야 하며, 이에 자동화 및 로보트 용접이 가능한 가스메탈 아크 용접이 주로 이용되고 있다.

상기와 같은 용접시 형성되는 용접이음부는 용접 와이어가 용융되면서 일부 강재가 희석되어 용융풀을 형성하다가 이후 응고하면서 조대한 주상정 조직으로 발달하게 되는데, 이러한 조직은 용접재료 및 용접시공시 입열량에 따라 변화하게 되며, 이러한 용접이음부는 조대한 오스테나이트 결정입계를 따라 조대한 입계 페라이트, 위드만스타텐 페라이트(Widmanstatten ferrite), 마르텐사이트 및 도상 마르텐사이트(M-A, Martensite Austenite constituent) 등이 형성되어 충격인성이 가장 열화되는 부위이다.

따라서, 대형 용접구조물의 안정성을 확보하기 위해서는 용접 후 형성되는 용접이음부의 미세조직을 제어하여 용접이음부의 충격인성을 확보할 필요가 있다.

이에, 특허문헌 1에서는 용접재료의 성분을 규정함으로써 용접구조물의 안정성을 확보하고자 하였으나, 이는 직접적으로 용접이음부의 미세조직, 입경 등을 제어하는 것이 아니므로, 이러한 용접재료로부터는 용접이음부의 인성을 충분히 얻기가 어렵다.

일본 특허공개공보 (평)11-170085

본 발명의 일 측면은, 고강도 강재를 가스메탈 아크 용접함에 있어서 충격인성이 우수한 용접이음부를 얻을 수 있는 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 솔리드 와이어 전체 중량을 기준으로, 탄소(C): 0.03~0.1%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 2.0~3.0%, 니켈(Ni): 2.0~3.5%, 크롬(Cr): 0.1~0.6%, 몰리브덴(Mo): 0.3~1.0%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 구리(Cu): 0.1~0.6%, 보론(B): 0.0005~0.003%, 알루미늄(Al): 0.001~0.01%, 질소(N): 0.005% 이하, 산소(O): 0.003% 이하, 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고, 5 ≤ (5C+Si+2Mn) ≤ 7, 12 ≤ (Mo+2Cr+5Cu+4Ni) ≤ 15를 만족하는 것인, 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어를 제공한다.

본 발명에 따른 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어를 이용하여 고강도 강재를 용접하는 경우, 강도 및 저온 충격인성이 우수한 용접이음부를 얻을 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 가스메탈 용접용 솔리드 와이어에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.

본 발명자들은 연구와 실험을 통해 가스메탈 아크 용접시 사용할 수 있는 솔리드 와이어로서, 저온에서도 충격인성이 우수하고 고강도의 용접이음부의 확보가 가능한 용접 와이어를 제공할 수 있는 합금원소의 범위를 설정할 수 있다는 점으로부터 착안하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

보다 구체적으로, 본 발명자들은 기존의 침상 페라이트 미세조직만으로는 용접이음부의 강도를 충분히 확보할 수 없음을 확인하였으며, 인장강도 900MPa급 이상의 고강도 용접이음부의 충격인성을 향상시키기 위해서는 기지 강도에 효과적인 원소들의 첨가와 더불어, 인성 향상에 효과적인 미세조직으로서 침상페라이트, 하부 베이나이트 및 마르텐사이트 조직을 적정비율로 포함하도록 하는 경우, 고강도 및 고인성의 용접이음부를 동시에 얻을 수 있다는 사실을 발견하였다.

특히, 가스메탈 아크 용접시 사용되는 솔리드 와이어의 성분을 아래와 같이 제어할 경우, 목적하는 바를 달성할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

[1] 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어에 Mo, Cr, Mn 원소를 적정함량으로 조합하여 첨가시키면 용접 후 용접이음부의 인장강도를 향상시킬 수 있음.

[2] 상기 와이어에 적정함량으로 Cu, Ni, Ti를 첨가시키면 용접이음부에서 침상 페라이트 및 하부 베이나이트 조직을 형성시켜 용접이음부의 인성을 향상시킬 수 있음.

상기 [1] 및 [2]에 대하여 하기에 구체적으로 설명한다.

[1] Mo, Cr, Mn 원소의 최적량 첨가

본 발명자들은 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어에 Mo, Cr, Mn 원소를 적절히 첨가시키면 GMAW 용접이음부 강도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 경화성을 향상시켜 고인성 용접이음부를 확보할 수 있다는 사실을 밝혀내었다. 그러나, Mo, Cr, Mn원소는 다량으로 첨가할수록 강도가 급격히 증가하기 때문에 너무 과다하게 첨가하는 것은 바람직하지 못하고, 특히 이러할 경우 용접이음부 내 저온균열을 유발시키므로 바람직하지 못하다. 따라서, 가능한 최소범위의 Cr, Mo, Mn을 첨가함으로써 GMAW 용접이음부 미세조직을 상술한 바와 같이 제어함으로써 인장강도를 효과적으로 개선할 수 있는 것이다.

[2] Cu, Ni, Ti원소 최적량 첨가

본 발명자들은 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어에 Cu 및 Ni을 조합하여 첨가시키고 적당량의 Ti을 첨가시키면 GMAW 용접 후 용접이음부에 형성되는 Ti 복합산화물로부터 침상 페라이트의 변태를 촉진한다는 사실을 밝혀내었다. 이로 인해, 고강도이면서 용접이음부 충격인성 특성을 효과적으로 개선할 수 있는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어는, 솔리드 와이어 전체 중량을 기준으로, 탄소(C): 0.03~0.1%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 2.0~3.0%, 니켈(Ni): 2.0~3.5%, 크롬(Cr): 0.1~0.6%, 몰리브덴(Mo): 0.3~1.0%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 구리(Cu): 0.1~0.6%, 보론(B): 0.0005~0.003%, 알루미늄(Al): 0.001~0.01%, 질소(N): 0.005% 이하, 산소(O): 0.003% 이하, 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어의 성분을 상기와 같이 한정한 이유에 대하여 상세히 설명한다.

C: 0.03~0.1%

탄소(C)는 용접 와이어의 강도를 확보하기 위하여 필수적인 원소로서, 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.03% 이상으로 C를 포함할 필요가 있다. 그러나, 그 함량이 너무 과다하여 0.1%를 초과하게 되면 열처리시 탈탄이 진행되는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.

Si: 0.1~0.5%

실리콘(Si)은 탈산효과를 위해 첨가하는 원소로서, 그 함량이 0.1% 미만이면 용접 와이어의 탈산효과가 불충분하고, 용융금속유동성이 저하되는 문제가 있다. 반면, 0.5%를 초과하게 되면 와이어의 제작을 위한 신선시 나쁜 영향을 미치며, 용접금속 내 도상 마르텐사이트(M-A constituent)의 변태를 촉진시켜 저온 충격인성을 저하시키고 용접 저온균열감수성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

Mn: 2.0~3.0%

망간(Mn)은 용접 와이어의 강도를 향상시키는데 필수적인 원소이다. 이를 충분히 얻기 위해서는 2.0% 이상으로 함유되는 것이 바람직하지만, 그 함량이 3.0%를 초과하게 되면 용접 와이어의 신선시 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

Ni: 2.0~3.5%

니켈(Ni)은 고용강화에 의해 기지의 강도와 인성을 향상시키므로, 본 발명에서 필수적인 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 2.0% 이상으로 Ni이 함유되는 것이 바람직하지만, 그 함량이 3.5%를 초과하게 되면 용접시 용접고온균열의 발생 가능성이 있으므로 바람직하지 못하다.

Cr: 0.1~0.6%

크롬(Cr)은 강도에 기여하는 원소로 잘 알려져 있으며, 그 함량이 0.1% 미만이면 상기 강도향상 효과를 기대하기 어렵다. 다만, 그 함량이 0.6%를 초과하게 되면 용접이음부의 물성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

Mo: 0.3~1.0%

몰리브덴(Mo)은 용접이음부 강도 향상에 기여하는 원소로서, 이를 얻기 위해서는 0.3% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하다. 다만, 그 함량이 1.0%를 초과하게 되면 용접이음부 인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

Ti: 0.01~0.05%

티타늄(Ti)은 용접 와이어에 첨가되어 용접이음부에서 산소와 결합하여 미세한 Ti 복합산화물을 형성시키므로, 본 발명에서 필수적인 원소이다. 이러한 미세한 Ti 복합산화물의 분산효과를 얻기 위해서는 용접 와이어 내 Ti 함량이 0.01% 이상인 것이 바람직하나, 그 함량이 0.05%를 초과하게 되면 오히려 조대한 Ti 복합산화물이 형성되어 용접이음부 물성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

Cu: 0.1~0.6%

구리(Cu)는 강도를 향상시키는데 효과적인 원소로서, 그 함량이 0.1% 미만이면 강도향상 효과가 미약하므로 바람직하지 못하다. 다만, 그 함량이 0.6%를 초과하게 되면 고강도 용접이음부의 균열을 조장하며, 충격인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

B: 0.0005~0.003%

보론(B)은 소입성 향상에 유리한 원소로서, 입계에 편석되어 입계 페라이트의 변태를 억제하고, Ti 복합산화물에 BN 형태로 석출하여 입내에서 침상 페라이트의 변태를 촉진시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.0005% 이상으로 첨가하는 것이 바람직하나, 그 함량이 0.003%를 초과하게 되면 그 효과가 포화되고 용접 경화성이 크게 증가하여 마르텐사이트 변태를 촉진시킴으로써 용접 저온균열 발생 및 인성을 저하시키는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.

Al: 0.001~0.01%

알루미늄(Al)은 탈산제로서 용접 와이어의 산소량을 감소시키므로 본 발명에서 필수적인 원소이다. 또한, 고용 질소와 결합하여 미세한 AlN 석출물을 형성시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.001% 이상으로 Al을 첨가하는 것이 바람직하지만, 그 함량이 0.01%를 초과하게 되면 조대한 Al2O3를 형성시켜 물성 확보에 불리한 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

N: 0.005% 이하

질소(N)는 용접 와이어에 불가피하게 첨가되는 원소로서, 그 상한을 0.005%로 관리하는 것이 바람직하다. 만일, N의 함량이 0.005%를 초과하게 되면 조대한 질화물이 석출되어 용접 와이어의 신선이나, 물성 확보에 불리한 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

O: 0.003% 이하

산소(O)는 용접 와이어에 불순물로 첨가되는 원소로, 만일 그 함량이 0.003%를 초과하게 되면 다른 원소와 반응하여 조대한 산화물을 형성시켜, 용접 와이어의 신선이나 물성 확보에 불리한 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

P: 0.03% 이하

인(P)은 용접 와이어에 불순물로 첨가되는 원소로서, 용접 와이어의 열처리시 균열 등에 영향을 미치므로 그 함량을 0.03% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

S: 0.03% 이하

황(S)은 용접 와이어에 불순물로 첨가되는 원소로, 조대한 MnS 및 고온균열을 유발시키므로 그 함량을 0.03% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

상술한 성분조성을 만족하는 본 발명의 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어는 상기 첨가되는 원소들 중 C, Si 및 Mn의 관계(5C+Si+2Mn)가 5~7을 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 C, Si 및 Mn의 관계(5C+Si+2Mn)가 5 미만이면 용접시 용융금속이 산소와 반응하여 산화되기 때문에 용접이음부에 잔존하는 합금 성분의 양이 낮아지므로 바람직하지 못하고, 7을 초과하게 되면 용접 경화성이 증가하여 용접 후 용접이음부 저온균열 및 충격인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명의 솔리드 와이어는 Mo, Cr, Cu 및 Ni의 관계(Mo+2Cr+5Cu+4Ni)가 12~15를 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 Mo, Cr, Cu 및 Ni의 관계(Mo+2Cr+5Cu+4Ni)가 12 미만이면 용접 후 용접이음부의 충격인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하고, 15를 초과하게 되면 용접 경화성이 과다하게 증가하여 용접 저온균열감수성이 증가하므로 바람직하지 못하다.

상기와 같이 조성되는 솔리드 와이어를 이용하여 가스메탈 아크 용접시, 형성되는 용접이음부의 기계적 성질을 더욱 향상시키기 위해, 아래와 같이 Nb, V 및 W으로 구성되는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 포함할 수 있다.

Nb: 0.001~0.1%

니오븀(Nb)은 용접이음부에서 소입성을 향상시키기 위해 첨가하는 원소로서, 특히 Ar3 온도를 낮추고 냉각속도가 낮은 범위에서도 베이나이트의 생성범위를 넓히는 효과가 있어, 베이나이트 조직을 얻는데 유리하다. 이와 함께 강도 향상 효과를 기대하기 위해서는 0.001% 이상으로 Nb을 첨가하는 것이 바람직하지만, 그 함량이 0.1%를 초과하게 되면 용접시 용접이음부에서 도상 마르텐사이트 형성을 촉진하여 용접이음부의 인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

V: 0.001~0.1%

바나듐(V)은 용접이음부에서 VN 석출물을 형성시켜 페라이트 변태를 촉진하는 원소로서, 이러한 효과를 얻기 위해서는 0.001% 이상으로 첨가될 필요가 있으나, 그 함량이 0.1%를 초과하게 되면 용접이음부에 카바이드(carbide)와 같은 경화상을 형성시켜 용접이음부의 인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

W: 0.01~0.5%

텅스텐(W)은 용접이음부에서 고온강도를 향상시키고 석출강화에 효과적인 원소이다. 이러한 W의 함량이 0.01% 미만이면 강도향상 효과가 미약하고, 반면 그 함량이 0.5%를 초과하게 되면 용접이음부 인성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다.

또한, 본 발명의 솔리드 와이어는 구오스테나이트의 결정립 성장 억제를 위해 Ca 및 REM 중 1종 또는 2종을 더 포함할 수 있다.

Ca: 0.0005~0.005% 및/또는 REM: 0.005~0.05%

칼슘(Ca)와 희토류 원소(REM)는 본 발명에서 선택적으로 첨가되는 원소로서, 용접시 아크를 안정시키고 용접이음부에서 산화물을 형성시킨다. 또한, 냉각과정에서 오스테나이트 결정립 성장을 억제하고, 입내 페라이트 변태를 촉진시켜 용접이음부의 인성을 향상시킨다.

상술한 효과를 얻기 위해서 Ca은 0.0005% 이상, REM은 0.005% 이상으로 포함하는 것이 바람직하지만, 그 함량이 각각 0.005%, 0.05%를 초과하게 되면 용접스패터가 너무 많이 발생하여 용접작업성에 나쁜 영향을 미치므로 바람직하지 못하다. 이때, REM으로는 Ce, La, Y 및 Hf 등의 1종 또는 2종 이상을 사용하여도 무방하고, 어느 것도 상기 효과를 얻을 수 있다.

본 발명이 제안하는 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어는 전술한 합금조성 외에 잔부 Fe와 기타 제조공정상 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어는 900℃ 이상의 가열로에서 가열 후 신선하여 최종 직경 약 1.2mm의 와이어로 제조하여 사용할 수 있다.

상술한 성분조성 및 관계를 모두 만족하는 본 발명의 가스메탈 용접용 솔리드 와이어를 이용하여 용접을 행한 후 형성되는 용접이음부는, 그 미세조직이 면적분율로 20~30%의 침상 페라이트 및 70~80%의 하부 베이나이트로 이루어짐으로써 인장강도 900MPa 이상의 초고강도와 -20℃에서의 충격인성이 70J 이상으로 고인성을 확보할 수 있다.

상기 용접이음부는 그 미세조직으로 침상 페라이트 및 하부 베이나이트 이외에 일정 분율의 마르텐사이트를 포함하여도 목표로 하는 물성에는 큰 영향을 미치지 아니하며, 이때 상기 마르텐사이트는 면적분율로 5% 이하, 보다 바람직하게는 3% 이하로 포함하는 경우 용접이음부 물성 열화에 영향을 미치지 않는다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

진공용해, 열처리 및 신선을 통하여 하기 표 1과 같은 성분조성을 갖는 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어를 제조하였다. 이때, 상기 와이어 성분조성간의 구성비를 하기 표 2에 나타내었다.

상기 제조된 각각의 솔리드 와이어를 이용하여 약 25kJ/cm의 용접입열량을 적용하여 가스메탈 아크 용접을 실시하였으며, 용접시 보호가스로 100% CO₂를 사용하였다. 이때, 용접소재로서 인장강도 800MPa급의 고강도 구조용 강재를 사용하였으며, 상기 가스메탈 아크 용접 후 용접이음부의 성분조성을 하기 표 3에 나타내었다.

상기 가스메탈 아크 용접 후 형성된 용접이음부의 기계적 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

이때, 상기 기계적 물성을 측정하기 위한 시험편은 각 용접이음부의 중앙부에서 채취하였으며, 인장시험편은 KS규격(KS B 0801) 4호 시험편을 이용하였으며, 인장시험은 크레스 헤드 스피드(cross head speed) 10mm/min에서 시험하였다. 또한, 충격시험편은 KS(KS B 0809) 3호 시험편에 준하여 가공한 후, -20℃에서 샤르피충격시험을 통해 평가하였다.

또한, 각각의 형성된 용접이음부의 미세조직을 광학현미경으로 관찰하고, 조직 종류 및 분율에 대해서도 함께 나타내었다.

구분	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	B*	N*	Ti	Al	Cu	추가 성분	O*
발명 예1	0.05	0.2	2.45	0.005	0.003	2.5	0.3	0.3	15	42	0.02	0.005	0.4	W 0.01	8
발명 예2	0.07	0.25	2.5	0.006	0.006	2.9	0.4	0.4	14	36	0.02	0.004	0.4	Ca 0.001	5
발명 예3	0.07	0.32	2.8	0.008	0.005	2.6	0.4	0.4	22	40	0.03	0.003	0.2	V 0.01	7
발명 예4	0.07	0.42	2.5	0.005	0.006	2.7	0.3	0.5	20	35	0.02	0.003	0.5	-	10
발명 예5	0.08	0.38	2.5	0.005	0.005	2.8	0.3	0.6	26	45	0.03	0.002	0.3	Nb 0.01	9
비교예1	0.05	0.13	1.93	0.011	0.004	1.71	0.6	0.2	69	40	0.04	0.001	0.2	-	12
비교예2	0.06	0.06	1.25	0.010	0.007	1.61	0.5	0.01	21	44	0.3	0.007	0.3	-	15
비교예3	0.04	0.19	2.0	0.008	0.004	1.75	0.03	0.55	105	36	-	-	0.2	-	14
비교예4	0.06	0.28	1.56	0.013	0.008	2.5	0.02	1.14	58	31	0.012	-	0.5	-	12
비교예5	0.05	0.2	1.45	0.010	0.005	2.5	0.3	0.3	20	34	0.02	0.005	0.014	W 0.01	12

(상기 표 1에서 B*, N* 및 O*의 단위는 ppm이다.)

구분	합금원소 구성비
구분	5C+Si+2Mn	Mo+2Cr+5Cu+4Ni
발명예 1	5.4	12.9
발명예 2	5.6	14.8
발명예 3	6.3	12.6
발명예 4	5.8	14.4
발명예 5	5.8	13.9
비교예 1	4.2	9.2
비교예 2	2.9	9.0
비교예 3	4.4	8.6
비교예 4	3.7	13.7
비교예 5	3.4	11.0

구분	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	B	N	Ti	Al	Cu	추가성분	O
발명재1	0.04	0.2	2.4	0.013	0.005	2.4	0.3	0.3	18	52	0.01	0.003	0.35	W 0.01	340
발명재2	0.06	0.2	2.5	0.011	0.006	2.5	0.4	0.4	23	53	0.01	0.004	0.36	Ca 0.001	380
발명재3	0.06	0.3	2.5	0.008	0.005	2.5	0.4	0.4	23	50	0.02	0.003	0.21	V 0.01	350
발명재4	0.07	0.4	2.4	0.009	0.006	2.4	0.3	0.5	18	43	0.02	0.003	0.46	-	320
발명재5	0.07	0.33	2.5	0.01	0.005	2.5	0.3	0.6	19	45	0.03	0.002	0.28	Nb 0.01	380
비교재1	0.05	0.13	1.9	0.011	0.004	1.7	0.6	0.2	48	50	0.02	0.001	0.21	-	290
비교재2	0.06	0.06	1.2	0.01	0.007	1.6	0.5	0.01	25	74	0.3	0.007	0.32	-	480
비교재3	0.04	0.17	1.9	0.008	0.004	1.7	0.03	0.55	80	56	-	-	0.2	-	500
비교재4	0.04	0.20	1.56	0.013	0.008	2.3	0.02	1.14	39	71	0.012	-	0.5	-	670
비교재5	0.05	0.17	1.45	0.01	0.005	2.3	0.3	0.3	22	52	0.02	0.005	0.014	W 0.01	440

구분	용접이음부 미세조직 (분율%)			용접이음부 기계적 물성
구분	AF	LB	M	인장강도 (MPa)	vE_-20℃(J)
발명재 1	27	72	1	904	83
발명재 2	26	71	3	922	83
발명재 3	28	70	2	911	76
발명재 4	25	72	3	924	86
발명재 5	28	70	2	922	82
비교재 1	16	53	31	837	16
비교재 2	15	50	35	844	26
비교재 3	24	40	36	851	44
비교재 4	15	45	40	973	28
비교재 5	17	34	49	996	39

(상기 표 4에서 AF: 침상페라이트(acicular ferrite), LB: 하부 베이나이트(lower bainite), M: 마르텐사이트(martensite)를 의미한다.)

상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어를 이용하여 가스메탈 아크 용접을 실시하는 경우(발명재 1 내지 5), 900MPa 이상의 고강도 물성을 가지면서, 동시에 충격인성이 우수한 용접이음부를 확보할 수 있었다.

반면, 솔리드 와이어의 성분조성이 본 발명에서 제안하는 바를 만족하지 아니한 와이어를 이용한 경우(비교재 1 내지 5)에는 강도 및 충격인성 중 하나 이상의 물성이 열위하였으며, 특히 용접이음부의 미세조직 중 침상 페라이트의 분율이 충분히 형성되지 못함에 따라 모든 경우에서 충격인성이 열위한 것을 확인할 수 있다.

Claims

솔리드 와이어 전체 중량을 기준으로, 탄소(C): 0.03~0.1%, 실리콘(Si): 0.1~0.5%, 망간(Mn): 2.0~3.0%, 니켈(Ni): 2.0~3.5%, 크롬(Cr): 0.1~0.6%, 몰리브덴(Mo): 0.3~1.0%, 티타늄(Ti): 0.01~0.05%, 구리(Cu): 0.1~0.6%, 보론(B): 0.0005~0.003%, 알루미늄(Al): 0.001~0.01%, 질소(N): 0.005% 이하, 산소(O): 0.003% 이하, 인(P): 0.03% 이하, 황(S): 0.03% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
5 ≤ (5C+Si+2Mn) ≤ 7, 12 ≤ (Mo+2Cr+5Cu+4Ni) ≤ 15를 만족하는 것인, 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.
제 1항에 있어서,
상기 와이어는 중량%로, 니오븀(Nb): 0.001~0.1%, 바나듐(V): 0.001~0.1% 및 텅스텐(W): 0.01~0.5%로 구성되는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는 것인, 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.
제 1항에 있어서,
상기 와이어는 중량%로, 칼슘(Ca): 0.0005~0.005% 및 희토류 원소(REM): 0.005~0.05% 중 1종 또는 2종을 더 포함하는 것인, 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.
제 1항에 있어서,
상기 와이어를 이용한 용접시 보호가스는 100% CO₂ 또는 Ar-CO₂ 혼합가스를 사용하는 것인, 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.
제 1항에 있어서,
상기 와이어를 이용하여 형성된 용접이음부의 미세조직은 면적분율로 20~30%의 침상 페라이트 및 70~80%의 하부 베이나이트를 포함하는 것인, 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.
제 1항에 있어서,
상기 와이어를 이용하여 형성된 용접이음부의 인장강도는 900Mpa 이상이고, -20℃에서의 충격인성이 70J 이상인 것인, 가스메탈 아크 용접용 솔리드 와이어.