KR101616237B1

KR101616237B1 - 플럭스 코어드 와이어, 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 방법, 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 조인트의 제조 방법 및 용접 조인트

Info

Publication number: KR101616237B1
Application number: KR1020157020215A
Authority: KR
Inventors: 슈이치 나카무라; 야스히토 도츠카; 가즈히로 고지마; 류이치 시무라
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2033-11-06
Also published as: JP5644984B1; KR20150092348A; EP2952288B1; JPWO2014119082A1; WO2014119082A1; EP2952288A1; CN104955610B; CN104955610A; US9505088B2; US20150360327A1; EP2952288A4

Abstract

본 발명에 따른 플럭스 코어드 와이어는, CaF₂ 등이 함유되고, 그 함유량의 합계값(α)이 전체 질량에 대한 질량%로 3.3 내지 6.0%이며, Ti 산화물 등이 함유되고, 그 함유량의 합계값(β)이 전체 질량에 대한 질량%로 0.4 내지 1.2%이며, CaCO₃ 등이 함유되고, 그 함유량의 합계가, 전체 질량에 대한 질량%로 0.1 내지 0.5%이며, 플럭스 중의 철분의 함유량이, 전체 질량에 대한 질량%로 10% 미만이다.

Description

플럭스 코어드 와이어, 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 방법, 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 조인트의 제조 방법 및 용접 조인트{FLUX CORED WIRE, WELDING METHOD USING FLUX CORED WIRE, METHOD FOR PRODUCING WELDED JOINT USING FLUX CORED WIRE, AND WELDED JOINT}

본 발명은, 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강의 용접에 사용되는 플럭스 코어드 와이어에 관한 것으로, 특히, 저온 균열을 방지하기 위한 예열 작업이 불필요해지는, 또는, 예열 작업을 현저하게 저감시킬 수 있고, 또한 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있는 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 해당 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 방법, 해당 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 조인트의 제조 방법 및 용접 조인트에 관한 것이다.

본원은, 2013년 1월 31일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2013-017604호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

최근 들어, 빌딩, 교량 등의 건축 구조물의 대형화, 고층화의 요구가 증가하고 있으며, 그것에 수반하여 사용되는 강재도 780MPa급(인장 강도 780MPa 이상), 또는 그 이상의 인장 강도의 고강도 강이 사용되도록 되어 오고 있다.

이들 고강도 강이 사용되는 이유는, 강재 사용량이 줄어듦으로써 강재 비용 및 운반 비용이 감소하는 것, 및 강재가 비교적 얇아져서 개체 중량(단위 면적당 중량)이 줄어드는 것이다. 이에 의해, 강재의 취급이 용이해지고, 또한 용접량이 경감되므로, 건설 공사 기간 단축 및 시공 비용 삭감이 기대된다.

그러나, 고강도 강에 대한 사용의 요구는 매우 높아지고 있음에도 불구하고, 780MPa급 이상의 고강도 강의 사용량은 전체량에서 보면 아직 얼마 안된다.

그 이유는, 강이 고강도가 될수록 강의 용접 균열 감수성이 높아지기 때문이다. 용접 균열의 억제에는 예열 작업이 필수가 되므로, 고강도 강의 사용은, 오히려 용접 시공 효율을 악화시켜버려, 공사 기간 단축·시공 비용 삭감에 기여하지 않는다는 문제가 있다.

또한, 석유·천연 가스의 개발·생산에 이용되는 해양 구조물, 및 그것들을 수송하는 파이프라인이, 북해, 사할린 등의 저온 환경에 설치될 경우, 사용되는 강재 및 용접 재료에는, 매우 엄격한 저온 인성이 요구된다. 강재가 고강도가 될수록 용접부의 강도 및 저온 인성을 확보하는 것이 곤란해지고, 이 점도 780MPa급의 고강도 강이 사용되지 않는 요인이 되고 있다.

따라서, 780MPa급 이상의 고강도 강이 널리 사용되게 되기 위해서는, 예열 작업이 불필요할지 또는 현저하게 경감되고, 또한 저온 인성이 우수한 용접부가 얻어지는 용접 와이어가 강하게 요구된다.

고인성의 용접 금속을 얻을 수 있는 플럭스 코어드 와이어로서, 불화물을 슬래그 형성제로서 플럭스에 첨가한 와이어가 이전부터 제안되고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 내지 7 참조).

이들 문헌에서는, 불화물이 용융지의 염기도를 높임으로써 용접 금속의 산소량이 저감되어, 높은 저온 인성을 얻을 수 있다고 되어 있다. 그러나, 특허문헌 1 내지 4는, 모두, 용접 균열이 문제가 되지않는 강도 레벨의 강판을 주로 하여 용접의 대상으로 하는 것이며, 용접 금속의 저온 균열에 대해서는 전혀 검토되고 있지 않다.

이에 반해, 특허문헌 5에서는, 490 내지 780MPa급 고장력 강용의 플럭스 코어드 와이어에 있어서 또한 V의 첨가량을 최적화하고, V에 확산성 수소를 흡장시킴으로써 내저온 균열성을 개선함으로써, 780MPa급 와이어이면서 용접 균열 정지 예열 온도를 50℃ 이하로 한 와이어를 제안하고 있다. 그러나, 780MPa급 이상의 강의 용접에서는, 용접 금속에 한층 더 고인성이 요구되지만, 특허문헌 5에서는 용접 금속의 인성에 대해서는 특별히 검토되고 있지 않다.

특허문헌 6에서는, CaO를 필수 성분으로서 첨가함으로써, 슬래그의 융점을 조정하고, 입향 및 상향에서의 용접을 가능하게 하고, 또한 용접 금속의 산소량을 저감시킴으로써, 인성을 개선한 와이어가 제안되고 있다. 또한, 특허문헌 7도, CaO를 필수 성분으로서 첨가함으로써, 용접 금속의 산소량을 저감시키면서, PWHT 후의 용접 금속의 인성 열화를 억제한 와이어를 제안하고 있다. 그러나, 특허문헌 6, 특허문헌 7 모두, 780MPa급 이상의 고강도 강의 용접부에 요구되는 엄격한 저온 인성에 대해서는 특별히 검토되고 있지 않고, 또한 내저온 균열성에 대해서도 특별히 검토되고 있지 않다.

일본 특허 공개 평1-271098호 공보 일본 특허 공개 평3-294093호 공보 일본 특허 공개 평6-155079호 공보 일본 특허 공개 평8-197283호 공보 일본 특허 공개 평8-257785호 공보 국제 공개 제2011-074689호 팸플릿 일본 특허 공개 2011-020154호 공보

본 발명은, 상기 [배경기술]의 문제점을 감안하여, 780MPa 이상의 고강도 강의 용접 시에, 고강도 및 고인성의 용접부를 얻을 수 있어, 내저온 균열성이 우수하고, 또, 저온 균열을 억제하기 위한 예열 작업이 불필요, 또는, 예열 작업을 현저하게 저감시킬 수 있는 플럭스 코어드 와이어를 제공함으로써, 780MPa급 이상의 고강도 강의 용접 시공 효율을 현저하게 개선하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 해당 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 방법, 및 해당 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 조인트의 제조 방법, 및 용접 조인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

종래, 불화물은, 강도 레벨이 낮은 강용의 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 고인성의 용접 금속을 얻기 위해서 사용되고 있었다. 그러나, 불화물이 내저온 균열성에 미치는 영향에 대해서는 전혀 검토되고 있지 않았다.

본 발명자들은, 그러한 불화물에 착안해서 종종 검토한 결과, 780MPa급 이상의 고강도 강의 용접에 사용되는 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 용접 금속의 확산성 수소를 대폭 저감시키고, 또한, 저온 인성을 확보하기 위해서 최적인 슬래그 조성을 발견하였다.

또한, 용접 금속이 베이나이트 주체의 조직으로, 780MPa 내지 940MPa의 인장 강도 레벨이 되고, 또한, 불화물이 주체의 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 용접 금속의 강도 인성 밸런스를 향상시키기 위해서 Mo를 함유시키고, 또한, Mn 및 Ni의 함유량을 최적화하는 것이 유효하다는 것을 발견하였다.

이에 의해, 본 발명자들은, 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강의 용접 시에, 강도 및 저온 인성이 우수한 용접 금속을 얻을 수 있고, 또한, 저온 균열 억제를 위해서 실시되는 예열을 생략 또는 간략화할 수 있는 플럭스 코어드 와이어를 발견하였다. 그리고 본 발명자들은, 그 지견에 또한 검토를 가함으로써, 본 발명에 도달하였다.

그렇게 이루어진 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1)본 발명의 일형태에 따른 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피의 내부에 플럭스가 충전된 플럭스 코어드 와이어이며, 상기 플럭스 중에, CaF₂, BaF₂, SrF₂, MgF₂ 및 LiF 중 1종 또는 2종 이상이 함유되고, 그 함유량의 합계를 α라고 했을 때, 상기 α가 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 3.3 내지 6.0%이며, Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Mg 산화물 및 Al 산화물 중 1종 또는 2종 이상이 함유되고, 그 함유량의 합계를 β라고 했을 때, 상기 β가 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 0.4 내지 1.2%이며, CaCO₃, BaCO₃, SrCO₃, MgCO₃ 및 Li₂CO₃ 중 1종 또는 2종 이상이 함유되고, 그 함유량의 합계가, 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 0.1 내지 0.5%이며, 상기 플럭스 중의 철분의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 10% 미만이고, 불화물, 금속 산화물 및 금속 탄산염을 제외한 화학 성분이, 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, C: 0.04 내지 0.09%; Si: 0.3 내지 1.0%; Mn: 1.0 내지 2.5%; Al: 0.001 내지 0.050%; Ni: 1.5 내지 3.5%; V:0 내지 0.04%; P: 0.02% 이하; S: 0.02% 이하; Cu: 0 내지 0.5%; Cr: 0 내지 0.5%; Mo: 0.3 내지 1.0%; Ti: 0 내지 0.30%; Nb: 0 내지 0.10%; B: 0 내지 0.0100%; Ca: 0 내지 0.50%; REM: 0 내지 0.0100%; 잔량부: 철 및 불순물로 이루어지고, 이하의 식a로 정의되는 Ceq가 0.60 내지 1.20질량%이며, 이하의 식b로 정의되는 TE가 2.9 내지 4.4질량%이다.

Ceq=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 …(식a)

TE=[Mn]/2+[Ni]+3×[Cr] …(식b)

단, []가 있는 원소는, 각각의 원소의 질량%에서의 함유량을 나타낸다.

(2)상기 (1)에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 플럭스 코어드 와이어 중의 CaO의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 0.15% 이하이어도 된다.

(3)상기 (1) 또는 (2)에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 α에 대한 상기 CaF₂의 함유량의 비가 0.90 이상이어도 된다.

(4)상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 β에 대한 상기 α의 비가 3.1 내지 15.0이어도 된다.

(5)상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 플럭스 코어드 와이어를 사용한 가스 실드 아크 용접에 대한, 일본 공업 규격 JIS Z3111-2005에 규정된 용착 금속의 인장 시험에 있어서, 상기 용착 금속의 인장 강도가 780 내지 940MPa가 되어도 된다.

(6)상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 강제 외피가 심리스 형상이어도 된다.

(7)상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어는, 상기 플럭스 코어드 와이어의 표면에 퍼플루오로폴리에테르 오일이 도포되어 있어도 된다.

(8)본 발명의 다른 형태에 따른 용접 방법에서는, 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 플럭스 코어드 와이어를 사용하고, 또한, 실드 가스로서, 순 Ar 가스, 순 탄산 가스, 또는 Ar과 3 내지 30vol% CO₂의 혼합 가스를 사용해서 강재를 용접한다.

(9)본 발명의 다른 형태에 따른 용접 조인트의 제조 방법에서는, 상기 강재의 판 두께가 3 내지 100mm이며, 상기 강재의 인장 강도가 780MPa 이상이며, 상기 (8)에 기재된 용접 방법에 의해 용접한다.

(10)본 발명이 다른 형태에 따른 용접 조인트는, 판 두께가 3 내지 100mm이며 인장 강도가 780MPa 이상인 강재와, 용접 금속을 구비하고, 상기 (9)에 기재된 용접 조인트의 제조 방법에 의해 제조된다.

(11)상기 (10)에 기재된 용접 조인트는, 상기 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 미만이고, 상기 용접 금속 중의 산소량이 300 내지 400ppm이며, 상기 용접 금속의 인장 강도가 780 내지 940MPa이며, 상기 용접 금속의 -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 86J/cm² 이상이어도 된다.

본 발명에 따르면, 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강의 용접에 사용되는 플럭스 코어드 와이어이며, 용접 금속의 인성이 우수하고, 또한 저온 균열을 방지하기 위한 예열 작업이 불필요해지는, 또는, 예열 작업을 현저하게 저감시킬 수 있는 플럭스 코어드 와이어를 제공할 수 있다.

도 1은, 실시예에서의 시험편의 채취 위치를 도시하는 도면이다.
도 2는, TE와 -40℃의 샤르피 흡수 에너지(vE_- ₄₀)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은, CaO 함유량과 확산성 수소량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는, CaO 함유량과 용접 금속의 산소량의 관계를 나타내는 도면이다.

종래, 불화물은, 용융지의 염기도를 높임으로써 용접 금속의 산소량을 저감시키는 효과를 갖는다고 간주되어 왔다. 본 발명자들은, 또한 용접 금속 중의 수소에 대한 불화물의 효과에 대해서, 다양한 플럭스 코어드 와이어를 시험 제작함으로써 상세하게 검토하였다.

즉, CaF₂ 등의 금속 불화물, 금속 산화물 및 CaCO₃ 등의 금속 탄산염을 함유하고, 합금 성분으로서, 인성의 확보를 위한 Ni와, 다중 용접 시의 내재열 취화성을 확보하기 위한 Mo를 함유한 플럭스 코어드 와이어이며, 금속 불화물의 함유량을 다양한 비율로 변화시키고, 또한 함유되는 전체 수소량을 관리한 플럭스 코어드 와이어를 시험 제작하였다. 이들 다양한 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 780MPa급의 고강도 강의 용접을 실시하였다.

그 결과, 본 발명자들은, CaF₂ 등의 금속 불화물의 함유량의 합계값이 특정한 범위 내에 있는 경우에 있어서, 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 미만으로 억제되어, 내저온 균열성이 대폭 향상되는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은, 780MPa급의 고강도 강을 용접할 경우, 고강도와 우수한 저온 인성을 갖는 용접 금속을 확보하기 위해서는, 플럭스 코어드 와이어에 있어서 Mn 함유량의 1/2배와, Ni 함유량과, Cr 함유량의 3배의 합계값(TE)이 특정한 범위 내에 있는 것, 및, 플럭스 코어드 와이어에 Mo가 포함되는 것이 중요하다는 점을 마찬가지인 검토의 결과 발견하였다.

본 발명은 이상과 같은 검토의 결과 이루어진 것이다. 이하, 본 발명의 플럭스 코어드 와이어에 대해서, 특징으로 하는 기술 요건의 한정 이유 및 바람직한 형태에 대해서 순차 설명한다.

우선, 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어를 구성하는 강제 외피 및 플럭스 중에 함유되는 합금 성분 및 금속 탈산 성분, 및 각 성분의 함유량의 한정 이유에 대해서 설명한다.

이하의 설명에 있어서, 「%」는 특별히 설명이 없는 한, 「질량%」를 의미하며, 각 성분의 함유량은, 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한, 강제 외피 및 플럭스 각각의 안의 각 성분의 질량%의 합계가 되는 성분 함유량을 의미하는 것으로 한다.

(C: 0.04 내지 0.09%)

C는, 용접 금속의 강도를 향상시키는 원소이다. 용접 금속의 인장 강도를 780MPa 이상으로 하기 위해서는, C 함유량의 하한을 0.04%로 할 필요가 있다. 용접 금속의 강도를 더욱 향상시키기 위해서, C 함유량의 하한을 0.045%, 0.05% 또는 0.055%로 해도 된다.

용접 와이어(플럭스 코어드 와이어) 중의 C 함유량이 많을수록, 용접 금속 중의 C 함유량이 증가하여 용접 금속의 강도가 높아지므로, 바람직하다. 그러나, C가 너무 많아지면, 용접 금속의 인성이 열화됨과 동시에, 고온 균열 및 저온 균열 양쪽에 대한 감수성이 높아진다. 따라서, 용접 금속의 인성과 내용접 균열성을 확보하기 위해서, C 함유량의 상한을 0.09%로 한다. 또한, 안정적으로 저온 인성을 확보하기 위해서는, C의 상한을 0.08%, 0.075% 또는 0.07%로 해도 된다.

(Si: 0.3 내지 1.0%)

Si는, 탈산 원소이며, 용접 금속 중의 O량을 저감시켜서 청정도를 높인다. 이 효과를 얻기 위해서, Si 함유량의 하한을 0.3%로 할 필요가 있다. 단, 1.0%를 초과하여 Si를 함유시키면 용접 금속의 인성을 열화시키므로, 1.0%를 Si 함유량의 상한으로 한다. 용접 금속 중의 O량을 충분히 저감시키기 위해서, Si 함유량의 하한을 0.35%, 0.4% 또는 0.45%로 해도 된다. 또한, 용접 금속의 인성을 안정적으로 확보하기 위해서는, Si 함유량의 상한을 0.8%, 0.7% 또는 0.6%로 해도 된다.

(Mn: 1.0 내지 2.5%)

Mn은, 용접 금속의 켄칭성을 확보하여 강도를 높이기 위해서 필요한 원소이다. 그 효과를 확실하게 발휘하기 위해서는, Mn 함유량의 하한을 1.0%로 할 필요가 있다. 한편, 2.5%를 초과하여 Mn을 함유시키면, 입계 취화 감수성을 증가시켜서 용접 금속의 인성이 열화되므로, 2.5%를 Mn 함유량이 상한으로 한다. 보다 안정적으로 용접 금속의 강도를 높이기 위해서는, Mn 함유량의 하한을 1.1%, 1.2%, 1.4% 또는 1.6%로 해도 된다. 용접 금속의 인성을 더욱 향상시키기 위해서, Mn 함유량의 상한을 2.3%, 2.1%, 2.0% 또는 1.9%로 해도 된다.

(P: 0.02% 이하)

P는 불순물 원소이며, 용접 금속 중에 과대하게 존재할 경우, 용접 금속의 인성 및 연성을 모두 저하시키므로, P 함유량은 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 인성 및 연성에의 악영향을 허용할 수 있는 범위로서, P 함유량을 0.02% 이하로 한다. 용접 금속의 인성 및 연성의 저하를 확실하게 방지하기 위해서, P 함유량을 0.017%, 0.015%, 0.012% 또는 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다. P의 하한을 제한할 필요는 없다. P 함유량의 하한은, 0%로 해도 된다.

(S: 0.02% 이하)

S도 불순물 원소이며, 용접 금속 중에 과대하게 존재할 경우, 용접 금속의 인성과 연성을 모두 열화시키므로, S 함유량은 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 인성 및 연성에의 악영향을 허용할 수 있는 범위로서, S 함유량을 0.02% 이하로 한다. 용접 금속의 인성 및 연성의 열화를 확실하게 방지하기 위해서, S 함유량을 0.017%, 0.015%, 0.012% 또는 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다. S의 하한을 제한할 필요는 없다. S 함유량의 하한은, 0%로 해도 된다.

(Al: 0.001 내지 0.050%)

Al은 탈산 원소이며, Si와 마찬가지로, 용접 금속 중의 O량 저감, 및 용접 금속의 청정도 향상에 효과가 있다. 그 효과를 발휘하기 위해서, Al 함유량의 하한을 0.001%로 할 필요가 있다. 한편, 0.050%를 초과하여 Al을 함유시키면, Al이 질화물 및 산화물을 형성하여 용접 금속의 인성을 저하시키므로, 0.050%를 Al 함유량의 상한으로 한다. 또한, 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과를 충분히 얻기 위해서는, Al 함유량의 하한을 0.0015%로 해도 된다. 용접 금속의 인성을 향상시키는 효과를 충분히 얻기 위해서는, Al 함유량의 하한을 0.002%, 0.003% 또는 0.004%로 해도 된다. 조대 산화물의 생성을 억제하기 위해서, Al 함유량의 상한을, 0.045%, 0.040%, 0.035% 또는 0.030%로 해도 된다.

(Ni: 1.5 내지 3.5%)

Ni는, 고용인화(고용에 의해 인성을 높이는 작용)에 의해, 조직 및 성분에 의하지 않고 용접 금속의 인성을 향상시킬 수 있는 유일한 원소이다. 특히, 인장 강도가 780MPa 이상인 고강도의 용접 금속으로 인성을 높이기 위해서, Ni는 유효한 원소이다. 필요한 고용인화 효과를 얻기 위해서는, Ni 함유량의 하한을 1.5%로 할 필요가 있다.

Ni 함유량이 많을수록, 인성을 향상시키는 데 있어서 유리하다. 그러나, 함유량이 3.5%를 초과하면 내용접 균열성이 저하되므로, 3.5%를 Ni 함유량의 상한으로 한다. Ni의 효과가 확실하게 인성 향상에 기여하기 위해서는, Ni 함유량의 하한을 1.8%, 2.0%, 2.1% 또는 2.2%로 해도 된다. 또한, 내용접 균열성을 확보하기 위해서는, Ni 함유량의 상한을 3.3%, 3.1%, 2.9% 또는 2.7%로 해도 된다.

(Mo: 0.3 내지 1.0%)

Mo는, 켄칭성 향상 원소이며, 또한 미세 탄화물을 형성하여 석출 강화에 의한 인장 강도의 확보에 유효한 원소이다. 또한, Mo는, 다중 용접 시의 후속 패스에 의한 재가열을 받았을 때의 강도 저하를 억제하여, 인성의 열화도 억제하는 효과를 갖는다. 대형 구조물에서는 두꺼운 판이 사용되므로, 이 경우, 용접은 다중 용접에 의해 행하여진다. 다중 용접에서는, 후속의 용접 패스부터, 그 전의 패스에서 형성된 용접 금속이 재가열됨으로써, 이전의 패스에서 형성된 용접 금속에 연화가 발생한다. 여기서, 780MPa급의 고강도 강에서는, 용접 금속의 조직이 베이나이트 주체가 되므로, 그 연화의 정도가 커지고, 따라서 용접 금속의 강도를 안정적으로 확보하는 것이 어렵다. 또한, 재가열에 의해 시멘타이트가 조대화되므로, 용접 금속의 인성도 열화된다. Mo는, 다중 용접에서 재가열을 받았을 때에 용접 금속 내에서 미세 탄화물을 형성하고, 이에 의해 용접 금속의 강도 저하를 억제하고, 또한 시멘타이트의 조대화를 억제하고, 이에 의해 용접 금속의 인성 열화도 억제하는 효과를 갖는다.

이들 효과를 발휘하기 위해서는, 다른 마찬가지의 효과를 갖는 원소와의 복합 효과를 고려해도, Mo 함유량의 하한을 0.3%로 할 필요가 있다. 한편, 1.0%를 초과하여 Mo를 함유시키면, 석출물이 조대화하게 되어 용접 금속의 인성이 열화되므로, Mo 함유량의 상한을 1.0%로 한다. 재가열에 의한 강도 저하를 보다 억제함으로써 안정적으로 강도를 확보하고, 또한 인성의 열화 억제를 양립하기 위해서는, Mo 함유량의 하한을 0.4%, 0.5% 또는 0.6%로 해도 된다. 또한, Mo의 과잉된 함유에 의한 용접 금속의 인성 열화를 방지하기 위해서, Mo의 상한을 0.9% 또는 0.8%로 해도 된다.

본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어는, 합금 성분 또는 금속 탈산 성분으로서, 상술된 기본 성분(필수 원소) 외에, 또한, 용접하는 강판의 강도 레벨 또는 요구하는 인성의 정도에 따라, Cu, Cr, V, Ti, Nb 및 B의 1종 또는 2종 이상을 선택 원소로서 함유할 수 있다. 그러나, 선택 원소의 함유 유무에 상관없이, 플럭스 코어드 와이어 중의 필수 원소의 함유량이 상술한 규정 범위 내에 있으면, 그 플럭스 코어드 와이어는 본 발명의 범위 내에 있다고 간주된다.

(Cu: 0 내지 0.5%)

Cu는, 플럭스 코어드 와이어의 강제 외피 표면의 도금, 및, 플럭스에 단일 부재 또는 합금으로서 포함되어, 용접 금속의 강도와 인성을 향상시킬 수 있다. Cu 함유량의 하한은 0%로 하는데, 그것들의 효과를 충분히 얻기 위해서는, Cu 함유량의 하한을 0.1%로 해도 된다. 한편, 함유량이 0.5%를 초과하면 인성이 저하된다. 그로 인해, Cu를 플럭스 코어드 와이어에 함유시키는 경우의 Cu 함유량의 상한은 0.5%로 한다. Cu를 함유시키는 효과를 확실하게 얻음과 동시에, 인성의 저하를 방지하기 위해서, Cu 함유량의 하한을 0.15% 또는 0.2%로 해도 된다. 인성의 향상을 위하여, Cu 함유량의 상한을 0.4% 또는 0.3%로 해도 된다.

또한, Cu의 함유량에 대해서는, 강제 외피 자체, 또는 플럭스 중에 함유되어 있는만큼 외에, 플럭스 코어드 와이어 표면에 구리 도금되는 경우에는 그만큼도 포함한다.

(Cr: 0 내지 0.5%)

Cr은, 용접 금속의 켄칭성을 높이므로, 용접 금속의 고강도화에 유효한 원소이다. Cr 함유량의 하한은 0%로 하는데, 그 효과를 얻기 위해서는, Cr 함유량의 하한을 0.1%로 해도 된다. 한편, Cr을 0.5%를 초과하여 과잉으로 함유시키면, 용접 금속의 베이나이트 조직을 불균일하게 경화시켜서 인성을 열화시키므로, Cr을 함유시키는 경우의 Cr 함유량의 상한은 0.5%로 한다. Cr에 의한 인성의 열화를 보다 억제하기 위해서, Cr의 상한을 0.4% 또는 0.3%로 해도 된다.

(V: 0 내지 0.04%)

V는, 용접 금속의 켄칭성을 높이므로, 용접 금속의 고강도화에 유효한 원소이다. V 함유량의 하한은 0%로 하는데, 그 효과를 얻기 위해서는, V 함유량의 하한을 0.01%로 해도 된다. 한편, 0.04%를 초과하여 과잉으로 V를 함유시키면, 탄화물이 석출됨으로써, 용접 금속의 경화 및 인성 열화가 발생하므로, V를 함유시키는 경우의 V 함유량의 상한은 0.04%로 한다. V의 함유에 의한 효과를 확실하게 얻음과 함께, V의 과잉된 함유에 의한 인성 열화를 방지하기 위해서, V 함유량의 상한을 0.03% 또는 0.02%로 해도 된다.

(Ti: 0 내지 0.30%)

Ti도, Al과 마찬가지로, 탈산 원소로서 유효한 원소이며, 용접 금속 중의 O량을 저감시키는 효과가 있다. 또한, 고용 N을 고정하여, N의 인성에의 악영향을 완화하기 위해서도 유효하다. Ti 함유량의 하한은 0%로 하는데, 이들 효과를 발휘시키기 위해서는, Ti 함유량의 하한을 0.01%로 해도 된다. 단, 플럭스 코어드 와이어 중의 Ti 함유량이 0.30%를 초과하여 과잉이 되면, 조대한 산화물의 형성에 기인한 인성 열화, 및 과도한 석출 강화로 인한 인성 열화가 발생할 가능성이 커진다. 이로 인해, Ti를 함유시키는 경우의 Ti 함유량의 상한은 0.30%로 한다. Ti의 함유에 의한 효과를 확실하게 얻기 위해서, Ti 함유량의 하한을 0.015 또는 0.02%로 해도 된다. 또한, Ti에 의한 인성 열화를 보다 억제하기 위해서 Ti의 상한을 0.20%, 0.10% 또는 0.05%로 해도 된다.

(Nb: 0 내지 0.10%)

Nb는, 용접 금속 중에서 미세 탄화물을 형성하므로, 석출 강화에 의한 용접 금속의 인장 강도 확보에 유효한 원소이다. Nb 함유량의 하한은 0%로 하는데, 이들 효과를 얻기 위해서는, 다른 마찬가지의 효과를 갖는 원소와의 복합 효과를 고려하더라도, Nb 함유량의 하한을 0.01%로 해도 된다. 한편, 0.10%를 초과하여 Nb를 함유시키는 것은, 용접 금속 중에 과잉으로 함유된 Nb가 조대한 석출물을 형성해서 용접 금속의 인성을 열화시키므로, 바람직하지 않다. 이로 인해, Nb를 함유시키는 경우의 Nb 함유량의 상한은 0.10%로 한다. Nb의 함유에 의한 효과를 확실하게 얻기 위해서, Nb 함유량의 하한을 0.015% 또는 0.02%로 해도 된다. 또한, Nb에 의한 인성 열화를 보다 억제하기 위해서는 Nb의 상한을 0.05%, 0.04% 또는 0.03%로 해도 된다.

(B: 0 내지 0.0100%)

B는, 용접 금속 중에 적정량 함유시키면, 고용 N과 결부되어 BN을 형성하여, 인성에 대한 고용 N의 악영향을 느끼는 효과가 있다. 또한, B는, 용접 금속의 켄칭성을 높여서 강도 향상에 기여하는 효과도 있다. B 함유량의 하한은 0%로 하는데, 이들 효과를 얻기 위해서는, 플럭스 코어드 와이어 중의 B 함유량 하한을 0.0001% 또는 0.0003%로 해도 된다. 한편, B의 함유량이 0.0100% 초과가 되는 것은, 용접 금속중의 B가 과잉이 되고, 조대한 BN 및 Fe₂₃(C,B)₆ 등의 B 화합물이 형성되어, 인성을 반대로 열화시키므로, 바람직하지 않다. 따라서, B를 함유시키는 경우의 B 함유량의 상한은 0.0100%로 한다. B의 함유에 의한 효과를 확실하게 얻기 위해서, B 함유량의 하한을 0.0010%로 해도 된다. 또한, B에 의한 인성 열화를 보다 억제하기 위해서는 B의 상한을 0.0080%, 0.0060% 또는 0.0040%로 해도 된다.

본 실시 형태에서는, 상기 성분 외에, 또한 용접 금속의 연성 및 인성을 조정할 목적으로, 필요에 따라, Ca 및 REM 중 1종 또는 2종을, 이하의 범위 내에서 플럭스 코어드 와이어 중에 함유시킬 수 있다.

(Ca: 0 내지 0.50%)

(REM: 0 내지 0.0100%)

Ca 및 REM은, 모두 황화물의 구조를 변화시키고, 용접 금속 중에서의 황화물 및 산화물의 사이즈를 미세화하여, 용접 금속의 연성 및 인성 향상에 기여한다. Ca 함유량 및 REM 함유량의 하한은 0%로 하는데, 그 효과를 얻기 위한 하한 함유량은, Ca에서는 0.01%로 해도 되고, REM에서는 0.0002%로 해도 된다. 한편, Ca 및／또는 REM을 과잉으로 함유하면, 황화물 및 산화물의 조대화를 발생시켜서, 용접 금속의 연성 및 인성의 열화를 초래한다. 또한, 용접 비드 형상의 열화 및 용접성의 열화 가능성도 발생한다. 따라서, 함유시키는 경우의 각각의 상한을, Ca에서는 0.50%, REM에서는 0.0100%로 한다. 이들 원소의 함유에 의한 효과를 확실하게 얻기 위해서, Ca 함유량의 하한을 0.03%로 해도 되고, REM 함유량의 하한을 0.0003%로 해도 된다.

본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어에서는, 합금 성분 또는 금속 탈산 성분으로서 이상과 같이 각 원소를 함유한다. 또한, 용접 금속의 인성을 확보하기 위해서는, 플럭스 코어드 와이어에 있어서, 이하의 (식 1)에 의해 정의되는, Mn 함유량의 1/2배와, Ni 함유량과, Cr 함유량의 3배의 합계값(TE)(Cr을 함유하지 않는 경우에는, Cr을 0%로 하여 계산함)이 2.9 내지 4.4%가 되도록 조정할 필요가 있다.

TE=[Mn]/2+[Ni]+3×[Cr] … (식 1)

단, []가 있는 원소는, 각각의 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

780MPa급의 고강도 강판의 용접 금속에서는, 조직이 베이나이트 주체이다. 용접 금속의 저온 인성을 확보하기 위해서는, γ 입자(오스테나이트 입자) 내의 산화물을 베이나이트 변태의 핵 생성 사이트로서 입자 내 변태를 시킴으로써, 미세한 베이나이트 조직을 얻을 필요가 있다. Mn, Ni 및 Cr은 주로 고용한 상태로 용접 금속 중에 존재하고, 이들 원소는, 입자 내 변태에 최적의 켄칭성을 얻음으로써 용접 금속의 인성을 확보하기 위해서 필요하다.

이들 원소를 함유하는 것에 의한 효과를 얻기 위해서는, (1/2)×[Mn]+[Ni]+3×[Cr], 즉 TE의 하한을 2.9%로 할 필요가 있다. TE가 2.9%보다 낮으면, 켄칭성이 저하됨으로써 조대한 입계 페라이트가 생성되므로, 용접 금속의 인성이 열화된다. 한편, TE가 4.4%를 초과하면, 켄칭성이 과도하게 향상되므로, 입자 내 변태가 일어나지 않아, 용접 금속의 금속 조직이 주로 조대한 베이나이트 조직 또는 조대한 마르텐사이트 조직이 되므로, 용접 금속의 인성이 열화된다. 강도와 인성의 보다 우수한 밸런스를 확보할 수 있는 범위로서, TE의 하한을 3.0%, 3.1% 또는 3.2%, TE의 상한을 4.2%, 4.0% 또는 3.9%로 하는 것이 바람직하다.

이러한 지견이 얻어진 실험에 대해서 도 2에 나타낸다. 도 2는, TE와 -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지의 관계를 나타내는 그래프이다. TE가 2.9% 미만인 경우, 및 TE가 4.4% 초과인 경우에는, 저온 인성이 저하된다. 따라서, TE는 2.9 내지 4.4%로 할 필요가 있다.

또한, 용접 금속의 인장 강도를 확보하기 위해서, 하기 (식 2)로 정의되는, 일본 용접 협회(WES)에서 정해진 탄소 당량(Ceq)이 0.50 내지 0.75%가 되도록 C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo 및 V의 함유량을 또한 조정할 필요가 있다.

Ceq=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 … (식 2)

단, []가 있는 원소는, 각각의 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다. 함유하고 있지 않은 원소는 0%로 한다.

Ceq의 값이 높은 경우, 용접 금속이 경화되므로 인장 강도가 향상되지만, 반면 용접 금속의 인성이 저하되고, 또한 용접 균열 감수성이 높아지므로, 저온 균열 억제의 대책이 필요해진다. 이 Ceq의 값이 0.50% 미만에서는, 용접 금속에 있어서 목적으로 하는 인장 강도 780MPa를 만족시킬 수 없고, Ceq의 값이 0.75%를 초과하면, 용접 금속의 인장 강도가 과잉이 되어, 용접 금속의 인성이 저하된다. 그로 인해, Ceq의 범위는 0.50 내지 0.75%로 한다. 인장 강도와 인성을 더 효과적으로 양립시키기 위해서, Ceq의 하한을 0.57%, 0.59% 또는 0.61%로 해도 되고, Ceq의 상한을 0.73%, 0.71%, 0.69% 또는 0.67%로 해도 된다.

또한, 합금 성분 또는 금속 탈산 성분으로서 함유되는 상술한 원소의 함유량에는, 그것들의 원소가 불화물, 금속 산화물, 금속 탄산염으로서 함유되는 경우의 함유량은 포함하지 않는다.

또한, 그것들의 원소는 반드시 순 물질(불순물을 함유하는 경우를 포함함)일 필요는 없어, Cu-Ni 등의 합금의 형태로 함유되어 있어도 전혀 문제는 없다. 또한, 그것들의 원소는 강제 외피 중에 함유되어 있어도, 플럭스로서 함유되어 있어도, 그 효과는 동일하다. 따라서, 강제 외피와 플럭스의 어느 것이라도, 상술한 원소를 함유하는 것이 가능하다.

계속해서, 플럭스 코어드 와이어의 강제 외피의 내부에 삽입되는 플럭스 성분에 대해서 설명한다.

이하의 설명에 있어서, 「%」는 특별히 설명이 없는 한 「질량%」를 의미하고, 각 성분의 함유량은, 강제 외피 및 플럭스를 포함하는 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한, 각 성분의 질량%를 의미하는 것으로 한다.

(CaF₂를 포함하는 금속 불화물: 3.3 내지 6.0%)

본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어는, CaF₂를 주성분으로 하는 금속 불화물을 합계로 3.3 내지 6.0% 포함한다. 금속 불화물로서, CaF₂ 이외에 BaF₂, SrF₂, MgF₂ 및 LiF 중 1종 또는 2종 이상을 필요에 따라서 함유시켜도 된다.

CaF₂, BaF₂, SrF₂, MgF₂ 및 LiF 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 금속 불화물을, 플럭스 코어드 와이어 중에 상기와 같이 함유시킴으로써, 인장 강도 780MPa 이상의 고강도 강의 용접에 있어서, 용접 금속의 확산성 수소량을 미량으로 하여, 내저온 균열성을 극적으로 개선하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 780MPa 이상의 인장 강도를 갖는 고강도 강의 용접 시에도, 예열을 생략 또는 간략화해서 용접하는 것이 가능해진다. 또한, 금속 불화물은 용접 금속 중의 산소량을 저감시키는 것에 대해서 유효하므로, 금속 불화물은 용접 금속의 인성도 향상시키는 것이 가능하다.

이들 효과를 얻기 위해서는, 금속 불화물의 함유량의 합계의 하한을 3.3%로 할 필요가 있다. 금속 불화물의 함유량의 합계가 3.3% 미만인 경우, 상술한 효과를 충분히 얻을 수 없다. 금속 불화물의 함유량의 합계가 6.0%를 초과하면, 용접흄이 과잉 생성됨으로써 실드 가스에 의한 실드 효과가 저하되어, 실드 가스에의 대기의 휩쓸림, 및 슬래그가 과잉 생성됨으로써 용접부에 슬래그 말림이 발생함으로써, 용접 작업성이 현저하게 열화되어 바람직하지 않다. 즉, CaF₂, BaF₂, SrF₂, MgF₂ 및 LiF 중 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 그 함유량의 합계를 α라고 했을 때, 상기 α가 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 3.3 내지 6.0%로 한다. 용접 금속의 인성을 보다 향상시키기 위해서, 금속 불화물의 함유량의 합계의 하한을 3.5% 또는 3.7%로 해도 되고, 용접 작업성의 열화를 억제하기 위해서, 금속 불화물의 함유량의 합계의 상한을 5.8%, 5.6% 또는 5.4%로 해도 된다.

또한, 인성을 향상시키는 효과면에서는, 금속 불화물로서 CaF₂, BaF₂, SrF₂, MgF₂ 및 LiF의 어느 것이라도 사용할 수 있다. 그러나, 용접 작업성의 면에서, CaF₂를 플럭스의 주성분으로 한 편이 바람직하다. 또한, 아크 안정성의 확보 및 스퍼터의 억제 등의 용접 작업성을 우선할 경우에는, 포함되는 금속 불화물(CaF₂, BaF₂, SrF₂, MgF₂ 및／또는 LiF)의 함유량의 합계(α)에 대한 CaF₂의 질량%의 하한을 90%로 하는 것이 바람직하다. 필요에 따라, α에 대한 CaF₂의 질량%의 하한을 95% 또는 100%로 해도 된다.

플럭스 코어드 와이어에 관한 기술 분야에 있어서, 금속 불화물에 의한 확산성 수소의 저감 효과를 상세하게 검토한 예는 없다. 본 실시 형태에서는, 다른 플럭스 성분, 용접 금속의 기계 특성 및 용접 작업성 등을 감안하여, 확산성 수소를 저감시키기 위해서 최적인 형태가 발견되었다. 금속 불화물이 용접 금속 중의 확산성 수소를 저감시키는 이유는, 금속 불화물이 용접 아크에 의해 분해되고, 분해에 의해 생성된 불소가 수소와 결합해서 HF 가스가 되고, 이 HF 가스가 대기중에 흩어지기 때문에, 또는, 용접 금속 중에 수소가 HF로서 고정되기 때문이라고 생각된다.

(금속 산화물: 0.4 내지 1.2%)

본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어에서는, 슬래그 형성제로서, Ti 산화물, Si 산화물, Mg 산화물, Zr 산화물 및 Al 산화물, 예를 들어, TiO₂, SiO₂, ZrO₂, MgO 및 Al₂O₃ 등의 금속 산화물 중 1종 또는 2종 이상이 포함된다. 이들 금속 산화물은, 용접 비드 형상을 양호하게 유지하기 위해서 포함된다. 금속 산화물의 적정한 효과를 얻기 위해서는, 금속 산화물의 합계 함유량(β)의 하한을 0.4%로 할 필요가 있다. 그러나, 금속 산화물의 합계 함유량(β)이 1.2%를 초과하면, 용접 금속의 산소량이 증가하여, 인성을 열화시키므로 바람직하지 않다.

이들 금속 산화물의 합계 함유량은, TiO₂, SiO₂, ZrO₂, MgO, Al₂O₃의 합계 함유량 외에, 플럭스의 조립에 사용되는 바인더 등에 포함되는 금속 산화물의 함유량도 포함한 함유량으로 한다. 이들 금속 산화물의 효과를 확실하게 얻기 위해서, 금속 산화물의 합계 함유량의 하한을 0.45%, 0.5%, 0.55% 또는 0.6%로 해도 된다. 또한, 금속 산화물의 함유에 의한 용접 금속의 인성 열화를 최대한 억제하기 위해서, 금속 산화물의 합계 함유량의 상한을 1.0%, 0.9% 또는 0.8%로 해도 된다.

Ti 산화물, Si 산화물, Mg 산화물, Zr 산화물 및 Al 산화물의 각각의 함유량을 특별히 정할 필요는 없고, 함유량(β)이 상기 범위 내이면 되며, 각각의 하한은 0%이다. 단, 양호한 비드 형상을 얻기 위해서, TiO₂를 0.1 내지 0.5%, SiO₂를 0.3 내지 0.6%의 범위에서 첨가해도 된다.

이상 외에, 필요에 따라 아크 안정제를 또한 플럭스 중에 함유시켜도 된다. 아크 안정제로서는, Na, 또는 K의 산화물 또는 불화물(예를 들어, Na₂O, NaF, K₂O, KF, K₂SiF₆, K₂ZrF₆) 등이 있고, 그 함유량의 합계는 0.001 내지 0.40%가 적당하다. 그러나, 반드시 아크 안정제를 함유하지 않아도 되므로, Na 또는 K의 산화물 또는 불화물의 합계 함유량의 하한은 0%이다. 또한, 여기에서 예시한 아크 안정제로서의 산화물 및 불화물은, 상술된 슬래그 형성제로서의 금속 산화물, 및 확산성 수소를 저감시키기 위한 금속 불화물에는 포함시키지 않는다. Na 및 K의 산화물 및 불화물이 많으면, 아크가 강해져서 스퍼터 등이 증가하므로, 필요에 따라, 이들 함유량의 합계를 0.30% 이하, 0.20% 이하, 0.10% 미만, 0.08% 이하로 제한해도 된다.

용접 금속의 저온 인성 확보의 효과를 얻기 위해서, CaF₂, BaF₂, SrF₂, MgF₂및 LiF의 함유량의 합계를 α라고 하고, Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Mg 산화물 및 Al 산화물의 함유량의 합계를 β라고 한 경우, α 및 β가 이하의 식 3을 만족하는 것이 더욱 바람직하다. 즉, β에 대한 α의 비가 3.1 내지 15.0인 것이 바람직하다.

3.1≤α/β≤15.0 …(식 3)

이 이유는, α/β가 3.1 미만에서는, 금속 불화물에 의한 산소 저감 효과를 충분히 얻지 못하고, 한쪽에서 α/β가 15.0을 초과하면, 과잉으로 산소가 저감됨으로써, 입자 내 변태를 이용한 조직 미세화에 최적인 산화물량을 얻을 수 없게 되기 때문이다.

(CaO: 0.15% 이하)

본 실시 형태에 있어서는, 플럭스 중에 CaO가 포함되지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 플럭스의 원료에 CaO가 함유되어 있는 경우가 있다. 그 경우, 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로, CaO 함유량의 상한을 0.15%로 하는 것이 바람직하다. CaO 함유량의 상한을 0.15%로 하면, 본 발명의 효과는 얻을 수 있다. 즉, CaO 함유량의 상한이 0.15%가 되도록 플럭스의 원료를 선정하는 것이 바람직하다. 또한, 필요에 따라, CaO의 함유량의 상한을 0.12%, 0.10% 또는 0.08%로 해도 된다.

발명자들은, 실험에 의해 이하의 지견을 얻었다. CaO는, 대기에 접촉하면, 수소를 포함하는 화합물인 CaOH로 변화하여, 용접 금속의 확산성 수소를 증가시키므로, 플럭스의 함유 성분으로서 바람직하지 않다. 또한, CaO는, 용융 풀의 염기도를 높임으로써, 용접 금속의 산소를 저감시키는 효과가 있다. 본 실시 형태에서는, 산화물을 입자 내 변태의 핵 생성 사이트로서 이용함으로써 용접 금속의 금속 조직을 미세화하여, 용접 금속의 인성을 향상시키고 있으므로, CaO와 금속 불화물을 플럭스에 복합적으로 함유시키는 것은, 용접 금속의 산소량을 과잉으로 저감시켜, 용접 금속의 저온 인성을 저하시키므로, 바람직하지 않다.

이러한 지견이 얻어진 실험에 대해서 도 3 및 도 4에 나타낸다. 도 3에 나타낸 결과로부터, CaO가 증가함에 따라 용접 금속 중의 확산성 수소가 증가하는데, CaO 함유량이 0.15%를 하회할 경우, 확산성 수소량이 1.0ml/100g 이하가 되는 것을 알 수 있었다. 도 4에 나타낸 결과로부터, CaO가 증가함에 따라 용접 금속 중의 산소량이 저감되는 것을 알 수 있었다. 본 실시 형태에서는, 용접 금속 중의 산소량이 과잉으로 저감되면 용접 금속의 저온 인성이 저하된다. 따라서, 확산성 수소량 및 산소량 양쪽을 고려하면, CaO 함유량의 상한은 0.15%로 하는 것이 바람직하다.

(금속 탄산염: 0.1 내지 0.5%)

본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어는, 아크 안정화 작용과 아크 집중성을 높일 목적으로, CaCO₃, BaCO₃, SrCO₃, MgCO₃ 및 Li₂CO₃ 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 금속 탄산염을 0.1 내지 0.5% 함유할 필요가 있다. 금속 탄산염의 함유량의 합계가 0.1% 미만에서는, 상기와 같은 효과를 충분히 얻을 수 없어, 아크가 불안정해져서 비드 형상이 열화된다. 한편, 금속 탄산염의 함유량의 합계가 0.5%를 초과하면, 아크의 집중성이 너무 강해서 스패터 발생량이 많아진다. 용접성을 보다 향상시키기 위해서, 금속 탄산염의 함유량의 합계의 상한을 0.45% 또는 0.4%로 해도 된다. 필요에 따라, 금속 탄산염의 합계의 하한을 0.15% 또는 0.2%로 해도 된다.

(Fe분: 10% 미만)

Fe분은, 플럭스 코어드 와이어에서의 플럭스의 충전율의 조정을 위해서, 또는 용착 효율의 향상을 위하여 필요에 따라 함유시키는 경우가 있다. 그러나, Fe분의 표층은 산화되어 있으므로, 플럭스가 Fe분을 과잉으로 함유하면, 용접 금속의 산소량을 증가시켜서 인성을 저하시키는 경우가 있다. 따라서, Fe분은 함유시키지 않아도 된다. 충전율의 조정을 위해서 Fe분을 함유시키는 경우에는, 용접 금속의 인성을 확보하기 위해서, Fe분의 함유량의 상한을 10% 미만으로 한다.

이상이 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어의 성분 조성에 관한 한정 이유인데, 기타의 잔량부의 성분은 Fe 및 불순물이다. Fe 성분으로서는, 강제 외피의 Fe, 플럭스 중에 포함되는 철분 및 합금 성분 중의 Fe가 포함된다. 또한, 철을 주성분으로 하는 잔량부가 본 발명의 특성을 저해하지 않는 범위에서, 제조 과정 등에서 혼입되는 불순물을 함유해도 된다.

계속해서, 플럭스 코어드 와이어의 형태에 대해서 설명한다.

강제 외피의 내부에 플럭스가 충전된 플럭스 코어드 와이어는, 강제 외피에 슬릿 형상의 간극이 없는 심리스 형상을 갖는 심리스 와이어와, 강제 외피의 이음매에 슬릿 형상의 간극을 갖는 와이어(심을 갖는 와이어)로 대별할 수 있다.

본 실시 형태에서는 어느 쪽의 구조도 채용할 수 있다. 그러나, 슬릿 형상의 간극이 플럭스 코어드 와이어의 강제 외피에 존재하면, 플럭스 코어드 와이어의 보관중에, 대기중의 수분이 간극으로부터 플럭스 코어드 와이어 내에 침입하여, 플럭스가 흡습되는 경우가 있다. 이러한 상태의 플럭스 코어드 와이어를 사용해서 용접을 행하면, 용접 금속 중의 확산성 수소량이 증가하여, 용접 금속의 저온 균열이 발생하는 경우가 있다. 용접 금속의 저온 균열을 억제하기 위해서는, 플럭스 코어드 와이어를 심리스 와이어로 하는 것이 바람직하다.

또한, 용접 시에 플럭스 코어드 와이어의 송급성을 향상시키기 위해서, 플럭스 코어드 와이어의 표면에 윤활제를 도포할 수 있다. 플럭스 코어드 와이어용의 윤활제로서는, 여러 종류의 것을 사용할 수 있지만, 용접 금속의 저온 균열을 억제하기 위해서는, 퍼플루오로폴리에테르 오일(PFPE 오일)을 사용하는 것이 바람직하다. 퍼플루오로폴리에테르 오일은 수소 성분을 포함하지 않는다. 따라서, 퍼플루오로폴리에테르 오일은, 윤활제로서 플럭스 코어드 와이어에 도포되어도, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 증가시키지 않는다.

용접 시에 용접부에 침입하는 수소는, 용접 금속 내 및 강재 내에 확산되고, 특히 응력 집중부에 집적되어 저온 균열의 발생 원인이 된다. 이 수소의 공급원으로서는, 용접 재료가 보유하는 수분, 대기로부터 혼입되는 수분, 및 강재 표면에 부착된 녹이나 스케일 등을 생각할 수 있다. 용접부의 청정성, 및 가스 실드의 조건이 충분히 관리된 용접 조건 하에서는, 플럭스 코어드 와이어 중에 주로 수분으로서 함유되는 수소가, 용접 조인트 중의 확산성 수소의 주된 공급원이 된다.

이로 인해, 강제 외피를 심리스의 관으로 하고, 플럭스 코어드 와이어의 제조부터 플럭스 코어드 와이어의 사용까지의 기간 내에, 대기로부터 강제 외피를 통해서 플럭스 중에 수소가 침입하는 것을 억제하는 것이 바람직하다.

강제 외피를, 심을 갖는 관으로 한 경우, 대기중의 수분이 강제 외피의 심을 통해서 플럭스 중에 침입하는 경우가 있다. 심을 갖는 플럭스 코어드 와이어는, 제조 후 그대로의 형태에서는, 수분 등의 수소원의 침입을 충분히 방지할 수 없는 경우가 있으므로, 플럭스 코어드 와이어의 제조부터 플럭스 코어드 와이어의 사용까지의 기간이 긴 경우에는, 플럭스 코어드 와이어 전체를 진공 포장하거나, 또는 플럭스 코어드 와이어를 건조한 상태로 유지할 수 있는 용기 내에서 이것을 보존하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서, 용접 금속 또는 용착 금속의 인장 강도는, 780MPa 이상의 인장 강도를 갖는 고장력 강과 동등 레벨의 인장 강도로 하고 있다. 여기서, 용착 금속(Deposited Metal)이란, 용가재(플럭스 코어드 와이어)로부터 용접부에 이행한 금속을 나타내며, 용접 금속(Weld Metal)이란, 용접중에 용융 응고된 금속(용융부, 즉 용접부 중에서 모재가 용융된 부분과, 용착 금속의 양측)을 나타낸다. 용접 금속 또는 용착 금속의 인장 강도는, 당해의 플럭스 코어드 와이어를 사용해서 제작된 용접 조인트의 용접 금속 또는 용착 금속에 인장 시험을 행함으로써 측정할 수 있다. 또한, 경도와 인장 강도의 사이에는 좋은 상관 관계가 있는 것이 알려져 있다. 이 상관 관계를 이용하여, 용접 조인트의 용접 금속 또는 용착 금속의 경도를 측정하고, 경도로부터 환산하여 용접 금속 또는 용착 금속의 인장 강도를 구해도 된다. 또한, 플럭스 코어드 와이어를 입수할 수 있다면, 고장력 강을 사용한 용접 조인트를 제작하지 않아도, 일본 공업 규격 JIS Z3111-2005에 규정된 용착 금속의 인장 시험을 행하여, 용착 금속의 인장 강도를 구해도 된다. 또한, 용접 금속 또는 용착 금속의 인장 강도의 상한을 특별히 제한할 필요는 없지만, 필요가 있다면, 940MPa, 930MPa 또는 900MPa로 제한해도 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 용접 금속 또는 용착 금속의 -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지(3개의 평균값)을 69J 이상으로 해도 되고, 또는, 단위 면적당의 용접 금속 또는 용착 금속의 -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지를 86J/cm²이상으로 해도 된다. 서브 사이즈 시험편으로 샤르피 충격 시험을 행할 경우에는, -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지를 86J/cm² 이상으로 해도 된다.

이상과 같이 구성되는 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어는, 통상의 플럭스 코어드 와이어의 제조 공정에 의해 제조할 수 있다.

즉, 먼저, 강제 외피가 되는 강대와, 금속 불화물, 합금 성분, 금속 산화물, 금속 탄산염 및 아크 안정제가 소정의 함유량이 되도록 배합한 플럭스를 준비한다. 계속해서, 강대를, 길이 방향으로 보내면서 성형 롤에 의해 성형하여 오픈관(U자형)으로 하고, 이것을 강제 외피라 한다. 강대의 성형 도중에 오픈관의 개구부로부터 플럭스를 공급한다. 강대의 성형 후에, 개구부가 상대하는 에지면을 맞대기 심 용접하여, 이음매가 없는 관을 얻는다. 이 이음매가 없는 관을, 신선하고, 이 신선을 행하는 신선 공정의 도중 또는 신선 공정의 완료 후에 이음매가 없는 관을 어닐링 처리한다. 이상의 공정에 의해, 원하는 선 직경을 갖고, 강제 외피의 내부에 플럭스가 충전된 심리스 와이어를 얻는다. 심을 갖는 플럭스 코어드 와이어는, 오픈관 개구부로부터 플럭스를 공급한 후, 심 용접을 하지 않은 이음매가 있는 관으로 하고, 그 관을 신선함으로써 얻을 수 있다.

이어서, 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 방법, 용접 조인트의 제조 방법 및 용접 조인트에 대해서 설명한다.

본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 방법(본 실시 형태에 따른 용접 방법)에서는, 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어와 실드 가스를 사용해서 용접한다. 이 실드 가스는 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로 다용되고 있는 100vol%의 Ar 가스(순 Ar 가스, 100vol%의 탄산 가스(순 탄산 가스), 또는 Ar과 3 내지 30vol% CO₂의 혼합 가스 중 어느 1종인 것이 바람직하다. 또한, 용접의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 가스 실드 아크 용접이 적합하다.

본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어를 사용한 용접 조인트의 제조 방법(본 실시 형태에 따른 용접 조인트의 제조 방법)에서는, 강판에, 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어와, 상술한 실드 가스를 사용해서 용접한다. 이 강판은 특별히 한정되지 않지만, 주로 인장 강도 780MPa 이상의 강재에 적용할 수 있다. 용접 금속의 인장 강도보다 높은 인장 강도의 강재에 용접을 행하는 것은 방해할 수 없으므로, 강재의 인장 강도의 상한을 특별히 제한할 필요는 없다. 그러나, 강재의 인장 강도의 상한을, 1100MPa, 1050MPa, 1000MPa, 940MPa 또는 900MPa로 제한해도 된다. 강재의 판 두께를 특별히 한정할 필요는 없지만, 일반적으로는 판 두께 3 내지 100mm의 강재가 있으므로, 이 판 두께로 한정해도 지장없다.

본 실시 형태의 용접 조인트 제조 방법에 의해 제조되는 용접 조인트(본 실시 형태에 따른 용접 조인트)는, 인장 강도가 780MPa 이상이며, 판 두께가 3 내지 100mm인 강재(단, 강재의 열 영향부를 포함함)와, 용접 금속을 구비한다. 본 실시 형태에 따른 용접 조인트는, 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 미만이고, 용접 금속 중의 산소량이 300 내지 400ppm이며, 용접 금속의 인장 강도가 780 내지 940MPa이며, 용접 금속의 -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 69J 이상이어도 된다. 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어를 사용해서 제조되는 용접 조인트의 용접 금속의 확산성 수소량은, 1.0ml/100g 미만이다. 또한, 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어를 사용해서 제조되는 용접 조인트의 용접 금속 중의 산소량은, 300 내지 400ppm이다. 이 용접 금속 중의 산소량은, 공지된 방법에 의해 측정하는 것이 가능하다. 용접 금속 중의 산소량의 측정 방법으로서, 예를 들어 불활성 가스 용해 적외선 흡수법에 의한 측정 방법이 예시된다. 용접 금속의 확산성 수소량을 1.0ml/100g 미만으로 제한하고, 또한 용접 조인트의 용접 금속 중의 산소량을 300 내지 400ppm으로 함으로써, 용접부의 인성 및 내저온 균열성을 높일 수 있다. 본 실시 형태의 플럭스 코어드 와이어를 사용해서 제조되는 용접 조인트는, 인장 강도가 780 내지 940MPa이며, -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 69J 이상인 용접 금속을 갖는다.

본 실시 형태에 따른 용접 조인트는, 그 모재가, 용접 균열 감수성이 높은 고강도 강임에도 불구하고, 강도 및 저온 인성이 우수하다.

(실시예)

이어서, 실시예에 의해 본 발명의 실시 가능성 및 효과에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.

강대를, 길이 방향으로 보내면서 성형 롤에 의해 성형해서 오픈관으로 하고, 이 성형 도중의 오픈관의 개구부로부터 오픈관 내에 플럭스를 공급하고, 계속해서 성형 후의 개구부가 상대하는 에지면을 맞대기 심 용접해서 오픈관을 이음매가 없는 관으로 하고, 이렇게 조관함으로써 얻어진 플럭스 코어드 와이어를 신선하고, 이 신선 작업 도중에 플럭스 코어드 와이어에 어닐링을 가함으로써, 최종의 와이어 직경이 φ1.2mm인 플럭스 코어드 와이어를 시험 제작하였다. 시험 제작 후, 플럭스 코어드 와이어의 표면에는 윤활제를 도포하였다. 또한, 일부는 심 용접을 하지 않는 이음매가 있는 관을 신선함으로써, 와이어 직경이 φ1.2mm인 심을 갖는 플럭스 코어드 와이어를 시험 제작하였다. 또한, 합금 성분은 본 발명의 범위 내인데 플럭스를 포함하지 않는 솔리드 와이어(중공이 아닌, 단면 동질인 용접 와이어)도 시험 제작하였다.

시험 제작한 플럭스 코어드 와이어의 화학 성분의 분석은 이하와 같이 행하였다. 먼저, 충전된 플럭스를 플럭스 코어드 와이어로부터 취출하고, 플럭스 코어드 와이어를 강제 외피와 플럭스로 나누었다. 강제 외피의 화학 성분은, 화학 분석에 의해 각 금속 성분의 함유량을 측정함으로써 구해졌다. 플럭스는, 우선 X선 회절, 및 형광 X선 분석에 의해 구성물 및 성분에 대한 정량 평가가 행하여졌다. 이 후, 부유 선광 및 자력 선광 등의 선광법을 이용해서 플럭스를 슬래그분과 합금분으로 분리하고, 각각의 화학 성분을, 화학 분석 및 가스 분석 등을 행함으로써 분석하였다.

시험 제작한 플럭스 코어드 와이어의 성분 조성을 [표 1-1] 내지 [표 1-6] 및 [표 2-1] 내지 [표 2-6]에 나타내었다. 또한, [표 2-1] 내지 [표 2-6]에 기재된 화학 성분은, 불화물, 금속 산화물 및 금속 탄산염의 화학 성분을 포함하지 않는다. 표에 기재된 실시예 및 비교예 중, A78 및 A85는 심을 갖는 플럭스 코어드 와이어이며, B39 및 B40은 솔리드 와이어(SW)이었다. 기타의 실시예 및 비교예는, 모두 심리스 형상을 갖는 플럭스 코어드 와이어이었다. 또한, 표에 기재된 실시예 및 비교예 중, A03, A12, A19, A36, A39, A40, A42, A61 및 B18은, PFPE 오일이 도포되었다. 기타의 실시예 및 비교예는 PFPE 오일이 도포되지 않았다. 또한, 표 중의 「-」라는 기호는, 원소를 의도적으로 함유시키지 않은 것을 나타낸다.

판 두께가 20mm인 모재를, 루트 갭 16mm, 및 개선 각도 20°로 맞대기하고, 받침쇠를 사용하여, [표 3]에 나타낸 용접 조건에서, 상술한 플럭스 코어드 와이어를 사용해서 용접을 실시하였다. 또한, 모재 및 받침쇠로서는 JIS G3106-2008에 규정된 SM490A를 사용했지만, 모재의 개선면 및 받침쇠의 표면에는, 시험을 행하는 플럭스 코어드 와이어를 사용하여, 2층 이상, 또한 보강 용접 높이 3mm 이상의 버터링을 실시하였다.

[표 1-1]

[표 1-2]

[표 1-3]

[표 1-4]

[표 1-5]

[표 1-6]

[표 2-1]

[표 2-2]

[표 2-3]

[표 2-4]

[표 2-5]

[표 2-6]

얻어진 용접 금속(3)으로부터, 도 1에 도시한 바와 같이, JIS Z3111-2005(용착 금속의 인장 및 충격 시험 방법)에 준거한 A1호 인장 시험편(환봉)(직경=12.5mm)(5)과 샤르피 시험편(V 노치 시험편)(4)을 채취하고, 기계 특성 시험을 행하여, 용착 금속의 인장 강도 및 샤르피 흡수 에너지를 측정하였다. 또한, 개선부 및 받침쇠의 표면에는 버터링이 실시되었다.

기계 특성의 평가 기준은 이하대로 하였다. 또한, 용착 금속의 기계적 특성이 합격 기준을 상회하고 있는 경우, 실질적으로, 용접 금속도 용착 금속과 동일한 특성을 갖는다고 판단할 수 있다.

·인장 강도: 실온에서 인장 강도 780MPa 이상의 시료를 합격으로 하였다.

·인성: -40℃에서의 샤르피 충격 시험에서, 흡수 에너지(3개의 평균값)가 69J 이상의 시료를 합격으로 하였다.

얻어진 기계 특성의 평가 결과를 [표 4-1] 내지 [표 4-6]에 나타내었다.

또한, 얻어진 용착 금속으로부터 시험편을 채취하여, 용착 금속 중의 산소량을 측정하였다.

용착 금속의 산소량 측정은, 불활성 가스 용해 적외선 흡수법에 의해 측정하였다. 측정한 산소량을 [표 4-1] 내지 [표 4-6]에 나타내었다.

산소량의 평가는, 불화물에 의한 저산소화에 의한 인성 개선 효과를 얻기 위해서, 또한, 입자 내 변태를 이용한 조직 미세화에 의한 저온 인성 향상 효과를 얻기 위해서 최적의 산소량인 300 내지 400ppm인 것을 합격으로 하였다. 또한, 용착 금속의 산소량이 합격 기준을 만족하고 있는 경우, 실질적으로, 용접 금속도 산소량에 관한 합격 기준을 만족하고 있다고 판단할 수 있다.

확산성 수소량의 측정은, 기계 특성 시험과 동일한 용접 조건에서 용접된 시험편에 대하여, JIS Z3118-2007(강 용접부의 수소량 측정 방법)에 준거한 가스크로마토그래피법에 의해 실시했다(확산성 수소 시험).

결과를 [표 4-1] 내지 [표 4-6]에 나타내었다. 측정한 확산성 수소량의 평가 기준은 이하대로 하였다.

·확산 수소량: 1.0ml/100g 미만(극저 수소 수준)을 합격으로 하였다.

내저온 균열성의 평가는, JIS Z3157-1993(U형 용접 균열 시험)에 준거한 방법으로 시험을 행함으로써 실시하였다. 즉, 우선 용접 구조용 고장력 강판인, WEL-TEN780(상표)(신니테츠스미킨(주)제)의 판 두께 25mm의 강판을, 루트 간격이 1mm인 U형에 모서리 가공해서 U형 용접 균열 시험체를 제작하였다. 계속해서, 온도 0℃이면서 습도 60%의 일정 분위기 하의 용접 장소에 있어서, 표 3의 용접 조건으로 시험 용접을 실시하여, 시험체를 얻었다. 이 용접된 시험체의 단면 관찰을 행하여 균열율을 측정하고, 이 측정 결과에 기초하여, 플럭스 코어드 와이어의 내저온 균열성을 평가하였다. 내저온 균열성의 평가는 이하대로 하였다.

·내저온 균열성: U형 용접 균열 시험에서, 단면 균열이 용접부에서 발생하지 않았던 시료(단면 균열율이 0인 시료)를 합격으로 하였다.

얻어진 U형 용접 균열 시험 결과를 [표 4-1] 내지 [표 4-6]에 나타내었다. 확산성 수소가 1.0ml/100g 미만인 것은, 매우 저온의 조건인 0℃에서 예열을 행하지 않고 시험 용접을 실시한 경우에도, U형 용접 균열 시험에서 제작된 시험체의 모든 단면에 있어서, 단면 균열 없음(단면 균열이 발생하지 않은 것)이며, 매우 높은 내저온 균열성이 증명되었다.

[표 4-1] 내지 [표 4-6]의 시험 결과에 나타낸 바와 같이, 본 발명예인 플럭스 코어드 와이어 번호 A01 내지 A85는, 인장 강도, 인성, 용착 금속 산소량, 확산성 수소량, 내저온 균열성 모두가 우수하여 합격이었다.

한편, 비교예인 플럭스 코어드 와이어 번호 B01 내지 B44는, 본 발명에서 규정하는 요건을 충족시키고 있지 않으므로, 내저온 균열성 및 -40℃ 샤르피 흡수 에너지 등이 합격 여부 판단 기준을 만족하고 있지 않아, 모두 종합 판정에서 불합격이 되었다.

[표 4-1]

[표 4-2]

[표 4-3]

[표 4-4]

[표 4-5]

[표 4-6]

780MPa 이상의 고강도 강의 용접 시에, 본 발명의 플럭스 코어드 와이어를 사용함으로써, 저온 균열을 억제하기 위한 예열 작업이 불필요, 또는, 예열 작업을 현저하게 저감시킬 수 있으므로, 용접 시공 능률을 현저하게 향상시킬 수 있어, 산업계에서의 가치는 매우 높다.

1 : 강판
2 : 받침쇠
3 : 용접 비드
4 : 샤르피 시험편(V 노치 시험편)
5 : A1호 인장 시험편(환봉)(직경=12.5mm)

Claims

강제 외피의 내부에 플럭스가 충전된 플럭스 코어드 와이어이며, 상기 플럭스 중에,
CaF₂, BaF₂, SrF₂, MgF₂ 및 LiF 중 1종 또는 2종 이상의 불화물이 함유되고, 그 함유량의 합계를 α라고 했을 때, 상기 α가 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 3.3 내지 6.0%이며, 상기 α에 대한 상기 CaF₂의 함유량의 비가 0.89이상이며,
Ti 산화물, Si 산화물, Zr 산화물, Mg 산화물 및 Al 산화물 중 1종 또는 2종 이상의 금속 산화물이 함유되고, 그 함유량의 합계를 β라고 했을 때, 상기 β가 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 0.4 내지 1.2%이며,
CaCO₃, BaCO₃, SrCO₃, MgCO₃ 및 Li₂CO₃ 중 1종 또는 2종 이상의 금속 탄산염이 함유되고, 그 함유량의 합계가, 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 0.1 내지 0.5%이며,
상기 플럭스 중의 철분의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 10% 미만이고,
상기 불화물, 상기 금속 산화물 및 상기 금속 탄산염을 제외한 화학 성분이, 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로:
C: 0.04 내지 0.09%;
Si: 0.3 내지 1.0%;
Mn: 1.0 내지 2.5%;
Al: 0.001 내지 0.050%;
Ni: 1.5 내지 3.5%;
V:0 내지 0.04%;
P: 0.02% 이하;
S: 0.02% 이하;
Cu: 0 내지 0.5%;
Cr: 0 내지 0.5%;
Mo: 0.3 내지 1.0%;
Ti: 0 내지 0.30%;
Nb: 0 내지 0.10%;
B: 0 내지 0.0100%;
Ca: 0 내지 0.50%;
REM: 0 내지 0.0100%;
잔량부: 철 및 불순물로 이루어지고,
이하의 식a로 정의되는 Ceq가 0.60 내지 0.75질량%이며,
이하의 식b로 정의되는 TE가 2.9 내지 4.4질량%인 것을 특징으로 하는 플럭스 코어드 와이어.
Ceq=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Ni]/40+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 …(식a)
TE=[Mn]/2+[Ni]+3×[Cr] …(식b)
단, []가 있는 원소는, 각각의 원소의 질량%에서의 함유량을 나타낸다.
제1항에 있어서,
상기 플럭스 코어드 와이어 중의 CaO의 함유량이, 상기 플럭스 코어드 와이어 전체 질량에 대한 질량%로 0.15% 이하인 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 α에 대한 상기 CaF₂의 함유량의 비가 0.90 이상인 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 β에 대한 상기 α의 비가 3.1 내지 15.0인 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플럭스 코어드 와이어를 사용한 가스 실드 아크 용접에 대한, 일본 공업 규격 JIS Z3111-2005에 규정된 용착 금속의 인장 시험에 있어서, 상기 용착 금속의 인장 강도가 780 내지 940MPa가 되는 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 강제 외피가 심리스 형상인 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 플럭스 코어드 와이어의 표면에 퍼플루오로폴리에테르 오일이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는, 플럭스 코어드 와이어.
제1항 또는 제2항에 기재된 플럭스 코어드 와이어를 사용하고, 또한,
실드 가스로서, 순 Ar 가스, 순 탄산 가스, 또는 Ar과 3 내지 30vol% CO₂의 혼합 가스를 사용하여 강재를 용접하는 것을 특징으로 하는 용접 방법.
제8항에 기재된 용접 방법에 의해 용접하는 것을 특징으로 하는 용접 조인트의 제조 방법이며,
상기 강재의 판 두께가 3 내지 100mm이며,
상기 강재의 인장 강도가 780MPa 이상인, 용접 조인트의 제조 방법.
제9항에 기재된 용접 조인트의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 용접 조인트이며,
판 두께가 3 내지 100mm이며, 인장 강도가 780MPa 이상인 상기 강재와,
용접 금속을 구비하는, 용접 조인트.
제10항에 있어서,
상기 용접 금속의 확산성 수소량이 1.0ml/100g 미만이고,
상기 용접 금속 중의 산소량이 300 내지 400ppm이며,
상기 용접 금속의 인장 강도가 780 내지 940MPa이며,
상기 용접 금속의 -40℃에서의 샤르피 흡수 에너지가 86J/cm² 이상인 것을 특징으로 하는, 용접 조인트.