KR102099579B1

KR102099579B1 - 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어

Info

Publication number: KR102099579B1
Application number: KR1020187027188A
Authority: KR
Inventors: 가즈유키 기쿠치; 히로유키 가와사키; 요시마사 무라니시
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2020-04-10
Also published as: CN108463311A; WO2017164207A1; KR20180117135A; JP2017170518A; JP6746338B2

Abstract

와이어 전체 질량당, TiO₂, Ni, Mo, C, Si 및 Si 산화물의 Si 환산량의 합계, ZrO₂, Mn, Al, NaF, B 및 B 산화물의 B 환산량의 합계, Mg, MgO, NaF 이외의 Na 화합물의 Na 환산량과 K 화합물의 K 환산량의 합계, NaF 이외의 F 화합물의 F 환산량이 소정의 범위임과 함께, TiO₂의 함유량을 [TiO₂], Al의 함유량을 [Al]로 한 경우, 5.00≤[TiO₂]/[Al]≤70.00을 만족시킨다.

Description

가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어

본 발명은 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 관한 것이다.

종래부터, 용접 작업을 고능률로 행하기 위해, 플럭스 코어드 와이어를 이용한 가스 실드 아크 용접이 다양한 분야에서 행해지고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에서는, 용접에서의 입열량이 30∼50kJ/cm와 같은 대입열 용접에 있어서 양호한 용접 작업성을 유지하고, 입향 상진 용접에서 양호한 비드를 형성하고, 또한 양호한 기계적 성질의 용접 금속을 얻을 수 있는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어가 개시되어 있다.

그러나, 특허문헌 1에 따른 기술은, Mg를 첨가하는 것이 필수가 되어 있고, 플럭스 코어드 와이어의 내흡습성에 관해서 검토되어 있지 않아, 플럭스 코어드 와이어의 보관 시에 수분이 증가해 버린다.

플럭스 코어드 와이어의 내흡습성의 개선을 하는 기술에 대해서는, 지금까지도 다양한 기술이 창출되고 있고, 예를 들면, 특허문헌 2에 개시되어 있다.

일본 특허공개 2015-205304호 공보 일본 특허공개 2009-255168호 공보

일반적으로, 용접 금속 중에는 수소가 존재하지만, 그 양이 많아지면, 저온 균열이 발생하기 쉬워진다. 그러나, 종래의 플럭스 코어드 와이어는 보관 시에 흡습해 버려, 용접 금속 중의 수소량이 증가한다는 문제점이 있다. 이는 플럭스 코어드 와이어에 내포되어 있는 플럭스가 공기 중의 수분을 흡습하기 때문이다.

특허문헌 1에 따른 기술은, 플럭스 코어드 와이어 중의 원료에 Mg를 첨가하는 것이 필수가 되어 있고, 내흡습성이 뒤떨어져 있다.

한편, 특허문헌 2에 따른 기술은, 플럭스 코어드 와이어 중의 수분량을 억제하기 위해서, 강제 외피에 있어서 이음매를 없앨 뿐만 아니라, 플럭스 코어드 와이어를 직경이 10.0mm 이하가 될 때까지 축경시킨 후, 700℃ 이상 1000℃ 이하의 온도에서 소둔시키고 있다.

그러나, 특허문헌 1, 2에 따른 기술에서는, 대입열 용접에서의 용접 작업성, 얻어지는 용접 금속의 기계적 성질, 나아가서는 플럭스 코어드 와이어의 내흡습성에 대하여, 이들을 동시에 양호한 레벨에 도달시키는 것은 곤란하다.

그래서, 본 발명은, 대입열 용접에서의 용접 작업성이 우수함과 함께, 얻어지는 용접 금속의 기계적 성질이 우수하고, 또한 플럭스 코어드 와이어의 내흡습성이 양호한 플럭스 코어드 와이어를 제공하는 것을 과제로 한다.

즉, 본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, TiO₂: 4.0질량% 이상 10.0질량% 이하, Ni: 0.2질량% 이상 2.0질량% 이하, Mo: 0.01질량% 이상 0.50질량% 이하, C: 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하, Si 및 Si 산화물의 Si 환산량의 합계: 0.20질량% 이상 1.70질량% 이하, ZrO₂: 0.1질량% 이상 1.0질량% 이하, Mn: 1.3질량% 이상 3.5질량% 이하, Al: 0.10질량% 이상 1.00질량% 이하, NaF: 0.05질량% 이상 0.60질량% 이하, B 및 B 산화물의 B 환산량의 합계: 0.0003질량% 이상 0.0300질량% 이하, Mg: 0.10질량% 미만, MgO: 0.10질량% 미만, NaF 이외의 Na 화합물의 Na 환산량과 K 화합물의 K 환산량의 합계: 0.20질량% 이하, NaF 이외의 F 화합물의 F 환산량: 0.10질량% 이하임과 함께, TiO₂의 함유량을 [TiO₂], Al의 함유량을 [Al]로 한 경우, 5.00≤[TiO₂]/[Al]≤70.00을 만족시키는 구성이다.

이 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 의하면, NaF의 함유량을 소정 범위 내로 특정함으로써, 용접 중의 아크의 용적 이행이 안정되고, 아크 안정성을 향상시켜, 대입열 용접에 있어서 우수한 용접 작업성을 실현할 수 있다. 또, Ni 및 Mo를 소정 범위 내로 특정하는 것에 의해, 대입열 용접으로 얻어지는 용접 금속의 기계적 성질이 양호해진다. 게다가, 내흡습성을 열화시키는 Mg 및 MgO를 소정값 미만으로 특정함으로써, 양호한 내흡습성을 얻을 수 있다.

또한, 이 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 의하면, [TiO₂]/[Al]에 의해 산출되는 값을 소정 범위 내로 특정함으로써, 고전류뿐만 아니라 저전류에서도 용접 작업성이 향상됨과 함께, 용접 금속의 기계적 성질을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 와이어 전체 질량당, Al₂O₃: 0.5질량% 이하, Ca: 0.10질량% 이하, Ti: 0.25질량% 이하여도 된다.

이 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어에 의하면, Al₂O₃, Ca, Ti의 함유량을 소정값 이하로 특정함으로써, 용접 작업성을 보다 좋게 함과 함께, 용접 금속의 기계적 성질을 보다 향상시킬 수 있다.

본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 대입열 용접에서의 용접 작업성이 우수함과 함께, 얻어지는 용접 금속의 기계적 성질이 우수하고, 또한 내흡습성이 양호해진다.

또한, 본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 용접 전류가 고전류이든 저전류이든 우수한 용접 작업성을 발휘할 수 있고, 용접 자세에 대해서는, 특히 입향 상진 용접에 있어서 우수한 용접 작업성을 발휘할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세히 설명한다.

본 실시형태에 따른 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어(이하, 적절히 「와이어」라고 함)는, 가스 실드 아크 용접에 사용하는 와이어로서, 강제 외피 내에 플럭스가 충전된 것이다.

상세하게는, 본 실시형태에 따른 와이어는, 통 형상을 나타내는 강제 외피와, 그 강제 외피의 내측에 충전되는 플럭스로 이루어진다. 한편, 와이어는 강제 외피에 이음매가 없는 심리스 타입, 강제 외피에 이음매가 있는 심 타입 중 어느 형태여도 된다. 또한, 와이어는 표면(강제 외피의 외측)에 도금 등이 실시되어 있어도, 실시되어 있지 않아도 된다.

한편, 본 실시형태에 따른 와이어의 와이어경(직경)은 특별히 한정되지 않지만, 1.2∼2.4mm이면 된다.

그리고, 본 실시형태에 따른 와이어는, 와이어 전체 질량에 대해서 각 성분이 소정의 함유량이 됨과 함께, 일부의 성분의 함유량에 대해서는, 소정의 관계식을 만족시킨다.

이하, 본 실시형태에 따른 와이어의 각 성분의 함유량을 특정한 이유에 대하여 설명한다.

한편, 이하의 설명에 있어서, 예를 들면, 간단히 「Si」라고 나타내는 경우, 「순금속 Si」, 「합금 Si」 중 1종 이상을 의미한다.

또한, 「산화물」이란, 「단일 산화물」 및 「복합 산화물」 중 1종 이상을 의미한다. 「단일 산화물」이란, 예를 들면, Ti라면 Ti 단독의 산화물(TiO₂)을 말하고, 「복합 산화물」이란, 이들 단일 산화물이 복수 종류 집합한 것과, 예를 들면, Ti, Fe, Mn과 같은 복수의 금속 성분을 포함하는 산화물의 쌍방을 말한다.

[TiO₂: 4.0질량% 이상 10.0질량% 이하]

TiO₂는 용접 금속을 지지하는 중요한 역할을 담당하고 있다. 단, TiO₂의 함유량이 4.0질량% 미만이면, 대입열 용접 시에 용접 작업성이 열화되어 양호한 비드 형상 및 비드 외관을 확보할 수 없다. 한편, TiO₂의 함유량이 10.0질량%를 초과하면, 슬래그 융점이 높아져, 입향 상진 용접에서 위빙을 행한 경우에 슬래그가 일찍 굳는다. 이에 의해, 그의 운봉(運棒)을 따라 용접 금속이 형성되어, 비늘 형상(파목(波目) 형상)의 비드가 되어 버림과 함께, 양호한 비드 형상을 확보할 수 없다.

따라서, TiO₂의 함유량은 와이어 전체 질량당 4.0질량% 이상 10.0질량% 이하이다.

한편, TiO₂의 함유량은, 대입열 용접 시의 비드 형상을 보다 양호한 것으로 하는 관점에서, 6.0질량% 이상이 바람직하다. 또한, TiO₂의 함유량은, 대입열 용접 시의 비드 형상을 보다 양호한 비드 형상 및 비드 외관으로 하는 관점에서, 8.0질량% 이하가 바람직하다.

[Ni: 0.2질량% 이상 2.0질량% 이하]

Ni는 용접 금속의 기계적 성질을 향상시키는 효과가 있다. 단, Ni의 함유량이 0.2질량% 미만이면, 용접 금속의 인성이 열화된다. 한편, Ni의 함유량이 2.0질량%를 초과하면, 용접 금속은 강도 과다가 된다.

따라서, Ni의 함유량은 와이어 전체 질량당 0.2질량% 이상 2.0질량% 이하이다.

한편, 대입열 용접에 있어서의 용접 금속의 인성 및 강도를 모두 보다 양호하게 하기 위해서는, 0.5질량% 이상이 바람직하고, 1.0질량% 미만이 바람직하다.

[Mo: 0.01질량% 이상 0.50질량% 이하]

Mo는 용접 금속의 기계적 성질을 향상시키는 효과가 있다. 단, Mo의 함유량이 0.01질량% 미만이면, 대입열 시공 시의 용접 금속의 인장 강도가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Mo의 함유량이 0.50질량%를 초과하면, 용접 금속은 강도 과다가 된다.

따라서, Mo의 함유량은 와이어 전체 질량당 0.01질량% 이상 0.50질량% 이하이다. 또한, 바람직하게는 0.10질량% 이상 0.30질량% 이하이다.

[C: 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하]

C는 용접 금속의 담금질성과 인성을 향상시키는 효과를 발휘하는 성분이다. 단, C의 함유량이 0.01질량% 미만이면, 용접 금속의 담금질성이 부족하여, 용접 금속의 인장 강도가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, C의 함유량이 0.10질량%를 초과하면, 아크의 분사가 강하여, 용접 시에 모재를 아크력으로 파 버리기 때문에, 양호한 비드 형상 및 비드 외관을 확보할 수 없다.

따라서, C 함유량은 와이어 전체 질량당 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하이다. 또한, 바람직하게는 0.03질량% 이상 0.07질량% 이하이다.

[Si 및 Si 산화물의 Si 환산량의 합계: 0.20질량% 이상 1.70질량% 이하]

Si는 용접 작업성을 향상시킨다. 단, Si 및 Si 산화물의 Si 환산량의 합계가 0.20질량% 미만이면, 용접 작업성이 열화되어 양호한 비드 형상 및 비드 외관을 확보할 수 없다. 한편, Si 및 Si 산화물의 Si 환산량의 합계가 1.70질량%를 초과하면, 입계 페라이트 석출이 촉진되어, 용접 금속의 인성이 열화된다.

따라서, Si 및 Si 산화물의 Si 환산량의 합계는, 와이어 전체 질량당 0.20질량% 이상 1.70질량% 이하이다.

한편, Si 및 Si 산화물의 Si 환산량의 합계는, 보다 양호한 비드 형상 및 비드 외관으로 하는 관점에서, 0.30질량% 이상이 바람직하다. 또한, Si 및 Si 산화물의 Si 환산량의 합계는, 용접 금속의 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 1.40질량% 이하가 바람직하다.

상기와 같이, Si, Si 산화물 모두 용접 작업성을 향상시키는 효과를 발휘하지만, 엄밀하게는 작용이 상이하다. 즉, Si는 용접 중에 용접 금속의 점성을 향상시켜, 용접 금속을 처지기 어렵게 한다. 한편, Si 산화물은 슬래그로 용접 금속을 덮어, 용접 금속의 처짐을 방지한다.

한편, Si, Si 산화물의 각각의 함유량에 대해서는, 특별히 한정되지 않지만, 만일 각각의 함유량을 규정하는 경우는 이하와 같다.

[Si: 0.10질량% 이상 1.00질량% 이하]

Si는 용접 금속의 점성을 향상시켜 용접 금속을 처지기 어렵게 하는 것에 의해, 용접 작업성을 향상시킨다. 단, Si의 함유량이 0.10질량% 미만이면, 용접 금속의 점성이 저하되어, 비드 형상이 열화될 가능성이 있다. 한편, Si의 함유량이 1.00질량%를 초과하면, 오스테나이트립이 조대해져 용접 금속의 인성의 열화를 초래할 가능성이 있다.

따라서, Si의 함유량을 규정하는 경우, 와이어 전체 질량당 0.10질량% 이상 1.00질량% 이하가 바람직하다.

한편, Si의 함유량은, 보다 양호한 비드 형상 및 비드 외관으로 하는 관점에서, 0.20질량% 이상이 보다 바람직하다. 또한, Si의 함유량은, 용접 금속의 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 0.80질량% 이하가 보다 바람직하다.

[SiO₂: 0.20질량% 이상 1.50질량% 이하]

SiO₂는 슬래그 형성제로서 용접 금속을 지지하는 역할을 담당하고 있다. 단, SiO₂ 함유량이 0.20질량% 미만이면, 슬래그량이 불충분해져, 비드가 처진 형상이 될 가능성이 있다. 한편, SiO₂의 함유량이 1.50질량%를 초과하면, 플럭스의 탈산력이 저하되어 용접 금속의 인성이 열화될 가능성이 있다.

따라서, SiO₂의 함유량을 규정하는 경우, 와이어 전체 질량당 0.20질량% 이상 1.50질량% 이하가 바람직하다.

한편, SiO₂의 함유량은, 보다 양호한 비드 형상 및 비드 외관으로 하는 관점에서, 0.40질량% 이상이 보다 바람직하다. 또한, SiO₂의 함유량은, 용접 금속의 기계적 성질의 열화를 억제하는 관점에서, 1.30질량% 이하가 보다 바람직하다.

[ZrO₂: 0.1질량% 이상 1.0질량% 이하]

ZrO₂는 SiO₂와 마찬가지로 슬래그 형성제로서 용접 금속을 지지하는 역할을 담당하고 있다.

단, ZrO₂의 함유량이 0.1질량% 미만이면, 슬래그 융점이 낮아져, 비드는 처진 형상이 됨과 함께, 양호한 비드 외관을 확보할 수 없다. 한편, ZrO₂의 함유량이 1.0질량%를 초과하면, 슬래그 융점이 지나치게 높아져 볼록형과 같은 비드 형상이 됨과 함께, 양호한 비드 외관을 확보할 수 없다.

따라서, ZrO₂의 함유량은 와이어 전체 질량당 0.1질량% 이상 1.0질량% 이하이다.

한편, ZrO₂의 함유량은, 보다 양호한 비드 형상 및 비드 외관으로 하는 관점에서, 0.2질량% 이상이 바람직하다. 또한, ZrO₂의 함유량은, 보다 양호한 비드 형상으로 하는 관점에서, 0.6% 미만이 바람직하다.

[Mn: 1.3질량% 이상 3.5질량% 이하]

Mn은 용접 금속의 담금질성과 인성을 향상시키는 효과를 발휘하는 성분이다. 단, Mn의 함유량이 1.3질량% 미만이면, 용접 금속의 담금질 부족이 되어, 인성이 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Mn의 함유량이 3.5질량%를 초과하면, 용접 금속의 인장 강도가 과다가 되고, 인성 부족이 된다.

따라서, Mn의 함유량은 와이어 전체 질량당 1.3질량% 이상 3.5질량% 이하이다.

한편, Mn의 함유량은, 용접 금속의 기계적 성질을 보다 양호하게 하는 관점에서, 2.0질량% 이상이 바람직하다. 또한, Mn의 함유량은, 용접 금속의 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 3.1질량% 이하가 바람직하다.

Mn원으로서는, Mn 금속 분말, Fe-Mn, Fe-Se-Si-Mn 등의 금속 분말, 합금 분말로 투입하지만, 이들 외, Mn 산화물을 가해도 된다.

[Al: 0.10질량% 이상 1.00질량% 이하]

Al은 강력한 탈산 원소이고, 산소와 친화력이 있는 용접 금속 성분의 수율을 향상시킴으로써 기계적 성질을 향상시키는 역할이 있다. 또한, Al은 탈질 원소로서도 효과가 있어, 용접 금속 중의 N의 수율을 낮춤으로써, 기계적 성질을 향상시키는 효과가 있다. 단, Al의 함유량이 0.10질량% 미만이면, 산소와 친화력이 있는 용접 금속 성분의 수율이 낮고, 탈질 효과도 불충분하여, 인성이 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Al의 함유량이 1.00질량%를 초과하면, 용접 금속 성분의 수율이 과대해져 인성이 열화된다.

따라서, Al의 함유량은 와이어 전체 질량당 0.10질량% 이상 1.00질량% 이하이다.

한편, Al의 함유량은, 용접 금속의 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 0.40질량% 미만이 바람직하다.

[NaF: 0.05질량% 이상 0.60질량% 이하]

Na는 용접 중에 있어서의 아크의 용적 이행을 안정화시키는 역할이 있지만, 과잉한 Na의 첨가는 와이어의 내흡습성을 열화시킨다. 한편, F는 플럭스 중에 불소 화합물로서 존재하여, 용접 분위기하의 수소 분압을 감소시키고, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 저하시키는 효과가 있지만, 과잉한 F는 용접 시의 흄 발생량을 증가시키고, 또한 저전류 영역에서의 아크의 용적 이행을 열화시킨다.

그러나, NaF이면 용접 중에 있어서의 아크의 용적 이행을 안정화(특히 저전류 영역에 있어서 안정화)시키는 효과를 발휘함과 함께, 불화물에 의한 확산 수소량 저감의 효과를 양립할 수 있다. 단, NaF의 함유량이 0.05질량% 미만이면, 저전류 영역에서의 용접 중에 있어서의 아크의 용적 이행이 불안정해지고, 스패터 발생량이 증가하고, 더욱이 용접 금속의 확산성 수소량이 상승한다. 한편, NaF의 함유량이 0.60질량%를 초과하면, 와이어의 내흡습성이 열화되고, 더욱이 흄 발생량이 증가한다.

따라서, NaF의 함유량은 와이어 전체 질량당 0.05질량% 이상 0.60질량% 이하이다.

한편, NaF의 함유량은, 아크의 안정성의 향상, 스패터 발생량의 억제, 확산성 수소량의 억제의 관점에서, 0.15질량% 이상이 바람직하다. 또한, NaF의 함유량은, 내흡습성의 열화의 억제, 흄 발생량의 억제의 관점에서, 0.40질량% 이하가 바람직하다.

[B 및 B 산화물의 B 환산량의 합계: 0.0003질량% 이상 0.0300질량% 이하]

B 및 B 산화물(B₂O₃)은 용접 금속에 B를 첨가하기 위해서 플럭스에 첨가된다. 또한, B는 오스테나이트 입계에 편석함으로써 초석 페라이트의 생성을 억제하는 효과가 있어, 용접 금속의 인성 개선에 유효하다. 단, B 및 B 산화물의 B 환산량의 합계가 0.0003질량% 미만이면, 대부분의 B가 BN으로서 질화물에 고정화되고, 초석 페라이트의 생성을 억제하는 효과가 없어, 용접 금속의 인성의 향상을 기대할 수 없다. 한편, B 및 B 산화물의 B 환산량의 합계가 0.0300질량%를 초과하면, 용접 금속의 강도가 현저하게 증가하고, 인성이 저하된다.

따라서, B 및 B 산화물의 B 환산량의 합계는 와이어 전체 질량당 0.0003질량% 이상 0.0300질량% 이하이다. 한편, B 산화물만의 함유도 가능하다.

[Mg: 0.10질량% 미만, MgO: 0.10질량% 미만]

Mg 및 MgO는 산화 타이타늄 등의 천연 원료로부터 불순물로서 포함될 가능성이 있는 성분이다. 그리고, Mg의 함유량이 0.10질량% 이상이면, 스패터 발생량이 증가함과 함께, Na와 화합물을 형성함으로써 와이어의 내흡습성이 열화된다. 또한, MgO의 함유량이 0.10질량% 이상이면, 슬래그 점도가 높아짐으로써 비드가 볼록 형상이 됨과 함께 비드 외관의 불량이 발생하고, 또 Mg와 마찬가지의 이유에 의해 와이어의 내흡습성이 열화된다.

따라서, Mg의 함유량은 와이어 전체 질량당 0.10질량% 미만이고, 0질량%여도 된다. 또한, MgO의 함유량은 와이어 전체 질량당 0.10질량% 미만이고, 0질량%여도 된다.

[NaF 이외의 Na 화합물의 Na 환산량과 K 화합물의 K 환산량의 합계: 0.20질량% 이하]

Na 및 K는 용접 중에 있어서의 아크의 용적 이행을 안정화시키는 효과가 있지만, 이 효과는 NaF가 담당하고 있다. 한편, 과잉한 Na 및 K의 첨가는 와이어의 내흡습성을 열화시킨다. 구체적으로는, NaF 이외의 Na 화합물의 Na 환산량과 K 화합물의 K 환산량의 합계가 0.20질량%를 초과하면, 와이어의 내흡습성이 열화됨과 함께, 용접 금속의 확산성 수소량이 증가한다.

따라서, NaF 이외의 Na 화합물의 Na 환산량과 K 화합물의 K 환산량의 합계는 와이어 전체 질량당 0.20질량% 이하이다.

한편, NaF 이외의 Na 화합물 중의 Na 환산량 및 K 화합물 중의 K 환산량은 어느 한쪽이 0질량%여도 되고, 양쪽이 0질량%여도 된다.

[NaF 이외의 F 화합물의 F 환산량: 0.10질량% 이하]

F는 플럭스 중에 불소 화합물로서 존재하고, 용접 분위기하의 수소 분압을 감소시켜, 용접 금속 중의 확산성 수소량을 저하시키는 효과가 있지만, 이 효과는 NaF가 담당하고 있다. 한편, 과잉한 F의 첨가는 용접 중의 흄 발생량을 증가시킨다. 구체적으로는, NaF 이외의 F 화합물의 F 환산량이 0.10질량%를 초과하면, 흄 발생량이 증가할 뿐만 아니라, 스패터 발생량도 증가하고, 아크 안정성도 열화된다.

따라서, NaF 이외의 F 화합물의 F 환산량은 와이어 전체 질량당 0.10질량% 이하이고, 0질량%여도 된다.

[5.00≤[TiO₂]/[Al]≤70.00]

TiO₂의 함유량을 [TiO₂], Al의 함유량을 [Al]로 한 경우의 [TiO₂]/[Al]은 용접 금속의 기계적 성질과 양호한 용접 작업성을 양립시키는 중요한 지표이다. 그리고, 이 식에 의해 산출되는 값을 소정 범위 내로 하는 것에 의해, 고전류뿐만 아니라 저전류에 있어서의 단락 이행 용접에 있어서도 양호한 용접 작업성(특히, 입향 상진 용접)을 유지할 수 있다. 단, [TiO₂]/[Al]에 의해 산출되는 값이 5.00 미만이면, Al의 탈산력 과대에 의한 용접 금속의 인장 강도의 과대와 인성의 열화가 발생하고, 더욱이 입향 상진 용접에서 비드가 처져, 비드 외관의 불량도 발생한다. 한편, [TiO₂]/[Al]에 의해 산출되는 값이 70.00을 초과하면, Al의 탈산력 부족에 의한 용접 금속의 인장 강도와 인성의 열화가 발생한다.

따라서, [TiO₂]/[Al]에 의해 산출되는 값은 5.00 이상 70.00 이하이다.

한편, [TiO₂]/[Al]에 의해 산출되는 값은, 용접 작업성과 용접 금속의 기계적 성질을 보다 양호한 것으로 하는 관점에서, 7.00 이상이 바람직하고, 14.00 이상이 보다 바람직하다. 또한, [TiO₂]/[Al]에 의해 산출되는 값은, 용접 금속의 기계적 성질을 보다 양호한 것으로 하는 관점에서, 60.00 이하가 바람직하고, 40.00 이하가 보다 바람직하다.

본 실시형태에 따른 와이어는, 임의 성분으로서, 이하의 성분(Al₂O₃, Ca, Ti)을 함유하고 있어도 된다.

[Al₂O₃: 0.5질량% 이하]

Al₂O₃은 슬래그 형성제로서 비드 형성에 필요한 성분이지만, 이 효과는 다른 슬래그 형성제가 담당하고 있다. 그리고, Al₂O₃의 함유량이 0.5질량%를 초과하면, 아크가 불안정해지고 스패터 발생량이 증가한다.

따라서, Al₂O₃을 와이어에 함유시키는 경우, Al₂O₃의 함유량은 와이어 전체 질량당 0.5질량% 이하이다.

[Ca: 0.10질량% 이하]

Ca는 Mg와 마찬가지로 산화 타이타늄 등의 천연 원료로부터 불순물로서 포함될 가능성이 있는 성분이다. 그리고, Ca의 함유량이 0.10질량%를 초과하면, 아크가 불안정해지고 스패터 발생량이 증가한다.

따라서, Ca를 와이어에 함유시키는 경우, Ca의 함유량은 와이어 전체 질량당 0.10질량% 이하이다.

[Ti: 0.25질량% 이하]

Ti는 용접 금속의 기계적 성질을 향상시키는 성분이다. 단, Ti의 함유량이 0.25질량%를 초과하면, 용접 금속의 현저한 경화를 야기하여, 인성의 열화가 현저해진다. 따라서, Ti를 와이어에 함유시키는 경우, Ti의 함유량은 와이어 전체 질량당 0.25질량% 이하이다.

한편, Ti의 함유량은, 용접 금속의 인성의 열화를 억제하는 관점에서, 0.10질량% 이하가 바람직하다.

[Fe: 75.0질량% 이상 92.0질량% 이하]

Fe는 와이어의 주요 성분이다. 용착량이나, 다른 성분 조성의 관계로부터, Fe의 함유량은 와이어 전체 질량당 75.0질량% 이상 92.0질량% 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 80.0질량% 이상 90.0질량% 이하이다.

[잔부: Fe 및 불가피적 불순물]

본 실시형태에 따른 와이어의 잔부는 상기한 Fe 및 불가피적 불순물이다. 그리고, 상기한 와이어의 성분 외, 플럭스 중에, Cu, Cr을 용접 금속의 추가적인 경화제로서, MnO, FeO, V₂O₅를 슬래그 형성제로서 소량 함유시킬 수도 있다. 이들 원소는 본 발명의 목적에는 영향을 미치지 않는다.

또한, 불가피적 불순물로서, Cu, Cr 등이 각각 0.1질량% 미만, MnO, FeO, V₂O₅가 각각 0.5질량% 미만 함유되어도 된다. 이들 상한을 초과하면, 강도 과잉이나 용접 작업성의 열화 등을 초래할 우려가 있다. 또한, P, S 등이 각각 0.030질량% 이하 함유되어도 된다. 이들 상한을 초과하면, 고온 균열이나 인성 저하를 초래할 우려가 있다.

게다가, 상기한 함유량의 상한치만 규정하고 있는 성분이나 임의 성분에 대해서는, 적극적으로 첨가해도 되지만, 불가피적 불순물로서 포함되어 있어도 된다.

한편, 전술한 각 원소가 산화물이나 질화물로서 첨가된 경우는, 본 실시형태의 플럭스 코어드 와이어의 잔부에는, O나 N도 포함된다.

[기타: 플럭스 충전율]

본 실시형태에 따른 와이어의 플럭스 충전율(=플럭스 질량/와이어 전체 질량×100)은 특별히 한정되지 않는다. 단, 플럭스 충전율이 10질량% 미만이면, 아크의 안정성이 나빠짐과 함께 스패터 발생량이 증가하여, 용접 작업성이 열화된다. 한편, 플럭스 충전율이 25질량%를 초과하면, 와이어의 단선이 발생하거나, 플럭스의 충전 중에 분말이 넘쳐 떨어지거나 하는 등, 생산성이 현저하게 열화된다.

따라서, 플럭스 충전율은 10질량% 이상 25질량% 이하가 바람직하다.

다음으로, 본 실시형태에 따른 와이어의 제조 방법을 설명한다.

[와이어의 제조 방법]

본 실시형태에 따른 와이어의 제조 방법으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 이하에 나타내는 방법으로 제조할 수 있다.

우선, 강제 외피를 구성하는 강대(鋼帶)를 준비하고, 이 강대를 길이 방향으로 보내면서 성형 롤에 의해 성형해서, U자 형상의 오픈 관으로 한다. 다음으로, 소정의 화학 조성이 되도록, 각종 원료를 배합한 플럭스를 강제 외피에 충전하고, 그 후, 단면이 원형이 되도록 가공한다. 그 후, 냉간 가공에 의해 신선하고, 예를 들면 1.2∼2.4mm의 와이어경의 플럭스 코어드 와이어로 한다. 한편, 냉간 가공 도중에 소둔을 실시해도 된다. 또한, 제조의 과정에서 성형한 강제 외피의 조인트를 용접한 이음매가 없는 와이어와, 상기 조인트를 용접하지 않고 극간인 그대로 남기는 와이어 중 어느 구조도 채용할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명의 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.

[각종 시험에 사용하는 와이어의 제조 방법]

강대를 길이 방향으로 보내면서 성형 롤에 의해 오픈 관으로 성형했다. 다음으로, 표 1, 2의 화학 조성이 되도록 플럭스 중에 금속, 합금, Fe 분말, 각종 원료를 적절히 소정량 첨가했다. 다음으로, 단면이 원형이 되도록 가공한 후, 가공한 와이어에 대해서 냉간 인발 가공을 실시하여 와이어경을 약 1.2mm로 했다.

이상의 제조 방법에 의해 플럭스 코어드 와이어를 제조했다.

한편, 표 1, 2에 나타내는 각 성분의 함유량은 와이어 전체 질량당의 함유량이다. 또한, 표 1, 2에 나타내는 「T.Si」는 Si 및 Si 산화물의 Si 환산량의 합계를 나타내고, 「T.B」는 B 및 B 산화물의 B 환산량의 합계를 나타내고, 「Na+K」는 NaF 이외의 Na 화합물의 Na 환산량과 K 화합물의 K 환산량의 합계를 나타내며, 「F」는 NaF 이외의 F 화합물의 F 환산량을 나타낸다.

[용접 작업성]

(용접 조건)

용접 작업성을 확인하기 위해, 실시예 및 비교예의 각 와이어를 이용하여, 표 3에 나타내는 조성의 강판을 모재로 해서, 표 4에 나타내는 조건으로 용접을 행했다.

한편, 표 3에 나타내는 강판의 성분 조성에 있어서의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

(아크 안정성)

아크 안정성에 대해서는, 표 4에 나타내는 〔1〕∼〔3〕의 3종의 용접 조건에 대하여, 각각 수평 필릿·입향 상진의 2종의 자세의 용접을 실시, 즉 합계 6종의 용접 시험을 실시했다. 그리고, 각 용접 조건에 대하여, 2종의 자세에서의 아크가 안정이었던 것을 「○」, 1종의 자세에서의 아크가 안정이면서 1종의 자세에서의 아크가 약간 불안정이었던 것, 또는 2종의 자세에서의 아크가 약간 불안정이었던 것을 「△」, 적어도 1종의 자세에서의 아크가 불안정이었던 것을 「×」로 평가했다.

한편, 아크 안정성에 대해서는, 「○」 또는 「△」를 합격으로 판단하고,「×」를 불합격으로 판단했다.

(비드 형상)

비드 형상에 대해서는, 표 4에 나타내는 〔1〕∼〔3〕의 3종의 용접 조건에 있어서, 각각 수평 필릿·입향 상진의 2종의 자세의 용접을 실시, 즉 합계 6종의 용접 시험을 실시한 후, 형성한 각 용접부를 관찰하고, 시각적으로 평가했다. 구체적으로는, 6종의 용접 시험에서 얻어진 모든 용접부의 비드 형상이 평활하고 양호했던 것을 「○」, 6종의 용접 시험에서 얻어진 각 용접부 중 1개라도 비드 형상이 볼록 형상이나 처진 형상 등과 같은 불량이었던 것을 「×」로 평가했다.

(비드 외관)

비드 외관에 대해서는, 표 4에 나타내는 〔1〕∼〔3〕의 3종의 용접 조건에 있어서, 각각 수평 필릿·입향 상진의 2종의 자세의 용접을 실시, 즉 합계 6종의 용접 시험을 실시한 후, 형성한 각 용접부를 관찰하고, 시각적으로 평가했다. 구체적으로는, 6종의 용접 시험에서 얻어진 모든 용접부의 비드 외관이 파목 형상이 아니라 양호했던 것을 「○」, 6종의 용접 시험에서 얻어진 각 용접부 중 1개라도 비드 외관이 파목 형상이 되어 불량이었던 것을 「×」로 평가했다.

(스패터 발생량)

스패터 발생량에 대해서는, 표 4에 나타내는 〔1〕∼〔3〕의 3종의 용접 조건에 있어서, 각각 수평 필릿·입향 상진의 2종의 자세의 용접을 실시, 즉 합계 6종의 용접 시험을 실시한 후, 각 용접 시험 시에 생긴 스패터의 양에 기초하여 정량적으로 평가했다. 구체적으로는, WES2807:2000에 준하여, 스패터를 확보하는 포집 상자를 설치한 환경 내에서 용접을 행했다. 아크 타임은 60초로 하고, 용접 완료 후, 포집 상자의 스패터를 채취하여 중량을 계측하고, 이것을 2회 반복하여, 평균값을 스패터 발생량으로 했다. 6종의 용접 시험에 대하여 모든 스패터의 발생량이 2g/min 미만이었던 것을 「○」, 6종의 용접 시험 중 1개라도 스패터의 발생량이 2g/min 이상이었던 것을 「×」로 평가했다.

(흄 발생량)

흄 발생량에 대해서는, 표 4에 나타내는 〔1〕∼〔3〕의 3종의 용접 조건에 있어서, 각각 수평 필릿·입향 상진의 2종의 자세의 용접을 실시, 즉 합계 6종의 용접 시험을 실시한 후, 각 용접 시험 시에 생긴 흄의 양에 기초하여 정량적으로 평가했다. 구체적으로는, JIS Z 3930:2013에 준하여, 흄 발생량에 영향을 미치지 않는 환경 내에서 용접을 행했다. 아크 타임은 60초로 하고, 용접 개시와 동시에 여과재와 장착한 샘플러에 의한 흡인을 개시하고, 용접 완료 후, 30초간의 흡인을 행했다. 그리고, 여과재의 흄 포집 전후의 질량차로부터 흄 발생량을 산출하고, 이것을 2회 반복하고, 평균값을 흄 발생량으로 했다. 6종의 용접 시험에 대하여 모든 흄의 발생량이 1.5g/min 미만이었던 것을 「○」, 6종의 용접 시험 중 1개라도 흄의 발생량이 1.5g/min 이상이었던 것을 「×」로 평가했다.

[용접 금속의 평가]

(용접 조건)

용접 금속의 평가를 행하기 위해, 실시예 및 비교예의 각 와이어를 이용하여, 표 5에 나타내는 조성의 강판을 모재로 해서, 표 6에 나타내는 조건으로 용접을 행했다.

한편, 표 5에 나타내는 강판의 성분 조성에 있어서의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다.

(기계적 성질)

용접 금속의 기계적 성질은 JIS Z 3111:2005에 규정되는 「용착 금속의 인장 및 충격 시험 방법」에 준거한 인장 시험 및 충격 시험에 의해 평가했다.

인장 시험편은 용접 금속 중앙에서 판두께 중앙의 위치로부터 채취한 A0호 시험편을 이용했다. 또한, 충격 시험편은 용접 금속 중앙에서 판두께 중앙의 위치로부터 채취한 V 노치 시험편을 이용했다.

인장 강도는 610∼710MPa인 것을 「○」, 590∼790MPa(610∼710MPa인 것은 제외함)을 「△」, 590MPa 미만 또는 790MPa을 초과하는 것을 「×」로 평가했다.

인성은 -5℃에서의 흡수 에너지가 80J 이상인 것을 「○」, 47J 이상 80J 미만인 것을 「△」, 47J 미만인 것을 「×」로 평가했다.

한편, 인장 강도와 인성에 대해서는, 「○」 또는 「△」를 합격으로 판단하고,「×」를 불합격으로 판단했다.

[내흡습성]

내흡습성의 평가는, 우선, 제조한 와이어를 3cm로 절단한 시료를 3본 준비하고, 110℃×1시간의 시험 전 건조를 실시하고, 30℃×상대습도 80% RH의 분위기에서 24시간 흡습시켰다. 그 후, 와이어를 아르곤 분위기 중에서 750℃의 가열에 의해 발생한 수분량을 계측했다. 흡습 후의 와이어의 수분량이 800ppm 미만인 것을 「○」, 800ppm 이상인 것을 「×」로 평가했다.

이상의 각종 시험의 결과를 하기 표 7, 8에 나타낸다.

표 7에 나타내듯이, 본 발명의 발명 특정 사항을 만족하는 와이어 No. J1∼J31을 이용한 No. 1∼31에서는, 대입열 용접에서의 용접 작업성이 우수함과 함께, 얻어진 용접 금속의 기계적 성질이 우수하고, 또한 내흡습성이 양호해졌다.

한편, 본 발명에 있어서의 대입열 용접이란, 예를 들면, 4.1kJ/mm 이상의 입열의 용접(보다 엄격한 조건으로서는 입열이 5.5kJ/mm 이상인 용접)을 상정하고 있다.

한편, 표 8에 나타내듯이, No. 32∼57은, 사용한 와이어 No. H1∼H26이 본 발명의 발명 특정 사항을 만족하지 않았기 때문에, 어느 평가 항목에 있어서 합격의 결과가 얻어지지 않았다. 상세하게는, 이하와 같다.

No. 32(와이어 No. H1)는, 와이어의 TiO₂의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 비드 형상, 비드 외관이 열화되었다.

No. 33(와이어 No. H2)은, 와이어의 TiO₂의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 비드 형상, 비드 외관이 열화되었다.

No. 34(와이어 No. H3)는, 와이어의 Ni의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인장 강도가 지나치게 상승했다.

No. 35(와이어 No. H4)는, 와이어의 Ni의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 인성이 저하되었다.

No. 36(와이어 No. H5)은, 와이어의 Mo의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인장 강도가 지나치게 상승했다.

No. 37(와이어 No. H6)은, 와이어의 Mo의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 인장 강도가 저하되었다.

No. 38(와이어 No. H7)은, 와이어의 C의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 비드 형상, 비드 외관이 열화되었다.

No. 39(와이어 No. H8)는, 와이어의 C의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 인장 강도가 저하되었다.

No. 40(와이어 No. H9)은, 와이어의 T.Si의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인성이 저하되었다.

No. 41(와이어 No. H10)은, 와이어의 T.Si의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 비드 형상, 비드 외관이 열화되었다.

No. 42(와이어 No. H11)는, 와이어의 ZrO₂의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 비드 형상, 비드 외관이 열화되었다.

No. 43(와이어 No. H12)은, 와이어의 ZrO₂의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 비드 형상, 비드 외관이 열화되었다.

No. 44(와이어 No. H13)는, 와이어의 Mn의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인장 강도가 지나치게 상승하고, 인성이 저하되었다.

No. 45(와이어 No. H14)는, 와이어의 Mn의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 인성이 저하되었다.

No. 46(와이어 No. H15)은, 와이어의 Al의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인성이 저하되었다.

No. 47(와이어 No. H16)은, 와이어의 Al의 함유량이 하한치 미만임과 함께, 와이어의 [TiO₂]/[Al]에 의해 산출되는 값이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인성이 저하되었다.

No. 48(와이어 No. H17)은, 와이어의 NaF의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 흄 발생량이 증가하고, 내흡습성이 열화되었다.

No. 49(와이어 No. H18)는, 와이어의 NaF의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 아크 안정성이 열화되고, 스패터 발생량이 증가했다.

No. 50(와이어 No. H19)은, 와이어의 T.B의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인장 강도가 지나치게 상승하고, 인성이 저하되었다.

No. 51(와이어 No. H20)은, 와이어의 T.B의 함유량이 하한치 미만이었기 때문에, 인성이 저하되었다.

No. 52(와이어 No. H21)는, 와이어의 [TiO₂]/[Al]에 의해 산출되는 값이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 인장 강도가 저하되고, 인성이 저하되었다.

No. 53(와이어 No. H22)은, 와이어의 [TiO₂]/[Al]에 의해 산출되는 값이 하한치 미만이었기 때문에, 비드 형상, 비드 외관이 열화되고, 게다가 인장 강도가 상승하고, 인성이 저하되었다.

No. 54(와이어 No. H23)는, 와이어의 Mg의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 스패터 발생량이 증가하고, 내흡습성이 열화되었다.

No. 55(와이어 No. H24)는, 와이어의 MgO의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 비드 외관이 열화되고, 내흡습성이 열화되었다.

No. 56(와이어 No. H25)은, 와이어의 Na+K의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 내흡습성이 열화되었다.

No. 57(와이어 No. H26)은, 와이어의 F의 함유량이 상한치를 초과해 있었기 때문에, 스패터 발생량 및 흄 발생량이 증가했다.

이상, 본 발명에 대하여 실시형태 및 실시예를 나타내어 상세히 설명했지만, 본 발명의 취지는 상기한 내용으로 한정되는 일 없이, 그의 권리범위는 특허청구범위의 기재에 기초하여 넓게 해석해야 한다. 한편, 본 발명의 내용은 상기한 기재에 기초하여 넓게 개변·변경 등 하는 것이 가능하다는 것은 말할 필요도 없다.

본 출원은 2016년 3월 25일 출원된 일본 특허출원(특원 2016-062574)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.

본 발명의 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어는, 대입열 용접에서의 용접 작업성이 우수하고, 내흡습성 및 용접 금속의 기계적 성질도 양호하며, 특히 입향 상진 용접에 있어서 우수한 용접 작업성을 발휘한다.

Claims

와이어 전체 질량당,
TiO₂: 4.0질량% 이상 10.0질량% 이하,
Ni: 0.2질량% 이상 2.0질량% 이하,
Mo: 0.01질량% 이상 0.50질량% 이하,
C: 0.01질량% 이상 0.10질량% 이하,
Si 및 Si 산화물의 Si 환산량의 합계: 0.20질량% 이상 1.70질량% 이하,
ZrO₂: 0.1질량% 이상 1.0질량% 이하,
Mn: 1.3질량% 이상 3.5질량% 이하,
Al: 0.10질량% 이상 1.00질량% 이하,
NaF: 0.05질량% 이상 0.60질량% 이하,
B 및 B 산화물의 B 환산량의 합계: 0.0003질량% 이상 0.0300질량% 이하,
Mg: 0.10질량% 미만,
MgO: 0.10질량% 미만,
NaF 이외의 Na 화합물의 Na 환산량과 K 화합물의 K 환산량의 합계: 0.20질량% 이하,
NaF 이외의 F 화합물의 F 환산량: 0.10질량% 이하
임과 함께,
TiO₂의 함유량을 [TiO₂], Al의 함유량을 [Al]로 한 경우, 5.00≤[TiO₂]/[Al]≤70.00을 만족시키는 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.
제 1 항에 있어서,
와이어 전체 질량당,
Al₂O₃: 0.5질량% 이하,
Ca: 0.10질량% 이하,
Ti: 0.25질량% 이하
인 것을 특징으로 하는 가스 실드 아크 용접용 플럭스 코어드 와이어.