KR100456465B1

KR100456465B1 - 내균열성이 우수한 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용플럭스 충전 와이어

Info

Publication number: KR100456465B1
Application number: KR10-2000-0013939A
Authority: KR
Inventors: 김성국
Original assignee: 현대종합금속 주식회사
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2004-11-10
Also published as: US20010030003A1; KR20010100225A; CN1314228A; CN1160172C; US6547892B2

Abstract

페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어가 제공된다.

본 발명은, 와이어에 대한 중량%로 C:0.04%이하, Si :0.1~1.0%, Mn:0.1~1.0%, P:0.02%이하, S:0.02%이하, Cr :10~25%, Ti+Nb:0.3~1.5%, H: 용착금속 100g당 2cc이하, N:0.04%이하, O:0.04%이하, 필요에 따라 Mo:3.0%이하, 잔여 철 및 불가피한 불순물을 포함하고; 그리고 [(O+N)×Cr]로 정의되는 값이 0.8이하임을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

본 발명은 내부식성 및 내균열성이 우수한 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어의 제조에 유용하다.

Description

내균열성이 우수한 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어{ Flux cored wire for ferrite stainless steel}

본 발명은 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 내균열성과 내부식성이 우수한 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

머플러등과 같은 자동차 배기계 부재 제조를 위해 일반적으로 페라이트계 스테인레스 스틸(stainless steel)이 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 페라이트계 스테인레스 스틸은 용접시 그 용접부의 인성이 열화되어 쉽게 균열이 발생하는 문제가 있다. 따라서 페라이트계 스테인레스 스틸을 용접함에 있어서 내부식성과 내균열성을 우수한 용착금속을 확보할 수 있는 용접 와이어를 개발하려는 노력들이 현실적으로 계속되어 오고 있는 실정이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 종래에는 주로 솔리드 와이어가 페라이트계 스테인레스 스틸의 용접재로 사용되었으나 근자에 들어서는 플럭스 충전 와이어가 용접재로 널리 사용되고 있는데, 이는 플럭스 충전 와이어가 솔리드 와이어에 비하여 우수한 용접 작업성을 제공하기 때문이다. 다만 이러한 플럭스 충전 와이어를 이용하여 페라이트계 스테인레스 스틸을 용접할 경우 그 용접대상부에 슬래그가 다량 발생하는 문제가 있었다.

상기 용접시 발생하는 슬래그의 발생량을 저감시키기 위한 페라이트계 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어의 일예가 일본 특공평 5-30557호에 제시되어 있다. 여기에서는 슬래그 조제재의 함유량제한에 따른 용접작업성의 저하를 그밖의 금속성분함유량을 적절히 제어함으로써 해결하는 플럭스 충전 와이어를 제공함을 그 특징으로 하고 있다.

상기의 문제점을 해결할 수 있는 페라이트계 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어의 다른 예가 일본 특개평 9-85491호에 제시되어 있다. 상기 공개특허에서는 와이어에 대한 중량%로 Si: 0.07~2.0%, Cr: 14.5~17.0%, Al: 0.01~1.0%, Ti:0.05~2.0%, N:0.02~0.1%, F: 0.005~0.5%, 잔여 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 상기 불가피한 불순물은 C: 0.10%이하, Nb:0.2%이하 및 Mn:6.0%이하로 규제됨을 특징으로 하는 플럭스 충전 와이어가 나타나 있으며, 이로부터 내산화성을 향상시킴과 아울러 용접 코스트를 저감을 도모하고 있다.

그러나 상술한 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어들을 어느 수준 이상의 용접작업성 및 내산화성등을 확보함에는 유용하나, 용착금속의 우수한 내균열성과 내부식성의 확보측면에서 한계가 있다는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 우수한 내부식성과 내균열성을 갖는 용착금속을 얻을 수 있는 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어의 단면개략도이고;

도 2는 내균열성 시험을 위한 용착금속의 형성방법을 나타내는 사시도로서,

도2(a)는 그 상부의 용착금속을

도2(b)는 그 저부의 용착금속을 나타내며; 그리고

도 3은 산소와 질소의 총함량(O+N)에 대한 크롬(Cr)의 함량비가 내균열성에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명자는 페라이트계 스테인레스 스틸의 용접시에 야기되는 용착금속의 내균열성 저하문제의 해결하기 위한 수많은 연구와 실험을 하였으며, 그 결과 용접재 와이어를 이루는 성분중 산소와 질소함량을 소정치로 제한함과 아울러 이들의 전체함량을 크롬함량과의 관계를 고려하여 결정함이 중요함을 발견하였다. 즉, 본 발명의 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어는 산소와 질소함량을 최적으로 제어함과 아울러 [(O+N)×Cr]로 정의되는 값이 0.8이하가 되도록 Cr 함량 또한 제어함을 그 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어는, 와이어 전체에 대한 중량%로 C:0.04%이하, Si :0.1~1.0%, Mn:0.1~1.0%, P:0.02%이하, S:0.02%이하, Cr :10~25%, Ti+Nb:0.3~1.5%, H: 용착금속 100g당 2cc이하, N:0.04%이하, O:0.04%이하, 필요에 따라 Mo:3.0%이하, 잔여 철 및 불가피한 불순물을 포함하고; 그리고 [(O+N)×Cr]로 정의되는 값이 0.8이하임을 특징으로 하는 플럭스 충전 와이어에 관한 것이다.

먼저, 본 발명의 플럭스 충전 와이어의 조성성분 제한사유를 설명한다.

C는 그 함유량이 많아지면 마르텐사이트를 석출함과 동시에 조대탄화물을 형성하여 내균열성이 저하 및 용접부의 인성저하가 초래되며, 아울러 내입계부식성의 열화를 초래할 수 있다. 따라서 본 발명에서는 C의 함유량을 중량%(이하, %라 한다)로 0.04%이하로 제한한다.

Si는 탈산제로서 첨가되는데, 그 첨가량이 과다하면 페라이트 결정입의 조대화를 초래하여 용접부의 인성열화를 초래할 수 있으며, 그 첨가량이 과소하면 내산화성이 나빠지는 문제가 있다. 그러므로, 본 발명에서는 그 첨가량을 0.1~1.0%로 제한한다.

Mn은 탈산제로서 첨가되는 원소로서 강중의 S를 고정하여 용접부의 인성을 향상시키는 역할을 한다. 그러나 그 첨가량이 과다하면 강도가 상승되어 연성이 저하되며, 그 첨가량이 과소하면 용접금속의 인성저하를 초래하므로 본 발명에서는그 첨가량을 0.1~1.0%로 제한한다.

P,S는 그 함유량이 많아지면 MnS등과 같은 입계석출물을 형성시켜 용접부의 인성저하를 초래한다. 따라서 내균열성의 확보를 고려하여 그 함유량을 0.02%이하로 각각 제한한다.

Mo은 내열성 및 내공식성을 향상시키는 역할을 하는 원소로서 본 발명에서는 그 첨가여부가 선택적이다. Mo은 그 첨가량이 과다하면 지나친 강도상승을 초래할 수 있으므로 그 함량을 3.0%이하로 제한함이 바람직하다.

Cr은 용접모재인 스테인레스 스틸의 기본성분으로서 용접부의 내식성 및 내산화성을 향상시키고 강도를 상승시킴에 유효한 원소로서 용접모재인 페라이트계 스테인레스 스틸과 동일한 정도의 내식성과 내산화성을 확보하기 위해 10%이상 첨가를 요한다. 그러나 그 첨가량이 25%를 초과하면 일반 연강재를 금속외피로 사용하는 플럭스 충전 와이어의 생산이 어렵다는 문제가 발생한다. 이런 연유로 본 발명에서는 Cr의 첨가량을 10~25%로 제한함이 바람직하다.

Ti,Nb은 크롬탄화물 형성을 방지하여 내입계부식성을 향상시키는 역할을 하는 원소들이다. 그러나 그 첨가량의 합이 0.3%미만이면 첨가에 따른 효과를 기대할 수 없으며, 그 첨가량이 1.5%를 초과하면 용접금속의 내균열성 및 내산화성을 저하시키며, 아울러 슬래그 발생량증가인한 슬래그의 혼입으로 자동차 배기효율의 저하를 초래한다는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 이들의 첨가량의 합을 0.3~1.5%로 제한함이 바람직하다.

H는 용접시 확산성 수소에 의해 용접금속의 지연성균열을 야기하고 용접부의인성을 열화시킨다. 따라서, 본 발명에서는 용착금속 100g당 2cc이하가 되도록 수소함량을 제어함이 바람직하다. 한편, 용착금속내의 수소가스량은 Gas Chromato법을 이용하여 측정할 수 있다.

N과 O는 용접금속의 내균열성 및 인성을 저하시킬 뿐만 아니라 내부식성을 열화시킬 수 있으므로 그 첨가량을 제한함이 필요하다. 본 발명에서는 상기점을 고려하여 그 각각의 첨가량을 0.04%이하로 제한한다.

또한, 본 발명은 [(O+N)×Cr]로 정의되는 값이 0.8이하가 되도록 질소와 산소함량뿐만아니라 크롬함량이 제어됨을 그 특징으로 한다. 이는 본 발명자의 연구결과로부터 도출된 것으로서, 만일 상기 값이 0.8을 초과하면 우수한 내균열성을 가진 용접금속의 확보가 곤란하다.

한편, 본 발명은 금속외피내에 플럭스가 충전된 페라이트계 스틸 용접용 와이어에 관한 것으로, 이때 사용되는 금속외피는 연강재로 이루어짐이 바람직하다.

또한, 상기 플럭스는 10~25%의 충진율로 상기 금속외피내에 충전됨이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예 1)

하기 표1과 같은 조성을 가지며 그 단면형상이 도 1과 같은 직경 1.2mm의 페라이트계 스틸 용접용 와이어를 각각 마련하였다. 그리고 용착금속의 내균열성여부를 평가하기 위하여 상기 각 와이어를 사용하여 직경 50Φ의 SS400 크롬 도금 열처리환봉 2개를 용접하였다.

즉, 도 2 에 나타난 바와같이, 먼저 상기 열처리환봉(10,20)의 양끝을 고정하는 용접(30)을 행하였다. 그런연후, 상기 각 용접재 와이어를 이용하여 두개의 열처리환봉(10,20)을 연결하는 용접(40)을 행하였으며, 이때의 구체적인 용접조건은 하기 표 2와 같다.

	와이어의 조성(중량%)	균열발생유무
	C	균열발생유무	Si	Mn	P	S	Ti+Nb	Mo	Cr	H(cc/100g)	O	N	Fe
발명예	1	0.028	0.29	0.61	0.011	0.011	0.78	-	12.2	1.46	0.0315	0.0301	잔여분	무
	2	0.025	0.31	0.58	0.015	0.012	0.84	-	12.4	1.22	0.0301	0.0081	잔여분	무
	3	0.027	0.55	0.35	0.012	0.015	0.70	-	16.6	1.77	0.0141	0.0277	잔여분	무
	4	0.025	0.34	0.56	0.010	0.007	0.72	0.91	17.6	1.68	0.0231	0.0199	잔여분	무
	5	0.028	0.37	0.51	0.014	0.011	0.77	1.27	16.5	1.34	0.0171	0.0078	잔여분	무
	6	0.027	0.29	0.65	0.006	0.014	0.75	-	18.5	1.43	0.0247	0.0109	잔여분	무
	7	0.028	0.30	0.65	0.007	0.014	0.70	-	18.3	1.55	0.0182	0.0065	잔여분	무
	8	0.024	0.24	0.64	0.006	0.010	0.70	2.04	21.5	1.38	0.0109	0.0232	잔여분	무
	9	0.021	0.27	0.64	0.011	0.009	0.66	-	23.8	1.69	0.0169	0.0104	잔여분	무
비교예	1	0.030	0.55	0.57	0.017	0.012	0.98	-	12.3	1.02	0.0687	0.0756	잔여분	유
	2	0.025	0.50	0.34	0.015	0.014	0.79	-	11.9	1.54	0.0257	0.0954	잔여분	유
	3	0.028	0.19	0.79	0.015	0.011	1.05	-	12.1	1.10	0.0661	0.0321	잔여분	유
	4	0.026	0.24	0.80	0.015	0.010	0.84	-	12.8	1.78	0.0307	0.0409	잔여분	유
	5	0.028	0.64	0.24	0.015	0.012	0.71	-	17.5	1.89	0.0290	0.0219	잔여분	유
	6	0.032	0.35	0.56	0.008	0.016	0.58	1.41	17.8	1.26	0.0904	0.0146	잔여분	유
	7	0.031	0.55	0.38	0.009	0.010	0.94	0.78	17.1	1.50	0.0337	0.0310	잔여분	유
	8	0.027	0.29	0.65	0.007	0.014	0.71	-	18.7	1.50	0.0343	0.0392	잔여분	유
	9	0.025	0.31	0.66	0.007	0.014	0.70	-	18.4	1.55	0.0295	0.0180	잔여분	유
	10	0.031	0.51	0.31	0.012	0.008	0.64	-	21.8	1.01	0.0410	0.0221	잔여분	유
	11	0.027	0.31	0.66	0.007	0.015	0.73	1.89	20.4	1.57	0.0248	0.0210	잔여분	유
	12	0.020	0.51	0.58	0.012	0.015	0.65	-	23.4	1.84	0.0191	0.0160	잔여분	유

용접기	보호가스	용접조건	용접자세	용접기법
SCH 500(A) DC(+)	100%Ar, 가스유량18ℓ/min	240~250A, 22~23V/30cpm	Bead on Plate	Auto carrige 전진법(정지상태에서 용접시작, 용접시작 3초후 전진, 16초간 전진후 정지, 3초간 정지후 용접끝)

그리고 용접시로부터 일주일 경과후 그 용접부(40)에서의 균열발생여부를 조사하였으며, 그 결과를 또한 상기 표 1 및 도 3에 나타내었다.

상기 표 1에 나타난 바와같이, 산소와 질소함량이 최적화됨과 아울러 [(O+N)×Cr]로 정의되는 값이 0.8이하가 되도록 제어된 발명예 1~9의 경우에는 모두 우수한 내균열성을 나타냄을 알 수 있다. 이에 반하여, 산소와 질소함량이 본 발명의 범위밖이거나, 또는 [(O+N)×Cr]로 정의되는 값이 0.8을 초과하는 비교예 1~12의 경우는 모두 용접부에 균열이 발생함을 알 수 있다.

한편, 도 3은 산소와 질소의 총함량(O+N)에 대한 크롬(Cr)의 함량비가 내균열성에 미치는 영향을 나타내는 그래프로서, 본 발명예가 산소와 질소의 총함량(O+N)에 대한 크롬(Cr)의 함량비측면에서 비교예와 확연하게 구별됨을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 산소와 질소의 총함량(O+N)에 대한 크롬(Cr)의 함량을 소정범위로 제한하므로써 내부식성 및 내균열성이 우수한 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어를 제공함에 유용한 효과가 있다.

Claims

금속외피내 플럭스가 충전되어 있는 와이어에 있어서, 상기 와이어에 대한 중량%로 C:0.04%이하, Si :0.1~1.0%, Mn:0.1~1.0%, P:0.02%이하, S:0.02%이하, Cr :10~25%, Ti+Nb:0.3~1.5%, H: 용착금속 100g당 2cc이하, N:0.04%이하, O:0.04%이하, 필요에 따라 Mo:3.0%이하, 잔여 철 및 불가피한 불순물을 포함하고; 그리고 [(O+N)×Cr]로 정의되는 값이 0.8이하임을 특징으로 하는 페라이트계 스테인레스 스틸 용접용 플럭스 충전 와이어