CN101623802A - 药芯焊丝 - Google Patents

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Abstract

提供一种具有优异的高温裂纹性的药芯焊丝。药芯焊丝相对于焊丝总质量的焊剂填充率为10～20质量％，相对于焊丝总质量，含有C：0.03～0.08质量％、Si(据焊丝所含有的全部的Si源计算出的Si量的总和)：0.10～1.00质量％、Mn(据焊丝所含有的全部的Mn源计算出的Mn量的总和)：2.30～3.75质量％、Ti：0.15～1.00质量％、TiO2：5.0～8.0质量％、Al：0.05～0.50质量％、Al2O3：0.05～0.50质量％，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且，将只由所述Ti计算出的Ti量作为Ti计算量，将根据所述焊丝所含有的全部的Si源计算出的Si量的总和作为Si计算量时，满足(Ti计算量/Si计算量)＞0.20的关系。

Description

药芯焊丝
技术领域
本发明涉及气体保护电弧焊所使用的药芯焊丝。
背景技术
历来，作为气体保护电弧焊所使用的药芯焊丝，被提出具有以下所示的结构。例如专利文献1中记载有一种焊接用药芯焊丝，其相对于焊丝总质量，含有规定量的C、Si、Mn、TiO2和N，并记载该药芯焊丝除了所述成分以外，也可以以规定量含有Ti、B、Ni、Cr、Mo、Al、Mg、Nb和Ta之中的1种或2种以上的成分。另外在专利文献2中记载有一种气体保护电弧焊用焊丝，焊剂相对于焊丝总质量，含有规定量的TiO2、稀土类氟化物、Mg、Al、Si、Mn、B和Ni，且实质上不含金属状Ti。
【专利文献1】特开昭62-33094号公报
【专利文献2】特开昭63-273594号公报
然而，专利文献1的药芯焊丝，通过使焊接部的韧性提高而改善冲击特性，也能够一并改善焊接作业性，但其存在耐高温裂纹性上不能满足这样的问题。另外，专利文献2的药芯焊丝，虽然扩散性氢量少且具有优异的低温韧性，但也存在不能满足耐高温裂纹性这样的问题。
发明内容
因此，本发明为了解决这样的问题点而发明，其目的在于，提供一种具有优异的耐高温裂纹性的药芯焊丝。
为了解决前述课题，本发明的药芯焊丝是在钢制外皮内填充有焊剂的药芯焊丝，相对于焊丝总质量的焊剂填充率为10～20质量％，相对于焊丝总质量，含有C：0.03～0.08质量％、Si(据焊丝所含有的全部的Si源计算出的Si量的总和)：0.10～1.00质量％、Mn(据焊丝所含有的全部的Mn源计算出的Mn量的总和)：2.30～3.75质量％、Ti：0.15～1.00质量％、TiO2：5.0～8.0质量％、Al：0.05～0.50质量％、Al2O3：0.05～0.50质量％，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且，将只由所述Ti计算出的Ti量作为Ti计算量，将根据所述焊丝所含有的全部的Si源计算出的Si量的总和作为Si计算量时，满足(Ti计算量/Si计算量)＞0.20的关系。
根据所述结构，相对于焊丝总质量的焊剂填充率是规定量，并且相对于焊丝总质量，含有规定量的C、Si、Mn、Ti、TiO2、Al和Al2O3，由此，在焊接时，飞溅发生、烟尘发生受到抑制，熔渣剥离性得到改善，并且焊接接头的强度提高，且高温裂纹被抑制。另外，Ti计算量和Si计算量满足规定的关系。即，通过满足(Ti计算量/Si计算量)＞0.20的关系，焊接时Ti有助于脱氧反应，能够将焊接金属中生成的Ti系氧化物的组成控制为对核生成促进有效的组成。其结果是能够使焊接接头的凝固组织微细化，提高高温裂纹的抑制作用。
根据本发明的药芯焊丝，焊剂填充率为规定量，并且含有规定量的C、Si、Mn、Ti、TiO2、Al和Al2O3，并且药芯焊丝所含的Ti量和Si量满足规定关系，由此会使其具有优异的焊接作业性(包括焊道外观)、接头强度和耐高温裂纹性。
附图说明
图1是表示本发明的药芯焊丝的结构的剖面图。
图2是表示用于耐高温裂纹性的评价的焊接母材的坡口形状的剖面图。
符号说明
1  药芯焊丝(焊丝)
2  钢制外皮
3  焊剂
4  接头
11 焊接母材
12 衬垫材
13 铝胶带
具体实施方式
对本发明的药芯焊丝进行详细地说明。图1(a)～(d)是表示药芯焊丝的结构的剖面图。
如图1(a)～(d)所示，药芯焊丝(以下称为焊丝)1，由形成为筒状的钢制外皮2和被填充在该筒内的焊剂3构成。另外，焊丝1也可以是如下任一种形态：在如图1(a)所示的这种无接头的钢制外皮2的筒内填充有焊剂3的无缝型；如图(b)～(d)所求的这种在有接头4的钢制外皮2的筒内填充有焊剂3的有缝型。
而且，焊丝1其焊剂填充率为规定量，并且含有规定量的C、Si、Mn、Ti、TiO2、Al和Al2O3，余量由Fe和不可避免的杂质构成，并且Ti计算量和Si计算量满足规定的关系(具体来说，(Ti计算量/Si计算量)超过规定值)。
以下，将焊丝成分(焊剂填充率和成分量)的数值范围与其限定理由一并记述。焊剂填充率按照使钢制外皮2内所填充的焊剂的质量相对于焊丝1(钢制外皮2+焊剂3)的总质量的比例来规定。另外，成分量以钢制外皮2和焊剂3的成分量的总和表示，以相对于焊丝1总质量的比例规定焊丝1(钢制外皮2+焊剂3)所含的各成分的质量。还有，构成焊丝1的成分之中，C、Si、Mn、Ti、TiO2、Al和Al2O3是从钢制外皮2添加或是从焊剂3添加都没什么特别问题，只要添加在钢制外皮2和焊剂3的至少一方即可。
(焊剂填充率：10～20质量％)
焊剂填充率低于10％时，电弧的稳定性变差，飞溅发生量增加，焊接作业性降低。另外焊剂填充率超过20％时，焊丝1的断线等发生，生性显著劣化。
(C：0.03～0.08质量％)
C用于确保焊接部的淬火性而添加。C量低于0.03质量％时，由于淬火性不足，导致焊接部的强度、韧性不足。另外，由于低C量造成焊接部发生高温裂纹。若C量超过0.08质量％，则焊接时的飞溅发生量或烟尘发生量增加，焊接作业性降低。另外，若作为被焊接材的钢材的C量多时，焊接部(焊接金属)的C量变多。而且，若C处于发生包晶反应的区域，则焊接部容易发生高温裂纹。还有，作为C源，例如使用箍(hoop)、Fe-Mn等合金粉、铁粉等。
(Si：0.10～1.00质量％)
Si为了确保焊接部的延性、维持焊道形状而添加。Si量低于0.10质量％时，焊接部的延性不足。另外焊道形状变差，特别是向上立焊在焊道下垂，焊接作业性降低。若Si量超过1.00质量％，则韧性平容易降低。另外，焊接部会发生高温裂纹。还有，作为Si源例如使用箍、Fe-Si、Fe-Si-Mn等的合金，K2SiF6等的氟化物，锆砂、硅砂、长石等的氧化物。
(Mn：2.30～3.75质量％)
Mn用于确保焊接部的淬火性而添加。Mn量低于2.30质量％时，焊接部的淬火性不足，韧性降低。另外与作为不可避免的杂质被含有的S结合而得到的MnS量也变少，因此，由MnS带来高温裂纹抵制作用变小，在焊接部发生高温裂纹。若Mn量超过3.75质量％，则焊接部的强度过高，韧性不足。另外在焊接部会发生低温裂纹。还有，作为Mn源使用例如箍、Mn金属粉、Fe-Mn、Fe-Si-Mn等合金。
(Ti：0.15～1.00质量％，优选为0.20～1.00质量％)
Ti(金属Ti)用于改善焊接部(焊接金属)的耐高温裂纹性而添加。Ti(金属Ti)焊接时有助于脱氧反应，能够将焊接金属中的夹杂物控制为Ti氧化物组成，其结果是使焊接接头(焊接部)的凝固组织微细，焊接部的耐高温裂纹性得到改善。Ti量(金属Ti)低于0.15质量％时，焊接部发生高温裂纹。若Ti量(金属Ti)超过1.00质量％，则焊接金属再热部容易变成硬而脆的贝氏体、马氏体，韧性降低。另外，焊接时的飞溅发生量变多，焊接作业性降低。还有，作Ti源使用例如Fe-Ti等合金粉。
(TiO2：5.0～8.0质量％)
TiO2(Ti氧化物)用于确保全位置焊接性而添加。TiO2量(Ti氧化物)低于5.0质量％时，在向上立焊中焊道下垂，焊接作业性降低。若TiO2量(Ti氧化物)超过8.0质量％，则焊接时熔渣剥离性劣化，焊接作业性降低。另外，焊剂的体积比重变小，生产性劣化。还有，作为TiO2源使用例如金红石(rutile)等。
(Al：0.05～0.50质量％，优选为0.05～0.40质量％)
Al是强脱氧剂，如果适量的添加，则使焊接金属的氧量降低，Mn的成品率稳定，焊接部的高温裂纹性改善，也使韧性稳定化。Al量低于0.05质量％时脱氧不充分，焊接部发生高温裂纹。若Al量超过0.50质量％，则焊接时的飞溅发生量变多，焊接作业性降低。还有，作为Al源使用例如Al金属粉、Fe-Al、Al-Mg等的合金粉。
(Al2O3：0.05～0.50质量％，优选为0.05～0.40质量％)
Al2O3用于防止水平角焊位置下的焊道形状、向上立焊位置下的焊道的下垂而添加。Al2O3量低于0.05质量％时，水平角焊的焊道形状(融合)差，另外在向上立焊中发生焊道下垂，焊接作业性降低。若Al2O3量超过0.50质量％，焊接时的熔渣剥离性劣化，焊接作业性降低。还有，作为Al2O3源使用例如氧化铝和长石等的复合氧化物。
((Ti计算量/Si计算量)＞0.20)
通过将焊丝所含的Ti量(金属Ti)控制在规定范围内，在焊接时Ti(金属Ti)有助于脱氧反应，能够将焊接接头(焊接金属)中生成的夹杂物的组成控制为对核生成促进有效的Ti系氧化物组成的夹杂物。其结果是能够使焊接金属的凝固组织微细，能够显著改善耐高温裂纹性。此外，优选在有效的Ti系氧化物中不含SiO2。因此，根据与焊丝1中所含的Si量的关系规定焊丝1中所含的Ti量(金属Ti)，具体来说，就是规定Ti计算量和Si计算量的比，即规定(Ti计算量/Si计算量)，由此可以通过凝固组织微细化，将Ti系氧化物组成控制为有效的组成，可以将焊接金属的凝固组织控制为在耐高温裂纹性的改善中优选的。
若(Ti计算量/Si计算量)≤0.20，则焊接接头的凝固组织没有微细化。因此(Ti计算量/Si计算量)＞0.20，优选(Ti计算量/Si计算量)＞0.25，更优选(Ti计算量/Si计算量)＞0.37。
在此，所谓Ti计算量，是只根据焊丝1所含有的所述Ti(金属Ti)计算出Ti量，不含根据焊线1所含有的TiO2(Ti氧化物)计算(换算)出的Ti量。
另外，所谓Si计算量，是根据焊丝1所含有的所述Si源的全部计算出的Si量。还有，所述SiO2被作为Si源使用，包含在例如锆砂、硅砂、长石等的氧化物中。
(Fe)
余量的Fe相当于构成钢制外皮2的Fe，Fe量是钢制外皮2中的Fe量。
(不可避免的杂质)
作为余量的不可避免的杂质，可列举S、P、Ni、O、Zr等，允许在不妨碍本发明的效果的范围含有。S量、P量、Ni量、O量、Zr量优选分别在0.050质量％以下，是钢制外皮2和焊剂3中的各成分量的总合。
还有，钢制外皮2和焊剂3，在焊丝制作时使所述焊丝成分(成分量)在所述范围内，如此选择钢制外皮2和焊剂3的各成分(各成分量)。
【实施例】
就本发明的药芯焊丝，将满足本发明的要件的实施例与不满足本发明的要件的比较例进行比较，具体地进行说明。
在钢制外皮(钢使用含有C：0.02质量％、Si：0.01质量％、Mn：0.20质量％、P：0.010质量％、S：0.007质量％，余量由Fe和不可避免的杂质构成的)的内侧填充焊剂，制作由表1、表2所示的焊丝成分构成的线径1.2mm的药芯焊丝(实施例：No.1～23，比较例：No.24～40)。
还有，焊丝成分由以下的测定方法测定、计算。
C量通过“红外线吸收法”测定。Si量和Mn量是将焊丝总量溶解，通过“ICP发射光谱分析法”测定。
TiO2量(作为TiO2等存在，不含Fe-Ti等)通过“氧分解法”测定。氧分解法中使用的溶剂采用王水，溶解焊丝总量。由此，焊丝1中所含的Ti源(Fe-Ti等)溶解到王水中，但TiO2源(TiO2等)对于王水是不溶的，因此溶化残留。使用过滤器(滤纸为5C的细眼)过滤该溶液，将过滤器和残渣一起移至镍制的坩埚中，用气体燃烧器加热而灰化。接着，加入碱熔剂(氢氧化钠和过氧化钠的混合物)，再度用气体燃烧器加热而熔解残渣。接着，加入18质量％盐酸而使熔解物溶液化后，移至量瓶中，再加入纯水混乱(mess up)而得到分析液。以“ICP发射光谱分析法”测定分析液中的Ti浓度。将该Ti浓度换算成TiO2量，计算出TiO2量。
Ti量(作为Fe-Ti等存在，不含TiO2等)利用“氧分解法”，将焊丝总量溶解到王水中，过滤不溶的TiO2源(TiO2等)，得到此溶液作为焊丝1所含的Ti源(Fe-Ti等)，运用“ICP发射光谱分析法”，作为Ti量(Fe-Ti等)求得存在。
Al2O3量(作为氧化铝和长石等的复合氧化物存在，不含Al金属粉等合金粉)通过“氧分解法”测定。氧分解法中使用的溶剂采用王水，溶解焊丝总量。由此，焊丝1中所含的Al源(Al金属粉等合金粉)溶解到王水中，但Al2O3源(氧化铝和长石等的复合氧化物)对于王水是不溶的，因此溶化残留。使用过滤器(滤纸为5C的细眼)过滤该溶液，将过滤器和残渣一起移至镍制的坩埚中，用气体燃烧器加热而灰化。接着，加入碱熔剂(氢氧化钠和过氧化钠的混合物)，再度用气体燃烧器加热而熔解残渣。接着，加入18质量％盐酸而使熔解物溶液化后，移至量瓶中，再加入纯水混乱而得到分析液。“ICP发射光谱分析法”测定分析液中的Al浓度。将该Al浓度换算成Al2O3量，计算出Al2O3量。
Al量(作为氧化铝和长石等的复合氧化物存在，不含Al金属粉等合金粉)，通过“氧分解法”将丝总量溶解到王水中，过滤不溶的Al2O3源(氧化铝和长石等的复合氧化物)，得到此溶液作为焊丝1所含的Al源(Al金属粉等合金粉)，运用“ICP发射光谱分析法”，作为Al量(Al金属粉等的合金粉)求得存在。
【表1】
(注)余量为Fe和不可避免的杂质。
(注)Ti/Si表示(Ti计算量/Si计算量)。
【表2】
(注)余量为Fe和不可避免的杂质。
(注)Ti/Si表示(Ti计算量/Si计算量)。
使用制作的药芯焊丝，按以下所示的方法，对于耐高温裂纹性、机械的性质(抗拉强度、吸收能)、焊接作业性进行评价。基于此评价结果，进行实施例和比较例的药芯焊丝的综合评价。
(耐高温裂纹性)
以表3所示的焊接条件，对由JIS G3106SM400B钢(含有C：0.12质量％、Si：0.2质量％、Mn：1.1质量％、P：0.008质量％、S：0.013质量％，余量是Fe和不可避免的杂质)构成的母材进行单面焊接(下向对接焊)。
【表3】
Figure G2009101475331D00082
图2是表示用于耐高温裂纹性的评价的焊接母材的坡口形状的剖面图。如图2所示，焊接母材11具有V形的坡口，在该V型的坡口的背面，配置有由耐火物12和铝胶带13等构成的衬垫材。然后，使坡口角度为35°，使配置有衬垫材的部分的根部间隔为4mm。
焊接结束后，对于初层焊接部(除弧坑部(crater))，以X射线透射试验(JIS Z 3104)确认内部裂纹的有无，计算裂纹率。据此裂纹率评价耐高温裂纹性。其结果显示在表4、表5中。
还有，评价标准为，焊接电流240A裂纹率为0％且焊接电流260A裂纹率0％时为“更优异：◎”，焊接电流240A裂纹率为0％且焊接电流260A裂纹率为5％以下时为“优异：○～◎”，焊接电流240A裂纹率为0％且焊接电流260A有裂纹率超过5％时为“良好：○”，焊接电流240A有裂纹且焊接电流260A有裂纹时为“差：×”。
(机械的性质)
依据JIS Z3313，对于抗拉强度、吸收能进行评价。
还有，抗拉强度的评价基准为，490MPa以上640MPa以下时为“优异：○”，低于490MPa或超过640MPa时为“差：×”。另外，吸收能的评价基准为，60J以上时为“优异：○”，低于60J时为“差：×”。此外，依据JIS Z3313评价延伸率时，其评价基准为，22％以上时为“优异：○”，低于22％时为“差：×”。
(焊接作业性)
使用与耐高温裂纹性同样的焊接母材，进行下向角焊、水平角焊、立向上角焊、立向下角焊4种焊接，感官评价作业性。在此，焊接条件与前述耐高温裂纹性一样(参照表3)。
还有，评价基准为，没有发生飞溅发生、烟尘发生、焊道下垂等的焊接不良时为“优异：○”，发生焊接不良时为“差：×”。
(综合评价)
综合评价的评价基准为，所述评价项目之中，耐高温裂纹性为“◎”且机械的性质和焊接作业性为“○”时为“更优异：◎”，耐高温裂纹性为“优异：○～◎”，耐高温裂纹性为“○”且机械的性质和焊接作业性为“○”时为“良好○”，所述评价项目的至少1个为“×”时为“差：×”。
【表4】
Figure G2009101475331D00101
【表5】
Figure G2009101475331D00111
如表1、表4所示，实施例(No.1～23)全部的焊丝成分满足本发明的范围，因此耐高温裂纹性、机械的性质和焊接作业性全部为优异(或良好)，综合评价也是优异(或良好)。
如表2、表5所示，比较例(No.24)因为C量低于下限值，所以耐高温裂纹性和机械的性质差，综合评价也差。比较例(No.25)因为C量超过上限值，所以焊接作业性差，综合评价也差。比较例(No.26)因为Si量低于下限值，所以焊接作业性差，综合评价也差。比较例(No.27)因为Si量超过上限值，所以耐高温裂纹性差，综合评价也差。
比较例(No.28)因为Mn量低于下限值，所以耐高温裂纹性和机械的性质差，综合评价也差。比较例(No.29)因为Mn量超过上限值，所以机械的性质和焊接作业性差，综合评价也差。比较例(No.30)因为Ti量低于下限值，所以耐高温裂纹性差，综合评价也差。比较例(No.31)因为Ti量超过上限值，所以机械的性质和焊接作业性差，综合评价也差。
比较例(No.32)因为TiO2量低于下限值，所以焊接作业性差，综合评价也差。比较例(No.33)因为TiO2量超过上限值，所以焊接作业性差，综合评价也差。比较例(No.34)因为Al量低于下限值，所以机械的性质和机械的性质差，综合评价也差。比较例(No.35)因为Al量超过上限值，所以焊接作业性差，综合评价也差。
比较例(No.36)因为Al2O3量低于下限值，所以焊接作业性差，综合评价也差。比较例(No.37)因为Al2O3量超过上限值，所以焊接作业性差，综合评价也差。比较例(No.38)因为(Ti计算量/Si计算量)低于下限值，所以耐高温裂纹性差，综合评价也差。比较例(No.39)因为焊剂填充率低于下限值，所以焊接作业性差，综合评价也差。比较例(No.40)因为焊剂填充率超过上限值，所以焊丝生产中发生断线，作为综合评价为差。
由以上结果可确认，实施例(No.1～23)与比较例(No.24～40)相比，作为药芯焊丝1优异。

Claims (1)

1.一种药芯焊丝，其在钢制外皮内填充有焊剂，其特征在于，
相对于焊丝总质量的焊剂填充率为10～20质量％，
相对于焊丝总质量，含有C：0.03～0.08质量％、Si：0.10～1.00质量％、Mn：2.30～3.75质量％、Ti：0.15～1.00质量％、TiO2：5.0～8.0质量％、Al：0.05～0.50质量％、Al2O3：0.05～0.50质量％，余量是Fe和不可避免的杂质，其中，上述Si的含量是根据焊丝中所含有的全部的Si源计算出的Si量的总和，上述Mn的含量是根据焊丝中所含有的全部的Mn源计算出的Mn量的总和，
并且，将仅以所述Ti为对象计算出的Ti量作为Ti计算量，将根据所述焊丝中所含有的全部的Si源计算出的Si量的总和作为Si计算量时，满足(Ti计算量/Si计算量)＞0.20的关系。
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