CN102264505B - 镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝和使用该焊丝的镀锌钢板的电弧焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明为不产生锌脆化裂纹、可得到耐蚀性、延展性优异的焊接区、且焊接操作性良好的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝和使用该焊丝的焊接方法，所述焊丝，其特征在于，作为金属或合金成分在上述外皮和焊剂中含有的合计量，相对于焊丝总质量，为C：0.01～0.05％、Si：0.1～1.5％、Mn：0.5～3％、Ni：7～10％、Cr：26～30％，F值满足30～50，在上述焊剂中，作为焊渣形成剂，含有TiO₂：3.8～6.8％、SiO₂：1.8～3.2％、ZrO₂：1.3％以下、Al₂O₃：0.5％以下，这些焊渣形成剂与其他的焊渣形成剂的合计量为7.5～10.5％，上述TiO₂相对于焊渣形成剂合计量满足50～65％，上述外皮以及焊剂的其余量为Fe和不可避免的杂质。

Description

镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝和使用该焊丝的镀锌钢板的电弧焊接方法

技术领域

本发明涉及即使不进行修补(补漆；touch up)等的后处理也可确保焊接区的耐蚀性的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝和使用该焊丝的镀锌钢板的电弧焊接方法，特别是涉及不产生焊接裂纹、焊接操作性(焊接工艺性)良好的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝和使用该焊丝的镀锌钢板的电弧焊接方法。

另外，本发明作为对象的被焊接材料的镀锌钢板，包括镀锌钢板和锌系合金镀层钢板。

背景技术

镀锌钢板在建筑和汽车等的领域中，从提高结构部件的耐蚀性的观点来看正被广泛应用。以往对于结构物的耐蚀性提高，曾采用了下述方法：焊接未镀的材料，其后，浸渍到锌浴中，附着到钢材和焊接区表面，以确保结构物整体的耐蚀性。但是，该方法在焊接后进行镀覆处理，因此生产率差，并且需要锌浴等的设备，成为使制造成本增加的原因。

为了避免该情况，应用了通过焊接预先实施了镀覆的镀锌钢板来制造结构物的方法。另外，最近，为了更加提高结构部件的耐蚀性，已开始焊接与以往的一般的镀锌钢板相比进一步提高了耐蚀性的对钢板表面施加了Zn-Al-Mg-Si系合金镀层等的锌系合金镀层的锌系合金镀层钢板，来制造焊接结构物(例如，参照专利文献1)。

以往就已知，作为焊接镀锌钢板或锌系合金镀层钢板来制造焊接结构物时的特有问题，是在焊缝金属和母材热影响区容易产生起因于熔融镀层的液体金属脆化裂纹(以下称为锌脆化裂纹)。

可以认为，锌脆裂的主要原因是存在于在焊接区附近的母材热影响区的表面以熔融状态残存的锌镀层成分侵入到焊接区的晶界中。另外认为，存在于焊接区的表面的锌镀层由于焊接而蒸发、消失，不会成为焊接脆化裂纹的原因。

另一方面，自以往就在要求耐蚀性的不锈钢结构物的焊接中使用不锈钢的同质合金系焊接材料。在该情况下，即使形成于不锈钢彼此的接合部或者不锈钢与碳钢的接合部的不锈钢成分的焊缝金属，也与不锈钢的母材部同样地得到良好的耐蚀性。

但是，根据本发明者们的确认试验结果，已确认即使在焊接镀锌钢板时为了得到耐蚀性良好的焊缝金属，而使用例如SUS309系、SUS329系不锈钢焊接材料等的焊接材料，也在焊缝金属中产生较多的锌脆化裂纹，从而应用困难。

作为解决焊缝金属的锌脆化裂纹的问题的方法，本发明者们曾提出了通过控制C、Si、Mn、Ni、Cr含量来将焊缝金属的铁素体组织的面积率和抗拉强度最佳化，而且，适当地控制焊渣形成剂中的TiO₂量等，由此防止焊缝金属的锌脆化裂纹的药芯焊丝(参照专利文献2)。

但是，在使用该方法焊接锌系合金镀层钢板的情况下，经常有根据焊接工艺条件而产生焊缝金属的锌脆化裂纹的情况，不能稳定地防止其产生。另外，存在使用该方法得到的熔敷金属延展性低、而且焊接操作性的电弧稳定性低、焊渣剥离性差这样的问题。

对此，本发明者们对于防止焊接脆化裂纹的焊接接头进一步专心研究，提出了通过规定接头的焊缝金属成分来抑制焊缝金属中产生的锌脆化裂纹的方案(参照专利文献3)。而且，在该专利文献中还提出了通过规定焊丝的合金成分，而将接头的焊缝金属成分调整到目标范围的方案。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2000-064061号公报

专利文献2：日本特开2006-035293号公报

专利文献3：日本特开2007-118077号公报

发明内容

作为在焊接区产生的锌脆化裂纹，作为典型例可举出如图3A、图3B所示那样的在焊缝金属中产生的裂纹、和如图4A、图4B所示那样的从焊趾部朝向母材热影响区产生的裂纹。

其中，对于如图3A、图3B所示那样的焊缝金属的锌脆化裂纹，本发明者们已弄清：通过实现成为上述的专利文献3所记载的成分组成的焊缝金属可进行抑制。但是，由于作为焊接接头使用，因此除了防止裂纹以外，还要求焊接区的延展性等的机械性能。在专利文献3所记载的发明中，关于使用的焊接材料的成分，虽然示出了C、Si、Mn、Ni、Cr含量的范围，但是对于适当的成分平衡没有公开，存在为了选定用于满足焊接接头的诸特性的焊丝而需要巨大的预先研究的工时这样的问题。

另一方面，关于如图4A、图4B所示那样的母材热影响区的锌脆化裂纹，对于一般的焊接接头而言不成为问题，但在例如焊接时的残余应力高的环缝焊接、焊接构件的拘束力变高的方钢管的焊接中，有时产生裂纹，成为新的课题。作为这样的裂纹的产生机制，认为是如图4A、图4B所示那样，在钢板表面以熔融状态存在的锌5在焊接后的冷却过程中从作为应力集中部的焊趾部4侵入到母材热影响区1a从而引起裂纹6。

再者，在上述专利文献2中，记载了：为了防止母材热影响区的锌脆化裂纹，将焊丝中的焊渣成分中的TiO₂的比率提高到60％以上，但在该专利文献中，焊渣形成剂的总量，相对于焊丝总质量，为5％以下，比较少，并且，在焊渣形成剂的配合平衡上，有时会较多地产生飞溅，等等，存在焊接操作性改善的余地，另外，根据焊接工艺条件，也有时产生裂纹。

因此，本发明的目的在于提供一种在使用了不锈钢焊接材料的镀锌钢板的焊接中，除了防止焊缝金属的锌脆化裂纹和确保延展性以外，还防止母材热影响区的锌脆化裂纹，并且，焊接操作性也优异的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝和使用该焊丝的镀锌钢板的电弧焊接方法。

本发明者们为了解决上述课题，对于焊丝的合金成分进行了各种研究。 其结果发现，将焊丝中的C、Si、Mn、Ni、Cr量最佳化，同时增加作为其合计式的F值(＝3×[Cr％]+4.5×[Si％]-2.8×[Ni％]-84×[C％]-1.4×[Mn％]-19.8)，可以降低锌脆化裂纹，还可以确保延展性。在图2中，对于镀锌钢板的焊接，显示F值和裂纹个数的关系(焊接工艺条件等与后述的实施例的焊接接头性能调查相同)。

该F值是表示铁素体的结晶容易度的指标，认为如图2所示那样，如果F值为30以上、优选为40以上，则从初晶到室温以铁素体单相完成凝固，因此晶界难以产生锌的侵入，可以防止裂纹。

另外，对于母材热影响区的锌脆化裂纹防止，针对焊丝的焊渣形成剂进行了研究。其结果发现，通过将焊丝中的焊渣形成剂的TiO₂的含有比率最佳化，并且使焊渣形成剂的总量比较多，可以防止裂纹。即，如图5所示那样，通过用适当的成分组成的凝固焊渣8良好地覆盖焊缝金属3，可以防止熔融锌5侵入到焊趾部4，可以防止母材热影响区的锌脆化裂纹，这已变得明确。

本发明是根据以上的见解完成的，其要旨如下。

[1]一种镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝，是在不锈钢外皮的内部填充有焊剂的不锈钢药芯焊丝，其特征在于，

作为金属或合金成分在上述外皮和焊剂中含有的合计量，以相对于焊丝总质量的质量％计，为

C：0.01～0.05％、

Si：0.1～1.5％、

Mn：0.5～3.0％、

Ni：7.0～10.0％、

Cr：26.0～30.0％，

并且，由下述(1)式定义的F值满足30～50的范围，

而且，作为焊渣形成剂，在上述焊剂中，以相对于焊丝总质量的质量％计，含有

TiO₂：3.8～6.8％、

SiO₂：1.8～3.2％、

ZrO₂：包括0％在内的1.3％以下、

Al₂O₃：包括0％在内的0.5％以下，

并且该焊渣形成剂和其他的焊渣形成剂的合计量为7.5～10.5％，

而且，上述TiO₂以相对于焊渣形成剂合计量的质量％计，满足TiO₂：50～65％，

上述外皮和焊剂的其余量为Fe和不可避免的杂质。

F值＝3×[Cr％]+4.5×[Si％]-2.8×[Ni％]-84×[C％]-1.4×[Mn％]-19.8 ········(1)

其中，上述[Cr％]、[Si％]、[Ni％]、[C％]和[Mn％]分别表示在焊丝中的外皮和焊剂中含有的Cr、Si、Ni、C和Mn的相对于焊丝总质量的各自的质量％的合计。

[2]根据上述[1]所述的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝，其特征在于，作为金属或合金成分，还含有Bi，且Bi在上述外皮和焊剂中含有的合计量，以相对于焊丝总质量的质量％计，为Bi：0.01～0.1％。

[3]一种镀锌钢板的电弧焊接方法，其特征在于，

作为被焊接材料的镀锌钢板的镀层是成分以质量％计含有Al：2～19％、Mg：1～10％、Si：0.01～2％，其余量由Zn和不可避免的杂质构成的锌系合金镀层，

在对被覆该镀层而成的镀锌钢板进行焊接时，使用上述[1]或[2]所述的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝进行电弧焊接。

[4]一种镀锌钢板的电弧焊接方法，其特征在于，

将作为被焊接材料的镀锌钢板的镀层除外的钢板是成分以质量％计含有

C：0.01～0.2％、

Si：0.01～2.0％、

Mn：0.5～3.0％、

P：0.020％以下、

S：0.020％以下、

Al：0.001～0.5％、

Ti：0.001～0.5％、

B：0.0003～0.004％、

N：0.0005～0.006％，

其余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢板，

在对该镀锌钢板进行焊接时，使用上述[1]或[2]所述的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝进行电弧焊接。

[5]根据上述[4]所述的镀锌钢板的电弧焊接方法，其特征在于，作为将上述镀锌钢板的镀层除外的钢板的成分，还含有Nb、V的一种或两种，并且Nb、V的合计量为0.01～0.20质量％。

根据本发明的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝和使用该焊丝的镀锌钢板的电弧焊接方法，可得到即使不进行修补等的后处理耐蚀性也良好、并且不产生焊接裂纹、焊接区的延展性良好，且焊接操作性优异等的高品质的焊接区。

特别是在含有Al、Mg作为合金元素的Zn-Al-Mg系合金镀层钢板的焊接中显示显著的效果。作为Zn-Al-Mg系合金镀层钢板，有例如含有11％的Al、3％的Mg、0.2％的Si，其余量主要为Zn的新日本制铁株式会社制的「ス一パ一ダイマ(注册商标)」钢板或含有7％的Al、3％的Mg，其余量主要为Zn的日新制钢株式会社制的「ZAM(注册商标)」钢板等。

附图说明

图1是表示影响到母材热影响区的裂纹以及焊接操作性的焊渣合计量和TiO₂含量的关系的图。

图2是表示F值和焊缝金属的裂纹个数的关系的图。

图3A是用立体图模式地表示焊缝金属中产生的裂纹的图。

图3B是用剖面图模式地表示焊缝金属中产生的裂纹的图。

图4A是用立体图模式地表示母材热影响区中产生的裂纹的图。

图4B是用剖面图模式地表示母材热影响区中产生的裂纹的图。

图5是用剖面图模式地表示通过覆盖焊接区的凝固焊渣来防止母材热影响区的锌脆化裂纹的情形的图。

图6是用立体图模式地表示母材热影响区的锌脆化裂纹的评价方法的图。

具体实施方式

本发明者们对于可以提高焊接区的耐蚀性的镀锌钢板用的不锈钢系焊接材料，专心研究了在抑制焊缝金属的锌镀层裂纹的同时确保焊缝金属的延展性，而且，在抑制母材热影响区的锌脆化裂纹的产生的同时维持焊接操作性良好的方法。

再者，在本发明中，所谓上述镀锌钢板，除了单纯的镀锌钢板以外，还意味着为了提高锌镀层中的耐蚀性，而在表面实施了添加了Al、Mg、Si等的Zn-Al系合金镀层、Zn-Al-Mg系合金镀层、Zn-Al-Mg-Si系合金镀层的镀层钢板的总称。

首先，对于实现焊缝金属的锌脆化裂纹抑制和焊缝金属的延展性确保的方法进行叙述。根据本发明者们的实验结果，确认了通过保持焊缝金属中的铁素体量合适，可以兼具焊缝金属的锌脆化裂纹抑制和延展性确保。另外发现，该焊缝金属凝固时的铁素体的结晶容易度，可以通过主要以焊缝金属中的Si以及Cr的铁素体形成元素、和C、Mn以及Ni的奥氏体形成元素为基础，由下述(1)式定义的F值进行整理。

F值＝3×[Cr％]+4.5×[Si％]-2.8×[Ni％]-84×[C％]-1.4×[Mn％]-19.8········(1)

其中，上述[Cr％]、[Si％]、[Ni％]、[C％]和[Mn％]分别表示在焊丝中的外皮和焊剂中含有的Cr、Si、Ni、C和Mn的相对于焊丝总质量的各自的质量％的合计。

图2表示焊接镀锌钢板时使用的药芯焊丝的F值和锌脆化裂纹个数的关系(焊接工艺条件等与后述的实施例的焊接接头性能调查相同)。

药芯焊丝的F值低于30的情况下，焊缝金属的初晶凝固相以单独的奥氏体完成凝固，或者即使初晶凝固相为铁素体，也在凝固途中引起奥氏体的结晶从而以铁素体和奥氏体两相完成凝固。此时，奥氏体相进行柱状晶凝固，因此焊接时在奥氏体晶界侵入起因于锌镀层的Zn等的低熔点成分，变得容易产生焊缝金属的锌脆化裂纹。另一方面，在药芯焊丝的F值为30以上的情况下，焊缝金属以铁素体初晶析出，并以铁素体单相完成凝固，因此由于等轴晶凝固了的被微细化的铁素体相，焊接时难以产生锌等的低熔点成分向晶界的侵入，焊缝金属的锌脆化裂纹产生减少，这已变得明确。而且，在F值为40以上的情况下，在焊缝金属的凝固后的冷却过程中析出的奥氏体变少，抑制锌脆化裂纹的效果变得更加显著，这已变得明确。

基于这些见解，在本发明中，为了如后述那样将药芯焊丝中的C、Si、Mn、Ni、Cr的含量最佳化，并且抑制焊缝金属的锌脆化裂纹产生，将由上述(1)式定义的焊丝的F值设为30以上，优选为40以上。

从抑制锌脆化裂纹的观点来看，焊丝的F值越高越好。但是，如果焊丝的F值超过50，则焊缝金属以铁素体单相完成凝固后，在直到室温的冷却过程中的奥氏体的析出极其减少，因此在室温下的焊缝金属中的铁素体量变多。为了确保焊缝金属的延展性即伸长率，规定量的奥氏体的析出是必要的，F值的过度的增加并不优选。因此，在本发明中，为了通过使室温下的焊缝金属组织成为铁素体和奥氏体的适当的两相组织，来抑制焊缝金属的锌脆化裂纹产生，并且充分地确保焊缝金属的延展性，将焊丝的F值的上限设为50。

接着，对于防止母材热影响区的锌脆化裂纹和提高焊接操作性的方法进行了专心研究。其结果发现，对于防止母材热影响区的锌脆化裂纹，重要的是如图5所示那样，通过覆盖焊缝金属3的凝固焊渣8来防止熔融锌5侵入焊趾部4，对于提高焊接操作性，重要的是将焊渣形成剂的成分组成最佳化。

本发明基于这些见解，其技术思想在于，

(a)通过提高焊渣形成剂中的TiO₂含量并形成比较高的熔点的凝固焊渣，同时使焊渣形成剂的总量比较多，可以在高温状态下良好地包围焊缝金属，从而可以防止熔融锌向焊趾部的侵入；

(b)通过规定焊渣形成剂中的TiO₂含量的上限，并使从焊丝尖端过渡到钢板母材的熔滴的过渡特性稳定化，可以降低飞溅，从而提高焊接操作性。

以下，对于母材热影响区的锌脆化裂纹的防止方法进行叙述。再者，在通常的对焊接头和角焊接头中，母材热影响区的锌脆化裂纹的再现未必容易，因此用特殊的焊接试验体进行了评价。即，如图6所示那样，通过在板厚9mm的厚钢材9之上设置成为评价对象的镀层钢板1，并将其四边进行搭接角焊来提高了镀层钢板的拘束力。而且，通过在镀层钢板1上设置圆钢2并进行环缝角焊来形成为焊接时的收缩应力变高的条件。焊接结束后，通过剖面观察焊缝的弧坑部(终端部)的剖面11来评价了母材热影响区的锌脆化裂纹产生状况。

图1表示使用以TiO₂、SiO₂、ZrO₂为焊渣材料的主成分的焊丝调查了母材热影响区的锌脆化裂纹产生状况的结果。可知通过使TiO₂的比率为50％以上，并且焊渣总量为7.5％以上可以防止锌脆化裂纹。认为防止母材热影响分区的锌脆化裂纹的机理是焊接后凝固了的焊渣8成为屏障，防止熔融锌5向母材热影响区1a(焊趾部4)的侵入。因此，认为通过增加TiO₂的比率并提高焊渣材料的熔点来构成为坚固的屏障。另外，认为如果增加焊渣材料总量，则在焊趾部可以包覆较厚的(较多的)焊渣，从而有效地抑制熔融锌的侵入。

另一方面，关于焊接操作性，可知如果TiO₂的含有比率超过65％则较多地发生飞溅。认为因TiO₂添加量的增加，焊渣材料的熔点过于变高，因此熔融焊渣难以从焊丝尖端脱离，作为结果，熔滴过渡特性变得不稳定，飞溅增加。

因此，在防止母材热影响区的锌脆化裂纹的观点来看，有效的是相对于焊渣形成剂总量的TiO₂含量为50％以上，但在抑制飞溅的观点来看必 须将TiO₂含量规定在65％以下。

以上是用于防止焊缝金属的锌脆化裂纹和确保延展性的F值的限定理由、用于防止母材热影响区的锌脆化裂纹和抑制飞溅的、焊丝中的焊渣形成剂总量和TiO₂的含有比率的限定理由。而且，为了确保焊缝金属的诸特性和各种的焊接操作性良好，需要将在药芯焊丝中作为金属或合金添加的成分、和焊渣形成剂如以下那样限定。再者，在以下的说明中，「％」只要没有特别说明，意味着「质量％」。

首先，叙述成为焊缝金属的合金成分的C、Si、Mn、Ni、Cr各成分的添加理由。

C对耐蚀性有害，但出于确保焊缝金属的强度、使焊接时的电弧状态稳定为目的，添加0.01％以上。另一方面，如果添加超过0.05％，则碳化物较多地析出，因此焊缝金属的延展性降低。因此，在药芯焊丝中作为金属或合金含有的C必须在0.01～0.05％。

Si出于使焊渣剥离性良好的目的添加0.1％以上。另一方面，如果添加超过1.5％，则析出低熔点SiO₂系氧化物，因此焊缝金属的延展性降低。因此，在药芯焊丝中作为金属或合金含有的Si必须在0.1～1.5％。

Mn出于使室温下的焊缝金属组织中的奥氏体相稳定、得到焊缝金属的延展性为目的添加0.5％以上。另一方面，如果添加超过3.0％，则焊渣剥离性变差。因此，在药芯焊丝中作为金属或合金含有的Mn必须在0.5～3.0％。

Ni是奥氏体形成元素，出于使室温下的焊缝金属组织中的奥氏体相稳定、得到焊缝金属的延展性为目的必须为7.0％以上。另一方面，如果添加超过10.0％，则促进P、S等的在裂纹方面有害的微量成分的偏析，还容易产生锌脆化裂纹。因此，在药芯焊丝中作为金属或合金含有的Ni必须在7.0～10.0％，优选在8.0～10.0％。

Cr是有助于提高焊缝金属的耐蚀性的元素。另外，Cr是铁素体形成元素，使焊缝金属在凝固结束时成为铁素体单相，有助于抑制焊缝金属的锌脆化裂纹。在本发明中，为了充分得到焊缝金属的耐蚀性，Cr含量设为 26.0％以上。通常，不锈钢的焊缝金属在Cr量为13.0％左右时就得到良好的耐蚀性，但考虑到本发明应用于不含有Cr的镀锌钢板，即使受到母材稀释约50％也能够确保约13％的焊缝金属的Cr量，因此需要26.0％以上的Cr量。另一方面，如果添加超过30.0％，则容易产生Cr₂₃C₆等的碳化物和/或σ相的析出，得不到延展性。因此，在药芯焊丝中作为金属或合金含有的Cr必须在26.0～30.0％。

以上的在药芯焊丝中作为金属或合金含有的C、Si、Mn、Ni、Cr的各成分含量(相对于焊丝总质量的质量％的合计)，为了如上述那样地抑制焊缝金属的锌脆化裂纹的产生，并且确保焊缝金属的延展性良好，使由上述(1)式定义的F值为30～50的范围内。

而且，为了提高凝固焊渣的剥离性，可以相对于焊丝总质量添加0.01％以上的Bi。特别是镀层钢板的焊接区从提高外观的观点来看必须充分除去凝固焊渣，因此焊渣剥离性变得重要。但是，如果Bi的添加量超过0.1％，则成为焊缝金属凝固时的由Bi的偏析引起的高温裂纹的主要原因。因此，相对于焊丝总质量的Bi添加量设为0.1％以下。

再者，除了上述本发明规定的成分以外，出于焊缝金属的0.2％屈服强度、抗拉强度、延展性(总伸长率)、0℃下的夏比冲击吸收能等的机械性能的调整和焊渣剥离性的调整等的目的，也可以组合地添加Mo、Cu、V、Nb、N等的合金剂作为其他成分。

但是，关于N，由于会使延展性劣化，所以优选为低于0.05％。另外，以焊接区的脱氧为目的的Al、Mg、Ti等的脱氧剂也可以适当添加调整。

接着，叙述作为焊渣形成剂的TiO₂、SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃各成分的添加理由和限定理由。

TiO₂在防止母材热影响区的锌脆化裂纹方面是最重要的焊渣形成剂，为了得到覆盖性良好的焊渣必须为3.8％以上。另一方面，如果添加超过6.8％，则焊缝形状变得凹凸，并且飞溅变多。因此，在药芯焊丝的焊剂中作为焊渣形成剂含有的TiO₂必须为3.8～6.8％。另外，如果对于TiO₂的焊渣覆盖性进一步言及，则通过与后述的SiO₂一起添加适当量，能够得到在 趾部具有适当的厚度的焊渣的覆盖状态，对防止熔融锌向趾部的侵入有效地发挥作用。

SiO₂为了使焊渣剥离性良好，并且，得到平滑的焊缝形状而添加1.8％以上。另一方面，如果添加超过3.8％，则飞溅变多。因此，在药芯焊丝的焊剂中作为焊渣形成剂含有的SiO₂必须为1.8～3.8％。另外，如果对于SiO₂的焊渣剥离性进一步言及，则与锌的固着无关，以使焊缝整体的焊渣剥离性良好为目的而添加。

ZrO₂出于即使锌固着在焊趾部的焊渣也可得到良好的焊渣剥离性的目的，可以根据需要添加。但是，如果添加超过1.3％，则飞溅变多，并且焊缝形状变得凹凸。因此，在药芯焊丝的焊剂中作为焊渣形成剂含有的ZrO₂优选为1.5％以下。

Al₂O₃以抑制锌脆化裂纹，并在混入锌蒸气的电弧气氛中使电弧稳定性良好为目的，可以根据需要添加。但是，如果添加超过0.5％，则使焊渣的剥离性降低。因此，在药芯焊丝的焊剂中，作为焊渣形成剂，Al₂O₃优选为0.5％以下。

作为上述TiO₂、SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃以外的其他焊渣形成剂，可以适当添加在制造焊丝制造工序的粘结焊剂(bond flux)时所添加的硅酸钾和硅酸钠等的固着剂、主要作为电弧稳定剂使用的Na₂O、K₂O、CaCO₃、BaCO₃等的金属氧化物和金属碳酸盐、主要为了调整焊渣粘性和确保焊渣剥离性而使用的AlF₃、NaF、K₂ZrF₆、LiF等的氟化物、FeO、Fe₂O₃等的铁氧化物等。

但是，如果上述焊渣形成剂的合计量超过10.5％，则在焊接时飞溅的产生变多。因此，药芯焊丝的上述焊渣形成剂的合计量设为10.5％以下。

本发明的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝的制造，不需要特别限定，可以使用通常已知的药芯焊丝的制造方法制造。

例如，将由含有上述金属或合金的奥氏体系不锈钢构成的带钢(外皮)成形为U形后，将预先配合上述金属或合金、和上述焊渣形成剂并搅拌、干燥了的填充焊剂填满到成形为U形的沟中后，再将带钢(外皮)成形为 管状，继而拉丝到规定的焊丝直径。

此时，也可以将成形为管状的外皮缝进行焊接，由此也可形成为无缝型的药芯焊丝。

另外，作为上述以外的方法，在使用预先成形为管状的管作为外皮的情况下，使管振动以填充焊剂，并拉丝到规定的焊丝直径。

本发明作为对象的被焊接材料的镀锌钢板，除了一般的基于JIS G3302标准的热浸镀锌钢板以外，还包括：基于JIS G 3317标准的热浸镀锌-5％铝合金的钢板、基于JIS G 3321标准的热浸镀55％铝-锌合金的钢板、Zn-11％Al-3％Mg-0.2％Si镀层钢板(ス一パ一ダイマ，注册商标))、Zn-7％Al-3％Mg镀层钢板(ZAM(注册商标))等的锌系合金镀层钢板。

再者，在使用了不锈钢系的焊接材料的情况下产生的母材热影响区的锌脆化裂纹，特别是在镀层成分中含有Mg的情况下容易产生。因此，用本发明的不锈钢药芯焊丝焊接上述的含有Mg的钢板(Zn-11％Al-3％Mg-0.2％Si镀层钢板、Zn-7％Al-3％Mg镀层钢板)的情况下，抑制母材热影响区的锌脆化裂纹的效果变得显著。

作为Zn-Al-Mg-Si系合金镀层钢板，可以有效地应用于以质量％计含有Al：2～19％、Mg：1～10％、Si：0.01～2％，且其余量由Zn和不可避免的杂质构成的锌系合金镀层钢板。

对于该锌系合金镀层成分进行叙述，Mg以提高镀层的耐蚀性为目的含有1～10％。原因是如果低于1％则提高耐蚀性的效果不充分，如果超过10％则镀层变脆且密着(粘附)性降低。Al为了抑制因Mg添加使镀层变脆，并且提高耐蚀性而含有2～19％。低于2％时，由添加带来的效果不充分，镀层变脆且密着性降低，如果超过19％则提高耐蚀性的效果饱和，同时Al与钢板中的Fe发生反应而引起密着性的降低。Si为了抑制Al与钢板中的Fe反应、镀层变脆且密着性降低而含有0.01～2％。原因是低于0.01％时其效果不充分、密着性降低，如果超过2％则不仅使密着性提高的效果饱和，而且镀层本身还变脆。而且，作为锌系合金镀层成分，为了提高涂装后的耐蚀性，也可以添加Ca、Be、Ti、Cu、Ni、Co、Cr、Mn中的一 种或两种以上的元素。

另外，本发明作为对象的被焊接材料的镀锌钢板，设为待镀原板的抗拉强度为270MPa～590MPa级的镀锌钢板，并且将待镀原板的钢板成分按以下那样规定时，抑制母材热影响区的锌脆化裂纹的效果变得更加显著，因此优选。

C为了抑制由焊接热影响区(Heat Affected Zone，以下也称为HAZ)的淬硬性提高引起的HAZ的锌脆化裂纹而添加0.01％以上。另一方面，过量的添加导致因HAZ的硬化引起的弯曲性降低和延迟开裂性增加，同时也容易产生锌脆化裂纹。因此上限设为0.2％。

Si为了钢板的脱氧而添加0.01％以上。另一方面，过量的添加导致过量的热轧时的氧化皮(oxided scale)增加、延展性降低，因此上限设为2.0％。

Mn将作为不可避免的杂质的S以MnS形式固定，同时提高HAZ的淬硬性，因此添加0.5％以上。另一方面，过量的添加导致弯曲性降低和延迟开裂性增加，因此上限设为3.0％。

P为杂质元素，为了防止钢板的可加工性降低，将上限设为0.020％。

S为杂质元素，为了防止焊缝金属的高温裂纹和热轧时的可加工性降低，将上限设为0.020％。

Al作为钢的脱氧元素必须添加0.001％以上，但如果过量地添加则生成粗大的非金属夹杂物，使钢材的韧性等的性能降低，所以上限值设为0.5％。

Ti有将钢中的N以氮化物形式固定从而防止BN的析出的效果，因此添加0.001％以上。另一方面，过量的添加会导致合金添加成本上升，因此以0.5％为上限。

B为了得到由HAZ的晶界的界面能降低引起的锌脆化裂纹的抑制效果而添加0.0003％以上。另一方面，过量的添加招致焊接区的韧性降低，同时锌容易侵入焊接热影响区的晶界，反而容易产生锌脆化裂纹，所以上限设为0.004％。

N为了使B以BN等的氮化物形式析出而添加0.0005％以上。另一方 面，会使B的抑制锌脆化裂纹的效果降低，因此将上限没为0.006％。

而且，在镀锌钢板中可以添加Nb、V。任一元素都通过添加而显示出确保钢材的强度，同时将N以氮化物形式固定，并确保对抑制熔融金属脆化有效的固溶B量的作用。Nb、V的合计量在0.01％以上时其效果变得显著。但是，合计量超过0.20质量％的过量添加理所当然地招致制造成本的上升，还使钢材的韧性劣化。因此，将含量的上限没为0.20％。

实施例

以下通过实施例详细地说明本发明。

(实施例1)

首先，为了确认抑制锌脆化裂纹的效果，调查了焊接材料的效果和镀层种类的影响。

在含有表1所示的合金成分的不锈钢药芯焊丝中，试制了焊渣形成剂为表1以及表3所示的组成的不锈钢药芯焊丝。表1和表3中的星号(＊)表示含量为不可避免的杂质的程度。焊丝直径设为1.2mm。镀锌钢板使用了在板厚5mm、抗拉强度400MPa级的钢板的待镀原板上被覆了A～C所示的3种镀层的锌系合金镀层钢板。

A：基于JIS G 3302标准的热浸镀锌钢板

B：基于JIS G 3317标准的热浸镀锌-5％铝合金的钢板

C：Zn-11％Al-3％Mg-0.2％Si镀层钢板

再者，待镀原板的钢板使用了成分为C＝0.08％、Si＝0.02％、Mn＝1.1％、P＝0.015％、S＝0.007％、Al＝0.02％、B＝0.0015％、N＝0.003％、Ti＝0.01％的钢板。

作为熔敷金属性能，进行了基于JIS Z 3323标准的拉伸试验、基于JIS Z 3111标准的冲击试验。焊缝金属锌脆化裂纹和母材热影响区的锌脆化裂纹的评价使用了染色渗透探伤试验。再者，裂纹评价用的焊接试验体如同上述那样使用了图6所示的焊接试验体，在焊接电流为160～200A、保护气体为CO₂的条件下实施了焊接。焊接操作性通过焊接试验体制成时的感官评价进行了判定。将这些结果归纳表示于表2和表4。

在表2和表4中，「飞溅」的行的○表示没有发生飞溅、操作性良好，×表示较多地产生飞溅、操作性差。「焊渣剥离性」的行的○表示焊渣剥离性良好，△表示焊渣剥离性稍差，×表示焊渣剥离性差。「焊缝外观」的行的○表示焊缝外观良好，×表示焊缝形状变得凹凸等等、焊缝外观差。综合评价的○表示良好，×表示不能说是良好。

表1的焊丝No.1～7是本发明例，表3的焊丝No.8～14是比较例。另外，表2表示使用了本发明的焊丝的实施例，表4表示使用了比较例的焊丝的情况的实施例。再者，表2、表4中一并记录了使用的钢板的镀层的种类。

作为本发明的焊丝No.1～7，其F值、TiO₂、SiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、焊渣形成剂的合计量、以及TiO₂相对于焊渣形成剂合计量的比率是适当的，所以焊缝金属、母材热影响区都未产生裂纹，成为焊接时的操作性也良好的结果。另一方面，比较例中的焊丝No.8由于TiO₂相对于焊渣形成剂合计量的含有比率低，所以在母材热影响区产生了裂纹。

焊丝No.9由于焊渣形成剂合计量低，并且TiO₂的含有比率也低，所以在母材热影响区产生了裂纹。

焊丝No.10和11由于焊渣形成剂合计量低，所以在母材热影响区产生了裂纹。另外，由于SiO₂的含量低，因此有焊渣剥离性稍差的倾向。

焊丝No.12由于TiO₂的含量高、并且TiO₂相对于焊渣形成剂合计量的含有比率也高，因此较多地产生飞溅，有焊缝形状变得凹凸的倾向。

焊丝No.13由于焊渣形成剂的合计量多，因此较多地产生飞溅。另外，由于F值大，因此熔敷金属的伸长率为低值(表4中的附带下划线的值)。

焊丝No.14由于SiO₂的含量低，TiO₂相对于焊渣形成剂合计量的含有比率也高，因此焊渣剥离性差，并且较多地产生飞溅。而且，由于F值小，因此在焊缝金属中产生了裂纹。

(实施例2)

接着，评价了待镀原板成分对待镀原板的钢板的焊接热影响区的锌脆裂的影响。使用的待镀原板是抗拉强度为270MPa级～590MPa级的钢材，将其成分组成示于表5。表5中的下划线表示是本发明的范围以外的值。 镀层设为成分为实施例1的C：Zn-11％Al-3％Mg-0.2％Si的镀层。焊丝使用了实施例1的焊丝No.1。

裂纹评价用的焊接试验体如上述那样使用图6所示的焊接试验体，在焊接电流为160～200A、保护气体为CO2的条件下实施了焊接。母材热影响区的锌脆化裂纹的评价使用了染色渗透探伤试验。再者，在板厚为2.3mm、较薄，且容易产生锌脆化裂纹的状况下进行了评价。

表5的待镀原板No.15～18为本发明例，表5的待镀原板No.19～23为比较例。

在使用了作为本发明的No.15～18的待镀原板的情况下，焊缝金属、母材热影响区都没有产生裂纹。

另一方面，在使用了比较例的No.19的待镀原板的情况下，B的含量少，在母材热影响区产生了裂纹。

在使用了比较例的No.20的待镀原板的情况下，B的含量过量，因此在母材热影响区产生了裂纹。

在使用了比较例的No.21的待镀原板的情况下，Mn的含量少，因此由于由母材热影响区的淬硬性降低引起的焊趾部的热应变增加，由此产生了裂纹。

在使用了比较例的No.22的待镀原板的情况下，Ti的含量少，BN的析出增加，因此在母材热影响区产生了裂纹。

在使用了比较例的No.23的待镀原板的情况下，C的含量过量，因此在母材热影响区产生了裂纹，同时担心由焊接区的硬化引起的延迟破坏。

表1

表2

表3

表4

附图标记说明

1...镀锌钢板(原板)；

1a...母材热影响区；

2...立板(非镀层钢板或镀层钢板)或者圆钢；

3...焊缝金属；

4...焊趾部；

5...锌镀层(热浸镀锌层)；

6...母材热影响区的锌脆化裂纹；

7...焊缝金属部的锌脆化裂纹；

8...覆盖焊缝金属的凝固焊渣；

9...拘束镀锌钢板用的钢板；

10...拘束镀锌钢板用的焊缝；

11...在母材热影响区产生的锌脆化裂纹的观察剖面。

Claims (5)

1.一种镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝，是在不锈钢外皮的内部填充有焊剂的不锈钢药芯焊丝，其特征在于，

作为金属或合金成分在所述外皮和焊剂中含有的合计量，以相对于焊丝总质量的质量%计，为

C：0.01～0.05%、

Si：0.1～1.5%、

Mn：0.5～3.0%、

Ni：7.0～10.0%、

Cr：26.0～30.0%，

并且，由下述（1）式定义的F值满足30～50的范围，

而且，作为焊渣形成剂，在所述焊剂中，以相对于焊丝总质量的质量%计，含有

TiO₂：3.8～6.8%、

SiO₂：1.8～3.2%、

ZrO₂：包括0%在内的1.3%以下、

Al₂O₃:包括0%在内的0.5%以下，

并且该焊渣形成剂和其他的焊渣形成剂的合计量，以相对于焊丝总质量的质量%计为7.5～10.5%，

而且，所述TiO₂以相对于该焊渣形成剂和该其他的焊渣形成剂的合计量的质量%计，满足TiO₂：50～65%，

所述外皮和焊剂的其余量为Fe和不可避免的杂质，

F值＝3×[Cr%]+4.5×[Si%]-2.8×[Ni%]-84×[C%]-1.4×[Mn%]-19.8·····（1）

其中，所述[Cr%]、[Si%]、[Ni%]、[C%]和[Mn%]分别表示在焊丝中的外皮和焊剂中含有的Cr、Si、Ni、C和Mn的相对于焊丝总质量的各自的质量%的合计。

2.根据权利要求1所述的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝，其特征在于，作为金属或合金成分，还含有Bi，且Bi在所述外皮和焊剂中含有的合计量，以相对于焊丝总质量的质量%计，为Bi：0.01～0.1%。

3.一种镀锌钢板的电弧焊接方法，其特征在于，

作为被焊接材料的镀锌钢板的镀层是成分以质量%计含有Al：2～19%、Mg：1～10%、Si：0.01～2%，其余量由Zn和不可避免的杂质构成的锌系合金镀层，

在对被覆该镀层而成的镀锌钢板进行焊接时，使用权利要求1或2所述的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝进行电弧焊接。

4.一种镀锌钢板的电弧焊接方法，其特征在于，

作为被焊接材料的镀锌钢板的镀层除外的钢板是成分以质量%计含有

C：0.01～0.2%、

Si：0.01～2.0%、

Mn：0.5～3.0%、

P：0.020%以下、

S：0.020%以下、

Al：0.001～0.5%、

Ti：0.001～0.5%、

B：0.0003～0.004%、

N：0.0005～0.006%，

其余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢板，

在对该镀锌钢板进行焊接时，使用权利要求1或2所述的镀锌钢板焊接用不锈钢药芯焊丝进行电弧焊接。

5.根据权利要求4所述的镀锌钢板的电弧焊接方法，其特征在于，作为所述镀锌钢板的镀层除外的钢板的成分，含有Nb、V的一种或两种，并且Nb、V的合计量为0.01～0.20质量%。