CN102485409A - 填充焊剂焊丝 - Google Patents

Abstract

提供一种填充焊剂焊丝，其在由软钢或高张力钢构成的钢板的单面对接接头焊接的根部焊接部成为问题的耐高温裂纹性优越、且全姿势焊接中的焊接作业性以及焊接金属的机械性质优越。一种填充焊剂焊丝，其用在由软钢或高强度钢构成的钢板的焊接中，且是通过在钢制外皮内填充焊剂而形成的，其特征在于，相对于焊丝总质量的焊剂填充率为规定量，相对于焊丝总质量，含有规定量的C、Si、Mn、Ti、TiO2、Al、Al2O3、B、N、Ni(包括0质量％)、Cu(包括0质量％)，并满足10≥(Ni+14×C+0.29×Mn+0.30×Cu)/(1.5×Si)≥2.8，式中的元素符号表示该元素的含量(质量％)。

Description

填充焊剂焊丝

技术领域

本发明涉及一种在由软钢或高张力钢构成的钢板的气体保护弧焊中使用的填充焊剂焊丝，尤其涉及一种二氧化钛系填充焊剂焊丝。

背景技术

在由软钢以及高张力钢构成的钢板的焊接中使用的填充焊剂焊丝由于与实心焊丝相比焊道外观、焊接作业性好，进而熔敷效率优越，所以其使用量逐年增加。但是，填充焊剂焊丝由于与实心焊丝相比焊接速度大，所以尤其在单面对接接头焊接的根部焊接部存在容易产生高温裂纹的倾向。作为抑制这样的高温裂纹的产生的方法，提出以下这种技术。

例如，在专利文献1中提出一种方法，作为改善耐高温裂纹性的方法，进行降低焊接速度、降低焊接电流等牺牲焊接效率的焊接施工。另外，在专利文献1中，还提出一种方法，作为改善耐高温裂纹性的方法，降低焊接金属中的B量，或者降低焊接用焊丝中的杂质中的S含量。

但是，在专利文献1的改善方法中，近来，由于提高焊接效率的焊接施工条件的适用正在扩大，而且在降低焊丝成分的作为杂质元素的S的含量方面也存在限度，所以存在着无法抑制在焊接金属产生的高温裂纹的问题。另外，专利文献1提出的作为焊丝成分的B的含量的降低虽然对于改善耐高温裂纹性有效，但存在着导致低温韧性降低的问题。

因此，作为进一步改善耐高温裂纹性的方法，提出专利文献2、3。

在专利文献2中，作为改善耐高温裂纹性的方法，提出如下方案：为了使铁素体系不锈钢的焊接部的焊接金属的结晶粒径细微，含有Al、Ti以及N作为焊丝成分，在焊接金属中存在Al以及Ti的氮化物。

在专利文献3中，作为改善奥氏体系不锈钢的耐高温裂纹性的方法，提出控制凝固模式的方案。而且，在专利文献3的第0016段中说明了：在《不锈钢的焊接》第一版(著者：西本和俊、夏目松吾、小川和博、松本长，发行年：平成13年，发行所：产报出版)的第87～88页详细记载了活用了δ铁素体的焊接凝固裂纹抑制用的机理，焊接凝固裂纹的抑制在铁素体成为初晶的凝固模式、即“FA模式”的情况下，可通过δ铁素体向奥氏体的变态引起的液相的分割来实现。

另外，在专利文献3中，针对上述考虑，始终基于初相之后结晶的相(例如，在“FA模式”的凝固的情况下，奥氏体)的结晶对于焊接凝固裂纹的抑制是有效的这一想法，对于在各种奥氏体系不锈钢焊接金属中初相之后结晶的相的结晶举动进行详细调查。结果发现：首先，不仅凝固模式为所述的铁素体成为初晶的“FA模式”下，在奥氏体成为初相的凝固模式即“AF模式”的情况下，初相之后结晶的相也成为从焊接凝固中的液相中央部结晶成长的分离共晶型。然后想到只要进行控制以使初相结晶后结晶的奥氏体或δ铁素体的结晶时刻提前化，通过将膜状残存的液相分割开来断开裂纹产生的传播方向，不仅在“FA模式”的情况下，在“AF模式”的情况下，也能够抑制伴随于P含量的增加的焊接凝固裂纹感受性的增大，即抑制焊接凝固裂纹的产生的增加。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开昭54-130452号公报

专利文献2：JP特开2002-336990号公报

专利文献3：JP特开2008-30076号公报

但是，在专利文献2的改善方法中，由于焊丝含有15～25质量％的Cr，所以N向铁素体系不锈钢的焊接部的溶解度增加，因此，为了使焊接部的结晶粒径细微，即使为了活用Al以及Ti的氮化物而大量(0.04～0.2质量％)添加N也不会产生问题。但是，在焊接软钢或高张力钢构成的钢板的情况下，N向焊接部的溶解度小，大量添加N由于超出焊接部的溶解度，所以存在容易产生气孔等缺陷的问题。

另外，在使用含有TiO₂的焊丝的情况下，焊接金属中存在大量(500～700ppm)的氧，为了生成Ti氮化物而添加的Ti的大部分作为氧化物被消耗掉。因此，为了生成Ti氮化物需要添加大量的Ti，但是此时，由于Ti的大部分溶存在焊接金属中，降低焊接金属的凝固温度，反而存在容易产生高温裂纹的问题。另外，还有韧性等机械性质等也变差，并且大量添加Ti从经济性方面看也不优选的问题。因此，在软钢或高张力钢构成的钢板的焊接中，作为抑制在焊接部产生的高温裂纹的手段，活用Ti的氮化物、使焊接部的结晶粒细微化一直以来是困难的。

另外，在专利文献3的改善方法中，作为控制凝固模式的方法，如奥氏体系不锈钢那样在不锈钢系合金中示出了其具体的方法。但是，作为改善本发明的对象即软钢等的耐高温裂纹性的方法，对于控制凝固模式的方法没有示出具体的方法，也没有给出成分设计的方向。

另外，即使将在不锈合金提出的凝固模式预测式适用于软钢，该凝固模式预测式本来是在不锈合金中构筑起来的，因此存在着在向软钢等适用的情况下的凝固模式的预测精度低的问题。

进而，如专利文献3所示，在“进行控制以使初相结晶后结晶的奥氏体或δ铁素体的结晶时刻提前化，通过将膜状残存的液相分割开来断开裂纹产生的传播方向，从而可以抑制焊接凝固裂纹的产生的增加”这样的想法中，对于如何改善本发明的对象即软钢等的耐高温裂纹性方面考虑不够。这是因为，软钢等的在组成范围下的凝固模式已经是“FA模式”，即便适用上述考虑，也无法进一步改善耐高温裂纹性。因此，在专利文献3的改善方法中，对于最近的焊接施工效率的进一步的改善要求，现状是无法得到足够的耐高温裂纹特性。

发明内容

因此，本发明是为了解决这种问题而提出的，其目的在于：提供一种在由软钢或高张力钢构成的钢板的单面对接接头焊接的根部焊接部成为问题的耐高温裂纹性优越、且全姿势焊接中的焊接作业性以及焊接金属的机械性质优越的填充焊剂焊丝。

为了解决所述问题，发明人发现，通过在焊接金属中生成Ti氮化物而使焊接金属的结晶粒即凝固组织细微化，从而改善耐高温裂纹性，并且在作为凝固模式的“FA模式”内进一步发现存在耐高温裂纹性优越的区域，找出控制的手法。

该控制手法是：着眼于高温裂纹这样的现象是由于凝固收缩应力作用于焊接凝固末期呈膜状残存的液膜上而产生的，作为抑制高温裂纹的手段，将奥氏体形成元素即Ni、C、Mn以及Cu与铁素体形成元素即Si之比控制在规定范围内。结果是：在“FA模式”下，一直以来在δ铁素体相和奥氏体相和液相这三相共存的状态下完成焊接凝固，相对于此，在本发明中，在奥氏体相和液相这两相共存的状态下完成焊接凝固。因此，在本发明中，在焊接凝固末期，不存在从δ铁素体相向奥氏体相的包晶变态，由于伴随着该包晶变态的变态收缩应力、即凝固收缩应力与现有技术相比降低，因此，耐高温裂纹性得到改善。

具体地说，本发明的填充焊剂焊丝是一种填充焊剂焊丝，其用在由软钢或高强度钢构成的钢板的焊接中，且是通过在钢制外皮内填充焊剂而形成的，其特征在于，

相对于焊丝总质量的焊剂填充率为10～25质量％，

相对于焊丝总质量，含有：

C：0.02～0.08质量％

Si：0.10～1.45质量％

Mn：1.7～4.0质量％

Ti：0.05～1.00质量％

TiO₂：1.0～8.0质量％

Al：0.20～1.50质量％

Al₂O₃：0.05～1.0质量％

B：0.003～0.02质量％

N：0.010～0.035质量％以下

Ni：3.0质量％以下(包括0质量％)

Cu：3.0质量％以下(包括0质量％)，

满足下式(1)：

10≥(Ni+14×C+0.29×Mn+0.30×Cu)/(1.5×Si)≥2.8…(1)

其中，式(1)中的元素符号表示该元素的含量(质量％)。

根据所述结构，相对于焊丝总质量的焊剂填充率是规定量，相对于焊丝总质量而言，通过含有规定量的C、Si、Mn、Ti、TiO₂、Al、Al₂O₃、B、N、Ni以及Cu，抑制在焊接部(根部焊接部)的高温裂纹，并且机械性质提高，且焊接作业性提高。尤其通过含有规定量的Ti、Al以及N，可将焊接金属(焊接部)中生成的夹杂物的组成控制成对于促进核生成有效的TiN，焊接部的凝固组织细微化(等轴晶化)，抑制高温裂纹。另外，通过将式(1)表示的奥氏体形成元素(Ni、C、Mn以及Cu)与铁素体形成元素(Si)之比设为规定范围，可以降低凝固收缩应力，抑制在焊接部的高温裂纹。

另外，本发明的填充焊剂焊丝的特征在于，

以焊丝的总质量计，所述填充焊剂焊丝还含有选自由Mg：0.01～2.0质量％、稀土类化合物的一种或两种以上：以稀土类元素换算值计算为0.0005～0.5质量％、Ca：0.0002～0.2质量％构成的组中的至少一种元素。

根据所述结构，通过含有从规定量的Mg、稀土类化合物、Ca所构成的组中选择的至少一种，进一步抑制在焊接部的高温裂纹，并且机械性质进一步提高。

进而，本发明的填充焊剂焊丝的特征在于，

以焊丝的总质量计，所述填充焊剂焊丝还含有选自由Mo：0.1～2.0质量％、Co：0.01～2.0质量％、Zr：0.01～1.0质量％构成的组中的至少一种元素。

根据所述结构，通过含有从Mo、Co、Zr所构成的组中选择的至少一种，进一步提高焊接部的机械性质。

发明效果

根据本发明的填充焊剂焊丝，通过使焊剂填充率为规定量，含有规定量的C、Si、Mn、Ti、TiO₂、Al、Al₂O₃、B、N、Ni以及Cu，满足式(1)表示的奥氏体形成元素和铁素体形成元素之比，还含有规定量的从Mg、稀土类化合物、Ca所构成的组中选择的至少一种，或者通过进一步含有规定量的从Mo、Co、Zr所构成的组中选择的至少一种，由此，可以提供在由软钢或高张力钢构成的钢板的单面对接接头焊接的根部焊接部成为问题的耐高温裂纹性优越、且全姿势焊接中的焊接作业性以及焊接金属的机械性质优越的填充焊剂焊丝。结果是可以提供品质优越的焊接产品。

附图说明

图1(a)～(d)是表示本发明的填充焊剂焊丝的构成的截面图。

图2是表示在耐高温裂纹性的评价中使用的焊接母材的开槽形状的截面图。

图中

1 填充焊剂焊丝(焊丝)

2 钢制外皮

3 焊剂

4 接缝

11 焊接母材

12 耐火物

13 铝带

具体实施方式

对于本发明的填充焊剂焊丝进行详细说明。

本发明的填充焊剂焊丝用于软钢或高张力钢构成的钢板的焊接。另外，本发明的填充焊剂焊丝适于用在气体保护弧焊中，虽然在单面对接接头焊接中发挥优越的效果，但焊接方法并不特别限定。

如图1(a)～(d)所示，填充焊剂焊丝(以下称为焊丝)1由形成为筒状的钢制外皮2和填充于该筒内的焊剂3构成。而且，焊丝1可以是图1(a)所示那样的在没有接缝的钢制外皮2的筒内填充有焊剂3的无缝类型的形态，也可以是图1(b)～(d)所示那样的在有接缝4的钢制外皮2的筒内填充有焊剂3的有缝类型的任一个形态。

而且，在焊丝1中，焊剂填充率是规定量，并含有规定量的C、Si、Mn、Ti、TiO₂、Al、Al₂O₃、B、N、Ni以及Cu，特征在于满足下述式(1)，残部由Fe以及不可避免杂质构成。

10≥(Ni+14×C+0.29×Mn+0.30×Cu)/(1.5×Si)≥2.8…(1)

其中，式(1)中的元素符号表示该元素的含量(质量％)。

以下，明示焊丝成分的数值范围及其限定理由。在此，焊剂(Flux)填充率是由填充于钢制外皮2内的焊剂3的质量相对于焊丝1(钢制外皮2+焊剂3)的总质量的比例来限定的。而且，各成分的成分量是由以钢制外皮2和焊剂3的成分量的总和表示，焊丝1(钢制外皮2+焊剂3)中含有的各成分的质量相对于焊丝1的总质量的比例来限定的。需要说明的是，构成焊丝1的成分(C、Si、Mn、Ti、TiO₂、Al、Al₂O₃、B、N、Ni、Cu、后述的Mg、稀土类化合物、Ca、Mo、Co、Zr)不管是从钢制外皮2添加，还是从焊剂3添加，只要添加到钢制外皮2以及焊剂3中的至少一方即可。

(焊剂填充率：10～25质量％)

在焊剂填充率小于10质量％时，电弧的稳定性变差，溅射产生量增加，并且产生焊道外观不良，焊接作业性下降。在焊剂填充率超过25质量％时，产生焊丝1的断线等，生产率显著变差。

(C：0.02～0.08质量％)

C是为了确保焊接部的淬火性而添加的。C量在小于0.02质量％时，由于淬火性不足，焊接部的强度(拉伸强度)以及韧性(0℃吸收能量)不足。当C量超过0.08质量％时，焊接部的强度过大，韧性下降，并且焊接时的溅射产生量或烟雾产生量增加，焊接作业性下降。另外，在作为被焊接材料的钢材的C量多的情况下，由于焊接部(焊接金属)的C量变多，所以凝固温度下降，在焊接部容易产生高温裂纹。而且，作为C源，例如使用钢制外皮2、Fe-Mn等的合金粉、铁粉等。

(Si：0.10～1.45质量％，优选为0.10～1.00质量％)

Si是为了确保焊接部的延伸、维持焊道形状而添加的。在Si量小于0.10质量％时，焊接部的延伸(伸展)不足。另外，焊道形状变差，尤其在向上立焊中焊道垂下，焊接作业性下降。当Si量超出1.45质量％时，在焊接部产生高温裂纹。而且，作为Si源，例如使用钢制外皮2、Fe-Si、Fe-Si-Mn等的合金、K₂SiF₆等氟化物、锆砂、硅砂、长石等氧化物。

(Mn：1.7～4.0质量％，优选为2.5～3.7质量％)

Mn是为了确保焊接部的淬火性而添加的。在Mn量小于1.7质量％时，焊接部的淬火性不足，韧性下降。另外，与作为不可避免杂质而含有的S结合而得到的MnS量也变少，因此基于MnS的对高温裂纹的抑制作用变小，在焊接部产生高温裂纹。当Mn量超过4.0质量％时，焊接部的强度过大，韧性不足。另外，在焊接部产生低温裂纹。此外，作为Mn源，例如使用钢制外皮2、Mn金属粉、Fe-Mn、Fe-Si-Mn等合金。

(Ti：0.05～1.00质量％，优选为0.20～1.00质量％)

Ti(金属Ti)是为了改善焊接部(根部焊接部)的耐高温裂纹性而添加的。Ti(金属Ti)在焊接时与N结合，焊接接头(焊接金属)中的夹杂物可控制为TiN，结果是可使焊接金属的凝固组织细微，改善焊接部的高温裂纹抑制作用。当Ti量(金属Ti)小于0.05质量％时，上述效果不充分，在焊接部产生高温裂纹。当Ti量(金属Ti)超过1.00质量％时，焊接金属再热部容易变成硬且脆的贝氏体、马氏体，韧性下降。另外，焊接时的溅射产生量变多，焊接作业性下降。进而，焊接金属中的Ti溶存而存在，使焊接金属的凝固温度降低，产生高温裂纹。而且，在本发明的焊丝1中，如后所述，由于与现有的焊丝相比Al量多，因此在大量添加Ti的情况下，焊接金属中的Ti氧化物被Al还原，在焊接金属中Ti溶存而大量存在。另外，作为Ti源，例如使用钢制外皮2、Fe-Ti等合金粉。

(TiO₂：1.0～8.0质量％，优选为3.0～8.0质量％)

TiO₂(Ti氧化物)是为了确保全姿势焊接性而添加的。TiO₂量(Ti氧化物)小于1.0质量％时，在向上立焊中焊道垂下，焊接作业性下降。当TiO₂量(Ti氧化物)超过8.0质量％时，焊接时的矿渣剥离性变差，焊接作业性下降。另外，焊剂的体积比重变小，生产率变差。而且，作为TiO₂源，例如使用金红石等。

(Al：0.20～1.50质量％，优选为0.20～0.50质量％)

Al(金属Al)是强脱氧剂，并具有从在焊接接头中生成的夹杂物，将与Al相比脱氧力弱的Ti构成的Ti氧化物还原，使夹杂物的组成成为对于促进核生成有效的TiN的效果。结果是，可使焊接金属的凝固组织细微。进而使焊接金属的氧量下降，Mn的成品率稳定。根据这些效果，改善焊接部的高温裂纹抑制作用，韧性也稳定化。在Al量小于0.20质量％时，脱氧不充分，在焊接部产生高温裂纹。另外，韧性也下降。当Al量超过1.50质量％时，焊接时的溅射产生量变多，焊接作业性下降。而且，作为Al源，例如使用钢制外皮2、Al金属粉、Fe-Al、Al-Mg等合金粉。

(Al₂O₃：0.05～1.0质量％，优选为0.05～0.5质量％)

Al₂O₃(Al氧化物)是为了防止在水平角焊姿势下的焊道形状、向上立焊姿势下的焊道的垂下而添加的。当Al₂O₃量小于0.05质量％时，在水平角焊下的焊道形状(磨合)差，而且在向上立焊中产生焊道垂下，焊接作业性下降。当Al₂O₃量超过1.0质量％时，焊接时的矿渣剥离性变差，焊接作业性下降。而且，作为Al₂O₃源，例如使用矾土或长石等复合氧化物。

(B：0.003～0.02质量％)

B溶存而在γ粒界偏析，具有抑制初析铁素体的生成的效果，对于改善焊接金属的韧性有效。当B量小于0.003质量％时，大部分的B作为BN被固定化成氮化物，抑制初析铁素体的生成的效果差，无法得到韧性改善效果。当B量超过0.02质量％时，容易产生焊接金属的高温裂纹。而且，作为B源，例如使用Fe-B、Fe-Si-B、粉化B(アトマイズB)等合金与B₂O₃等复合氧化物。

(N：0.010～0.035质量％)

N对于用来使夹杂物的组成成为对于促进核生成有效的TiN来说是不可欠缺的，通过生成TiN，焊接金属的凝固组织成为等轴晶组织从而细微化，耐高温裂纹性得到改善。当N量小于0.010质量％时，上述效果不充分，在焊接部产生高温裂纹。另外，韧性下降。当N量超过0.035质量％时，在对N向焊接部的溶解度小的软钢或高张力钢构成的钢板进行焊接的情况下，由于大量的N添加超过焊接部的溶解度，所以在焊接金属中产生气孔。另外，当N量过多时，因生成BN，溶存B不足，生成初析铁素体，因此韧性下降。此外，作为N源，例如使用N-Cr、Fe-N-Cr、N-Si、N-Mn、N-Ti等金属氮化物。

(Ni：3.0质量％以下(包括0质量％))

Ni是在提高焊接金属的韧性方面具有极其有效的效果的元素。

在Ni量超过3.0质量％的情况下，焊接金属中的N的饱和溶解度下降，产生气孔，韧性下降。另外，Ni量的优选范围是0.01～3.0质量％。需要说明的是，焊丝1只要是表示后述的奥氏体形成元素与铁素体形成元素之比的式(1)在规定范围内，也可以不含有Ni，也就是说，Ni量可以是0质量％。另外，作为Ni源，例如使用Ni金属粉等。

(Cu：3.0质量％以下(包括0质量％))

Cu是在提高焊接金属的韧性方面具有极其有效的效果的元素。

在Cu量超过3.0质量％的情况下，焊接金属的强度变大，韧性下降。需要说明的是，焊丝1只要是表示后述的奥氏体形成元素与铁素体形成元素之比的式(1)在规定范围内，也可以不含有Cu，也就是说，Cu量可以是0质量％。另外，作为Cu源，例如使用Cu金属粉等。进而，Cu也可以通过对焊丝1的表面镀金而含有于焊丝1。

10≥(Ni+14×C+0.29×Mn+0.30×Cu)/(1.5×Si)≥2.8…(1)

其中，式(1)中的元素符号表示该元素的含量(质量％)。

式(1)是表示奥氏体形成元素(Ni、C、Mn以及Cu)与铁素体形成元素(Si)之比的公式，在焊丝1满足式(1)的情况下，在初相生成δ铁素体相之后，在仅有奥氏体相和液相这两相共存的状态下完成焊接部的凝固。结果是，可以抑制焊接部的包晶变态引起的凝固收缩应力的增大。即，凝固收缩应力降低。结果是可以防止焊接部的高温裂纹的产生。另外，在焊丝1小于式(1)的下限时，在δ铁素体相、奥氏体相和液相这三相共存的状态下完成焊接部的凝固，因此，在焊接部产生从δ铁素体相向奥氏体相的包晶变态，在变态收缩应力作用下，焊接部的凝固收缩应力增大。结果是，在焊接部产生高温裂纹。另一方面，在焊丝1超出式(1)的上限的情况下，在初相生成奥氏体相之后，在仅有奥氏体相和液相这两相共存的状态下完成焊接部的凝固。由于初相是奥氏体相，所以促进了P、S这些杂质元素向液相的浓化，耐高温裂纹性下降，产生高温裂纹。

如前所述，式(1)是为了不产生成为凝固收缩应力的增大的原因的包晶变态等、进而为了不促进P、S这些杂质元素向液相的浓化来完成凝固而定义的。并且，从构成焊丝的成分中选择奥氏体形成元素即Ni、C、Mn以及Cu与铁素体形成元素即Si，预先进行预备实验来算出该奥氏体形成元素与铁素体形成元素之比的范围以及各形成元素的系数。

(Fe)

残部的Fe是构成钢制外皮2的Fe以及/或者添加在焊剂3中的铁粉、合金粉的Fe。

(不可避免杂质)

作为残部的不可避免杂质，例举出S、P、W、Ta、Cr、Nb、V、O等，在不妨碍本发明的效果的范围内含有是允许的。S量、P量、W量、Ta量、O量分别优选为0.050质量％以下，Cr量优选为2.0质量％以下，Nb量、V量分别优选为0.1质量％以下。而且，其量是钢制外皮2和焊剂3中的各成分量的总和。

当S量、P量超过0.050质量％时，焊接金属的耐高温裂纹性显著劣化。如果W量、Ta量超过0.050质量％，Cr量超过2.0质量％，Nb量、V量超过0.1质量％时，焊接金属的强度变大，韧性降低。当O量超过0.050质量％时，焊接金属中的氧化物量增加，韧性下降。

本发明的焊丝1的特征在于，除了所述成分外，进一步含有规定量的从Mg、稀土类化合物的一种或两种以上、Ca所构成的组中选择的至少一种。

Mg、稀土类化合物、Ca在脱氧力、脱硫力方面优越。优越的脱氧力具有如下效果：从生成于焊接接头中的夹杂物将由脱氧力弱的Ti形成的Ti氧化物还原，并促进使夹杂物的组成成为对于促进核生成有效的TiN。结果是，能够使焊接金属的凝固组织细微化。另外，优越的脱硫力可促进与作为不可避免杂质而含有的S结合而形成硫化物。结果是改善焊接部的耐高温裂纹性。进而，由于使焊接金属的氧量下降，Mn的成品率稳定，所以韧性也稳定。

(Mg：0.01～2.0质量％，优选为Mg：0.3～1.0质量％)

在Mg量小于0.01质量％时，上述效果不充分，在焊接部(根部焊接部)产生高温裂纹。另外，脱氧不充分，韧性也下降。当Mg量超过2.0质量％时，溅射产生量变多。而且，作为Mg源，例如使用金属Mg、Al-Mg、Fe-Si-Mg等金属粉、合金粉。

(稀土类化合物：以稀土类元素换算值计算为0.0005～0.5质量％)

(Ca：0.0002～0.2质量％)

当稀土类化合物以稀土类元素换算值计算小于0.0005质量％时，上述效果不充分，在焊接部(根部焊接部)产生高温裂纹。另外，脱氧不充分，韧性也下降。当稀土类化合物以稀土类元素换算值计算超过0.5质量％时，溅射产生量变多，电弧不稳定，焊道外观不良。

本发明所称的稀土类元素是指：Sc、Y以及原子序数57(La)到71(Lu)。另外，所谓稀土类化合物是指：稀土类元素的氧化物(包括Nd₂O₃、La₂O₃、Y₂O₃、CeO₃、Ce₂O₃、Sc₂O₃等单体的氧化物或它们的复合氧化物以及独居石、氟碳铈镧矿、褐帘石、氟镁石、磷钇矿、硅铍钇矿等稀土类氧化物的矿石)、氟化物(CeF₃、LaF₃、PmF₃、SmF₃、GdF₃、TbF₃等)以及合金(稀土类元素-Fe、稀土类元素-Fe-B、稀土类元素-Fe-Co、稀土类元素-Fe-Si、稀土类元素-Ca-Si等)、火石合金。

当Ca小于0.0002质量％时，上述效果不充分，在焊接部(根部焊接部)产生高温裂纹。另外，脱氧不充分，韧性也下降。当Ca超过0.2质量％时，溅射产生量变多，电弧不稳定，焊道外观不良。而且，作为Ca源，例如使用纯Ca、含Ca的合金或Ca氧化物等。

本发明的焊丝1的特征在于，除了所述成分外，进一步含有规定量的从Mo、Co、Zr所构成的组中选择的至少一种。

(Mo：0.1～2.0质量％)

(Co：0.01～2.0质量％)

Mo、Co都具有提高焊接金属的强度的效果。根据需要出于用于调整强度的目的也可以含有。为了具有上述效果，Mo、Co需要分别添加上述下限浓度以上。另一方面，在超过上述上限浓度而添加的情况下，焊接金属的强度变得过大，韧性降低。

(Zr：0.01～1.0质量％)

Zr具有使碳化物析出在焊接金属中，提高焊接金属的强度的效果。根据需要出于用于调整强度的目的也可以含有。为了具有上述效果，Zr需要添加0.01质量％以上。另一方面，在添加超过1.0质量％的情况下，溅射产生量变多，焊接作业性变差。另外，焊接金属的强度变得过大，韧性降低。

在本发明的焊丝1中，选择钢制外皮2以及焊剂3的各成分(各成分量)，使得焊丝制作时所述焊丝成分(成分量)在所述范围内。

另外，本发明的焊丝1的制造方法例如包括：由具有规定组成的带钢形成筒状的钢制外皮2的工序；在该钢制外皮2的内部填充具有规定组成的焊剂3的工序；将填充有焊剂3的钢制外皮2拉伸加工到规定的外径而制成焊丝1的工序；根据需要在焊丝1的表面镀铜的工序。但是，只要能够制造焊丝1，不限于所述制造方法。

【实施例】

对于本发明的填充焊剂焊丝，通过比较满足本发明要件的实施例和不满足本发明要件的比较例来具体说明。

在钢制外皮(钢使用的是含有C：0.02质量％、Si：0.02质量％、Mn：0.25质量％、P：0.010质量％、S：0.008质量％，且残部为Fe以及不可避免杂质构成的钢)的内侧填充焊剂，制作由表1、表2所示的焊丝成分构成的焊丝直径1.2mm的图1(b)所示的有缝类型的填充焊剂焊丝(实施例：No.1～23、比较例：No.24～46)。

而且，焊丝成分是按照以下的测定方法测定算出的。

C量通过“燃烧红外线吸收法”测定，N量通过“惰性气体熔化热传导度法”测定，Si量、Mn量、B量、Ni量、Cu量、Mg量、稀土类元素量、Ca量、Mo量、Co量以及Zr量通过“ICP发光分光分析法”测定。而且，稀土类元素测定Ce、La，其总量表示在表1、表2中。

TiO₂量(作为TiO₂等存在，不含Fe-Ti等)通过“酸分解法”测定。酸分解法使用的溶剂使用王水，将所有焊丝溶解。由此，焊丝含有的Ti源(Fe-Ti等)溶解到王水中，但由于TiO₂源(TiO₂等)不溶于王水，所以残留下来。使用过滤器(滤纸为5C程度的眼的粗细)过滤该溶液，将每个过滤器残渣转移到镍制坩埚，由气体加热器加热使其灰化。接着，加入碱熔剂(氢氧化钠和过氧化钠的混合物)，再次用气体加热器加热而将残渣熔化。接着，加入18质量％盐酸，将熔化物溶液化，之后移到量瓶中，进一步加入纯水使其合格(measure up)，得到分析液。通过“ICP发光分光分析法”测定分析液中的Ti浓度。将该Ti浓度换算为TiO₂量，算出TiO₂量。

Ti量(作为Fe-Ti等存在，不含TiO₂等)通过“酸分解法”将全部焊丝溶在王水中，过滤不溶的TiO₂源(TiO₂等)，作为焊丝含有的Ti源(Fe-Ti等)得到其溶液，由此采用“ICP发光分光分析法”，作为Ti量(Fe-Ti等)求出存在。

Al₂O₃量(作为矾土或长石等复合氧化物存在，不含Al金属粉等合金粉)通过“酸分解法”测定。酸分解法使用的溶剂使用王水，将所有焊丝溶解。由此，焊丝含有的Al源(Al金属粉等合金粉)溶解到王水中，但Al₂O₃源(矾土或长石等复合氧化物)不溶于王水，因此残留下来。使用过滤器(滤纸为5C程度的眼的粗细)过滤该溶液，将每个过滤器残渣转移到镍制坩埚，由气体加热器加热使其灰化。接着，加入碱熔剂(氢氧化钠和过氧化钠的混合物)，再次用气体加热器加热而将残渣熔化。接着，加入18质量％盐酸，将熔化物溶液化，之后移到量瓶中，进一步加入纯水使其合格(measure up)，得到分析液。通过“ICP发光分光分析法”测定分析液中的Al浓度。将该Al浓度换算为Al₂O₃量，算出Al₂O₃量。

Al量(作为Al金属粉等合金粉存在，不含矾土或长石等复合氧化物)通过“酸分解法”将全部焊丝溶在王水中，过滤不溶的Al₂O₃源(矾土或长石等复合氧化物)，作为焊丝含有的Al源(Al金属粉等合金粉)得到其溶液，由此采用“ICP发光分光分析法”，作为Al量(Al金属粉等合金粉)求出存在。

【表1】

【表2】

使用制作的填充焊剂焊丝，通过以下所示的方法，对耐高温裂纹性、机械性质(拉伸强度、吸收能量)、焊接作业性进行评价。基于该评价结果，进行实施例以及比较例的填充焊剂焊丝的综合评价。

(耐高温裂纹性)

对JIS G3106 SM400B钢(含有C：0.12质量％、Si：0.2质量％、Mn：1.2质量％、P：0.009质量％、S：0.004质量％，残部为Fe和不可避免杂质)构成的焊接母材，在表3所示的焊接条件下实施单面焊接(向下对接焊接)。

【表3】

保护气体	100％CO2气体
		焊接电流	280A
焊接电压	32V
		焊接速度	450mm/分
焊丝进给速度	18.0±1.0m/分
		焊丝移动方法	直线(反复次数三次)

如图2所示，焊接母材11具有V形状的开槽，在该V形状的开槽的背面配置有有耐火物12以及铝带13等构成的衬垫材料。而且，设开槽角度为35°，设配置有陶瓷制的衬垫材料的部分的根部间隔为4mm。焊接结束后，对于根部焊接部(除山口部以外)，通过X射线透过试验(JIS Z3104)确认有无内部裂纹，测定裂纹产生部分的总计长度，算出裂纹率。在此，裂纹率是通过如下公式算出的：裂纹率W＝[(裂纹产生部分的总计长度)/(根部焊接部长度(除山口部以外))]×100。通过该裂纹率评价耐高温裂纹性。评价基准为：设裂纹率0％时为“优：○”、有裂纹时为“差、×”。其结果表示在表4、表5中。

(机械性质)

以JIS Z3313为基准，对于作为拉伸强度、韧性的评价基准的0℃吸收能量进行评价。拉伸强度的评价基准为：490MPa以上640MPa以下时为“优：○”、不到490MPa或超过640MPa时为“差、×”。0℃吸收能量的评价基准为：60J以上时为“优：○”、不到60J时为“差、×”。进而，在以JIS Z3313为基准，评价拉伸的情况下，其评价基准为：22％以上时为“优：○”、不到22％时为“差、×”。其结果表示在表4、表5中。

(焊接作业性)

使用与耐高温裂纹性同样的焊接母材，进行向下角焊、水平角焊、向上立起角焊、向下立起角焊四种焊接，凭感观评价作业性。在此，向下角焊试验、水平角焊试验以及向下立焊试验的焊接条件与所述耐高温裂纹性同样(参考表3)。向上立起角焊试验的焊接条件为焊接电流200～220A、电弧电压24～27V。而且，评价基准为：除了产生溅射、产生烟雾、焊道垂下、焊道外观等以外，在未产生低温裂纹或气孔、生产中的断线等焊接不良时为“优：○”；产生焊接不良时为“差、×”。其结果表示在表4、表5中。

(综合评价)

综合评价的评价基准为：在所述评价项目中，耐高温裂纹性、机械性质以及焊接作业性都是“○”时评价为“优：○”；所述评价项目至少一个为“×”时评价为“差、×”。其结果表示在表4、表5中。

【表4】

【表5】

如表1、表4所示，实施例(No.1～23)所有的焊丝成分由于满足本发明的范围，所以对于耐高温裂纹性、机械性质以及焊接作业性都为优，综合评价也为优。

如表2、表5所示，比较例(No.24)由于C量小于下限值，所以机械性能差，综合评价差。比较例(No.25)由于C量超过上限值，所以耐高温裂纹性、机械性质以及焊接作业性差，综合评价差。比较例(No.26)由于Si量小于下限值，所以焊接作业性差，另外，由于式(1)的值超过上限值，所以耐高温裂纹性差、综合评价差。比较例(No.27)由于Si量超过上限值，式(1)的值也小于下限值，所以耐高温裂纹性差、综合评价差。比较例(No.28)由于Mn量小于下限值，所以耐高温裂纹性以及机械性质差，综合评价差。比较例(No.29)由于Mn量超过上限值，所以机械性质以及焊接作业性差，综合评价差。

比较例(No.30)由于Ti量小于下限值，所以耐高温裂纹性差，综合评价差。比较例(No.31)由于Ti量超过上限值，所以耐高温裂纹性、机械性质以及焊接作业性差，综合评价差。比较例(No.32)由于TiO₂量小于下限值，所以焊接作业性差，综合评价差。比较例(No.33)由于TiO₂量超过上限值，所以焊接作业性差，综合评价差。比较例(No.34)由于Al量小于下限值，所以耐高温裂纹性以及机械性质差，综合评价差。比较例(No.35)由于Al量超过上限值，所以焊接作业性差，综合评价差。

比较例(No.36)由于Al₂O₃量小于下限值，所以焊接作业性差，综合评价差。比较例(No.37)由于Al₂O₃量超过上限值，所以焊接作业性差，综合评价差。比较例(No.38)由于B量小于下限值，所以机械性质差，综合评价差。比较例(No.39)由于B量超过上限值，所以耐高温裂纹性差，综合评价差。比较例(No.40)由于N量小于下限值，所以耐高温裂纹性以及机械性质差，综合评价差。比较例(No.41)由于N量超过上限值，所以机械性质以及焊接作业性差，综合评价差。

比较例(No.42)由于焊剂填充率小于下限值，所以焊接作业性差，综合评价差。比较例(No.43)由于焊剂填充率超过上限值，所以在焊丝生产中产生断线，综合评价差。比较例(No.44、45)由于式(1)的值小于下限值，所以耐高温裂纹性差，综合评价差。比较例(No.46)由于式(1)的值超过上限值，所以耐高温裂纹性差，综合评价差

从以上结果可以确认：实施例(No.1～23)相比于比较例(No.24～46)而言，作为填充焊剂焊丝优越。

Claims (3)

1.一种填充焊剂焊丝，其用在由软钢或高强度钢构成的钢板的焊接中，且是通过在钢制外皮内填充焊剂而形成的，其特征在于，

相对于焊丝总质量的焊剂填充率为10～25质量％，

相对于焊丝总质量，含有：

C：0.02～0.08质量％

Si：0.10～1.45质量％

Mn：1.7～4.0质量％

Ti：0.05～1.00质量％

TiO₂：1.0～8.0质量％

Al：0.20～1.50质量％

Al₂O₃：0.05～1.0质量％

B：0.003～0.02质量％

N：0.010～0.035质量％以下

Ni：3.0质量％以下，包括0质量％，

Cu：3.0质量％以下，包括0质量％，

满足下式(1)：

10≥(Ni+14×C+0.29×Mn+0.30×Cu)/(1.5×Si)≥2.8…(1)

其中，式(1)中的元素符号表示该元素的质量百分比的含量。

2.如权利要求1所述的填充焊剂焊丝，其特征在于，

以焊丝的总质量计，所述填充焊剂焊丝还含有选自由Mg：0.01～2.0质量％、稀土类化合物的一种或两种以上：以稀土类元素换算值计算为0.0005～0.5质量％、Ca：0.0002～0.2质量％构成的组中的至少一种元素。

3.如权利要求1或2所述的填充焊剂焊丝，其特征在于，

以焊丝的总质量计，所述填充焊剂焊丝还含有选自由Mo：0.1～2.0质量％、Co：0.01～2.0质量％、Zr：0.01～1.0质量％构成的组中的至少一种元素。

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