CN107186376B - 实芯焊丝 - Google Patents

Abstract

提供一种即使在宽范围的丝径的实芯焊丝中，平直矫正也容易的实芯焊丝。一种实芯焊丝，其特征在于，以焊丝总质量计，含有C：0.02质量％以上并在0.20质量％以下、Si：1.0质量％以下、Mn：0.8质量％以上并在2.7质量％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，丝径为以上，钢组织中分布有Mn夹杂物，该Mn夹杂物之中，Mn含量为1.0质量％以上且30质量％以下，并且，最大直径为0.05μm以上且10μm以下的Mn夹杂物的存在密度，焊丝截面积每1000μm²中有10个以上。

Description

实芯焊丝

技术领域

本发明涉及对490MPa级以上的高抗拉钢等进行焊接，特别是进行埋弧焊时所使用的实芯焊丝。

背景技术

埋弧焊作为使焊剂和焊丝组合的高效率的焊接施工法，在各产业领域被大量使用。所使用的焊丝中，有实芯焊丝和药芯焊丝，丝径适用的是从1.2mm等的小直径至6.4mm等的大直径。

特别是在大直径的实芯焊丝中，由于其抗拉强度高，所以为了使焊丝拥有平直性的矫正并不容易，焊接时由焊丝矫正装置进行的矫正调整困难。焊丝的矫正不充分，从而不能维持焊丝的平直性时，会存在如下等问题，即形成缺乏平直性的蛇行的焊缝，或在坡口内发生目标偏移，由此引起未熔合等的内部缺陷。

焊丝的抗拉强度，由焊丝组成和制造过程中的拉丝加工方法等决定。而且，特别是在高抗拉钢用的焊接所使用的实芯焊丝中，为了使焊接金属具有规定的拉伸性能和冲击性能，焊丝组成的调整必要而不可或缺。另外，在焊丝的拉丝加工中，通过提高每个拉丝卷筒的加工率来实现制造成本的抑制，在确保竞争力上也是必要而不可或缺的。因此，计划由退火进行软化，焊丝的抗拉强度的增加也必然无法避免。

在专利文献1～3中，润滑油或镀覆的观点出发，记述有一种实现了焊丝送给性的改善的埋弧焊用焊丝。另外，在专利文献4中，记述有一种即使在使用软质而细长的管道电缆长时间焊接时，焊丝送给性也良好，并且，焊嘴的磨耗也少的电弧稳定的气体保护电弧焊用镀铜实芯焊丝。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2002-219595号公报

【专利文献2】日本特开2002-273595号公报

【专利文献3】日本特开2003-275893号公报

【专利文献4】日本特开2008－194716号公报

然而，专利文献1～4所述的埋弧焊用焊丝和气体保护电弧焊用镀铜实芯焊丝，关于大直径的焊丝的平直矫正说不上充分。

发明内容

因此，本发明鉴于上述状况而形成，其课题在于，提供一种在宽范围的丝径的实芯焊丝中，平直矫正也容易的实芯焊丝。

本发明者们，锐意研究的结果是得到如下认知，通过控制实芯焊丝的钢组织中分布的规定的Mn夹杂物的形态和量，从而控制实芯焊丝的塑性变形能力，具体来说就是控制屈服应力，改善用于得到焊丝平直性的矫正的容易性。

为了解决所述课题，本发明的实芯焊丝，其特征在于，以焊丝总质量计，含有C：0.02质量％以上并在0.20质量％以下、Si：1.0质量％以下、Mn：0.8质量％以上并在2.7质量％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，丝径为以上，钢组织中分布有Mn夹杂物，所述Mn夹杂物之中，Mn含量为1.0质量％以上并在30质量％以下，并且，最大直径为0.05μm以上且10μm以下的所述Mn夹杂物的存在密度，在焊丝截面积每1000μm²中有10个以上。

根据本发明的实芯焊丝，通过规定量含有C、Si和Mn，焊丝的强度提高，送给性提高。另外，在焊丝的钢组织中，通过将Mn含量和最大直径在规定范围的Mn夹杂物的存在密度控制在规定量，焊丝的塑性变形能力提高，因此焊丝的平直矫正容易。此外，因为焊丝的塑性变形能力提高，所以能够使焊丝制造时的每个拉丝卷筒的加工率提高，所以能够抑制制造成本上升。

本发明的实芯焊丝，优选以焊丝总质量计，还含有Ni：4.0质量％以下、Ti：0.25质量％以下之中的至少一种。

根据本发明的实芯焊丝，通过规定量含有Ni和Ti之中的至少一种，焊丝的强度进一步提高，送给性进一步提高。

本发明的实芯焊丝，优选以焊丝总质量计，还含有Cr：1.5质量％以下、Mo：1.5质量％以下之中的至少一种。

根据本发明的实芯焊丝，通过规定量含有Cr和Mo之中的至少一种，焊丝的强度进一步提高，送给性进一步提高。

本发明的实芯焊丝，优选所述实芯焊丝用于埋弧焊。

根据本发明的实芯焊丝，即使在大直径常用的埋弧焊时，送给性也提高，并且平直矫正容易，能够抑制制造成本上升。

根据本发明的实芯焊丝，能够提供即使在宽范围的丝径的实芯焊丝中，平直矫正也容易的实芯焊丝。另外，也能够抑制制造过程中的成本。其结果是，能够实现焊接部的品质提高。

附图说明

图1是示意性地表示用于评价焊丝的平直矫正的容易性的试验方法主视图。

具体实施方式

对于本发明的实芯焊丝(以下，称为焊丝)的实施的方式详细地加以说明。

焊丝即使组成相同，且即使通过相同的制造方法制造焊丝，在将这些焊丝提供于焊接时，由于焊丝的制造批量不同，仍会导致焊丝平直矫正的容易性有所差异，电弧稳定性不同。因此，详细调査这些焊丝的断面时可知，焊丝原线的断面内存在夹杂物，该夹杂物对焊丝平直矫正的容易性造成重大影响。

本发明的焊丝，以焊丝总质量计，含有C：0.02质量％以上并在0.20质量％以下、Si：1.0质量％以下、Mn：0.8质量％以上并在2.7质量％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，丝径为以上，钢组织中分布有Mn夹杂物，该Mn夹杂物之中，Mn含量为1.0质量％以上且30质量％以下，并且，最大直径为0.05μm以上且10μm以下的Mn夹杂物的存在密度，焊丝截面积每1000μm²中有10个以上。

以下，对于焊丝的组成和Mn夹杂物的存在密度的限定理由进行说明。

(C：0.02质量％以上且0.20质量％以下)

C具有使焊丝的强度提高的效果。为了使这一效果发挥，得到恰当的焊丝的送给性，C含量需要为0.02质量％以上。但是，若C含量过剩而高于0.20质量％，则焊丝过度硬化，焊丝的制作变得困难，或焊丝的送给性劣化。因此，焊丝总质量中的C含量为0.02质量％以上且0.20质量％以下。从抑制焊丝的送给性劣化这一观点出发，C含量优选为0.04质量％以上，优选为0.18质量％以下。

(Si：1.0质量％以下)

Si使焊丝的强度提高，具有使焊丝的送给性提高的效果。若Si含量变得过剩而高于1.0质量％，则焊丝过度硬化，焊丝的送给性将劣化。因此，焊丝总质量中的Si含量为1.0质量％以下。从抑制焊丝的送给性劣化这一观点出发，Si含量优选为0.30质量％以下。

(Mn：0.8质量％以上2.7质量％以下)

Mn具有使焊丝的强度提高的效果。为了使这一效果发挥，得到恰当的焊丝的送给性，Mn含量需要为0.8质量％以上。但是，若Mn含量变得过剩而高于2.7质量％，则焊丝过度硬化，焊丝的制作变得困难，或焊丝的送给性劣化。因此，焊丝总质量中的Mn含量为0.8质量％以上且2.7质量％以下。从抑制焊丝的送给性劣化这一观点出发，Mn含量优选为1.0质量％以上，优选为2.0质量％以下。另外，Mn含量对后述的Mn夹杂物的存在密度，和Mn夹杂物组成也造成影响。

(余量：Fe和不可避免的杂质)

焊丝的成分的余量是Fe和不可避免的杂质。作为不可避免的杂质，例如，可列举Cu、P、S、O、N、Al、Zr、B、V、W、Nb、Co、Sn、Sb、As等。这些不可避免的杂质，允许在不妨碍本发明的效果的范围内含有。其含量中，P、S、Al、Zr分别优选为0.030质量％以下，B、V、W、Nb、Co、Sn、Sb、As分别优选为0.010质量％以下。O优选为0.050质量％以下。N优选为0.010质量％以下。Cu如后述，根据与焊丝表面的涂布量的合计量进行控制。于是，在Cu、P、S、O、N、Al、Zr、B、V、W、Nb、Co、Sn、Sb、As等中，如果不高于规定的含量，则不仅作为不可避免的杂质被含有的情况下，即使是积极添加的情况下，也不会妨碍本发明的效果。另外，关于所述Si，后述的Ni、Ti、Cr、Mo，可以积极地添加，但也可以作为不可避免的杂质含有。

(丝径：以上)

为了使焊丝的平直矫正效果适当地发挥，本发明的焊丝其丝径为以上。若丝径低于则焊丝的平直矫正的容易性受损。这被认为是，因为丝径小，所以其平直性严重受到制造时的加工工序的偏差的影响，这些偏差超出本技术支持的平直性的矫正范围。从焊丝的矫正效果的观点出发，丝径的下限值更优选为进一步优选为丝径的上限不需要特别设定，但实用上优选为6.4mm以下。

(Mn夹杂物的存在密度：每1000μm²中10个以上)

通过适量含有Mn，焊丝的钢组织中有Mn夹杂物分布。在此，所谓Mn夹杂物，是指规定量含有Mn，并规定量含有S、Si、Fe和O的至少一种。还有，只要Mn夹杂物含有所述成分，也可以含有Ni等其他的成分。

而后，在钢组织中分布的Mn夹杂物之中，通过控制具有规定量的Mn含量，并且，最大直径在规定范围的Mn夹杂物的存在密度，则焊丝的塑性变形能力提高，屈服点降低，因此用于得到焊丝的平直性的矫正容易。具体来说，使Mn含量为1.0质量％以上且30质量％以下，并且，以当量圆直径计算的最大直径为0.05μm以上且10μm以下的Mn夹杂物的存在密度，在焊丝截面积每1000μm²中为10个以上。优选存在密度为每1000μm²中20个以上。

具有规定的Mn含量和最大直径的Mn夹杂物的存在密度的上限，没有特别限制，但优选为焊丝截面积每1000μm²中有500个以下，更优选为300个以下。另外，Mn含量和最大直径在所述范围外的Mn夹杂物，具体来说，就是Mn含量低于1.0质量％或高于30质量％的Mn夹杂物，最大直径低于0.05μm或高于10μm的Mn夹杂物等，不会显现出使焊丝塑性变形能力提高的效果。

还有，具有所述规定Mn含量和最大直径的Mn夹杂物的存在密度，能够通过如下方式达成：在焊丝制作的熔炼工序·精炼工序中，将铸钢桶渣中的MnO含量调节至2.0质量％以下，并且作为脱氧剂使用Si－Mn－Al－Fe，将焊丝中的Mn含量调整到0.8质量％以上且2.7质量％以下。

另外，铸钢桶渣中的MnO含量，例如能够通过铸钢桶渣的碱度和脱氧剂的添加量来进行调整。

本发明的焊丝，优选以焊丝总质量计，还含有Ni：4.0质量％以下、Ti：0.25质量％以下之中的至少一种。Ni和Ti具有使焊丝的强度提高，并且使焊丝的组织稳定，使焊丝送给性提高的效果。

本发明的焊丝，优选以焊丝总质量计，还含有Cr：1.5质量％以下、Mo：1.5质量％以下之中的至少一种。Cr和Mo具有使焊丝的强度提高，并且使焊丝的组织稳定，使焊丝送给性提高的效果。

本发明的焊丝，为了改善焊接时的焊丝送给性，优选以电镀等的手法将Cu涂布在焊丝表面。若Cu涂布量和作为不可避免的杂质的Cu量的合计量，即，焊丝中的Cu含量高于0.35质量％，则焊接金属中的Cu含量也增加，其韧性有可能降低。因此，焊丝总质量中的Cu含量优选为0.35质量％以下。从抑制焊接金属的韧性降低的观点出发，Cu含量优选为0.25质量％以下。还有，Cu含量的下限值没有特别规定，Cu含量也可以是0质量％。但是，Cu会不可避免地混入到钢液中，因此实质上以0.01质量％为下限值。

以上说明的本发明的焊丝，优选用于埋弧焊。这是因为埋弧焊其焊丝的平直矫正非常重要，常用的是的大直径焊丝。于是，本发明的焊丝，在对于490MPa级以上的高抗拉钢进行埋弧焊电时适用。

埋弧焊时，与所述焊丝组合使用的焊剂，从历来公知的焊剂中适宜选择使用，没有特别限定。例如，作为焊剂的组成，优选含有SiO₂、MgO、Al₂O₃、FeO、CaF₂、CaO、P、S等。

接着，对于本发明的实芯焊丝的制造方法进行说明。

本发明的实芯焊丝，能够通过进行熔炼·精炼工序、铸造工序、轧制工序和拉丝工序来制造。例如，首先，作为熔炼·精炼工序，使用转炉或电炉等，熔炼·精炼具有所述组成的钢液。其次，作为铸造工序，由所得到的钢液通过连续铸造和铸锭法等制造钢材(钢坯等)。接着，作为轧制工序，加热经制造的钢材后，实施热轧或挤压轧制，再实施干式的冷轧(冷拉丝)，例如，制造的焊接焊丝用原线(钢原线)。接着，作为拉丝工序，根据需要对焊接焊丝用原线实施退火和酸洗而进行拉丝加工，制造为具有最终丝径的实芯焊丝。

于是，对于所述的实芯焊丝的制造过程详细调査和研究的结果发现，在熔炼工序·精炼工序中，将铸钢桶渣中的MnO量控制在2.0质量％以下，并且选定脱氧剂，将最终焊丝所含的Mn量调整至0.8质量％以上、2.7质量％以下，则能够将Mn含量为1.0质量％以上且30质量％以下，并且，最大直径为0.05μm以上且10μm以下的Mn夹杂物的存在密度，调整至焊丝截面积每1000μm²中10个以上。

在现有的制造方法中，例如，作为脱氧剂使用Fe－Mn、Fe－Si、Ca－Si，铸钢桶渣也以FeO量和MnO量的合计进行氧化度管理。在本发明中，各种研究的结果是，脱氧剂使用Si－Mn－Al－Fe，将MnO含量调整至一定水平以下，从而调整Mn夹杂物的存在密度。

【实施例】

以下，对于满足本发明的要件的实施例，将其效果与不满足本发明的要件的比较例进行比较说明。

首先，用电炉熔炼钢液。这时，通过添加表1所示的脱氧剂，调节钢液的铸钢桶渣的MnO含量。使经调节的钢液成为铸锭，经挤压轧制、冷拉丝，制造的焊接焊丝用原线后，对该焊接焊丝用原线进行退火·拉丝，经表面光轧和涂布润滑油，制造具有表1所示的最终丝径、成分组成的埋弧焊用实芯焊丝。

接着，对于所制造的焊丝的径向断面进行镜面研磨后，用FE－SEM(FieldEmission－Scaning Electron Microscope：场发射扫描电子显微镜)进行观察。从观察视野中选定最大直径：0.05μm以上且10μm以下的Mn夹杂物，并且对于夹杂物中央部的组成以FE－SEM进行分析。检测出的元素之中，使S、Si、Mn、Fe和O的分析值的合计量(质量％)为100而转换各元素的分析值，由下式(1)计算Mn夹杂物中包含的Mn含量(质量％)。

Mn含量＝(Mn转换分析值/S转换分析值+Si转换分析值+Mn转换分析值+Fe转换分析值+O转换分析值)×100…(1)

而后，选定规定Mn含量：1.0质量％以上且30质量％以下的Mn夹杂物，计测其个数，计算具有规定的最大直径(0.05μm以上且10μm以下)和Mn含量(1质量％以上且30质量％以下)的Mn夹杂物的存在密度(个/1000μm²)。从3个视野中选定10个规定Mn含量的Mn夹杂物，将其平均值作为Mn夹杂物的Mn含量显示在表1中。另外，3个视野中计算出的Mn夹杂物的存在密度的平均值显示在表1中。还有，在表1中，不满足本发明的要件的，对数值画下划线表示。

FE－SEM的具体的装置名、分析条件如下。

装置名：日立ハイテック社制S－4300SE装置

EDX(EDS)名：EDAX Phoenix

分析条件：加速电压15KV，照射电流5×10^－12A

倍率：5000倍

测量时间：60秒

接着，使用所制造的焊丝，由以下所示的方法，对于焊丝的平直矫正的容易性进行评价。其结果显示在表1中。

如图1所示，使用埋弧焊机的送给装置，通过送给辊1送给焊丝W，从导电嘴2的前端使焊丝W以30mm长度突出。这时，在焊丝前端的位置连续计测100点，根据焊丝前端(中心)的位置，评价焊丝的平直矫正的容易性。焊丝前端中心的位置与导电嘴正下方的中心位置的距离D，如果限于丝径d的范围内，则能够容易地矫正焊丝W的平直性，在能够防止焊接缺陷发生的范围内，为合格。

接着，使用所制造的焊丝和表2所示的焊剂，由以下所示的方法评价焊丝的送给性。其结果显示在表1中。

如图1所示，使用埋弧焊机的送给装置，以表3所示的焊接条件，在板厚20mm的焊接结构用轧制钢材(JIS G3106 SM400B)的表面焊接1,000mm长度的焊缝合计3次。在该焊接中，不用停止焊丝的送给而能够连续焊接的为合格(○)。焊丝滑动或纵弯曲而不能连续送给的为不合格(×)。

【表1】

表2

(注)焊剂组成中，其他是p、S和不可避免的杂质。

表3

如表1所示，满足本发明的要件的No.1～13(实施例)，平直矫正的容易性、焊丝送给性优异。

另一方面，不满足本发明的要件的No.14～26(比较例)为以下的结果。

No.14(比较例)，因为C含量过少，所以焊丝软质，焊丝送给性差。No.15(比较例)，因为C含量过剩，所以焊丝过度硬化而不能进行焊丝的制作。No.16(比较例)，因为Si含量过剩，所以虽然可以进行焊丝的制作，但是在焊丝的硬化的影响下，焊丝送给性差。

No.17(比较例)，因为Mn含量过少，所以焊丝软质，焊丝送给性差。No.18(比较例)，因为Mn含量过剩，所以焊丝过度硬化，焊丝送给性差。No.19～21、24～25(比较例)，因为铸钢桶渣中的MnO含量过剩，所以Mn夹杂物的存在密度过少，焊丝的平直矫正的容易性受损。

No.22(比较例)，因为使用了现有的脱氧剂，所以Mn夹杂物的Mn含量过少，焊丝的平直矫正的容易性受损。No.23(比较例)，因为使用了现有的脱氧剂，所以Mn夹杂物的Mn含量过剩，焊丝的平直矫正的容易性受损。No.26(比较例)其丝径小，平直矫正的容易性受损。

【符号的说明】

1 送给辊

2 导电嘴

W 焊丝

D 距离

Claims (10)

1.一种实芯焊丝，其特征在于，其以焊丝总质量计，含有

C：0.02质量％以上并在0.20质量％以下、

Si：1.0质量％以下、

Mn：0.8质量％以上并在2.7质量％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成，

丝径为以上，钢组织中分布有Mn夹杂物，

所述Mn夹杂物之中，检测出的元素之中，使S、Si、Mn、Fe和O的分析值的以质量％计的合计量为100而转换各元素的分析值，由下式(1)所示的Mn含量为1.0质量％以上且30质量％以下，并且，最大直径为0.05μm以上且10μm以下的所述Mn夹杂物的存在密度，在焊丝截面积每1000μm²中有10个以上，

其中，所述Mn夹杂物是指规定量含有Mn，并规定量含有S、Si、Fe和O中的至少一种的夹杂物，

Mn含量＝{Mn转换分析值/(S转换分析值+Si转换分析值+Mn转换分析值+Fe转换分析值+O转换分析值)}×100…(1)。

2.根据权利要求1所述的实芯焊丝，其特征在于，以焊丝总质量计，还含有Ni：4.0质量％以下。

3.根据权利要求2所述的实芯焊丝，其特征在于，以焊丝总质量计，还含有Ti：0.25质量％以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的实芯焊丝，其特征在于，以焊丝总质量计，还含有Cr：1.5质量％以下、Mo：1.5质量％以下。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的实芯焊丝，其特征在于，以焊丝总质量计，还含有Cu：0.35质量％以下。

6.根据权利要求4所述的实芯焊丝，其特征在于，以焊丝总质量计，还含有Cu：0.35质量％以下。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的实芯焊丝，其特征在于，所述实芯焊丝用于埋弧焊。

8.根据权利要求4所述的实芯焊丝，其特征在于，所述实芯焊丝用于埋弧焊。

9.根据权利要求5所述的实芯焊丝，其特征在于，所述实芯焊丝用于埋弧焊。

10.根据权利要求6所述的实芯焊丝，其特征在于，所述实芯焊丝用于埋弧焊。