CN110446583B - 电焊条用的Ni基合金焊芯、电焊条以及电焊条的制造方法 - Google Patents

电焊条用的Ni基合金焊芯、电焊条以及电焊条的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一方式涉及的电焊条用的Ni基合金焊芯，化学组成以质量％计含有C：0.0100～0.0800％、Si：0.010～0.800％、Mn：0.010～1.800％、Mo：15.0～28.0％、W：2.5～8.0％、Cu：0.10～1.20％、Ta：0.002～0.120％、Ni：65.0～82.3％，余量为杂质，可任意地含有其他的选择元素，X值为0.010～0.160％。

Description

电焊条用的Ni基合金焊芯、电焊条以及电焊条的制造方法
技术领域
本发明涉及电焊条用的Ni基合金焊芯、电焊条以及电焊条的制造方法。
背景技术
考虑到地球规模的环境问题，作为环境负担小的能源的液化天然气(LNG)存在其需求日益增加的倾向。在LNG罐中，作为铁素体系的超低温材料的9％Ni钢主要被应用作为LNG罐的内槽材料。
对于该9％Ni钢的焊接，较多地使用在超低温下的韧性良好的Ni基合金系的焊接材料。作为在焊条电弧焊(Shielded Metal Arc Welding:SMAW)中使用的焊接材料即电焊条，主要使用除了Ni以外还含有Mn、Cr、Mo、W、和Nb等合金成分的电焊条。
近年来伴随着LNG罐的大型化，对LNG罐要求的强度以及韧性日益增大，通过现有技术提供的电焊条已不能够充分满足该要求性能。
在专利文献1中提出一种电焊条，其涉及在LNG储罐用9％Ni钢的焊接中使用的Ni基合金的焊接，能得到高强度和高韧性、且耐裂纹性以及耐气孔性优异的焊缝金属。可是，专利文献1中记载的电焊条，虽然通过Nb以及Ta的添加能得到具有690MPa左右的抗拉强度的焊接部，但是难以得到具有作为近年的要求规格的720MPa以上的抗拉强度的焊接部。另外，专利文献1中记载的电焊条由于Nb含量高，因此由其得到的焊缝金属在通过多道焊等而受到再热时，由于NbC局部熔融，因此容易发生液化裂纹。因此，专利文献1中记载的电焊条在耐裂纹性上存在课题。
另外，专利文献2中提出了一种具有良好的耐裂纹性以及焊道外观的Ni基合金焊缝金属、以及为了得到该焊缝金属而使用且焊接作业性良好的Ni基合金电焊条。可是，专利文献2中记载的Ni基合金电焊条，由于固溶强化元素Mo和W等的含量低，因此不能够将焊缝金属的抗拉强度提高至满足近年的要求规格的程度。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2006－272432号公报
专利文献2：日本国特开2012－115889号公报
发明内容
本发明的课题是提供能够制造具有高的低温韧性、伸长率以及抗拉强度的焊接部、且耐高温裂纹性以及焊接作业性优异的电焊条用的Ni基合金焊芯、电焊条以及电焊条的制造方法。
本发明的要旨如下。
(1)本发明的一方式涉及的电焊条用的Ni基合金焊芯，化学组成以质量％计含有C：0.0100～0.0800％、Si：0.010～0.800％、Mn：0.010～1.800％、Mo：15.0～28.0％、W：2.5～8.0％、Cu：0.10～1.20％、Ta：0.002～0.120％、Ni：65.0～82.3％、Mg：0～0.60％、Al：0～2.20％、Ti：0～2.20％、P：0.025％以下、S：0.025％以下、N：0～0.150％、O：0～0.012％、Fe：0～12.0％、Co：0～0.150％、Cr：0～0.150％、V：0～0.150％、Nb：0～0.150％、B：0～0.015％、Bi：0～0.080％、Ca：0～0.025％、REM：0～0.030％、Zr：0～0.150％，余量为杂质，用式1定义的X值为0.010～0.160％。
X＝[Ta]+10×[REM]…式1
在此，上述式1中记载的记号是其所对应的物质的以质量％为单位的含量。
(2)根据上述(1)所述的电焊条用的Ni基合金焊芯，上述X值也可以为0.020～0.130％。
(3)本发明的另一方式涉及的电焊条，具备：上述(1)或(2)所述的Ni基合金焊芯；和设置于上述Ni基合金焊芯的表面的药皮材料。
(4)本发明的另一方式涉及的电焊条的制造方法，具备：
向上述(1)或(2)所述的Ni基合金焊芯涂敷药皮材料的工序；和对上述Ni基合金焊芯和上述药皮材料进行烧成的工序。
(5)本发明的另一方式涉及的电焊条，是采用上述(4)所述的制造方法制造的。
根据本发明，能够提供能制造具有高的低温韧性、伸长率、以及抗拉强度的焊接部、且耐高温裂纹性以及焊接作业性优异的电焊条用的Ni基合金焊芯、电焊条、以及电焊条的制造方法
附图说明
图1是表示Ni基合金焊芯的X值与熔敷金属的抗拉强度的关系的曲线图。
图2是表示Ni基合金焊芯的X值与熔敷金属的低温韧性的关系的曲线图。
图3是表示本发明的实施例的评价所用的焊接试验板的图。
具体实施方式
本发明人发现，通过使电焊条(以下简称为“焊条”)含有Ta，能够提高焊接部的低温韧性和抗拉强度这两方，且抑制高温裂纹。焊条中所含的Ta在焊缝金属中生成Ni－Mo－Ta系化合物以及Ni－W－Ta系化合物，认为这些化合物通过析出强化而使焊缝金属的抗拉强度提高。
可利用上述的Ta的效果来解决本发明的课题，但若在焊条中除了Ta以外，还含有作为选择元素的REM，则REM将焊缝金属的晶粒微细化，由此认为使焊缝金属的低温韧性、强度进一步提高。而且，焊条中所含的REM在焊接中与熔融金属中的硫结合，使熔融金属中的硫浓度减少，由此认为使高温裂纹敏感性进一步降低。
以下关于根据以上的见解而得到的本实施方式涉及的电焊条用的Ni基合金焊芯(以下简称为“焊芯”)、电焊条、以及电焊条的制造方法进行说明。再者，在本实施方式中，所谓“低温韧性”意指在－196℃下测定的韧性。
(1.Ni基合金焊芯)
以下关于本实施方式涉及的焊芯进行说明。表示焊芯的化学组成的单位“％”意指质量％。
(C：0.0100～0.0800％)
C使焊缝金属的抗拉强度提高。在C含量小于0.0100％的情况下，焊缝金属的抗拉强度不足。另一方面，在C含量超过0.0800％的情况下，在焊缝金属中析出碳化物，损害焊缝金属的低温韧性。另外，在该情况下，由于碳化物的析出而导致延展性降低，引起弯曲性能的降低。因此，C含量设为0.0100～0.0800％。C含量的优选的下限值为0.0150％、0.0200％、0.0250％或0.0300％。另外，C含量的优选的上限值为0.0700％、0.0600％、或0.0500％。
(Si：0.010～0.800％)
Si抑制焊缝金属中的气孔发生，使焊缝金属的耐缺陷性提高。在Si含量小于0.010％的情况下，焊缝金属变得容易发生气孔，损害耐缺陷性。另一方面，在Si含量超过0.800％的情况下，在焊缝金属的晶界偏析的Si引起微裂纹，损害焊缝金属的低温韧性。因此，Si含量设为0.010～0.800％。Si含量的优选的下限值为0.020％、0.030％、0.050％或0.070％。另外，Si含量的优选的上限值为0.600％、0.400％、0.200％或0.150％。
(Mn：0.010～1.800％)
Mn使焊缝金属的耐裂纹性提高。在Mn含量小于0.010％的情况下，耐裂纹性劣化。另一方面，在Mn含量超过1.800％的情况下，损害脱渣性，焊接作业性恶化。因此，Mn含量设为0.010～1.800％。Mn含量的优选的下限值为0.080％、0.140％、0.200％、0.300％或0.400％。另外，Mn含量的优选的上限值为1.500％、1.200％、1.000％、0.800％或0.600％。
(Mo：15.0～28.0％)
Mo使焊缝金属的抗拉强度提高。在Mo含量小于15.0％的情况下，焊缝金属的抗拉强度不足。另一方面，在Mo含量超过28.0％的情况下，由于焊缝金属的过度的硬化而会损害焊缝金属的低温韧性。因此，Mo含量设为15.0～28.0％。Mo含量的优选的下限值为16.0％、17.0％、18.0％或19.0％。另外，Mo含量的优选的上限值为27.0％、26.0％、24.0％或22.0％。
(W：2.5～8.0％)
W使焊缝金属的抗拉强度提高。在W含量小于2.50％的情况下，焊缝金属的抗拉强度不足。另一方面，在W含量超过8.00％的情况下，在焊缝金属中析出碳化物，损害焊缝金属的低温韧性。因此，W含量设为2.5～8.0％。W含量的优选的下限值为2.7％、2.9％、3.2％或3.7％。另外，W含量的优选的上限值为7.5％、6.5％、6.0％或5.5％。
(Cu：0.10～1.20％)
Cu使焊缝金属的抗拉强度提高。在Cu含量小于0.10％的情况下，焊缝金属的抗拉强度不足。另一方面，在Cu含量超过1.20％的情况下，偏析于焊缝金属的晶界的Cu引起微裂纹，损害焊缝金属的低温韧性。因此，Cu含量设为0.10～1.20％。Cu含量的优选的下限值为0.15％、0.20％、0.25％或0.30％。另外，Cu含量的优选的上限值为1.00％、0.80％、0.65％或0.50％。
(Ta：0.002～0.120％)
Ta在本实施方式涉及的焊芯中是极其重要的元素。焊芯中所含的Ta，在焊缝金属中生成Ni－Mo－Ta系化合物以及Ni－W－Ta系化合物，认为这些化合物通过析出强化而使焊缝金属的抗拉强度提高。另外，Ta由于形成高熔点的碳氮化物，因此降低高温裂纹敏感性。为了得到该效果，需要将Ta含量设为0.002％以上。另一方面，在Ta含量超过0.120％的情况下，低温韧性劣化。并且由于高强度化而导致弯曲延展性劣化。因此，Ta含量设为0.002～0.120％。Ta含量的优选的下限值为0.005％、0.008％、或0.012％。另外，Ta含量的优选的上限值为0.100％、0.080％、0.065％或0.050％。
(Ni：65.0～82.3％)
Ni是焊缝金属的主元素，是为了使焊缝金属的组织成为奥氏体组织、确保低温(例如－196℃)下的焊缝金属的抗拉强度以及韧性而必需的元素。若考虑由母材(被焊接材料)引起的稀释，焊芯的Ni含量需要设为65.0％以上。Ni含量的上限值不特别规定，但若考虑焊芯中所含的其他的合金元素的量，则Ni含量的实质的上限值为约82.3％。由于Ni是高价格的元素，因此通过使Ni含量减少，能够降低材料成本。Ni含量的优选的下限值为67.0％、68.0％、69.0％或70.0％。另外，Ni含量的优选的上限值为80.0％、78.0％、76.0％或74.0％。
本实施方式涉及的焊芯，除了含有上述的必需元素以外，也能够任意地含有以下说明的选择元素。但是，即使不含选择元素，本实施方式涉及的焊芯也能够解决其课题，因此各选择元素的下限值为0％。
(Mg：0～0.60％)
Mg具有脱氧作用，使焊缝金属的氧量减少，由此使焊缝金属的低温韧性提高，使耐缺陷性提高。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有Mg。另一方面，在Mg含量超过0.60％的情况下，飞溅以及烟尘(fune)的量增大，焊接作业性恶化。因此，Mg含量设为0.60％以下。Mg含量的优选的下限值为0.01％、0.03％、0.05％或0.08％。另外，Mg含量的优选的上限值为0.40％、0.25％、或0.15％。
(Al：0～2.20％)
Al具有脱氧作用，使焊缝金属的氧量减少，由此使焊缝金属的低温韧性提高，使耐缺陷性提高。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有Al。另一方面，在Al含量超过2.20％的情况下，会在焊缝金属中生成使焊缝金属的伸长率降低的相(例如γ’相等)。另外，在该情况下，飞溅发生量增大，焊接作业性恶化。因此，Al含量设为2.20％以下。Al含量的优选的下限值为0.02％、0.05％、或0.10％。另外，Al含量的优选的上限值为2.00％、1.50％、1.00％、0.50％或0.30％。
(Ti：0～2.20％)
Ti具有脱氧作用，使焊缝金属的氧量减少，由此使焊缝金属的低温韧性提高，使耐缺陷性提高。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有Ti。另一方面，在Ti含量超过2.20％的情况下，会在焊缝金属中生成使焊缝金属的伸长率降低的相(例如γ’相等)。因此，Ti含量设为2.20％以下。Ti含量的优选的下限值为0.01％、0.05％、或0.10％。另外，Ti含量的优选的上限值为2.00％、1.50％、1.00％、0.50％或0.30％。
(P：0.025％以下)
(S：0.025％以下)
P以及S是杂质，损害焊缝金属的低温韧性以及耐裂纹性。因此，优选使其含量尽可能地减少。但是，在希望降低去除P和S的成本的情况下，容许0.025％以下的P、以及0.025％以下的S。P含量以及S含量的下限为0％。P含量的优选的下限值为0.001％、0.002％、或0.003％。另外，P含量的优选的上限值为0.015％、0.010％、0.008或0.006％。S含量的优选的下限值为0.001％、0.002％、或0.003％。另外，S含量的优选的上限值为0.015％、0.010％、0.008％或0.006％。
(N：0～0.150％)
(O：0～0.012％)
N在焊缝金属的奥氏体相中固溶，提高焊缝金属的强度。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有N。另一方面，在N含量超过0.150％的情况下，会使焊缝金属中发生气孔缺陷。因此，N含量设为0.150％以下。N的优选的下限值为0.001％、0.003％、或0.005％。N含量的优选的上限值为0.100％、0.080％、0.065％或0.055％。
另外，O是杂质，损害焊缝金属的低温韧性。因此，优选使其含量尽可能地减少。但是，虽然在焊接中O混入并损害焊缝金属的韧性，但是容许0.012％以下的O。O含量的优选的下限值为0.001％、0.002％、或0.003％。另外，O含量的优选的上限值为0.010％、0.008％、或0.006％。(Fe：0～12.0％)
Fe有时在熔炼焊芯的原料的过程中作为杂质而含有。另外，为了使Ni含量减少从而使材料成本降低，有时Fe代替Ni而含于焊芯中。容许12.0％以下的Fe。Fe含量的优选的下限值为0.01％、0.05％、或0.1％。另外，Fe含量的优选的上限值为10.0％、6.0％、或4.0％。
(Co：0～0.150％)
Co是析出强化元素。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有Co。另一方面，在Co含量超过0.150％的情况下，损害韧性。因此，Co含量设为0.150％以下。Co含量的优选的下限值为0.001％、0.003％、或0.005％。另外，Co含量的优选的上限值为0.080％、0.040％、或0.020％。
(Cr：0～0.150％)
Cr使焊缝金属的淬硬性提高，使焊缝金属的抗拉强度提高。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有Cr。另一方面，在Cr含量超过0.150％的情况下，由于焊缝金属的过度的硬化而会损害焊缝金属的低温韧性。因此，Cr含量设为0.150％以下。Cr含量的优选的下限值为0.001％、0.003％、或0.005％。另外，Cr含量的优选的上限值为0.080％、0.040％、或0.020％。
(V：0～0.150％)
V使焊缝金属的淬硬性提高，使焊缝金属的抗拉强度提高。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有V。另一方面，在V含量超过0.150％的情况下，在焊缝金属中析出过量的V碳化物，由此焊缝金属过度地硬化，会损害焊缝金属的低温韧性。因此，V含量设为0.150％以下。V含量的优选的下限值为0.001％、0.003％、或0.005％。另外，V含量的优选的上限值为0.080％、0.040％、或0.020％。
(Nb：0～0.150％)
Nb是在焊缝金属中形成微细碳化物的元素，该微细碳化物在焊缝金属中产生析出强化，使焊缝金属的抗拉强度提高。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有Nb。另一方面，在Nb含量超过0.150％的情况下，在焊缝金属中产生粗大的析出物，会损害焊缝金属的低温韧性。因此，Nb含量设为0.150％以下。Nb含量的优选的下限值为0.001％、0.003％、或0.005％。另外，Nb含量的优选的上限值为0.080％、0.040％、或0.020％。
(B：0～0.015％)
B在焊缝金属中与固溶N结合而形成BN，具有减少固溶N对焊缝金属的韧性造成的不良影响的效果。另外，B使焊缝金属的淬硬性提高，使焊缝金属的抗拉强度提高。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有B。另一方面，在B含量超过0.015％的情况下，在焊缝金属中产生粗大的BN以及Fe23(C,B)6等的B化合物，会损害焊缝金属的低温韧性。因此，B含量设为0.015％以下。B含量的优选的下限值为0.0001％、0.005％、或0.001％。另外，B含量的优选的上限值为0.008％、0.005％、或0.003％。
(Bi：0～0.080％)
Bi改善脱渣性。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有Bi。另一方面，在Bi含量超过0.080％的情况下，焊缝金属容易发生凝固裂纹。因此，Bi含量设为0.080％以下。Bi含量的优选的下限值为0.0001％、0.0005％、或0.001％。另外，Bi含量的优选的上限值为0.050％、0.025％、或0.010％。
(Ca：0～0.025％)
Ca使焊缝金属中的硫化物的结构变化，并且，使硫化物以及氧化物的尺寸微细化，由此使焊缝金属的低温韧性提高。另外，Ca在电弧中电离倾向强，因此使电弧稳定化。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有Ca。另一方面，在Ca含量超过0.025％的情况下，飞溅的量增大，焊接作业性恶化。因此，Ca含量设为0.025％以下。Ca含量的优选的下限值为0.0001％、0.0005％、或0.001％。另外，Ca含量的优选的上限值为0.015％、0.010％、或0.005％。
(REM：0～0.030％)
“REM”这一术语，是指由Sc、Y和镧系元素组成的合计17种元素，上述“REM的含量”意指这17种元素的合计含量。在作为REM使用镧系元素的情况下，在工业上REM以混合稀土(misch metal)的形式添加。
若在焊条中除了含有Ta以外还含有REM，则焊缝金属的晶粒进一步微细化，由此焊缝金属的低温韧性、强度进一步提高。另外，REM在焊接中在熔融金属中形成硫化物，使熔融金属中的S浓度降低，由此抑制高温裂纹的发生。因此，本实施方式涉及的焊芯优选含有REM。另一方面，在REM含量超过0.030％的情况下，电弧变得不稳定，在焊缝金属中发生焊接缺陷以及微小缺陷，由此会损害焊缝金属的延展性。因此，REM含量设为0.030％以下。REM含量的优选的下限值为0.0001％、0.0005％、或0.001％。另外，REM含量的优选的上限值为0.020％、0.010％、或0.006％。
(Zr：0～0.150％)
Zr是析出强化元素。因此，本实施方式涉及的焊芯也可以含有Zr。另一方面，在Zr含量超过0.150％的情况下，会损害韧性以及弯曲性能。因此，Zr含量设为0.150％以下。Zr含量的优选的下限值为0.0001％、0.0005％、或0.001％。另外，Zr含量的优选的上限值为0.080％、0.030％、或0.010％。
(余量：杂质)
本实施方式涉及的焊芯的化学成分，包含上述的元素以及其余部分(余量)。余量包含杂质。杂质是指在工业性制造焊芯时，通过矿石或废料等之类的原料、或由于制造工序的各种的因素而混入的成分，是在不对本实施方式涉及的焊芯给予不良影响的范围容许的成分。
(X值：0.010～0.160％)
本实施方式涉及的焊芯，采用下述式1算出的X值需要设为0.010～0.160％。
X＝[Ta]+10×[REM]…式1
式1中记载的记号是其所对应的物质的以质量％为单位的含量。在REM的以质量％为单位的含量为0％的情况下，向式1的“REM”代入0。
本发明人使用由Ta含量和REM含量均不同的各种焊芯制造的焊条，来制造熔敷金属，调查了从熔敷金属采取的熔敷金属的抗拉强度和低温韧性。在此，将9％Ni钢作为母材应用。焊接条件如下：焊接电流140～160A、焊接电压10～15V、焊接速度5～10cm/min、无预热、层间温度150℃以下、平焊位置。熔敷金属的抗拉强度以及韧性，采用JIS Z 3111(2005)“熔敷金属的拉伸以及冲击试验方法”来评价。实验的结果发现，如图1以及图2所示，在X值小于0.010％的情况下不能够确保熔敷金属的抗拉强度。另一方面发现，如图2所示，在X值超过0.160％的情况下，损害熔敷金属的在－196℃下的夏比冲击吸收能(低温韧性)。并且发现，由于高强度化而导致弯曲延展性劣化。即，本发明人发现，通过将X值设为0.010～0.160％的范围内，能够实现焊缝金属的高强度化和高低温韧性的确保这两个方面。另外，本发明人同时发现，通过将X值设为上述范围内，焊缝金属的耐高温裂纹性以及弯曲性能也提高。X值的优选的下限值为0.020％、0.030％、0.040％或0.050％。另外，X值的优选的上限值为0.130％、0.120％、0.110％或0.100％。
根据X值而发生上述的现象的原因，推测为如以下所述那样的原因。Ta在焊缝金属中生成金属间化合物(Ni－Mo－Ta系化合物、以及Ni－W－Ta系化合物等)由此产生析出强化，有助于焊缝金属的高强度化。若在焊条中含有Ta和REM这两方，则将焊缝金属的凝固组织微细化，由此有助于焊缝金属的进一步的高强度化。另外，Ta形成碳氮硅化物，因此能抑制低熔点化合物的生成，其结果，能抑制高温裂纹。另外，REM将焊缝金属的晶粒微细化，由此认为使焊缝金属的低温韧性、强度进一步提高。而且，REM在焊接中在熔融金属中形成硫化物，使熔融金属中的S浓度降低，由此抑制高温裂纹的发生。因此认为，在X值不足情况下，焊缝金属的抗拉强度不足，并且高温裂纹发生率增大。另一方面，若过量地含有REM，则电弧变得不稳定，焊缝金属发生焊接缺陷以及微小缺陷，由此认为焊缝金属的延展性降低。但是，即使只采用Ta也能够抑制高温裂纹以及提高抗拉强度，只有满足上述的X值的规定，如上述那样，REM的含量也可以为0％。
本实施方式涉及的焊芯的制造方法不特别限定。例如，炼制具有与上述的本实施方式涉及的焊芯的化学组成相同的化学组成、并且满足上述的本实施方式涉及的焊芯的X值规定的合金，对其进行拉丝加工，由此能够得到本实施方式涉及的焊芯。焊芯的直径也不特别限定，只有设为与通常的电焊条的焊芯同样的值即可。另外，焊芯的化学组成不需要均匀，例如焊芯也可以在其表面具有镀Cu层等。如果焊芯的平均的化学组成、以及由其算出的X值在上述的范围内，则焊芯在焊接中熔融，就发挥上述的效果。
再者，焊芯的直径也可以设为2.0～6.0mm。一般地，其直径大多为3.0～5.0mm。因此，也可以将焊芯的直径的下限值设为3.0mm。另外，也可以将焊芯的直径的上限值设为5.0mm。焊芯的长度可以设为200～500mm。一般地，其长度大多为300～400mm。因此，也可以将焊芯的长度的下限值设为300mm。也可以将焊芯的长度的上限值设为400mm。
(2.电焊条)
接着，以下对本实施方式涉及的电焊条进行说明。本实施方式涉及的电焊条，具备：本实施方式涉及的Ni基合金焊芯；和设置于Ni基合金焊芯的表面的药皮材料。药皮材料的种类不特别限定，只要是公知的电焊条用的药皮材料即可。也就是说，本实施方式涉及的电焊条，只要是使用与公知的电焊条的药皮材料相同的药皮材料的原料，采用相同的方法利用药皮材料被覆Ni基合金焊芯而制造出的电焊条即可。
另外，关于本实施方式涉及的电焊条，不需要排除非公知的药皮材料。本领域技术人员，在向本实施方式涉及的焊芯被覆非公知的药皮材料而成的电焊条的制造以及销售之前，进行下述手续的可能性高：试制该电焊条，进行性能评价试验，不采用特性不好的药皮材料，只采用特性良好的药皮材料。如果进行这样的手续等，则即使采用(非公知的)新开发的药皮材料被覆本实施方式涉及的焊芯，也不会产生任何问题。
药皮材料通常含有非金属物质。作为非金属物质的例子，有TiO2和SiO2等氧化物、CaCO3等碳酸盐、以及CaF2、MgF2、LiF、NaF、K2ZrF6、BaF2、K2SiF6、Na3AlF6和AlF3等氟化物。这些非金属物质，具有提高焊接作业性、以及将焊缝金属形状稳定化等的效果，但在焊接中其大半作为熔渣被排出到焊缝金属外，实质上不对通过焊接得到的焊缝金属的成分产生影响。本实施方式涉及的电焊条，是通过其焊芯的化学组成以及X值来确保焊缝金属的特性的，因此其药皮材料的成分能够基于焊条电弧焊的技术领域中的通常的知识来任意地选择。
另外，通过分析来确定药皮材料的非金属物质的成分是比较困难的。并不容易判别作为非金属物质而含有的Ti、Si、Na和Ca等元素在药皮材料中以金属或合金的形态、氧化物的形态、氟化物的形态、和碳酸盐的形态中的哪种形态存在。例如，将以金属或合金形式存在的Si(金属Si)、和以氧化物(SiO2)形式存在的Si分离是困难的。原因是尚未确立只使金属Si选择性地溶解来进行湿式分析的方法。另外，由于碳酸盐在分析中容易热分解，因此也难以准确地确定碳酸盐的种类。但是，能够由从药皮材料游离出的CO2量等来推测碳酸盐的含量。另外，在药皮材料中含有氟化物的情况下，也有时从药皮材料游离出的氟损伤分析设备。而且，电焊条的制造方法，包括对涂敷有药皮材料的焊芯进行烧成的工序，有时该烧成使药皮材料的非金属物质的组成变化为非预期的组成。
药皮材料也可以含有金属物质(即，除了氧化物、碳酸盐和氟化物等以外的、由单质的金属元素构成的金属粉、以及由多种的金属元素的合金构成的合金粉等)。药皮材料中的金属物质，在焊接中熔融，发挥与构成焊芯的金属同样的作用效果。在药皮材料中的金属物质中，可以含有C以及Si，作为除此以外能够含有的代表性的元素，可例举Mn、Ni、Cr、Mo以及Fe。含有Ta的药皮材料不是公知的药皮材料，但在金属物质之中也可以包含Ta元素。再者，本实施方式涉及的电焊条，是采用后述的本实施方式涉及的电焊条的制造方法得到的电焊条。
公知(已有)的电焊条的被覆率大多为20～40％。在本实施方式的电焊条中也可以设为20～40％程度的被覆率。再者，被覆率用下述式A定义。
被覆率＝(We－Ww)/We…式A
在式A中，We表示焊条的总质量，Ww表示焊芯的总质量。
(3.电焊条的制造方法)
接着，以下对本实施方式涉及的电焊条的制造方法进行说明。
本实施方式涉及的电焊条的制造方法，具备：向本实施方式涉及的Ni基合金焊芯涂敷药皮材料的工序；和对Ni基合金焊芯和药皮材料进行烧成的工序。
如上述那样，药皮材料的种类不特别限定，对于制造方法，也只要基于焊条电弧焊的技术领域中的通常的知识，从本领域技术人员一直以来进行的药皮的制造方法之中任意地选择即可。
另一方面，不需要将本实施方式涉及的电焊条的制造方法中的烧成条件等的各种的制造条件只限定于本领域技术人员一直以来使用的条件。本领域技术人员，在采用新的制造方法之前进行下述手续的可能性高：用该制造方法试制电焊条，进行性能评价试验，不采用特性和生产率等不好的方法，而采用特性和生产率等良好的方法。如果进行这样的手续等，则也可以采用以往所没有的方法。例如，在电焊条的制造方法中，烧成温度为150～450℃左右、烧成时间为0.1～3小时左右的情况较多，但不需要限定于该范围。
实施例
制造具有表1－1～表2－2所示的成分的电焊条用Ni基合金焊芯，向它们涂敷具有表3所示的成分的药皮材料，进行烧成，由此制造了电焊条。烧成温度设为410℃，烧成时间设为23分钟。焊芯尺寸设为直径4.0mm、长度350mm，来用于试验。对于这些电焊条，进行了以下的评价。在表1－1～表2－2中，对于处于本实施方式涉及的焊芯的范围外的值，附带了下划线。另外，未添加到焊芯中的成分的含量，未记载于这些表中，为空白。表1－1～表2－2中公开的焊芯的成分的其余部分(余量)为杂质。
各试验，应用表9所示的成分的9％Ni钢作为母材。焊接条件如表6所示，设为：焊接电流140～160A、焊接电压10～15V、焊接速度5～10cm/min、无预热、层间温度150℃以下、平焊位置。作为熔敷金属性能的评价，按照JIS Z 3111(2005)进行了拉伸试验以及冲击试验(使用表9所示的母材AA1)。关于熔敷金属性能，将能制造抗拉强度为720MPa以上、伸长率为25％以上、以及在－196℃下的吸收能vE－196℃为55J以上的熔敷金属的试样判断为良好。
关于耐裂纹性的调查，母材应用9％Ni钢(使用表9所示的母材AA2)，形成图3所示的坡口，在与上述相同的焊接条件下进行500mm的多道焊，从最终焊道表面每次约1mm地磨削3次，进行渗透探伤试验，判断有无裂纹，由此实施。关于耐裂纹性，将没有发现裂纹的试样判断为良好。
弯曲性能采用以下的方法来评价。依据JIS Z 3122(2013)“对接焊接接头的弯曲试验方法”，从焊缝金属制取纵表弯曲试件，从背面将试件的厚度(t)减薄加工至10mm，对其进行弯曲半径R为1.0×t mm的弯曲加工，其后通过目视来确认试件有无裂纹，来实施弯曲性能的评价。关于弯曲性能，将通过目视在试件上没有确认到裂纹的例子判断为良好。
关于耐缺陷性的调查，采用与图3所示的耐裂纹性试验相同的母材、坡口条件以及焊接条件进行焊接，实施焊接部的X射线透射试验，以JIS Z 3106(2001)的等级分类来判定，关于耐缺陷性，将能够制造被判定为1类的焊接部的试样判断为良好。再者，熔敷金属试验以及耐气孔性调查中的焊接电流设为140A来实施。
在焊接作业性评价中，母材使用9％Ni钢(使用表9所示的母材AA1)，进行平角焊，调查了电弧稳定性、飞溅发生量、脱渣性以及焊道外观。焊接条件设为焊接电流140A、焊接速度10cm/min来进行。关于电弧稳定性，将电弧的灭弧时间相对于总电弧发生时间为10％以下的焊芯判定为合格。关于飞溅发生量，将未发生飞溅的焊芯、或虽发生了飞溅但附着于母材的飞溅能够用金属丝刷等轻轻地擦掉的焊芯判定为合格。关于脱渣性，将形成了自然地剥离的焊渣的焊芯、或形成了在用金属丝刷或錾子轻轻地敲击焊接部的情况下剥离的渣的焊芯判定为合格。关于脱渣性，形成了即使用金属丝刷激烈地刷、用錾子激烈地敲击也不剥离的渣的焊芯被判定为不合格。关于焊道外观，将焊道产生了气孔等的显现于表面的缺陷的焊芯、焊道表面的凹凸的深度为余高高度的10％以上的焊芯、或焊道趾部的趾角为90度以上的焊芯判定为不合格，将其以外的焊芯判定为合格。
将焊芯与药皮材料的组合、以及被覆率示于表4和表5。将焊芯的试验结果示于表7和表8。在表7和表8中，对于不满足上述的合格与否的基准的数值，附带了下划线。
Figure BDA0002080492890000161
Figure BDA0002080492890000171
Figure BDA0002080492890000181
Figure BDA0002080492890000191
Figure BDA0002080492890000201
表4
Figure BDA0002080492890000211
表5
Figure BDA0002080492890000212
表6
Figure BDA0002080492890000221
表7
Figure BDA0002080492890000222
表8
Figure BDA0002080492890000231
表9
Figure BDA0002080492890000232
化学组成以及X值在本发明的范围内的焊芯A1～A24，能够制造出抗拉强度、伸长率、vE－196℃、耐裂纹性、以及弯曲性均优异的焊缝金属。而且，例A1～A24，在电弧稳定性、飞溅发生量、脱渣性、耐缺陷性、以及焊道外观方面均优异，焊接作业性良好。
另一方面，化学组成和X值中的任一方在本发明的范围外的焊芯B1～B7，关于评价项目之中的某一项以上，不满足合格与否的基准。
B1的焊芯的Ta含量不足。因此，对于F11而言，焊缝金属的抗拉强度不足。
B2的焊芯的Ta含量过量。因此，对于F12而言，低温韧性不足。
B3的焊芯的REM含量以及X值过量。因此，对于B3而言，焊缝金属的低温韧性不足，而且电弧稳定性差，飞溅发生量过量。
B4以及B6的焊芯的X值不足。因此，对于B4以及B6而言，焊缝金属的抗拉强度不足。
B5以及B7的焊芯的X值过量。因此，对于B5以及B7而言，焊缝金属的低温韧性不足，另外，也有焊缝金属的弯曲性能变得不良的情况。

Claims (4)

1.一种电焊条用的Ni基合金焊芯，其特征在于，化学组成以质量％为单位含有
C：0.0100～0.0800％、
Si：0.010～0.800％、
Mn：0.010～1.800％、
Mo：15.0～28.0％、
W：2.5～8.0％、
Cu：0.10～1.20％、
Ta：0.002～0.120％、
Ni：65.0～82.3％、
Mg：0～0.60％、
Al：0～2.20％、
Ti：0～2.20％、
P：0.025％以下、
S：0.025％以下、
N：0～0.150％、
O：0～0.012％、
Fe：0～12.0％、
Co：0～0.150％、
Cr：0～0.150％、
V：0～0.150％、
Nb：0～0.150％、
B：0～0.015％、
Bi：0～0.080％、
Ca：0～0.025％、
REM：0～0.030％、
Zr：0～0.150％，
余量为杂质，
用式1定义的X值为0.010～0.160％，
X＝[Ta]+10×[REM]…式1
其中，上述式1中记载的记号是其所对应的物质的以质量％为单位的含量。
2.根据权利要求1所述的电焊条用的Ni基合金焊芯，其特征在于，上述X值为0.020～0.130％。
3.一种电焊条，具备：
权利要求1或2所述的电焊条用的Ni基合金焊芯；和
设置于上述Ni基合金焊芯的表面的药皮材料。
4.一种电焊条的制造方法，其特征在于，具备:
向权利要求1或2所述的Ni基合金焊芯涂敷药皮材料的工序；和
对上述Ni基合金焊芯和上述药皮材料进行烧成的工序。
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