CN116829299A - 药芯焊丝 - Google Patents
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Abstract
提供一种气体保护电弧焊用的药芯焊丝,即使PWHT温度为高温,其也能够得到强度和韧性优异的焊接金属,并且焊接操作性良好。一种在钢制外皮中填充有焊剂的气体保护电弧焊用的药芯焊丝,其中,Fe、C、Mn、Cr、Ni、Mo、Nb、V、P和S的含量控制在规定范围,并且相对于焊丝总质量,含有TiO2:3.0质量%以上且9.0质量%以下,金属Si和Si化合物的SiO2换算值:0.5质量%以上且1.5质量%以下,Co:0.10质量%以上且1.50质量%以下,N:0.015质量%以上且0.060质量%以下,并满足Li:0.11质量%以下,Mg:0.85质量%以下,K和Na的总量:0.3质量%以下。
Description
技术领域
本发明涉及药芯焊丝。
背景技术
一般来说,9%Cr钢高温特性优异,被用于火力发电、核能发电的锅炉和压力容器等。作为用于制造这样的焊接结构物的气体保护电弧焊用的焊丝,近年来,对于能够得到力学性能优异的焊接金属的药芯焊丝的要求进一步提高。
例如,在专利文献1中公开有一种药芯焊丝,是在Cr含量为11~13.5重量%的不锈钢外皮中填充焊剂而成的药芯焊丝,其中,Ni和Mn等其他成分的含量规定在指定范围内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11-207490号公报
发明内容
发明所要解决的问题
可是,9%Cr钢淬火性高,焊接状态下,热影响区和焊接金属均成为马氏体组织,接头性能劣化。因此,以除去焊接部的焊接残余应力和残余氢、和利用焊接部的回火马氏体组织化使焊接热影响区软化、以及改善焊接部的延展性和韧性等为目的,通常,对于焊接部实施焊接后热处理(PWHT:Post Weld Heat Treatment)。
从除去残余应力的观点出发,PWHT的温度越高越有利,但若以高于焊接金属AC1相变点的温度进行,则焊接金属发生相变,有蠕变断裂强度显著劣化的风险性。在美国焊接协会标准和EN标准中,出于提高焊接金属AC1相变点的目的,有限制Mn和Ni的总含量上限的动向。AC1相变点与Mn和Ni的总含量之间存在负相关关系,因此,这些元素的含量多时,不适合高温的PWHT的应用。即便使用上述专利文献1所述的药芯焊丝时,在PWHT后的焊接金属中,特别是以760℃这种高温进行PWHT这样的情况下,仍得不到希望的强度。另外,在专利文献1中,关于熔渣成分没有进行公开,对于进行各种姿势焊接等情况的焊接操作性存在改善的余地。
本发明鉴于上述状况而提出,其目的在于,提供一种气体保护电弧焊用的药芯焊丝,其适用于9%Cr钢的焊接,即使PWHT温度是例如760℃这样的高温,也能够得到强度和韧性优异的焊接金属,并且焊接操作性良好。
解决问题的手段
本发明人等,对用于使PWHT后的强度和韧性良好的药芯焊丝进行了锐意研究,其结果发现,通过使药芯焊丝中含有Co,并且使各成分处于规定范围,则能够抑制δ铁素体的残留,使焊接金属的韧性提高。此外,为了进行全姿势焊接而进行锐意研究的结果发现,通过使TiO2、Na和K等的熔渣成分处于规定范围,以各种姿势焊接都能够得到良好的焊接操作性。
本发明基于这些发现而提出。
本发明的上述目的,由药芯焊丝的下述[1]的构成达成。
[1]一种药芯焊丝,其特征在于,是钢制外皮中填充有焊剂的气体保护电弧焊用的药芯焊丝,其特征在于,相对于焊丝总质量,含有:
Fe:75质量%以上且85质量%以下、
C:0.05质量%以上且0.25质量%以下、
TiO2:3.0质量%以上且9.0质量%以下、
金属Si和Si化合物的SiO2换算值:0.5质量%以上且1.5质量%以下、Mn:0.5质量%以上且2.0质量%以下、
Cr:8.0质量%以上且11.0质量%以下、
Ni:0.05质量%以上且1.0质量%以下、
Mo:0.7质量%以上且1.5质量%以下、
Co:0.10质量%以上且1.50质量%以下、
Nb:0.01质量%以上且0.15质量%以下、
V:0.1质量%以上且0.5质量%以下、
N:0.015质量%以上且0.060质量%以下,
并满足
Li:0.11质量%以下、
Mg:0.85质量%以下、
K和Na的总量:0.3质量%以下、
P:0.020质量%以下、
S:0.020质量%以下。
另外,药芯焊丝的本发明的优选实施方式涉及以下的[2]~[5]。
[2]根据[1]所述的药芯焊丝,其特征在于,相对于焊丝总质量,含有Li:0.01质量%以上且0.11质量%以下,
将焊丝中的TiO2含量以相对于焊丝总质量的质量%计而表示为[TiO2],
将焊丝中的Li含量以相对于焊丝总质量的质量%计而表示为[Li]时,
[TiO2]/[Li]:70以上且170以下。
[3]根据[1]或[2]所述的药芯焊丝,其特征在于,相对于焊丝总质量,还含有F:0.10质量%以上且0.60质量%以下。
[4]根据[1]~[3]中任一项所述的药芯焊丝,其特征在于,在如下范围内含有从Al2O3、金属Zr和Zr化合物中选择的至少一种,
相对于焊丝总质量,
Al2O3:0.50质量%以下,
金属Zr和Zr化合物的ZrO2换算值:0.50质量%以下。
[5]根据[1]~[4]中任一项所述的药芯焊丝,其特征在于,相对于焊丝总质量,含有金属Al:0.20质量%以下。
发明的效果
根据本发明,能够提供一种气体保护电弧焊用的药芯焊丝,其即使在PWHT温度例如为760℃这样的高温下,也能够得到强度和韧性优异的焊接金属,并且焊接操作性良好。
具体实施方式
以下,对于本发明的实施方式进行详细说明。还有,本发明不受以下说明的实施方式限定,在不脱离本发明的要旨的范围内,可以任意变更实施。
[1.药芯焊丝]
本实施方式的药芯焊丝(以下,也简称为“焊丝”。),在钢制的外皮中填充有焊剂。另外,本实施方式的药芯焊丝,是所谓的低合金钢板的气体保护电弧焊用焊丝,特别是能够适用于9%Cr钢板的气体保护电弧焊。
以下,对于本实施方式的药芯焊丝所含有的成分,说明其含有理由和数值范围限定理由。
还有,在以下的说明中,药芯焊丝中的各成分量,除非特别说明,否则规定为焊丝总质量即外皮与外皮内的焊剂合计量中的含量。
<Fe:75质量%以上且85质量%以下>
Fe是本实施方式的焊丝的主要成分。
Fe含量相对于焊丝总质量为75质量%以上,也可以为76质量%以上或77质量%以上。另外,Fe含量相对于焊丝总质量为85质量%以下,也可以为84质量%以下或82质量%以下。
<C:0.05质量%以上且0.25质量%以下>
C与Cr、Mo、V和Nb结合而析出碳化物,是具有确保焊接金属强度效果的重要元素。
若C含量相对于焊丝总质量低于0.05质量%,则焊接金属无法取得希望的强度。因此,C含量相对于焊丝总质量为0.05质量%以上,优选为0.07质量%以上,更优选为0.09质量%以上。
另一方面,若C含量相对于焊丝总质量高于0.25质量%,则偏析部的凝固温度大幅降低,容易发生热裂纹。另外,碳化物的析出过剩,焊接金属的韧性降低。因此,C含量相对于焊丝总质量为0.25质量%以下,优选为0.23质量%以下,更优选为0.21质量%以下。
<TiO2:3.0质量%以上且9.0质量%以下>
TiO2是作为造渣剂添加到焊丝中的成分,是具有使向上立焊性良好的效果的成分。
若TiO2含量相对于焊丝总质量低于3.0质量%,则熔渣的包覆性劣化。因此,TiO2含量相对于焊丝总质量为3.0质量%以上,优选为4.0质量%以上,更优选为4.5质量%以上。
另一方面,若TiO2含量相对于焊丝总质量高于9.0质量%,则熔渣生成量过剩,焊接部容易发生夹渣。另外,焊接金属中的氧量增加,韧性劣化。此外,若TiO2的Ti在焊接金属被过剩含有,则抗拉强度过剩,韧性降低。因此,TiO2含量相对于焊丝总质量为9.0质量%以下,优选为8.5质量%以下,更优选为8.0质量%以下。
还有,在本实施方式中,TiO2含量是Ti化合物的TiO2换算值。更具体地说,TiO2含量是将不溶于酸的所有Ti换算成TiO2的值。
<金属Si和Si化合物的SiO2换算值:0.5质量%以上且1.5质量%以下>
Si作为焊接金属的脱氧剂发挥功能,并具有减少焊接金属的氧量的效果,同时使熔渣的粘性提高,是具有提高熔渣的包覆性和焊接缝边部融合的效果的元素。
若SiO2换算值相对于焊丝总质量低于0.5质量%,则无法充分取得上述效果,焊道外观和焊道形状劣化。因此,SiO2换算值相对于焊丝总质量为0.5质量%以上,优选为0.55质量%以上,更优选为0.6质量%以上。
另一方面,若SiO2换算值相对于焊丝总质量高于1.5质量%,则焊接部容易发生夹渣。另外,Si是铁素体生成元素,若过剩添加,则引起δ铁素体残留,焊接金属的韧性降低。因此,SiO2换算值相对于焊丝总质量为1.5质量%以下,优选为1.4质量%以下,更优选为1.3质量%以下。
还有,在本实施方式中,所谓SiO2换算值,是将焊丝中所含有的Si单体和Si合金、及Si化合物(除去合金的Si化合物)所含的全部Si换算成SiO2,作为SiO2换算值规定。
<Mn:0.5质量%以上且2.0质量%以下>
Mn作为焊接金属的脱氧剂发挥功能,是使焊接金属的强度提高,并且具有韧性改善效果的元素。另外,Mn是奥氏体形成元素,也是具有抑制焊接金属中的δ-铁素体残留引起的韧性劣化效果的元素。
若Mn含量相对于焊丝总质量低于0.5质量%,则引起脱氧不足,并且不能充分取得δ铁素体残留的抑制效果,焊接金属的韧性降低。因此,Mn含量相对于焊丝总质量为0.5质量%以上,优选为0.7质量%以上,更优选为0.8质量%以上。
另一方面,若Mn含量相对于焊丝总质量高于2.0质量%,则焊接金属的高温强度劣化。另外,偏析部的凝固温度降低,并且相变点降低,高温下的PWHT困难。因此,Mn含量相对于焊丝总质量为2.0质量%以下,优选为1.8质量%以下,更优选为1.6质量%以下。
<Cr:8.0质量%以上且11.0质量%以下>
Cr是本实施方式的药芯焊丝作为对象的9Cr钢的主要元素,是用于确保焊接金属的抗氧化性与高温强度不可或缺的元素。
若Cr含量相对于焊丝总质量低于8.0质量%,则抗氧化性和高温强度不充分。因此,Cr含量相对于焊丝总质量为8.0质量%以上,优选为8.3质量%以上,更优选为8.5质量%以上。
另一方面,因为Cr是铁素体形成元素,所以若Cr含量相对于焊丝总质量高于11.0质量%,则引起δ-铁素体的残留,焊接金属的韧性和蠕变性能劣化。因此,Cr含量相对于焊丝总质量为11.0质量%以下,优选为10.5质量%以下,更优选为10.0质量%以下。
<Ni:0.05质量%以上且1.0质量%以下>
Ni与Mn同样是奥氏体形成元素,是具有抑制焊接金属中的δ铁素体残留,并使韧性提高这种效果的元素。
若Ni含量相对于焊丝总质量低于0.05质量%,则无法充分取得焊接金属的韧性提高效果。因此,Ni含量相对于焊丝总质量为0.05质量%以上,优选为0.1质量%以上,更优选为0.2质量%以上。
另一方面,若Ni含量相对于焊丝总质量高于1.0质量%,则高温强度降低,并且相变点降低,高温下的PWHT困难。因此,Ni含量相对于焊丝总质量为1.0质量%以下,优选为0.8质量%以下,更优选为0.7质量%以下。
<Mn和Ni的总量:0.7质量%以上且2.5质量%以下>
如上述,Mn和Ni均是具有抑制焊接金属中的δ铁素体残留,并使韧性提高这种效果的元素,通过恰当控制其合计含量,能够抑制相变点的降低,实施预想温度下的PWHT。因此,Mn和Ni的总量相对于焊丝总质量优选为0.7质量%以上,更优选为0.9质量%以上。另外,Mn和Ni的总量相对于焊丝总质量优选为2.5质量%以下,更优选为2.2质量%以下。
<Mo:0.7质量%以上且1.5质量%以下>
Mo是固溶强化元素,是具有蠕变断裂强度提高效果的元素。
若Mo含量相对于焊丝总质量低于0.7质量%,则无法得到希望的蠕变断裂强度。因此,Mo含量相对于焊丝总质量为0.7质量%以上,优选为0.75质量%以上,更优选为0.8质量%以上。
另一方面,若Mo含量相对于焊丝总质量高于1.5质量%,则引起δ铁素体的残留,焊接金属的韧性和蠕变性能降低。因此,Mo含量相对于焊丝总质量为1.5质量%以下,优选为1.3质量%以下,更优选为1.1质量%以下。
<Co:0.10质量%以上且1.50质量%以下>
Co是奥氏体形成元素,是具有抑制δ铁素体残留效果的元素。通过使焊丝中含有Mn和Ni,也能够得到δ铁素体残留抑制效果,但Co与Mn和Ni比较,相变点的降低幅度更小,因此能够实施高温下的PWHT,能够更有效地提高焊接金属的韧性,并且能够使蠕变强度提高。
若Co含量相对于焊丝总质量低于0.10质量%,则无法充分得到韧性提高效果。因此,Co含量相对于焊丝总质量为0.10质量%以上,优选为0.12质量%以上,更优选为0.15质量%以上,进一步优选为0.20质量%以上,特别优选为0.25质量%以上。
另一方面,若Co含量相对于焊丝总质量高于1.50质量%,则相变点降低,高温下的PWHT困难。另外,因为Co是高价的材料,所以焊丝的原料成本上升。因此,Co含量相对于焊丝总质量为1.50质量%以下,优选为1.20质量%以下,更优选为1.00质量%以下,进一步优选为0.70质量%以下,特别优选为0.50质量%以下。
<Nb:0.01质量%以上且0.15质量%以下>
Nb具有通过固溶强化而使焊接金属的强度提高的效果,并且作为氮化物析出,是具有有助于蠕变断裂强度的稳定化效果的元素。
若Nb含量相对于焊丝总质量低于0.01质量%,则无法充分取得焊接金属的强度提高效果和蠕变断裂强度稳定化效果。因此,Nb含量相对于焊丝总质量为0.01质量%以上,优选为0.015质量%以上,更优选为0.02质量%以上。
另一方面,若Nb含量相对于焊丝总质量高于0.15质量%,则引起δ铁素体的残留,焊接金属的韧性降低,并且蠕变性能劣化。因此,Nb含量相对于焊丝总质量为0.15质量%以下,优选为0.12质量%以下,更优选为0.10质量%以下。
<V:0.1质量%以上且0.5质量%以下>
V作为碳氮化物在焊接金属中析出,是具有通过析出强化而使蠕变断裂强度稳定化的效果的元素。
若V含量相对于焊丝总质量低于0.1质量%,则无法得到希望的蠕变断裂强度。因此,V含量相对于焊丝总质量为0.1质量%以上,优选为0.15质量%以上,更优选为0.17质量%以上。
另一方面,若V含量相对于焊丝总质量高于0.5质量%,则引起δ铁素体的残留,焊接金属的韧性降低,并且蠕变性能劣化。因此,V含量相对于焊丝总质量为0.5质量%以下,优选为0.4质量%以下,更优选为0.3质量%以下。
<N:0.015质量%以上且0.060质量%以下>
N具有通过固溶强化而使焊接金属的强度提高的效果,并且作为氮化物析出,是具有有助于蠕变断裂强度稳定化的效果的元素。
若N含量相对于焊丝总质量低于0.015质量%,则无法充分取得焊接金属的强度提高效果和蠕变断裂强度的稳定化效果。因此,N含量相对于焊丝总质量为0.015质量%以上,优选为0.018质量%以上,更优选为0.020质量%以上。
另一方面,若N含量相对于焊丝总质量过剩,则无法使之固溶在焊接金属中,气孔发生。因此,N含量相对于焊丝总质量为0.060质量%以下,优选为0.050质量%以下,更优选为0.040质量%以下。
<Li:0.11质量%以下(包括0质量%)>
Li是具有减少焊丝中的合金元素在焊接金属的产率这一效果的元素。在本实施方式的药芯焊丝中,因为作为造渣剂的TiO2含量多,所以焊接金属中的Ti含量容易变高。因此,通过使焊丝中含有Li,能够抑制Ti过剩的产率,抑制过剩的强度上升,并且使韧性良好。
在本实施方式中,Li含量的下限未特别限定,也可以为0质量%,但以抑制TiO2的过剩产率为目的而使焊丝中含有Li时,Li含量相对于焊丝总质量优选为0.02质量%以上,更优选为0.03质量%以上。
另一方面,若Li含量相对于焊丝总质量高于0.11质量%,则焊接金属中的Ti变少,焊接金属的抗拉强度降低。另外,因为熔渣的粘度降低,所以立焊操作性显著劣化。因此,Li含量相对于焊丝总质量为0.11质量%以下,优选为0.09质量%以下,更优选为0.07质量%以下。
<Mg:0.85质量%以下(包括0质量%)>
Mg具有脱氧效果,是有助于焊接金属的韧性稳定化的元素。
在本实施方式中,Mg含量的下限未特别限定,也可以为0质量%,出于将焊接金属的韧性调整到希望范围的目的而使焊丝中含有Mg时,Mg含量相对于焊丝总质量也可以为0.1质量%以上或0.2质量%以上。
另一方面,若Mg含量相对于焊丝总质量高于0.85质量%,则使合金元素在焊接金属的产率增大,招致过剩的强度上升。另外,飞溅发生量增加,焊接操作性降低。因此,Mg含量相对于焊丝总质量为0.85质量%以下,优选为0.70质量%以下,更优选为0.65质量%以下。
<K和Na的总量:0.3质量%以下(包括0质量%)>
K和Na是具有电弧稳定化效果的成分,通过以适当量添加到焊丝中,能够得到良好的焊道形状。
在本实施方式中,K和Na的总量的下限未特别限定,也可以为0质量%,出于电弧进一步稳定化的目的而使焊丝中含有K和Na任意一方或两方时,K和Na的总量相对于焊丝总质量优选为0.03质量%以上,更优选为0.05质量%以上。
另一方面,若K和Na的总量相对于焊丝总质量高于0.3质量%,则焊接金属的韧性降低。因此,K和Na的总量相对于焊丝总质量为0.3质量%以下,优选为0.2质量%以下,更优选为0.15质量%以下。
还有,在本实施方式的焊丝中,可以含有K和Na两方,也可以只含有任意一方,其总量在上述范围内即可。
<P:0.020质量%以下(包括0质量%)>
P是提高热裂纹敏感性的元素。
若P含量相对于焊丝总质量高于0.020质量%,则热裂纹发生。因此,P含量相对于焊丝总质量为0.020质量%以下,优选为0.015质量%以下,更优选为0.012质量%以下。
<S:0.020质量%以下(包括0质量%)>
S是提高热裂纹敏感性的元素。
若S含量相对于焊丝总质量高于0.020质量%,则热裂纹发生。因此,S含量相对于焊丝总质量为0.020质量%以下,优选为0.018质量%以下,更优选为0.015质量%以下。
还有,本实施方式的焊丝中,优选含有上述Li含量0.01质量%以上且0.11质量%以下,并且,焊丝中的TiO2含量对于Li含量之比得到恰当控制。
<[TiO2]/[Li]:70以上且170以下>
在本实施方式中,为了使全姿势焊接中的操作性良好,而使焊丝中含有TiO2,但是,若焊接金属中含有TiO2的Ti,则抗拉强度过剩,韧性降低。如上述,Li具有抑制Ti在焊接金属中的产率的效果,但若使焊丝中过剩地含有Li,则招致抗拉强度的降低。因此,优选将Li的含量设定在规定范围,并且根据TiO2含量进行控制。即,通过将TiO2含量对于Li含量之比控制在规定范围,能够使焊接金属的强度和韧性保持良好的平衡。
关于Li含量的上限如上述,但为了使焊接金属的强度和韧性保持良好的平衡,在控制TiO2含量对于Li含量之比时,优选Li含量相对于焊丝总质量为0.01质量%以上。
另外,将焊丝中的TiO2含量以相对于焊丝总质量的质量%计表示为[TiO2],将焊丝中的Li含量以相对于焊丝总质量的质量%计表示为[Li]时,若使根据式([TiO2]/[Li])得到的值为70以上,则能够抑制抗拉强度的降低。因此,根据式([TiO2]/[Li])得到的值优选为70以上,更优选为75以上,进一步更优选为80以上。
另一方面,若使根据式([TiO2]/[Li])得到的值为170以下,则能够抑制韧性的降低。因此,根据式([TiO2]/[Li])得到的值优选为170以下,更优选为160以下,进一步优选为150以下。
另外,本实施方式的焊丝,此外,优选在以下所示的含量范围内含有F(氟化物)。以下,对于焊丝中含有F时的含量限定理由进行说明。
<F:0.10质量%以上且0.60质量%以下>
F不是本实施方式的焊丝中的必需成分,但其是具有减少焊接金属的扩散性氢量效果的元素,能够将F作为任意成分使之在焊丝中含有。
若F含量相对于焊丝总质量为0.10质量%以上,则能够减少扩散性氢量,能够抑制裂纹发生。因此,使焊丝中含有F时,F含量相对于焊丝总质量优选为0.10质量%以上,更优选为0.15质量%以上,进一步优选为0.17质量%以上,特别优选为0.20质量%以上。
另一方面,若F含量相对于焊丝总质量为0.60质量%以下,则能够抑制飞溅的增加,能够使电弧稳定化。因此,使焊丝中含有F时,F含量相对于焊丝总质量优选为0.60质量%以下,更优选为0.55质量%以下,进一步优选为0.50质量%以下。
此外,本实施方式的焊丝,优选分别在以下所示的含量范围内,含有从Al2O3、金属Zr和Zr化合物中选择的至少一种。以下,对于这些成分在焊丝中被含有时的各含量的限定理由。
<Al2O3:0.50质量%以下>
Al2O3是造渣剂,不是本实施方式的焊丝中的必需成分,但能够使焊道形状提高,因此能够将Al2O3作为任意成分使之在焊丝中含有。
使焊丝中含有Al2O3时,Al2O3含量相对于焊丝总质量优选为0.02质量%以上,更优选为0.03质量%以上。
另一方面,若Al2O3含量相对于焊丝总质量为0.50质量%以下,则能够得到良好的熔渣剥离性。因此,使焊丝中含有Al2O3时,Al2O3含量相对于焊丝总质量优选为0.50质量%以下,更优选为0.40质量%以下,进一步优选为0.30质量%以下。
还有,在本实施方式中,Al2O3含量是Al化合物的Al2O3换算值。更具体地说,Al2O3含量是将不溶于酸的所有Al换算成Al2O3的值。
<金属Zr和Zr化合物的ZrO2换算值:0.50质量%以下>
ZrO2是具有脱氧效果的成分,不是本实施方式的焊丝中的必需成分,但因为能够改善焊道缝边形状,所以能够将ZrO2作为任意成分使之在焊丝中含有。
使焊丝中含有ZrO2时,ZrO2含量相对于焊丝总质量优选为0.05质量%以上,更优选为0.07质量%以上。
另一方面,若ZrO2含量相对于焊丝总质量为0.50质量%以下,则能够适当保持熔渣的流动性。因此,使焊丝中含有ZrO2时,ZrO2含量相对于焊丝总质量优选为0.50质量%以下,更优选为0.35质量%以下,进一步优选为0.30质量%以下。
还有,在本实施方式中,所谓ZrO2换算值,表示来自于焊丝中所含有的包括Zr单体和Zr合金在内的金属Zr和Zr化合物全部Zr换算成ZrO2的ZrO2换算值。
另外,优选本实施方式的焊丝,在以下所示的含量范围内还含有金属Al。以下,对于金属Al在焊丝中被含有时的含量的限定理由进行说明。
<金属Al:0.20质量%以下>
金属Al是具有脱氧效果的成分,不是本实施方式的焊丝中的必需成分,但是能够使焊接金属的韧性稳定化,因此,能够将金属Al作为任意成分使之在焊丝中含有。
使焊丝中含有金属Al时,金属Al含量相对于焊丝总质量优选为0.01质量%以上,更优选为0.02质量%以上。
另一方面,若金属Al含量相对于焊丝总质量为0.20质量%以下,则能够恰当调整合金元素在焊接金属中的产率,能够抑制过剩的强度上升。因此,使焊丝中含有金属Al时,金属Al含量相对于焊丝总质量优选为0.20质量%以下,更优选为0.12质量%以下,进一步优选为0.10质量%以下。
还有,在本实施方式中,金属Al含量,是Al单体和Al合金所包括的Al的总量。
<余量>
本实施方式的药芯焊丝中,作为上述以外的成分的余量,不可避免的杂质相对于焊丝总质量在1.5质量%以下的范围内包含。另外,焊丝的余量中,也可以包括Cu、Ca、W、B等。
本实施方式的药芯焊丝,例如,可以在Cu:0.30质量%以下、Ca:0.05质量%以下、W:0.1质量%以下、B:0.05质量%以下的范围含有这些元素。另外,也可以含有0.20质量%以下的金属Ti,也可以为0.10质量%以下,0.05质量%以下,0.01质量%以下。在此,金属Ti意思是Ti单体或Ti合金,可溶于酸的Ti的含量。
另外,本实施方式的药芯焊丝中,优选含有前述的Fe、C、TiO2、SiO2换算值、Mn、Cr、Ni、Mo、Co、Nb、V、N、Li、Mg、K和Na的总量、P、S以合计相对于焊丝总质量为90质量%以上,更优选含有93质量%以上,进一步优选含有96质量%以上,特别优选含有98质量%以上。
本实施方式的药芯焊丝的外径没有特别限定,例如,优选为0.9mm以上且1.6mm以下。
本实施方式的药芯焊丝的焊剂填充率,如果焊丝中的各元素的含量在本发明的范围内,则能够设定为任意的值,但从焊丝制造时的拉丝性和焊丝送给性的观点出发,例如,优选相对于焊丝总质量为15质量%以上且25质量%以下。
在本实施方式的药芯焊丝中,无论外皮有接缝的情况,还是没有接缝的情况等,对其接缝的形态和截面的形状没有限制。
本实施方式的药芯焊丝,例如,能够以80体积%Ar和20体积%CO2的混合气体作为保护气体,用于气体保护电弧焊。
[2.药芯焊丝的制造方法]
作为本实施方式的药芯焊丝的制造方法,没有特别限定,例如,能够由以下所示的方法制造。
首先,准备构成钢制外皮的带钢,一边沿纵长方向送给此带钢,一边由成形辊成形,使之成为U字状的开管。其次,将按照规定的成分组成调配有各种原料的焊剂填充到钢制外皮中,其后,以使截面成为圆形的方式进行加工。之后,通过冷加工拉丝,作为本实施方式的药芯焊丝。
还有,在冷加工途中也可以实施退火。另外,以下任意结构均能够采用,即,在制造过程中成形的钢制外皮的缝口经过焊接的无缝焊丝,和所述缝口未经焊接而直接保留间隙的焊丝的任意结构。
实施例
以下,列举本实施方式的发明例和比较例,具体说明本发明的效果,但本发明不受其限定。
以焊丝成分成为各种含量的方式进行调制,制作直径为1.2mm的药芯焊丝。
<扩散性氢量的评价>
使用制作的药芯焊丝,根据下述表1所示的扩散性氢量的评价试验用焊接条件,实施气体保护电弧焊,依据JIS Z 3118:2007所规定“钢焊接部的氢量测量方法”,测量扩散性氢量。还有,焊丝突出长度为25mm。
作为扩散性氢量的评价标准,4(ml/100g)以下的为A(优良),高于4(ml/100g)的为B(良好)。
<力学性质的评价>
使用制作药芯焊丝,根据下述表1所示的力学性质的评价试验用焊接条件,实施MAG(Metal Active Gas)焊接后,进行PWHT,制作熔敷金属试验体。熔敷金属的力学特性,依据JIS Z 3111:2005所规定的“熔敷金属的拉伸和冲击试验方法”,从熔敷金属试验体上,提取A2号拉伸试验片,通过拉伸试验评价“抗拉强度”,并且提取V切口试验片,通过20℃下的摆锤冲击试验评价“韧性”。
作为力学特性的评价标准,抗拉强度为750MPa以上的为A(优良),700MPa以上且低于750MPa的为B(良好),低于700MPa为C(不良。
另外,关于韧性,20℃下的摆锤冲击值为25J以上的为A(优良),20J以上且低于25J的为B(良好),低于20J的为C(不良)。
<焊接操作性的评价>
另外,为了评价焊接操作性,使用上述药芯焊丝,根据下述表1所示的焊接操作性的评价试验用焊接条件,实施气体保护电弧焊。还有,在本实施例中,为水平角焊和向上立角焊这两种焊接姿势。
作为焊接操作性的评价标准,通过目视观察焊道的融合、有无极端的凸焊道、飞溅量和下垂,均优异的为A(优良),虽然稍差但使用上没有问题的为B(良好),使用困难的为C(不良)。
接着,制作的焊丝的成分组成和基于特定成分的计算值显示在下述表2和3中,评价结果一并显示在下述表3中。
还有,表2和3中的“焊丝的成分”中显示的成分,包括Fe作为主要成分。各焊丝的成分中,是表2和3所述的成分和Fe的合计为99质量%以上。
另外,在表3中,所谓[TiO2],是将焊丝中的TiO2含量以相对于焊丝总质量的质量%计而表示的值,所谓[Li],是将焊丝中的Li含量以相对于焊丝总质量的质量%计而表示的值。
此外,表2和3中的焊丝的成分一栏中,所谓“-”,表示焊丝在制造时没有积极添加该成分。此外,在表3中的评价结果一栏中,所谓“-”,表示没有实施该评价试验。
【表1】
【表2】
【表3】
如上述表2和表3所示,作为发明例的焊丝No.1~14,因为焊丝的成分在本发明的范围内,所以力学特性、焊接操作性和扩散性氢量的评价结果均优异。另外,表3中没有记述,但作为发明例的焊丝No.1~14,因为焊丝中的Cr、Mo、Co、Nb、V和N含量在本发明的范围内,所以蠕变断裂强度优异。
此外,作为发明例的焊丝No.1~10,因为F含量在本发明优选的范围内,所以扩散性氢量的评价结果优异。还有,作为发明例的焊丝No.11和12,未实施扩散性氢量的评价试验,但与焊丝No.1~10同样,因为F含量在本发明优选的范围内,所以可推测能够得到优异的扩散性氢量的评价结果。
另一方面,作为比较例的焊丝No.15,因为Li含量超过本发明范围的上限,所以熔渣的粘度下降,向上立角焊缝中抗下垂性显著劣化。另外,Ti在焊接金属中的产率降低,抗拉强度降低。
作为比较例的焊丝No.16,因为焊丝中的Co含量低于本发明范围的下限,所以韧性降低。另外,对于焊接金属组织的观察结果,确认到有δ铁素体残留。
作为比较例的焊丝No.17和19,因为焊丝中的Mg含量以及K和Na的总量超过本发明范围的上限,所以韧性降低。
作为比较例的焊丝No.18和20,因为焊丝中的Mg含量超过本发明范围的上限,所以韧性降低。
作为比较例的焊丝No.21和23~25,因为焊丝中的TiO2含量低于本发明范围的下限,并且SiO2换算值超过本发明范围的上限,所以焊接操作性降低。
作为比较例的焊丝No.22,因为焊丝中的TiO2含量低于本发明范围的下限,所以焊接操作性降低。
作为比较例的焊丝No.26,因为焊丝中的Mg含量超过本发明范围的上限,所以飞溅多,焊接操作性劣化。
如以上详述指出,根据本实施方式的药芯焊丝,即使实施760℃的PWHT时,也能够得到强度和韧性优异的焊接金属,并且焊接操作性良好。
以上,一边参照附图一边对于各种实施方式进行了说明,但本发明当然不受这样的示例限定。只要是本领域技术人员,显然在专利要求的范围所述的笵畴内,可以想到各种变更例或修改例,关于这些,当然应该理解为属于本发明的技术范围。另外,也可以在不脱离发明宗旨的范围内,任意组合上述实施方式的各构成要素。
还有,本申请基于2021年2月15日提交的日本专利申请(特愿2021-021936),其内容在本申请之中作为参照援引。
Claims (9)
1.一种药芯焊丝,其特征在于,是在钢制外皮中填充有焊剂的气体保护电弧焊用的药芯焊丝,其中,
相对于焊丝总质量,含有:
Fe:75质量%以上且85质量%以下、
C:0.05质量%以上且0.25质量%以下、
TiO2:3.0质量%以上且9.0质量%以下、
金属Si和Si化合物的SiO2换算值:0.5质量%以上且1.5质量%以下、Mn:0.5质量%以上且2.0质量%以下、
Cr:8.0质量%以上且11.0质量%以下、
Ni:0.05质量%以上且1.0质量%以下、
Mo:0.7质量%以上且1.5质量%以下、
Co:0.10质量%以上且1.50质量%以下、
Nb:0.01质量%以上且0.15质量%以下、
V:0.1质量%以上且0.5质量%以下、
N:0.015质量%以上且0.060质量%以下,
并满足
Li:0.11质量%以下、
Mg:0.85质量%以下、
K和Na的总量:0.3质量%以下、
P:0.020质量%以下、
S:0.020质量%以下。
2.根据权利要求1所述的药芯焊丝,其特征在于,
相对于焊丝总质量,含有Li:0.01质量%以上且0.11质量%以下,
将焊丝中的TiO2含量以相对于焊丝总质量的质量%计表示为[TiO2],
将焊丝中的Li含量以相对于焊丝总质量的质量%计表示为[Li]时,[TiO2]/[Li]:70以上且170以下。
3.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝,其特征在于,
相对于焊丝总质量,还含有F:0.10质量%以上且0.60质量%以下。
4.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝,其特征在于,
相对于焊丝总质量,还在Al2O3:0.50质量%以下、金属Zr和Zr化合物的ZrO2换算值:0.50质量%以下的范围含有从Al2O3、金属Zr和Zr化合物中选择的至少一种。
5.根据权利要求3所述的药芯焊丝,其特征在于,
相对于焊丝总质量,还在Al2O3:0.50质量%以下、金属Zr和Zr化合物的ZrO2换算值:0.50质量%以下的范围含有从Al2O3、金属Zr和Zr化合物中选择的至少一种。
6.根据权利要求1或2所述的药芯焊丝,其特征在于,
相对于焊丝总质量,还含有金属Al:0.20质量%以下。
7.根据权利要求3所述的药芯焊丝,其特征在于,
相对于焊丝总质量,还含有金属Al:0.20质量%以下。
8.根据权利要求4所述的药芯焊丝,其特征在于,
相对于焊丝总质量,还含有金属Al:0.20质量%以下。
9.根据权利要求5所述的药芯焊丝,其特征在于,
相对于焊丝总质量,还含有金属Al:0.20质量%以下。
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