JP2000102893A

JP2000102893A - ガスシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤ

Info

Publication number: JP2000102893A
Application number: JP27142098A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ota; 誠太田; Masato Konishi; 正人小西
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2000-04-11
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: JP3657127B2

Abstract

(57)【要約】【課題】少数主桁橋等の構造材として使用可能な耐食
性を有すると共に、機械的性能が優れたガスシールドア
ーク溶接用フラックス入りワイヤを提供する。【解決手段】鋼製外皮にフラックスを充填してなるガ
スシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおい
て、ワイヤ全重量に対する重量％として、フラックス中
及び鋼製外皮中の総量で、Ｃ：０．０２乃至０．１０重
量％、Ｓｉ：０．１乃至１．０重量％、Ｍｎ：１．０乃
至２．５重量％、Ｐ：０．０２重量％以下、Ｓ：０．０
２重量％以下、Ｃｕ：０．０５乃至１．０重量％、Ｎ
ｉ：０．０５乃至５．０重量％、Ｃｒ：０．０５重量％
以下、Ｔｉ：０．１０乃至４．０重量％（ＴｉＯ₂（Ｔ
ｉ換算）を含む）を含有する。また、ワイヤ全重量に対
する重量％で、Ｍｏ、Ｎｂ及びＶからなる群から選択さ
れた少なくとも１種の元素を総量で０．５０重量％以下
含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁等の維持管理
の遂行が困難な構造物で、特に海岸近郊など塩害環境下
で使用され、耐食性及び機械的性能が優れていることが
要求される用途に好適のガスシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、山間部及び海岸地帯等のよう
に、塩水又は融雪塩が飛来する塩分腐食環境下にある道
路橋等の橋梁構造物の溶接部は、耐食性向上のため、従
来から塗装されて用いられている。しかし、この塗装塗
膜は必ず経時劣化するため、耐食性維持のために、一定
周期で塗装しなおす維持管理の必要性がある。

【０００３】一方、近時、これらの橋梁には、従来の多
数桁橋梁に代わり、２主桁橋梁に代表されるような主桁
の数が少ない少数主桁橋梁が多く用いられるようになっ
ている。この少数主桁橋梁は、多数桁橋梁に比して、使
用鋼材量（鋼重）及び橋材片数が削減可能で、施工性も
良く、環境保護及び工期の短縮の点で利点を有する。そ
して、このような少数主桁橋梁には、橋梁設置後の維持
管理の負荷及びコストの最小化と、橋梁自体の高寿命化
が強く求められている。従って、このような少数主桁橋
の構造材に使用される溶材には、前記塩分腐食環境下で
あっても、耐食性が優れた溶材が強く求められている。

【０００４】従来、耐候性鋼用炭酸ガスアーク溶接フラ
ックス入りワイヤ（ＪＩＳＺ３３２０）としては、Ｃ
ｕ：０．３０乃至０．６０重量％、Ｃｒ：０．４５乃至
０．７５重量％及びＮｉ：０．０５乃至０．７０重量％
を溶着金属中に含有するものが提示されているが、これ
らは、前記微量元素の作用によって、表面に生成するさ
びが、高い耐食性を有する緻密な「安定さび層」となる
自己防食機能を有している。そして、このような性質に
より、前記橋梁等のように、これまで種々の構造物のメ
ンテナンスフリーの構造材として、基本的に無塗料で使
用されてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記塩分腐食
環境下では、塩分の影響により、前記「安定さび層」が
形成されにくくなる。そして、この「安定さび層」が形
成されなくなると、耐食性は著しく低下してしまう。こ
れは、前記塩分の多い腐食環境下では、腐食に伴って、
さび皮膜中のｐＨが特に低下することに起因している。
即ち、通常、腐食がわずかでも始まると、先ず、Ｆｅ→
Ｆｅ²⁺＋２ｅ^-の反応が生じ、これに続くＦｅ²⁺＋２Ｈ₂
Ｏ→Ｆｅ（ＯＨ）₂＋２Ｈ⁺なる反応により、鋼表面のｐ
Ｈが低下し、さび皮膜及びさび皮膜と溶接金属との界面
のｐＨも低下する。そして、これらのｐＨが一旦低下す
ると、電気的中性を保つためにさび皮膜中の塩素イオン
の輸率が増大し、塩素イオンの濃縮がさび皮膜と溶接金
属との界面で生じる。この結果、この界面部分に塩酸雰
囲気が形成され、溶接金属の腐食を促進する。また、こ
れと同時に、さび皮膜中のｐＨの低下によって、鉄イオ
ンの溶解度が大きくなり、防食機構の要である前記「安
定さび層」の形成を阻害する現象も生じ、腐食加速状況
が形成される。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、少数主桁橋等の構造材として使用可能な耐
食性を有すると共に、機械的性能が優れたガスシールド
アーク溶接用フラックス入りワイヤを提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るガスシール
ドアーク溶接用フラックス入りワイヤは、鋼製外皮にフ
ラックスを充填してなるガスシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対する重量
％として、フラックス中及び鋼製外皮中の総量で、Ｃ：
０．０２乃至０．１０重量％、Ｓｉ：０．１乃至１．０
重量％、Ｍｎ：１．０乃至２．５重量％、Ｐ：０．０２
重量％以下、Ｓ：０．０２重量％以下、Ｃｕ：０．０５
乃至１．０重量％、Ｎｉ：０．０５乃至５．０重量％、
Ｃｒ：０．０５重量％以下、Ｔｉ：０．１０乃至４．０
重量％（ＴｉＯ₂（Ｔｉ換算）を含む）を含有すること
を特徴とする。

【０００８】このガスシールドアーク溶接用フラックス
入りワイヤにおいて、ワイヤ全重量に対する重量％で、
Ｍｏ、Ｎｂ及びＶからなる群から選択された少なくとも
１種の元素を総量で０．５０重量％以下含有することが
できる。

【０００９】本発明者等は、前記従来の耐候性鋼用フラ
ックス入りワイヤが、特に、前記少数主桁橋等の構造材
に求められているレベル、即ち、無塗装で使用可能な裸
耐候性のレベルまでに、溶接部の耐食性を改善できない
理由を追求した。その結果、これらの耐候性鋼用フラッ
クス入りワイヤに含まれるＣｒが腐食因子として作用し
ていることを知見した。

【００１０】Ｃｒを０．０５重量％以上含有する場合、
溶接金属のミクロな表面欠陥部において腐食がわずかで
も始まると、化学平衡的に鉄原子に伴いＣｒ原子も微量
溶解し、この微量溶解するＣｒイオンが、Ｃｌイオンの
作用も加わり、前記溶接金属のミクロな表面欠陥部内に
おけるｐＨの低下の原因となる。また、このＣｒイオン
が、欠陥内での凝縮水分の酸化性を促進し、腐食を誘発
する作用がある。

【００１１】従って、本発明においては、Ｃｒの含有量
を０．０５重量％以下にする。そして、Ｃｒに代わる前
記「安定さび層」の形成促進元素としてＴｉを選択し
た。Ｔｉは、Ｃｒのような前記ｐＨの低下の原因となら
ずに、前記「安定さび層」の形成促進効果があるという
特異な性質を有する。本発明におけるＴｉの目的は、前
記したとおり緻密な「安定さび層」の形成であり、この
点がＣｒの低減と共に本発明の特徴の一つである。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明のガスシールドアー
ク溶接用フラックス入りワイヤの成分添加理由及び組成
限定理由について説明する。

【００１３】Ｃ：０．０２乃至０．１０重量％Ｃは主にワイヤの強度を確保するために添加する元素で
ある。Ｃ含有量が０．０２重量％未満では、焼入性が不
足し、靭性を確保し難い。Ｃ含有量が０．１０重量％を
超えると、溶接アーク中で酸素との反応が活発になりす
ぎ、スパッタの発生量が増大すると共に、強度が過大と
なって耐割性が劣化する。このため、Ｃは０．０２乃至
０．１０重量％とする。

【００１４】Ｓｉ：０．１０乃至１．０重量％Ｓｉは脱酸剤であると共に、強度を確保するためにワイ
ヤに添加する。また、Ｓｉは安定さび層の形成を促進
し、耐食性を向上させる効果を有する。Ｓｉが０．１０
重量％未満では、これらの効果が得られない。Ｓｉが
１．０重量％を超えると、強度が過大となり、耐割性が
劣化すると共に、靭性が劣化する。このため、Ｓｉは
０，１０乃至１．０重量％とする。

【００１５】Ｍｎ：１．０乃至２．５重量％ＭｎはＣに替わる強度確保のための元素である。Ｍｎが
１．０重量％未満の場合は、焼入性が不足し、靭性を確
保し難い。Ｍｎが２．５重量％を超えると、強度が過大
となり、耐割性が劣化すると共に、ＭｎＳの生成促進に
より耐食性が劣化する。このため、Ｍｎは１．０乃至
２．５重量％とする。

【００１６】Ｐ：０．０２重量％以下Ｐは安定さび層を生成し、耐食性を向上させる元素であ
るが、本発明ではＴｉ等の含有により、安定さび層の生
成を達成できるため、過度の含有は必要ない。逆に、Ｐ
の過度の添加は靭性劣化及び耐割性劣化を招くため、Ｐ
は０．０２重量％以下とする。

【００１７】Ｓ：０．０２重量％以下Ｓは腐食の起点となるＦｅＳ及びＭｎＳを生成し、耐食
性の劣化を招く。Ｎｉを過剰に含有した場合、ＮｉＳは
溶接金属の粒界に析出し、延性及び靭性劣化を招く。こ
のため、Ｓは０．０２重量％以下とする。

【００１８】Ｃｕ：０．０５乃至１．０重量％Ｃｕは電気化学的に鉄より貴な元素であり、安定さび層
の生成を促進し、耐食性を向上させる効果を有する。Ｃ
ｕが０．０５重量％未満では、これらの効果が得られな
い。Ｃｕが１．０重量％を超えると、それ以上添加して
もその添加量に見合う効果は得られず、逆に脆化と耐割
性劣化を引き起こす。このため、Ｃｕは０．０５乃至
１．０重量％とする。

【００１９】Ｎｉ：０．０５乃至５．０重量％ＮｉはＣｕと同様に耐食性向上効果を有する。Ｎｉが
０．０５重量％未満では、これらの効果が得られない。
逆に、Ｎｉ含有量が５．０重量％超では、それ以上の効
果は得られず、逆に強度が過大となるため、耐割れ性劣
化及び延性劣化が生じる。このため、Ｎｉ含有量は０．
０５乃至５．０重量％とする。

【００２０】Ｃｒ：０．０５重量％以下Ｃｒはミクロな表面欠陥部内におけるｐＨの低下原因と
なり、欠陥内での凝縮水分の酸化性を促進し、腐食を誘
発する作用を有するため、耐食性を劣化させる元素であ
る。このため、Ｃｒは０．０５重量％以下とする。

【００２１】Ｔｉ：０．１０乃至４．０重量％（ＴｉＯ₂ （Ｔｉ換
算）を含む）ＴｉはＣｒに代わる安定さび層の生成促進元素である。
ＴｉはＣｒのように前記ｐＨの低下の原因となるような
耐食性への悪影響もなく、更に結晶粒微細化による生成
さびの微細化及び靭性向上の効果を有する。Ｔｉが０．
１０重量％未満では、これらの効果が得られない。一
方、Ｔｉが４．０重量％超では、それ以上の効果も得ら
れず、経済的でない。

【００２２】Ｍｏ、Ｎｂ及びＶからなる群から選択され
た少なくとも１種を総量で０．５０重量％以下これらの元素はいずれも強度を確保するために、必要に
応じて添加する。これらの元素が総量で０．５０重量％
を超えると、強度が過大となり、耐割性が劣化すると共
に、靭性が劣化する。このため、必要に応じて、Ｍｏ、
Ｎｂ及びＶの少なくとも１種の成分を、総量で０．５０
重量％以下含有する。

【００２３】本発明のガスシールドア−ク溶接用フラッ
クス入りワイヤは、上記の各成分に加えて、通常のフラ
ックス入りワイヤに含まれるスラグ生成材、脱酸剤及び
弗化物等を含有することができる。

【００２４】本発明のフラックス入りワイヤにおける鋼
製外皮の材質、フラックス率、ワイヤ断面形状、ワイヤ
径、シールドガスの種類、及び量等の条件は適宜選択す
ればよく、制限されるものではない。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の範囲に入る実施例の特性につ
いて、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明す
る。下記表１に示すフラックス組成のフラックス入りワ
イヤを軟鋼製外皮内にフラックス率１５重量％で充填し
てワイヤ径１．２ｍｍで試作した。

【００２６】溶接対象の鋼材は、厚さが２０ｍｍで、
Ｃ：０．０９重量％、Ｓｉ：０．３０重量％、Ｍｎ：
１．２２重量％Ｃｕ：０．４０重量％Ｎｉ：０．７
５重量％の組成を有する。この鋼材に５０°のＶ溝（深
さ１０ｍｍ）からなる開先を形成した。そして、上記ワ
イヤを使用し、この鋼材を下記条件で溶接した。溶接電流：２６０Ａ（溶接姿勢：下向）アーク電圧：３０Ｖ溶接入熱：１８ｋＪ／ｃｍシールドガス：ガス種ＣＯ₂、ガス流量２５リットル／
ｍｉｎ極性：ワイヤを正極とする直流電流｛ＤＣワイヤ
（＋）｝

【００２７】得られた溶接金属の表面下１ｍｍから厚さ
１０ｍｍの試験片を採取して、週１回の塩水散布を含む
１年間の大気暴露試験を行ない、その長期耐久性を評価
した。その結果を下記表２に示す。

【００２８】表２における１年間の大気暴露試験条件
は、実際の塩分腐食環境下に合わせて週１回の５体積％
塩水の散布を行い、供試材は南向き、水平に対し３０°
の傾斜で設置した。この大気暴露試験後、供試材の鋼材
の平均板厚減少量を測定し、０．９ｍｍ以下を良好とし
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】同一鋼材を使用して、Ｕ型スリット割れ試
験（ＪＩＳＺ３１５７）を行なった。図１はこのＵ型
スリット割れ試験板の形状を示す。数値単位はｍｍであ
る。なお、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線による断
面図である。溶接条件は、電流：２６０Ａ、電圧：３０
Ｖ、パルス数３５ｃｐｍである、また予熱温度は室温
（ＲＴ＝２２℃）である。この条件で溶接した結果、表
面割れ＋ルート割れ＋断面割れの発生有無を評価した。

【００３２】また、同一鋼材を５０°Ｖ開先（ルートギ
ャップ１２ｍｍ）にて、前記溶接条件で、予熱（Ｒ．Ｔ
＝２２℃）、パス間温度（１５０℃以下）として引張強
さ、延性、靭性、溶接作業性を評価し、表２に併せて示
した。

【００３３】この場合に、引張強さが４９０乃至６４０
Ｎ／ｍｍ²、伸びが２０％以上、ｖＥｏ℃が４７Ｊ以上
を良好とした。

【００３４】表２に示す試験結果から明らかなように、
表１の実施例１乃至９のワイヤはいずれも腐食板厚減少
量は０．９ｍｍ以下、割れ発生も無く、良好な機械的性
能と溶接作業性を有するものであった。

【００３５】一方、比較例１１，１２，１４乃至１６，
２０，２１は耐食性に大きく影響する。これらの比較例
はＣｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｓ，Ｓｉ，Ｍｎのいずれか
の成分が本発明範囲外であり、耐食性を満足することが
できない。加えて、比較例１１，２０はＣが上限を超え
るため、耐割性劣化とスパッタ発生が増大する。比較例
１２はＭｎ，Ｓｉが上限を超えるため、耐割性と靭性が
劣である。比較例１４はＳが上限を超えるため、耐割
性、延性、靭性も劣となっている。これ以外の比較例は
良好な耐食性（板厚減少量０．９ｍｍ以下）を有してい
るが、比較例１０は、Ｃ，Ｍｎが本発明範囲の下限未満
のため、焼入性が不足することにより靭性不良が生じ、
またアーク集中性が劣る。比較例１３は、Ｐが本発明範
囲の上限を超えるため、耐割性、靭性が劣る。比較例１
７は、Ｃｕが本発明範囲の上限を超えるため、耐割性、
靭性が劣る。比較例１８は、Ｎｉが本発明範囲の上限を
超えるため、耐割性、延性が劣る。比較例１９は、Ｍ
ｏ，Ｎｂ，Ｖの総和が本発明範囲の上限を超えるため、
強度過多により耐割性が劣化する。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は特に塩分
腐食環境下の少数主桁橋梁等の構造物において使用可能
な優れた耐食性を有するとともに、良好な機械的性能及
び溶接作業性を兼備したガスシールドアーク溶接用フラ
ックス入りワイヤを提供することができる。従って、本
発明は、この耐食性が優れた構造物の溶接施工を新規に
しかも大幅に拡大するものであり、工業的な価値は大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＵ型スリット割れ試験板の形状を示す
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4E001 AA03 BB06 CA07 CC02 CC04 DC01 DC05 EA05 EA07 4E081 BB05 CA07 YB02 YB05 4E084 AA02 BA03 BA04 BA05 BA08 BA09 BA11 BA13 BA14 CA08 DA09 GA03 HA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼製外皮にフラックスを充填してなるガ
スシールドアーク溶接用フラックス入りワイヤにおい
て、ワイヤ全重量に対する重量％として、フラックス中
及び鋼製外皮中の総量で、Ｃ：０．０２乃至０．１０重
量％、Ｓｉ：０．１乃至１．０重量％、Ｍｎ：１．０乃
至２．５重量％、Ｐ：０．０２重量％以下、Ｓ：０．０
２重量％以下、Ｃｕ：０．０５乃至１．０重量％、Ｎ
ｉ：０．０５乃至５．０重量％、Ｃｒ：０．０５重量％
以下、Ｔｉ：０．１０乃至４．０重量％（ＴｉＯ₂（Ｔ
ｉ換算）を含む）を含有することを特徴とするガスシー
ルドアーク溶接用フラックス入りワイヤ。
【請求項２】ワイヤ全重量に対する重量％で、Ｍｏ、
Ｎｂ及びＶからなる群から選択された少なくとも１種の
元素を総量で０．５０重量％以下含有することを特徴と
する請求項１に記載のガスシールドアーク溶接用フラッ
クス入りワイヤ。