JP2001138092A - 二相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二相ステンレス鋼の全姿勢溶接において、ア
ークが安定し、スパッタ発生量が少なく、さらにビード
形状、スラグの被包性及び剥離性が優れ、かつ溶接金属
性能が良好な二相ステンレス鋼の全姿勢溶接用フラック
ス入りワイヤを提供する。 【解決手段】 ワイヤ全重量に対して重量％でＴｉ
Ｏ₂：３．４〜９．９％、ＳｉＯ₂：０．２〜２．５％、
Ａｌ₂Ｏ₃：０．３〜１．７％、金属弗化物（Ｆ換算
値）：０．１１〜０．５％、金属Ｔｉ（Ｔｉ換算値）：
０．０８〜０．４４％とし、かつスラグ剤成分の合計が
ワイヤ全重量の７．３〜１１．１％であるフラックスを
ステンレス鋼外皮内に１８〜２６％充填してなることを
特徴とする二相ステンレス鋼の全姿勢溶接用フラックス
入りワイヤ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二相ステンレス鋼
の溶接に使用され、溶接金属性能が良好な全姿勢溶接性
に優れた二相ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＵＳ３２９Ｊ３Ｌ、ＳＵＳ３２９Ｊ４
Ｌのような二相ステンレス鋼は、優れた耐食性及び強度
特性を持つステンレス鋼である。耐孔食性、耐隙間腐食
性が要求される化学プラント機器や油井、ガス井等の耐
食材料として、また、強度も高いことから、建築や車両
等の構造材としても用いられている。これらの溶接に使
用される材料には、母材と同等の溶接金属性能と良好な
溶接作業性が求められる。溶接材料の中でも高能率に溶
接できるフラックス入りワイヤが多く使用されるように
なり特にその要求が高い。しかし、二相ステンレス鋼を
従来のオーステナイト系ステンレス鋼溶接用フラックス
入りワイヤのスラグ系をベースとしたフラックス入りワ
イヤを用いて溶接した場合、溶接直後にスラグが飛散し
たり、一部が溶接ビードに焼き付いて残るという問題が
ある。さらに、全姿勢での溶接が困難であり、溶接電流
を下げたり、高い溶接技量を必要とする。これらは溶接
作業能率を著しく低下させる。

【０００３】二相ステンレス鋼のような高窒素ステンレ
ス鋼溶接用のフラックス入りワイヤは特開平３−２９４
０９４号公報に開示されている。しかし、同公報ワイヤ
は主成分であるＴｉＯ₂とＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、さらに合
金成分を限定して溶接部の強度を要求したのもで、立
向、上向等の姿勢での溶接は困難であった。また、特開
平９−２３９５８６号公報にも開示されているが、同公
報ワイヤは主成分であるＴｉＯ₂とＳｉＯ₂、及び金属弗
化物、スラグ剤成分の合計量、さらに合金成分を限定し
て高隙間耐食性を要求したものであり、立向、上向等の
姿勢での溶接は困難であった。そこで、溶接作業性及び
溶接金属性能が良好な全姿勢溶接性に優れた二相ステン
レス鋼溶接用フラックス入りワイヤの開発が強く要望さ
れていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題を解
決するために、ワイヤ中のスラグ剤成分と金属弗化物、
金属Ｔｉ量について種々検討したものであり、二相ステ
ンレス鋼の全姿勢溶接において、アークが安定し、スパ
ッタ発生量が少なく、さらにビード形状、スラグの被包
性及び剥離性が優れ、かつ溶接金属性能が良好な二相ス
テンレス鋼の全姿勢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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、溶着金属
のフェライト量が多い二相ステンレス鋼の溶着金属の伸
びが低下する原因について究明した結果、溶着金属中に
多量の水素を含有し水素脆化を起こすこと、そして、溶
着金属中の水素量はＴｉと関係があり、ワイヤ中の金属
Ｔｉ量が増加すると溶着金属中の水素量も増加すること
を知見した。

【０００６】本発明は、上記知見に基づいて完成したも
ので、スラグ剤成分を所定の割合とすると共に、金属Ｔ
ｉを所定割合に制限することにより、前記課題を達成し
得たものである。

【０００７】本発明の要旨とするところは、ステンレス
鋼からなる外皮の内部にワイヤ全重量に対して重量％で
ＴｉＯ₂：３．４〜９．９％、ＳｉＯ₂：０．２〜２．５
％、Ａｌ₂Ｏ₃：０．３〜１．７％、金属弗化物（Ｆ換算
値）：０．１１〜０．５％、金属Ｔｉ（Ｔｉ換算値）：
０．０８〜０．４４％とし、かつスラグ剤成分の合計が
ワイヤ全重量の７．３〜１１．１％であるフラックスを
ステンレス鋼外皮内に１８〜２６％充填してなることを
特徴とする二相ステンレス鋼の全姿勢溶接用フラックス
入りワイヤにある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に本発明ステンレス鋼溶接用
フラックス入りワイヤの各成分限定理由について説明す
る。

【０００９】まず、スラグ剤成分の限定理由について説
明する。

【００１０】充填フラックス中のＴｉＯ₂は、アークを
安定にし、被包性及び剥離性の良いスラグを形成する。
さらに、スラグの凝固を早め、立向及び上向溶接中に溶
融金属の垂れを防ぎビード形状を良好にする効果があ
る。３．４％未満ではアークが不安定となり、スラグ被
包性及び剥離性が悪く、また、立向及び上向溶接で溶融
金属が垂れ、ビード形状が不良となる。９．９％を超え
るとスラグの流動性が低下し、ビード形状が不良とな
る。また、スパッタ発生量が増加するばかりか、スラグ
巻込みが発生しやすくなる。ＴｉＯ₂としては、ルチー
ル、チタンスラグ、イルミナイト、チタン酸カリ、チタ
ン酸ソーダ等が使用できる。

【００１１】ＳｉＯ₂は、スラグの流動性調整に必要
で、被包性及び剥離性の良いスラグを形成し、ビード形
状を良化させる成分であるが、０．２％未満ではスラグ
の流動性が悪くビード形状が不良となり、２．５％を超
えると、スラグが流れやすくなり、立向及び上向溶接で
溶融金属が垂れ、全姿勢溶接が困難となりビード形状が
不良となる。さらに、スラグの焼付きを生じ、スラグ剥
離性が低下する。ＳｉＯ ₂としては、硅砂、硅石の他、
カリ長石等が使用できる。

【００１２】Ａｌ₂Ｏ₃はスラグ流動性の調整剤であり、
被包性及び剥離性の良いスラグを形成し、ビード形状を
良好とする成分であるが、０．３％未満ではスラグが流
れやすくなり、立向及び上向溶接で溶融金属が垂れ、全
姿勢溶接が困難となりビード形状が不良となる。さら
に、スラグの被包性が悪く、スラグの焼付きを生じ、ス
ラグの剥離性が低下する。１．７％を超えると、スパッ
タが発生しやすくなり、さらに、スラグの粘性が低下
し、ビード形状が不良となる。Ａｌ₂Ｏ₃としては、アル
ミナ、カリ長石等が使用できる。

【００１３】金属弗化物は、スラグ融点の調整であり、
被包性及び剥離性の良いスラグ形成し、ビード形状を良
好とする成分であるが、Ｆ換算値で０．１１％未満では
スラグの被包性及び剥離性が劣化し、０．５％を超える
とスラグの融点が著しく低下し、立向及び上向溶接で溶
融金属が垂れ、全姿勢溶接が困難となり、ビード形状が
不良となる。また、弗素ガス発生に伴いヒュームが多量
に発生する。金属弗化物はＬｉＦ、ＭｇＦ₂、ＡｌＦ₂、
Ｋ₂Ｚｒ₂Ｆ₆等が使用でき、いずれの金属弗化物を使用
しても同様な効果が得られる。

【００１４】次に、合金成分を調整する金属Ｔｉについ
ては、金属Ｔｉはその殆どがアーク中で酸化反応しＴｉ
Ｏ₂となりスラグとして作用するが、本来スラグ形成剤
として使用しているＴｉＯ₂の融点が１８４０℃である
のに対し、金属Ｔｉで１６６０℃、Ｆｅ−Ｔｉで１３１
７℃とより融点が低いため早い時点でスラグ化し、凝固
も早期に始まり溶融金属の垂れを防止する。そのため、
立向及び上向溶接を容易にする。また、スラグの流動性
を調整して被包性及び剥離性の良いスラグを形成し、ビ
ード形状を良好にする成分であるが、Ｔｉ換算値で０．
０８％未満では効果なく立向及び上向溶接中の溶融金属
が垂れやすく、溶接が困難なばかりか、ビード形状が不
良となる。

【００１５】しかしながら、金属Ｔｉを多量に含有した
場合溶着金属の伸びが低下する傾向が認められた。溶着
金属のフェライト量が２５％を超える二相ステンレス鋼
では、図１に示すように溶着金属中に多量の水素を含有
すると水素脆化を起こし、溶着金属の引張試験において
伸びが著しく低下する。

【００１６】そこで本発明者らは、溶着金属中の水素量
とＴｉ量に着目し検討した結果、図２に示すように溶着
金属中の水素量は、Ｔｉと関係があり、ワイヤ中のＴｉ
（Ｔｉ換算値）量が増加すると、溶着金属中の水素量も
増加することが判明した。

【００１７】これは、Ｔｉが水素の拡散を妨げ、固定し
ているためと考えられる。したがって、延性確保には水
素脆化を起こさないために水素を極力押さえる必要があ
り、そのためにはワイヤ中のＴｉ量を制限する必要があ
る。

【００１８】そのため、ワイヤ中の金属ＴｉをＴｉ換算
値でワイヤ全重量に対して０．４４％以下とする。した
がって、金属Ｔｉ（Ｔｉ換算値）はワイヤ全重量に対し
て重量％で０．０８〜０．４４％とする。Ｔｉ源として
は金属Ｔｉ、Ｆｅ−Ｔｉ等が使用できる。

【００１９】次に、スラグ剤成分の合計量及びフラック
ス充填率について説明すると、フラックス中のスラグ剤
成分は、被包性及び剥離性の良いスラグを形成し、ビー
ド形状を良好にする。スラグ剤成分の合計が合計で７．
３％未満では、立向及び上向溶接において溶融金属の保
持が十分できず、溶接が困難となり、ビード形状が不良
となる。さらにスラグの被包性及び剥離性が不十分とな
り、スラグ焼付きを生じ、スラグ剥離性が低下する。１
１．１％を超えるとスパッタが増加し、さらにスラグ過
剰となりスラグ巻込みの欠陥が発生する。なお、本発明
におけるスラグ剤成分とは、酸化物、弗化物等の非金属
成分、不純物としてのＰ、Ｓ等を意味するものである。

【００２０】ステンレス鋼外皮へのフラックス充填率が
１８％未満では、外皮の肉厚が厚く、溶滴が肥大化しス
パッタが増加する。２６％を超えると逆に外皮の肉厚が
薄く、伸線加工中に断線が多発し、著しく生産能率を低
下させる。

【００２１】また、充填フラックスは溶接する二相ステ
ンレス鋼板成分によって合金成分を調整する。調整剤と
してＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ａ
ｌ、ステンレス粉、窒化金属等を用いる。さらに原材料
粒度、フラックス成分、充填方法等に応じて固着剤によ
って造粒して用いることもあるが、その場合には固着剤
からもたらされる成分、例えば水ガラスの場合では、Ｓ
ｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ等が増加することをあらかじめ
考慮するように原料の配合を行う必要がある。

【００２２】なお、本発明のフラックス入りワイヤと
は、図３（ａ）〜（ｄ）にその例を示す様な断面形状の
ワイヤで、オーステナイト系またはオーステナイト−フ
ェライト系のステンレス鋼のパイプあるいは帯鋼から成
る外皮１に、充填フラックス２を被包したもので、図３
（ａ）に示す様な継ぎ目のないもの、あるいは図３
（ｂ）〜（ｄ）の如く継ぎ目３を有するものでもよい。

【００２３】

【実施例】表１に示す成分のオーステナイト系、オース
テナイト−フェライト系ステンレス鋼のパイプ及び帯鋼
を用い、表２及び表３に示すフラックスをワイヤ全重量
に対する充填率を変えて、ワイヤ径１．２ｍｍのステン
レス鋼溶接用フラックス入りワイヤを製造した。なお、
パイプは所定の充填率にフラックスが入る径まで管引き
した後、フラックスを充填した。表２及び表３において
ワイヤＮｏ．１〜１３が本発明例のフラックス入りワイ
ヤ、Ｎｏ．１４〜２７が比較例である。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】

【００２７】溶接作業性評価は、電流１６０Ａ（ＤＣＥ
Ｐ）、電圧２４Ｖ、シールドガスは１００％ＣＯ₂：２
０リットル／ｍｉｎの溶接条件で半自動溶接にて評価し
た。

【００２８】試験鋼板は、表１に示す成分のＳＵＳ３２
９Ｊ３Ｌ鋼板を用いてＴ字型に組み立て、片側１パス立
向上進溶接を行い確認した。さらに、溶接ビードを切断
し、断面のスラグ巻込み欠陥の有無を確認した。作業性
評価は実用上良好な場合は○、実用上問題がある場合は
×とした。溶接作業性がすべて良好なものは、ＪＩＳＺ
３３２３／Ａ１号試験片を採取し、引張試験を行った。
判定は、溶接作業性に問題があるもの、引張試験におい
てＡＷＳ規格の伸びが２０％以上を満足しないもの、ス
ラグ巻込みが発生しているものは×とした。それらの結
果を表４に示す。

【００２９】

【表４】

【００３０】本発明例であるワイヤＮｏ．１〜１３は、
ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、金属弗化物のＦ換算値、
金属ＴｉのＴｉ換算値及びスラグ剤成分の合計が適正量
からなるフラックスをステンレス鋼外皮に適正量充填さ
れているので、溶接作業性、溶着金属の引張試験におい
ても良好で、生産能率も低下させることなく極めて良好
な結果であった。

【００３１】比較例中ワイヤＮｏ．１４は、ＴｉＯ₂量
が多いのでスパッタが多発し、溶接作業性が劣化した。
さらに、スラグの流動性が劣化し、ビード形状が不良と
なった。さらに、スラグ巻込みの欠陥が発生した。

【００３２】ワイヤＮｏ．１５は、ＴｉＯ₂量が少ない
のでアーク状態が不安定となり、スラグの被包性及び剥
離性が悪くなった。さらに、溶接中の溶融金属が垂れ、
ビード形状が不良となった。

【００３３】ワイヤＮｏ．１６は、ＳｉＯ₂量が多いの
でスラグが流れやすく、溶接中の溶融金属が垂れ、ビー
ド形状が不良となった。さらに、スラグの焼付きを生
じ、スラグ剥離性が悪くなった。

【００３４】ワイヤＮｏ．１７は、ＳｉＯ₂量が少ない
のでスラグの流動性が悪く、ビード形状が不良となっ
た。

【００３５】ワイヤＮｏ．１８は、Ａｌ₂Ｏ₃量が多いの
でスパッタが多発した。さらにスラグの粘性が低下し、
ビード形状が不良となった。

【００３６】ワイヤＮｏ．１９は、Ａｌ₂Ｏ₃量が少ない
のでスラグが流れやすく、溶接中の溶融金属が垂れ、ビ
ード形状が不良となった。さらに、スラグの被包性が悪
く焼付きを生じ、スラグ剥離性が悪くなった。

【００３７】ワイヤＮｏ．２０は、金属弗化物のＦ換算
値が多いので弗素ガス発生量が過剰となり溶接ヒューム
の発生量が多くなった。また、スラグの融点が下がり、
溶接中の溶融金属が垂れ、ビード形状が不良となった。

【００３８】ワイヤＮｏ．２１は、金属弗化物のＦ換算
値が少ないのでスラグが溶接金属に均一に被包せず、ス
ラグが焼き付き、スラグ剥離性が悪かった。

【００３９】ワイヤＮｏ．２２は、金属Ｔｉ量のＴｉ換
算値が多いので溶接作業性は良好であるが、溶着金属の
引張試験において伸びがＡＷＳ規格である２０％以上を
満足しなかった。

【００４０】ワイヤＮｏ．２３は、金属Ｔｉ量のＴｉ換
算値が少ないのでスラグ凝固が遅く溶接中の溶融金属が
垂れ、全姿勢溶接が困難であり、ビード形状も不良とな
った。

【００４１】ワイヤＮｏ．２４は、スラグ剤成分の合計
が多いのでスパッタが増加し、スラグ巻込みの欠陥が発
生した。

【００４２】ワイヤＮｏ．２５は、スラグ剤成分の合計
が少ないので、立向及び上向溶接において溶融金属の保
持が十分できず、溶接が困難で、ビード形状も不良とな
った。さらにスラグの被包性が不十分となり、スラグが
焼き付きを生じ、スラグ剥離が悪かった。

【００４３】ワイヤＮｏ．２６は、フラックス充填率が
高いので伸線加工中に断線が多発し、生産能率を著しく
低下させた。したがって、ワイヤ径１．２ｍｍまで伸線
を行わなかった。

【００４４】ワイヤＮｏ．２７は、フラックス充填率の
低いので溶滴が肥大化しスパッタが増加した。

【００４５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の二相ステン
レス鋼溶接用フラックス入りワイヤは、二相ステンレス
鋼の溶接において、機械的性能を満足しつつ、アーク状
態、スパッタ発生量、スラグ被包・剥離性等の全姿勢溶
接作業性に優れた二相ステンレス鋼溶接用フラックス入
りワイヤとして有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶着金属の伸びと溶着金属中の水素量の関係を
示す図である。

【図２】溶着金属中の水素量とワイヤ中のＴｉ（Ｔｉ換
算値）量の関係を示す図である。

【図３】フラックス入りワイヤの断面図である。

【符号の説明】

１ 外皮 ２ 充填フラックス ３ 継ぎ目

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金田 慎一 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵溶 接工業株式会社研究所内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB06 CA03 DB03 DC05 EA07 4E084 AA02 AA03 AA07 AA18 AA21 BA11 CA23 CA24 CA25 CA26 DA09 EA06 FA02 GA07

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤ全重量に対して重量％でＴｉ
   Ｏ₂：３．４〜９．９％、ＳｉＯ₂：０．２〜２．５％、
   Ａｌ₂Ｏ₃：０．３〜１．７％、金属弗化物（Ｆ換算
   値）：０．１１〜０．５％、金属Ｔｉ（Ｔｉ換算値）：
   ０．０８〜０．４４％とし、かつスラグ剤成分の合計が
   ワイヤ全重量の７．３〜１１．１％であるフラックスを
   ステンレス鋼外皮内に１８〜２６％充填してなることを
   特徴とする二相ステンレス鋼の全姿勢溶接用フラックス
   入りワイヤ。