JP2001500432A - サブマージアーク溶接による表面被覆における金属粉末の使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はサブマージアーク溶接法において少なくとも１つの溶融する電極ワイヤーと組み合わせた予め合金化されたアトマイズ粉末の使用に関する。この電極ワイヤーは合金化されていないかまたは低合金の金属ワイヤーであり、金属粉末は電極ワイヤーよりも高い割合で合金元素を含んで成る金属粉末である。

Description

【発明の詳細な説明】 サブマージアーク溶接による表面被覆における金属粉末の使用 本発明はサブマージアーク溶接用の金属粉末に係り、とりわけサブマージアー ク溶接による金属基体の表面被覆における高合金粉末の使用に関するものである 。 サブマージアーク溶接法は周知であり、その原理は、例えば溶接ハンドブック Ｎｏ．２、第４版（１９５８年）の第２８章、第２節の溶接方法に記載されてお り、その記載内容を本明細書の記載として援用する。 現在、サブマージアーク溶接法は溶接および表面被覆に非常にかなった方法で あると考えられている。この方法は非常に合理的ではあるが、その生産性を高め ることに関心が持たれている。生産性を高める１つの方法は、大電流と組み合わ されたマルチワイヤー方式を使用することである。他の方法は、全溶接工程の間 、注意深く測定した量の金属粉末を溶接結合部に加えることである。この金属粉 末は、粉末が給送フラックスおよび電極ワイヤーより前方に供給されることを意 味する「前方供給（フォワードフィード）」によって加えてもよく、また、粉末 が磁気的に電極ワイヤー（単数または複数）に付着されることを意味する「直接 供給（ダイレクトフィード）」によって加えてもよい。現在広く使用されている 金属粉末は本質的に合金化されていない粉末であるが、最終的に形成される結合 部に望まれる元素およびその組成は、多量の合金元素を含む電極ワイヤー（単数 または複数）すなわち電極コード（単数または複数）によって決まる。 本発明によれば、非合金または低合金金属から成る少なくとも１つの溶融電極 ワイヤーすなわちコードと組み合わせて、多量の合金元素を含む予め合金化され たアトマイズ金属粉末を使用することにより、サブマージアーク溶接法を改良で きることが見い出された。この粉末は予め合金化されている必要があり、さもな ければ均一な被覆が得られない。他の重要な特徴は、この粉末がサブマージアー ク溶接法に使用される電極ワイヤーの外側、または電極ワイヤーから離して、与 えられるということである。 特に重要な利点は、硬さ、強度、耐酸化性、および耐摩耗性を向上させるため に被覆しなければならない低合金鋼基体のような金属基体の表面被覆に本発明の 方法を適用するときに得られる。現在一般に採用されている被覆方法の問題点は 、生産性が低いこと、および金属基体表面の希釈（dilution）が比較的高いこと に関係する。この高い希釈の結果、所望の組成および特性の被覆を得るために幾 層もの多量の合金材料が必要とされる。簡単に言うと、このことは、現在一般に 使用されている方法によって得られる被覆された基体が高価になること、および その生産性が低いことを意味する。 米国特許第２８１００６３号は、サブマージアーク溶接に金属粉末が使用され る方法を開示している。この特許で特に使用されている粉末は、軟鉄粉末および 珪酸ナトリウムと共にフェロクロム、フェロマンガン、およびフェロモリブデン を含んでいる。この特許の顕著な特徴は、電極ロッドすなわちワイヤーと磁気的 に組み合わされる合金元素を作るために不可欠な鉄粉末の存在である。しかしな がら、粉末混合材のさまざまな成分は容易に偏在するので、それらの粉末によっ て得られる表面被覆の均一性に問題が生じる。 高度の均一性が要求される工業的用途で該特許方法を許容できないものにする この欠点は、本発明による予め合金化された金属粉末を使用することで回避でき る。 米国特許第２８１００６３号の方法と類似する方法が米国特許第２１９１４７ １号に開示されている。 本発明による予め合金化された粉末を使用することにより、極めて均一な組織 が得られるばかりでなく、マイクロ組織が微細化されることが判った。したがっ て被覆に微小割れの生じる危険性が減少し、強度が高まる。予め合金化された粉 末を別途供給する（すなわち、粉末をフォワードフィードする）ことにより、ま たは電極面の外側に供給する（すなわち、電極（単数または複数）の外側に磁気 的に付着させて粉末を供給する）ことにより、溶融した基体表面が効率よく冷却 され、溶融浴を減少できる。溶融電極ワイヤーすなわちコードに合金元素の大部 分が含まれる場合と同程度に合金元素は希釈されないという事実により、高価な 合金元素の量を減少させることができる。付加的な利点は表面処理速度すなわち 被覆速度を高めることができることである。したがって被覆すべき所望面積部分 に関して、オープンアーク方法が使用される場合よりも生産性が３倍高いことが 見い出された。従来のサブマージアーク溶接法（すなわち、電極材料が比較的高 合金化され、金属粉末が実質的に合金化されていない場合）と比較して、本発明 は約５０％の向上を与える。 金属粉末の種類および量は、粉末が電極ワイヤーと組み合って基体の所望被覆 組成を与えるように選ばれる。粉末は、磁性または非磁性の粉末であってよく、 購入可能なさまざまな粉末から選ぶことができる。粉末が磁性であれば、その粉 末は（磁性の）電極ワイヤーと共にその表面に付着して給送すなわち移送できる 。磁性粉末は被覆ロールにとって特に好ましい。非磁性であるならば、その金属 粉末は基体上の溶融浴に直接またはその前方に供給される。 必須の特徴は、その粉末が予め合金化されており、また多量の合金元素を含む ことであり、この文脈において、粉末の合金元素はワイヤーの合金元素よりも多 いことを意味する。合金元素の量は有効となるために粉末の少なくとも２重量％ でなければならない。金属粉末の合金元素の量、ならびに金属粉末および電極ワ イヤーの給送量は、基体の最終被覆に望まれる組成に鑑みて選ばれる。粉末給送 量通常は、全溶加材すなわち粉末金属およびワイヤー金属の３０％〜８０％の範 囲である。気体または水による、予め合金化されたアトマイズ粉末によって、高 い精度の被覆組成を得ることができる。 鉄基粉末に含まれる適当な合金元素の例はＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ 、Ｓｉ、Ｎ、Ｃ、Ｃｏ、ＴｉおよびＷである。 本発明による表面被覆に好適な鉄基高合金粉末の例は、実質的に、鉄、および ０〜５５重量％のＣｒ、０〜５０重量％のＮｉ、０〜３５重量％のＭｏ、０〜１ ５重量％のＭｎ、０〜１７重量％のＶ、０〜１５重量％のＮｂ、０〜５重量％の Ｓｉ、０〜０．８重量％のＮ、０〜８重量％のＣ、０〜５５重量％のＣｏ、０〜 １５重量％のＴｉおよび０〜６５重量％のＷから成る粉末である。 合金元素の好ましい量は、１２〜３５重量％のＣｒ、２５重量％未満のＮｉ、 １５重量％未満のＭｏ、０．０５〜１５重量％のＭｎ、０〜８重量％のＶ、０〜 ８重量％のＮｂ、０〜１０．０重量％のＳｉ、０．５重量％未満のＮ、および０ ．００５〜５重量％のＣである。 特にこの粉末は、２０〜３４重量％のＣｒ、０〜１８重量％のＮｉ、０．５〜 ８重量％のＭｏ、０．１〜５重量％のＭｎ、０．１〜２．０重量％のＶ、０．１ 〜２．０重量％のＮｂ、０．０５〜３．０重量％のＳｉ、０．００５〜０．４重 量％のＮ、および０．００５〜０．８重量％のＣを含むことができる。 本発明で有用な他の関心の持たれる粉末組成は０〜４０重量％のＣｏ、７〜１ ７重量％のＷ、５〜１５重量％のＭｏ、０．０５〜２．５重量％のＭｎ、１〜６ 重量％のＶ、０．０５〜２．５重量％のＳｉ、０．４０重量％未満のＮ、および １〜４．０重量％のＣを含む鉄基粉末である。 本発明によれば、溶融電極ワイヤーの主目的は金属粉末および基体表面を溶融 させる上で十分な熱を与えることである。特別な利点は、異なる合金元素を有す るさまざまな種類の金属粉末と組み合わされるならば、同じ電極ワイヤーを異な る種類の被覆に対して使用できることである。 鉄基の場合、電極ワイヤーはＤＩＮ８５５７規格によるＳ１またはＳ２のよう な合金化されていないかまたは低合金の電極ワイヤーであってよい。しかしなが ら、金属コードおよびフラックスコード電極、すなわち中空電極を含んで成る合 金化されていないかまたは低合金の電極ワイヤーの全てを本発明で使用できる。 上述の電極ワイヤーと金属粉末を組み合わせて使用することにより、従来の被 覆方法に比して、同じ時間長に多量の被覆材料を金属基体上に付与することがで きる。他の利点は、薄い被覆で正しい表面被覆を得ることができることであり、 これは高価な被覆材料についてかなりの節約をできることを意味する。 本発明によれば、粉末に対する電極ワイヤーの比率は２．３３〜０．２５の範 囲で好ましく変化させることができる。１．５未満であるのが最も好ましい。 金属基体は実質的にあらゆる形状であってよく、また本発明の被覆方法は実行 上の考慮によってのみ制限される。典型的な基体は低合金鋼または工具鋼であり 、すなわちその基体の化学組成は広い範囲で変えることができる。 本発明方法で使用されるフラックスは基本的に合金化されていないフラックス であるのが好ましい。 本発明はさらに以下の例によって説明される。 例１ 基体：周速２１ｃｍ／分のロール（直径２２７ｍｍ、長さ３０５ｍｍ）。 電源：６５０Ａ、３２．２Ｖ ツインアーク：スウェーデンのＥＳＡＢ ＡＢ社から購入できる「ＯＫ １２２０ Ｓ２、直径２．５ｍｍ」。 金属粉末Ｘ：３４５−４ フラックス：基本的に合金化されていない。 １５．０のｋｇ／時間の割合で表に示された組成を有する予め合金化されたア トマイズ磁性鉄粉末を付与し、また９．５ｋｇ／時間の割合でワイヤーを付与す ることにより、要求組成を有する最終３ｍｍ被覆が得られた。これは所望の被覆 が２４．５ｋｇ／時間の割合で形成されることを意味する。粉末は電極ワイヤー の外面に磁気的に付着された。被覆幅はこの場合は５５ｍｍであった。この割合 は、金属粉末の外部的な給送が行われず、ストリップ、ワイヤーなどの形状をし た高合金被覆材料を使用したサブマージアーク溶接法に似た従来の被覆方法と比 較されるべきである。溶融された基体材料が多量であるため、周知のサブマージ アーク溶接法によれば、約１０ｋｇ／時間の被覆材料だけしか基体表面に導かれ ず、高希釈であるために、要求された表面被覆組成が得られるまで幾層もの被覆 を形成しなければならなかった。 次の表１は要求された被覆、ワイヤーおよび金属粉末の組成、およびロールか ら得た切断片の最終組成を示している。 例 ２ 例１の方法がＮ合金粉末によって繰り返された。この例では、所望の被覆を得 るために、粉末１３．８ｋｇ／時間、およびワイヤー９．５ｋｇ／時間の給送が 必要であった。この結果は次の表２に示されている。 例 ３ 例１の方法が表３の組成を有する磁性合金粉末によって繰り返された。この例 では、直径４．０ｍｍの単一アークＳ２が使用された。 粉末８ｋｇ／時間がダイレクトフィード、すなわち電極外側に磁気的に付着さ れて基体プレートに給送され、また粉末８．４ｋｇ／時間が基体プレートに対し てフォワードフィードされた。 ワイヤー給送はダイレクトフィードおよびフォワードフィードのいずれについ ても８ｋｇ／時間であった。 この結果は次の表３に示されている。１） 粉末は電極外側に付与された。 ２） フォワードフィードで行われた。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月１０日（１９９８．１２．１０） 【補正内容】 請求の範囲 １． サブマージアーク溶接法において、金属基体に対して前方供給により別 途供給するか、または溶融する消耗電極ワイヤー（単数または複数）すなわち電 極コード（単数または複数）の外側に付着させて供給するための、多量の合金元 素を含む予め合金化されたアトマイズ金属粉末の使用。 ２． 粉末が鉄基粉末である請求項１に記載された粉末の使用。 ３． 粉末が気体によりアトマイズされるか、水によりアトマイズされた、請 求項１または請求項２に記載された粉末の使用。 ４． 溶融電極ワイヤーすなわちコードが合金化されていないかまたは低合金 の金属で実質的に構成されている請求項１から請求項３までのいずれか一項に記 載された粉末の使用。 ５． 電極金属が合金化されていないかまたは低合金の鉄である請求項４に記 載された粉末の使用。 ６． 粉末に対する消耗電極の比率が２．３３〜０．２５の範囲、好ましくは １．５未満であるのが好ましい請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載 された粉末の使用。 ７． 粉末の合金元素の量が少なくとも２重量％である請求項６に記載された 粉末の使用。 ８． 合金元素がＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｃ、Ｃｏ、 ＴｉおよびＷから成る群から選ばれる請求項１から請求項７までのいずれか一項 に記載された粉末の使用。 ９． 元素の量が重量％で、Ｃｒ：０〜５５、Ｎｉ：０〜５０、Ｍｏ：０〜３ ５、Ｍｎ：０〜１５、Ｖ：０〜１７、Ｎｂ：０〜１５、Ｓｉ：０〜５、Ｎ：０〜 ０．８、Ｃ：０〜８、Ｃｏ：０〜５５、Ｔｉ：０〜１５およびＷ：０〜６５であ る請求項８に記載された粉末の使用。 １０． 粉末が、実質的に、鉄と、０〜４０重量％のＣｏ、７〜１７重量％のＷ 、５〜１５重量％のＭｏ、０．０５〜２．５重量％のＭｎ、１〜６重量％のＶ、 ０．０５〜２．５重量％のＳｉ、０．４０重量％未満のＮ、および１〜４．０重 量％ のＣとで構成されて成る請求項８に記載された粉末の使用。 １１． 粉末が１２〜３５重量％のＣｒ、２５重量％未満のＮｉ、１５重量％未 満のＭｏ、０．０５〜１５重量％のＭｎ、０〜８重量％のＶ、０〜８重量％のＮ ｂ、０〜１０．０重量％のＳｉ、０．５重量％未満のＮ、および０．００５〜５ 重量％のＣを含んで成る鉄基粉末で構成されて成る請求項９に記載された粉末の 使用。 １２． 粉末が２０〜３４重量％のＣｒ、０〜１８重量％のＮｉ、０．５〜８重 量％のＭｏ、０．１〜５重量％のＭｎ、０．１〜２．０重量％のＶ、０．１〜２ ．０重量％のＮｂ、０．０５〜３．０重量％のＳｉ、０．００５〜０．４重量％ のＮ、および０．００５〜０．８重量％のＣを含んで成る鉄基粉末で構成されて 成る請求項１１に記載された粉末の使用。 １３． 粉末が磁性を有する請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載 された粉末の使用。 １４． 金属基体の表面被覆のための請求項１から請求項１３までのいずれか一 項に記載された粉末の使用。 １５． 請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載された粉末の使用に 基づくサブマージアーク溶接法による金属基体の被覆方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． サブマージアーク溶接法において、金属基体に対して別途供給するか、 または溶融する消耗電極ワイヤー（単数または複数）すなわち電極コード（単数 または複数）の外側に付着させて供給するための、多量の合金元素を含む予め合 金化されたアトマイズ金属粉末の使用。 ２． 粉末が鉄基粉末である請求項１に記載された粉末の使用。 ３． 粉末が気体によりアトマイズされるか、水によりアトマイズされた、請 求項１または請求項２に記載された粉末の使用。 ４． 溶融電極ワイヤーすなわちコードが合金化されていないかまたは低合金 の金属で実質的に構成されている請求項１から請求項３までのいずれか一項に記 載された粉末の使用。 ５． 電極金属が合金化されていないかまたは低合金の鉄である請求項４に記 載された粉末の使用。 ６． 粉末に対する消耗電極の比率が２．３３〜０．２５の範囲、好ましくは １．５未満であるのが好ましい請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載 された粉末の使用。 ７． 粉末の合金元素の量が少なくとも２重量％である請求項６に記載された 粉末の使用。 ８． 合金元素がＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｎ、Ｃ、Ｃｏ、 ＴｉおよびＷから成る群から選ばれる請求項１から請求項７までのいずれか一項 に記載された粉末の使用。 ９． 元素の量が重量％で、Ｃｒ：０〜５５、Ｎｉ：０〜５０、Ｍｏ：０〜３ ５、Ｍｎ：０〜１５、Ｖ：０〜１７、Ｎｂ：０〜１５、Ｓｉ：０〜５、Ｎ：０〜 ０．８、Ｃ：０〜８、Ｃｏ：０〜５５、Ｔｉ：０〜１５およびＷ：０〜６５であ る請求項８に記載された粉末の使用。 １０． 粉末が、実質的に、鉄と、０〜４０重量％のＣｏ、７〜１７重量％のＷ 、５〜１５重量％のＭｏ、０．０５〜２．５重量％のＭｎ、１〜６重量％のＶ、 ０．０５〜２．５重量％のＳｉ、０．４０重量％未満のＮ、および１〜４．０重 量％ のＣとで構成されて成る請求項８に記載された粉末の使用。 １１． 粉末が１２〜３５重量％のＣｒ、２５重量％未満のＮｉ、１５重量％未 満のＭｏ、０．０５〜１５重量％のＭｎ、０〜８重量％のＶ、０〜８重量％のＮ ｂ、０〜１０．０重量％のＳｉ、０．５重量％未満のＮ、および０．００５〜５ 重量％のＣを含んで成る鉄基粉末で構成されて成る請求項９に記載された粉末の 使用。 １２． 粉末が２０〜３４重量％のＣｒ、０〜１８重量％のＮｉ、０．５〜８重 量％のＭｏ、０．１〜５重量％のＭｎ、０．１〜２．０重量％のＶ、０．１〜２ ．０重量％のＮｂ、０．０５〜３．０重量％のＳｉ、０．００５〜０．４重量％ のＮ、および０．００５〜０．８重量％のＣを含んで成る鉄基粉末で構成されて 成る請求項１１に記載された粉末の使用。 １３． 粉末が磁性を有する請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載 された粉末の使用。 １４． 金属基体の表面被覆のための請求項１から請求項１３までのいずれか一 項に記載された粉末の使用。 １５． 請求項１から請求項１４までのいずれか一項に記載された粉末の使用に 基づくサブマージアーク溶接法による金属基体の被覆方法。