JP2007050452A

JP2007050452A - 溶接ヒュームからの六価クロムの溶出抑制方法

Info

Publication number: JP2007050452A
Application number: JP2006227807A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Miyazaki; 邦彰宮▲崎▼; Hirohisa Watanabe; 博久渡辺
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2007-03-01

Abstract

【課題】ステンレス鋼の溶接時に発生するヒュームからの六価クロムの溶出を抑制することができる六価クロムの溶出抑制方法を提供する。
【解決手段】ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを使用してステンレス鋼を溶接したときに発生するヒュームをヒュームの質量の１００倍の質量の蒸留水に混合して作製した溶出検液中のＭｎ濃度が７０乃至２２０質量ｐｐｍ、前記溶出検液のｐＨが５．８乃至７．８となるように、フラックス組成を調節する。
【選択図】なし

Description

本発明は、ステンレス鋼外皮と、このステンレス鋼外皮中に充填されたフラックスとを有するステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを使用してステンレス鋼を溶接したときに発生するヒュームからの六価クロムの溶出を抑制する方法に関する。

従来、ステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤとして、例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、立向溶接、横向溶接及び上向溶接における溶接作業性の改善及びスラグ剥離性の向上を図ったものが記載されている。また、特許文献４、特許文献５及び特許文献６には、アーク安定性の向上及び低スパッタ化を図ったものが記載されている。更に、特許文献７には、耐割れ性の向上を図ったものが記載され、特許文献８、特許文献９及び特許文献１０には、低温靱性の改善を図ったものが記載されている。

特開平３−２６４１９４号公報特開平９−２０１６９６号公報特開平９−２３９５８６号公報特開昭６２−６８６９６号公報特開平７−２７６０８４号公報特開平９−９４６９４号公報特開平３−４２１９５号公報特開昭６１−２８３４９５号公報特開平１−２１５４９３号公報特開平９−６６３９１号公報

しかしながら、一般に、ステンレス鋼の溶接の際に発生するスラグ及びヒューム中には、Ｃｒが１０質量％以上含まれており、このスラグ及びヒュームをそのまま土壌等に廃棄し、長時間放置すると、六価クロム（Ｃｒ^６＋）として土壌等の中に溶出する虞があるという問題点がある。

近時、産業廃棄物に対する関心が環境問題の１つとして年々高まっており、「金属等を含む産業廃棄物に係る判定基準を定める総理府令（昭和４８．２．１７総令五、以降改正あり）」における六価クロム量の許容値は、埋め立て処分で１．５ｐｐｍ以下、排水処理で０．５ｐｐｍ以下と定められている。しかし、従来のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを使用して溶接を行い、その際に発生したスラグ及びヒュームを単独で産業廃棄物として処理しようとした場合には、前述の許容値を常に満たすことは極めて困難である。特に、ヒュームは、その粒子径がサブミクロンオーダでスラグよりもかなり小さく、ヒューム表面からの六価クロムの溶出量は、同じ質量のスラグからの六価クロムの溶出量と比して、数１０倍乃至数１００倍に達することが予想される。

しかし、前記公報に記載されたような従来のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤにおいては、六価クロムについて言及はされていない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、ステンレス鋼の溶接時に発生するヒュームからの六価クロムの溶出を抑制することができる溶接ヒュームからの六価クロムの溶出抑制方法を提供することを目的とする。

本発明に係る溶接ヒュームからの六価クロムの溶出抑制方法は、ステンレス鋼外皮と、このステンレス鋼外皮中に充填されたフラックスとを有するステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを使用してステンレス鋼を溶接したときに発生するヒュームからの六価クロムの溶出を抑制する方法において、ヒュームをヒュームの質量の１００倍の質量の蒸留水に混合して作製した溶出検液中のＭｎ濃度が７０乃至２２０質量ｐｐｍ、ｐＨが５．８乃至７．８になるように前記フラックス組成を調整することを特徴とする。

本発明においては、溶出検液中のＭｎ濃度又は溶出検液のｐＨを適正な値に規定しているので、溶出検液中に六価クロムが安定して存在しにくくなる。従って、土壌等にヒュームがそのまま廃棄されても環境下での六価クロムの溶出が抑制される。

なお、溶出検液中に、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｂｉ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｌｉ、Ｃｒ^３＋及びＦ等が含有されていてもよい。

本発明によれば、溶出検液中のＭｎ濃度又は溶出検液のｐＨが適正な値になるように、フラックス組成を調節しているので、溶出検液中に六価クロムが安定して存在しにくくすることができる。従って、土壌等にヒュームを廃棄したとしても、環境下での六価クロムの溶出を抑制することができる。

ヒュームを蒸留水に混合して作製した溶出検液中の六価クロムの溶出量が低減されれば、環境中の六価クロムの溶出量も低減される。そこで、本願発明者等が前記課題を解決すべく、鋭意実験研究を重ねた結果、ヒュームを含有する溶出検液中のＭｎ濃度及び溶出検液のｐＨが所定の範囲内に収まるようにフラックスの成分及び組成等を調整することにより、溶出検液への六価クロムの溶出量を抑制し、更に環境中におけるヒュームからの六価クロムの溶出量を著しく減少させることができることを見出した。

以下、本発明に係るステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを使用してステンレス鋼を溶接したときのヒュームからの六価クロムの溶出を抑制する方法について、詳細に説明する。先ず、本発明に係るステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを使用したステンレス鋼の溶接で発生するヒュームの溶出検液中のＭｎ濃度及び溶出検液のｐＨについて説明する。なお、溶出検液は、ヒュームをヒュームの質量の１００倍の質量の蒸留水に混合して作製したものである。

Ｍｎ濃度：７０乃至２２０質量ｐｐｍ
本願発明者等が溶出検液中のＭｎ濃度と六価クロムの溶出量との関係について、鋭意研究を重ねた結果、溶出検液中のＭｎ濃度の上昇に伴って六価クロムの溶出量が著しく抑制されることを見出した。Ｍｎ濃度が７０質量ｐｐｍ未満では、従来のワイヤを使用したときと同程度の六価クロムが溶出検液中に溶出し、環境中にも同程度の六価クロムが溶出する虞がある。一方、Ｍｎ濃度が２２０質量ｐｐｍを超えると、六価クロムの溶出量は著しく低減されるものの、ヒューム中のＭｎ量が多くなるため、溶接作業者がヒュームを吸引した際の人体への影響が懸念される。従って、溶出検液中のＭｎ濃度は７０乃至２２０質量ｐｐｍとするが、特に８０乃至２００ｐｐｍであることが好ましい。

ｐＨ：５．８乃至７．８
溶出検液のアルカリ度が高いほど、即ちｐＨが高いほど、六価クロムは安定して存在し、ｐＨが低くなるほど六価クロムの溶出が抑制される。この溶出抑制の効果は、溶出検液のｐＨが７．８以下となったときに発揮される。一方、溶出検液のｐＨが５．８未満となると、ヒューム自体の酸度が高いため、溶着金属中の酸素量が増大する虞がある。従って、溶出検液のｐＨは５．８乃至７．８とするが、特に６．０乃至７．６であることが好ましい。

次に、溶出検液中のＭｎ濃度及び溶出検液のｐＨの調整方法について説明する。これらの調整は、例えば次の（１）乃至（５）に示す処理を単独で又は適宜組み合わせて従来のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤに施すことにより実現することができる。
（１）フラックスに、金属フッ化物としてフッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム若しくはフッ化バリウム等のアルカリ土類金属のフッ化物、又はフッ化アルミニウム若しくは氷晶石（Ｎａ_３ＡｌＦ_６）等のＡｌを含有する化合物を１種又は２種以上添加する。この場合、その添加量は、例えばワイヤの全質量に対し１質量％とする。
（２）フラックスに、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム又は炭酸バリウム等のアルカリ土類金属の炭酸塩を１種又は２種以上添加する。この場合、その添加量は、例えばワイヤの全質量に対し１質量％とする。
（３）フラックスに、マグネシウムフェライト、カルシウムフェライト、ストロンチウムフェライト又はバリウムフェライト等のフェライト塩を１種又は２種以上添加する。この場合、その添加量は、例えばワイヤの全質量に対し１質量％とする。
（４）フラックス中のＮａ含有量及びＫ含有量を調整する。
（５）フラックスに、硫酸第一鉄又は酸化第一銅等の還元剤を添加する。この場合、その添加量は、例えばワイヤの全質量に対し１質量％とする。

以下、本発明の実施例について、その特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説明する。

先ず、下記表１に示す組成のステンレス鋼外皮中にフラックスを充填して基準ワイヤとなるステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを作製した（ワイヤ径１．２ｍｍ）。このワイヤの質量は１０ｋｇとした。フラックスの組成及びフラックス率については、下記表２に示す条件（ＪＩＳＺ３３２３Ｙ３０９）を満たす組成の溶着金属が得られるようにした。また、フラックス中の金属粉末の５０質量％にステンレス３０９Ｌ（ＳＵＳ３０９Ｌ）粉末（直径：４５乃至１５０μｍ）を使用した。このときの基準ワイヤにおけるスラグ成分のフラックス配合を下記表３に示す。

次に、基準ワイヤに対して、上述の（１）乃至（５）に示す処理を単独で又は適宜組み合わせて施すことにより、フラックス配合を調整して２５種（比較例Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．１２、実施例Ｎｏ．１３乃至Ｎｏ．１６、比較例Ｎｏ．１７及びＮｏ．１８及び比較例Ｎｏ．１９乃至Ｎｏ．２５）のステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを作製した。

そして、比較例Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．１２、実施例Ｎｏ．１３乃至Ｎｏ．１６、比較例Ｎｏ．１７及びＮｏ．１８及び比較例Ｎｏ．１９乃至Ｎｏ．２５の各ワイヤを使用して表４に示す条件で溶接を行い、その際に発生するヒュームを５ｇ以上採取した。なお、ヒュームは大変吸湿しやすいので、採取したヒュームは、速やかに密閉できる容器に入れて溶出試験を行うまでデシケータ内に保管した。

なお、ヒュームの採取は、ＪＩＳＺ３９３０（被覆アーク溶接棒の全ヒューム量測定方法）に準拠して行った。このため、ヒューム量測定装置内に溶接トーチ部及び試験板走行台車を配置し、溶接ワイヤでもヒュームを採取できるように改良した。

なお、溶接電流はワイヤを直流電源の陽極側に接続したとき（直流逆極性（ＤＣＥＰ:Direct Current Electrode Positive））の値である。

そして、「産業廃棄物に含まれる金属等の検出方法（昭和４８．２．１７環告十三、以降改正あり）」に準じて溶出試験を行った。本来であれば、蒸留水を５００ｍｌ以上とし、ヒュームの含有量を１０質量％とすべきであるが、ヒュームの採取には多量のワイヤを消費する必要があるため、次のような方法で試験を行うことにより、ヒュームの採取量を少なく抑えた。

先ず、１００ｍｌの蒸留水に対し、質量が蒸留水の１／１００のヒュームを混合した。次に、上記混合液を常温常圧下で５分間手で振とうした後、７０℃に保持した恒温振とう水槽内で２時間更に振とうした。その後、混合液を静置して室温まで冷却し、ガラス繊維フィルタを使用して濾過することにより、その濾液を溶出検液とした。なお、ガラス繊維フィルタのメッシュは０．４５μｍである。

その後、溶出検液中のＭｎ濃度及びＣｒ^６＋濃度をＪＩＳＫ０１０２により測定すると共に、Ｍｅｔｒｏｈｍ社（スイス）製のＥ６５４型ｐＨメータ（ガラス電極使用型）を使用して溶出検液のｐＨを測定した。これらの結果を下記表５及び表６に示す。

なお、比較例Ｎｏ．１は、基準ワイヤのフラックス中に、ワイヤ全重量に対して１質量％のＳｒフェライトを添加したものである。

比較例Ｎｏ．２は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して３質量％のＣｕＯを添加したものである。

比較例Ｎｏ．３は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＳｒＦ_２を添加したものである。

比較例Ｎｏ．４は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＭｇＦ_２を添加したものである。

比較例Ｎｏ．５は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＢａフェライトを添加したものである。

比較例Ｎｏ．６は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＣａＦ_２を添加したものである。

比較例Ｎｏ．７は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＢａＦ_２を添加したものである。

比較例Ｎｏ．８は、基準ワイヤのフラックス中のＮａＦ量を半分にしたものである。

比較例Ｎｏ．９は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＢａＣＯ_３を添加したものである。

比較例Ｎｏ．１０は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して０．２質量％のＡｌＦ_３を添加したものである。

比較例Ｎｏ．１１は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＭｇＣＯ_３を添加したものである。

比較例Ｎｏ．１２は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＣａＣＯ_３を添加したものである。

実施例Ｎｏ．１３は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して２質量％のＭｇＦ_２を添加したものである。

実施例Ｎｏ．１４は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して２質量％のＡｌＦ_３を添加したものである。

実施例Ｎｏ．１５は、基準ワイヤのフラックス中のＮａＦ量を１／１０にしたものである。

実施例Ｎｏ．１６は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して５質量％のＭｇＦ_２を添加したものである。

比較例Ｎｏ．１７は、基準ワイヤのフラックス中のＮａＦ量を半分にすると共に、フラックス中にワイヤ全質量に対して１．５質量％のＳｒＦ_２を添加したものである。

比較例Ｎｏ．１８は、基準ワイヤのフラックス中のＮａＦ量を半分にすると共に、フラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＳｒＦ_２を添加したものである。

一方、比較例Ｎｏ．１９は、基準ワイヤを使用したものである。

比較例Ｎｏ．２０は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して０．３質量％のＭｇＦ_２を添加したものである。

比較例Ｎｏ．２１は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＫ_２ＺｒＦ_６を添加したものである。

比較例Ｎｏ．２２は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＫＭｎＯ_４を添加したものである。

比較例Ｎｏ．２３は、基準ワイヤのフラックス中にワイヤ全質量に対して１質量％のＮａ_２ＣＯ_３を添加したものである。

比較例Ｎｏ．２４は、基準ワイヤのフラックス中のＮａＦ量を半分にすると共に、フラックス中にワイヤ全質量に対して１．５質量％のＣａＦ_２を添加したものである。

上記表５及び表６に示すように、比較例Ｎｏ．１乃至Ｎｏ．１２においては、少なくとも溶出検液中のＭｎ濃度又は溶出検液のｐＨのいずれか１つが本発明で規定する範囲内にあるので、六価クロム（Ｃｒ^６＋）の溶出量が基準ワイヤ（比較例Ｎｏ．１９）のそれ（１１８ｐｐｍ）よりも小さくなったが、本発明の実施例に比べて十分とはいえない。実施例Ｎｏ．１３乃至Ｎｏ．１６は本発明を示す実施例で、六価クロム（Ｃｒ^６＋）の溶出量が基準ワイヤより大幅に小さくなっている。また、ヒューム中のＭｎ含有量の増大及び溶着金属中の酸素量の上昇という問題も発生しなかった。一方、比較例Ｎｏ．１７においては、Ｍｎ濃度が高めだったため、ヒューム中のＭｎ含有量が１２．２質量％となり、比較的多めになった。また、比較例Ｎｏ．１８においては、溶出検液のｐＨが高めだったため、溶着金属中の酸素量が０．１９質量％となり、比較的多めになった。

一方、比較例Ｎｏ．１９乃至Ｎｏ．２３においては、溶出検液中のＭｎ濃度及び溶出検液のｐＨのいずれもが、本発明範囲から外れているので、六価クロム（Ｃｒ^６＋）の溶出量が多かった。比較例Ｎｏ．２４においては、六価クロム（Ｃｒ^６＋）の溶出量が小さかったが、Ｍｎ濃度が高く、かつ溶出検液のｐＨが高いため、ヒューム中のＭｎ含有量が１２．４質量％と多くなると共に、溶着金属中の酸素量が０．２２質量％と高くなった。なお、基準ワイヤ（比較例Ｎｏ．１９）におけるヒューム中のＭｎ含有量は８．９質量％であり、溶着金属中の酸素量は０．１４質量％だった。

Claims

ステンレス鋼外皮と、このステンレス鋼外皮中に充填されたフラックスとを有するステンレス鋼溶接用フラックス入りワイヤを使用してステンレス鋼を溶接したときに発生するヒュームからの六価クロムの溶出を抑制する方法において、ヒュームをヒュームの質量の１００倍の質量の蒸留水に混合して作製した溶出検液中のＭｎ濃度が７０乃至２２０質量ｐｐｍ、ｐＨが５．８乃至７．８になるように前記フラックス組成を調整することを特徴とする溶接ヒュームからの六価クロムの溶出抑制方法。